УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ

Устройство для очистки и кондиционироваиия воды.
Изобретение относится к получению питьевой воды и может быть использовано для очистки и кондиционирования водопроводной и природной воды.
Известно устройство, частично решающее проблему очистки воды 1. Оно состоит из ёмкости, разделённой на две части, верхняя часть которой соединена с нижней посредством вставки, имеющей отверстия для подачи и слива воды, а также загрузку из активного угля и ионообменника, которые размещены внутри вставки и смешаны хаотически. Отношение площадей всех отверстий в верхней части вставки, где поступает вода, к площади всех отверстий в нижней части вставки, где выходит вода, равна 1. Недостатками такого устройства являются, во-первых, хаотическое перемешивание слоев загрузки из активного угля и ионообменника, что не позволяет полностью использовать их фильтрующие возможности. Во-вторых, вставка неразборная, что не позволяет регенерировать состав загрузки или менять использованную загрузку на новую. В третьих, это устройство обладает недостаточным временем контакта воды с загрузкой из-за
МПКб: C02F1/18
равенства площадей отверстий на входе и выходе воды. Наибольшим недостатком этого устройства является невозможность кондиционирования воды, вызванная особенностью загрузки из искусственных сорбентов активированного угля и ионообменных смол, которые убирают содержание солей на 75 % . Это хорошо для кииятюшника, но не для адороьья человека. Процесс обессоливания воды с помощью подобных фильтров приводит к удалению биологически важных микроэлементов: кальция, магния и фтора, делая её кариесогенной (Основание: Guidelines on Health aspects on Water Desalination , WHO ,ETS/80.4 ; COST 2874 - 82 ). Поэтому оптимальной для здоровья человека считается не сверхчистая (например, дистиллированная) вода, а вода со сбалансированным солевым составом, характеризуемым ограниченными пределами как общего солесодержания, так и содержания основных ионов кальция, магния, натрия, калия и др.
Наиболее близким по технической сущности и общим признакам к предлагаемому является устройство 2. За счет использования природных минералов щунгита и доломита достигается не только очистка воды, но и её кондиционирование. По сравнению с исходной водой значительно повышается степень насыщения воды солями кальция, магния, а так же микроэлементами. Устройство включает последовательно расположенные слои загрузки для первичной обработки воды из измельчённого шунгита с размерами частиц 1-5 мм. и для последующей обработки воды из измельчённого доломитосодержащей породы с размером частиц 1-5 мм.
Недостатками такого устройства являются слишком высокая степень минерализации (более чем в 10 раз), значительные размеры и масса загрузки (1,5 2 кг.), что связанно с большими размерами частиц (1-5 мм.) в слоях загрузки.
смешиванием в одном слое частиц разного размера, что не позволяет использовать их фильтрующие возможности в полной мере.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, создание оптимального устройства для очистки и комдицчонирования воды с малым объёмом загрузки минерал- в Поставленная цель достигается тем,.что в устройстве содержащем ёмкости, верхняя из которых соединена с нижней посредством вставки, имеющей отверстие для подачи и слива воды, пористые перегородки, а так же загрузки из измельчённых минералов, например, шунгита и доломита, которые размещены внутри вставки последовательно расположенными слоями таким образом, что слои загрузок, состоящих из шунгита и доломита с размерами частиц от 0,03 мм. до 3 мм. делают разной толщины, причем первый слой из них по ходу движения воды имеет толщину и размер частиц в нём в от 3 до 8 раз меньше, чем толщина и размер частиц во втором по ходу движения воды слое, а вставка состоит из съемной крышки и основания с отверстиями, суммарная площадь которых в 1,5-3 раза превышает суммарную площадь отверстий в основании вставки. Таким образом, первым отличительными признаками предлагаемого устройства является оптимальное соотношение между толщинами слоев загрузки и размерами частиц в них.
Известно, что когда имеется хотя бы два слоя фильтрующей загрузки, то нет смысла делать их по толщине одинаковыми. Очистительные свойства двух слоев даже из одного материала улучшаются, если первый по ходу движения воды слой будет намного тоньше второго слоя, если соответственно изменить и размеры частиц в нём. Так, идеально сферические частицы одного размера при засыпке располагаются в виде гексогональной упаковки. Конфигурация пустых пространств (пор) между такими идеальными шарами довольно сложная. Если же
вписать в это пространство шар, то диаметры идеального и вписанного шаров будут отличаться почти в 6 раз. В случае же помола слоистого материала, к которым относятся шунгит и доломит, при разделении загрузок на слои, содержаш;ие частицы одного размера, диаметры таких частиц колеблются в диапазоне значений, определяемом размерами ситоьых Я:еек. В реальном насыпном материале из шунгита и доломита форма частиц далека от сферической. Поэтому отношение среднего размера частиц к среднему размеру пор, как показывают многочисленные опыты, может находиться в пределах:
L частиц / L пор  3 - 8 ,( 1 )
Если соотношение (1) соблюдается, то на границе раздела двух слоев с разными размерами частиц образуются поры, идентичные порам в слое с частицами меньшего размера. В случае если соотношение (1) не соблюдается, на границе раздела образуется слой с меньшим размером пор, что приводит к уменьшению производительности фильтра. Такое же соотношение (I) имеет место между толшинами граничащих между собой первого и второго по ходу движения воды слоев. Таким образом на границе раздела двух слоев с разными размерами частиц полное заполнение поверхностных пор второго по ходу движения воды слоя с большим размером частиц гарантированно достигается при минимально возможной толщине первого по ходу движения воды слоя с меньшим размером частиц, если минимальная толщина составляет от 3 до 8 размеров частиц составляющих этот слой.
Выполнение указанных условий предъявляет жёсткие требования к одинаковости размеров частиц в слоях и к толщинам самих слоев. Отсюда следующий отличительный признак предлагаемого устройства - слои загрузки, выполненной из шунгита и доломита, должны состоять, во-первых, из частиц, размер которых изменяется в диапазоне значений от 0,03 мм. до 3 мм. Во вторых эти частицы в слоях не перемешиваются и каждый слой содержит частицы только одного размера. В третьих слои делают разные по толщине, причём первый слой из них по ходу движения воды имеет толщину и размер частиц в нём от 3 до 8 раз меньше, чем толщина и размер частиц во втором по ходу движения воды слое.
Продолжительность времени контакта поступающей воды с загрузкой
можно регулировать за счет изменения отношения площадей верхних и нижних отверстий вставки. Известно, что объём жидкости, протекающей через сечение за единицу времени, то есть расход воды зависит квадрата величины этого сечения. Поэтому время контакта воды с загрузкой существенно зависит от отнощения сечения входного отверстия для воды к сечению выходного отверстия. Если величина такого отношения изменяется от 1,5 до 3 раз, то время контактирования воды с загрузкой может возрасти от 2 до 9 раз. Отсюда следующий отличительный признак предлагаемого устройства - вставка состоит из съёмной крыщки и основания с отверстиями, суммарная площадь которых в крыщке превыщает суммарную площадь отверстий в основании вставки в 1,5-3 раза.
Преимуществом данного устройства является, во - первых то, уменьщение размеров вставки, так как размер одного из слоев и размер частиц в нём можно уменьшить в 3 - 8 раз по сравнению с другим. Во - вторых, разборная вставка позволяет потребителю самостоятельно регенерировать загрузку или менять её на новую. Более того, в связи с тем, что все варианты предлагаемого устройства имеют свободный доступ к загрузкам, то приобретая дополнительный набор загрузок из разных минералов и частиц, выполненных в соответствии с указанными требованиями, и специальные таблицы, потребитель может самостоятельно подобрать себе воду, исходя из её состава в данной местности и индивидуальных особенностей его организма.
подтверждения пчедельных значений отношений плошалей отверстий вставки, толщин слоев загрузки и размеров частиц в них проведены опыты, результаты которых указаны в Табл. 1. Из неё следует, что оптимальное сочетание очищающих и кондиционирующих свойств наблюдается в устройстве, вставка которого заполнена загрузкой итщунгита со слоями, отнощение толщин которых и размеров частиц в них равно 5 , а отношение площадей всех отверстий крыщки к площади всех отверстий основания вставки равно 2.
Различные варианты устройства для очистки и кондиционирования воды изображены на фиг. 1 - 4.
На фиг. 1 изображён простейший вариант устройства со свободным стоком воды, который может реализовать потребитель самостоятельно, имея вставку, стеклянную банку и пластиковую бутылку.
На фиг. 2 изображён вариант устройства со свободным стоком воды и с использованием ёмкости в виде сосуда BRITA (Германия), получившего широкое распространение во многих странах.
На фиг. 3 изображён вариант с принудительным стоком воды, то есть возможного прямого подключения к водопроводной магистрали.
На фиг. 4 изображён вариант устройства, в котором возможно настаивание воды (например, дистиллированной или кипячёной) неограниченное время с целью её минерализации и приобретения ощутимых лечебных свойств.
На фиг. 1 изображено устройство для очистки и кондиционирования воды с использованием верхней ёмкости в виде лейки 1, в которую герметично входит вставка 2, имеющая слои загрузки, например, из шунгита и доломита 3 и 4. Толщина и размер частиц в слое 4 больше в 3 - 8 раз толщины и размера частиц в слое 3. Вставка 2 имеет входные отверстия для воды 5, суммарная площадь которых в 1,5 - 3 раза больше суммарной площади выходных отверстий 6. Единая
конструкция, состоящая из лейки 1 и вставки 2, свободно ставится на нижнюю ёмкость 7 (например, любая подходящая стеклянная банка).
Устройство работает следующим образом. Очищаемая вода поступает в верхнюю ёмкость (лейка 1). Затем через отверстие 5 она попадает внутрь вставки 2 проходит последовательный ряд слоев загрузки 3 и 4, после че: о очищенная ч кондиционированная, через отверстия 6 поступает в ёмкость 7 и готова к употреблению.
На фиг. 2 изображено устройство для очистки и кондиционирования воды с использованием разъёмной вставки. Устройство состоит из ёмкости I, разделённой на две части, верхняя часть которой соединена с нижней посредством вставки 2, состоящей из съёмной крыщки 3 с отверстиями 4 и основания 5 с отверстиями 6. Внутри вставки расположены загрузки, например, из шунгита и доломита, которые располагаются, по крайней, мере двумя последовательными слоями 7 и 8, второй из которых 7 по ходу движения воды имеет толщину и размер частиц в слое более чем в 3 - 8 раз превышающие толщину и размер  первого слоя 8.
Устройство работает следующим образом. Очищаемая вода поступает в верхнюю часть ёмкости 1. Через отверстие 4 в крыщке 3 очищаемая вода пост пает внутрь вставки 2, проходит последовательный ряд слоев загрузки 7 и 8, после чего очищенная и кондиционированная через отверстие 6 нижней части 5 вставки 2 поступает в нижнюю часть ёмкости 1 и готова к употреблению.
На Фиг. 3 изображено устройство для очистки и кондиционирования воды, в котором роль вставки выполняет ёмкость с пористой перегородкой. Устройство состоит из ёмкости 1, содержащее отверстие 2 для слива воды, трубку 3, герметично проходящую через крыщку ёмкости по её центральной части до пористой перегородки 4, на которой сверху последовательно размещены слои 5 и
6 загрузки, причем толщина верхнего слоя 6 и размер частиц в нём в 3 - 8 раз превышает толщину нижнего слоя 5 и размер частиц в нём. Сверху трубка 3 соединена с каналом подачи воды 7.
Устройство работает следующим образом. Через канал подачи воды 7,
который может представлять собой водоггровод или резервуар с водой, требующей очистки и кондиционирования, вода поступает в нежную часть
ёмкости 1 под пористую перегородку 4, пройдя через которую, вода контактирует со сл1./-,ми 5, 6 загрузки, после чего очищенная и кондиционировгшная накап:  ;ается в верхней  ёмкости 1 и может быть слита через отверстие .
На Фиг. 4 изображено устройство для очистки и кондиционирования воды, в котором ёмкость выполнена из керамики в виде бытового кувщина. Устройство состоит из ёмкости 1, выхода для воды 2, пористой перегородки 3, отделяющей пространство 4 с очищенной водой на дне ёмкости I от загрузки и очищаемой воды в верхней части ёмкости 1. Сверху проницаемой перегородки 3 размещены слои 5 и 6 загрузки из измельченных минералов. Причём трубка 7 герметично соединяет выход для воды 2 и пространство с очищенной и кондиционированной водой 4. Устройство может быть выполнено таким образом, что пористая перегородка закрывает лищь вход в нижнюю часть трубки 7.
Устройство работает следующим образом. Очищаемая вода заливается в кувшин и как только её уровень будет выше отверстия 2 вода, пройдя слои загрузки 5, 6 и пористую перегородку 3, поступит из пространства 4 через трубку 7 и отверстие 2 в стакан 8 для сбора готовой воды.
Сравнение основных параметров устройств очистки и кондиционирования воды
при разных загрузках.
Библиографические данные
1 Проспект фирмы BRITA WASSER - FILTER - SYSTEME GMBH Водофильтрационная система. Taunusstein.
2 Пат. РФ № 2056358, МПК C02F 1/18, пр. 04.02.93, оп. 20.03.96 (бюл.№ 8)
Таблица 1