ПОХОДНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Настоящая полезная модель относится к области переносных водоочистительных фильтров, предназначенных для оперативного применения в походных условиях, а также в условиях чрезвычайных ситуаций с использованием поверхностных источников воды с различными природными и антропогенными загрязнениями, зараженных патогенными микроорганизмами, включая споровые формы, вирусами, отравляющими, сильнодействующими и радиоактивными веществами.
Известен переносной фильтр для очистки воды (RU 18648, B01D 63/00, 2000), содержащий корпус с дном, отводящим патрубком, средством для подачи очищаемой воды и фильтрующим элементом в виде пластинного керамического мембранного тангенциального фильтра и отверстием для отвода недоочищенной воды. Данный фильтр имеет ряд недостатков. Тангенциальная фильтрация повышает производительность и ресурс мембраны, но с учетом слива значительного количества недоочищенной воды (концентрата) требует увеличенной в 1,5-3 раза подачи исходной воды. Для походного фильтра с ручным насосом это означает увеличение физической нагрузки для прокачки воды через фильтр. Керамический фильтр может задержать механические загрязнения, но пропускает растворенные вещества, том числе токсичные, что ограничивает его применение для получения питьевой воды из поверхностных источников. Кроме того, средство для подачи очищаемой воды не составляет единого целого с собственно фильтром, что нежелательно для походного фильтра, который должен быть максимально компактным.
Известен походный патронный фильтр для воды (RU 110285, B01D 27/00, 2011), содержащий цилиндрический корпус с размещенным в верхней торцевой части входным резьбовым отверстием под стандартную пластмассовую бутылку и выходным отверстием, снабженным пробкой с отверстием для выхода очищенной воды, а внутри корпуса между верхним и нижним слоями гидрофобной ваты, образующими предфильтр и постфильтр, размещен слой сорбента. Такой фильтр способен очистить воду как от механических, так и растворенных органических и токсичных загрязнений, однако не защитит от бактерий и вирусов. Для подачи в фильтр загрязненной воды во входное резьбовое отверстие вкручивается пластмассовая бутылка, наполненная исходной водой. Недостатками такого способа подачи воды являются незначительный напор и, следовательно, невысокая производительность фильтра, особенно при очистке средне- и высокомутной воды, а также необходимость носить в походе пустую бутылку, без которой фильтрация невозможна.
Известна система очистки воды в чрезвычайных обстоятельствах (пат. США 6245228, B01D 27/00, 2000), которая содержит заполняемую исходной водой емкость, сосуд для подготовленной воды и цилиндрический фильтрующий патрон, в состав которого входят анионообменная смола, фильтрующий материал для улавливания взвешенных примесей и активированный уголь для улавливания органических примесей и остаточного хлора. В исходную воду загружается дезинфицирующее вещество, а вход фильтрующего патрона снабжен физико-химическим устройством выдержки, не пропускающим воду в патрон до окончания дезинфекции воды. Недостатками данной системы являются необходимость комплектования дезинфицирующим хлорсодержащим реагентом, емкостью для исходной воды, низкая оперативность применения (время растворения реагента и требуемая выдержка исходной воды перед фильтрацией должны быть не менее 0,5 часа), а также невысокая производительность из-за незначительного напора исходной воды.
Известен ручной переносной насос для фильтрации воды (пат. США 5366642, 210-767, B01D 35/26, 1992), включающий корпус с впуском, выпуском и со съемным фильтрпатроном в виде трубчатого цилиндра с центральным цилиндрическим каналом, образующим цилиндр насоса, вокруг которого концентрично размещены механический фильтр и активированный уголь для задержания хлора и хлорорганических соединений. Заборный патрубок насоса погружается вертикально в водоисточник. Насос снабжен ручкой, приводящей в действие поршень. Ручка в рабочем положении располагается под углом к корпусу насоса, а в транспортном отсоединяется от штока и устанавливается в положение вдоль насоса. В данном устройстве отсутствует стерилизующее средство, что ограничивает его применение для получения питьевой воды из поверхностных источников. Другим недостатком является неудобство пользования насосом, связанное с необходимостью одной рукой удерживать вертикально на весу корпус насоса с погруженным под поверхность водоисточника заборным патрубком, а другой рукой совершать возвратно-поступательное движение расположенной под углом ручкой, создавая при этом знакопеременный момент силы, отклоняющий корпус насоса от вертикального положения.
Известен принятый в качестве прототипа походный фильтр для очистки воды (патент на полезную модель RU 120370 U1, 2012 г., B01D 35|26), содержащий заборный фильтр грубой очистки воды, всасывающую трубку, корпус, состоящий из соосных верхней и нижней частей, предфильтр, ручной насос, сорбирующий фильтр, стерилизующий микрофильтр, установленный за сорбирующим фильтром, ручной насос, поршень которого выполнен как продолжение верхней части корпуса, цилиндр как продолжение нижней части корпуса, а торцы поршня и цилиндра снабжены соответственно нагнетающим и всасывающим клапанами, корпус, выполненный разъемным за счет взаимного поворота его составных частей вокруг продольной оси в положении верхней мертвой точки насоса, а верхняя часть корпуса снабжена трубкой для отвода очищенной воды, оснащенной мундштуком со съемным защитным колпачком, при этом стерилизующий микрофильтр выполнен на основе положительно заряженной мембраны с размерами пор 0,2 мкм.
Стерилизующий микрофильтр обеспечивает очистку воду от патогенных бактерий за счет размера пор мембраны 0,2 мкм и от вирусов - за счет положительного заряда мембраны. Таким образом, оснащение фильтра механическим предфильтром, сорбционным фильтром и стерилизующим микрофильтром обеспечивает надежную комплексную безреагентную очистку до питьевого качества воды из поверхностных водоисточников от механических загрязнений, коллоидов, цветности, патогенных микроорганизмов, включая их споровые формы, вирусов, токсинов, высоко- и низкомолекулярных органических соединений, отравляющих, сильнодействующих и радиоактивных веществ. Насос приводится возвратно-поступательным движением по эргономичной траектории при удобном хвате частей насоса.
В походном состоянии фильтр помещается в чехол в разобранном виде. Для приведения фильтра в рабочее состояние следует соединить верхнюю и нижнюю части корпуса, введя поршень в цилиндр, пропустить при этом выступы на верхней части корпуса сквозь пазы на нижней части корпуса и повернув части корпуса относительно друг друга вокруг продольной оси на угол около 90°. Заборный фильтр погружается в водоисточник или емкость с исходной водой, и вода прокачивается насосом через фильтр. Очищенную воду можно пить непосредственно через мундштук или наполнять флягу или бутылку, вставив мундштук в ее горловину.
Обеспечивая эффективную очистку воды, содержащей комплекс загрязнений, до питьевого качества, прототип имеет ряд недостатков.
Необходимость соединения частей фильтра в начале работы и их разъединения при укладке в чехол по ее окончании требует выполнения достаточно точных манипуляций и затрат времени. Кроме того, значительный объем воздуха во всасывающей зоне насоса требует при пуске в работу сухого фильтра выполнения холостых качков насоса или подсасывания ртом, пока вода не заполнит сорбирующий фильтр и достигнет насоса, только после чего насос «подхватит» воду и обеспечит эффективное прокачивание воды через фильтр. Отсутствие возможности смены сорбента и стерилизующего микрофильтра после исчерпания их ресурса ограничивает срок службы фильтра.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание удобного и простого в использовании портативного походного фильтра для очистки воды, обеспечивающего надежную очистку воды до питьевого качества из поверхностных источников с высокой степенью загрязнения и заражения и обладающего длительным сроком службы.
Указанный технический результат достигается тем, что походный фильтр для очистки воды, содержащий заборный фильтр грубой очистки воды, всасывающую трубку, ручной поршневой насос, полый поршень которого соединен с корпусом, состоящим из соосных нижней и верхней частей, внутри которых размещены сорбирующий фильтр и стерилизующий микрофильтр на основе положительно заряженной мембраны с размером пор 0,2 мкм, трубку для отвода очищенной воды, оснащенную мундштуком со съемным защитным колпачком, согласно техническому решению верхняя и нижняя части корпуса соединены разьбовым разъемом, сорбирующий фильтр выполнен в виде сменяемого наполненного сорбентом стакана с входным патрубком в днище и перфорированной крышкой, внутри полого поршня насоса предусмотрена посадочная поверхность для фиксации входного патрубка сорбирующего фильтра, а крышка верхней части корпуса имеет центральное резьбовое отверстие для крепления сменяемого стерилизующего микрофильтра.
На чертеже представлено устройство походного фильтра для очистки воды.
Походный фильтр содержит заборный фильтр грубой очистки воды 1, всасывающую трубку 2, корпус, состоящий из соосных нижней 3 и верхней 4 частей, соединенных друг с другом резьбовым разъемом 5, соединенный с корпусом ручной поршневой насос 6, торец поршня 7 которого снабжен нагнетающим клапаном 8, а торец цилиндра 9 - всасывающим клапаном 10, сорбирующий фильтр 11, стерилизующий микрофильтр 12, трубку 13 для отвода очищенной воды, оснащенную мундштуком 14 со съемным защитным колпачком 15. Для предотвращения утери колпачка 15 он соединен с мундштуком 14 гибким элементом 16. Сорбирующий фильтр 11 выполнен в виде наполненного сорбентом стакана 17 с перфорированной крышкой 18 и входным патрубком 19 в днище, взаимодействующим с посадочной поверхностью 20, имеющейся внутри полого поршня 7 насоса 6. В крышке верхней части корпуса 4 выполнено резьбовое отверстие 21 для крепления стерилизующего фильтра 12. На нижней части корпуса 3 предусмотрены выступы 22, ограничивающие ход поршня 7 в цилиндре 9.
Заборный фильтр грубой очистки 1 погружается в водоисточник или емкость с исходной водой. Возвратно-поступательное движение насоса 6 соответствует тактам всасывания и нагнетания, выполняемым поршнем 7 в цилиндре 9. Всасывающий 10 и нагнетающий 8 клапаны обеспечивают направленное движение воды от заборного фильтра грубой очистки 1 по всасывающей трубке 2 через сорбирующий фильтр 11, стерилизующий микрофильтр 12, трубку для отвода очищенной воды 13 к мундштуку 14. Очищенную воду можно пить непосредственно через мундштук 14 или наполнять флягу или бутылку, вставив мундштук в ее горловину. В походном положении мундштук закрывается съемным защитным колпачком 15, закрепленным на мундштуке с помощью гибкого элемента 16. Выступы 22 ограничивают заданную амплитуду движений поршня 7 от нижней до верхней мертвой точки насоса 6.
Последовательное прохождение исходной воды через фильтр грубой очистки, слой сорбента и стерилизующий микрофильтр на основе положительно заряженной мембраны с размером пор 0,2 мкм обеспечивает надежную комплексную безреагентную очистку воды до питьевого качества из загрязненных поверхностных водоисточников от механических частиц, коллоидов, цветности, патогенных микроорганизмов, включая их споровые формы, вирусов, токсинов, высоко- и низкомолекулярных органических соединений, отравляющих, сильнодействующих и радиоактивных веществ,что подтверждено испытаниями образцов фильтра при очистке высокозагрязненной воды.
Фильтр имеет моноблочную конструкцию, не требующую соединения его частей для приведения фильтра в рабочее состояние и их разъединения при укладке фильтра в чехол по окончании работы, что дает возможность немедленного использования и быстрого свертывания фильтра.
Размещение всех фильтрующих элементов в напорной зоне насоса позволяет минимизировать объем всасывающей зоны насоса, что облегчает ее заполнение водой при сухом пуске в работу и позволяет насосу быстро «подхватывать» воду и начинать ее активное прокачивание через фильтр, сокращая тем самым время от начала развертывания фильтра до получения очищенной воды.
Наличие резьбового разъема корпуса позволяет производить многократную смену сорбирующего и стерилизующего фильтрующих элементов после исчерпания их ресурса, продлевая срок службы фильтра в целом.