ИНДИВИДУАЛЬНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2015 года по МПК B01D27/00 C02F1/28 

Изобретение предназначено для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использовано в качестве индивидуального средства для очистки воды из водопровода и природных пресноводных источников.

Техническим результатом является обеспечение экономичной и эффективной очистки воды от неорганических и органических соединений с сопутствующим ее обеззараживанием, в том числе в полевых условиях, как с использованием емкости с очищаемой водой, так и непосредственно из природных пресноводных источников.

Известен индивидуальный фильтр для очистки воды [RU 2133133], содержащий цилиндрический корпус, выполненный разъемным из двух частей, герметично соединенный со штуцером на выходе и с сеткой на входе, заполненный адсорбентом и ионообменным материалом, отличающийся тем, что соотношение длины каждой части корпуса и диаметра составляет (4÷5):1, при этом адсорбент в каждой из них ограничен слоями ионообменного материала, причем нижняя часть снабжена патрубком для герметичного соединения с верхней частью, отличающийся тем, что адсорбент представляет собой активированный уголь, содержащий 50÷70% микро- и мезопор от суммарного объема пор.

Основным недостатком данного технического решения является необходимость предварительного обеззараживания очищаемой жидкости в течении 3 минут при помощи 5% спиртового раствора йода из расчета 1 мл/л по расчетам заявителя. Таким образом, существует необходимость дополнительно иметь при себе обеззараживающий раствор, емкость для очищаемой жидкости, а также средства измерения объема жидкостей для точной дозировки. При этом требуется ожидание в течение указанного временного интервала перед последующей очисткой и употреблением. Из этого также вытекает невозможность употребления очищенной жидкости напрямую из открытого источника.

Известен индивидуальный фильтр для очистки воды [RU 2160145], содержащий корпус, выполненный из двух частей, герметично соединенный со штуцером или мундштуком на выходе и сеткой на входе, заполненный фильтрующим материалом, части корпуса соединены одна с другой посредством шарнира, имеющего одно или несколько кольцевых уплотнений и отверстие для прохода очищаемой воды. Шарнир может быть выполнен в виде хвостовика, состоящего из цилиндрической и конической частей, при этом цилиндрическая часть выполнена как одно целое с одной частью корпуса и расположена в боковом отверстии второй части корпуса, а коническая часть хвостовика имеет прорези или пазы и размещена в полости второй части корпуса. Шарнир расположен на боковых стенках корпуса для обеспечения возможности поворота частей корпуса относительно друг друга в параллельных плоскостях. Фильтр снабжен емкостью для исходной воды, вмещающей фильтр и флакон с бактерицидным средством, В качестве фильтрующего материала может быть использован активированный уголь, заключенный между слоями ионообменного или иглопробивного полотна из полипропилена.

Данное изобретение имеет схожие с рассмотренным выше техническим решением конструкцию, фильтрующие материалы и методы очистки. Недостатки аналогичны.

Также известен походный фильтр для очистки воды [RU 120370], содержащий заборный фильтр грубой очистки воды, всасывающую трубку, корпус, состоящий из соосных верхней и нижней частей, предфильтр, ручной насос, сорбирующий фильтр, согласно техническому решению, снабжен стерилизующим микрофильтром, установленным за сорбирующим фильтром, поршень ручного насоса выполнен как продолжение верхней части корпуса, цилиндр ручного насоса выполнен как продолжение нижней части корпуса, торцы поршня и цилиндра снабжены соответственно нагнетающим и всасывающим клапанами, корпус выполнен разъемным за счет взаимного поворота его составных частей вокруг продольной оси в положении верхней мертвой точки насоса, а верхняя часть корпуса снабжена трубкой для отвода очищенной воды, оснащенной мундштуком со съемным защитным колпачком, при этом стерилизующий микрофильтр выполнен на основе положительно заряженной мембраны с размерами пор 0.2 мкм.

Недостатками данной полезной модели являются относительно большие габариты, наличие движущихся частей, что увеличивает сложность и снижает надежность конструкции, необходимость приложения физических усилий для прокачки жидкости через фильтрующую среду, невозможность безнапорной фильтрации.

Известен походный патронный фильтр для воды [RU 110285], содержащий цилиндрический корпус, дно которого выполнено с радиально направленными ребрами жесткости, имеющий входное отверстие для загрязненной воды и выходное отверстие для очищенной воды, а фильтрующий материал содержит порошкообразные и волокнистые частицы. Фильтрующий элемент, размещенный внутри цилиндрического корпуса фильтра образует с ним неразъемный картридж-патрон, входное отверстие которого размещено в его верхней торцевой части и снабжено резьбовым патрубком, направленным внутрь объема картриджа и снабженного внутренне стандартной резьбой для возможности навинчивания стандартных пластмассовых бутылок, предназначенных для пищевых жидкостей, а выходное отверстие снабжено навинчивающей пробкой с отверстием для выхода очищенной воды, на вертикальных стенках корпуса выполнены горизонтальные ребра жесткости, обращенные внутрь корпуса, внутри картриджа между верхним и нижним слоями гидрофобной ваты, образующих предфильтр и постфильтр, соответственно, размещен слой сорбента. При этом корпус картриджа выполнен из пищевой пластмассы. В качестве сорбента используется вспененный графит типа «Grafenum» или «Графен». Во входное отверстие запрессована резьбовая бутылочная пробка с центральным отверстием, а также в качестве приемной воронки завернута стандартная пластмассовая бутылка с отрезанным дном. В дне патрона выполнено технологическое отверстие диаметром больше выходного отверстия картриджа, закрытое крышкой, в которой выполнено упомянутое отверстие для выхода очищенной воды.

Важнейшим недостатком данного технического решения является невозможность бактериологической очистки, что не позволяет использовать данную полезную модель в том виде, в котором она заявлена, для питья из источников, содержащих микробиологическое загрязнение, т.к. потребуется предварительное обеззараживание химическими средствами. Отсутствие герметичного закрепления предфильтра и постфильтра к стенкам корпуса вызовет пристеночный эффект, т.е. протечку очищаемой жидкости вдоль стенок в обход предфильтра, что снизит степень ее очистки, и в обход постфильтра, что также снизит степень очистки и вызовет вымывание частиц сорбента в емкость с отфильтрованной водой. Также, конструкция не предназначена для фильтрации и употребления воды напрямую из открытого источника через фильтр, т.е. методом всасывания.

Также известен переносной фильтр для очистки воды [RU 18648], содержащий корпус с дном, отводящим патрубком, средством для подачи очищаемой воды и фильтрующим элементом, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде, по крайней мере, одной пластины керамического пластинного мембранного тангенциального фильтра, имеющей, по крайней мере, один продольный канал, и установленный в корпусе с образованием герметичной полости для сбора очищенной жидкости, при этом отводящий патрубок сообщен с полостью для сбора очищенной воды, средство для подачи очищаемой воды выполнено в виде патрубка, присоединенного к противоположной от дна части корпуса, а в дне выполнено, по крайней мере, одно отверстие или щель для отвода недоочищенной воды. Отверстие или отверстия в дне корпуса выполнены соосными каналу или каналам в пластине и отношение размера отверстия к размеру канала выполнено составляющим 0.1÷1.0. Ширина щели в дне выполнена соизмеримой с шириной пластины и отношение площади ее поперечного сечения к площади поперечного сечения канала составляет 0.05÷1.0. Фильтр может быть снабжен накидной гайкой с герметизирующим уплотнением, для подсоединения фильтра к походной фляге в процессе движения человека.

Одним из недостатков данного фильтра является то, что часть воды выходит неочищенной через отверстия в дне корпуса. Это замедляет процесс очистки, т.к. при заданном начальном объеме жидкости, цикл фильтрации приходится повторять несколько раз, чтобы очистить этот объем полностью. В описании сказано, во фляге вода может быть дополнительно обеззаражена с помощью, например, йода. Таким образом, существует необходимость дополнительно иметь при себе раствор йода, а также средства измерения объема жидкостей для точной дозировки обеззараживающего раствора. При этом требуется ожидание в течение некоторого времени для завершения процесса обеззараживания. Кроме того, перед употреблением желательна очистка адсорбентом воды, содержащей йод. Из этого вытекает невозможность употребления очищенной жидкости напрямую из открытого источника.

Известно портативное двухступенчатое ультрафильтрационное устройство [US 8 557 115], содержащее: картридж, включающий корпус, содержащий первую ступень стерилизации с первым полупроницаемым фильтрующим элементом и вторую ступень стерилизации со вторым полупроницаемым фильтрующим элементом, при этом корпус включает крышку, имеющую входное и выходное отверстие для жидкости, дно и элемент, разделяющий первую и вторую ступени стерилизации, первый полупроницаемый фильтрующий элемент окружен вторым полупроницаемым фильтрующим элементом и находится вблизи наружной стенки корпуса, при этом входное отверстие для жидкости соединено с первой ступенью стерилизации, а выходное отверстие соединено со второй ступенью, отличающееся тем, что первый и второй полупроницаемые фильтрующие элементы герметично закреплены на дне корпуса так, что жидкость, пройдя через входное отверстие, протекает через первый полупроницаемый фильтрующий элемент, где происходит ее очистка, после чего снова фильтруется, проходя через второй полупроницаемый фильтрующий элемент, и затем покидает корпус через выходное отверстие; трубку с двойными стенками, расположенную у крышки, имеющую отверстия во внешней стенке для доступа воды во внешнюю ее камеру, при этом внешняя камера соединяет входное отверстие в корпусе устройства с первой ступенью стерилизации, а внутренняя - вторую ступень стерилизации с выходным отверстием в корпусе устройства. В одном из исполнений устройство оснащено интегрированным в корпус ручным насосом, в другом исполнении - выносным ножным насосом. В третьем исполнении предусмотрено подключение напрямую к напорной линии насоса или водопровода. Выходное отверстие оснащено герметично закрывающейся крышкой. Встроенные обратные клапаны обеспечивают одностороннее течение жидкости внутри фильтра. В качестве полупроницаемых фильтрующих элементов используется полое волокно.

К недостаткам данного технического решения можно отнести общую сложность конструкции, что увеличивает стоимость данного устройства, при этом наличие насоса потенциально снижает его надежность и увеличивает габариты. Отсутствие предфильтра способствует укоренному засорению пор полых волокон и, соответственно, снижению ресурса. Не предусмотрена безнапорная фильтрация.

Известен также фильтр в сборе [US 5 609 759], для использования, в частности, с пластиковой бутылкой с открытым горлышком с внутренним диаметром около 50 мм или меньше (например, около 25 мм), включающий фильтрующий материал в виде трубки, присоединенный к одной поверхности крышки, в то время как клапан установлен на противоположной поверхности крышки. Трубка предпочтительно из фильтрующего материала, такого как активированный уголь со связующим из пластика, имеющий практически сплошную водопроницаемую поверхность, внутреннюю полость, первый закрытый торец и второй открытый торец. Трубка своим вторым открытым торцом соединена со второй поверхностью крышки методом ультразвуковой сварки, механически или при помощи клея. Крышка имеет крепежный узел для соединения с горлышком бутылки, такой как внутренняя резьба или замок. Клапан может быть возвратно-поступательным, соской от детских бутылочек или распыляющим устройством. Биоцидная среда может быть размещены внутри полости фильтрующей трубки, а трубка может быть обернута фильтрующим материал, имеющим размер пор около 1÷4 мкм. Фильтрующий материал способен снизить уровень хлора в воде, проходящей через него, по крайней мере на 50% при скорости потока 5 мл/сек.

К недостаткам данного технического решения можно отнести ограниченные возможности очистки. В описании сказано, что в полости трубки из фильтрующего материала может быть размещена биоцидная среда, но не указана какого типа. Применение концентраций, достаточных для гарантированного уничтожения микробиологии, большинства биоцидных материалов требует после себя, как правило, стадии доочистки. В конструкции данного фильтра блок доочистки не представлен. При этом отсутствие ионообменных материалов не позволяет производить очистку жидкости от ионов тяжелых металлов. В конструкции устройства также не предусмотрен отдельный клапан для поступления воздуха в емкость с фильтруемой водой с изолированным от тока воды каналом, что может замедлять или даже прекращать ток воды через фильтр при фильтрации самотеком или при использовании бутылки с жесткими стенками.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности признаков является система фильтрации, устанавливаемая на бутылку [US 6 569 329], как правило, включающая в себя совокупность различных элементов для фильтрации или элементов для фильтрации и обработки воды, имеющих общую центральную ось и смонтированных на крышке с ручным клапаном с возможностью их размещения внутри бутылки после установки. Присоединение фильтрующих и обрабатывающих воду элементов к крышке может быть обеспечено посредством винтовой резьбы, или посадке с натягом. Внешний фильтроэлемент может представлять собой фильтрующий элемент преимущественно радиального тока для удаления хлора, а внутренний фильтроэлемент содержит ароматизирующий, витаминизирующий, минерализирующий или лекарственный компонент и при этом включает смесительную камеру, которая представляет собой камеру осевого потока, радиально окруженную ароматизирующим и т.д. компонентом. И наоборот, внутренний фильтроэлемент может представлять собой фильтрующий элемент преимущественно радиального тока из углеродного композита, используемый самостоятельно или в сочетании с одним или несколькими независимыми внешними фильтроэлементами, которые могут быть радиального или осевого тока и служить для удаления различных биологических, органических и неорганических примесей. Крышка содержит клапан для заполнения воздухом объема бутылки, освобождаемого в процессе фильтрации воды.

Главным недостатком этой фильтрующей системы являются ее габариты, т.к. фильтроэлементы размещены концентрически, один внутри другого, что не представляет возможным размещение конструкции, содержащей фильтроэлементы в достаточном объеме для полноценной многоразовой очистки, внутри горлышка стандартной ПЭТ бутылки. Поэтому завяленный диапазон диаметров горлышка бутылки, в связке с которой предполагается использование данной фильтрующей системы, составляет 35÷73 мм, что превышает размеры горлышка распространенной повсеместно ПЭТ бутылки, параметры которой в соответствии со стандартом РСО 1810 и РСО 1881: внутренний диаметр горлышка - 21.74 мм, наружный диаметр резьбы - 27.4 мм. Конструкция фильтра также не предусматривает употребление воды напрямую из открытого источника. Таким образом без специальной бутылки использование этой фильтрующей системы невозможно. Все это существенно ограничивает удобство и область применения данного технического решения.

Технической задачей является разработка компактного переносного фильтрующего устройства, обладающего свойствами эффективной комплексной очистки воды от ионов тяжелых металлов, железа, органических соединений, например, фенола и его производных, АПАВ, бензола и его производных, летучих галогенсодержащих соединений (хлороформа, четыреххлористого углерода), пестицидов и микроорганизмов, в том числе в полевых условиях, как с использованием доступной, повсеместно распространенной емкости с очищаемой водой, такой как ПЭТ бутылка, так и непосредственно из природных пресноводных источников.

Технический результат достигается тем, что предложено индивидуальное средство для очистки жидкости, состоящее из последовательно расположенных по току воды следующих узлов: первого узла фильтрации, снабженного обратным клапаном для выхода воздуха и выполненного в виде цилиндрической оболочки с радиальными отверстиями, содержащей адсорбирующий компонент или фильтр механической очистки, выполненные в виде полого цилиндра; средства крепления, выполненного в виде цилиндрической оболочки, имеющей резьбу на внутренней поверхности; второго узла фильтрации, выполненного в виде цилиндрической оболочки с вентиляционным отверстием, соединенным каналом с обратным клапаном для выхода воздуха, внутри которой по ходу течения жидкости установлены ионообменное полотно, слой бактериостатического адсорбирующего компонента и пучок П-образных полых волокон, пропущенных концами через торцевой блок; узла вывода очищенной воды, снабженного обратным клапаном для выхода очищенной воды и выполненного в виде цилиндрической оболочки, имеющей резьбу на внешней поверхности.

Целесообразно, что для универсальности и широкого применения параметры наружной и внутренней резьб соответствуют таковым в распространенных в свободной продаже ПЭТ бутылках для питья и крышках для них (некоторые из крышек могут быть оснащены средством для питья, например, клапаном, трубочкой или соской), а именно стандартам РСО 1810 и РСО 1881. Таким образом, эти бутылки и крышки могут быть легко использованы в составе заявленного индивидуального средства для очистки воды.

Для потребления очищенной воды напрямую из источника поверх первого узла фильтрации на резьбу средства крепления может быть установлен цилиндрический кожух, имеющий с одной стороны ответную резьбовую часть, а с другой - отверстие в оболочке для входа воды, снабженное заглушкой.

Технический результат достигается также тем, что в качестве адсорбирующего компонента первого узла фильтрации используют угольный фильтр, выполненный в форме карбон-блока, или углеродсодержащий нетканый материал, скрученный в один или более слоев и зафиксированный в форме полого цилиндра.

Использование подобных видов адсорбирующего компонента позволяет осуществлять очистку как от механических загрязнений, так и от органических соединений, например, фенола и его производных, АПАВ, бензола и его производных и летучих галогенсодержащих соединений (хлороформа, четыреххлористого углерода). При этом удаление взвешенных частиц из очищаемой воды позволяет предотвратить их попадание на ионообменное полотно и частично на половолоконный модуль, представляющий собой пучок ∩-образных полых волокон, пропущенных концами через торцевой блок, и, как следствие, продлить срок эксплуатации фильтровального патрона.

Важно, что адсорбирующий компонент или фильтр механической очистки имеют средний размер пор 5÷100 мкм и содержатся в количестве 5÷20 об.%. Заявленное содержание объясняется тем, что при содержании менее 5 об.% не обеспечивается эффективное удаление органических примесей и взвешенных частиц, содержание более 20 об.% является экономически нецелесообразным и приводит к ухудшению гидродинамических характеристик фильтра.

Целесообразно, что карбон-блок изготавливают из полимерного связующего (например, порошка полиэтилена) и углеродного компонента в количестве 80÷90 масс.% карбон-блока, имеющего йодное число не менее 1100 мг/г и представляющего из себя гранулированный активированный уголь с размером гранул 0.04÷1.7 мм, или порошкообразный активированный уголь, или углеродное волокно, или их смесь. Содержание углеродного компонента менее 80 масс.% не обеспечивает очистку от органических соединений до приемлемого уровня, при содержании выше 90 масс.% карбон-блок становится хрупким, что влечет за собой вероятность вымывания составляющих его частиц. При этом использование углеродного компонента с йодным числом менее 1100 мг/г также не позволяет добиться высокой эффективности удаления органических примесей.

Карбон-блок изготавливают методом нагрева смеси полимерного связующего и углеродного компонента до температуры плавления связующего и последующей экструзии в форму полого цилиндра. После затвердевания выходящая из экструдера заготовка карбон-блока нарезается на отрезки требуемой длины.

Предпочтительно, что углеродсодержащий нетканый материал представляет из себя комбинацию углеродных и полимерных волокон с содержанием углеродного волокна в количестве 30÷80 масс.% нетканого материала. При этом йодное число углеродного волокна должно быть не менее 1100 мг/г для высокой эффективности удаления органических примесей. Содержание углеродных волокон менее 30 масс.% снижает эффективность удаления органических примесей ниже 50%, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к очистным устройствам для подготовки питьевой воды. При содержании более 80 масс.% нетканый материал становится слишком хрупким для оформления его в виде полого цилиндра.

В зависимости от условий эксплуатации на месте адсорбирующего компонента первого узла фильтрации может быть также установлен фильтр механической очистки, представляющий собой: водопроницаемый полый цилиндр из напыленного полипропилена; водопроницаемый полый цилиндр из пористой керамики; водопроницаемый цилиндрический каркас с намотанной полипропиленовой и/или полиамидной нитью; нетканое полотно, скрученное в один или более слоев и зафиксированное в форме полого цилиндра.

Предпочтительно, что адсорбирующий компонент или фильтр механической очистки первого узла фильтрации в торцевых частях имеют герметичное крепление к оболочке полого цилиндра первого узла фильтрации.

Ионообменное полотно обеспечивает не только эффективную очистку воды от ионов тяжелых металлов и растворенного и коллоидного железа, но также обеспечивает дополнительную очистку воды от взвешенных частиц, что положительно сказывается на ресурсе половолоконного модуля.

Важно, что ионообменное полотно содержится в количестве 2÷8 об.%. Содержание менее 2 об.% не обеспечивает эффективного удаления ионов тяжелых металлов и форм железа, а содержание более 8 об.% является экономически нецелесообразным.

Также важно, что общая обменная емкость ионообменного полотна составляет 1.5÷8 мг-экв/г. Для достижения эффективного удаления ионов тяжелых металлов, а также растворенного и коллоидного железа общая обменная емкость ионообменного полотна должна быть не менее 1.5 мг-экв/г. Увеличение же общей обменной емкости полотна более 8 мг-экв/г приводит к уменьшению прочностных характеристик полотна, что делает невозможным его использование.

Предпочтительно, что ионообменное полотно имеет герметичное соединение с оболочкой полого цилиндра второго узла фильтрации.

Очистка воды от микроорганизмов осуществляется пучком ∩-образных полых волокон со средним размером пор не менее 0.01 мкм и наружным и внутренним диаметром, соответственно, 250÷350 и 80÷130 мкм, залитых свободными концами в торцевой блок. Использование ∩-образных полых волокон, направленных своей верхушкой навстречу потоку очищаемой воды, позволяет обеспечить достаточную плотность их упаковки, а значит увеличить эффективную поверхность фильтрации.

Целесообразно, что в качестве материала полых волокон используется полимер, выбранный из ряда: полипропилен, полиэтилен, полисульфон, полиалкилсульфон, поливинилиденфторид, полиакрилонитрил.

Целесообразно также, что 10÷20 мас.% полых волокон предварительно обработаны гидрофилизующим агентом, в качестве которого используют неионогенные поверхностно-активные вещества на основе полиэтиленгликоля. Подбор характеристик полых волокон и предварительная обработка определенной части полых волокон гидрофилизующим агентом позволяют улучшить гидродинамические условия разделения в половолоконном модуле и, в целом, осуществлять в том числе и безнапорную фильтрацию.

Предпочтительно, что объем полых волокон составляет 25÷50 об.%. Содержание менее 25 об.% даже при условии обработки большей части поверхности гидрофобизирующим агентом приводит к ухудшению гидродинамических характеристик фильтра, а более 50 об.% является экономически нецелесообразным.

Важно, что торцевой блок, выполненный из полимеризованной смолы или из стекловидного полимера, имеет герметичное соединение с оболочкой полого цилиндра второго узла фильтрации. Использование торцевого блока способствует формированию потока фильтрата на выходе из второго узла фильтрации.

Половолоконный модуль изготовляется следующим образом. Полые волокна собирают в ∩-образные пучки, концы которых помещают в полый цилиндр второго узла фильтрации. Затем полый цилиндр примерно на пятую часть заполняют смолой или жидким мономером и проводят их полимеризацию до получения твердого или стекловидного материала торцевого блока. Полученную заготовку торцевого блока примерно на половину толщины обрезают гильотинным ножом для высвобождения концов полых волокон.

Использование половолоконного модуля позволяет разделить очищаемую воду на фильтрат и маточный раствор.

Слой бактериостатического адсорбирующего компонента сорбирует компоненты маточного раствора, содержащего соли металлов и органические соединения, а также ингибирует процесс размножения микроорганизмов внутри устройства. В качестве бактериостатического адсорбирующего компонента используют смесь гранулированных сорбентов, состоящую из серебросодержащего активированного угля с концентрацией Ag от 0.05 до 5.0 масс.% и с размером гранул 0.3÷1.7 мм, активированного угля с размером гранул 0.3÷1.7 мм и карбоксилсодержащих катионитов.

Целесообразно, что бактериостатический адсорбирующий компонент содержится в количестве до 15 об.%. Содержание бактериостатического адсорбирующего компонента в индивидуальном средстве для очистки жидкости свыше 15 об.% экономически нецелесообразно, к тому же может приводить к увеличению серебра в очищенной воде выше нормативов, установленных в СанПиН 2.1.4.1074-01.

Предпочтительно, что первый узел фильтрации имеет съемный элемент, закрепленный на нем механически (защелки, резьба), демонтировав который возможно получить доступ к адсорбирующему компоненту первого узла фильтрации с целью его замены или промывки. Съемный элемент оснащен описанным выше обратным клапаном для выхода воздуха и трубкой, ведущей к нему. Второй узел фильтрации также содержит трубку, идущую от вентиляционного отверстия. При установке съемного элемента эти трубки соединяются и образуют единый канал. Герметичность соединения обеспечивается полимерным уплотнителем или посадкой на коническую поверхность. Оболочка первого узла фильтрации и съемный элемент имеют место соединения друг с другом с внешней стороны адсорбирующего компонента, до контакта с ним неочищенной воды, что позволяет не применять уплотнитель, а также конические поверхности в местах установки адсорбирующего компонента, что в сумме обеспечивает герметичность его установки и препятствует проникновению очищаемой воды внутрь фильтра, минуя адсорбирующий компонент.

Соединение первого узла фильтрации и второго узла фильтрации может быть механическим (защелки, резьба), адгезивным (клей), сваркой (ультразвуком). Герметичность соединения первого узла фильтрации и второго узла фильтрации обеспечивают посредством полимерного кольцевого уплотнителя, не позволяющего воде и воздуху перемещаться в и/или из фильтра, тем самым препятствуя нарушениям в работе индивидуального средства для очистки жидкости. Для тех же целей размещают уплотнитель в зоне средства крепления и на крышке для питья. Таким образом допускается использование в качестве материала корпуса фильтра как эластичных, так и неэластичных полимеров.

Изобретение проиллюстрировано Фиг. 1 и Фиг. 2, которые иллюстрируют, но не ограничивают возможные исполнения заявленного индивидуального средства для очистки жидкости.

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема индивидуального средства для очистки жидкости, на которой: 1 - обратный клапан для выхода воздуха; 2 - оболочка первого узла фильтрации; 3 - радиальные отверстия; 4 - адсорбирующий компонент / фильтр механической очистки; 5 - средство крепления фильтра; 6 - оболочка второго узла фильтрации; 7 - вентиляционное отверстие; 8 - воздушный канал; 9 - ионообменный материал; 10 - сетка; 11 - слой бактериостатического адсорбирующего компонента; 12 - ∩-образные полые волокна; 13 - торцевой блок; 14 - обратный клапан для выхода очищенной жидкости; 15 - узел вывода очищенной воды; 16 - средство крепления крышки; 23, 24 - уплотнители; 25 - съемный элемент.

На Фиг. 2 представлен тот же фильтр, дополнительно оснащенный кожухом-трубкой и крышкой, на которой: 17 - крышка; 18 - средство для питья; 19 - защитный колпак; 20 - кожух-трубка; 21 - отверстие для входа воды; 22 - заглушка.

Индивидуальное средство для очистки жидкости работает следующим образом (Фиг. 1 и Фиг. 2).

В одном из вариантов использования заявляемое устройство присоединяют к емкости с очищаемой водой с закрытым объемом и нежесткими стенками, например, к ПЭТ бутылке, заполненную очищаемой жидкостью, с помощью средства крепления (5). Уплотнитель (23) герметизирует соединение. Емкость переворачивают над приемным сосудом (например, стакан) и сжимается руками. Под действием избыточного давления вода поступает через радиальные отверстия (3) внутрь оболочки первого узла фильтрации (2), где, проходя через адсорбирующий компонент (4), очищается от взвешенных частиц, органических соединений, например, фенола и его производных, АПАВ, бензола и его производных и летучих галогенсодержащих соединений (хлороформа, четыреххлористого углерода), а в случае использования фильтра механической очистки (4) - только от взвешенных частиц. Далее жидкость, пройдя через оболочку узла крепления (5), поступает во второй узел фильтрации (6), где благодаря ионообменному материалу (9), зафиксированному между корпусом узла крепления (5) и сеткой (10), сначала очищается от неорганических соединений, например, ионов тяжелых металлов, а также растворенного и коллоидного железа, а затем, при помощи половолоконного модуля, состоящего из пучка ∩-образных полых волокон (12) и торцевого блока (13), избавляется от микроорганизмов. Затем очищенная жидкость попадает в узел вывода очищенной воды (15), где, пройдя через обратный клапан для выхода очищенной жидкости (14), вытекает в приемный сосуд, либо потребляется человеком через крышку (17), оснащенную средством для питья (18), герметично установленную на фильтр при помощи средства крепления крышки (16), или напрямую через узел вывода очищенной воды (15). Средство для питья (18) может иметь защитный колпак (19) для предотвращения попадания пыли или неочищенной воды на него либо при транспортировке. Герметичность соединения первого узла фильтрации и второго узла фильтрации осуществляют посредством полимерного кольцевого уплотнителя (24). После частичного опорожнения сжатие емкости с очищаемой водой прекращается, вследствие чего, стенки емкости распрямляются, стремясь принять прежний объем, при этом внутри образуется вакуум, засасывающий воздух из атмосферы через вентиляционное отверстие (7), который, пройдя через воздушный канал (8), поступает в емкость через обратный клапан для выхода воздуха (1). При этом обратный клапан (1) препятствует попаданию воды внутрь канала (8) и выходу ее через отверстие (7), миновав фильтрующие компоненты, а обратный клапан (14) препятствует обратному ходу жидкости в фильтре и попаданию внутрь его воздуха. После заполнения емкости воздухом, цикл фильтрации повторяется. В этом варианте использования также возможно потребление пользователем очищенной воды через герметично закрепленную на узле вывода (15) при помощи средства крепления (16) крышку (17), оснащенную средством для питья (18), методом всасывания.

В другом варианте использования заявляемое устройство присоединяют к емкости с открытым объемом (ПЭТ бутылка без дна и т.п.) с помощью средства крепления (5). Уплотнитель (23) герметизирует соединение. Собранную конструкцию переворачивают емкостью вверх, фиксируют в таком положении, снизу устанавливают приемный сосуд для очищенной воды, после чего емкость наполняется очищаемой водой, которая поступает в фильтр аналогично предыдущему варианту использования и проходит через него гравитационным методом. Процессы очистки жидкости, происходящие внутри фильтра, также аналогичны предыдущему варианту использования. Далее очищенная вода попадает в приемный сосуд и готова к употреблению. В этом варианте использования обратный клапан (1) постоянно закрыт и препятствует попаданию воды внутрь канала (8) и выходу ее через отверстие (7), миновав фильтрующие компоненты, а обратный клапан (14) постоянно открыт, обеспечивая выход воды из фильтра.

В третьем варианте использования к заявляемому устройству присоединяют кожух-трубку (20) с помощью средства крепления (5). Уплотнитель (23) герметизирует соединение. Фильтр опускается нижней частью кожуха-трубки (20) в емкость с открытым объемом или в природный пресноводный источник. Через герметично закрепленную на узле вывода (15) при помощи средства крепления (16) крышку (17), оснащенную средством для питья (18), пользователь, создавая в ротовой полости вакуум, всасывает очищенную жидкость через фильтр. Очищаемая жидкость через отверстие для входа воды (21) попадает в кожух-трубку (20), затем, пройдя через радиальные отверстия (3) в оболочке (2), поступает в первый узел фильтрации. Процессы очистки жидкости, происходящие внутри фильтра, также аналогичны предыдущим вариантам использования. В этом варианте использования обратный клапан (1) постоянно закрыт, а обратный клапан (14) препятствует обратному ходу жидкости в фильтре и попаданию внутрь его воздуха. Средство для питья (18) также может иметь защитный колпак (19) для предотвращения попадания пыли или неочищенной воды на него либо при транспортировке.

Ниже приведены примеры достижения технического результата при использовании заявляемого индивидуального средства для очистки жидкости производительностью до 0.3 дм³/мин. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают применение предложенного устройства.

В качестве примеров, ниже приведены данные протоколов лабораторных исследований проб воды из системы централизованного водоснабжения г. Москвы, искусственно контаминированных исследуемыми загрязнителями, до и после использования заявляемого индивидуального средства для очистки жидкости.

Пример 1. Индивидуальное средство для очистки жидкости, содержащее полые волокна 25 об.%, ионообменное полотно 2 об.%, карбон-блок из углеродных волокон 5 об.%.

Пример 2. Индивидуальное средство для очистки жидкости, содержащее полые волокна 45 об.%, ионообменное полотно 5 об.%, карбон-блок из углеродных волокон 12 об.%.

Пример 3. Индивидуальное средство для очистки жидкости, содержащее полые волокна 50 об.%, ионообменное полотно 8 об.%, карбон-блок из углеродных волокон 20 об.%.

Заявляемое в качестве изобретения индивидуальное средство для очистки жидкости направлено на обеспечение экономичной и эффективной очистки воды от механических взвесей, органических и неорганических соединений с сопутствующим ее обеззараживанием, в том числе в полевых условиях, как с использованием емкости с очищаемой водой, так и непосредственно из природных пресноводных источников.

Изобретение предназначено для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использовано для очистки воды из водопровода и природных пресноводных источников от механических взвесей, органических и неорганических соединений с сопутствующим ее обеззараживанием, в том числе в полевых условиях, как с использованием емкости с очищаемой водой, так и непосредственно из источников. Индивидуальное средство для очистки жидкости состоит из последовательно расположенных по току воды следующих узлов: первого узла фильтрации, снабженного обратным клапаном (1) для выхода воздуха и выполненного в виде цилиндрической оболочки (2) с радиальными отверстиями (3), содержащей адсорбирующий компонент (4) или фильтр механической очистки (4), выполненные в виде полого цилиндра; средства крепления, выполненного в виде цилиндрической оболочки, имеющей резьбу (5) на внутренней поверхности; второго узла фильтрации, выполненного в виде цилиндрической оболочки (6) с вентиляционным отверстием (7), соединенным каналом (8) с обратным клапаном (1) для выхода воздуха, внутри которой по ходу течения жидкости установлены ионообменное полотно (9), зафиксированное сеткой (10), слой бактериостатического адсорбирующего компонента (11) и пучок ∩-образных полых волокон (12), пропущенных концами через торцевой блок (13); узла вывода очищенной воды, снабженного обратным клапаном (14) для выхода очищенной воды и выполненного в виде цилиндрической оболочки (15), имеющей резьбу (16) на внешней поверхности. Технический результат: обеспечение эффективной комплексной очистки воды. 23 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

1. Индивидуальное средство для очистки жидкости, состоящее из последовательно расположенных по току воды следующих узлов: первого узла фильтрации, снабженного обратным клапаном для выхода воздуха и выполненного в виде цилиндрической оболочки с радиальными отверстиями, содержащей адсорбирующий компонент или фильтр механической очистки, выполненные в виде полого цилиндра; средства крепления, выполненного в виде цилиндрической оболочки, имеющей резьбу на внутренней поверхности; второго узла фильтрации, выполненного в виде цилиндрической оболочки с вентиляционным отверстием, соединенным каналом с обратным клапаном для выхода воздуха, внутри которой по ходу течения жидкости установлены ионообменное полотно, слой бактериостатического адсорбирующего компонента и пучок ∩-образных полых волокон, пропущенных концами через торцевой блок; узла вывода очищенной воды, снабженного обратным клапаном для выхода очищенной воды и выполненного в виде цилиндрической оболочки, имеющей резьбу на внешней поверхности.

2. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что имеет кожух, выполненный в виде полого цилиндра с резьбой на наружной поверхности с возможностью его герметичной установки на средство крепления поверх первого узла фильтрации.

3. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что адсорбирующий компонент или фильтр механической очистки имеют средний размер пор 5-100 мкм.

4. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что адсорбирующий компонент или фильтр механической очистки содержатся в количестве 5-20 об. %.

5. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что адсорбирующий компонент или фильтр механической очистки первого узла фильтрации в торцевых частях имеют герметичное соединение с оболочкой полого цилиндра первого узла фильтрации.

6. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что в качестве адсорбирующего компонента первого узла фильтрации используют угольный фильтр, выполненный в форме карбон-блока, с углеродным компонентом в количестве 80-90 масс. %, имеющим йодное число не менее 1100 мг/г и представляющим из себя гранулированный активированный уголь с размером гранул 0.04-1.7 мм, или порошкообразный активированный уголь, или углеродное волокно, или их смесь.

7. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что в качестве адсорбирующего компонента первого узла фильтрации используют углеродсодержащий нетканый материал с содержанием углеродного волокна в количестве 30-80 масс. % и йодным числом не менее 1100 мг/г, скрученный в один или более слоев и зафиксированный в форме полого цилиндра.

8. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что в качестве фильтра механической очистки используют водопроницаемый полый цилиндр из напыленного полипропилена.

9. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что в качестве фильтра механической очистки используют водопроницаемый полый цилиндр из пористой керамики.

10. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что в качестве фильтра механической очистки используют водопроницаемый цилиндрический каркас с намотанной полипропиленовой и/или полиамидной нитью.

11. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что в качестве фильтра механической очистки используют нетканое полотно, скрученное в один или более слоев и зафиксированное в форме полого цилиндра.

12. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что ионообменное полотно имеет общую обменную емкость 1.5-8 мг-экв/г.

13. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что ионообменное полотно содержится в количестве 2-8 об. %.

14. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что ионообменное полотно имеет герметичное соединение с оболочкой полого цилиндра второго узла фильтрации.

15. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что бактериостатический адсорбирующий компонент представляет собой смесь гранулированных сорбентов, состоящую из серебросодержащего активированного угля с концентрацией Ag от 0.05 до 5.0 масс. % и с размером гранул 0.3-1.7 мм, активированного угля с размером гранул 0.3-1.7 мм и карбоксилсодержащих катионитов.

16. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что бактериостатический адсорбирующий компонент содержится в количестве до 15 об. %.

17. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что полые волокна имеют средний размер пор не менее 0.01 мкм.

18. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что полые волокна содержатся в количестве 25-50 об. %.

19. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что полые волокна имеют наружный и внутренний диаметр соответственно 250-350 и 80-130 мкм.

20. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала полых волокон используют полимер, выбранный из ряда: полипропилен, полиэтилен, полисульфон, полиалкилсульфон, поливинилиденфторид, полиакрилонитрил.

21. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что 10-20 мас. % полых волокон предварительно обработаны гидрофилизующим агентом, в качестве которого используются неионогенные поверхностно-активные вещества на основе полиэтиленгликоля.

22. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что торцевой блок выполнен из полимеризованной смолы или из стекловидного полимера.

23. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что торцевой блок имеет герметичное соединение с оболочкой полого цилиндра второго узла фильтрации.

24. Индивидуальное средство для очистки жидкости по п. 1, отличающееся тем, что параметры резьб на внутренней поверхности средства крепления и на внешней поверхности узла вывода очищенной воды соответствуют стандартам РСО 1810 и РСО 1881.