ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, КОНТАМИНИРОВАННОЙ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИМИ ПРЕПАРАТАМИ

Полезная модель предназначена для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использована в бытовых фильтрах в качестве сменного фильтрующего патрона для очистки питьевой воды, контаминированной фармацевтическими препаратами. Техническим результатом является обеспечение эффективной очистки воды, содержащей фармацевтические препараты.
Известен способ очистки воды [US 7,361,263] включающий: подачу в емкость воды, подлежащей обработке и содержащей фармацевтический препарат как минимум один из ряда: стерилизующее средство, противораковое лекарственное средство и антибиотик; подачу тока на пару электродов для электролиза обрабатываемой воды для расщепления или изменения по крайней мере части химической структуры указанного фармацевтического препарата в воде, осуществляемую в упомянутой емкости для устранения или уменьшения содержания по меньшей мере одного воздействия из ряда: канцерогенности, цитотоксичности, бактерицидного воздействия, дезинфекции, мутагенности, тератогенности, спермотоксичности и антибактериального воздействия указанного фармацевтического препарата; отделение от воды твердых осадков и ила, создаваемых электролизом при взаимодействии с указанным фармацевтическим препаратом или другим веществом, отличным от фармацевтического препарата, путем удаления твердых осадков и ила из упомянутой емкости для воды; отличающийся тем, что вода, подлежащая очистке, содержит галоидные ионы; тем, что описанный этап подачи воды, подлежащей обработке, включает процесс регулирования количества подачи указанной обрабатываемой воды при помощи открытия/закрытия впускного клапана, через который вода, подлежащая обработке, попадает в упомянутую емкость, и выпускного клапана, через который вода покидает упомянутую емкость; и тем, что на описанном этапе отделения твердых осадков и ила, твердые осадки и ил удаляют путем открытия сливного клапана, с помощью которого обеспечивается слив в нижней части упомянутой емкости. При этом способ очистки воды дополнительно содержит: добавление в обрабатываемую воду неорганических солей, диссоциирующих при растворении в ней с образованием галоидных ионов. Неорганической солью может быть, например, хлорид натрия. Также способ дополнительно включает стадию перемешивания описанной воды в процессе электролиза. При этом указанная пара электродов сделана из материала, содержащего по крайней мере платину.
Недостатком данного способа в первую очередь можно назвать сложность установки для его осуществления, что обуславливает снижение надежности и повышение стоимости. Необходимость наличия электричества делает данный способ невозможным при отсутствии источника электроэнергии, что сужает область его применения. Также способ требует добавления в воду посторонних веществ, таких как хлорид натрия.
3
Также известен фильтрующий патрон [RU №2236279], содержащий узел подачи очищаемой воды, соединенный с узлом крепления в фильтре, соединенным с узлом фильтрации, соединенным с узлом вывода очищенной воды, узел фильтрации выполнен в виде оболочки, наполненной смесью адсорбирующих компонентов, расположенной между нижней и верхней сетками, узел подачи очищаемой воды выполнен в виде конусообразной оболочки с радиальными прорезями, узел крепления в фильтре выполнен в виде цилиндрической оболочки с резьбой на наружной поверхности, узел вывода очищенной воды выполнен в виде воронки с тупым углом и отверстием в ее центре. При этом смесь адсорбирующих компонентов выполнена в виде смеси серебросодержащего и несеребросодержащего активированных углей с йодным числом не менее 1 г/см, а серебросодержащий активированный уголь содержит серебро в количестве не менее 0.2 мас. %.
Известный фильтрующий патрон достаточно сложен и ненадежен в изготовлении и эксплуатации, т.к. изготовление верхней сетки узла фильтрации выпуклой достаточно сложно, а выполнение ее выпуклой вверх или вниз недостаточно надежно при эксплуатации. Кроме того, патрон не обеспечивает очистку воды с достаточной эффективностью от лекарственных препаратов.
Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением является фильтрующий патрон [RU 74822] (прототип), содержащий узел подачи очищаемой воды, соединенный с узлом крепления в фильтре, соединенным с узлом фильтрации, соединенным с узлом вывода очищенной воды, узел фильтрации выполнен в виде оболочки, наполненной смесью адсорбирующих компонентов, узел подачи очищаемой воды выполнен в виде конусообразной оболочки с радиальными прорезями, узел крепления в фильтре выполнен в виде цилиндрической оболочки с резьбой на наружной поверхности, узел вывода очищенной воды выполнен в виде воронки с тупым углом и отверстием в ее центре, над узлом фильтрации установлена сетка, отличающийся тем, что между узлом фильтрации и узлом вывода очищенной воды установлен дополнительный узел фильтрации, сетка узла фильтрации выполнена плоской.
3
Узел фильтрации заполнен смесью адсорбирующих компонентов, состоящей из смеси серебросодержащего и несеребросодержащего активных углей с йодным числом не менее 1 г/см и дополнительно содержащей карбоксильный катионит, при этом серебросодержащий активный уголь содержит серебро в количестве не менее 0.1 мас. %.
Дополнительный узел фильтрации выполнен в виде сетки со слоями нетканого фильтрующего полотна из ионообменного волокна.
Недостатком является то, что выбранная в качестве прототипа полезная модель эффективно работает лишь для воды с высоким содержанием железа, при этом степень удаления следов лекарственных препаратов недостаточна.
Заявляемый в качестве полезной модели фильтрующий патрон направлен на достижение комплексной и эффективной очистки воды из централизованных систем водоснабжения в бытовых условиях, характеризующейся присутствием фармацевтических препаратов.
Сущность предлагаемого фильтрующего патрона заключается в том, что для повышения эффективности очистки питьевой воды от фармацевтических препаратов в смеси адсорбирующих компонентов используют активированные угли и/или углеродные волокна с йодным числом не менее 1300 мг/г.
Технический результат достигается тем, что предложен фильтрующий патрон для очистки питьевой воды, контаминированной фармацевтическими препаратами, состоящий из последовательно соединенных: узла подачи очищаемой воды, включающего оболочку с радиальными прорезями, снабженного средством крепления в фильтре, выполненного в виде цилиндрической оболочки с резьбой на наружной поверхности; узла фильтрации, выполненного в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены сетки, снабженного расположенной между указанными сетками по ходу течения жидкости смесью адсорбирующих компонентов и слоем нетканого фильтрующего полотна; узла вывода очищенной воды, выполненного в виде воронки с тупым углом и отверстием в ее центре; отличающийся тем, что в качестве смеси адсорбирующих компонентов используют следующую композицию, мас. %:
- эффективный в отношении удаления фармацевтических
препаратов сорбент
50÷80;
- серебросодержащий углеродный компонент
3÷10;
- карбоксилсодержащие катиониты
10÷40,
при этом, в качестве эффективного в отношении удаления фармацевтических препаратов сорбента в составе смеси адсорбирующих компонентов используют гранулированный активированный уголь с йодным числом не менее 1300 мг/г и/или углеродное волокно с йодным числом не менее 1300 мг/г.
Важно, что в качестве серебросодержащего углеродного компонента используют гранулированный активированный уголь и/или углеродное волокно, импрегнированные ионами серебра, при этом содержание серебра составляет не менее 0.1 мас. %.
Целесообразно, что для предотвращения биообрастания фильтрующего патрона в процессе его эксплуатации в состав адсорбирующей смеси добавляют 3÷10 мас. % гранулированного серебросодержащего угля и/или серебросодержащие углеродные волокна с наличием серебра не менее 0.1 мас. %. При введении в состав смеси адсорбирующих компонентов серебросодержащего углеродного компонента менее 3 мас. % его бактериостатические свойства неэффективны, а содержание более 10 мас. % экономически нецелесообразно.
Предпочтительно, что слой нетканого фильтрующего полотна изготавливают из катионообменного волокна или смеси катионообменного волокна и углеродного волокна. Введение в состав нетканого ионообменного фильтрующего полотна углеродных волокон позволяет увеличить ресурс фильтрующего патрона в отношении удаления фармацевтических препаратов. При этом количество углеродных волокон в структуре нетканого ионообменного фильтрующего полотна не должно превышать 50% мас. При содержании углеродных волокон более 50% масс. ухудшаются ионообменные свойства полотна. Использование слоя нетканого фильтрующего полотна также позволяет избежать вымывания частиц фильтрующей смеси из фильтрующего патрона и способствует эффективному удалению взвешенных частиц из воды. При этом изготовление нетканого фильтрующего полотна из катионообменных волокон позволяет увеличить эффективность удаления ионов тяжелых металлов и железа, а добавление углеродных волокон увеличивает степень удаления активного хлора, летучих галогенсодержащих углеводородов, нефтепродуктов, СПАВ, пестицидов и др. Содержание нетканого фильтрующего полотна составляет 3÷10 об. % узла фильтрации.
Заявляемое содержание в смеси 50÷80 масс. % активированного угля и/или углеродных волокон с йодным числом более 1300 мг/г, позволяет адаптировать использование фильтрующего патрона для очистки питьевой воды, содержащей фармацевтические препараты в широком диапазоне значений концентраций, а кроме того обеспечить высокие показатели очистки воды от других контаминатов, таких как активный хлор, летучие галогенсодержащие углеводороды, нефтепродукты, СПАВ, пестициды и др., присутствующих в воде в значительно более высоких концентрациях. Содержание углеродсодержащего компонента менее 50 мас. % снижает эффективность удаления фармацевтических препаратов и других загрязнителей, а содержание более 80 мас. % экономически нецелесообразно.
Для предотвращения возникновения канальных эффектов и, как следствие, локального (в отдельно взятой точке ресурса) снижения эффективности удаления фармацевтических препаратов при эксплуатации фильтрующего патрона предпочтительно в качестве эффективного в отношении удаления фармацевтических препаратов сорбента использовать смесь гранулированного активированного угля и углеродных волокон.
Введение в состав адсорбирующей смеси фильтрующего патрона карбоксилсодержащих катионитов в количестве 10÷40 мас. % позволяет удалять из фильтруемой воды ионы тяжелых металлов и железа. При этом содержание карбоксилсодержащих катионитов ниже 10 мас. % не позволяет добиться требуемой степени извлечения ионов тяжелых металлов и железа, а увеличение содержания выше 40 мас. % приводит к уменьшению количества удаляющего фармацевтические препараты сорбента, что снижает эффективность его работы ниже допустимого порога.
Фармацевтические (лекарственные) препараты, удаляемые заявляемым фильтрующим патроном, включают, но не ограничиваются списком:
- антибиотики, среди которых препараты группы сульфамидов (сульфаниламидов) (например сульфаметоксазол, сульфадиметоксин, сульфатиазол, сульфаметозин, сульфаметизол и др.), группы фторхинолонов (например ципрофлоксацин, норфлоксацин, энрофлоксацин, офлоксацин и др.), группы тетрациклинов (окситетрациклин, тетрациклин, доксициклин, хлортетрациклин, миноциклин и др.), группы макролидов (эритромицин, рокситромицин, кларитромицин, тилозин и др.), группы линкозамидов (линкомицин), а также ампициллин, триметоприм;
- противовоспалительные препараты и анальгетики: нестероидные противовоспалительные препараты из группы производных пропионовой кислоты (напроксен, кетопрофен, ибупрофен и др.), уксусной кислоты (диклофенак, ацетилсалициловая кислота), индолуксусной кислоты (индометацин), фенаматов (мефенамовая кислота); анальгетики из группы анилидов (парацетамол (ацетаминофен)), опиоидов (трамадол, кодеин и др.);
- бета-блокаторы (атенолол, метапролол, пропранолол и др.);
- антидепрессанты из группы бензодиазепинов (диазепам и др.), флуоксетин;
- гормоны: эстрон, 17β-эстрадиол, 17α-этинилэстрадиол, эстриол, 17α-эстрадиол, тестостерон, прогестерон;
- противоэпилептические средства из группы производных карбоксамида (карбамазепин и др.) и гидантоина (фенитоин и др.).
При использовании углеродсодержащих адсорбирующих компонентов с йодным числом 900 мг/г процент извлечения лекарственных препаратов составляет не более 75%, компонентов с йодным числом 1100 мг/г - не более 98%, компонентов с йодным числом 1300 мг/г и более позволяет максимально эффективно удалить контаминант фармацевтической природы из воды. В таблице 1 приведены экспериментальные данные по эффективности очистки воды от лекарственных препаратов в зависимости от значения параметра «йодное число» углеродсодержащих адсорбирующих компонентов.
В связи с отсутствием на сегодняшний день установленных нормативов по предельно допустимому содержанию лекарственных препаратов в воде питьевого назначения, огромным разнообразием соединений, которые могут присутствовать в питьевой воде, отсутствием достаточного количества информации, касающейся потенциального риска возникновения негативных последствий для здоровья людей при длительном употреблении воды, контаминированной фармпрепаратами даже в очень незначительных концентрациях, целесообразно использование в рецептуре фильтрующего патрона активированных углей и/или углеродных волокон с йодным числом не менее 1300 мг/г, поскольку в этом случае эффективность очистки воды от лекарственных препаратов будет составлять 99% и более, а значит, остаточное содержание фармацевтических препаратов в обработанной воде будет пренебрежительно мало, что значительно снизит риск негативного воздействия такого рода контаминантов на здоровье людей.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом и примерами ее реализации.
На Фиг. представлен чертеж фильтрующего патрона для очистки питьевой воды, контаминированной фармацевтическими препаратами, на котором: 1 - узел подачи очищаемой воды; 2 - радиальные прорези; 3 - средство крепления в фильтре; 4, 8 - сетки на основаниях узла фильтрации; 5 - узел фильтрации; 6 - смесь адсорбирующих компонентов; 7 - слой нетканого фильтрующего полотна; 9 - узел вывода очищенной воды; 10 - отверстие узла вывода.
Фильтрующий патрон работает следующим образом (Фиг.).
С помощью средства крепления (3) патрон устанавливают в бытовой фильтр. Резьбовое соединение фильтрующего патрона и фильтра позволяет с достаточной степенью свободы перемещать и наклонять фильтр.
Очищаемая вода через радиальные прорези (2) оболочки узла подачи очищаемой воды (1) попадает на сетку (4), не позволяющую вымываться частицам смеси адсорбирующих компонентов (6), проходит через нее и попадает в полый цилиндр узла фильтрации (5), заполненный смесью адсорбирующих компонентов (6), которая включает эффективный в отношении удаления фармацевтических препаратов сорбент, серебросодержащий углеродный компонент и карбоксилсодержащие катиониты. Вода проходит через вышеуказанную смесь (6) и очищается от фармацевтических препаратов, активного хлора, органических и хлорорганических соединений, летучих галогенсодержащих углеводородов, нефтепродуктов, СПАВ, пестицидов, неприятных запахов и привкусов. Карбоксильный катионит, содержащийся в смеси, снижает жесткость воды и содержание тяжелых металлов. Наличие серебра в составе серебросодержащих сорбентов предотвращает биообрастание материала, т.е. создает бактериостатический эффект. Далее очищаемая вода попадает на слой нетканого фильтрующего полотна (7), где задерживаются взвешенные мелкодисперсные частицы, а также ионы тяжелых металлов, активный хлор, органические и хлорорганические соединения и т.п. в случае изготовления полотна из смеси углеродных и катионообменных волокон.
На выходе из узла фильтрации вода проходит через сетку (8), поддерживающую нетканое полотно (7), попадает в узел вывода очищенной воды (9) и через отверстие (10) в воронке узла вывода (9) выливается в емкость для сбора очищенной воды.
3
Ниже приведены примеры достижения технического результата при использовании заявляемого фильтрующего патрона производительностью 0.2 дм/ч.
В качестве примеров приведены данные протокола лабораторных исследований проб воды из системы централизованного водоснабжения г. Москвы, искусственно контаминированных исследуемыми загрязнителями, до и после использования заявляемого фильтрующего патрона.
Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенное техническое решение.
Выполнение заявленного фильтрующего патрона для очистки питьевой воды позволяет обеспечить эффективное удаления излишних количеств солей, тяжелых металлов и механических загрязнений, а введение гранулированного активированного угля с йодным числом не менее 1300 мг/г и/или углеродного волокна с йодным числом не менее 1300 мг/г позволяет использовать заявленный патрон для очистки воды из источников, контаминированных лекарственными препаратами.