提供基于水的产品的方法与流程

本申请是2013年2月4日提交的国际申请号为pct/us2013/024615、中国国家阶段申请号为201380018519.6、发明名称为“提供安全卫生的水和基于水的产品的系统、组合物和方法”的原申请的分案申请。

本发明大体上涉及提供饮用水和基于水的产品。更具体而言，本发明涉及提供清洁、安全、质量有保证、卫生和/或富含营养物以及便于获取的水和基于水的产品的系统、组合物和方法。

背景技术：

水对于人类生存是必不可少的。其按质量计约占人体的70％(不包括脂肪)。水是人类代谢及其他生物过程的必要部分。在美国，美国成年人每天平均摄取约2.0升水。许多发展中国家尚不能每日获取清洁卫生的饮用水。人们不能充分获取清洁水并且不得不日常消耗含有不可接受水平的病原体、毒素、有害化学品和生物污染物的水。饮用这种水可导致急性和慢性疾病，并且在许多国家仍是主要的健康风险。例如，来自肥料径流的硝酸盐可造成严重的健康风险。世界上大致一半的医院病床被患有水传疾病的患者所占据。即便在发达国家，由于缺少便携或家用型水源导致的水传疾病可引起公众健康问题。另一个常见问题是铅，其对于儿童的精神和生理发育可能格外危险。

除了具有最少的不期望的污染物之外，确实卫生且有益的饮用水还应具有某些必要的矿物质和微量元素。需要大量矿物质和微量元素来支持人类生化和生理过程(例如，通过发挥结构和功能作用以及作为电解质)。在旨在提供清洁且安全的饮用水的工艺中，所得水通常不含有期望水平的矿质营养素(例如，钙、镁、钾、磷、硫)。例如，蒸馏水或纯净水可能缺少存在于天然泉水中的均衡的必需矿质。

有两种常规的水处理方法。一种是集中处理，其中水在主要的工厂或设施进行处理并且通过管道或容器输送至消费者。另一种方法是使用点(point-of-use)(pou)/进入点(point-of-entry)(poe)，其中水在消费之前即刻处理。每种处理方法都具有优势和劣势。对于集中式系统，通常安装联机(inline)或离线(offline)水质监测设备以确保监测生产质量。然而，集中处理的水不得不通过通常由金属或塑料材料制成的管道或容器输送至消费者。这些输送机构可能在运输过程中引入污染物，使得即便水在生产时具有优良质量，消费者也饮用不再安全卫生的水，例如，由于通常在自来水和瓶装水中检测到的重金属或微生物病原体的污染所致。

通常对处理过的水添加某些消毒剂，如臭氧或氯类化学品，以便保护水免受微生物污染物的影响。这些消毒剂，若以最低量恰当地使用一般可以认为是安全的，但随着长期消耗和积聚可能影响消费者的健康。

pou/poe在对公众提供饮用水方面更有利。在pou/poe方法中，水在消费之前即刻处理，其将水在处理之后再污染的可能性减到最小。然而，除非反渗透(ro)系统，否则对个体消费者提供联机或离线水测试是非常困难的，因为高成本。因此，最终用户实际上不能知道在消费点的水是否安全卫生。pou/poe设备(例如，水罐、水龙头装配设备、以及台上或厨下式系统)目前是相当受公众欢迎的。然而，消费者只能假设这些设备中的过滤/净化系统可实现制造商所宣称的目标。遗憾的是，许多产品不能始终如一地提供如宣称的质量的饮用水，这使得没有水质监测/警报设备的pou/poe不是消费者的最佳选择。

因此，对于有质量保证地对个体消费者提供清洁、安全、卫生且不含消毒剂的饮用水的新型系统和方法存在持续的需求。

技术实现要素：

本发明涉及提供清洁、安全、保证质量、卫生且不含消毒剂和/或富含营养物以及易于获取的高质量饮用水和基于水的产品的系统、组合物和方法。本发明的方法和系统使得能够可靠地即时分配具有预先规定的特征的安全卫生的水。本发明的系统/设备可与ro过滤系统/部件整合从而可以改变进水。

在一方面中，本发明大体涉及提供安全卫生的水和基于水的产品的方法。所述方法包括：测试预处理的反渗透水以确定其是否满足第一套预先规定的规格；将预先规定的营养组合物导入所述水中，其中所述预先规定的营养组合物包括矿质营养素、微量元素和营养强化剂中的一种或多种；测试所述水以确定其是否满足第二套预先规定的规格；并且将所述水连同其容器一起通过来自uv光源的uv照射消毒以获得水或基于水的产品。在某些优选的实施方式中，预先规定的规格包括电导率、tds和/或ph。

在另一方面中，本发明大体上涉及用于分配安全卫生的水和基于水的产品的系统。所述系统包括：用于接收ro水的进口；分析单元，所述分析单元包括一个或多个探针以及用于接收和处理来自所述一个或多个探针的电信号的电路系统；警报部件，所述警报部件包括光和/或声音警报；uv光源；用于保持供添加到被处理水的营养组合物的保持器；以及用于分配处理后的水以供消费的出口。

附图说明

图1描绘了示意性地图示具有添加组合物的步骤的本发明的实施方式的流程图。

图2描绘了示意性地图示没有添加组合物的步骤的本发明的实施方式的流程图。

图3(a)和(b)显示了具有各个功能部件的示例性系统的示意图。

图4描绘了本发明的示例性系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供了可提供清洁、安全、保证质量、卫生且不含消毒剂和/或富含营养物以及易于获取的高质量饮用水和基于水的产品的系统、组合物和方法。具体而言，本发明的方法和系统可靠地即时分配具有预先规定的特征的安全卫生的水和基于水的产品。本发明的系统/设备可与ro过滤系统/部件整合或组合。

本发明使消费者能够掌控其自己的饮用水的质量保证。本发明还允许消费者用预先制备的安全且有益的营养物和补充物来定制水特征。

理论上，高质量ro系统能够从水中去除几乎所有污染物。通过此方式生产的水通常具有最少的污染物，并且常被称作“纯净水”。任何人可通过使用简单廉价的电导率测量测定处理过的水的电导率，来测试系统是否有效。利用此机制设计了总溶解固体(tds)计。然而，这种水常被称作“死水”，因为其中几乎不含任何物质。当然，微生物污染物可在生产、运输或存储期间找到其进入此种水中的途径。由于人体生物学所需的矿质营养素和微量元素不足或失衡，长期连续饮用“死水”对于消费者的健康是不好的。一些制造商尝试在所述水中添加某些矿物质，但此种措施通常既无效又不足，或者可能在处理过的水中潜在地引入一些不健康的污染物。

ro“纯净(和“死”)”水和卫生的饮用水之间的主要差异是人类所需的矿质营养素、微量元素及其他补充物以及相关的水的物理和化学性质。通过将规定量的矿质营养素和微量元素添加到“纯净”水中(并使其富含其他补充物)，可将所述“纯净/死”水活化并转化为安全卫生的水。在引入这些组合物前后，可通过电导率测量设备测量所述水以便监测所述水的特征。例如，可诸如来自uv源(比如灯)的紫外线照射将所述水消毒，从而消除所述水和容器中潜在的微生物或其他有机污染物/残留物。

因此，如本文公开的，通过监测-处理-监测的多个步骤(例如，质量保证测量和警报，抑制和营养处理)，本发明的方法和系统始终提供不含物理、化学和生物污染物的清洁、安全、卫生且不含消毒剂的饮用水和基于水的产品。相对于常规方法的以不变应万变的方法，本发明的独特特征是本发明系统能够将均衡的矿质营养素及其他有益组成轻松引入针对消费者特定需求而定制的水中。可将矿质营养素、微量元素及其他补充物配制为容易溶解(和/或可包含混合步骤/机制以便加速溶解过程)。本发明可适用于即时分配具有预定特征的水/其他液体型卫生溶液/悬浮液。

所述矿质营养素、微量元素及其他有益成分可以是浓缩的溶液、悬浮液、干粉、丸剂和胶囊的形式，并且包装为使得其可轻易地以满足消费者需要的定制和即时方式引入水中。

对于矿物质和微量元素，其可从任何安全且合适的来源处获得。其可从自然界提取(从植物或矿物)和纯化或者化学制备。可将获得的矿物质和微量元素制成浓缩溶液、悬浮液、干粉、丸剂和胶囊。浓缩溶液通常在提取过程中初始获得，并且也可使用。然而，干粉和丸剂或胶囊型的组合物可能是更好的选择，并且其可以以一定保护等级保藏在密封的容器内。

本发明的另一个独特特征是其使消费者能够控制特征并了解饮用水的质量。这代表了相比常规方法的显著进步，并且给消费者提供了确定其消费的水为清洁、安全、卫生且不含消毒剂的简单方式。

本发明的系统、方法和设备可用于分配任何水或其他液体型营养溶液或悬浮液。在制备和分配的过程中测量所述饮品的特征，并且所述饮品的质量在每个步骤都在监测或控制之下以便取得良好地限定的卫生且不含消毒剂的产品。

在一些实施方式中，在所述系统中采用tio2纳米颗粒型催化成分。在所述催化成分上的tio2纳米颗粒可通过uv源激发以催化和去除可能存在于ro处理的水中的药物残留物或有害的有机物。

本发明描述了一种方法。通过遵循此发明的方法，可构建一种用于即时分配安全卫生饮用水的设备。所述方法由多个步骤组成。在每个步骤中，将进行必要的措施以确保测试的水满足规定标准，因而最终分配的水不仅满足饮用水标准，而且其对于消费者的健康也是有益的。每个步骤的标准是预先规定的，并且可调节(例如，为了满足特定标准或消费者需求)。所述系统/设备可手动操作，使得用户可在每个步骤进行各个测试以确保水的特征是其应当具有的特征。

本发明的系统/方法可进一步包括在其不使用时的清洁步骤。所述清洁步骤可手动或自动完成。

图1至图4示出了描绘本发明的方法和系统的示例性实施方式的示意流程图和图示。所述流程图和示意图公开了该过程如何工作以及每个步骤如何执行：测量水特征；添加营养组合物(当需要时)并通过uv照射进行uv消毒；并且在各个步骤中当水特征有任何毛病时发出警报，以及当所有步骤成功完成时通过光/声音警报警示消费者水可供饮用。

图1示出了描绘本发明的示例性系统的流程图。在图1中，所述流程图显示了当将补充的组合物添加到水中时该过程如何工作。首先，测量来自ro系统的水的特征以便检查其是否满足第一套预先规定的规格。如果其不满足预先规定的规格，则启动或设置警报以便警告消费者ro水系统存在错误。ro系统需要在所述过程继续之前进行检查。如果水满足第一套预先规定的规格，则所述过程前进至下一步骤：添加营养组合物(一种或多种)。当将所述组合物添加到水中时，再次测量水的特征以便检查其是否满足第二套预先规定的规格。如果其不满足，则启动或设置警报以便警告消费者添加到水中的组合物不正确。命令/请求消费者改正错误并重新开始所述过程。如果水满足第二套预先规定的规格，则所述过程前进至下一步骤。启动uv源，并且uv光照射水和容器以便将它们消毒规定时间(例如，约1秒～约10分钟)。当所有这些工序都成功进行时，产生光/声信号，以便提醒消费者当前的水是清洁、安全、卫生、不含消毒剂并且可供消费。

在图2中，流程图显示了在水中不加入补充组合物时发明的过程如何工作。首先，测量来自ro系统的水的特征以便检查其是否满足第一套预先规定的规格。如果其不满足，则启动或设置警报以便警告消费者ro水系统存在错误。ro系统需要在所述过程继续之前进行检查。如果水满足第一套预先规定的规格，则所述过程前进至下一步骤。打开uv源，并且uv光照射水以便将所述水和容器消毒规定时间(例如，不短于1秒且不长于10分钟)。当所有这些工序都成功进行时，提供光/声信号，以便提醒消费者当前的水是清洁、安全、卫生、不含消毒剂并且可供饮用。在此构成中，没有添加补充的组合物，水是清洁、安全且不含消毒剂的，但不卫生。

图3示出了示例性系统(具有各个功能部件)的示意图。图3(a)示出了中央电子控制单元，包括控制面板、显示器和电子设备。“b”是用于启动所述过程和重新设定程序的按钮。显示器(display)用于显示信息(例如，错误或者可供饮用)。r和g是在运转所述过程时指示正确或错误的两种灯光。包含了扬声器以便用声信号发出警报。中央电子控制单元发送用于测量的信号，从探针接收数据，用于使泵工作以传输水的信号，打开和关闭uv光，并且发送信号以启动(例如，红灯和绿灯)以及对消费者显示信息。当所述系统在一段预定的时间内不使用时，其可通过自身复位。

图3(b)描绘了机械设备的中心部件，其具有用于营养组合物的保持器、uv源和uv防护罩以及水分配器。营养组合物保持在保持器中。营养组合物输送、水输送、uv光开关和水测量都通过中央电子控制单元控制。如果所述系统直接连接至ro系统的存储槽，则此系统不需要单独的槽。然而，如果ro系统上没有存储槽并且ro系统的流速足够高，则此系统可能需要单独的存储槽。在存储槽中或从进入管测量水的特征。并且，将此存储槽中的水输送至所述组合物和水容器(例如，杯子)。

图4描绘了本发明的示例性系统的示意图。消费者将水容器(杯子)置于指定的位点并且将组合物的密封包放入营养组合物用保持器中。消费者按下“b”按钮开始所述过程，所述杯子自动上升到uv防护罩内的收集位置。中央电子控制单元随后发送信号(2a)至第一电导探针以测量进口ro水的电导率并且将该电导率与第一预定电导率值进行比较。如果所述值高于规格，则警报窗口显示错误信息，并且伴随着声响打开红灯以便警告消费者ro水有问题并且需要检查ro系统。如果测量值低于规格，则所述过程前进至下一步骤。所述系统将水传输至容器(2b)(营养组合物)并且随后将组合物水溶液/悬浮液(2c)传输至水容器。多次冲洗组合物密封包以便将所述组合物充分传输至所述水容器。对所述容器(杯子)添加更多水(2d)直到水的期望的预定体积(当营养组合物不易溶解时，增加另一个步骤以使组合物溶解)。当水达到期望的体积时，中央电子控制单元再次开始测量水的电导率(2e)。如果测量值与第二预定电导率规格偏离过大，则警报窗口显示错误信息，并且伴随着声响打开红灯以便警告消费者所述组合物的添加不正确并且所述过程需要重新进行。如果测量值在所述规格内，则所述过程前进至下一步骤。所述中央电子控制单元随后打开uv源(2f)以照射水和水容器，从而破坏/去除微生物污染物以及有机内含物。当uv光保持规定时间(对消毒而言足够长)后，所述中央电子控制单元关闭uv源并且发出水可供饮用的信号(例如，通过伴随声音警报启动绿灯光)。所述显示器还显示表明水已就绪的信息。

进水优选为从ro水处理系统生成的高质量ro水。将电导率和tds值的测量值关联并与预先规定的值(例如，小于约0.1ppm、1.0ppm、5.0ppm、10ppm、20ppm、30ppm、40ppm或50ppm)比较以便将ro水中污染物的存在最小化。如果所述值高于预先规定的tds值，则所述系统将警告消费者ro水不满足预先规定的具体标准。如果所述测量值低于预先规定的值，则所述过程将前进至下个步骤。

由于预定量的水和预定的营养组合物，水中电导率和tds水平应当在目标值的预定小范围偏差内。在导入所述营养组合物之后进行另一个测量步骤。如果电导率值不在预定范围内，则所述设备将警告消费者所述组合物的导入不正确，并且消费者需要重启该过程。如果所述值在所述范围内，则所述系统将前进至所述设备的下一个步骤。预定范围可低到1ppm或高达100ppm，取决于质量要求。

本发明还包括采用uv源将水和水所在的容器消毒的步骤。这是为了确保所述水基本上不含微生物污染物并且在政府机构发布的相关标准内。将uv源(例如，uv灯)启动预定的时间，从而可以有效地消除微生物污染物。光照时间可短到数秒至数分钟。uv消毒可在添加营养组合物之前或之后进行(例如，当存在有机营养强化剂时，uv消毒在添加所述组合物之前进行)。

在一些实施方式中，在uv消毒步骤中包含tio2纳米颗粒催化涂布成分。所述tio2纳米颗粒可被uv源激发以破坏/去除有害的药物残留物和/或有机物。

本发明中所用的营养组合物(例如，所需的矿质营养素、微量元素或其他有益的补充物)可以以浓缩液体溶液、悬浮液、干粉、丸剂或胶囊的形式提供。针对当前的标准(例如，由世界卫生组织或国家政府机构设定的那些)，相应地预先规定成分的量/浓度。当消费者对他的水有特定配方需求时，可相应地制作定制的组合物。

在一些优选的实施方式中，所述组合物包括：ca²⁺、hco3^-、mg²⁺、no3^2-、k⁺、na⁺、no3^-、so4^2-，或其他元素，如b(硼)、cu、i、fe、mn、se、zn和si。所述成分优选从绿色植物中提取，此来源一般比其他来源(如合成的化学品(其可以可选地在适当地方使用)优选。替代的方法是从来自于天然资源的富含矿物质和微量元素的岩石或石料中提取。

一般而言，相比于具有更高的再污染趋势的溶液或悬浮液形式，诸如粉末、丸剂或胶囊等干式组合物是优选的。所述粉末、丸剂和胶囊的数量被预先确定并对应于一定单位量的水，例如，一杯水，或者250ml、500ml、1l或其他限定小体积或重量的单位。预设包装消除了偏离饮用水标准的风险。

因此，在一方面中，本发明大体涉及提供清洁、安全、卫生且不含消毒剂的水和基于水的产品的方法。所述方法包括：测试预处理的反渗透水以确定其是否满足第一套预先规定的规格；将预先规定的营养组合物导入所述水中，其中所述预先规定的营养组合物包括矿质营养素、微量元素和营养强化剂中的一种或多种；测试所述水以确定其是否满足第二套预先规定的规格；并且将所述水连同其容器一起通过来自uv光源的uv照射消毒以获得水和基于水的产品。

在某些优选的实施方式中，所述预先规定的规格包括电导率、tds和/或ph。

在某些优选的实施方式中，将所述水消毒包括用uv光照射约1秒～10分钟(例如，2秒、5秒、10秒、30秒、1分钟、5分钟、10分钟)的时间。

可添加至本发明的水产品的示例性矿质营养素包括ca²⁺、hco3^-、mg²⁺、no3^2-、k⁺、na⁺、no3^-、so4^2-。可添加至本发明的水产品的示例性微量元素包括b(硼)、cu、i、fe、mn、se和zn。可添加至本发明的水产品的示例性营养强化剂包括各种维生素，例如，维生素b和c。

在某些优选的实施方式中，通过本发明的系统分配的水和基于水的产品具有少于100cfu的总微生物。下表1中提供了示例性规格。在引用水中，表1中列举的污染物应当尽可能少。最优选的是，它们均不存在于分配的水中。

表1示例性核心规格

表2列举了示例性的其他规格。这些矿物质对于人类健康是必需的。一方面，需要将其浓度保持为低到足以满足饮用水标准(除了特殊消费者的特殊要求)。另一方面，所述矿物质优选以其在人体中所需的一定量存在。

表2示例性其他规格

在某些优选的实施方式中，矿质营养素、微量元素和营养强化剂中的一种或多种在添加到水之前是溶液的形式。在某些优选的实施方式中，矿质营养素、微量元素和营养强化剂中的一种或多种在添加到水之前是悬浮液的形式。在某些优选的实施方式中，矿质营养素、微量元素和营养强化剂中的一种或多种在添加到水之前是干粉的形式。在某些优选的实施方式中，矿质营养素、微量元素和营养强化剂中的一种或多种在添加到水之前是丸剂的形式。在某些优选的实施方式中，矿质营养素、微量元素和营养强化剂中的一种或多种在添加到水之前是胶囊的形式。

在另一方面，本发明大致涉及用于分配清洁、安全、卫生且不含消毒剂的水和基于水的产品的系统。所述系统包括：进口(可选地具有蓄水池)，其接收处理前的水；分析单元，其包括一个或多个探针以及接收和处理来自所述一个或多个探针的电信号的电路系统；警报部件，其包括光和/或声音警报；uv光源；保持器，其用于保持供添加到被处理水的营养组合物；以及出口，其用于分配处理后的水以供消费。

在某些优选的实施方式中，所述系统每次使用能够分配约10ml～约5.0l(例如，100ml、250ml、500ml、1.0l、2.0l、5.0l)的水。

在某些优选的实施方式中，所述处理前的水由ro系统提供。

本文公开的系统、方法和组合物可适用或应用于所有合适的用于制备水类或液体类饮品和产品的应用。可在每一个单独步骤中施加质量控制，从而确保最终产品满足要求的标准。

可将所述系统设计为手动控制、全自动或半自动的。为了确保所述系统最精确且最佳地工作，全自动的系统与手动控制的系统相比具有某些优势。

参考文献的引用

在本公开中进行了对其他文件(比如专利、专利申请、专利公报、期刊、书籍、论文、网页内容)的参考和引用。所有这些文件均在此通过引用将其整体并入本文用于全部目的。

等同物

代表性实例旨在帮助阐明本发明，并非意图也不应被解读为限制本发明的范围。实际上，通过此文件的全部内容(包括本文所含的实例以及对科学和专利文献的引用)，除了本文显示和描述的那些实施方式之外的本发明的各种改型及其许多进一步的实施方式对于本领域技术人员而言将是显而易见的。所述实例含有重要的补充信息、范例和指导，其可用于在其各种实施方式及其等同形式中实施本发明。