用于在饮用水中富含硅酸盐的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于在饮用水中富含硅酸盐的方法和设备。本发明专利技术涉及用于在饮用水中富含硅酸盐的方法，所述方法包括以下步骤：将原料水经由反渗透过程分离为包含去矿物质的原料水的渗透物和包含富含矿物质的原料水的渗余物，混合所述渗透物和包含硅酸钠和/或硅酸钾的水玻璃溶液，使所述混合物的至少一部分经历离子交换过程以降低钠离子和/或钾离子的浓度，并且将所述渗余物的至少一部分供给至降低了钠离子和/或钾离子的浓度的混合物，从而生产富含硅酸盐的饮用水。另外，本发明专利技术涉及用于生产富含有硅酸盐的饮用水的设备。

Methods and equipment for silicate rich drinking water

【技术实现步骤摘要】
用于在饮用水中富含硅酸盐的方法和设备
本专利技术涉及用于在饮用水中富含硅酸盐的方法和用于生产富含有硅酸盐的饮用水的设备。
技术介绍
针对与水品质下降相关的饮用水消耗增加的背景，除了别的之外，现今常规且通常必要的是使用各种的纯化步骤来在饮用水的生产中处理原料水。特别地，常规通过将原料水去矿物质，例如通过反渗透和接着添加矿物质来实施生产瓶装饮用水。pH值通常通过在矿物质化期间或在反渗透之前添加碱或酸来调节。这具有以下优势：即使使用不同的原料水，也可以保证恒定的饮用水品质。另外，可以特别地在饮用水中富含具有有益于健康的性能的多种添加剂例如矿物盐。水中的主要矿物质组分为钙、镁、钠、钾、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、氟化物和硅酸盐，其出于各种原因对人体具有积极效果。例如，人体中需要钙来用于骨形成。特别地，主要以硅酸盐的形成存在于饮用水中的元素硅对人体具有各种积极性能，以致有利的是从饮用水获取硅酸盐。例如，已知的是，硅酸盐能够结合有毒的铝，由此防止或减轻神经退行性疾病例如阿尔茨海默病(V.Rondeau，AmericanJournalofEpidemiology，169，4，2009，第489-496页；Exley等，JournalofAlzheimer'sDisease，10，2006，第17-24页)。然而，其中矿物质添加到例如使用由反渗透产生的渗透物产生的去矿物质的原料水中的这些通常的过程从成本的观点来看是不利的，特别是因为丢弃了不可忽视的比例的原料水(即由反渗透产生的渗余物)。另外，通常难以保持原料水的天然感官特征。原料水的感官特征取决于矿物质浓度，并且将相关矿物质浓度精确调整或恢复到原料水水平在常规过程中是困难和不准确的。在本
中，已知数种途径来在饮用水中富含较高浓度的硅，以将该元素以充分的量供给至人体。例如，US2014/0271995A1示出一种饮用水的制造方法，其中将原料水中添加SiO2作为添加剂，以实现在饮用水中的期望的量的硅酸盐。进一步，CN104098169B揭示将作为颗粒或粉末的无定形Si添加至纯水。通常，这些途径具有使用SiO2(即，二氧化硅)的形式的硅的缺点。然而，硅酸在酸性和中性pH范围内具有相对低的溶解度，以致必须进行至少一些复杂的工艺步骤例如过滤步骤，以调节饮用水中的期望的硅酸盐含量和除去不需要的颗粒。进一步，WO2011/009950A1和WO2011/010188A1揭示了用于在饮用水中富含原硅酸([Si(OH)4])的方法，其中反渗透工艺步骤接着电渗析用于首先在水中富含硅，然后除去不需要的矿物质。然而，从商业的观点，这些过程也是不利的，这是因为它们仅使用从反渗透得到的渗余物(富含有硅)以生产饮用水，但丢弃得到的渗透物。US2005/0247626A1公开了一种用于从去离子水生产含钙水的方法和设备。WO2011/010188A1揭示了一种用于生产富含有二氧化硅的水的方法。WO2011/009950A1揭示了一种用于生产富含有二氧化硅的水的方法。DE102008052001A1公开了一种水处理工艺。总的说来，本
中的方法具有以下缺点：仅可以使用高水平的仪器大量地经济地生产具有富含的硅酸盐含量的饮用水。因而，本
中已知的方法和设备具有以下缺点：从成本的观点，它们是不利的。另外，难以用已知的方法和设备在原料水中保持原始矿物质组成，即难以使原料水中存在的其它矿物质的浓度在所得的饮用水中保持恒定。出于该原因，饮用水的天然感官特征通常得不到保留。例如，水玻璃为对于硅酸的可选硅源。水玻璃定义为在水中高度可溶的硅酸钠、硅酸钾和/或硅酸锂的水溶液。特别地，由硅酸钠或硅酸钾制成的水玻璃大量地商购可得并且同时包含与饮用水相关的元素，钠和钾，并且因此可以潜在地用作用于含硅酸盐的饮用水的添加剂。然而，来自硅酸钠或硅酸钾的水玻璃尚未用于饮用水的商业生产，这是因为这也会同时与饮用水中的钠和/或钾的浓度的高度增加相关。这从健康的观点是不期望的并且还与恶化的感官性能相关，由此特别是，饮用水的天然感官特征得不到保留。
技术实现思路
专利技术要解决的问题因而，本专利技术的任务是提供一种用于在饮用水中富含硅酸盐的方法，由此饮用水可以大规模的、成本有效地生产。另外，任务是提供一种用于生产富含有硅酸盐的饮用水的设备，该饮用水可以大规模的、成本有效地生产。用于解决问题的方案该任务应该通过根据本专利技术项1中所述的方法来解决。所述方法的优选实施方案在本专利技术项2至9中定义，其也彼此组合包括。进一步，该任务通过根据本专利技术项10所述的设备来解决。所述设备的优选实施方案在本专利技术项11至15中定义，其也彼此组合包括。项1.一种用于在饮用水中富含硅酸盐的方法，所述方法包括以下步骤：将原料水经由反渗透过程分离为包含去矿物质的原料水的渗透物和包含富含矿物质的原料水的渗余物，混合所述渗透物和包含硅酸钠和/或硅酸钾的水玻璃溶液，使混合物的至少一部分经历离子交换过程以降低钠离子和/或钾离子的浓度，和将所述渗余物的至少一部分供给至降低了钠离子和/或钾离子的浓度的混合物。项2.根据项1所述的方法，其中所述离子交换过程为反向电渗析和/或电去离子，优选仅使用双极性膜和/或阳离子膜。项3.根据项1或2所述的方法，其中考虑到所述渗余物的至少一部分的循环，所述渗透物和水玻璃溶液的混合以所述混合物中的硅酸盐的浓度对应于饮用水中的期望的最终硅酸盐浓度的方式进行，所述浓度优选地在50至500mg/l，更优选为100至300mg/l，特别优选为130至250mg/l的范围内。项4.根据项1至3任一项所述的方法，其中在所述反渗透过程之前将食品安全硬度稳定剂添加至所述原料水。项5.根据项4所述的方法，其中所述食品安全硬度稳定剂为CO2。项6.根据项5所述的方法，其进一步包括：在所述反渗透过程之后，优选在将所述渗余物供给至降低了钠离子和/或钾离子的浓度的混合物的步骤之后的除去CO2的步骤。项7.根据项6所述的方法，其中所述除去CO2的步骤通过真空脱气、压力脱气或膜脱气来进行，其中所述除去通过使用或不使用汽提气体的真空脱气来进行。项8.根据项1至7任一项所述的方法，其进一步包括用膜分离过程、优选经由超滤(UF)来将所述原料水灭菌的步骤和/或将富含硅酸盐的饮用水灭菌的步骤。项9.一种用于生产富含硅酸盐的饮用水的设备，其包括：用于将原料水分离为包含去矿物质的原料水的渗透物和包含富含矿物质的原料水的渗余物的反渗透单元，用于混合所述渗透物和包含硅酸钠和/或硅酸钾的水玻璃溶液的混合单元，用于使混合物的至少一部分经历离子交换过程以降低钠离子和/或钾离子的浓度的离子交换器，和和用于将所述渗余物的至少一部分供给至降低了钠离子和/或钾离子的浓度的混合物的供给单元。项10.根据项9所述的设备，其中所述离子交换器为用于进行反向电渗析和/或电去离子的组件，优选包括双极性膜和/或阳离子膜。...

【技术保护点】
1.一种用于在饮用水中富含硅酸盐的方法，所述方法包括以下步骤：/n将原料水经由反渗透过程分离为包含去矿物质的原料水的渗透物和包含富含矿物质的原料水的渗余物，/n混合所述渗透物和包含硅酸钠和/或硅酸钾的水玻璃溶液，/n使混合物的至少一部分经历离子交换过程以降低钠离子和/或钾离子的浓度，和/n将所述渗余物的至少一部分供给至降低了钠离子和/或钾离子的浓度的混合物。/n

【技术特征摘要】
20180723 DE 102018005796.91.一种用于在饮用水中富含硅酸盐的方法，所述方法包括以下步骤：
将原料水经由反渗透过程分离为包含去矿物质的原料水的渗透物和包含富含矿物质的原料水的渗余物，
混合所述渗透物和包含硅酸钠和/或硅酸钾的水玻璃溶液，
使混合物的至少一部分经历离子交换过程以降低钠离子和/或钾离子的浓度，和
将所述渗余物的至少一部分供给至降低了钠离子和/或钾离子的浓度的混合物。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述离子交换过程为反向电渗析和/或电去离子，优选仅使用双极性膜和/或阳离子膜。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中考虑到所述渗余物的至少一部分的循环，所述渗透物和水玻璃溶液的混合以所述混合物中的硅酸盐的浓度对应于饮用水中的期望的最终硅酸盐浓度的方式进行，所述浓度优选地在50至500mg/l，更优选为100至300mg/l，特别优选为130至250mg/l的范围内。


4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中在所述反渗透过程之前将食品安全硬度稳定剂添加至所述原料水。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述食品安全硬度稳定剂为CO2。


6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：在所述反渗透过程之后，优选在将所述渗余物供给至降低了钠离子和/或钾离子的浓度的混合物的步骤之后的除去CO2的步骤。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述除去CO2的步骤通过真空脱气、压力脱气或膜脱气来进行，其中所述除去通过使用或不使用汽提气体的真空脱气来进行。


8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其进一步包括用膜分离过程、优...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪克·舒尔，
申请(专利权)人：克朗斯股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE