Устройство для получения питьевой воды

 

Использование: в области доброкачественной питьевой воды, конкретно относится к устройству для обеззараживания и доочистки водопроводной, родниковой или колодезной воды. Техническое решение позволяет очистить воду от бактерий, вирусов, бактериофагов, токсинов, галогенов и галогенсодержащих соединений, фенолов, нитритов, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, ионов тяжелых металлов при сохранении в воде ионов металлов на физиологически необходимом уровне. Очистку воды осуществляют путем пропускания через пять последовательно соединенных между собой патронов с фильтрующими материалами и материалами, посредством которых осуществляется очистка воды, при этом вода последовательно проходит через иодсодержащую анионообменную смолу, активированный уголь, обеззараживающий материал, под содержащую анионообменную смолу, активированный уголь, смесь анионообменных смол, обеззараживающий материал и активированный уголь. 5 з. п. ф-лы, 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к области получения доброкачественной питьевой воды, конкретно к устройству для обеззараживания и доочистки водопроводной, родниковой или колодезной воды.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для очистки воды, выполненное в виде цилиндра, в котором имеются секции с материалом, осуществляющим очистку воды. Первая секция - камера подачи воды, вторая и третья секции по ходу воды содержат активированный уголь, четвертая секция - катионообменную смолу и пятая секция представляет собой камеру смешения очищенной воды с небольшим количеством водопроводной воды, содержащей остаточный хлор, переходящую в цилиндрический канал для очищенной воды. Между секциями расположены разделительные пластины, имеющие множество мелких отверстий, при этом снизу на разделительных пластинах плотно прикреплена фильтрующая ткань из фланели. В устройстве на уровне каждой секции проходят оросительные трубы, которые предназначены для разбрызгивания водопроводной воды. Материал для очистки (активированный уголь и смола) расположены в секциях сплошным слоем. Вода проходит через два слоя активированного угля, затем через катионообменную смолу и на заключительной стадии вода смешивается с небольшим количеством водопроводной воды, содержащей остаточный хлор, для подавления развития микроорганизмов.

Таким образом, известное техническое решение обеспечивает очистку воды от токсичных веществ, содержащихся в следовых количествах в водопроводной воде, и не обеспечивает очистку от веществ, концентрация которых превышает предельно допустимые в несколько раз. Последнее крайне актуально, поскольку вода во многих городах и населенных пунктах СССР, полученная через систему централизованного водоснабжения, имеет показатели качества, отклоняющиеся от требований государственного стандарта на питьевую воду в сторону превышения содержания токсичных веществ в 5-40 раз (в части предельно допустимых концентраций).

Известное устройство полностью не удаляет бактерии, вирусы, бактериофаги, токсины, ионы тяжелых металлов, галогены и галогенсодержащие материалы, фенолы, нитриты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, содержащиеся в количествах, превышающих предельно допустимые, и не сохраняет в воде ионы металлов на физиологическом необходимом уровне.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков.

Устройство состоит из последовательно соединенных между собой секций с материалами, посредством которых осуществляется очистка воды, при этом каждая секция представляет собой патрон с крышкой с входным и выходным отверстием, под которой установлен фильтрующий элемент, включающий два слоя фильтрующего волокнистого материала с размером пор 50-100 мкм, при этом первый по ходу воды патрон содержит дополнительный фильтрующий элемент с дном и крышкой, стенки которого изготовлены из гофрированного материала с диаметром пор 10-100 мкм, в котором размещена иодсодержащая анионообменная смола, а пространство вокруг фильтрующего элемента заполнено активированным углем с содержанием макропор не менее 0,19 см³/г, с адсорбционной емкостью по ходу не менее 60% и размером гранул 0,5-4,0 мм, при объемном соотношении патрон-уголь-элемент-смола, равном 1: (0,36-0,72): 0,21: (0,006-0,018); второй патрон содержит дополнительный элемент, который заполнен иодсодержащей анионообменной смолой при объемном соотношении патрон-элемент-смола, равном 1: 0,36: (0,18-0,35), третий патрон заполнен активированным углем с содержанием микропор не менее 0,35 см³/г, с адсорбционной емкостью по иоду не менее 70% и с размером частиц 0,5-2,0 мм при объемном соотношении патрон: активированный уголь, равном 1: (0,60-0,9); четвертый патрон содержит смесь ионообменных смол АВ-17 х 8 и полиамфолит при соотношении размеров гранул (0,3-0,7): (0,5-1,0) мм, при объемном соотношении смол в смеси, равном (1-1): (1-2), и объемном соотношении патрон: смесь смол, равном 1: (0,24-0,72), при этом в нижней части патрона установлен распределитель водного потока для создания псевдоожиженного слоя, пятый патрон включает активированный уголь с адсорбционной емкостью по иону не менее 70% , гранулометрического состава, равного 0,5-2,0 мм, при соотношении патрон : активированный уголь, равном 1: (0,60-0,9), а в фильтрующем модуле 1-го и 4-го патронов между слоями волокнистого фильтрующего материала расположен обеззараживающий материал.

В качестве обеззараживающего материала в фильтрующем модуле 1-го и 4-го патронов между слоями фильтрующего материала может быть использована серебросодержащая катионообменная смола либо любая другая с аналогичным бактерицидным эффектом.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показал, что предлагаемое решение отличается от прототипа конструкцией патронов, материалами для очистки воды, объемными соотношениями патрона и наполнителей, что соответствует критерию "новизна".

Поиск технических решений в смежных и других областях техники не позволил выявить отличительные признаки заявленного технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется схемой, представленной на чертеже.

Устройство состоит из пяти патронов 1,2,3,4,5 с крышками 6 с входным 7 и выходным 8 отверстиями для воды. Вода поступает в патроны и к потребителю по трубкам 9. Под крышками 6 установлен фильтрующий элемент 10, включающий два слоя фильтрующего волокнистого материала 11 с размером пор 50-100 мкм. Первый патрон (по ходу воды) содержит дополнительный фильтрующий элемент 12 с дном 13 и крышкой 14, боковая поверхность которого изготовлена из гофрированного материала с диаметром пор 10-100 мкм. В элементе 12 размещена иодсодержащая анионообменная смола 15, а пространство вокруг фильтрующего элемента заполнено активированным углем 16 с содержанием макропор не менее 0,19 см³/г и мезопор не менее 0,08 см³/г с адсорбционной емкостью по иоду не менее 60% и размером гранул 0,5-4,0 мм, при объемном соотношении патрон : элемент : смола : уголь, равном 1: 0,21: (0,006-0,018): (0,36-0,72); второй патрон содержит дополнительный элемент 17, который заполнен иодсодержащей анионообменной смолой 18 при объемном соотношении патрон - элемент - смола, равном 1: 0,36: (0,18-0,35); третий патрон заполнен активированным углем 19 с динамической адсорбционной емкостью по иоду не менее 70% и с размером гранул 0,5-2,0 мм при объемном соотношении патрон : активированный уголь, равном 1: (0,60-0,9); четвертый патрон содержит смесь ионообменных смол 20 (АВ-17 х 8 и полиамфолит) при соотношении размеров гранул АВ-17х8: полиамфолит, равном (0,3-0,7): (0,5-1,0) мм, при объемном соотношении смол в смеси, равном (1-1): (1-2) и объемном соотношении патрон-смесь смол, равном 1: (0,24-0,72), при этом с нижней части патрона установлен распределитель водного потока 21 для создания псевдоожиженного слоя, распределитель представляет собой решетку 22 с отверстиями диаметром 0,3 мм, равномерно расположенными по плоскости решетки с плоскостью отверстий 3-5 отверстий на 1 см², и волокнистый фильтрующий материал 23 марки ФВНР с диаметром пор 50-100 мкм; пятый патрон включает активированный уголь 24 с содержанием микропор не менее 0,35 см³/г, с размером гранул 0,5-2 мм при соотношении патрон-активированный уголь, равном 1: (0,6-0,9), а в фильтрующем элементе 10 первого и четвертого патронов между слоями волокнистого фильтрующего материала 11 расположен обеззараживающий материал 25, предпочтительно серебросодержащая катионообменная смола. На входе устройства расположен кран-переключатель (дроссель) 26.

Работоспособность устройства определяли по его пропускной способности, степени очистки воды от токсичных органических и неорганических примесей, примесей механического характера, эффективности микробиологической очистки, скорости прохождения воды через устройство.

Пропускную способность устройства определяли как количество пропущенной воды до трехкратного снижения начальной скорости прохождения воды через устройство.

Скорость прохождения воды через устройство определяли по количеству воды в (мл), прошедшему через устройство за 1 мин.

Степень очистки воды от токсичных органических и неорганических примесей оценивали по процентному отношению концентраций этих примесей в исходной воде и в воде после прохождения через устройство.

Эффективность очистки от микробиологического загрязнения определяли по содержанию микрофлоры в очищенной воде.

П р и м е р 1. Вода с общей исходной загрязненностью по микроорганизмам: общее микробное число - 10³ микробных клеток в 1 мл, коли-индекс (по бактериям группы кишечной палочки) - 10³ микробных клеток в 1 л, концентрация бактериофага (штамм колифага) - 10 БОЕ/л, концентрация вируса полиомиелита 1 типа, равная (1,0= 0,5) 10⁵ ТЦД/л, ботулотоксин (тип В Л-58) в дозе 200 ЛД в 0,5 мл, и с загрязненностью антропогенными загрязнителями: ионы тяжелых металлов (железо, ртуть, марганец) в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) в 3-10 раз, галогены и галогенсодержащие соединения в количествах, превышающих ПДК в 40 раз, фенолы в концентрации 0,004 мг/л, нитриты в концентрации 0,3 мг/л, нефтепродукты в количестве 1,6 мг/л, поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 20,0 мг/л, проходит через кран-переключатель 26 и поступает через отверстие 7 крышки 6 по трубке 9 в фильтрующий элемент 12 патрона 1, проходит через иодсодержащую смолу 15 (марки СИА-1), через гофрированную стенку элемента 12, сделанную из картона (марки КФМП) с размером пор 10-100 мкм, поступает в пространство, окружающее элемент 12, и через активированный уголь 16 (марки БАУ) с содержанием макропор 0,19 см³/г и мезопор не менее 0,08 см³/г с адсорбционной емкостью по иоду 60% и размером гранул 0,5-4,0 мм, через фильтрующий элемент 10, через слой волокнистого материала 11 с размером пор 50-100 мкм (марки ФВНР), слой серебросодержащей катионообменной смолы 25 (марки КУ-23 СМ) с содержанием ионов серебра 12 мг-экв/л и размером гранул 0,5-1,5 мм и другой слой фильтрующего волокнистого материала 11 (марки ФВНР) с размером пор 50-100 мкм, через отверстие 8 по трубке 9 поступает во второй патрон. При этом объем первого патрона равен 830 см³, объем фильтрующего элемента - 10 см³, объем смолы иодсодержащей (марки СИА-1) - 15 см³, объем активированного угля - 600 см³, объем серебросодержащей смолы КУ-23 СМ - 1,5 см³ (1: 0,21: 0,018: 0,72: 0,0018). Во втором патроне вода проходит в элемент 17, где контактирует с иодсодержащей анионообменной смолой 18 (СИА-1), при этом объем патрона 830 см³, объем элемента - 300 см³, объем смолы - 290 см3 (1: 0,36: 0,18). Далее через два слоя фильтрующего материала 11 (ФВНР) с размером пор 50-100 мкм через отверстие 8 по трубке 9 вода поступает в третий патрон, где проходит через антрацит активированный 19 с размером частиц 0,5-2,0 мм, затем через два слоя фильтрующего материала 11 (ФВНР) с размером пор 50-100 мкм и через отверстие 8 по трубке 9 через распределитель водного потока 21 поступает в четвертый патрон. При этом объем третьего патрона равен 830 см³, а объем антрацита активированного - 780 см³(1: 0,9). В четвертом патроне вода проходит через смесь ионообменных смол 20 (АВ-17х8 и полиамфолит). Размер гранул смолы АВ 17х8 - 0,3 мм, смолы полиамфолит - 0,7 мм (0,3-0,7). Объем патрона - 830 см³, объем смол - 600 см³ (1: 2).

Сорбция проходит в псевдоожиженном слое. Вода через слой волокнистого фильтрующего материала 11 с размером пор 50-100 мкм (марки ФВНР), слой серебросодержащей катионообменной смолы 24 (марки КУ-23 СМ) с содержанием ионов серебра 12 мг экв/л и размером гранул 0,5-1,5 мм и другой слой фильтрующего волокнистого материала 11 (марки ФВНР) с размером пор 50-100 мкм, через отверстие 8 по трубке 9 выходит из четвертого патрона. В патроне 5 вода проходит через антрацит активированный, через двойной слой фильтрующего волокнистого материала 11 (марки ФВНР) с размером пор 50-100 мкм, через отверстие 8 и трубку 9 вода поступает к потребителю. Объем патрона - 830 см³, объем антрацита активированного - 780 см³ (1: 0,9).

Пропускная способность устройства - 2000 л.

Скорость прохождения воды - 500 мл/мин.

При изучении качества воды использовались следующие методы испытаний.

1 - плазменно-спектрометрический метод и атомно-адсорбционный - для определения в воде ионов тяжелых металлов; 2 - метод по ГОСТ 4386-81 - для определения фтора; 3 - метод по ГОСТ 4192-48 - для определения нитритов и аммиака; 4 - метод по ГОСТ 18190-72 - для определения остаточного хлора; 5 - метод, изложенный в Справочнике по свойствам, методам, анализа и очистки воды. Под ред. Л. А. Кульского. - К. : Наукова думка, 1980, ч. 1,2 - для определения нефтепродуктов, синтетических поверхностно-активных соединений, фенолов, галогенсодержащих соединений; 6 - метод по ГОСТ 18963-73 - для определения коли-индекса и числа микроорганизмов в 1 мл воды; 7 - методические указания по санитарно-биологическому анализу воды поверхностных водоемов - М, МЗ СССР, 1981, с. 27-39. - для определения бактериофага, токсинов, вируса.

Показатели качества очищенной воды представлены в таблице.

П р и м е р 2. Вода имеет общую исходную загрязненность как указано в примере 1, и проходит через пять патронов, как указано в примере 1.

Вода проходит через фильтрующий патрон из гофрированного картона с размером пор 50-100 мкм, через слой фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 50-100 мкм, объем патрона - 830 см³, объем угля БАУ - 300 см³, объем элемента - 180 см³, объем смолы СИА-1 - 5 см³ (1: 0,36: 0,21: 0,018).

В патроне 2.

Объем патрона равен 830 см³, объем элемента - 300 см³. объем смолы СИА-1 - 150 см³ (1: 0,36: 0,18).

Вода проходит через два слоя фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 50-100 мкм.

В патроне 3.

Антрацит активированный с содержанием микропор не менее 0,35 см³/г, с адсорбционной емкостью по иоду не менее 70% и с размером гранул 0,5-2,0 мм.

Объем патрона - 830 см³, объем угля - 500 см³ (1: 0,6).

Вода проходит через два слоя фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 50-100 мкм.

В патроне 4.

Объем патрона - 830 см³.

Объем смол (АВ 17х8 и полиамфолита) - 200 см³ (1: 0,24).

АВ 17х8 - 100 см³, полиамфолит - 100 см³.

Размер гранул (диаметр частиц): АВ 17х8 - 0,7 мм полиамфолит - 1,0 мм.

Вода проходит через два слоя фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 100 мкм.

В патроне 5.

Вода проходит через 500 см³ антрацита активированного с размером гранул 0,5-2,0 мм при объеме патрона - 830 см³, через два слоя фильтрующего материала ФВНР с размером пор 50-100 мкм. Соотношение патрон-активированный уголь (1: 0,6).

Пропускная способность устройства - 2000 л.

Скорость прохождения воды - 1500 мл/мин.

Показатели качества очищенной воды представлены в таблице.

П р и м е р 3. Вода имеет общую исходную загрязненность, как указано в примере 1, и проходит через пять патронов, как указано в примере 1.

Вода проходит через фильтрующий патрон из гофрированного картона с размером пор 50-100 мкм, через слой фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 50-100 мкм, объем патрона - 830 см³, объем угля БАУ - 300 см³, объем элемента - 180 см³, объем смолы СИА-1 - 10 см³ (1: 0,6: 0,21: 0,0012).

В патроне 2.

Объем патрона равен 830 см, объем элемента - 300 см³, объем смолы СИА-1 - 290 см³ (1: 0,36: 0,35).

Вода проходит через два слоя фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 50-100 мкм.

В патроне 3.

Антрацит активированный с содержанием микропор не менее 0,35 cм³/г, с адсорбционной емкостью по иону не менее 70% и с размером гранул 0,5-2,0 мм.

Объем патрона - 830 см³, объем угля - 500 см³ (1: 0,6).

Вода проходит через два слоя фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 50-100 мкм.

В патроне 4.

Объем патрона - 830 см³.

Объем смол (АВ 17х8 и полиамфолита) - 500 см³ (1: 0,6).

Соотношение объемов смол (1: 1,5): АВ 17х8 - 200 см³.

полиамфолит - 300 см³.

Размер гранул (диаметр частиц):
АВ 17х8 - 0,7 мм
Полиамфолит - 1,0 мм.

Вода проходит через два слоя фильтрующего материала марки ФВНР с размером пор 100 мкм.

В патроне 5.

Вода проходит через 600 см³ антрацита активированного при объеме патрона - 830 см³, через два слоя фильтрующего материала ФВНР с размером пор 50-100 мкм. Соотношение патрон: активированный уголь 1: 0,7.

Пропускная способность устройства - 2000 л.

Скорость прохождения воды - 1000 мл/мин.

Показатели качества очищенной воды представлены в таблице.

Приведенные примеры показывают универсальность предложенных способа и устройства для получения питьевой воды из источников, содержащих загрязняющие продукты и микроорганизмы, превышающие предельнодопустимые нормы при сохранении ионов металлов на физиологически необходимом уровне.

(56) Патент Японии N 63-11956, к. В 01 D 35/04, 1988.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, содержащее последовательно соединенные между собой пять секций, включающих активированный уголь и ионообменную смолу с вводом загрязненной и выводом очищенной воды, отличающееся тем, что каждая секция выполнена в виде отдельного фильтрующего патрона, в верхней части которого размещен фильтрующий элемент, содержащий два слоя фильтрующего волокнистого материала, при этом в нижней части первого и второго патронов размещен дополнительный фильтрующий элемент, заполненный иодосодержащей анионообменной смолой, третий и пятый патроны и пространство вокруг фильтрующего элемента первого патрона заполнены активированным углем, а в четвертом патроне, содержащем смесь анионообменной смолы и полиамфолита при их объемном соотношении 1 : (1 - 2), в нижней его части установлен распределитель водного потока для создания псевдоожиженного слоя, причем в первом и четвертом патронах в верхней части между слоями фильтрующего волокнистого материала расположен серебросодержащий катионит.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в первом патроне объемное соотношение патрон : активированный уголь : фильтрующий элемент : иодосодержащая анионообменная смола составляет 1 : (0,36 - 0,72) : 0,21 : (0,006 - 0,018).

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что во втором патроне объемное соотношение патрон : дополнительный элемент : иодосодержащая анионообменная смола составляет 1 : 0,36 : (0,18 - 0,35).

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что в третьем и пятом патронах объемное соотношение патрон : активированный уголь составляет 1 : (0,60 - 0,90).

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что в четвертом патроне объемное соотношение патрон : смесь анионообменной смолы и полиамфолита составляет 1 : (0,24 - 0,72).

6. Устройство по пп. 1 - 5, отличающееся тем, что активированные угли первого и пятого патронов содержат макропоры в количестве не менее 0,19 см³/г и мезопоры не менее 0,08 см³/г, а третьего патрона - содержит микропоры в количестве не менее 0,35 см³/г.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2