Способ обработки среды путем насыщения ее полезными веществами, выделяемыми растениями, и устройство для его осуществления

Способ обработки среды путем насыщения ее полезными веществами, выделяемыми растениями, и устройство для его осуществления

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к насыщению различных газовых, жидких, гелеобразных, твердых, в том числе порошкообразных, и смешанных сред ингредиентами, выделяемыми вегетирующими растениями, и может быть использовано для улучшения экологии офисов, жилищ, водоемов, а также в пищевой промышленности, фармацевтике, рыбном и сельском хозяйстве, в том числе для улучшения качества воздуха в помещениях, для приготовления напитков, пищевых продуктов и добавок, лекарств, парфюмерно-косметических продуктов, для ингаляций, приема ванн, повышения устойчивости и продуктивности рыб, других полезных животных и микроорганизмов, а также для приготовления средств обработки растений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны способы и устройства для изменения свойств воды, жидкостей и других веществ, включающие этапы очистки, подачи, закачивания (газирования под давлением) или пропускания сквозь них воздуха и иных газов (Gahrns H.-H. Tehcniche Beluftung Steigert Effectivitat der Forellenproduktion (Использование аэрации водоемов для выращивания форели) [1]; Z. Binnenfischerei DDR, 1988, t.35, №6, s.209-214 [1]; Kindschi G.A. Notes on two feed types and methods for steelhead trout production (Использование двух типов кормов и методов кормления радужной форели) [2]; Program. Fish-Cuturist, 1984, t.46, №1, p.44-47 [2]; Rummler F., Pfeifer M. Erste Versuche zur К (1-2) - Produktion in einer Anlage mit Sauerstoffbegasung und Rundbecken (Первые опыты по выращиванию годовалых и двухгодовалых карпов в обогащенных кислородом круглых бассейнах); Z.Binnenfischerei DDR, 1987, t.34, №6, s. 179-185 [3]).

Недостатком подобных способов и устройств является слабое комплексное воздействие, вызванное ограниченностью набора действующих веществ, и безвозвратное (естественно не возобновляемое) использование некоторых важных компонентов (например, кислорода), наполнителей и материалов фильтров и т.п.

Также известен способ оздоровления воздуха в помещении путем размещения в помещении вегетирующих растений, выделяющих летучие органические вещества (патенты РФ №2143922, 2288009).

Данный способ имеет узкую область применения, ограниченную оздоровлением воздуха в помещении.

Наиболее близким к предложенному является способ обработки жидкой среды, включающий пропускание через нее потока кислородсодержащей газообразной среды, предварительно насыщенной фитоэкскретами вегетирующих или срезанных растений, при этом насыщение газообразной среды фитоэкскретами растений осуществляют путем пропускания потока упомянутой среды через камеру с растениями, выделяющими фитоэкскреты. Перед насыщением фитоэкскретами растений газообразную среду очищают от вредных примесей путем пропускания потока упомянутой среды через дополнительную камеру с вегетирующими и/или срезанными растениями, поглощающими соответствующие вредные примеси. Для усиления выделения фитоэкскретов растения подвергают тепловому, и/или световому, и/или звуковому, и/или электромагнитному воздействию. Устройство для обработки жидкой среды, содержащее средство нагнетания газообразной среды с нагнетающим и всасывающим патрубками, по меньшей мере, один резервуар для жидкой среды, по меньшей мере, одну камеру с растениями, выделяющими фитоэкскреты, при этом нагнетающий патрубок упомянутого средства соединен с резервуаром для жидкой среды, а всасывающий патрубок - с камерой с растениями, выделяющими фитоэкскреты. Устройство снабжено по меньшей мере одной соответствующей камерой с растениями, поглощающими примеси, соединенной с камерой с растениями, выделяющими фитоэкскреты. Камеры для растений и резервуары для жидкой среды оборудованы приспособлениями для регулирования по меньшей мере одного из режимов: водного, газового, пищевого, светового, а также для по меньшей мере одного вида обработки растений: химической, звуковой, световой, электромагнитной (ЕА 010104, опуб. 30.06.2008). В известном способе через камеру с растениями, выделяющими фитоэкскреты, происходит постоянное прокачивание газообразной среды через открытые краны, поэтому в камере растения находятся под атмосферным давлением.

Недостатком данного способа являются ограниченные возможности теплового, светового и электромагнитного воздействий в регулировании выделения фитоэкскретов вегетирующими растениями.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является значительное повышение выделения фитоэкскретов растениями, а также, при необходимости, поддержание высокой интенсивности данного процесса при последующем снижении уровня воздействия стимулирующими факторами внешней среды.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки среды путем насыщения ее полезными веществами, выделяемыми растениями, включающем подачу газообразной среды в камеру с вегетирующими или срезанными растениями и пропускание насыщенной фитоэкскретами газообразной среды через обрабатываемую среду, согласно изобретению периодически создают пониженное или поочередно пониженное и повышенное давление указанной газообразной среды в камере с вегетирующими или срезанными растениями.

При этом целесообразно использовать для подачи газообразную среду, предварительно обработанную путем подачи ее в другую камеру с растениями, поглощающими вредные вещества, и создания в ней избыточного давления указанной газообразной среды.

Кроме того, обрабатываемая среда может представлять собой газообразную среду, или жидкость, или твердую среду в виде порошка, или гранул, или сорбента.

Поставленная задача также решается устройством для осуществления данного способа, содержащим средство нагнетания газообразной среды, камеру с вегетирующими или срезанными растениями, подсоединенную соответствующим трубопроводом к указанному средству со стороны всасывания, причем указанное средство со стороны нагнетания сообщено по меньшей мере с одним вместилищем обрабатываемой среды, в котором согласно изобретению камера с вегетирующими или срезанными растениями, подсоединена соответствующим трубопроводом также к средству нагнетания со стороны нагнетания.

Кроме того, устройство может быть снабжено второй камерой для растений, поглощающих вредные вещества, соединенной трубопроводами с соответствующей камерой для растений, выделяющих фитоэкскреты, и с указанным средством со стороны нагнетания.

При этом вместилище обрабатываемой среды может представлять собой резервуар или помещение.

В основу изобретения легла идея насытить газообразные, жидкие, твердые и смешанные среды не только кислородом, но и другими полезными веществами, выделяемыми растениями.

В процессе экспериментов было установлено, что насыщаемая среда приобретает полезные свойства, присущие веществам, выделяемым растениями.

Фитоэкскреты представляют собой конечные продукты обмена веществ, выделяемые растением наружу. У растений в экскреции участвуют специальные железки и поверхность клеток, а процесс экскреции происходит посредством пассивного смыва осадками и, главным образом, испарениями.

Среди фитоэкскретов, главным образом, преобладают терпеноиды. Терпеноидами называются природные углеводороды состава (С₁₀Н₁₆)_n и их многочисленные кислородные производные (спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, окиси и др.). Они содержатся, главным образом, в эфирных маслах цветов, листьев, хвои, плодов растений, в различных природных смолах (бальзамах) деревьев хвойных пород (сосны, пихты, кедра, ели и др.).

Терпеноиды отличаются от других органических соединений такого же состава склонностью к изомерации, циклизации и полимеризации, которые протекают часто даже в очень мягких условиях (пониженная температура, разбавление и т.п.).

В этом большом классе природных соединений различают монотерпены (C₁₀H₁₆), секвитерпены (C₁₅H₂₄), дитерпены (С₂₀Н₃₂), тритерпены (С₃₀Н₄₈), тетратерпены (С₄₀Н₆₄) и политерпены (С₁₀Н₁₆)_n. Эти многочисленные группы соединений практически обнаружены во всех тканях и лекарственных растениях. Они содержатся в эфирных маслах (содержат монотерпены и секвитерпены), в горечах (в основном, секвитерпеновые лактоны); смолах и бальзамах (содержат дитерпены).

Терпеновые соединения являются активными участниками обменных процессов, протекающих в растительном организме, о чем свидетельствует их высокая реакционная способность. Некоторые терпеноиды регулируют активность генов растений и обладают хроматофорной системой, могут поглощать лучистую энергию, участвовать в фотохимических реакциях. Углеродные цепи отдельных терпеноидов являются ключевыми промежуточными продуктами на пути биосинтеза таких биологически активных веществ, как стероидные гормоны, ферменты, антиокислители, витамины Д, Е, К, желчные кислоты.

У терпеновых соединений, выделенных из растений, выявлен широкий спектр биологического действия, в своем большинстве они малотоксичны и им не свойственно узкоспецифическое действие - потенциал биологического влияния их распределяется равномерно среди различных систем и органов.

С терпеновыми соединениями связывают фитонцидную активность эфирных масел многих растений природной флоры различных регионов мира. Многие из этих веществ губительно действуют на разнообразную грамположительную и грамотрицательную микрофлору, некоторые виды грибов, простейших, а также вирусы.

Поэтому в настоящее время, на фоне возросшей устойчивости к антибиотикам возбудителей гнойных инфекций и доминирующей значимости условно-патогенной микрофлоры, использование природных терпеноидов приобретает особую значимость.

Под газообразной средой в соответствии с настоящим изобретением следует понимать любую газообразную среду, например воздух, промышленно поставляемый кислород или любую газообразную смесь с кислородом, углекислый газ, а также вещества, находящиеся в газообразном состоянии, например водяной пар.

Под жидкой средой понимается любая жидкая среда: вода и водные среды, например, для выращивания рыб, водные или водно-спиртовые растворы, эмульсии, суспензии, желеобразные вещества, жидкие косметические средства в виде лосьонов или кремов, детское питание, пюре, напитки и т.п.

Под твердой средой понимается любая твердая среда: порошки, гранулы, сухие питательные смеси, сорбенты и т.п.

Под кислородсодержащей газообразной средой в соответствии с настоящим изобретением следует понимать любую газообразную среду, например воздух, промышленно поставляемый кислород или любую газообразную смесь с кислородом, углекислый газ, а также вещества, находящиеся в газообразном состоянии, например водяной пар, которая может быть использована для насыщения различных сред (см. выше) фитоэкскретами.

Отбор фитоэкскретов может быть осуществлен как путем прокачки кислородсодержащей среды через эту замкнутую камеру, так и путем откачки существующей в камере газообразной среды.

Для получения более чистой газообразной кислородсодержащей среды лучше ее перед насыщением очистить путем пропускания потока упомянутой среды через дополнительную камеру с растениями, поглощающими соответствующие вредные примеси. Например, для очистки хорошо использовать следующие растения:

от бензола (исходного материала для многих видов синтетической смолы, канцерогена) - аглаонема, хлорофитум, хризантемы, драцена, эпипремнум, гербера, сансевиерия, спатифиллум;

от трихлорэтилена (пахнущей хлороформом бесцветной жидкости, которая содержится в лаке и клее, канцероген) - хамедорея, хризантемы, драцена, эпипремнум, фикус Бенжамина, гербера, плющ, сансевиерия, спатифиллум;

от формальдегида (исходного материала для искусственных смол, клеевой основы для крепежных плит, канцероген) - нефролепис, маргаритка, драцена, хамедорея, фикус Бенжамина, плющ, спатифиллум, шеффлера, диффенбахия;

от ксилола и толуола (используются в полимерных покрытиях) - диффенбахия, нефролепис, антуриум, фикус Бенжамина;

от аммиака (канцерогенная составляющая многочисленных азотсодержащих промышленных веществ) - антуриум, хризантема кустовая, маранта, фикус Бенжамина, драцена, азалия.

Для регулирования состава и количества поглощаемых и выделяемых растениями веществ можно оказывать дополнительное воздействие как на жидкую и газообразные среды, так и на растения. На них можно воздействовать как известными способами: теплом, электромагнитным излучением, светом или звуком, так и переменным атмосферным давлением.

В устройстве, с помощью которого осуществляется настоящее изобретение, для этого предусмотрены специальные приспособления для регулирования режимов атмосферного давления, а также иной обработки растений.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертеже изображено предложенное устройство, общий вид.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для обработки среды путем насыщения ее полезными веществами, выделяемыми растениями, на примере жидкой среды выполнено следующим образом.

Вакуумнасос-компрессор 1 газопроводящими трубками 2 соединен со стороны нагнетания с камерой 3 (или последовательно или параллельно установленными камерами 3) для группы растений 4, поглощающих из кислородсодержащей газообразной среды вредные вещества, трубками 5 - с камерой 6 (или последовательно или параллельно установленными камерами 6), наполненными растениями 7, насыщающими воздух фитоэкскретами (терпеноидами), и трубками 8 - с резервуарами 9 и 10 для насыщения фитоэкскретами жидкой среды 11 (воды, жидкостей и других жидких веществ), а также с приспособлениями - емкостями 12 и 13 для сбора (конденсации) и емкостями 14 для накопления полезных ингредиентов. При этом камеры 3, 6 для растений и резервуары 9, 10 оборудованы приспособлениями 15 для регулирования температурного, светового и иных режимов, а газопроводящие трубки - запорными кранами и иной арматурой 16, а также выпускными устройствами 17 для обработки воздушной и других сред.

Вакуумнасос-компрессор 1 газопроводящими трубками 18 со стороны всасывания соединен с камерой или камерами 6 для растений, выделяющих фитоэкскреты, которые также соединены с камерами 3 трубками 19.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала кислородсодержащая газообразная среда через открытый запорный кран 17 с помощью вакуумнасоса-компрессора 1, откачивающего воздух из камеры 3 по трубкам 18 и 19, засасывается в камеру 3, наполненную вегетирующими (интактными) растениями 4, поглощающими из газообразной среды вредные вещества (бензолы, фенолы, окись углерода и т.п.). Кислородсодержащая газообразная среда может иметь нормальную температуру 25°С или может быть подогрета до 35°С. С помощью вакуум-компрессора 1 через трубку 2 в камере 3 создается избыточное давление до 1,5 атм. Затем через газопроводящую трубку 19 газообразная среда из камеры 3 засасывается в камеру 6, наполненную вегетирующими (интактными) или специально подготовленными (например, надрезанными) растениями 7, где при перекрытом кране 16 на трубке 19 с помощью вакуумнасоса-компрессора 1 через трубку 18 создается разрежение воздуха от 0,3 до 0,95 атм (или поочередно разрежение от 0,3 до 0,95 атм и избыточное давление через трубку 5 от 1,05 до 1,5 атм) и происходит его насыщение фитоэкскретами. После этого с помощью вакуумнасоса-компрессора 1 воздушная смесь подается к выпускному устройству 17 на трубке 18 для обработки воздушной среды в помещении или других сред и/или в резервуары 9 и 10, где ее пропускают под разным давлением через воду, жидкости и/или иные вещества и, таким образом, насыщают их указанными полезными фитоэкскретами, которые также собирают с помощью конденсаторов (охладителей) 12 и накапливают в специальных емкостях 13 и 14 под давлением для последующего использования.

Возможен вариант выполнения устройства без камеры или камер 3 с растениями, поглощающими вредные вещества, если используется чистая или предварительно очищенная газовая среда. В этом случае кислородсодержащая газовая среда может подаваться непосредственно в камеру 6 с растениями, выделяющими фитоэкскреты.

Пример 1.

В соответствии с описанным способом осуществляли конденсацию фитоэкскретов из воздушной смеси из камеры с растениями мирта (Myrtus communis L.):

- при ежедневном периодическом понижении давления в течение первых 4 дней продолжительностью 8 часов от 1,0 до 0,5 атм с частотой до 12 раз в час и повышением температуры до +35°С;

* - с 5-го дня при постоянном нормальном давлении и температуре;

** - с 5-го дня при нормальной температуре и периодическом понижении давления от 1 атм до 0,8 атм периодичностью 6 раз в час в течение 8 часов.

При этом проведенные эксперименты показали, что под воздействием пониженного атмосферного давления и повышенной температуры воздуха объем конденсата, а значит, и количество выделенных растениями фитоэкскретов увеличилось более чем на 300% (см. таблицу 1). При возвращении внешних условий среды к нормальным выделение конденсируемых фитоэкскретов через 3-4 суток оставалось выше исходного на 50% (столбец 2 таблицы 1). Однако в варианте с сохранением периодических воздействий небольшого разрежения выделение конденсируемых фитоэкскретов оставалось на уровне 250-300% от исходного состояния (столбец 3 таблицы 1).

Таким образом, воздействие на растения пониженного атмосферного давления значительно активизирует выделение конденсируемых (вода, терпеноиды) фитоэкскретов.

Пример 2.

В соответствии с описанным способом осуществляли определение количества терпеноидов из воздушной смеси из камеры с растениями мирта (Myrtus communis L.):

- при ежедневном периодическом понижении давления в течение первых 4 дней продолжительностью 8 часов от 1,0 до 0,5 атм с частотой до 12 раз в час и повышением температуры до +35°С;

* - с 5 дня при постоянном нормальном давлении и температуре:

** - с 5 дня при нормальной температуре и периодическом понижении давления от 1 атм до 0,8 атм периодичностью 6 раз в час в течение 8 часов.

При этом проведенные эксперименты показали, что под воздействием пониженного атмосферного давления и повышенной температуры воздуха количество выделенных терпеноидов увеличилось более чем на 500% (см. таблицу 2). При возвращении внешних условий среды к нормальным выделение терпеноидов через 3-4 суток оставалось выше исходного на 25% (столбец 2 таблицы 2). Однако в варианте с сохранением периодических воздействий небольшого разрежения выделение конденсируемых фитоэкскретов оставалось на уровне до 400% от исходного состояния (столбец 3 таблицы 2).

Таким образом, воздействие на растения мирта пониженного атмосферного давления значительно активизирует выделение терпеноидов.

Пример 3.

В соответствии с описанным способом осуществляли конденсацию фитоэкскретов из воздушной смеси из камеры с растениями мирта (Myrtus communis L.):

- при ежедневном периодическом повышении давления до 1,5 атм с последующим понижением давления до 0,5 атм (по 5 минут при повышенном давлении и при пониженном давлении) в течение первых 4 дней продолжительностью 8 часов с периодичностью 6 раз в час и повышением температуры до +35°С;

* - с 5-го дня при постоянном нормальном давлении и температуре;

** - с 5-го дня при нормальной температуре и периодическом повышении и понижении давления до 1,5 атм и до 0,5 атм периодичностью 6 раз в час в течение 8 часов.

При этом проведенные эксперименты показали, что под периодическим воздействием повышенного и пониженного давления и повышенной температуры воздуха объем конденсата, а значит, и количество выделенных растениями фитоэкскретов увеличилось более чем на 300% (см. таблицу 3). При возвращении внешних условий среды к нормальным выделение конденсируемых фитоэкскретов через 3-4 суток оставалось выше исходного на 50% (столбец 2 таблицы 3). Однако в варианте с сохранением периодических воздействий повышенного и пониженного давления выделение конденсируемых фитоэкскретов оставалось на уровне 250-300% от исходного состояния (столбец 3 таблицы 3).

Таким образом, воздействие на растения пониженного атмосферного давления значительно активизирует выделение конденсируемых (вода, терпеноиды) фитоэкскретов.

Пример 4.

В соответствии с описанным способом осуществляли измерения поглощения углекислого газа из воздушной смеси из камеры с растениями мирта (Myrtus communis L.) - при ежедневном периодическом повышении давления в течение 8 часов от 1,0 атм до 1,2 атм с частотой до 12 раз в час.

При этом (см. таблицу 4) проведенные эксперименты показали, что под воздействием повышенного атмосферного давления поглощение растениями мирта углекислого газа увеличивается более чем на 40%. Соответственно, увеличивается и выделение кислорода.

Таблица 1
Влияние искусственного периодического понижения давления окружающего воздуха на интенсивность конденсации фитоэкскретов растений мирта
	Интенсивность конденсации *	Интенсивность конденсации **
Дни эксперимента	контроль(с 5 суток без поддерживающего выделение искусственного понижения давления)
перед началом/в конце обработки, г/час/дм2
перед началом/в конце обработки, г/час/дм2
1	1,2/5,1	1,2/5,1
2	3,8/7,7	3,8/6,7
3	4,1/8,5	4,1/7,5
4	4,1/8,4	4,1/7,4
5	3,5	3,5/4,5
6	2,4	3,4/4,5
7	1,8	3,5/4,5
Примечание
- Различия существенны по 1-му критерию Стьюдента (95% уровень значимости)

Таблица 2
Влияние искусственного периодического понижения давления окружающего воздуха на интенсивность выделения терпеноидов растениями мирта
	Интенсивность выделения терпеноидов*	Интенсивность выделения терпеноидов**
Дни эксперимента	контроль (с 5 суток без поддерживающего выделение искусственного понижения давления)
перед началом/в конце дневной обработки, мг/час/ дм2
перед началом/в конце дневной обработки, мг/час/дм2
1	8/29	8/29
2	15/37	15/37
3	19/45	19/45
4	20/47	20/47
5	15	19/32
6	14	19/28
7	10	19/29
Примечание
- Различия существенны по 1-му критерию Стьюдента (95% уровень значимости)

Таблица 3
Влияние искусственного периодического повышения и понижения давления окружающего воздуха на интенсивность конденсации фитоэкскретов растений мирта
	Интенсивность конденсации *контроль (с 5 суток без поддерживающего выделение искусственного понижения давления)перед началом/в конце обработки, г/час/дм2	Интенсивность конденсации **
Дни эксперимента
перед началом/в конце обработки, г/час/дм2
1	1,2/5,5	1,2/5,6
2	3,8/7,7	3,8/7,5
3	4,1/8,5	4,1/8,4
4	4,1/8,4	4,1/8,3
5	3,5	3,5/5,1
6	2,4	3,4/5,1
7	1,8	3,5/5,1
Примечание
- Различия существенны по 1-му критерию Стьюдента (95% уровень значимости)

Таблица 4
Влияние искусственного периодического повышения давления окружающего воздуха на интенсивность поглощения СО2 растениями мирта
	Интенсивность фотосинтеза*	Интенсивность фотосинтеза **
Дни эксперимента	при нормальном давлении и температуре воздуха (+25°С)	при повышенном (+0,2 атм) давлении воздуха и нормальной температуре
мг/час/дм2	мг/час/дм2
1	7,2	9,5
2	7,0	9,7
3	7,4	10,5
4	6,9	10,1
5	7,1	10,4
6	7,2	10,6
7	6,8	10,0
Примечание
- Различия существенны по 1-му критерию Стьюдента (95% уровень значимости)

1. Способ обработки среды путем насыщения ее полезными веществами, выделяемыми растениями, включающий подачу газообразной среды в камеру с вегетирующими или срезанными растениями и пропускание насыщенной фитоэкскретами газообразной среды через обрабатываемую среду, отличающийся тем, что периодически создают пониженное или поочередно пониженное и повышенное давление указанной газообразной среды в камере с вегетирующими или срезанными растениями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для подачи используют газообразную среду, предварительно обработанную путем подачи ее в другую камеру с растениями, поглощающими вредные вещества, и создания в ней избыточного давления указанной газообразной среды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатываемая среда представляет собой газообразную среду, или жидкость, или твердую среду в виде порошка, или гранул, или сорбента.

4. Устройство обработки среды путем насыщения ее полезными веществами, выделяемыми растениями, содержащее средство нагнетания газообразной среды, камеру для вегетирующих или срезанных растений, подсоединенную соответствующим трубопроводом к указанному средству со стороны всасывания, причем указанное средство со стороны нагнетания сообщено, по меньшей мере, с одним вместилищем обрабатываемой среды, отличающееся тем, что камера для вегетирующих или срезанных растений подсоединена соответствующим трубопроводом также к средству нагнетания со стороны нагнетания.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено второй камерой для растений, поглощающих вредные вещества, соединенной трубопроводами с соответствующей камерой для растений, выделяющих фитоэкскреты, и с указанным средством со стороны нагнетания.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вместилище обрабатываемой среды представляет собой резервуар или помещение.