一種飲用超輕水的生產裝置和方法

2023-07-03 02:49:56 2

專利名稱：：一種飲用超輕水的生產裝置和方法
技術領域：
：本發明屬於飲用水
技術領域：
，具體涉及一種飲用超輕水(DDW)的生產裝置和方法。技術背景自然界中存在的水一般由2個氫原子和1個氧原子組成。而氫有三種同位素氕(H)、氘(D)、氚(T)，其質量數分別為l、2、3。其中H為普通氫元素，D、T為重氫同位素。氫與氘在自然界中混合存在，它們各自與氧結合生成輕水和重水，人們通常說的自然水或普通水就是輕水與重水混合的水，可以說地球上所有的自然水中都混雜有氖含量不等的重水。經科學家測試，地球環境經過數百年甚至數千萬年的演變，自然界中的水和生物體內的氘含量大約在150ppm。現代科學證明，重水與輕水對生命體有著截然不同的影響和作用。研究表明，気對生命體的生存發展和繁衍是有害的，氘置換氫在DNA的螺旋結構中產生附加應力，造成雙螺旋的相移、斷裂和替換，使核糖核酸排列混亂，甚至重新合成出現突變。高含量的気更會對人體的遺傳、代謝和酶系等產生不良影響。氖的含量越高，對生命體的毒害就越大，因此包括人在內的各種動植物生命體始終都在受到不同程度的氘中毒，只不過它們對於自然界中150ppm濃度的氘含量已經產生了適應性。而經過匈牙利科學家GaborSomlyai教授和日本神奈川大學理學部生物科學科關邦博教授等的輕水試驗證明，含氖量低的水有多種有益於人體的生物效應，並適用於人體飲用。此外，科學研究顯示，自然界的液態水不是以單分子的形式，而是以分子團的形式存在。自然界中的水都是由水分子締合而成的。自來水一般有13個水分子締合，純淨水由3040個水分子締合，水質較差的潭水由200300個水分子締合。習慣上把小於IO個水分子締合而成的水分子團稱為小分子團，把大於10個水分子締合而成的水分子團稱為大分子團。水分子團的大小用氧17核磁共振來檢測，一般把其測試譜線值是100Hz以下的水成為小分子團水，具有高活性，易滲透人體細胞，100Hz以上的大分子團水，其分子活性大大降低，在滲透、擴散、溶解性等營養生理功能方面都遠遠差於小分子團水，不易穿透人體細胞膜，不易被人體吸收。根據權威機構測試，日常生活中接觸的自來水、蒸餾水、井水、家庭飲用水的水分子團測試結果分別為110-130Hz、118-119Hz、105Hz和109Hz，均屬於大分子團水範疇，不易被人體吸收。對於人們日常生活中接觸最為廣泛的純淨水和蒸餾水，其通過蒸餾、電滲析和反滲透等技術對源水進行處理，顯著降低了飲用水中微生物及無機、有機汙染物，達到淨水純化的目的。但是，在有效去除汙染物，淨化源水的過程中，通過蒸餾、電滲析和反滲透等作用，源水中原本含有的人體所必需的礦質微量元素也被大量去除。當飲用水進入人體後，由於滲透壓和離子遷移的作用，體內有益的礦質微量元素也被溶解並隨水一起排出，進而導致體內微量元素失衡。長期飲用此類水會對人類健康產生副作用。目前，市場上供應的各種飲用水，儘管普遍達到了生活飲用水標準且擁有各自的優勢。但都存在一些局限性。一方面大多數飲用水品種僅立足於單方面，強調優化飲用水的某一項性質，而忽視了飲用水整體性質的提高。如市售的蒸餾水，雜質含量極其微量，淨度相當高，但是水中礦物質含量過低，且氖含量為150K)m。另一方面，許多飲用水處理技術賦予了飲用水某一特性，但卻僅立足於瞬間作用，不能長時間起效。如電解水、磁化水及日本的"TT"水等。
發明內容本發明的目的在於提供一種新型的生產飲用超輕水(DDW)的裝置和方法，以改善現有飲用水的性質，綜合提高飲用水的質量，保證生命體的生長與健康發展。本發明在現有飲用水生產技術的基礎上，結合低氘、小分子團技術，提供一種優質、高效生活飲用水"超輕水(DDW)"的生產裝置和方法。本發明提出的飲用"超輕水"的生產裝置由預處理系統、低氖活化系統、綜合過濾系統、礦質調節系統和臭氧殺菌系統5部分依次連接組成。見圖1所示。預處理系統2由水力循環澄清池和快濾池串聯組成，主要對源水進行澄清處理和過濾處理。水力循環澄清池中加入有聚合氯化鋁(PAC)作為沉澱劑，快濾池自下而上依次為35-45cm厚度的卵石層，3-8cm厚度的石英砂層，90-150cm厚度的活性炭，活性炭粒徑為0.2-1.5mm。快濾池配備有豐字形多叉穿孔管配水系統，預處理系統通過引流管與低気活化系統連接。低氘活化系統3由高溫反應蒸汽鍋爐4、真空精餾塔5和高速離心分離器6構成，見圖2所示。高溫反應蒸汽鍋爐4通過蒸汽導管14與真空精餾塔5下部的液相區17連通；真空精餾塔5內徑為0.5-1.8m，高度為30-80m，自上而下為真空緩衝區19、氣相區18、液相區17和濃縮區20;4個區的高度依次為0.5-2.2m，22.5-60m，2.5-8m，4-12m;氣相區18和液相區17安裝有銅質波紋板16;真空精餾塔5設有真空調節器22;真空精餾塔5的底部的濃縮區20下部通過導流管15與高溫反應蒸汽鍋爐4連接，以形成循環；真空精餾塔5頂部的真空緩衝區19處通過氣體導管23與高速離心分離器6連接；高速離心分離器6通過出水引流管24與綜合過濾系統7相連。綜合過濾系統7採用大型納濾處理裝置。礦質調節系統8為黑耀石和麥飯石接觸池，接觸池自下而上依次為4-8cm厚度的粗砂、12-20cm厚度的細砂、160-200cm厚度的黑耀石和麥飯石，黑耀石與麥飯石的質量比為0.8:1—1:0.8;礦質調節系統8與臭氧殺菌系統11由引流管相連接。臭氧殺菌系統11配有CY型臭氧發生器的密閉消毒罐，CY型臭氧發生器由自由氧發生器和汽水混合配件組成。利用上述裝置，生產飲用超輕水的工藝流程如下(1)預處理，首先由水力循環澄清池和普通快濾池組成的預處理系統2對源水進行預處理，除去源水中的大顆粒懸浮物、膠體物以及部分微量有機汙染物等雜質，以達到後續處理系統的進水水質要求，避免後續工藝的處理負荷過高，保證後續低氘活化系統3的有效運行。預處理系統2中，水力循環澄清池中的聚合氯化鋁(PAC)用量一般為處理水重量的0.001%0.02%;快濾池中，保持水力停留時間為1.2-1.8小時。(2)低氖活化處理，經過預處理的水由引流管進入低氘活化系統3，控制高溫反應蒸汽鍋爐4的溫度為30O~8O0K、壓力為l5Mpa，經反應，水中的微生物、病毒和部分無機、有機汙染物被消除，並將液態源水轉變為氣態蒸汽進入真空精餾塔5。控制真空精餾塔5的真空度為80200mmHg，溫度為50~100°C，使水中的部分無機汙染物和重金屬分離，並在相際傳質截留過程中去除部分有機物。經過精餾階段後的源水，進入高速離心分離器6，控制離心分離器6的轉速為5000~30000r/min，壓力為10150bar，使水中的微生物、不溶性有機物、無機汙染物和重金屬等被進一步去除。更為重要的是，在三項技術綜合、循環作用過程中，水中氖的含量在不斷降低，水分子團簇結構也逐漸變小，形成低氘、小分子團水。期間，通過工況調整以獲得不同気濃度、不同分子團大小的水。(3)綜合過濾處理，低氘活化系統3處理後的水，經引流管進入綜合過濾系統7，控制系統壓力為1050bar，經納濾膜裝置輔助除去在低氘活化系統後可能殘留的微生物、微量溶解性有機物、無機汙染物和重金屬等汙染物，對水做進一步的淨化、純化。(4)礦質調節處理，經過綜合過濾系統7處理後，將水引入礦質調節系統8，控制系統溫度為2535'C，水力停留時間為1.5-2.5小時，經過黑耀石、麥飯石接觸後的水，有益人體的礦物質和微量元素顯著增加，使飲用水含有適量、平衡的礦物質組成，具有一定的醫療、保健功能。(5)臭氧消毒處理，最後，將水通入臭氧殺菌處理系統ll，控制臭氧量在l~2mg/L。臭氧殺菌作為整套生產技術的最後一項處理環節，主要作用是進一步消除前期工藝過程中可能產生的各種化學汙染物並徹底殺滅各種致病微生物，且由於臭氧消毒後在水中留有極微量的殘餘臭氧，可以在飲用超輕水(DDW)罐裝成品後的一定時期內繼續起到預防微生物滋長的作用。本發明通過飲用超輕水(DDW)生產裝置和方法，在淨化、純化源水使其達到飲用水標準的同時，降低了水中氘的含量和分子團的大小，並使水體含有均衡的微量元素，使普通水加工成為有益於人體飲用的最佳飲用水。飲用超輕水(DDW)可廣泛應用於飲料、食品加工生產和醫療等領域中。經過低氘活化系統處理的水氘含量顯著減少(可以達到0150ppm的各種濃度)、水分子團半峰寬度明顯變小(可以達到0~80Hz)且礦質組成適合人體需要(見表l)。人體在經過一定時期飲用超輕水後，體內気濃度整體降低，能明顯促進酶反應，提高基礎代謝，改善各系統生理功能及血液循環功能，促進脂肪分解，從而活化人體組織細胞、增強細胞免疫功能，恢復細胞組織、器官及系統整體功能，並剝奪癌細胞增值所需的重氫環境，以此起到增強人體免疫力、防癌保健、溶血脂降血糖、促進消化排洩和美容減肥等作用。此外，本發明在降低水中氘含量的過程中，又可使其裂變成為分子團簇較小的水。經過上述生產裝置和製備方法，飲用超輕水(DDW)的分子團已變成一個更小更穩定的高能態結構。它容易被細胞吸收，滲透並很快循環到身體的各個部位，使機體更快更有效的獲得水分，有利於有毒有害物質的排出，並且利於營養物質在體內的移動和代謝。本發明按小分子團水以氧17核磁共振法來測定，以核磁共振譜半峰寬度的Hz值來評價水分子團的大小，這個Hz值越小說明水的分子團就越小。通過"國家藥物及代謝產物分析研究中心"以氧17核磁共振法測定本發明生產的飲用超輕水(DDW)，結果表明其核磁共振譜半峰寬度遠低於80Hz(—般認為小於100Hz的水為小分子團水，水中気含量在(M50ppm間變化時，半峰寬度值也呈正相關變化)。見圖3所示。本發明在飲用超輕水生產工藝中添加礦質元素以改善水質，因麥飯石、黑耀石等含有有益人體健康的礦質元素，並能在水中溶出，長時間保持穩定。當水通過礦質調節系統後，飲用超輕水(DDW)產品富含多種天然、均衡、活性、離子態礦質元素，與人體內體液的微量元素分布曲線在形式上極為相似，可快速自由穿透細胞膜，促進人體吸收。同時也輔助低氘、小分子團的特性，提高了人體細胞活力，防止高血壓、高血脂，維持代謝正常和預防癌症。不同工況下飲用超輕水(DDW)氖含量同位素分析表表l:tableseeoriginaldocumentpage7儀器名稱同位素質譜儀儀器型號MAT253分析方法水平衡法實驗溫度25。C測量精度SD<=2%0檢測結果編號SD(VSMOW%)気含量(ppm)1#-69848.482#-142133.773#-54970.04說明1.SD與氘含量之間的換算採用以下公式SD=[(D/H)樣品/(D/H)畫一I]求IOOO式中D/H表示D和H的含量比，下標"樣品"和"SMOW"分別表示樣品和標準平均大洋水。2.三個測試樣分別為三種工況下生產的飲用超輕水DDW。圖1為飲用超輕水(DDW)的生產技術工藝流程圖。圖2為生產飲用超輕水(DDW)低氘活化系統裝置設備圖。圖3為一定工況下飲用超輕水(DDW)的氧17核磁共振曲線圖。採用VARIANINOVA-500型高分辨超導核磁共振譜儀，水樣測試結果半峰寬度64.47Hz圖中標號l一源水；2—預處理系統；3—低氘活化系統；4一高溫反應蒸汽鍋爐；5一高精度真空精餾塔；6—高速離心分離器；7—綜合過濾系統(納濾)；8—礦質調節系統；9一麥飯石；IO—黑耀石；ll一臭氧殺菌系統；12—飲用超輕水(DDW),13—進水引流管；14一蒸汽導管；15—導流管；16—銅質波紋板；17—液相區；18—氣相區；19一真空緩衝區；20—濃縮區；21—壓力計；22—真空調節器；23—氣體導管；24—出水引流管。具體實施方式預處理系統2分為澄清處理和過濾處理兩部分，即由水力循環澄清池和快濾池串聯組成的預處理系統對源水進行預處理。水力循環澄清池池體規格為D7.20X6m，有效容積217m3，水力停留時間1.5h，食品級鋼砼材構。通過計量泵加入聚合氯化鋁(PAC)。普通快濾池為8格濾池，尺寸5mX5m，裝有豐字形多叉穿孔管配水系統。預處理部分通過引流管與低気活化系統相接。低氖活化系統3由高溫反應蒸汽鍋爐4、真空精餾塔5和高速離心分離器6構成。高溫反應蒸汽鍋爐4採用DZL6-1.6AII型蒸汽鍋爐，由蒸汽導管14與高精度真空精餾塔5(以下簡稱精餾塔)下部液相區17相連。精餾塔高72m，徑高比1:45，自上而下由真空緩衝區19、氣相區18、液相區17和濃縮區20構成，四個區的高度分別為2m、54m、6m和10m。氣相區18和液相區17內每6米裝填8塊銅質波紋板，塔板規格為360kg/m3、空間覆蓋率為0.952m3/m3，接觸面積為670m2/m3，共計96塊塔板。精餾塔頂部配有壓力計21和真空調節器22。精餾塔底部濃縮區20配有導流管15，將真空精餾塔5與高溫反應蒸汽鍋爐4連接，以形成循環。高速離心分離器6採用SYBB04-002-059型，通過氣體導管23與真空精餾塔6頂部相連。整個低氘活化系統3又通過引流管24與綜合過濾系統7相接。綜合過濾系統7採用為大型納濾膜處理裝置。裝置配有7500支巻式納濾膜元件((D300mm)，每750支組成一個系列，共10個系列，膜材料採用聚乙烯醇衍生物。綜合過濾系統7通過引流管與礦質調節系統8相接。礦質調節系統8為黑耀石、麥飯石接觸池。接觸池規格8mX6mX6m，有效池容220m3，水力停留時間2h左右，食品級不鏽鋼材構。池底接觸層接觸面積30m2，高2m，自下而上分別為5cm厚度的粗砂、15cm厚度的細砂、180cm厚度的黑耀石、麥飯石(質量l:l)。礦質調節系統8與臭氧處理系統11由引流管相接。臭氧處理系統ll採用配有CY型臭氧發生器的密閉消毒罐。消毒罐規格為D3.2X5m，有效容積150m3。CY型臭氧發生器由自氧生成器和汽水混合配件組成。實施例1在實際生產過程中，取長江水作為源水樣通過水力循環澄清池和普通快濾池作預處理，除去源水中的大顆粒汙染物。經過預處理的源水在泵的作用下，以2kg/h的流量進入低氘活化系統，在354.5K和壓力1.06Mpa條件下進行高溫反應1小時，再由泵真空條件下以原流量送入精餾裝置。控制真空精餾在平均72.3°C、120mmHg真空壓力條件下進行。緊接著高精度真空精餾後將水樣進行高速離心分離處理，處理參數控制在10000r/min、15.6bar。在高速離心分離後，水樣部分在低氖活化系統內循環處理，其餘部分通過泵以1.3kg/h的流速經過綜合過濾系統，主要通過15bar壓力下的M30型納濾膜。經過綜合過濾系統過濾處理後，水樣在礦質調節系統內調整所含的礦物質組成。此過程通過25°C麥飯石、黑耀石混合礦化物料層實現。最後經過1.5mg/L量級臭氧消毒殺菌後封裝成品。經測定，通過該工藝生產的飲用超輕水(DDW)的氘濃度為125ppm，水分子團半峰寬度為74.3Hz，並且水中含有鈣63.0mg/L、鎂7.6mg/L、鉀1.5mg/L、鈉8.5mg/L及適合人體需要的銅、鋅、錳、硒、鉻等元素。實施例2取長江水作為源水樣，利用聚合氯化鋁絮凝澄清作用和活性炭過濾進行預處理。經過預處理的水樣以3kg/h的流量進入低氖活化系統，進行高溫反應半小時，控制溫度和壓力條件分別為450K、1.77Mp。反應結束後水樣由泵在真空條件下以3kg/L流量進入精餾裝置。在87。C、180mmHg條件下進行高精度真空精餾。精餾後的水樣在20000r/min、17bar條件下進行高速離心分離處理。在低氘活化系統內循環處理的水樣，以1.3kg/h的流速進入綜合過濾系統，在30barM30型納濾膜處理後，再通過3(TC黑耀石、麥飯石接觸礦化。最後經過1.5mg/L量級臭氧消毒後封裝成品。經測定，通過該工藝生產的飲用超輕水(DDW)的氖濃度為50ppm，水分子團半峰寬度為55.3Hz，並且水中含有鈣26.0mg/L、鎂3.96mg/L、鉀1.4mg/L、鈉6.4mg/L及適合人體需要的銅、鋅、錳、硒、鉻等元素。權利要求1、一種飲用超輕水的生產裝置，其特徵在於由預處理系統、低氘活化系統、綜合過濾系統、礦質調節系統和臭氧殺菌系統依次連接組成，其中預處理系統(1)由水力循環澄清池和快濾池串聯組成；水力循環澄清池中加入有聚合氯化鋁作為沉澱劑，快濾池自下而上依次為35-45cm厚度的卵石層，3-8cm厚度的石英砂層，90-150cm厚度的活性炭，活性炭粒徑為0.2-1.5mm；快濾池配備有豐字形多叉穿孔管配水系統，預處理系統通過引流管與低氘活化系統連接；低氘活化系統(3)由高溫反應蒸汽鍋爐(4)、真空精餾塔(5)和高速離心分離器(6)構成，高溫反應蒸汽鍋爐(4)通過蒸汽導管(14)與真空精餾塔(5)下部的液相區(17)連通；真空精餾塔(5)內徑為0.5-1.8m，高度為30-80m，自上而上為真空緩衝區(19)、氣相區(18)、液相區(17)和濃縮區(20)；4個區的高度依次為0.5-2.2m，22.5-60m，2.5-8m，4-12m；氣相區(18)和液相區(17)安裝有銅質波紋板(16)；真空精餾塔(5)設有真空調節器(22)；真空精餾塔(5)底部的濃縮區(20)下部通過導流管(15)與高溫反應蒸汽鍋爐(4)連接，以形成循環；真空精餾塔(5)頂部的真空緩衝區(19)處通過氣體導管(23)與高速離心分離器(6)連接；高速離心分離器(6)通過出水引流管(24)與綜合過濾系統(7)相連；綜合過濾系統(7)採用大型納濾處理裝置；礦質調節系統(8)為黑耀石和麥飯石接觸池，接觸池自下而上依次為4-8cm厚度的粗砂、12-20cm厚度的細砂、160-200cm厚度的黑耀石和麥飯石，黑耀石與麥飯石的質量比為0.8∶1-1∶0.8；礦質調節系統(8)與臭氧殺菌系統(11)由引流管相連接；臭氧殺菌系統(11)配有CY型臭氧發生器的密閉消毒罐，CY型臭氧發生器由自由氧發生器和汽水混合配件組成。2、根據權利要求1所述的飲用超輕水生產裝置，其特徵在於所述的納濾處理裝置內配有巻式納濾膜5000-8000支，分成10個系列，每個系列含膜元件500-800支，膜材料採用聚乙烯醇衍生物。3、一種利用權利要求1所述裝置生產飲用超輕水的方法，其特徵在於具體步驟如下(1)預處理，首先由水力循環澄清池和快濾池組成的預處理系統(2)對源水進行預處理，除去源水中的大顆粒懸浮物、膠體物以及部分微量有機汙染物雜質，以達到後續處理系統的進水水質要求，水力循環澄清池中的聚合氯化鋁用量為處理水重量的0.001%~0.02%;快濾池中，保持水力停留時間為1.2-1.8小時；(2)低氘活化處理，經過預處理的水由引流管進入低氘活化系統(3),控制高溫反應蒸汽鍋爐(4)的溫度為300~800K、壓力為l5Mpa，經反應，水中的微生物、病毒和部分無機、有機汙染物被消除，將液態源水轉變為氣態蒸汽進入真空精餾塔(5);控制真空精餾塔(5)的真空度為80200mmHg，溫度為5010(TC，使水中的部分無機汙染物和重金屬分離，並在相際傳質截留過程中去除部分有機物；經過精鎦階段後的源水，進入高速離心分離器(6)，控制離心分離器(6)的轉速為5000~30000r/min，壓力為10150bar，使水中的微生物、不溶性有機物、無機汙染物和重金屬被進一步去除；(3)綜合過濾處理，經低氖活化系統(3)處理後的水，由引流管進入綜合過濾系統(7)，控制系統壓力為1050bar，經納濾膜裝置輔助除去在低氘活化系統後可能殘留的微生物、微量溶解性有機物、無機汙染物和重金屬汙染物，對水做進一步的淨化、純化；(4)礦質調節處理，經過綜合過濾系統(7)處理後，將水引入礦質調節系統(8)，控制系統溫度為25~35°C，水停留時間為1.5-2.5小時；(5)臭氧消毒處理，最後，將水通入臭氧殺菌處理系統(ll)，控制臭氧量在12mg/L。全文摘要本發明屬於飲用水
技術領域：
，具體為一種飲用超輕水的生產裝置和方法。該生產裝置依次由預處理系統、低氘活化系統、綜合過濾系統、礦質調節系統和臭氧殺菌系統連接組成。其中，低氘活化系統包括高溫反應蒸汽鍋爐、真空精餾塔和離心分離裝置；綜合過濾系統採用大型納濾裝置；礦質調節系統採用黑耀石和麥飯石接觸池。經過本發明裝置處理的水降低了水中氘的含量(在150ppm以下)和分子團的大小，並使水體含有均衡的微量元素，達到飲用水的標準，可廣泛用於飲料、食品加工和醫療等領域。文檔編號C02F9/00GK101224929SQ20081003276公開日2008年7月23日申請日期2008年1月17日優先權日2008年1月17日發明者堅何,侯惠奇,越卓,史爾勇,史育才,朱均裕,瑜郭申請人:上海上善若水生物工程有限公司