СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 2010 года по МПК C02F1/68 

Изобретение относится к способу обработки питьевой водопроводной воды и может быть использовано для получения питьевой воды с физиологически полезным содержанием ионов фтора, серебра, кальция, магния и др.

Известен способ обработки питьевой воды (патент России №2092451, C02F 1/68, опубл. 1997), включающий контактирование воды с композицией, содержащей неорганические соединения фтора - фториды металлов (кальция, магния, натрия, калия и/или их смеси), водонерастворимое связующее из класса сложных эфиров целлюлозы и активированный уголь при удельной скорости прохождения воды через композицию, равной 0,5-5,0 мин^-1.

Способ обработки питьевой или опресненной воды в соответствии с патентом России №2131847, C02F 1/68, опубл. 1998, состоит во введении физиологически необходимых неорганических ионов путем пропускания воды сверху вниз через помещенную в колонку засыпку, включающую углеродный сорбент и материал, содержащий органический ионит и неорганические малорастворимые соединения. На выходе из колонки получают воду, насыщенную макро- и микроэлементами.

Общим недостатком указанных способов обработки воды является неравномерность поступления вводимых ионов в воду в процессе ее обработки. В начальный период процесса обработки воды и после перерыва наблюдается интенсивное поступление в воду вводимых ионов, при этом уровень концентрации вводимых ионов в обработанной воде превышает не только оптимальные физиологические количества, но и предельно допустимые концентрации.

Известен способ приготовления минерализованной питьевой воды с равномерным насыщением пресной воды солями на протяжении всего ресурса путем пропускания воды со скоростью 50 мл/мин через помещенный в колонку минерализатор, представляющий собой гранулы активированного угля с нанесенными на них солями кальция, магния, натрия и калия (авт. свид. СССР №1608138, C02F 1/68, опубл. 1990). Минерализатор получают последовательной обработкой активированного угля насыщенными растворами хлоридов кальция и магния, а затем - насыщенными растворами сульфата калия и бикарбоната натрия, причем после каждой обработки уголь промывают водой и сушат при 150-200°С в течение 1-2 часов. Способ обеспечивает постоянство состава минерализованной воды при одновременной ее очистке от органических примесей. Способ технологически сложен, малопроизводителен и характеризуется низким ресурсом работы - не более 500 л воды на 1 л минерализатора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ минерализации питьевой воды, обеспечивающий введение нескольких физиологически активных веществ в воду (патент России №2266257, C02F 1/68, C02F 1/42, B01J 39/04, опубл. 2005, прототип). Способ включает подведение потока воды, разделение его на основной и вторичный потоки и контактирование вторичного потока с твердым материалом, состоящим из полимерного гранульного материала, содержащего физиологически активные вещества, с последующим объединением обоих потоков, причем объемный расход вторичного потока воды составляет 2,5-15,0% от объемного расхода основного потока. Заявляемое соотношение обеспечивается за счет сужения сечения, по которому проходит вторичный поток, причем сужение реализуется калибровочными отверстиями, которые могут располагаться как на входе и/или выходе емкости, так и в узле разделения потока или в узле смешения потока или в двух узлах одновременно (узле разделения и узле на входе в емкость или узле на выходе из емкости, или узле смешения). Сложность воспроизведения указанного способа обуславливает отсутствие его реализации. Автор указывает в тексте описания, что при использовании материалов, имеющих твердую нерастворимую основу и гранулометрический состав, предлагаемое соотношение объемного расхода основного и вторичного потоков обеспечивает равномерное дозирование физиологически активных веществ в оптимальных для организма человека количествах. Однако равномерность дозирования не указывается автором в качестве решаемой технической задачи. Конкретные сведения, касающиеся этого эффекта - равномерности дозирования - в примерах не приводятся, т.е. ничем не подтверждаются.

Техническая задача изобретения состоит в создании способа обработки питьевой водопроводной воды, обеспечивающего равномерное введение физиологически активных веществ в заданной концентрации при сохранении ее в допустимых пределах без образования настоев независимо от перерывов в работе.

Указанная техническая задача решается таким образом, что в способе обработки питьевой водопроводной воды, включающем подведение потока воды и контактирование его с твердым материалом, содержащим физиологически активное вещество, размещенным в картридже, находящемся в корпусе, воду из корпуса с картриджем направляют в емкость, полезный объем которой превышает полезный объем корпуса с картриджем в n раз, после чего осуществляют перемешивание насыщенной веществом воды с водой, находящейся в емкости большего объема, причем минимальное значение n определяется соотношением: n=S·T×(K+k):V×k,

где S - заданная постоянная объемная скорость отбора воды из емкости большего объема (л/мин);

Т - время отбора воды с постоянной объемной скоростью из корпуса с картриджем, требующееся для снижения концентрации вводимого вещества до заданных пределов (мин);

К - величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей (мг/л);

V - полезный объем корпуса с картриджем (л);

k - заданная концентрация вводимого вещества в воде (мг/л),

При этом максимальное значение n определяется технической целесообразностью. Сущность изобретения поясняется чертежом.

Вода из водопроводной системы (1) через блок стабилизации потока (2) с постоянной заданной объемной скоростью поступает в картридж (3), находящийся в корпусе (4), насыщается веществом и из корпуса через трубку (5) поступает в емкостъ большего объема (6), где перемешивается с находящейся там водой. При отборе воды с объемной постоянной скоростью из емкости большего объема насыщение вводимым веществом происходит в пределах заданной концентрации.

При прекращении отбора вода, находящаяся в корпусе, насыщается веществами, концентрация которых может превысить заданную, но при поступлении в емкость большего объема - при возобновлении отбора воды из большей емкости - происходит разбавление воды, поступившей из корпуса картриджа, водой, находящейся в емкости большего объема, и концентрации вводимых веществ выравниваются в пределах допустимых значений.

Предлагаемый способ может быть реализован различными устройствами, соединенными с водопроводной системой.

Любое возможное устройство включает две герметично закрытые емкости разного объема, соединенные между собой трубкой. Емкость меньшего объема - корпус, в котором помещен картридж. Корпус может быть различного объема и содержать картридж с твердым материалом, содержащим физиологически активные вещества, с заданными свойствами. Корпус соединен с емкостью большего объема трубкой. Емкость большего объема может быть различной конфигурации. Расположение емкостей относительно друг друга также может различаться: корпус может быть как внутри емкости большего объема, так и вне него.

В качестве твердого материала для заполнения картриджа могут быть использованы: органические иониты, обладающие пористой структурой в воздушно сухом состоянии, содержащие в своем составе малорастворимые неорганические вещества в количестве 10,65%; иониты в солевой (серебряной, полигалоидной, гидрокарбонатной) форме и др., предпочтительно КУ-фторатор - сульфокатионит, модифицированный фторидом кальция; высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал, содержащий в мас.%: полиэтилен (ПЭ) 35-45, ПЭ воск 1-6, шунгит 38-55, сульфат серебра 0,5-6, хлорид натрия 1-5, стеарат кальция 1,5-2,0 (патент России Г2 2320542, С02Е 1/86, опубл. 2008).

Водопроводная вода поступает в устройство с постоянной объемной скоростью, что достигается подключением водопроводной воды к устройству через редуктор давления и регулировочный кран (дроссель). Обработанная вода постоянно перемешивается в емкости большего объема. Перемешивание производится любыми известными способами, предпочтительно барботажем. Количество отобранной воды контролируется счетчиком. Отбор воды осуществляется водоразборным краном, куллером и др.

Предлагаемый способ обработки питьевой воды иллюстрируется на примере введения в питьевую воду ионов фтора или серебра.

Пример 1

Получение воды с заданной концентрацией фтора 0,8 мг/л.

Водопроводную воду через блок стабилизации потока с объемной скоростью 2,0 л/мин подают в картридж, находящийся в корпусе с полезной емкостью 0,4 л (картридж заполнен КУ-фторатором - сульфокатионитом, модифицированным фторидом кальция), время отбора воды с постоянной объемной скоростью 1.5 мин, величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 4,53 мг/л (ТУ 2227-374-09201208-98). Вода из корпуса картриджа поступает в емкость объемом 20 л. Полезный объем большей емкости превышает полезный объем корпуса картриджа в 50 раз (n=50). Перемешивание воды в большей емкости осуществляют с использованием трубки, расположенной вдоль одной стенки и днища, причем по всей длине трубки, проходящей вдоль днища, имеются отверстия диаметром 2 мм с шагом 20 мм.

Расчет значения n:

полезный объем корпуса картриджа 0,4 л;

величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 4,53 мг/л; скорость потока 2 л/мин; время отбора воды с постоянной объемной скоростью (время промывки картриджа) 1,5 мин; предельная концентрация ионов фтора 0,5-1,2 мг/л; задана концентрация ионов фтора 0,8 мг/л;

n=S×T×(K+k):V×k

n=2×1,5×(4,53+0,8):0,4×0,8=49,96

Расчетный полезный объем большей емкости должен превышать полезный объем корпуса данного картриджа в 49,96 раз.

Расчетный полезный объем большей емкости для данного картриджа:

49,96×0,4=19,96 л.

Сведения о полученной воде приведены в таблице 1. В таблице также для сравнения представлены сведения по воде, обработанной без использования емкости большего объема (контроль).

Таблица 1. Время перерыва в отборе воды, час Содержание фторидов в обработанной воде, мг/л   контроль   1-й литр 1-й литр 3 0,81 2,05 12 0,80 2,26 60 0,83 4,53

Пример 2

Получение воды с заданной концентрацией фтора 0,8 мг/л.

Водопроводную воду через блок стабилизации потока с объемной скоростью 2,0 л/мин подают в корпус картриджа с полезной емкостью 1,0 л (картридж заполнен КУ-фторатором - сульфокатионитом, модифицированным фторидом кальция), время отбора воды с постоянной объемной скоростью 2,3 мин, величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 4,53 мг/л. Вода из корпуса картриджа поступает в емкость объемом 40 л. Полезный объем большей емкости превышает полезный объем корпуса картриджа в 40 раз (n=40). Перемешивание воды в большей емкости осуществляют с использованием трубки, расположенной вдоль одной стенки и днища, причем по всей длине трубки, проходящей вдоль днища, имеются отверстия диаметром 2 мм с шагом 20 мм.

Расчет значения n:

полезный объем корпуса картриджа 1,0 л.;

величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 4,53 мг/л;

скорость потока 2,5 л/мин;

время отбора воды с постоянной объемной скоростью (время промывки картриджа) 2,3 мин;

предельная концентрация ионов фтора 0,5-1,2 мг/л;

задана концентрация ионов фтора 0,8 мг/л;

n=S×T×(K+k):V×k

n=2,5×2,3×(4,53+0,8):1,0×0,8=38,3

Расчетный полезный объем большей емкости должен превышать полезный объем корпуса данного картриджа в 38,3 раз.

Расчетный полезный объем большей емкости для данного картриджа:

38,3×1,0=38,3 л.

Сведения о полученной воде приведены в таблице 2. В таблице также для сравнения представлены сведения по воде, обработанной без использования емкости большего объема (контроль).

Таблица 2. Время перерыва в отборе воды, час Содержание фторидов в обработанной воде, мг/л   Контроль   1-й литр 1-й литр 3 0,81 2,05 12 0,80 2,26 60 0,83 4,53

Пример 3

Получение воды с заданной концентрацией фтора 0,5 мг/л.

Водопроводную воду через блок стабилизации потока с объемной скоростью 2,0 л/мин подают в картридж, находящийся в корпусе с полезной емкостью 0,4 л (картридж заполнен КУ-фторатором - сульфокатионитом, модифицированным фторидом кальция), время отбора воды с постоянной объемной скоростью 2,1 мин, величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 4,53 мг/л. Вода из корпуса картриджа поступает в емкость объемом 43 л.

Полезный объем большей емкости превышает полезный объем корпуса картриджа в 106 раз (n=106). Перемешивание воды в большей емкости осуществляют с использованием трубки, расположенной вдоль одной стенки и днища, причем по всей длине трубки, проходящей вдоль днища, имеются отверстия диаметром 2 мм с шагом 20 мм.

Расчет значения n:

полезный объем корпуса картриджа 0,4 л;

величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 4,53 мг/л;

скорость потока принимаем 2 л/мин;

время отбора воды с постоянной объемной скоростью (время промывки картриджа) 2,1 мин;

предельная концентрация ионов фтора 0,5-1,2 мг/л;

задаем концентрацию ионов фтора 0,5 мг/л;

n=S×T×(K+k):V×k

n=2×2,1×(4,53+0,5):0,4×0,5=105,63

Расчетный полезный объем большей емкости должен превышать полезный объем корпуса данного картриджа в 105,63 раз.

Расчетный полезный объем большей емкости для данного картриджа:

105,63×0,4=42,25 л.

Сведения о полученной воде приведены в таблице 3.

В таблице также для сравнения представлены сведения по воде, обработанной без использования емкости большего объема (контроль).

Таблица 3 Время перерыва в отборе воды, час Содержание фторидов в обработанной воде, мг/л   контроль   1-й литр 1-й литр 3 0,81 2,05 12 0,80 2,26 60 0,83 4,53

Пример 4

Получение воды с заданной концентрацией фтора 0,6 мг/л.

Водопроводную воду через блок стабилизации потока с объемной скоростью 2,2 л/мин подают в картридж, находящийся в корпусе с полезной емкостью 0,4 л (картридж заполнен активированным углем «Граносорб-К» (Санитарно-эпидемиологическое заключение 1Ч77.01.06.369.П.00447.01.4 от 14.01.04)) в смеси с КУ-фторатором - сульфокатионитом, модифицированным фторидом кальция), время отбора воды с постоянной объемной скоростью (время промывки картриджа) 0,5 мин, величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 2,46 мг/л. Вода из корпуса картриджа поступает в емкость объемом 6,0 л.

Полезный объем большей емкости превышает полезный объем корпуса картриджа в 14 раз (n=14). Перемешивание воды в большей емкости осуществляют с использованием трубки, расположенной вдоль одной стенки и днища, причем по всей длине трубки, проходящей вдоль днища, имеются отверстия диаметром 2 мм с шагом 20 мм.

Расчет значения n:

полезный объем корпуса картриджа 0,4 л;

величина максимально образующейся концентрации вводимого

вещества в корпусе для данного вида картриджей 2,46 мг/л;

скорость потока принимаем 2,2 л/мин;

время отбора воды с постоянной объемной скоростью (время промывки картриджа) 0,5 мин.;

предельная концентрация ионов фтора 0,5-1,2 мг/л;

задаем концентрацию ионов фтора 0,6 мг/л;

n=S×T×(K+k):V×k

n=2,2×0,5×(2,46+0,6):0,4×0,6=14,0

Расчетный полезный объем большей емкости должен превышать полезный объем корпуса данного картриджа в 14,0 раз. Расчетный полезный объем большей емкости для данного картриджа:

14,0×0,4=5,61 л.

Сведения о полученной воде приведены в таблице 4. В таблице также для сравнения представлены сведения по воде, обработанной без использования емкости большего объема (контроль).

Таблица 4. Время перерыва в отборе воды, час Содержание фторидов в обработанной воде, мг/л   контроль   1-й литр 1-й литр 3 0,81 2,05 12 0,81 2,46

Пример 5

Получение воды с заданной концентрацией ионов серебра 0,04 мг/л.

Водопроводную воду через блок стабилизации потока с объемной скоростью 2,0 л/мин подают в картридж, находящийся в корпусе с полезной емкостью 0,4 л (картридж заполнен активированным углем «Граносорб-К» в смеси с высоконаполненным серебросодержащим гранулированным материалом, содержащим в мас.%: полиэтилен 40, ПЭ носка 5, шунгит 48, сульфат серебра 5, хлорид натрия 1,5, стеарат кальция 0,5) (патент России К 2320542), время отбора воды с постоянной объемной скоростью 0,5 мин, величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 0,77 мг/л. Вода из корпуса картриджа поступает в емкость объемом 21 л.

Полезный объем большей емкости превышает полезный объем корпуса картриджа в 51 раз (n=51). Перемешивание воды в большей емкости осуществляют с использованием трубки, расположенной вдоль одной стенки и днища, причем по всей длине трубки, проходящей вдоль днища, имеются отверстия диаметром 2 мм с шагом 20 мм.

Расчет значения n:

полезный объем корпуса картриджа 0,4 л;

величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей 0,77 мг/л;

скорость потока 2,0 л/мин;

время отбора воды с постоянной объемной скоростью (время промывки картриджа) 0,5 мин.;

предельная концентрация ионов серебра 0,05 мг/л;

заданная концентрация ионов серебра 0,04 мг/л;

n=S×T×(K+k):V×k

n=2,0×0,5×(0,77+0,4):0,4×0,04=50,6

Расчетный полезный объем большей емкости должен превышать полезный объем корпуса данного картриджа в 50,6 раз.

Расчетный полезный объем большей емкости для данного картриджа:

50,6×0,4=20,24 л.

Сведения о полученной воде приведены в таблице 3. В таблице также для сравнения представлены сведения по воде, обработанной без использования емкости большего объема (контроль).

Таблица 5. Время перерыва в отборе воды, час Содержание ионов серебра в обработанной воде, контроль, мг/л   1-й литр 1-й литр 3 0,04 0,08 12 0,04 0,14 60 0,04 0,77

Как видно из представленных сведений, предложенный способ обеспечивает равномерное введение физиологически необходимых веществ в заданной концентрации независимо от перерывов в работе;

так, по примерам:

1-3 - содержание фторидов в обработанной воде после перерывов в отборе воды в течение 3; 12 и 60 часов практически одинаково (0,8-0,83 мг/л), что подтверждает равномерность введения фторидов в воду, в то время как в контрольных опытах эти значения значительно отличаются и соответственно составляют в первом литре 2,05-4,53 мг/л, что превышает показатели, полученные в соответствии с изобретением в 2,5-5,6 раз;

5 - содержание ионов серебра в обработанной воде после перерывов в отборе воды 3; 12 и 60 часов одинаково и составляет 0,04 мг/л, в то время как в контрольном опыте эти значения соответственно составляют 0,08-0,77 мг/л, что превышает показатели, полученные в соответствии с изобретением в 2,0-19,25 раз.

Предлагаемый способ прост в реализации, не требует специального оборудования, не требует промывки картриджа после перерыва в отборе воды, при этом обеспечивается безопасность (стабильность заданных концентраций вводимых веществ) без постоянного контроля вне зависимости от перерывов в отборе воды.

Изобретение относится к обработке водопроводной питьевой воды и может быть использовано для получения питьевой воды с полезным содержанием физиологически активных ионов фтора, серебра, кальция, магния и др. Способ обработки питьевой воды включает подведение потока водопроводной воды и контактирование его с твердым материалом, содержащим физиологически активное вещество, размещенным в картридже, находящемся в корпусе. Затем воду из корпуса с картриджем направляют в емкость, полезный объем которой превышает полезный объем корпуса с картриджем, по крайней мере, в n раз, после чего осуществляют перемешивание насыщенной физиологически активным веществом воды с водой, находящейся в емкости большего объема, причем минимальное значение n определяется соотношением: n=S×T×(K+k):V×k,

где S - заданная постоянная объемная скорость отбора воды из емкости большего объема (л/мин);

Т - время отбора воды с постоянной объемной скоростью из корпуса с картриджем, требующееся для снижения концентрации вводимого вещества до заданных пределов (мин);

К - величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей (мг/л);

V - полезный объем корпуса с картриджем (л);

k - заданная концентрация вводимого вещества в воде (мг/л).

Изобретение позволяет равномерно вводить физиологически необходимые вещества в заданной концентрации независимо от перерывов в работе. 1 ил., 5 табл.

Способ обработки питьевой воды, включающий подведение потока водопроводной воды и контактирование его с твердым материалом, содержащим физиологически активное вещество, размещенным в картридже, находящемся в корпусе, отличающийся тем, что воду из корпуса с картриджем направляют в емкость, полезный объем которой превышает полезный объем корпуса с картриджем, по крайней мере, в n раз, после чего осуществляют перемешивание насыщенной физиологически активным веществом воды с водой, находящейся в емкости большего объема, причем минимальное значение n определяется соотношением
n=S·T·(K+k):V·k,
где S - заданная постоянная объемная скорость отбора воды из емкости большего объема, л/мин;
Т - время отбора воды с постоянной объемной скоростью из корпуса с картриджем, требующееся для снижения концентрации вводимого вещества до заданных пределов, мин;
К - величина максимально образующейся концентрации вводимого вещества в корпусе для данного вида картриджей, мг/л;
V - полезный объем корпуса с картриджем, л;
k - заданная концентрация вводимого вещества в воде, мг/л.