Авторы:

ГРАЧЕВ МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ
СУТУРИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ
АВДЕЕВ ВАСИЛИЙ ВИКТОРОВИЧ
ДРЮККЕР ВАЛЕНТИН ВАЛЕРЬЯНОВИЧ
ЗОРИН ВАДИМ ЛЕОНИДОВИЧ
ИВАНОВ ГЕННАДИЙ ПЕТРОВИЧ
СЕМЕНОВ АЛЬБЕРТ РУДОЛЬФОВИЧ
ШЕРСТЯНКИН ПАВЕЛ ПАВЛОВИЧ
ГАЛАЗИЙ ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ
Грачев М.А.
Сутурин А.Н.
Авдеев В.В.
Дрюккер В.В.
Зорин В.Л.
Иванов Г.П.
Семенов А.Р.
Шерстянкин П.П.
Галазий Г.И.

Патентообладатели:

Лимнологический институт СО РАН
ЛИМНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СО РАН

Заявитель:

Лимнологический институт СО РАН

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАЙКАЛЬСКОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Номер патента: 2045478
Номер заявки: 92 5049273


Реферат:

Использование: получение природной байкальской воды как товарного продукта высокого качества, обеспечение его долговременного хранения, повышение экономической эффективности производства. Сущность изобретения: воду для розлива берут из глубинных горизонтов наиболее стабильных по составу, чистых, прозрачных вод, расположенных ниже сезонного слоя скачка прозрачности и имеющих верхнюю Z

Описание:

Изобретение относится к производству питьевых столовых вод и может быть использовано при подготовке воды для розлива в бутылки или пакеты различной емкости, забираемой из глубоких пресноводных водоемов, для столовых и лечебных целей.

Известна питьевая вода из природных источников (ключей и родников), которая упаковывается в бутылки. Недостатком известного решения является возможность попадания в природные источники токсичных продуктов техногенной деятельности человека и химизации сельского хозяйства при отсутствии надлежащих условий их естественной очистки, так как подземные воды, питающие ключи и родники, не населены необходимым набором водных организмов, обеспечивающих биоконцентрирование растворенных примесей, их передачу по пищевым цепям и захоронение в осадки.

Известна вода питьевая натуральная Байкальская, гидрокарбонатная кальциевая, выпускаемая Слюдянским отделом рабочего снабжения Восточно-Сибирской железной дороги и способ ее приготовления, при котором вода из водопроводной сети из поверхностного слоя озера Байкал у г.Слюдянка насыщается углекислым газом и разливается в бутылки, герметично закрываемые кроненпробками. Недостатками известного продукта и способа его приготовления являются изменение химического состава и вкусовых качеств натуральной воды вследствие ее газирования, наличие значительных количеств водных организмов в поверхностных водах, что затрудняет и делает дороже водоподготовку, а также недостаточная степень естественной очистки поверхностных вод от растворимых примесей вследствие малого возраста этих вод.

Целью изобретения является получение товарного продукта высокого качества, обеспечение его долговременного хранения и повышение экономической эффективности его производства.

Указанная цель достигается тем, что товарный продукт, расфасованный в емкости различного объема, содержит натуральную глубинную байкальскую воду с природным содержанием ионов без добавок консервирующих веществ и углекислого газа.

Указанная цель достигается тем, что вода из озера берется из горизонтов, наиболее стабильных по составу, чистых, прозрачных вод, верхняя граница которых расположена ниже сезонного слоя скачка прозрачности и/или границы их определяются соотношениями:
Zв.гр./Zmax 0,3; Zн.гр./Zmax 0,9 где Zв.гр. верхняя граница горизонтов наиболее стабильных по составу, чистых, прозрачных вод;
Zн.гр. нижняя граница указанных горизонтов;
Zmax максимальная глубина котловины озера, в которой расположен водозабор.


Zв.гр./Zmax 0,3; Zн.гр./Zmax 0,9 где Zв.гр. верхняя граница горизонтов наиболее стабильных по составу, чистых, прозрачных вод;
Zн.гр. нижняя граница указанных горизонтов;
Zmax максимальная глубина котловины озера, в которой расположен водозабор.

Вода, взятая из озера Байкал с глубин в интервале от Zв.гр. до Zн.гр., проходит через фильтр грубой очистки, затем блок тонкой очистки и стерилизации, обеспечивающий освобождение ее от взвешенных веществ и микроорганизмов. Прошедшая очистку вода разливается в стерильные емкости, свободное пространство которых заполняется кислородом, содержащим озон, при этом розлив и укупорка емкостей проводятся в атмосфере, прошедшей тонкую фильтрацию.

в.гр. до Zн.гр., проходит через фильтр грубой очистки, затем блок тонкой очистки и стерилизации, обеспечивающий освобождение ее от взвешенных веществ и микроорганизмов. Прошедшая очистку вода разливается в стерильные емкости, свободное пространство которых заполняется кислородом, содержащим озон, при этом розлив и укупорка емкостей проводятся в атмосфере, прошедшей тонкую фильтрацию.

Тонкая очистка воды осуществляется последовательной фильтрацией через систему мембранных фильтров с постепенно уменьшающимся размером пор, при этом в качестве указанных фильтров могут использоваться ядерные фильтры, либо фильтры с объемным фильтрующим элементом.

Система фильтров может работать в режиме непрерывного фильтрования, при котором фильтр, после того, как его пропускная способность падает на определенную величину вследствие осаждения взвешенных частиц, подвергается обратной промывке, либо фильтр подвергается постоянной промывке потоком воды, направленным тангенциально к его поверхности. При этом концентрат взвешенных частиц уносится в слив с частью воды, поступающей на фильтрацию.

Тонкая очистка воды может осуществляться с помощью проточной центрифуги, либо исключительно, либо в сочетании с фильтрами, при этом оседание взвешенных частиц на вращающийся ротор происходит при частоте вращения ротора 2800 об/мин в течение 5-20 с.

Стерилизация воды осуществляется ультрафиолетовым светом в проточной установке бактерицидной лампой. Для стерилизации воды, наряду с ультрафиолетовым облучением, может использоваться пропускание через нее кислородо-озоновой смеси до содержания озона в воде 0,05-0,5 мг/мл, при этом обработка производится до заливки в емкости, либо после заливки в тарные емкости.

Указанная цель достигается также тем, что емкости, в которые разливается питьевая вода, подвергают предварительной стерилизации либо тепловой обработкой, либо путем споласкивания прошедшей комплексную систему очистки байкальской водой, с последующей обработкой сполоснутой емкости кислородо-озоновой смесью.

На чертеже представлена схема водозабора и водоподготовки для разлива глубинной Байкальской воды. Вода с помощью глубинного водоприемника 1 забирается из слоя наиболее стабильной по составу, чистой, прозрачной воды, ограниченного поверхностями Zв.гр. и Zн.гр. Вода насосом 2 подается на блок грубой очистки 3, где она освобождается от взвешенных частиц, фито- и зоопланктона. Далее вода проходит блок тонкой очистки и стерилизации 4, обеспечивающий ее освобождение от взвешенных мельчайших частиц и микроорганизмов. Затем вода поступает в блок розлива 5, в котором в атмосфере воздуха, прошедшего тонкую фильтрацию, разливается в емкости. Свободное пространство емкостей заполняется кислородо-озоновой смесью и емкости герметично закрываются.

в.гр. и Zн.гр. Вода насосом 2 подается на блок грубой очистки 3, где она освобождается от взвешенных частиц, фито- и зоопланктона. Далее вода проходит блок тонкой очистки и стерилизации 4, обеспечивающий ее освобождение от взвешенных мельчайших частиц и микроорганизмов. Затем вода поступает в блок розлива 5, в котором в атмосфере воздуха, прошедшего тонкую фильтрацию, разливается в емкости. Свободное пространство емкостей заполняется кислородо-озоновой смесью и емкости герметично закрываются.

Для создания высококачественного продукта Байкальской натуральной глубинной питьевой воды, водозабор производится из глубинной водной массы озера Байкал.

Анализ вертикального распределения прозрачности, сделанный на основании многолетних наблюдений и излучения вод Южного Байкала позволил выделить в водной толще Байкала три водные массы поверхностную, глубинную и придонную. Как показали одновременные измерения температуры и прозрачности, слой скачка температуры совпадает со слоем cкачка прозрачности.

Воды глубинной водной массы начинаются ниже слоя скачка температуры и распространяются до глубин, на которых прозрачность начинает уменьшаться с приближением ко дну.

В соответствии с проведенными ранее исследованиями, возраст глубинной толщи воды, расположенной в интервале границ Zв.гр. и Zн.гр. составляет более 10 лет, для Южного Байкала 14-16 лет. Чистота, стабильность и прозрачность указанного слоя обуславливаются многолетней биологической естественной очисткой.

в.гр. и Zн.гр. составляет более 10 лет, для Южного Байкала 14-16 лет. Чистота, стабильность и прозрачность указанного слоя обуславливаются многолетней биологической естественной очисткой.

Средние значения отношений верхней и нижней границ глубинного слоя воды к величине глубины котловины водоема позволяет выбрать наиболее благоприятные места водозабора, исходя из глубины той или иной части озера. Верхняя граница наиболее благоприятных для забора горизонтов воды, в любом случае, должна располагаться ниже сезонного слоя скачка прозрачности.

Для производства опытной партии Байкальской питьевой воды, пункт водозабора, в виде обычной лимнологической будки для зимних научных исследований, устанавливается на льду Байкала в точке с глубиной озера 1380 м. В прорубь на глубину 500 м опускают шланг из белого пищевого полиэтилена, имеющий внутренний диаметр 28 мм. Вода центробежным насосом БЦ-0,4-20-V1.1 подается на фильтр грубой очистки, проходя который, она освобождается от возможного присутствия взвешенных частиц, зоопланктона и крупных форм фитопланктона. Затем вода поступает в блок тонкой очистки и стерилизации, в котором проходит систему фильтров с диаметром пор более 10 мкм, затем с диаметром пор 0,8-1,2 мкм, 0,35-0,50 мкм и 0,15-0,25 мкм. При прохождении очищаемой воды через фильтры с диаметром пор 0,8-1,2 мкм происходит задержка до 37% микробных клеток, через фильтры с диаметром пор 0,35-0,50 мкм до 60% через фильтры с диаметрами пор 0,15-0,25 мкм до 98% микробов и цист водорослей.

Прошедшая тонкую очистку вода подвергается стерилизации бактерицидным аппаратом, изготовленным на основе аппарата БАКТ-5 и нержавеющей стали марки 12ХН10Т по ГОСТ 5632-72. Облучение ультрафиолетом производится лампой разрядной низкого давления типа ДБ-36 при времени контакта 40 с в слое воды 35 мм в потоке.

В качестве тары используются бутылки объемом 1,5 л из полиэтилентерефталата. Бутылки стерилизуют в стационарной лаборатории на берегу путем трехкратного споласкивания их прошедшей очистку байкальской водой с последующей обработкой кислородо-озоновой смесью, получаемой с помощью озонатора "Озон-1М" (Московский энергетический институт). Заполненные водой бутыли закрывают завинчивающимися пробками. Контаминация продукта каплями слюны операторов и другими загрязнителями исключается конструкцией бокса и тонкой фильтрацией его атмосферы. Заполненные бутыли подвергаются последующему озонированию. Остаточная концентрация озона в воде через три часа, определяемая по коэффициенту поглощения света с длиной волны 260 нм, составляет 0,24 мг/л. Через сутки концентрация озона в воде снижается до нуля. После озонирования и повторного укупоривания бутылей, продукция поступает на склад, где после наклеивания этикеток, она хранится до отправки.

Качество воды водоема и ее органолептические свойства зависят от химического состава, содержания растворенных веществ, микробиологических показателей. Вода Байкала по содержанию в одном литре воды растворенных веществ относится к ультрапресной. Стабильность химического состава байкальской воды, ее чистота, правильный выбор места водозабора позволяют применить в предлагаемом техническом решении ядерные мембраны, используемые в процессе финишной очистки деионизированной воды в электронной промышленности.

Высокая эффективность и низкие эксплуатационные затраты обусловлены возможностью пропускания через блоки водоочистки больших количеств воды. Система фильтров, работающая в режиме непрерывного фильтрования, в одном случае подвергается периодической обратной промывке, в другом постоянной промывке потоком воды, направляемым тангенциально к поверхности фильтра. Концентрат взвешенных частиц направляется в слив.

По мнению исследователей Байкала уникальная чистота воды Байкала достигается высоким самоочистительным потенциалом озера, благодаря активной жизнедеятельности бактерио- фито- и зоопланктона. Микроорганизмы разлагают отмершее органическое вещество на минеральные компоненты и синтезируют белковое вещество бактериальной клетки. Гидрохимические и гидрологические особенности байкальской воды определяют специфику жизнедеятельности микроорганизмов. Для обеспечения стабильной и пpоизводительной работы мембранных фильтров, блок тонкой очистки предусматривает режим применения проточной центрифуги. При ускорении 1960 g оседание взвешенных частиц на вращающийся ротор происходит в течение 5-20 с.

Работа в режиме с центрифугой может сочетаться с фильтрацией на мембранах.

Розлив воды в емкости и их укупорка производится в атмосфере воздуха, прошедшего тонкую фильтрацию, из которой удалены взвешенные частицы диаметром более 0,1 мкм, в том числе микроорганизмы.

Ряд анализов, проведенных заявителем, при различных параметрах хранения готового продукта, полученного указанным способом, показал следующие значения E.coli 0/100 мл Колиформы 0/100 мл
Общее микробное число при 37оС 0/мл
Общее микробное число при 20оС 0/мл
Данные показывают, что при вышеуказанной обработке воды, достигается полная гибель микроорганизмов и при хранении она остается стерильной. По результатам анализов, сделанных после 2 месячного хранения, показатели остаются идентичными.


Общее микробное число при 37оС 0/мл
Общее микробное число при 20оС 0/мл
Данные показывают, что при вышеуказанной обработке воды, достигается полная гибель микроорганизмов и при хранении она остается стерильной. По результатам анализов, сделанных после 2 месячного хранения, показатели остаются идентичными.

Чистая, прозрачная, с очень низкой минерализацией, с природным содержанием ионов и превосходными вкусовыми качествами гидрокарбонатно-кальциево-натриевая глубинная вода озера Байкал, прошедшая очистку по заявляемому способу, представляет собой высококачественный и жизненно важный продукт. Уникальность Байкала как источника его получения, отсутствие вредных для здоровья компонентов (по данным Иркутского института редких и цветных металлов. Института геохимии Сибирского отделения Российской Академии Наук и др. организаций содержание тяжелых металлов в воде Байкала в 10-1000 раз ниже ПДК, содержание пестицидов в 1000-10000 раз ниже ПДК по данным Университет Южной Каролины, США, Лимнологического института, Иркутск) вызывает всемирный интерес к такому продукту.

Заявляемый способ и получаемый продукт могут явиться основой для создания запаса чистой пресной питьевой воды на случай стихийных бедствий и аварий. Продукт, произведенный по предлагаемому способу, может иметь большой срок хранения без ухудшения качественных характеристик.

Малые затраты и высокий уровень изобретения позволяет осуществить предлагаемый способ в условиях небольшого малоэнергоемкого и экологически безопасного предприятия, что в конечном итоге будет способствовать экономическому процветанию региона и сохранению озера Байкал.


Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАЙКАЛЬСКОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, включающий забор воды из озера Байкал, ее обработку, розлив в емкости и их укупорку, отличающийся тем, что забор воды осуществляют из слоя глубинных вод, верхняя граница Zв.г. которых расположена ниже сезонного слоя скачка прозрачности, а границы слоя определяют отношениями
Zв.г./Zmax 0,3; Zн.г./Zmax 0,9,
где Zн.г. нижняя граница слоя забора воды;
Zmax максимальная глубина озера в месте водозабора,
при этом обработку воды осуществляют путем грубой, затем тонкой очистки с последующей стерилизацией, розлив проводят в стерильные емкости, свободное пространство которых заполнено кислородно-озоновой смесью, а укупорку осуществляют в атмосфере, прошедшей очистку фильтрованием.

в.г. которых расположена ниже сезонного слоя скачка прозрачности, а границы слоя определяют отношениями
Zв.г./Zmax 0,3; Zн.г./Zmax 0,9,
где Zн.г. нижняя граница слоя забора воды;
Zmax максимальная глубина озера в месте водозабора,
при этом обработку воды осуществляют путем грубой, затем тонкой очистки с последующей стерилизацией, розлив проводят в стерильные емкости, свободное пространство которых заполнено кислородно-озоновой смесью, а укупорку осуществляют в атмосфере, прошедшей очистку фильтрованием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкую очистку воды осуществляют фильтрацией через систему фильтров с последовательно уменьшающимися диаметрами пор более 10 мкм; 0,8 1,2 мкм; 0,35 0,5 мкм и 0,15 0,25 мкм.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что фильтры подвергают либо обратной промывке, либо промывке потоком воды, направленным тангенциально к поверхности фильтра.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкую очистку осуществляют с помощью проточной центрифуги, обеспечивающей оседание содержащихся в воде взвешенных частиц при ускорении 1960 g, где g ускорение свободного падения, в течение 5 20 с.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкую очистку осуществляют с помощью проточной центрифуги, обеспечивающей оседание содержащихся в воде взвешенных частиц при ускорении 1960g, где g ускорение свободного падения, в течение 5 20 с в сочетании с последовательной фильтрацией воды через систему фильтров с последовательно уменьшающимися диаметрами пор более 10 мкм; 0,8 - 1,2 мкм; 0,35 0,5 мкм; 0,15 0,25 мкм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что стерилизацию воды осуществляют путем ее ультрафиолетового облучения разрядной лампой низкого давления в течение 40 с в слое воды 35 мм в проточном режиме.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что стерилизацию воды осуществляют кислородно-озоновой смесью до концентрации озона в воде 0,05 0,5 мг/л, причем проводят стерилизацию либо до розлива в емкости, либо после него.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что стерилизацию воды осуществляют путем ее ультрафиолетового облучения разрядной лампой низкого давления в течение 40 с в слое воды 35 мм в проточном режиме совместно с обработкой кислородно-озоновой смесью до концентрации озона в воде 0,05 0,5 мг/л, которую проводят либо до розлива в емкости, либо после него.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что стерилизацию емкостей, в которые проводят розлив, осуществляют либо тепловой обработкой, либо споласкиванием их прошедшей очистку водой с последующей обработкой емкостей кислородно-озоновой смесью.