СПОСОБ ОЧИСТКИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И ЗАГРУЗКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/18 C02F1/28 C02F1/68 C02F103/04 

Изобретение относится к получению питьевой воды и может быть использовано для очистки и кондиционирования водопроводных и природных вод.

Проблема получения высококачественной питьевой воды стоит сейчас, как никогда, очень остро во всем мире. Водопроводная вода в больших и малых городах, хотя и соответствует действующим санитарным нормам, все же является вредной для здоровья человека, так как технология водоочистки городских водопроводных станций была рассчитана на некогда чистые озерные, речные и подземные (скважинные) водозаборы, которые за последние 30-40 лет были загрязнены отходами промышленных производств. Устаревшие технологии водоподготовки не в состоянии очистить и подготовить воду для питья.

На городских водопроводных станциях применяется хлорирование воды (для обеззараживания) и обработка сернокислым алюминием (для коагуляции). Хлор, реагируя с органическими веществами воды водозаборов, образует чрезвычайно токсичные хлорорганические соединения (в т.ч. побочные продукты реакции - радикальные и ион-радикальные частицы), а соли алюминия нейротоксичны. Плохого качества водопроводные трубы, подводящие воду в дома, корродируют под действием хлора и добавляют в питьевую воду соли железа, гораздо выше предельно допустимых концентраций.

Не лучше обстоит дело с питьевой водой в пригородных и дачных поселках. Например, по данным Ленкомэкологии, из 12 скважинных водозаборов Карельского перешейка 10 не соответствуют санитарным нормам, так как в них обнаружены высокие концентрации фенолов и солей тяжелых металлов (1).

Вывод: необходимы эффективные и недорогие способы очистки и кондиционирования питьевой воды и материалы для ее получения.

Известно большое количество разнообразных способов и загрузок для очистки воды. Известным является устройство для очистки и кондиционирования воды (2), в котором слои загрузки для первичной обработки выполнены из шунгита с суммарным содержанием кремнезема и алюмосиликатов, составляющем 30-70%, а последующий - из доломита, содержащего органические компоненты не более 0,1% от массы, в том числе: серы 1,5-2%, азота 0,3-0,6% от массы органического вещества. Недостатками этого устройства является невозможность эффективной очистки воды от тяжелых металлов, органических и бактериальных загрязнений, а также одновременного кондиционирования ее микроэлементами.

Известной также является загрузка для очистки и кондиционирования воды - окаменелые раковины (3), содержащие компоненты различных нектонов, планктона, водорослей или морских водорослей и состоящие из известняковых веществ или силиката. Их измельчают до состояния крупного песка, сушат горячим воздухом при 120-150^oC во вращающейся печи и охлаждают в холодильнике. Далее материал размалывают в порошок в шаровой мельнице и выделяют в циклоне в виде частиц размером 0,10 □ 50,0 мкм. При такой обработке получают материал, оптимальный для улучшения качества воды.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство для очистки и кондиционирования воды (4), в емкости которого расположены фильтрующие и кондиционирующие питьевую воду загрузки - слои засыпки для двухступенчатой обработки воды, при этом первый слой по ходу обрабатываемой воды выполнен из шунгита, а второй слой - из карбонатсодержащей породы. Слой загрузки для первичной обработки выполнен из шунгита с концентрацией поверхностных кислотных активных групп в интервале 1-15 а последующий - из карбонатсодержащей породы, включающей микроэлементы - металлы побочных подгрупп Периодической системы в количестве 0,001-0,1% от массы породы. Слой загрузки для первичной обработки воды может быть выполнен из измельченного шунгита с размером частиц 1-5 мм. Возможен слой загрузки для последующей обработки воды из измельченной доломитсодержащей породы с размером частиц 1-5 мм. Наиболее эффективна загрузка для последующей обработки воды, выполненная из доломитсодержащей породы, включающей, %: кальций 20; магний 11; железо 0,002; медь 0,01; кобальт 0,001; никель 0,002; цинк 0,01; хром 0,002; ванадий 0,001. Сочетание загрузок и последовательное их расположение в емкости позволяет получить воду требуемой концентрации кальциевых и магниевых солей, а также необходимых человеку микроэлементов.

Эта загрузка является наиболее близким к данному изобретению конкретным аналогом в практике отечественной и мировой водоочистки и принята за прототип.

Кроме вышеперечисленного, следует отметить, что в связи с ростом экологической нагрузки на человеческий организм в настоящее время в Санкт-Петербурге разработаны несколько медико-экологических программ. Одна из них - программа "Чистая вода" - включает в себя не только очистку источников питьевой воды, но и физиологически адекватную ее минерализацию. Основополагающим пунктом данных профилактических мер явились выводы научных разработок и изобретение сотрудников Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, касающиеся обоснования необходимости и разработки технологии искусственной минерализации очищенной питьевой воды, заключающейся в растворении в дистиллированной или химически очищенной "мягкой" питьевой воде композиции минеральных солей, состав и количественное соотношение солей в которой соответствуют физиологическим нормам, рекомендуемым Всемирной Организацией Здравоохранения.

К недостаткам вышеуказанных способов водоочистки и загрузок для ее проведения следует отнести то, что большинство этих загрузок не позволяют в широких пределах варьировать качеством очищаемой воды, хотя в той или иной степени задерживают присутствующие в воде токсиканты, но при этом удаляют из воды полезные для человека компоненты - соли магния и кальция и, главное, комплекс микроэлементов, свойственных природной воде. Это лишает воду биологической активности, и потребитель имеет хотя и чистую, но "искусственную" воду.

Задачей изобретения является создание способа и подбор природных загрузок, которые бы обладали следующими преимуществами перед другими способами и материалами для водоочистки:
а) давало бы возможность не только эффективно очищать воду от самых различных вредных веществ, но и корректировать ее состав по макро- (соли магния и кальция) и микроэлементам;
б) позволяло бы использовать более дешевые материалы для засыпки - природные минералы и породы, на основе которых моделировались бы природные процессы самоочищения воды;
в) предлагаемые способы и составы загрузок были бы эффективны при использовании как в больших, так и в малых устройствах, входящих в состав систем хозяйственно-питьевого водоснабжения;
г) допускалась бы возможность замены фильтрующей загрузки на новую или ее регенерация (без разборки);
д) допускалась бы возможность использования изобретения для очистки воды в сетях не только холодного, но и горячего водоснабжения, а также для очистки сточных вод различных производств;
Решить указанные задачи и устранить перечисленные выше недостатки, характерные для прототипа, предлагается тем, что в изобретении питьевая вода проходит через многослойную загрузку, состоящую из: 1) шунгита-3 Карелии (6); 2) окаменелых останков беспозвоночных (типов: простейших, кишечнополостных, брахиопод, моллюсков и иглокожих); 3) шунгизита; 4) природного кремня. При этом, изменяя процентное соотношение объемов указанных загрузок и скорости фильтрации питьевой воды, можно получить питьевую и лечебную воду различной степени кондиционирования (минерализации) и содержания макро- и микроэлементов в ней.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе очистки и кондиционирования питьевой воды по изобретению очищаемая вода проходит последовательно снизу вверх через четыре слоя загрузки, которые состоят из:
1) шунгита-3 Карелии;
2) окаменелых останков беспозвоночных (типов: простейших, кишечнополостных, брахиопод, моллюсков и иглокожих);
3) шунгизита;
4) природного кремня.

Материалы для загрузки измельчают до размеров частиц 0,1-5 мм и подвергают обработке паром (стерилизуют) при температуре 150-200^oС в течение одного часа.

В качестве конкретного примера применения способа очистки и кондиционирования питьевой воды по изобретению и использования загрузки для его осуществления на чертеже показана действующая установка под названием "Царевин ключ". Проведенные в специализированных лабораториях исследования проб водопроводной воды после водоочистителя "Царевин ключ" показали, что питьевая вода стала более насыщенной полезным для организма кальцием. Используя установку "Царевин ключ-100", которая примерно в 3 раза больше установки "Царевин ключ" по объему каждого слоя фильтрующей загрузки, для обогащения дистилированной воды, были получены результаты (см. таблицу), которые подтверждают, что можно корректировать состав очищенной воды по макро- и микроэлементам, подобрав для этого соответствующее процентное соотношение слоев фильтрующей засыпки (или изменив время контакта очищаемой воды с материалами фильтра).

Проведенными авторами многочисленными экспериментами доказано, что в отличие от прототипа предложенное изобретение устраняет перечисленные выше недостатки, поскольку:
1) позволяет в любых объемах [7] эффективно очищать воду от самых различных вредных веществ (в т.ч. от радикальных и ион-радикальных частиц) и корректировать ее состав по макро- и микроэлементам, подобрав для этого соответствующее процентное соотношение слоев фильтрующей засыпки (в зависимости от конкретных требований по водоочистке и кондиционированию питьевой воды); вода при этом приобретает биологическую активность, свойственную природной родниковой воде;
2) позволяет использовать в качестве фильтрующей засыпки более дешевые природные минералы и породы, на основе которых можно смоделировать природные процессы самоочищения воды (есть возможность толщину отдельных слоев засыпки подобрать примерно такой же, какая встречается в естественных природных условиях).

Использованная литература
1. Состояние окружающей среды Северо-западного и Северного регионов России. СПб. : "Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге и в Ленинградской области в 1997 году", Справочно-аналитический обзор. Ленкомэкология, С.-П-б, 1998г.

2. Патент РФ 2049070, МКИ6 С 02 F 1/18, "Устройство для очистки и кондиционирования воды".

3. Заявка на изобретение 2-265685 от 10.30.90г., Япония, МКИ5 C 02 F 1/28, В 01 D 21/01, C 02 F 1/42, "Способ повышения качества обработки воды и материал для такой обработки".

4. Патент РФ 2056358, МКИ6 С 02 F 1/18, "Устройство для очистки и кондиционирования воды".

5. В.П. Бондарев, А.Е. Сербаринов "Практикум по геологии с основами палеонтологии", М., "Просвещение", 1980г.

6. Ред. коллегия В. А. Соколов, Ю.К. Калинин, Е.Ф. Дюккиев "Шунгиты - новое углеродистое сырье", Петрозаводск, "Карелия, 1984г.

7. Патент РФ 2160231, МКИ7 C 02 F 1/00, Е 03 В 11/00, В 01 D 24/16 от 05.01.99г. "Резервуар для очистки и кондиционирования питьевой воды".

Изобретение относится к получению питьевой воды и может быть использовано для очистки и кондиционирования (минерализации) водопроводных и природных вод. Для осуществления способа очистки и кондиционирования питьевой воды исходную воду по направлению снизу вверх пропускают через четыре слоя фильтрующей загрузки, состоящей из шунгита-3 Карелии, окаменелых останков беспозвоночных, шунгизита и природного кремня. Предложенное изобретение позволяет в любых объемах эффективно очищать воду от самых различных вредных веществ и корректировать ее состав, подобрав для этого соответствующую толщину фильтрующих слоев (в зависимости от конкретных требований по качеству питьевой воды) и скорость фильтрации. Обработанная вода приобретает биологическую активность, свойственную природной родниковой воде. Изобретение позволяет использовать в качестве фильтрующей загрузки дешевые природные минералы и породы, на основе которых можно смоделировать природные процессы самоочищения воды. 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ очистки и кондиционирования питьевой воды, включающий прохождение очищаемой питьевой воды по направлению снизу верх через слои фильтрующей многослойной загрузки, состоящей из шунгитовой и карбонатсодержащих пород, отличающийся тем, что питьевая вода проходит последовательно через многослойную загрузку, в составе которой в качестве шунгитовой породы используют шунгит-3 Карелии, в качестве карбонатсодержащей породы - окаменелые останки беспозвоночных, при этом воду дополнительно пропускают через слой шунгизита и слой природного кремня. 2. Загрузка для очистки и кондиционирования питьевой воды, состоящая из шунгитовой и карбонатсодержащих пород, отличающаяся тем, что в качестве шунгитовой породы используют шунгит-3 Карелии, в качестве карбонатсодержащей породы - окаменелые останки беспозвоночных, при этом фильтрующая загрузка дополнительно содержит слой из шунгизита и слой из природного кремня.