A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 81. kötet (2011)
FORRÁSVÍZ OXIGÉNNEL VALÓ DÚSÍTÁSA Zákányiné Dr. Mészáros Renáta 1 , Zákányi Balázs 2 1,2
egyetemi tanársegéd Miskolci Egyetem, Kémiai Intézet, 3515, Miskolc-Egyetemváros,
[email protected]. 2 Miskolci Egyetem, Környezetgazdálkodási Intézet, 3515, Miskolc-Egyetemváros
1
1. Bevezetés-testünk oxigénfelvétele A testünk három módon tud felvenni oxigént. A legfontosabb a légzés, de itt is meg kell állnunk egy pillanatra. A légzés hatékonysága a tüdő szabad felületével áll arányban. A tüdő teljes felülete kiterítve akkora lenne, mint egy futballpálya. Ha valakinek tüdővel kapcsolatos problémája van, mint például az asztmásoknak vagy tüdőtágulatban szenvedőknek, a tüdő szabad felülete számottevően csökken, ezzel együtt romlik a légzés hatékonysága is, azaz a szervezet átlagos oxigénellátottsága még az átlagemberénél is rosszabbá válik. A második legfontosabb lélegző szervünk, bármilyen meglepő is, a bőrünk. Csakhogy a bőrünket is érinti a környezet alacsonyabb oxigéntartalma, ezért ma így sem lehet pótolni a csökkent oxigénellátottságot. A harmadik szervünk, amellyel tiszta oxigént tudunk felvenni, a gyomrunk. A természetben azonban nem jellemzek oxigéndús táplálékok, hiszen az oxigén illékony gáz, így a gyomron keresztüli oxigénfelvétel mindeddig elhanyagolható volt. Az oxigénnel dúsított vízzel azonban szinte közvetlenül a véráramba tudjuk irányítani az oxigént, visszaállítva ezzel a vér egészséges oxigénszintjét. A gerincesek vörös vérsejtjeinek feladata az oxigénnek a légzőszervekből a sejtekbe, illetve a széndioxidnak a sejtekből a légzőszervekbe való juttatása. A testi fáradtság elsősorban az izmok oxigéntáplálásának elégtelensége, a hemoglobin oxigénadóssága miatt következik be. Nagy testi megterhelés esetén a légzés útján történő véroxigén telítés a tüdő teljesítőképességének behatároltsága vagy/és a légköri levegő esetenként csökkent oxigéntartalma következtében elégtelen lehet. Ilyenkor a vér oxigénszintje az izomsejtek helyreállítási folyamataihoz képest alacsony. E jelenség jellemző mutatója az artériás vér oxigéntelítettségi foka. Megállapították, hogy a gyomor-bélcsatorna útján történő oxigénbetáplálás a levegő belélegzésénél intenzívebb, ez ezt klinikai feltételek között több éve alkalmazzák. Az ilyen enterális oxigénterápia a tapasztalatok szerint, nemcsak az
293
Zákányiné Dr. Mészáros Renáta, Zákányi Balázs
izomsejtek oxigéntáplálását eredményezi, hanem egyéb megújulási folyamatait is serkenti. [1]
2. Ásványvizek oxigénnel történő dúsítása A vizek oxigénnel történő dúsításának alapját főként a gáz adott hőmérsékleten és nyomáson jellemző oldhatósága képzi [2]. Az oxigénes víz előállítási technológiák ezen két tulajdonság operálásával dolgoznak. Ezen eljárások pontos felépítéséről pontosabb információ nem ismert, mert az előállítási folyamatokat általában szabadalom védi vagy üzleti titkot képez. Például a fent említett kaqun víz esetében is így van (ennek az eljárásnak az alapját az elektrolízis adja) [3]. A szintén fent említett liss patron esetében azonban tisztán a megnövelt nyomás hatására hozhatunk létre oxigénes vizet. Ezen kívül ismertek olyan eljárások, melyek az úgynevezett átlevegőztetési kihasználva a források/patakokhoz hasonlóan a levegő oxigénjét hasznosítják [4]. Vizsgáltuk különböző, kereskedelmi forgalomban kapható oxigénes vizeknek a kinyitás utáni azonnali oldott oxigén tartalmát, illetve az idő elteltével annak változását. Megállapítottuk, hogy a 16 mg/l-es kezdeti oxigéntartalommal rendelkező „A” minta esetében ez az érték 1 óra elteltével is hasonló szinten maradt, míg „B” minta esetében a kezdeti 37 mg/l-es érték, már néhány perc eltelte után (5 perc) 28 mg/g-ra, míg 1 óra elteltével 16 mg/l-re csökkent. Az általunk kidolgozott technológiában az átlevegőztetés módszerét a hőmérséklet csökkentésével ötvöztük. A mérésekhez a Szinva-forrás vizét használtuk fel.
3. Anyagok és módszerek Első lépésben a lillafüredi (Szinva-forrás) vízminták lehűtésére került sor, majd a megfelelő hőmérséklet elérésével buborék porlasztókon keresztül sűrített levegőt engedtünk a palackokba. A vizsgálatok elvégzése során két, eltérő típusú porlasztót alkalmaztunk, melyek különböző méretű buborékokat képesek létrehozni, illetve a sűrített levegő eltérő nyomással engedtük a mintákba. A mintákban az oldott oxigén mennyiségét folyamatosan mértük. Az így kapott eredmények alapján következtetünk az eljárás hatékonyságára. Továbbá a vizsgált minták esetén a kálium, nitrát, vas, kalcium, magnézium mennyiségének, illetve az össz keménység mérésére került sor. Erre azért volt szükség, hogy nyomon követhessük a kilevegőztetés hatására az összetételben létrejövő változásokat [5].
294
Forrásvíz oxigénnel való dúsítása
A vizsgálatok során kétféle porlasztót alkalmaztunk (kék és barna); a kisebb méretű buborékokat a barna porlasztóval lehet előállítani, ez azt jelenti, hogy a beporlasztás ebben az esetben hatékonyabb, mint a másik típusnál.
4. Eredmények bemutatása Az 1. ábra az oldott oxigén változását mutatja 8 °C-on, 0,5 bar nyomással, a két különböző porlasztó alkalmazásával.
1. ábra. A kék vonallal a barna, a pirossal a kék porlasztóval kapott eredmények 0,5 bar nyomáson és T=8 °C-on.
Megfigyelhető, hogy a kisebb buborékokat létrehozó porlasztó alkalmazásával gyorsabban lesz a rendszernek magasabb az oxigéntartalma, azonban a másik porlasztóval hosszabb idő elteltével érhető el ugyanaz a hatás. Ugyanez 18,4 °C-on is megfigyelhető volt a két porlasztó hatására vonatkozóan. A minták hőmérsékletének növelésével azonban az oldott oxigén mennyisége csökkent a rendszerben az oldhatósági szabályoknak megfelelően. A következő ábrán állandó hőmérsékleten a beporlasztási nyomás változásának hatását mutatjuk be. A 2. ábra alapján megfigyelhető, hogy a beporlasztási nyomás változtatása jelentős hatással van a rendszerben lévő oldott oxigén mennyiségére. A sötétkék és narancs színű vonalak a barna, illetve a kék porlasztóval történő adagolást 1 bar nyomáson szemléltetik, míg lentebb a világoskék és piros vonalak ugyanezeket 0,5 295
Zákányiné Dr. Mészáros Renáta, Zákányi Balázs
bar nyomáson. A nyomás növelésével tehát az oldott oxigén mennyisége jelentősen megnövekedik, ennek egyik oka, hogy a porlasztón gyorsabban átáramló gáz kisebb buborékokat képez ebben az esetben, illetve a rendszerben megjelenő nagyobb mennyiségű gázból nagyobb felületen több oxigén képes beoldódni a rendszerbe.
2. ábra. A piros (kék porlasztó) és kék (barna porlasztó) vonallal a 0,5 bar nyomáson, illetve narancssárga (kék porlasztó) és sötétkék (barna porlasztó) vonallal 1 bar nyomáson kapott eredmények.
5. Eredmények értékelése, javaslatok Összefoglalva megállapítható, hogy: • a barna porlasztó alkalmazása esetében kisebb buborékok képződnek, így gyorsabban nagyobb oldott oxigén mennyiség érhető el; • a kék porlasztó esetén nagyobb buborékok képződnek, így a kezdetben az oldott oxigén mennyiség kisebb, hosszabb idő eltelte után azonban az előző porlasztóhoz hasonló hatás érhető el; • minden esetben a buborékoltatás időtartama 30 perc, melynek végére éri el a rendszer a maximális oldott oxigén tartalmat; • a minták hőmérsékletének csökkentésével az oldott oxigén mennyisége növekszik, ez a megfigyelés összhangban van az oldhatósági táblázatokból ismert adatokkal; 296
Forrásvíz oxigénnel való dúsítása
• a beporlasztási nyomás növelésével minden esetben nagyobb oldott oxigén mennyiség érhető el; • a beporlasztás befejeztével minden esetben a mintákban mért oldott oxigén mennyisége rövid idő alatt csökken. • az egyéb vizsgált paraméterek az oldott oxigén mennyiség növelésével változnak, ennek oka a rendszer átlevegőztetése. A forrásvíz minőségében jelentős változást ez nem okoz. • az általunk előállított víz oldott oxigén tartalma hasonló a kereskedelmi forgalomban kapható oldott oxigént tartalmazó vizekben mért értékekhez (A és B minta). A nagyobb mennyiséget tartalmazó minták esetében ugyanis a kinyitás után rövid idővel a 16 mg/l-körüli értéket veszi fel az oldott gáz tartalom. • Ezek alapján elmondhatjuk, hogy a kapott eredményeink a realitásnak megfelelőek, módszerünkkel, a többi palackozott oxigénes vízhez hasonló gáztartalmú víz előállítható. Javaslatok: • A palackozásra szánt vizet az oxigénnel való dúsítás előtt javasoljuk hűteni. • A vizsgálatokat biztonsági okokból sűrített levegővel végeztük, oxigéngáz alkalmazása gyorsabb beoldódást eredményezne. • A nyomástartó edények használatát javasoljuk, a további jobb oldhatóság biztosítása érdekében. Ennek a paraméternek a növelésével jelentősen növelhető a vizek oxigén oldhatósága. • A vizek beoldás utáni azonnali/mielőbbi palackozását javasoljuk, mivel az előzőleg beoldott oxigén mennyisége néhány perc elteltével rohamosan csökken. • A nagyobb oldott oxigén mennyiség elérésének érdekében javasoljuk az oxigén 4°C-on történő beoldását.
6. Köszönetnyilvánítás A Messer Hungarogáz Kft-nek. A kutató munka a TÁMOP‐4.2.1.B‐10/2/KONV‐2010‐0001 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával,az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
297
Zákányiné Dr. Mészáros Renáta, Zákányi Balázs
Felhasznált irodalom
[1] Oxigén therápia, oxigénes víz: Ismerkedés az oxigénes vízzel, A Pentaqua Kft. kiadványa, 2009 [2] Berecz Endre: Kémia műszakiaknak. Tankönyvkiadó, Bp., 1991. [3] www.kaqun.hu [4] Berecz Endre: Fizikai kémia (2. kiadás), Tankönyvkiadó, 1988. [5] Pilling, Seakins: Reakciókinetika, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1997
298
