СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
METHOD OF WATER TREATMENT AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области очистки воды, преимущественно для доочистки водопроводной питьевой воды в бытовых условиях.
Известен способ очистки воды, включающий намораживание льда на поверхности воды, удаление незамерзшей воды с примесями, оттаивание льда и слив талой воды для ее потребления (патент США 4799945, 1989 г.). При этом в лед переходит достаточно большая часть тяжелой воды, так как она кристаллизуются в интервале температур от +1,9 до +4,5°C. Кроме того, способ низкопроизводителен и обеспечивает невысокую степень очистки воды.
Известны способ и устройство для очистки воды путем ее замораживания (патент РФ 2142914, 1999 г.). Способ включает охлаждение емкости с водой до температуры замораживания, выдержку, разделение дейтериевого льда, чистого льда и остаточного рассола, размораживание чистого льда. Устройство содержит емкость для воды, которая в вертикальном сечении имеет форму перевернутого усеченного конуса, причем на крышку емкость нанесено термоизоляционное покрытие, а дно опирается на съемный стакан с внутренним термоизоляционным покрытием. Способ не позволяет очистить воду от большей части примесей, отвечающих за высокую жесткость воды и предусматривает выполнение значительной части операций вручную.
Известны также установка и способ очистки воды в емкости, включающий отвод тепла с помощью размещенного в емкости теплообменника, намораживание льда, слив из емкости незамерзшей воды с примесями, размораживание льда и слив талой воды для ее потребления (патент РФ 2274607, 2004 г.). Недостатками этих изобретений являются периодичность действия и сложность конструкции установки.
Предлагаемые в данной заявке способ и устройство для очистки воды позволяют при достаточно простом конструктивном оформлении очистить (или дочистить) воду от большей части примесей, влияющих на жесткость воды, а также от примесей воды с тяжелыми изотопами водорода.
Согласно изобретению способ очистки воды предусматривает периодическую подачу воды в камеру первичной заморозки и охлаждение ее до полного замораживания, последующий перенос в камеру оттаивания образовавшегося льда и постепенное его размораживание. Талую воду, образующуюся при размораживании льда сразу фильтруют через термостатируемый фильтр при температуре не выше +1°C и собирают профильтрованную талую воду.
При соблюдении указанных температурных режимов проведения процесса в талой воде остаются в твердой фазе в виде хлопьев нерастворимые при низкой температуре соли жесткости, окислы железа, механические примеси и слизи (если они присутствовали в исходной воде) а также тяжелая вода ниже точки своего плавления. Такие твердые примеси удаляются из талой воды с помощью фильтрации.
Поскольку свойства талой воды в процессе фильтрации меняются (нарушается структурирование воды), профильтрованную талую воду можно повторно замораживать, преимущественно в формах для получения льда в виде дисков, гранул, блоков или брикетов.
В таком виде очищенная вода может в дальнейшем распространяться и реализовываться конечному потребителю, который простым оттаиванием (без строгих требований к режиму оттаивания) получит чистую структурированную талую воду с сохранением всех ее полезных свойств.
Устройство для осуществления способа включает камеру первичной заморозки, камеру оттаивания, термостатируемый фильтр, контейнер сбора профильтрованной талой воды, узел промывки фильтра и контейнер для стока промывной воды, а также может содержать камеру повторной заморозки.
Фильтр может быть выполнен в форме диска с возможностью поворота относительно вертикальной оси, причем одна сторона фильтра будет расположена под камерой оттаивания, а другая сторона фильтра будет расположена под узлом промывки фильтра.
Возможна и другая конструкция фильтра, при которой он будет выполнен в виде ленты либо отдельных фильтровальных ячеек, размещенных на поворотном диске с возможностью поворота относительно вертикальной оси или на бесконечной конвейерной ленте с возможностью попеременной подачи отдельных фильтровальных ячеек на стадию фильтрования и на стадию промывки (очистки) от загрязнений.
В качестве фильтрующего материала может быть использован любой известный материал, разрешенный для фильтрации питьевой воды.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 схематически показано устройство для очистки воды.
Устройство для очистки воды содержит камеру 1 первичной заморозки, камеру 2 оттаивания, термостатируемый фильтр 3, контейнер 4 сбора профильтрованной талой воды, узел 5 промывки фильтра и контейнер 6 для стока промывной воды, а также камеру 7 повторной заморозки. Вспомогательное оборудование и теплоизоляция для термостатируемого фильтра 3 на чертеже не показаны.
Устройство для очистки воды работает следующим образом. В камеру 1 первичной заморозки помещают порцию воды, требующей очистки. Предпочтительно вода находится в отдельных емкостях (бутылях, колбах и т.д.), не являющихся частью устройства для очистки воды. Режим замораживания (скорость снижения температуры и общее время заморозки) может подбираться произвольно, но предпочтительно соответствует режимам, используемым в морозильных камерах обычных бытовых холодильников.
После полного замораживания воды емкости со льдом перемещают (вручную или автоматически) в камеру 2 оттаивания, под которой находится термостатируемый фильтр 3. Емкости со льдом переворачивают горловиной вниз для стока талой воды на термостатируемый фильтр 3 и далее в контейнер 4 сбора профильтрованной талой воды. В камере 2 оттаивания может поддерживаться комнатная температура. При этом талая вода, образующаяся на поверхности льда, будет иметь температуру от 0 до +1°C. Чтобы температура талой воды не повышалась до ее очистки фильтрацией, на термостатируемом фильтре 3 жестко выдерживается температура от 0 до +1°C.
Ячейки (или участки) фильтра 3, загрязненные осадком, отделенным от талой воды, перемещаются к узлу 5 промывки фильтра, соединенному с и контейнером 6 для стока промывной воды. Промывная вода может использоваться для промывки ячеек фильтра 3 неоднократно.
Если очищенная вода предназначается для питья, и в дальнейшем будет распространяться и реализовываться конечному потребителю, она может подвергаться повторной заморозке в камере 7, преимущественно в формах для получения льда в виде дисков, гранул, блоков или брикетов.
Пример реализации предлагаемого способа.
В четырех полуторалитровых бутылях из полиэтилентерефталата заморозили 6 л водопроводной воды, имеющей следующие показатели по результатам лабораторных исследований: жесткость общая - 6,9 мг-экв/л; железо - 0,35 мг/л; хлориды - 59 мг/л; сульфаты - 35 мг/л; сухой остаток - 354 мг/л; окисляемость перманганатная - 2,0 мгО/л.
После полного замерзания емкости со льдом перенесли в камеру оттаивания, перевернули горловиной вниз и установили над фильтром, температура которого поддерживалась в диапазоне от +0,5 до +1°C. Температура воздуха в камере оттаивания составляла +18°C. Дополнительные нагревательные устройства для оттаивания не использовались, чтобы избежать резких перепадов температур. Отдельные ячейки фильтра по мере накопления загрязнений перемещались по конвейерной ленте на промывку от загрязнении и заменялись чистыми ячейками.
В результате очистки получили 5,9 л очищенной воды со следующими показателями по результатам лабораторных исследований: жесткость общая - 1,4 мг-экв/л; железо - 0,08 мг/л; хлориды - 11 мг/л; сульфаты - 9 мг/л; сухой остаток - 94 мг/л; окисляемость перманганатная - 0,71 мгО/л.