УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для очистки воды и может быть использована в бытовых условиях для очистки воды, предназначенной для питья и приготовления пищи, а также для использования в гигиенических целях.
Традиционно для оценки качества воды в водном объекте или в системе водоснабжения, если речь идет о получении воды для питья, используются органолептические, химические и санитарно-бактериологические показатели. К органолептическим показателям качества воды относят температуру, запах и привкус, цветность и мутность. Химические показатели характеризуют химический состав воды, к ним обычно относят водородный показатель воды pH, жесткость и щелочность, минерализацию (сухой остаток), а также содержание различных химических элементов. К санитарно-бактериологическим показателям относят общую бактериальную загрязненность воды и загрязненность ее кишечной палочкой, содержание в воде токсичных и радиоактивных микрокомпонентов.
Требования к качеству питьевой воды определяются предельно допустимыми концентрациями (далее - ПДК) загрязняющих веществ. В России в настоящее время они установлены санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованной системы питьевого водоснабжения. Контроль качества» (далее - СанПиН). Требования СанПиН направлены на обеспечение эпидемиологической безопасности питьевой воды. Однако очистка питьевой воды в пределах установленных СанПиН норм не обеспечивает полную очистку воды с доведением показателей ее качества до качества воды лучших природных источников, например, чистой родниковой воды. Это обусловлено, в частности, высокой стоимостью и, как следствие, экономической нецелесообразностью производства и массового сбыта воды такого качества. Кроме того, подготовленная и доведенная до требуемого гигиенического качества вода, проходя по распределительной водопроводной системе, подвергается повторному загрязнению продуктами коррозии и другими отложениями на внутренней поверхности трубопроводов. Также ухудшение качества питьевой воды, подаваемой системой водоснабжения, часто может быть связано с явлениями природного характера или с аварийными ситуациями на объектах и сооружениях системы водоснабжения, и в таких случаях могут быть допущены временные отклонения от гигиенических нормативов качества питьевой воды.
Решением проблемы получения питьевой воды высокого качества может быть дополнительная очистка воды, в том числе, поступающей из систем водоснабжения, посредством ее фильтрования через загрузки материалов различной природы и происхождения.
В частности, широкое применение в бытовых условиях получила очистка питьевой воды, основанная на ионообменном и сорбционном методах обработки воды и их сочетании.
Ионный обмен - это обратимая химическая реакция, при которой происходит обмен ионами между твердым веществом (ионитом) и раствором электролита, в данном случае, очищаемой питьевой водой, содержащей те или иные ионы. Ионный обмен как метод обработки воды применяется в основном для умягчения и обессоливания воды. Для реализации этого метода обычно используются синтетические ионообменные смолы (иониты), а также природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Также методом ионного обмена из воды могут быть удалены железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии.
Сорбционный метод обработки воды заключается в избирательном поглощении из нее различных растворенных веществ поверхностью твердого материала (сорбента).
Наиболее широко для очистки питьевой воды используется активированный уголь, который обеспечивает адсорбцию органических соединений (например, пестицидов и гербицидов), удаляет хлор, озон, обеззараживает, корректирует вкус и удаляет запахи воды. Есть два основных механизма, за счет которых активизированный углерод удаляет загрязнители из воды: адсорбция и каталитическое сокращение (процесс, заставляющий притягиваться отрицательно заряженные ионы загрязнителя к положительно заряженному активированному углероду). Органические соединения удаляются адсорбцией, а остаточные дезинфицирующие средства, такие как хлор, и хлорамины удаляются каталитическим сокращением.
Также известно, что для очистки питьевой воды используются различные природные материалы, в частности, природный цеолит, пгунгит, кремень.
Цеолит является ионообменником катионного типа, имеет большую площадь поверхности и внутреннюю пористость, что позволяет эффективно сорбировать взвешенные и коллоидные частицы. Цеолит также сорбирует тяжелые металлы, аммоний и другие азотные соединения.
Шунгит представляет собой горную породу, по составу и свойствам занимающую промежуточное положение между антрацитами и графитом. Наряду с сорбционными свойствами шунгит обладает и ионообменными свойствами, является катализатором окислительно-восстановительных реакций.
2
Кремень представляет собой минерально-органическое образование, в составе которого присутствуют опал и халцедон - аморфная и скрытокристаллическая разновидности кварца. Основу этих минеральных компонентов кремня составляет кремнезем - двуокись кремния SiO. В кремне также содержится значительное количество окаменевшего органического материала, с чем связаны выраженные бактерицидные свойства кремня, а также его каталитическая активность, способность значительно повышать скорость различных окислительно-восстановительных реакций в воде.
Использование для очистки питьевой воды различных сорбентов, в том числе, в сочетании с ионитами, позволяют регулировать химический состав и органолептические показатели очищаемой питьевой воды, тем самым, обеспечивать требуемое ее качество.
Известно устройство для очистки жидкости, предназначенное для очистки воды пищевого, бытового и гигиенического назначения, принятое в качестве ближайшего аналога предлагаемой полезной модели. Устройство для очистки жидкости, ближайший аналог, в одном из вариантов выполнения включает кувшин и фильтровальное средство, которое содержит активированный уголь и цеолит в качестве сорбентов и ионообменную смолу (RU 225 U1, 16.01.1995). При этом фильтровальное средство устройства для очистки жидкости, ближайшего аналога, может быть выполнено в виде съемного патрона с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном и снабжено средством для крепления внутри кувшина. Недостатком устройства, ближайшего аналога, является недостаточная степень очистки воды, предназначенной для питья и приготовления пищи. Так, исследования качества воды исходной, взятой из природного источника (скважины) и очищенной с помощью фильтровального средства ближайшего аналога, содержащего активированный уголь, цеолит и ионообменную смолу, показали, что значения таких показателей, как мутность (по каолину), содержание железа и марганца составляют, соответственно, 2,7 мг/л, 0,871 мг/л, 0,363 мг/л, что не соответствует значениям предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных СанПин и составляющих, соответственно, значения 1,5 мг/л, 0,3 мг/л, 0,1 мг/л. Общая жесткость воды, очищенной с помощью фильтровального средства ближайшего аналога, уменьшилась до допустимого значения 5,6 мг-экв/л. Однако, такая степень жесткости питьевой воды в большинстве случаев ее применения также недостаточна и неблагоприятна для потребителя, поскольку приводит к образованию накипи на стенках посуды и нагревательных приборов при кипячении в них воды.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение качества очищаемой питьевой воды, а так же расширение арсенала средств дополнительной очистки питьевой воды.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для очистки воды, включающем кувшин и фильтровальное средство, которое закреплено внутри кувшина и содержит активированный уголь и цеолит в качестве сорбентов и ионообменную смолу, согласно предлагаемой полезной модели фильтровальное средство дополнительно содержит сорбенты шунгит и кремень.
Введение в фильтровальное средство сорбентов шунгита и кремня, в совокупности с другими компонентами - углем, цеолитом и ионообменной смолой, обеспечивает более высокую эффективность обменных и сорбционных процессов в очищаемой воде, что позволяет улучшить показатели качества очищаемой воды исходной (воды, взятой из того же природного источника (скважины), что и в случае с ближайшим аналогом): уменьшить мутность (до 1, 1 мг/л) и, в более значительной степени, общую жесткость (до 0,8 мг-экв/л), уменьшить до допустимых СанПин концентраций содержание в воде железа (до 0,257 мг/л) и марганца (до 0,02 мг/л), тем самым, уменьшить негативное влияние данных химических элементов на организм человека при употреблении воды внутрь. Таким образом, предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает повышение качества очищаемой питьевой воды, одновременно, расширяет арсенал средств доочистки питьевой воды.
Предлагаемое устройство для очистки воды дополнительно может содержать, по меньшей мере, один постоянный магнит. Это позволяет создать постоянное магнитное поле в различных областях внутреннего объема кувшина для воздействия на очищаемую воду. Под воздействием постоянного магнитного поля молекулы воды, поскольку они представляют собой диполи, ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля и приобретают устойчивую упорядоченную ориентацию, в результате чего, снижается вязкость очищаемой воды, увеличиваются скорости протекания физических и химических процессов, в том числе, обменных и сорбционных. Также, омагниченная вода, при ее употреблении внутрь или контакте с покровными тканями организма, положительно влияет на жизнедеятельность тканевых клеток живых организмов. Таким образом, наличие в предлагаемом устройстве одного или нескольких постоянных магнитов позволяет дополнительно повысить качество очищаемой воды. Выбором количества используемых для обработки воды магнитов возможно регулировать распределение магнитных потоков в объеме обрабатываемой воды.
В предлагаемом устройстве для очистки воды кувшин может быть выполнен из прозрачного для магнитного поля материала, а, по меньшей мере, один постоянный магнит размещен на внешней поверхности кувшина. Размещение одного или нескольких магнитов на внешней стороне кувшина исключает их контакт с обрабатываемой питьевой водой. Таким образом, исключается необходимость использования в конструкции кувшина дополнительных средств, необходимых, согласно требованию санитарной безопасности, для изоляции магнитов от находящейся внутри кувшина воды, поскольку она предназначена для употребления внутрь организма. При этом выполнение кувшина из прозрачного для магнитного поля материала обеспечивает проникновение магнитного поля внутрь кувшина, где находится обрабатываемая питьевая вода. Таким образом, в случае, когда предлагаемое устройство для очистки воды дополнительно содержит, по меньшей мере, один постоянный магнит, такое выполнение позволяет упростить конструкцию предлагаемого устройства и повысить удобство при его эксплуатации. Одним из вариантов данного выполнения предлагаемого устройства для очистки воды является размещение постоянного магнита на внешней поверхности дна кувшина, что также позволяет повысить удобство при эксплуатации.
В предлагаемом устройстве для очистки воды активированный уголь, содержащийся в фильтровальном средстве, может быть импрегнирован серебром. Серебро, обладая бактериостатическими свойствами, препятствует размножению отфильтрованных микроорганизмов на поверхности фильтрующих материалов, благодаря чему, продлевается срок службы фильтровального средства.
Предпочтительно, что бы в фильтровальном средстве предлагаемого устройства для очистки воды ионообменная смола и сорбенты были расположены слоями. Это способствует наибольшей избирательности и, как следствие, эффективности обменных и сорбционных процессов внутри фильтрующей загрузки фильтровального средства.
В предлагаемом устройстве для очистки воды фильтровальное средство может быть выполнено в виде съемного патрона с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном и снабжено средством для крепления внутри кувшина. Выполнение боковых стенок съемного патрона водонепроницаемыми, а дна - водопроницаемым, обеспечивает прохождение всего потока очищаемой воды через весь слой фильтрующей загрузки фильтровального средства, что необходимо для эффективной ее очистки. Возможность съема и крепления фильтровального средства внутри кувшина обеспечивает удобство при его использовании и замене фильтровального средства по истечении срока его эксплуатации.
На фигуре представлен общий вид предлагаемого устройства для очистки воды в варианте выполнения, когда оно содержит один постоянный магнит, размещенный на внешней поверхности дна кувшина, кувшин выполнен из прозрачного для магнитного поля материала, в фильтровальном средстве ионообменная смола и сорбенты расположены слоями, а фильтровальное средство выполнено в виде съемного патрона с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном и снабжено средством для крепления внутри кувшина.
Устройство для очистки воды в варианте выполнения, когда оно содержит один постоянный магнит, размещенный на внешней поверхности дна кувшина, кувшин выполнен из прозрачного для магнитного поля материала, в фильтровальном средстве ионообменная смола и сорбенты расположены слоями, а фильтровальное средство выполнено в виде съемного патрона с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном и снабжено средством для крепления внутри кувшина (фигура) включает кувшин 1, фильтровальное средство 2 и один постоянный магнит 3. Постоянный магнит 3 размещен на внешней поверхности дна кувшина 1. Кувшин 1 выполнен из прозрачного для магнитного поля материала (на фигуре не показано). Фильтровальное средство 2 закреплено внутри кувшина 1, выполнено в виде съемного патрона 4 с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном и содержит расположенные слоями шунгит 5, ионообменную смолу 6, цеолит 7, кремень 8 и активированный уголь 9. Фильтровальное средство 2 снабжено средством для его крепления внутри кувшина 1.
Средство для крепления фильтровального средства 2 внутри кувшина 1 может быть выполнено в виде втулки 10 с резьбой. При этом резьба втулки 10 навинчивается на ответную резьбу, выполненную, например, в сливном отверстии приемной части (на фигуре не показано) кувшина 1, куда заливается вода, предназначенная для очистки.
Постоянный магнит 3, размещенный на внешней поверхности дна кувшина 1, может быть зафиксирован с помощью крышки 11, прикрепляемой к дну кувшина 1 посредством резьбового или клеевого соединения (на фигуре не показано).
В качестве материала, прозрачного для магнитного поля, из которого выполнен кувшин 1, может быть использован полистирол пищевой.
Устройство для очистки воды в варианте выполнения, когда оно содержит один постоянный магнит, размещенный на внешней поверхности дна кувшина, кувшин выполнен из прозрачного для магнитного поля материала, в фильтровальном средстве ионообменная смола и сорбенты расположены слоями, а фильтровальное средство выполнено в виде съемного патрона с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном и снабжено средством для крепления внутри кувшина, работает следующим образом. Кувшин 1 выполняют из прозрачного для магнитного поля материала. Постоянный магнит 3 размещают на внешней поверхности дна кувшина 1 и фиксируют с помощью крышки 11, прикрепляя ее к дну кувшина 1 посредством резьбового или клеевого соединения (на фигуре не показано). Фильтрующие материалы-сорбенты и ионообменную смолу предварительно измельчают до следующих размеров частиц, мм: шунгит - 3-5, ионообменная смола - 0,3-1,0, цеолит - 3-5, кремень - 2-5, активированный уголь - 0,4-1,7. В съемный патрон 4 с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном, в виде которого выполнено фильтровальное средство 2, слоями загружают (в порядке по направлению движения очищаемой воды) фильтрующие материалы шунгит 5, ионообменную смолу 6, цеолит 7, кремень 8 и активированный уголь 9. При этом предпочтительным является следующее массовое соотношение фильтрующих материалов, в % масс.: шунгит - 15, ионообменная смола - 15, цеолит - 35, кремень - 15, активированный уголь - 20. Указанные порядок загрузки слоев, размеры частиц и массовое соотношение фильтрующих материалов определены экспериментальным путем, как соответствующие оптимальным показателям качества питьевой воды, полученной в результате очищения. Съемный патрон 4 с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном крепят с помощью втулки 10 с резьбой внутри кувшина 1. При этом резьбу втулки 10 навинчивают на ответную резьбу, выполненную, например, в сливном отверстии приемной части (на фигуре не показано) кувшина 1, в которую, затем, наливают воду, предназначенную для очистки. Очищаемая вода стекает через сливное отверстие из приемной части кувшина 1 в съемный патрон 4. Поскольку съемный патрон 4 выполнен с водонепроницаемыми боковыми стенками и водопроницаемым дном, то весь поток очищаемой воды проходит сквозь все слои загрузки из фильтрованных материалов шунгита 5, ионообменной смолы 6, цеолита 7, кремня 8 и активированного угля 9, в процессе чего подвергается очистке. Показатели качества воды питьевой, очищенной, таким образом, с помощью предлагаемого устройства для очистки воды, соответствуют требованиям, установленным СанПин. При этом по таким показателям, как мутность, жесткость, содержание железа, содержание марганца качество питьевой воды, очищенной предлагаемым устройством для очистки воды, превосходит качество питьевой йоды, очищенной с помощью устройства - ближайшего аналога. Указанный результат подтверждают результаты исследования качества воды исходной, не очищенной и очищенной фильтровальным средством устройства для очистки жидкости по патенту RU 225 U1 и фильтровальным средством предлагаемого устройства для очистки воды, представленные в таблице. Вода исходная, предназначенная для ее исследования и очистки фильтровальным средством устройства для очистки жидкости по патенту RU 225 U1 и фильтровальным средством предлагаемого устройства для очистки воды, была взята из одного природного источника (скважины), лабораторные исследования проведены испытательным лабораторным центром Западно-Сибирского филиала ФГУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии по железнодорожному транспорту» и представлены протоколами лабораторных исследований №712 от 07.02.2014, №714 от 07.02.2014, №716 от 07.02.2014.
Таблица. Результаты исследования качества воды исходной, не очищенной, очищенной фильтровальным средством устройства для очистки жидкости по патенту RU 225 U1 и фильтровальным средством предлагаемого устройства для очистки воды.
Одновременно с процессом фильтрования очищаемая вода подвергается воздействию магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 3, размещенным на внешней стороне дна кувшина 1. Очищенная вода стекает через водопроницаемое дно съемного патрона 4 в нижнюю часть кувшина 1, где она может храниться до момента ее употребления по назначению. Находясь в нижней части кувшина 1, очищенная питьевая вода продолжает подвергаться воздействию магнитного поля и, тем самым, сохраняет свойства, приобретенные ею в результате омагничивания, непосредственно до момента употребления по назначению.
Таким образом, устройство для очистки воды, характеризуемое предлагаемой совокупностью существенных признаков, обеспечивает повышение качества питьевой воды, а также, расширяет арсенал средств, предназначенных для дополнительной очистки питьевой воды.