ОЧИСТИТЕЛЬ ВОДЫ НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к бытовой технике, а именно: очистителю воды на основе лазерно-ультрафиолетового излучения.
В настоящее время широко используются всевозможные приборы, установки для фильтрации и обеззараживания воды. Это, прежде всего приборы с угольными и торфяными фильтрами, установки с хлорированием и озонированием воды. Однако время требует новых подходов к очистке и дезинфекции питьевой воды безреагентными, но эффективными методами, т.к. бытовые приборы по очистке воды с использованием всевозможных фильтров (угольных, матерчатых и т.д.) эффективны в течение непродолжительного времени, т.к. сорбционная емкость фильтров мала.
Скопившиеся твердые остатки от фильтрации, как и сам фильтр, становятся средой обитания микробов.
Предложенный способ обеззараживания питьевой воды лазерным и ультрафиолетовым облучением и лег в основу полезной модели.
Инфракрасное лазерное излучение малой мощности (λ=850 нм) воздействую на клеточную оболочку и клеточную мембрану разрушает их полностью или частично, открывая тем самым доступ к РНК и ДНК бактерий, вирусов, бактериофагов и риккетсий. Дальнейшее воздействие ультрафиолетовым излучением с длинами волн 250-280 нм и 315-400 нм нарушает их жизнедеятельность вплоть до их гибели [Лазарев Д.Н. // Ультрафиолетовая радиация. М.: Госэнергоиздат, 1950. - С 118].
Реакция живой клетки или нуклеопротеидов неодинакова для различных длин волн. Наибольшей эффективностью воздействия на нуклеиновые кислоты обладает УФ-излучение в диапазоне 254-275 нм, белковые соединения 280-295 нм, ДНК, РНК - 315-400 нм.
Действие УФ-излучения на мембраны связывают с инициализацией перекисного окисления липидов, сопровождающегося нарушением функции мембран, с изменением проницаемости, синтеза энергии и деления. [Нейштадт Я.Э. // Бактерицидное ультрафиолетовое излучение. - М.: Медгиз, 1956. - С.120].
Обеззараживание воды лазерным и ультрафиолетовым бактерицидным излучением относится к физическим безреагентным методам, при которых не происходит какого-либо воздействия на химический состав воды, что исключат образование токсичных побочных веществ и не влияет на вкусовые качества.
Наиболее близкими аналогами являются бактерицидные установки для обеззараживания воды УВД 50/7-А1, ОВВ - 6×8, Блеск - 20 (100) и Луч - 4 [Сарычев Г.С. // Облучательные светотехнические установки - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 241 с].
Описанные ближайшие аналоги можно разбить на две группы: с внутренним и внешним облучением, кроме того, используются только длины волн 254-260 нм.
Недостатками устройств являются:
- все они являются только промышленными и не предназначены для индивидуального (бытового) использования;
- все они энергоемки и работают только от электрической сети с V=220 вольт и не могут использоваться автономно;
- имеют внушительный вес и габариты (от 4кг до 5000 кг);
- во всех устройствах применяются ртутные лампы;
- имеют очень высокий уровень облучения, что приводит к поражению глаз и ожогам кожи;
- устройства сложны в эксплуатации и дороги.
Технической задачей полезной модели является создание простого, но эффективного устройства, для бытового применения в целях очистки воды для питья.
В предлагаемой полезной модели используются методы очистки воды с помощью циклона (грубой), сменной ватно-марлевой прокладки (тонкой), облучение потока воды инфракрасным лазером и ультрафиолетовым излучением с использованием различных длин волн.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является: использование ИК лазера малой мощности для увеличения эффективности обеззараживания воды ультрафиолетовым бактерицидным излучением; увеличение дезинфицирующего эффекта является следствием того, что ИК лазер малой мощности разрушает частично или полностью клеточную оболочку и клеточную мембрану микроорганизмов, содержащихся в воде, в несколько раз увеличивает проникновение внутрь клетки ультрафиолетовых квантов различных длин волн, что и обеспечивает их поражение; легкость использования в быту, в т.ч. замену элементов питания, промывка циклона и замену фильтра мягкой очистки; получение чистой питьевой воды из бутылочной тары и из бытовых смесителей.
Указанный технический результат достигается тем, что очиститель воды на основе лазерно-ультрафиолетового излучения, включающий полый пластмассовый корпус с пластмассовым циклоном со спиралью двух элементов питания, лазерным ИК световодом малой мощности, матрицей из 20 светодиодов УФ части спектра, причем в качестве светодиодов включены светодиоды различных длин волн, выступающие на 2-3 мм над поверхностью матрицы для создания турбулентного движения воды в корпусе очистителя.
Применение различных длин волн УФ спектра реализует 1-й закон фотохимии: «Фотохимическое превращение может происходить под действием того света который поглощается веществом». В устройстве используются светодиоды с λ=250-280 нм (разрыв нитей ДНК); λ=280-315 нм (возбуждение белковых соединений); с λ=320-400 нм (сшивка ДНК - белок).
С целью более эффективного облучения объема воды необходимо условия, при которых течение воды становится турбулентным. В устройстве это достигается за счет того, что поток воды выходящий из внутренней полости циклона попадает на ИК лазерный светодиод (Д=10 мм) и затем, протекая через полость объемом (40×50×7), причем на одной из стенок расположена матрица с 20 ультрафиолетовыми светодиодами в шахматном порядке, выступающие на 2-3 мм над поверхностью, что и обеспечивает высокую бактерицидную эффективность.
Предпочтительно использование ИК лазерного модуля типа М 85051 фирмы «U.S. - Lasers, Inc.» (США) и ультрафиолетовых светодиодов фирмы « LUMEX» (США).
Общий вид устройства в собранном виде представлен на ФИГ.1 (А -вид сбоку в разрезе); ФИГ.2 (Б - вид сверху в собранном состоянии; В - вид снизу в собранном состоянии).
Устройство имеет овальную форму с двумя горловинами (входа и выхода воды) и размеры (130×120×65), вес всего изделия с 2 элементами питания не превышает 100 гр. Материал-пластмасса.
Устройство состоит из полого пластмассового корпуса (1), заливной горловины (2) диаметром 20 мм, циклона (3), съемной площадью со сливной горловиной (4), отвинчивающегося поддона для твердых остатков (5), ватно-марлевого фильтра (6), ИК лазерного светодиода (7), матрицы из 20 ультрафиолетовых светодиодов (8), гнезда для двух элементов питания(9), герметичной крышки гнезда элементов питания (10), индикатора работы элементов питания (11), кнопки запуска и отключения устройства (12), двух винтов крепления (13) сборки матрицы светодиодов и элементов питания. Также изделие комплектуется резиновой насадкой для заливной горловины (14) с внутренним диаметром ⌀=16 мм и высотой 70 мм.
Устройство легко разбирается и при необходимости, может стерилизоваться или очищаться от твердых остатков фильтрации.
Устройство, в сочетании с ИК лазером и ультрафиолетовым бактерицидным излучением превосходит все известные фильтрующие и бактерицидные установки используемые с этой целью.
Представленная полезная модель работает следующим образом. На заливную горловину (2) надевается резиновая насадка (14), которая соединяется с источником подачи воды (кран, емкость с водой); с нажатием кнопки запуска (12) включаются ИК лазера (7) и все УФ световоды (8) матрицы, также загорается индикатор работы элементов питания (11); подается вода в заливную горловину (2), которая проходя по винтообразному желобу циклона (3), за счет центробежной силы отбрасывает твердые частицы по стенке корпуса (1), которые стекают в поддон для твердых остатков (5); под давлением вода, проходя через ватно-марлевый фильтр, очищается от более мелких частиц, находящихся в ней и поднимается по внутреннему отверстию циклона (3) попадает в камеру облучения ИК лазером (7) и УФ светодиодами (8), которые благодаря выступающим поверхностям на 2-3 мм создают турбулентное движение жидкости, что
позволяет более эффективно облучать УФ бактерицидным излучением весь объем проходящей воды. При наполнении емкости водой устройство отключается нажатием кнопки (12). При длительном использовании устройства отвинчивается поддон (5) и очищается от твердого осадка и при необходимости меняется ватно-марлевый фильтр (6), также возможно очистка циклона (3) при частом использовании воды с большим содержанием окиси железа.
Предполагаемое устройство имеет следующие преимущества:
- использование в устройстве ИК лазера малой мощности и УФ светодиодов различных длин волн обеспечивает обеззараживание воды, уничтожая даже «фильтрующиеся вирусы» ультрамикроскопических размеров; которые проникают даже сквозь фарфоровые фильтры с тончайшими порами;
- за счет выступающих светодиодов расположенных на матрице в «шахматном» порядке, возникает турбулентность истекающей воды, что позволяет более эффективно облучать весь объем жидкости;
- использование циклона, позволяет удалять твердые частицы находящиеся в воде, кроме того винтообразное движение воды, обеспечивающее циклоном, очищает и ватно-марлевый фильтр;
- легкость изготовления и простота в обслуживании;
- удобство использования в быту;
- долговременность в использовании и его низкая стоимость;
- возможность легкой стерилизации, при необходимости.