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 1 Miskolci Egyetem, Kémiai Intézet, 3515, Miskolc-Egyetemváros, fkmmr@uni-miskolc.hu. 2 Miskolci Egyetem, Környezetgazdálkodási Intézet, 3515, Miskolc-Egyetemváros 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