ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК B01J47/00 C02F1/68 

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 β-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 MgCl₂•6Н₂О - 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.

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.

1. Фильтр для очистки воды, включающий корпус, в котором установлен фильтрующий элемент с дозатором добавки, отличающийся тем, что 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, площадь отверстий перфорированной крышки не превышает 2% площади крышки, высота верхней части контейнера не превышает 30% высоты капсулы, а длина фильтрующего элемента превышает высоту контейнера не менее чем в 10 раз. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что контейнер дополнительно снабжен чехлом. 3. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что объем твердой добавки не превышает 0,9 объема капсулы. 4. Фильтр по п.1 или 3, отличающийся тем, что контейнер выполнен из материала пространственно-глобулярной структуры. 5. Фильтр по п.4, отличающийся тем, что контейнер установлен с зазором относительно внутренней поверхности стенки фильтрующего элемента, величина которого не превышает 0,1 толщины стенки фильтрующего элемента.