СПОСОБ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ЖИДКОСТИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
LIQUID MINERALISATION METHOD AND SYSTEM FOR REALISING SAID METHOD

Группа изобретений относится к технологии минерализации жидкости, преимущественно питьевой воды, и может входить в системы очистки воды, в которых используются обратноосмотические мембраны.
В уровне техники известны устройства и способы минерализации жидкости, которые не всегда могут быть совместимы с новыми предлагаемыми устройствами для очистки жидкости.
В уровне техники известно устройство для получения воды, обогащенной магнием и кальцием, заявка на изобретение в США [US 2011/0100890 А1, МПК B01D 61/10, опубл. 05.05.2011]. В соответствии с изобретением водопроводную воду подвергают предварительной фильтрации, путем пропускания ее через активированный уголь, находящийся в предфильтре. На следующем этапе с помощью средства перемещения жидкости воду подают в обратноосмотический блок с целью глубокой очистки от вредных для организма человека примесей, далее уже деминерализованную воду пропускают через минерализующий состав, находящийся в блоке минерализации, с последующим сбором минерализованной воды в накопительной емкости. Перед подачей воды из накопительной емкости потребителю ее дополнительно фильтруют с целью удаления неприятных запахов, путем пропускания через активированный уголь, находящийся в постфильтре, расположенный по ходу течения воды за накопительным резервуаром перед краном чистой воды. При этом процесс является линейным и все оборудование соединено последовательно. Основная цель изобретения - насыщение очищенной питьевой воды магнием, где для контроля и регулировки рН воды используют кальцийсодержащий компонент.
Средства удержания рабочей среды блока минерализации, расположенные в блоке минерализации на входе и выходе воды, а также между магний- и кальцийсодержащим компонентами, по мере использования данного устройства, накапливают на своей поверхности или внутри себя частички минерализующего компонента, тем самым увеличивая сопротивление жидкости поступающей в накопительную емкость, приводящее к ухудшению пропускной способности блока минерализации.
Недостатком заявленного изобретения [US 2011/0100890 А1] является наличие дополнительного блока, выполняющего функцию постфильтра, заполненного фильтрующим материалом, расположенного перед краном чистой воды. Это увеличивает габариты установочной системы очистки воды.
В уровне техники известен способ минерализации жидкости [US 7,507,334, МПК B01D 33/00, опубл. 24.03.2009], являющийся близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбранный нами в качестве прототипа. По изобретению водопроводную воду предварительно очищают и фильтруют путем пропускания ее через осадочный фильтр и предфильтр, заполненный активированным углем. Далее воду подают в обратноосмотический блок, после которого вода имеет показатель рН 6,5. На следующем этапе деминерализованную воду подают в блок минерализации, имеющий средства удержания минерализующего и фильтрующего составов. Далее уже минерализованную воду с показателем рН 7,0 из блока минерализации направляют с помощью средства перемещения жидкости в накопительную емкость типа водо-воздушного бака. При этом средство перемещения жидкости от блока минерализации к накопительной емкости, по патенту US 7,507,334, содержит два обратных клапана, которые предназначены для ориентирования направления потока жидкости из блока минерализации в накопительную емкость, когда выходной канал закрыт. В момент открытия крана чистой воды потребителем, минерализованная вода из накопительной емкости по средству перемещения жидкости с помощью обратных клапанов направляется в блок минерализации на дополнительную обработку. Причем направление течения воды через блок минерализации задают тем же, что и на этапе обработки деминерализованной воды. Минерализованная вода с показателем рН 7,0 из накопительной емкости повторно проходит через содержимое блока минерализации, что способствует повышению показателя рН воды до 8,0, и выходит из системы через кран чистой воды.
Недостатком настоящего изобретения является отсутствие возможности промывки содержимого блока минерализации. Создание линии рециркуляции жидкости, путем включения в конструкцию обратных клапанов между блоком минерализации и накопительной емкостью, не решает проблему обратной промывки средств удержания рабочей среды блока минерализации. В качестве фильтрующего состава, по изобретению [US 7,507,334], используют активированный уголь, частички которого могут попадать внутрь средств удержания рабочей среды блока минерализации, что отрицательно сказывается на пропускной способности блока минерализации и приводит к неравномерному истечению жидкости из крана чистой воды. Это ухудшает потребительские свойства системы очистки воды.
В уровне техники известно устройство [US 7,303,666 В1, МПК B01D 29/62, 29/50, 63/00, 61/00, опубл. 04.12.2007], являющееся близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбранное нами в качестве прототипа системы для осуществления минерализации жидкости. Устройство по патенту US 7,303,666 содержит подключенное к источнику средство ввода воды, автоматический контролирующий клапан, расположенный перед обратноосмотическим блоком, который прекращает подачу воды от источника в обратноосмотический блок в случае заполнения накопительной емкости очищенной водой и начинает подачу воды в обратноосмотический блок в случае ее потребления. В средстве перемещения жидкости за обратноосмотическим блоком установлен обратный клапан 3 с возможностью блокировки потока воды в обратноосмотический блок в момент забора воды потребителем через средство отвода воды. Далее к обратному клапану по ходу течения воды подсоединен блок-фильтр, заполненный фильтрующим материалом для фильтрации воды. Блок-фильтр с помощью средства перемещения жидкости соединен с накопительной емкостью типа водовоздушного бака. При этом это средство перемещения жидкости, соединяющее блок-фильтр и накопительную емкость, снабжено двумя обратными клапанами 1 и 2, которые предназначены для ориентирования направления потока воды, когда средство отвода воды открыто или закрыто. Обратный клапан 2 блокирует поток очищенной воды, поступающей из обратноосмотического блока в накопительную емкость, тем самым ориентируя направление течения воды в блок-фильтр с последующим сбором отфильтрованной воды в накопительной емкости. Обратный клапан 1 предназначен для блокировки потока воды, поступающей из накопительной емкости в кран чистой воды, тем самым ориентируя направление течения воды через обратный клапан 2 в блок-фильтр.
Таким образом, вода проходит двойную фильтрацию через один блок-фильтр. Устройство по патенту US 7,303,666 за счет обратных клапанов, расположенных в средстве перемещения жидкости от блок-фильтра к накопительной емкости, обеспечивает двойную фильтрацию воды с использованием одного блок-фильтра и возможностью прохождения жидкости в одном направлении через этот блок-фильтр.
Недостатком этого устройства является сложное оформление. Дополнительные соединения увеличивают риск протечки воды и являются потенциальной зоной скопления бактерий, проникающих со временем в магистраль чистой воды и ухудшающих ее качество.
Общей задачей группы изобретений с требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании группы изобретений, является разработка нового эффективного способа и системы, позволяющих осуществлять равномерную минерализацию жидкости на протяжении всего ресурса работы системы минерализации жидкости, повышение надежности и упрощение конструкции, увеличение срока службы системы минерализации.
Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений достигаются тем, что по способу минерализации жидкости, очищенной методом обратного осмоса, включающему пропускание исходной жидкости через входной канал по крайней мере в один блок минерализации, заполненный рабочей средой с по крайней мере одним средством удержания рабочей среды, с последующим прохождением минерализованной жидкости из блока минерализации по средству перемещения жидкости в накопительную емкость и из накопительной емкости через блок минерализации в выходной канал, согласно изобретению жидкость выходит из блока минерализации в накопительную емкость и из накопительной емкости входит в блок минерализации по одной рабочей линии, причем при прохождении жидкости в обратном направлении из накопительной емкости через блок минерализации происходит промывка по крайней мере одного средства удержания рабочей среды, выполняющего функцию постфильтра, расположенного внутри блока минерализации перед выходным отверстием для жидкости, поступающей в выходной канал.
Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений достигаются тем, что в системе минерализации жидкости, очищенной методом обратного осмоса, содержащей входной канал с обратным клапаном, предназначенным для предотвращения истечения жидкости из системы, по крайней мере один блок минерализации, заполненный рабочей средой с по крайней мере одним средством удержания рабочей среды, соединенный средством перемещения жидкости с накопительной емкостью, расположенной за блоком минерализации, и выходной канал с краном чистой воды, согласно изобретению блок минерализации соединен с накопительной емкостью одной рабочей линией с возможностью возврата минерализованной жидкости в обратном направлении по этой рабочей линии через блок минерализации по требованию потребителя, причем когда выходной канал с краном чистой воды открыт, по крайней мере, одно средство удержания рабочей среды блока минерализации, расположенное внутри блока минерализации перед выходным отверстием для жидкости, поступающей под давлением из накопительной емкости потребителю, выполняет функцию постфильтра, промываемого с внутренней стороны в блоке минерализации. При этом блок минерализации снабжен по крайней мере одним средством удержания рабочей среды блока минерализации, выполняющим функцию постфильтра, выполнен с возможностью замены рабочей среды, где по крайней мере одно средство удержания рабочей среды блока минерализации выполнено в виде полимерного материала, половолоконной мембраны или пористого блока, а в качестве рабочей среды блока минерализации используют наполнитель насыпного типа, причем в качестве наполнителя насыпного типа используют смесь минерализующего и фильтрующего материалов, либо минерализующий и фильтрующий материал расположен послойно. В качестве минерализующего материала используют материалы на основе соединений магния и/или кальция, например, доломит, карбонат магния, карбонат кальция, силикат магния, хлорид магния, оксид магния, а в качестве фильтрующего материала - ионообменный и/или сорбционный материал, где в качестве ионообменного материала используют ионообменные волокна, а в качестве сорбционного материала используют активированный уголь или серебросодержащий активированный уголь, где в качестве рабочей среды используют минерализующий и по меньшей мере один фильтрующий материалы в виде пористого блока, где используют пористый блок с размером пор меньше, чем размер частиц минерализующего материала насыпного типа, при этом блок минерализации выполнен с возможностью его замены.
В отличие от прототипа, в предлагаемом способе минерализации жидкости подачу минерализованной жидкости из накопительной емкости потребителю осуществляют путем создания обратного направления потока жидкости через блок минерализации, при этом осуществляется промывка по крайней мере одного средства удержания рабочей среды блока минерализации, расположенного внутри блока минерализации перед выходным отверстием для жидкости, поступающей в выходной канал в направлении, способствующем повышенному растворению по крайней мере части частичек рабочей среды блока минерализации с возможностью отделения частиц, в том числе мелких фракций или пылевидных частиц рабочей среды с внутренней поверхности этого средства удержания рабочей среды блока минерализации, выполняющего функцию постфильтра.
Предлагаемый способ минерализации жидкости отсутствует в уровне техники. Его осуществление в предлагаемой системе минерализации жидкости позволяет использовать в качестве рабочей среды мелкодробленый минерализующий и фильтрующий материалы (фракция 1-3 мм), что в значительной мере способствует улучшению качества получаемой питьевой воды за счет более глубокой фильтрации. В известном способе минерализации жидкости (прототип) использование мелких фракций минерализующего и фильтрующего состава недопустимо, так как это может вызвать закупорку средства удержания рабочей среды, что приведет к перепаду давлений в системе очистки воды и неравномерному истечению жидкости из крана чистой воды.
Однако если поток жидкости направлен в одну сторону, как в прототипе, то со временем происходит проникновение частичек минерализующего материала или по меньшей мере фильтрующего материала, например, активированного угля, внутрь средства удержания рабочей среды и налипание их на поверхности средства удержания рабочей среды блока минерализации, что приводит к ухудшению пропускной способности и, как следствие, падению давления в системе. Использование в качестве рабочей среды мелкодробленого минерализующего и фильтрующего материалов в значительной мере способствует равномерной минерализации жидкости за счет равномерного растворения частичек минерализующего материала.
В отличие от прототипа в предлагаемой системе минерализации жидкости блок минерализации соединен с накопительной емкостью одной рабочей линией с возможностью возврата минерализованной жидкости в обратном направлении через блок минерализации по требованию потребителя, причем когда выходной канал с краном чистой воды открыт, по крайней мере одно средство удержания рабочей среды блока минерализации, расположенное внутри блока минерализации перед выходным отверстием для жидкости, поступающей под давлением из накопительной емкости потребителю, выполняет функцию постфильтра, промываемого с внутренней стороны в блоке минерализации.
Согласно изобретению, с целью обеспечения наилучшего прохождения жидкости через блок минерализации, направление потока жидкости задано линейным участком между блоком минерализации и накопительной емкостью, обеспечивающим реверсивное продольное перемещение жидкости.
Кроме того, во время эксплуатации любой системы минерализации жидкости, на внутренней поверхности средства удержания рабочей среды, расположенного внутри блока минерализации перед выходным отверстием для жидкости, поступающей в выходной канал, может образовываться и скапливаться некоторое количество пузырьков воздуха, что по меньшей мере отрицательно сказывается на процессе растворения минерализующего компонента, так как снижается площадь контакта, а также ухудшается пропускная способность всего блока минерализации. Благодаря использованию предлагаемого способа эта проблема решается. Поскольку направление движения жидкости через блок минерализации в накопительную емкость и в обратном направлении из накопительной емкости через блок минерализации потребителю уменьшает образование пузырьков, что способствует нормальному прохождению жидкости сквозь рабочую среду блока минерализации.
Следовательно, предлагаемая конструкция системы минерализации жидкости позволяет повысить стойкость к циклическим нагрузкам за счет улучшения пропускной способности блока минерализации в процессе эксплуатации данной системы. Это в свою очередь увеличивает срок службы данной системы, обеспечивает повышение надежности ее использования и получение более высокого качества жидкости, преимущественно питьевой, на протяжении всего ресурса работы системы минерализации жидкости.
Согласно изобретению, блок минерализации может быть выполнен неразборным, где корпус и крышка сварены методом сварки трением, например, из полипропилена марки Moplen HP500N (LyondellBasell), или сборным, где корпус и крышка выполнены с резьбовым соединением. Применение блока минерализации неразъемной конструкции позволяет производить замену блока минерализации целиком, применение же сборной конструкции позволяет производить замену рабочей среды блока минерализации. При этом в качестве рабочей среды используют наполнитель насыпного типа, где в качестве наполнителя насыпного типа используют минерализующий и фильтрующий материалы, где в качестве минерализующего материала используют материалы на основе соединений магния и/или кальция, например доломит (Hebei Chida Manufacture and Trade Co., China) и/или карбонат магния, карбонат кальция, силикат магния, хлорид магния, оксид магния, а в качестве фильтрующего материала используют активированный уголь, например, марки PJA2050W-60 (Philippines-Japan Active Carbon Corporation). По крайней мере, одно средство удержания рабочей среды блока минерализации, расположенное внутри блока минерализации перед выходным отверстием для жидкости, поступающей под давлением из накопительной емкости потребителю, выполнено, например, в виде полимерного материала Packline 3500 (Polymer Group Inc., France) и OKILON 2516 (OHKI Co., Japan). В соответствии с настоящим изобретением в качестве накопительной емкости 5 может быть использован водо-водяной бак, который служит не только хранилищем минерализованной жидкости, но также выполняет функцию вытеснительного устройства. Накопительная емкость выполнена, например, из стеклонаполненного полипропилена марки Borealis GB205U, с расположенной внутри нее эластичной камерой, выполненной из термоэластопласта марки Dryflex 600601 SEBS ELASTO, для минерализованной воды.
Раскрытие сущности группы изобретений поясняется нижеперечисленными чертежами:
на фиг.1 изображена общая схема системы минерализации жидкости;
на фиг.2 изображен блок минерализации, заполненный минерализующим и фильтрующим составами с по крайней мере одним средством удержания рабочей среды.
Система минерализации жидкости (фиг.1) содержит последовательно установленные обратный клапан 1, расположенный в точке между входным каналом исходной жидкости и краном чистой воды 2, предназначенный для предотвращения истечения жидкости из всей системы через входной канал системы в момент забора минерализованной жидкости потребителем, блок минерализации 3, соединенный одной рабочей линией 4 с накопительной емкостью 5, например, типа водо-водяного бака, выполняющий в то же время функцию вытеснительного устройства.
Конструктивное исполнение системы минерализации предусматривает подачу жидкости по принципу "туда-обратно", поэтому входное отверстие блока минерализации, расположенное на входе исходной жидкости, выполняет функцию подводящего, когда жидкость поступает через блок минерализации в накопительную емкость, а в момент забора жидкости потребителем оно является отводящим. Выходное отверстие блока минерализации 3 с помощью средства перемещения жидкости, представляющего собой одну рабочую линию 4, соединено с входом накопительной емкости 5 с целью сбора и хранения минерализованной жидкости.
Накопительная емкость 5 может быть снабжена нагнетательным устройством, которое может быть реализовано на различных принципах действия, применяющихся для подачи жидкости за счет вытеснения ее давлением, например, водо-водяной бак или водо-воздушный бак или гидроаккумулятор (на фиг. не показано).
Скорость потока жидкости, поступающей на минерализацию, должна быть достаточной для осуществления минерализации, поэтому в частном случае система может быть дополнена регулирующим дросселем (на фиг. не показано).
Способ минерализации жидкости осуществляется следующим образом. Исходная жидкость, прошедшая очистку методом обратного осмоса, подается в блок минерализации 3, например, заполненный минерализующим и фильтрующим составом (фиг.2), через средство удержания рабочей среды 6, расположенное внутри блока минерализации 3 по направлению течения жидкости через блок минерализации 3 со скоростью потока жидкости 100-150 мл/мин в накопительную емкость 5. Поток в данном случае обладает упорядоченным плавным течением жидкости, характеризующийся как ламинарный и, как правило, имеющий рН ниже 7. Жидкость медленно распространяется по всему объему блока минерализации 3, контактируя, например, сначала с минерализующим составом 7, а затем с фильтрующим 8 (фиг.2) или, например, с минерализующим и фильтрующим составами одновременно, если используют смесь минерализующего и фильтрующего компонентов (на фиг. не показано).
Из блока минерализации 3 через выходное отверстие жидкость по одной рабочей линии 4 поступает в накопительную емкость 5, где она собирается до полного заполнения объема или до востребования потребителем (фиг.1).
При открытии крана чистой воды 2 (фиг.1) потребителем, водопроводная вода, находящаяся в зоне нагнетания накопительной емкости 5, начинает оказывать давление на стенки эластичной камеры и выдавливать накопленную в эластичной камере минерализованную воду в магистраль чистой воды, а именно в кран чистой воды 2. В этих условиях водопроводная вода в накопительной емкости 5 занимает минимальный объем, а давление в системе достигает максимальной величины. Подача жидкости из накопительной емкости 5 по рабочей линии 4 через блок минерализации 3 потребителю прекращается либо в момент закрытия крана чистой воды 2, либо в момент полного опустошения накопительной емкости 5. Чем меньше жидкости в накопительной емкости 5, тем меньше давление в системе. Скорость потока минерализованной жидкости, подаваемой из накопительной емкости 5 по рабочей линии 4 через блок минерализации 3 потребителю, составляет 1000-3000 мл/мин. При этом поток жидкости под полным входным давлением смывает с внутренней поверхности средства удержания 6 рабочей среды, выполняющего функцию постфильтра, уплотненные частицы минерализующего состава 7, тем самым повышая пропускную способность блока минерализации 3 в обоих направлениях течения жидкости (фиг.2). Пройдя через блок минерализации 3 повторно, минерализованная жидкость устремляется в направлении обратного клапана 1 и, воздействуя на его запорный элемент, закрывает его проходной канал и направляется в кран чистой воды 2. При закрытии крана чистой воды 2 запорный элемент обратного клапана 1 вновь открывается потоком исходной жидкости поступающей на минерализацию, и процесс минерализации возобновляется с последующим сбором минерализованной жидкости в накопительной емкости 5 (фиг.1).
Таким образом, благодаря выполнению системы минерализации в виде вышеописанного способа, создан эффективный способ минерализации жидкости с возможностью промывки средства удержания рабочей среды блока минерализации. Кроме того, предложенная система (фиг.1) является надежной в эксплуатации, где блок минерализации 3 соединен с накопительной емкостью 5 одной рабочей линией 4 с возможностью возврата минерализованной жидкости в обратном направлении по этой рабочей линии через блок минерализации 3 в кран чистой воды 2, подсоединенный в точке между блоком минерализации 3 и обратным клапаном 1.
Система минерализации жидкости может иметь различные модификации, например, включать дополнительные блоки (как после блока минерализации, так и перед ним), такие как фотокаталитические, ионообменные, а также модули и картриджи, заполненные специальными смолами (например, антибактериальными), ультрафиолетовые источники и блоки электроокисления (на фиг. не показано).