Патент на изобретение №2206397
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
(57) Реферат: Изобретение предназначено для очистки воды, относится к водоподготовке и может быть использовано для получения в домашних условиях очищенной питьевой воды с физиологически необходимым (лечебным) содержанием целевых добавок, таких как микроэлементов, солей, витаминов и др. Технический результат достигается тем, что в фильтре для очистки воды, включающем корпус, в котором установлен фильтрующий элемент с дозатором добавки, фильтрующий элемент выполнен полым, установлен коаксиально корпусу и снабжен запирающим элементом, на котором установлен дозатор добавки, выполненный в виде контейнера, в котором размещена капсула с перфорированной крышкой, содержащая добавку, при этом фильтрующий элемент и, по меньшей мере, верхняя часть контейнера, контактирующая с перфорированной крышкой, выполнены из материала пространственно-глобулярной структуры (ПГС), площадь отверстий перфорированной крышки не превышает 2% площади крышки, а высота верхней части контейнера не превышает 30% высоты капсулы. Длина фильтрующего элемента превышает высоту контейнера не менее чем в 10 раз. Устройство обеспечивает эффективную очистку воды с одновременным введением разнообразных добавок. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано для получения в домашних условиях очищенной питьевой воды с физиологически необходимым (лечебным) содержанием целевых добавок, таких как микроэлементов, солей, витаминов и др. Необходимость создания очищенной воды заданного состава, оказывающей оздоровительный, а в определенных случаях целебный эффект на наш организм, на сегодняшний день доказана учеными. Из уровня техники известно значительное количество решений, относящихся к очистке воды с одновременным обогащением фильтрата необходимыми добавками. Так, в (1) описано устройство для очистки воды, содержащее последовательно расположенные: фильтр на основе пористого активированного угля для очистки воды от пахнущих компонентов, токсичных ионов и бактерий; стерилизующий фильтр для подавления развития бактерий; минерализующий фильтр, из которого в проходящую через фильтр воду поступают ионы кальция, калия. Для подачи добавки в минерализующий фильтр, последний снабжен баком с сужающейся нижней частью и выпускным отверстием. Известное устройство достаточно громоздко, неудобно для использования в быту и позволяет вводить в воду только большие концентрации минералов. Согласно (2) фильтр для очистки воды содержит угольный элемент и слой микроорганизмов, позволяющий восстановить минеральный баланс очищенной воды. Устройство, известное из (3), содержит корпус, в котором размещен элемент, выполненный из органического ионита, обладающего пористой структурой в воздушно-сухом состоянии, предварительно обработанного растворами веществ, вступающих в обменные или окислительно-восстановительные реакции с осаждением одного или нескольких продуктов реакций. Указанная обработка обеспечивает введение макро- и микроэлементов при удельной производительности более 1 мин-1. Наиболее близким к заявляемому решению является фильтр для очистки воды, известный из (4), содержащий корпус, в котором установлен фильтрующий элемент из пористого углерода с отверстиями для подачи и отвода воды. Внутри элемента установлена минеральная порода, компоненты которой вымываются потоком воды, насыщенной воздухом. Пузырьки воздуха вызывают микровибрацию минерала и облегчают его доставку в поток. Известное решение имеет узкий диапазон применения (введение только минеральной добавки), не позволяет регулировать в широких пределах концентрацию добавки в фильтрате и очищать воду с одновременным обогащением ее минеральными и др. необходимыми добавками. Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего эффективную очистку воды с одновременным введением в фильтрат разнообразных добавок, как неорганических, так и органических, в широком интервале концентраций, доступного потребителю и простого в эксплуатации. Технический результат достигается тем, что в фильтре для очистки воды, включающем корпус, в котором установлен фильтрующий элемент с дозатором добавки, фильтрующий элемент выполнен полым, установлен коаксиально корпусу и снабжен запирающим элементом, на котором установлен дозатор добавки, выполненный в виде контейнера, в котором размещена капсула с перфорированной крышкой, содержащая добавку, при этом фильтрующий элемент и, по меньшей мере, верхняя часть контейнера, контактирующая с перфорированной крышкой, выполнены из материала пространственно-глобулярной структуры (ПГС), площадь отверстий перфорированной крышки не превышает 2% площади крышки, а высота верхней части контейнера не превышает 30% высоты капсулы. ПГС материал, имеющий размер глобул 5-7 мкм, обычно используют для сорбционных процессов при высоких скоростях пропускания растворов. Так как размер микроглобул ионита ПГС на 2 порядка меньше, чем у ионитов стандартного зернения (5-7 мкм против 0,5-0,7 мм), то объемные скорости пропускания растворов могут достигать величин, в 100 и более раз превышающих скорости пропускания растворов через неподвижный слой ионита обычного зернения (1000-2000 против 10-15 уд. об/ч соответственно). Микроглобулы в ионите ПГС образуют регулярную высокопроницаемую структуру, что обусловлено спонтанным саморегулирующимся механизмом полимерообразования. Средний размер пор составляет 3-5 мкм, общая пористость более 65 об.%. Структура и свойства ионита ПГС известны, например, из (5). Различные модификации способа получения ПГС материала, например, в соответствии с (6), (7) и др. позволяют значительно расширить диапазон размеров его пор и тем самым повысить проницаемость сорбента. Объем твердой добавки не превышает 0,9 объема капсулы, т.е. твердая добавка установлена с необходимым зазором относительно стенок капсулы. Высота верхней части контейнера составляет не более 30% высоты капсулы, а площадь отверстий перфорации не более 2% площади крышки капсулы. Длина фильтрующего элемента превышает высоту контейнера, предпочтительно не менее чем в 10 раз. Указанные соотношения позволяют обеспечить высокую эффективность очистки воды ионитом, который в зависимости от эффективного диаметра его пор и скорости подачи воды сорбирует широкий спектр элементов и загрязнений. Указанные соотношения обеспечивают работу материала ПГС контейнера не в качестве сорбента, а в качестве механического фильтра, поры которого пропускают добавку в воду. Отмеченный механизм работы достигается тем, что при контакте контейнера и капсулы с водой в капсуле образуется насыщенный раствор добавки (если изначально она введена в виде твердой фазы), ионы которого практически мгновенно вытесняют подвижные ионы из ПГС. При высоте верхней части контейнера, контактирующей с перфорированной крышкой капсулы, превышающей 30% высоты капсулы, материал контейнера сорбирует ионы раствора добавки и дозирование отсутствует или недостаточно эффективно. При введении витаминов, например, аскорбиновой кислоты, ПГС работает исключительно как фильтр, т.к. ионный обмен в данном случае не имеет места. В капсуле располагают соли кальция, магния, иодиды, витамины (в частности, аскорбиновую кислоту) и другие источники элементов, которыми необходимо обогатить воду. В тех случаях, когда контейнер целиком изготовлен из материала ПГС, целесообразно его устанавливать с зазором относительно внутренней поверхности фильтрующего элемента. При этом исключается образование застойных зон. Оптимальная величина зазора – не более 0,1 толщины стенки фильтрующего элемента. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид устройства в разрезе, где 1 – корпус фильтра, 2 – крышка фильтра, 3 – фильтрующий элемент, выполненный из материала ПГС, 4 – контейнер дозатора добавки, выполненный из материала ПГС, 5 – капсула, установленная в контейнере 4, 6 – добавка в виде таблетки или порошка, размещенная в капсуле 5, 7 – отверстия в крышке капсулы 5, через которые в капсулу 5 попадает вода и дозируется раствор добавки, 8 – чехол на контейнере, наличие которого в ряде случаев обусловлено технологическими особенностями изготовления контейнера 4, 9 – запирающий элемент, установленный в донной части фильтрующего элемента 3, на котором установлен контейнер 4 дозатора с зазором 10. Работает заявляемое устройство следующим образом. Воду из водопровода подают под давлением через полость крышки 2 в пространство между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью фильтрующего элемента 3. Вода, проходя через толщу стенки элемента 3, подвергается очистке за счет ионного обмена, происходящего в материале ПГС элемента 3. Очищенная вода, заполняющая полость элемента 3, через поры ПГС контейнера 4 и отверстия 7 крышки капсулы 5 достигает добавки и растворяет ее. Образуется насыщенный раствор, содержащий ионы добавки, которые, устремляясь к верхней части контейнера 4, практически мгновенно насыщают ионит и обеспечивают его дальнейшую работу в режиме механического фильтра. Подбором оптимальной скорости движения потока воды достигается введение добавки заданной концентрации. Очищенная вода, обогащенная кальцием, магнием (и/или другими добавками), отводится через крышку 2. При реализации заявляемого устройства контейнер и фильтрующий элемент были изготовлены из полимера ПГС с порами размером 0,01-3 мкм, содержащего группировки  -резорциловой кислоты в количестве 2,4 мг-экв/г сухого вещества. Контейнер размещен в чехле, выполненном из полипропилена.
Заявляемое изобретение поясняется следующим примером.
Устройство, изготовленное согласно заявляемому изобретению, использовали для очистки и минерализации мягкой воды. В качестве добавки использовали таблетку состава: CaCl2 6H2О – 7,4 г и MgCl26Н2О – 15,4 г. Параметры исходной воды и фильтрата представлены в таблице.
Анализы воды выполнялись в соответствии со следующей нормативной документацией:ГОСТ 2874-82 Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. ГОСТ 3351-74 Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. ГОСТ 4011-72 Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа. ГОСТ 4974-72 Вода питьевая. Методы определения содержания марганца. Необходимо заметить высокую технологичность устройства – его основные элементы изготовлены из одного материала – материала ПГС. Представленные данные свидетельствуют, что заявляемое устройство обеспечивает высокую степень очистки воды с одновременным введением элементов, необходимых для здоровья, в количествах, усваиваемых организмом в максимальной степени. Такой подход в корне отличается от существующих методов оздоровления, при которых пациент выпивает ударную дозу целебной добавки, большая часть которой не усваивается организмом и впоследствии выводится из него. Источники информации 1. З. JP 3-80078 от 23.12.85, С 02 F 1/23, 1/50, 1/68. 2. З. WO 94/20422 от 11.03.1993, С 02 F 1/68, 1/28. 3. Патент РФ 2131847 от 24.04.1998, C 02 F 1/68. 4. З. WO 9615990 от 18.11.1994, С 02 F 1/68 – прототип. 5. Энциклопедия полимеров. М. , Издательство Советская Энциклопедия, 1972, с. 652-658. 6. А.с. СССР 1378319 от 23.05.1985, С 08 J 5/20, С 08 G 8/22. 7. А.с. СССР 1023788 от 24.10.1980, С 08 J 9/10. Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
