УСТРОЙСТВО КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В СТАЦИОНАРНЫХ И ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
DEVICE FOR INTEGRATED WATER QUALITY MONITORING IN STATIONARY AND FIELD CONDITIONS

Изобретение относится к области анализа небиологических материалов физическими и химическими методами и может быть использовано при решении задач химической разведки и (или) экологического мониторинга на объектах бытового, промышленного и специального назначения.
Толкование терминов, используемых в заявке.
Глубина контроля - характеристика, задаваемая указанием составной части объекта с точностью, до которой определяется место отказа (неисправности) (1. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. - М. : Издательство стандартов, 1989. - 9 с., стр. 4; 2. Надежность и эффективность в технике: справочник. Т. 9, 1987. - 158 c., стр. 20-22).
Известны устройство и способ, реализованные в изобретении «Устройство и способ для определения токсичности жидких сред», патент РФ №2514115, G01N 33/18, опубл. 27.04.2014, Бюл. №12. Изобретение относится к водной токсикологии и установлению токсичности водных сред и образцов. Предназначено для определения токсичности жидкой среды в отсутствие биообъекта в единицах тест-функции по меньшей мере одного биообъекта. Также описаны мультисенсор, способ калибровки мультисенсора и способ для качественного и количественного определения токсичности жидких образцов.
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ определения массовой концентрации люизита в воде, содержащей иприт, газохроматографическим методом с применением пламенно-ионизационного детектора», патент РФ №2472149, G01N 33/18, G01N 33/68 опубл. 10.01.2013, Бюл. №1. При реализации способа проводят дериватизацию люизита в 2-(2-хлорвинил)-1,3-дитиа-2-арсаолан и дериватизацию иприта в тиоэтиленгликоль, жидкостную экстракцию 2-(2-хлорвинил)-1,3-дитиа-2-арсаолана гексаном в присутствии хлорида натрия, концентрирование экстракта упариванием досуха, дериватизацию 2-(2-хлорвинил)-1,3-дитиа-2-арсаолана в ацетилен, газохроматографическое определение ацетилена, определяют массовую концентрацию люизита в воде.
Наиболее близким по своей технической сущности и выполняемым функциям аналогом-прототипом к заявленному, является устройство, реализованное в изобретении «Способ контроля веществ в водных растворах» патент РФ №2716163, G01N 33/18, G01N 30/12 опубл. 06.03.2020, Бюл. №7. Устройство включает: резервуар (источник водной среды), контрольную кювету, газоанализатор, насос, первый двухходовой клапан, второй двухходовой клапан, причем резервуар соединен через тракт отбора пробы водной среды с насосом, выход которого соединен с входом первого двухходового клапана, выход которого соединен с контрольной кюветой, выход которой соединен с входом второго двухходового клапана, выход которого соединен с входом с входом газоанализатора. Питание осуществляется через линию питания АКБ или внешним блоком питания системы отбора проб, 2-х ходовые клапаны оборудованы воздушным трактом, управление осуществляется с использованием тракта управления (интерфейса), трактом связи с ПК или другим отображающим устройством.
Технической проблемой в данной области является
3+
2+
2+
2+
i
: низкая глубина контроля качества воды в стационарных и полевых условиях из-за отсутствия возможности одновременного (с использованием одной пробы воды) определения значений показателей: обобщенных показателей воды (водородный показатель, общая минерализация, окисляемость перманганатная); неорганических веществ в воде (алюминий (Al), барий (Ва), железо (Fе, суммарно), кадмий (Сd, суммарно), марганец (Мn, суммарно), медь (Сu, суммарно), молибден (Мо, суммарно), мышьяк (Аs, ртуть (Hg, суммарно), свинец (Рb, суммарно), селен (Se, суммарно), стронций (Sr), суммарно), никель (N, суммарно)), хром, цинк (Zn); органолептических свойств воды (цветность, мутность), радиологических веществ в воде (общая β-радиоактивность), а также необходимости применения дополнительных материалов для проведения контроля.
Техническая проблема решается созданием
3+
2+
2+
2+
i
устройства комплексного контроля качества воды в стационарных и полевых условиях, обеспечивающего повышение глубины контроля качества воды в стационарных и полевых условиях за счет возможности одновременного (с использованием одной пробы воды) определения значений показателей: обобщенных показателей воды (водородный показатель, общая минерализация, окисляемость перманганатная); неорганических веществ в воде (алюминий (Al), барий (Ва), железо (Fе, суммарно), кадмий (Сd, суммарно), марганец (Мn, суммарно), медь (Сu, суммарно), молибден (Мо, суммарно), мышьяк (Аs, ртуть (Hg, суммарно), свинец (Рb, суммарно), селен (Se, суммарно), стронций (Sr), суммарно), никель (N, суммарно)), хром, цинк (Zn); органолептических свойств воды (цветность, мутность), радиологических веществ в воде (общая β-радиоактивность), а также отсутствия необходимости применения дополнительных материалов для проведения контроля.
Техническая проблема решается тем, что
в составе:
согласно изобретению дополнено
2
устройство комплексного контроля качества воды в стационарных и полевых условиях  резервуара (источника водной среды), контрольной кюветы, первого насоса, первого двухходового клапана, второго двухходового клапана, газоанализатора, причем, первый выход контрольной кюветы соединен с первым входом второго двухходового клапана выход которого соединен с газоанализатором, : первым фильтром, вторым фильтром, третьим двухходовым клапаном, четвертым двухходовым клапаном, фотоколориметром, первым датчиком жидкости, вторым датчиком жидкости, третьим датчиком жидкости, устройством контроля общих показателей воды, индикатором радиоактивности, вторым насосом, рентгенофлуоресцентным спектрометром, причем, выход первого фильтра соединен с входом третьего двухходового клапана, выход которого соединен с первым входом контрольной кюветы, резервуар (источник водной среды) соединен через тракт отбора пробы водной среды с входом четвертого двухходового клапана, выход которого соединен с входом первого датчика жидкости, выход которого соединен с входом фотоколориметра, выход которого соединен с вторым датчиком жидкости, выход которого соединен со вторым входом контрольной кюветы, второй выход которой соединен с первым входом первого двухходового клапана, выход которого соединен с входом третьего датчика жидкости, выход которого соединен с входом первого насоса, третий выход контрольной кюветы соединен с входом рентгенофлуоресцентного спектрометра, второй вход второго двухходового клапана соединен с выходом второго фильтра, выход газоанализатора соединен с входом второго насоса, устройство контроля общих показателей воды включает установленные внутри контрольной кюветы электроды О, рН, ОВП, индикатор радиоактивности расположен в непосредственной близости к контрольной кювете.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» обусловлена наличием элементной базы, на основе которой может быть выполнено заявленное устройство.
Заявленный способ поясняется чертежом, на котором показана:
фиг. 1 - схема устройства комплексного контроля качества воды в стационарных и полевых условиях.
Устройство комплексного контроля качества воды в стационарных и полевых условиях состоит из следующих элементов (функциональных узлов) (фиг. 1):
первый фильтр - 1;
третий двухходовой клапан - 2;
фотоколориметр - 3;
первый датчик жидкости - 4;
четвертый двухходовой клапан - 5;
второй датчик жидкости - 6;
контрольная кювета - 7;
устройство контроля общих показателей воды - 8;
первый двухходовой клапан - 9;
третий датчик жидкости - 10;
первый насос - 11;
резервуар (источник водной среды) - 12;
индикатор радиоактивности - 13;
второй фильтр - 14;
второй двухходовой клапан - 15;
газоанализатор - 16;
второй насос - 17;
аккумуляторная батарея (АКБ) или внешний источник питания системы отбора и слива проб воды - 18;
рентгенофлуоресцентный спектрометр - 19.
Первый и второй фильтры - известные устройства. Фильтры предназначены для удаления загрязнений и прокачивания необходимого объема потока воздуха (Международные курсы «Пневмоавтоматика», учебное пособие. Издано ООО «ЭС ЭМ СИ ПНЕВМАТИК». Спб.: 2013, стр. 40).
Первый, второй, третий и четвертый двухходовые клапаны - известные устройства с односторонним электрическим управлением, с двумя входами и одним выходом. Клапаны способны формировать две позиции и предназначены для переключения направления перемещения пробы воды и паровоздушных (газовых) смесей. Могут быть выполнены в виде распределителя пневматического электромагнитного (1. Пневмоавтоматика. Основной курс ТР 101, учебное пособие, Festo didactic, стр. 13-14. 2. ГОСТ 21251-85. Пневмораспределители пятилинейные золотниковые. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1986 г. - 58 с.).
Фотоколориметр - известное малогабаритное переносное устройство, как вариант может быть реализован как Экотест-2020-8-МЦ (два источника излучения с функцией измерений мутности и цветности пробы воды). Фотоколориметр предназначен для измерения коэффициентов зонального пропускания пробы воды с последующим определением массовых концентраций веществ по градуировочным графикам (1. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кальнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство АСТ», 2004. - Т 1. - 608 с., стр. 264-297; 2. Научно-производственное предприятие «Эконикс». Фотоколориметры «Экотест-2020»).
Первый, второй и третий датчики жидкости - известные устройства, как вариант реализованы как трубчатые датчики жидкости OPB350W250Z. Предназначены для контроля наличия жидкости в магистральных трубках устройства (Датчики: Справочное пособие / Под общ. ред. В.М. Шарапова, Е.С. Полищука. Москва: Техносфера, 2012. - 624 с. С. 402-406).
Контрольная кювета - известное устройство. Предназначена для формирования паров и газов над поверхностью воды для проведения газоанализа. Может быть выполнена в виде сосуда плоской формы (1. Большая советская энциклопедия 1969-1978 г.г. - Издание III, 30 томов, 24 том (2 книги), «Алфавитный именной указатель»; 2. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кальнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство АСТ», 2004. - Т 1. - 608 с., стр. 76-77).
2
Устройство контроля общих показателей воды - известное устройство, как вариант может быть реализовано как иономер/кондуктомер/кислородомер АНИОН-7053. Предназначено для ведения физико-химических анализов методами потенциометрии, кондуктометрии и амперометрии. Устройство состоит из преобразователя и датчика: комбинированного выносного проводимости пробы воды и температуры. Преобразователь включает электроды О; рН; ОВП (окислительно-восстановительный потенциал) (1. Новый справочник химика и технолога. Аналитическая химия. Ч. 1. - С-Пб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002. - 964 с., стр. 710-826; 2. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кальнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство АСТ», 2004. - Т 1. - 608 с., стр. 76-77; 3. Ю.Я. Лукомский, Ю.Д. Гамбург Физико-химические основы электрохимии: Учебник / Ю.Я. Лукомский, Ю.Д. Гамбург - Долгопрудный : Издательский Дом «Интелект», 2008. - 424 с., стр. 24, 150-177; 4. Научно-производственное предприятие «Инфраспак - Аналит». Анализаторы портативные серии Анион 7000).
Первый насос - известное устройство, как вариант, может быть реализован как насос перистальтический 114FDC drive 24 VDC 100010.5EP0.00A. Предназначен для прокачивания пробы воды через тракт отбора и сброса пробы воды из резервуара (источника водной среды) в контрольную камеру фотоколориметра и контрольную кювету для проведения измерений с помощью фотоколориметра, устройства контроля общих показателей воды и индикатора радиоактивности с последующей откачкой ее из устройства. Одним из основных элементов насоса является поршень. Роль поршня выполняет гибкая пластина-диафрагма, закрепленная по краям и изгибающаяся под действием рычажного механизма или переменного давления среды(Большая советская энциклопедия, 8 том, 3-е издание, М.: «Советская энциклопедия», 1972 - 592 с., стр. 243).
Резервуар (источник водной среды) - известное устройство. Представляет собой устойчивый на поверхности открытый стационарный сосуд объемом не менее 300 мл. Может быть выполнен из материала не меняющего свойства контролируемой воды (1. ГОСТ 31385-2008 Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия. - М.: Стандартинфор. - 2010. - 60 с.; 2. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кальнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство АСТ», 2004. - Т 1. - 608 с., стр. 58-61).
Индикатор радиоактивности - известное устройство, как вариант может быть реализован как дозиметр гамма-излучения ДКГ-РМ1605. Предназначен для измерения мощности амбиентного эквивалента дозы гамма-излучения, измерения амбиентного эквивалента дозы, передачи информации, накопленной и сохраненной в энергозависимой памяти дозиметров в персональный компьютер (Новый справочник химика и технолога. Аналитическая химия. Ч. 1. - С-Пб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002. - 964 с., стр. 936).
n
Газоанализатор - известное устройство, как вариант может быть реализован как газочувствительный детектор TL.8CH. Газоанализатор состоит из полупроводниковых газочувствительных сенсоров, основу газочувствительного слоя составляет диоксид олова - полупроводник, обладающий широкой запрещенной зоной и проводимостью -типа. Предназначен для измерения электропроводности полупроводника при хемосорбции молекул из газовой фазы при заданной температуре. (1. Новый справочник химика и технолога. Аналитическая химия. Ч. 1. - С-Пб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002. - 964 с., стр. 891-904, 925-927; 2. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кальнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство АСТ», 2004. - Т 1. - 608 с., стр. 246-263). Измерение концентраций токсичных веществ в парогазовой смеси над поверхностью исследуемой пробы воды осуществляется в контрольной кювете (7).
Второй насос - известное устройство, как вариант насос может быть реализован как насос AJK-В12V22702 12V. Предназначен для прокачивания паровоздушных смесей для подготовки к измерениям и обеспечения работы газоанализатора (16) при измерениях. Роль поршня выполняет гибкая пластина-диафрагма, закрепленная по краям и изгибающаяся под действием рычажного механизма или переменного давления среды(Большая советская энциклопедия, 8 том, 3-е издание, М.: «Советская энциклопедия», 1972 - 592 с. Стр. 243).
АКБ - известное устройство, как вариант может быть реализована как герметичная свинцово-кислотная необслуживаемая аккумуляторная батарея, выполненная по технологии AGM Ginzzu GB-12120. Предназначена для обеспечения автономной работы устройства (Свинцово-кислотная необслуживаемая батарея Ginzzu GB-12120).
Рентгенофлуоресцентный спектрометр - известное устройство, как вариант может быть реализован как портативный спектрометр серии DELTA производства OLYMPUS Innov-X. Позволяет в масштабе реального времени обнаруживать наличие тяжелых металлов от Al до U, с последующим расчетом их концентраций модифицированным методом стандарт-фона и фундаментальных параметров. Рентгеновская трубка с вольфрамовым или золотым анодом с током 5 - 10 мкА (1. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кальнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. - М.: «Мир»: ООО «Издательство АСТ», 2004. - Т 2. - 728 с., стр. 391-414; 2. Ю.Я. Лукомский, Ю.Д. Гамбург Физико-химические основы электрохимии: Учебник / Ю.Я. Лукомский, Ю.Д. Гамбург - Долгопрудный : Издательский Дом «Интелект», 2008. - 424 с., стр. 272-296).
Устройство работает следующим образом.
АКБ или внешний источник питания системы отбора и слива проб воды (18) подает питание на первый и второй насосы, первый, второй, третий и четвертый двухходовые клапаны и все измерительные приборы (фотоколориметр, газоанализатор, индикатор радиоактивности, устройство контроля общих показателей воды). Устройство готово к работе в случае готовности к работе всех измерительных приборов и АКБ.
2
При готовности устройства к работе в автоматическом режиме подается сигнал на включение первого насоса. С помощью первого насоса вода проходит по тракту отбора проб воды (фиг. 1): резервуар (источник водной среды) (12) - четвертый двухходовой клапан (5) - первый датчик жидкости (4) - фотоколориметр (3) - второй датчик жидкости (6) - вход 2 контрольной кюветы (7) (с установленными внутри электродами О, рН, ОВПустройства контроля общих показателей воды (8)) - выход 2 контрольной кюветы (7) - первый вход первого двухходового клапана (9) - третий датчик жидкости (10) - первый насос (11).
Вода поочередно поступает в контрольную камеру фотоколориметра (3) и контрольную кювету (7). При этом, второй и третий двухходовые клапаны (15), (2) закрыты. При заполнении контрольной кюветы (7) от третьего датчика жидкости(10)посылается сигнал на отключение первого насоса (11). В автоматическом режиме одновременно начинается измерение исследуемой пробы воды.
С помощью второго насоса (17) проводится подготовка к измерениям газоанализатора (16), при этом канал доступа воздуха через второй фильтр (14) открыт. Подготовка к измерениям газоанализатора (16) включает:
- подготовку поверхности к хемосорбции (газочувствительный материал нагревается до температуры 800-850°С и преобладающим процессом является десорбция);
- контроль состояния чувствительного слоя, при этом мощность нагрева снижается до минимального значения (0-10 мВт) (контроль состояния осуществляется сравнением сопротивления чувствительного слоя со значениями, заданными технологически);
- установку рабочего режима при установленной мощности нагрева от 50 до 500 мВт;
- установку режима аналитического контроля в течение установленного времени экспозиции.
При завершении этапа подготовки к измерениям газоанализатора (16), посылается сигнал на второй и третий двухходовые клапаны (15), (2) для их перехода в открытый режим.
4
3
2
4
i
4
+
-
-
2-
-
-
-
3-
Проводится газовый анализ паров веществ, испаряемых над поверхностью воды в контрольной кювете (7) в соответствии с их составом и концентраций в растворе, а именно: фенольный индекс, нефтепродукты, азот аммонийный (NH), нитраты (по NO), нитриты (по NO), сульфаты (SO), фториды (F), хлориды (Сl), цианиды (СN), γ-изомер ГХЦ (линдан), ДДТ (сумма изомеров), 2,4-Д, четыреххлористый углерод, бензол, бенза(а)пирен, хлор остаточный свободный, хлор остаточный связанный, хлороформ, озон остаточный, формальдегид, полиакриламид, активированная кремнекислота (по S), полифосфаты (по РО), запах. Определяются наличие и концентрация паров над поверхностью исследуемого объема, которые образуются в результате переноса молекул из раствора в газовую фазу с парциальным давлением, зависящим от температуры и молекулярной массы. Расчет содержания веществ, растворенных в воде,проводится с использованием уравнения связи, в соответствии с методикой калибровки, проводимой в заводских условиях.
3+
2+
2+
2+
i
Контроль содержания тяжелых металлов проводится с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра с использованием метода «стандарт-фона» или метода фундаментальных параметров. Контроль тяжелых металлов с атомными номерами осуществляется от Al до U, с последующим расчетом их концентраций, а именно: алюминий (Al), барий (Ва), железо (Fе, суммарно), кадмий (Сd, суммарно), марганец (Мn, суммарно), медь (Сu, суммарно), молибден (Мо, суммарно), мышьяк (Аs, суммарно), никель (N, суммарно), ртуть (Hg, суммарно), свинец (Рb, суммарно), селен (Se, суммарно), стронций (Sr), хром, цинк (Zn) (Артамонов Д.О., и др. Применение метода фундаментальных параметров при определении химического состава пластовых вод на рентгенофлуоресцентным спектрометре / Д.О. Артамонов П.А. Иванов, О.В. Орлова // Литология, петрография, минералогия, геохимия. - 2013. - №1(13). - С. 79-84).
С помощью фотоколориметра (3) определяется цветность мутность в соответствии с существующими методиками. При этом, измеряется напряжение в цепи оптической пары с заданной длиной волны. Напряжение измеряется при отсутствии воды и при наличии целевого раствора (воды). Мутность в автоматическом режиме рассчитывается по измерениям напряжения. (1. ГОСТ 3351-74 Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. - М.: Стандартинформ. - 1975. - 6 с.; ГОСТ 31868-2012 Вода. Методы определения цветности М.: Стандартинформ. - 2014. - 8 с.) и мутность воды по формазиновой шкале NTU с возможным пересчетом в каолиновую шкалу (ГОСТ 57164-2016 Вода питьевая. Методы определения запаха, вкуса и мутности. М.: Стандартинформ. - 2019. - 18 с.).
С помощью индикатора радиоактивности (13)измеряется общая β-радиоактивность. Принцип действия индикатора основан на подсчете числа импульсов, поступающих с энергокомпенсированного детектора на основе счетчика Гейгера-Мюллера, преобразующего кванты фотонного излучения в электрические импульсы.
С помощью устройства контроля общих показателей воды измеряются:
- водородный показатель воды. В основу потенциометрических измерений водородного показателя воды положена прямая потенциометрия - измерение электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента ионоселективных электродов (ИСЭ) стандартных ионоселективных электродов и преобразование ее в значения pH. Показатель pH анализируемого раствора находится по измеренному в нем значению потенциала ИСЭ;
2
2
- окисляемость перманганантная. В основу амперометрических измерений окисляемости перманганантной положено определение концентрации растворенного кислорода по силе тока, протекающего в цепи электродной системы сенсора О. Электроды, катод и анод, сенсор О находятся в растворе электролита и отделены от анализируемой воды газопроницаемой мембраной. Кислород свободно диффундирует через мембрану и электролит к электродам, которые находятся под постоянным напряжением. В цепи электродов возникает ток, который обусловлен реакцией восстановления молекулярного кислорода. Ток преобразуется в напряжение, которое, в свою очередь, преобразуется в значения концентрации кислорода;
SAL
- общая минерализация. В основу кондуктометрических измерений общей минерализации в пересчете на С положен пересчет удельной электропроводности раствора (УЭП) в значения концентрации.
По окончании времени экспозиции (проведения измерений одной пробы воды), выключается второй насос (17),при этом второй и третий двухходовые клапаны (15), (2) переходят в закрытый режим.
По окончании измерений одной пробы воды, устройство переходит в режим сброса пробы воды.
В режиме сброса пробы воды включается первый насос (11), при этом формируется тракт слива пробы воды: фотоколориметр (3) - второй датчик жидкости (6) - вход 2 контрольной кюветы (7) - выход 2 контрольной кюветы (7) - первый вход первого двухходового клапана (9) - третий датчик жидкости (10) - первый насос (11).
По окончании сброса пробы воды с трубки перелива поступает сигнал с третьего датчика жидкости об отсутствии воды во всем тракте. Система переходит в режим подготовки к следующему анализу воды.
S
S
1
2
Осуществление изобретенияпроводилась путем сравнения глубины контроля показателей качества воды с использованием способа-прототипа -  и глубины контроля качества воды с использованием предлагаемого устройства - . Из формулы (Технические средства диагностирования : справочник / В.В. Клюев [и др.] ; под общ. ред. В.В. Клюева. - М. : Машиностроение, 1989. - 671 с., стр. 46):
,
где  - глубина контроля показателей качества воды;
-
контролируемое число показателей качества воды;
- максимальное число показателей, характеризующее качество воды  составляет 53 показателя (ГОСТ Р 51232-98 Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества - М. : Госстандарт России, 1998. - 16 с., стр. 4-7).
4
3
2
4
i
4
+
-
-
2-
-
-
-
3-
1. Контролируемое число показателей качества воды для изобретения - прототипа  составляет 24 показателя (фенольный индекс, нефтепродукты, азот аммонийный (NH), нитраты (по NO), нитриты (по NO), сульфаты (SO), фториды (F), хлориды (Сl), цианиды (СN), γ-изомер ГХЦ (линдан), ДДТ (сумма изомеров), 2,4-Д, четыреххлористый углерод, бензол, бенза(а)пирен, хлор остаточный свободный, хлор остаточный связанный, хлороформ, озон остаточный, формальдегид, полиакриламид, активированная кремнекислота (по S), полифосфаты (по РО), запах). Тогда, глубина контроля показателей качества воды с использованием способа-прототипа составляет.
2. Контролируемое число показателей качества воды для предлагаемого устройства  составляет 45 показателей:
- обобщенные показатели воды: водородный показатель, общая минерализация, окисляемость перманганантная, фенольный индекс, нефтепродукты;
4
i
3
2
4
+
3+
2+
-
-
2+
2-
-
-
-
2+
- неорганические вещества в воде: азот аммонийный (NH), алюминий (Al), барий (Ва), железо (Fе, суммарно), кадмий (Сd, суммарно), марганец (Мn, суммарно), медь (Сu, суммарно), молибден (Мо, суммарно), мышьяк (Аs, суммарно), никель (N, суммарно), нитраты (по NO), нитриты (по NO), ртуть (Hg, суммарно), свинец (Рb, суммарно), селен (Se, суммарно), стронций (Sr), сульфаты (SO), фториды (F), хлориды (Сl), хром, цианиды (СN), цинк (Zn);
- органические вещества в воде: γ-изомер ГХЦ (линдан), ДДТ (сумма изомеров), 2,4-Д, четыреххлористый углерод, бензол, бенза(а)пирен;
i
4
3-
- химические вещества в воде: хлор остаточный свободный, хлор остаточный связанный, хлороформ, озон остаточный, формальдегид, полиакриламид, активированная кремнекислота (по S), полифосфаты (по РО);
- органолептические свойства воды: цветность, мутность, запах;
- радиологические вещества в воде: общая β-радиоактивность.
Тогда, глубина контроля показателей качества воды с использованием способа-прототипа составляет.
Оценка эффекта заявленного устройства определяется:
Таким образом, решается техническая проблема.