Способ получения питьевой воды в полевых и экстремальных условиях Российский патент 2017 года по МПК C02F1/18 C02F9/02 B01D35/26 B01D27/07 C02F103/04 

Изобретение относится к области получения чистой питьевой воды в полевых условиях, а также в условиях чрезвычайных ситуаций с использованием поверхностных источников воды с различными природными и антропогенными загрязнениями, зараженных патогенными микроорганизмами, вирусами и отравляющими веществами, путем ее фильтрации с последующей сорбцией токсинов и обеззараживанием.

Известны способы водоочистки в полевых условиях, реализуемые путем использования малогабаритных фильтров, в которых осуществляется забор очищаемой воды и ее последующее нагнетание с использованием помпы на фильтрующие элементы различной природы - мембраны, ультрамембраны, сорбирующие и ионообменные засыпки и т.д.

Устройства, использующие данный способ водообработки, реализованы, например, в патентах РФ №2204433, кл. B01D 35/26 и №2271997, кл. C02F 1/18, а также в патенте на полезную модель №120370, кл. B01D 35/26, в которых очищаемая вода нагнетается встроенной в корпус фильтра либо подсоединяемой к нему помпой.

Все представленные аналоги, действительно, в большей или меньшей степени производят очистку воды до состояния питьевого качества, однако согласно /www.vse-o-vode.ru. Походные фильтры для воды/ «первым и самым важным минусом остается медленная фильтрация жидкости в некоторых моделях. Многих также не устраивает ручная фильтрация, которая требует участия человека в процессе. Действительно, в условиях чрезвычайных ситуаций, когда до источника воды удается добраться лишь через много часов тяжелого труда в стесненных условиях, затрачивать физические усилия на прокачку исходной воды весьма затруднительно. При этом надо учесть, что чем выше требуемый уровень очистки, связанный с фильтрацией, тем большие усилия необходимо затрачивать на продавливание воды, например, через мембраны. Так, согласно /2/ ультрафильтрационные мембраны с диаметром пор 0,2 мкм, не пропускающие, например, вирусы, требуют создания давления на входе от 3 до 5 атм.

Этот недостаток также очевиден в патенте на полезную модель №120370, выбранном нами за прототип вследствие схожести его конструкции с устройством, в котором авторы намерены воплотить осуществление предлагаемого способа. Это отсутствие отдельной помпы - сам корпус, состоящий из соосных верхней и нижней частей, способных телескопически сдвигаться и раздвигаться, образуя внутреннюю полость переменного объема, служащую для забора очищаемой воды.

Однако для работы представленного прототипа, где давление для продавливания очищаемой воды достигается путем сдвигания обеих соосных частей корпуса (т.е. уменьшением внутреннего объема фильтра), в которых нижняя часть служит поршнем, а верхняя цилиндром, при диаметре поршня, составляющем в аналоге чуть менее 2 см, требуется большое усилие. Так, учитывая, что необходимо согласно /www.membrane.msk.ru. Кафедра мембранной технологии/ достигнуть давления от 3 до 5 атм, легко посчитать, что усилие составит от 9 до 15 кг.

Проведенная нами проверка работоспособности прототипа (фильтр ИФ-10 производства ЗАО «Полимерфильтр») действительно показала необходимость применения очень большого усилия для сдавливания наполненного водой фильтра. Кроме того, выходящий при однократном сдавливании объем чистой воды составлял всего 6-8 мл. Так, для наполнения солдатской фляги объемом 750 мл необходимо как минимум совершить 90-100 циклов раздвигания-сжимания верхней и нижней частей фильтра.

Для более производительной работы фильтра следует увеличить диаметр поршня хотя бы вдвое. При этом усилие, необходимое для сжимания верхней и нижней частей фильтра, увеличится пропорционально квадрату диаметра, т.е. составит уже около 60 кг, что в принципе неосуществимо.

Целью настоящего изобретения является создание способа получения питьевой воды в полевых и экстремальных условиях, позволяющего интенсифицировать процесс получения питьевой воды без применения физических усилий.

Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в качестве движущей силы, обеспечивающей продавливание очищаемой воды сквозь фильтрующий элемент, используют давление, создаваемое внутри заполненного очищаемой водой корпуса, редуцированно либо напрямую подаваемым в него газом, например пропаном, хранящимся в сжиженном состоянии либо в замкнутом отсеке фильтра.

Пример осуществления способа

На первом этапе производят заполнение корпуса фильтра очищаемой водой. Это может быть либо зачерпывание воды открытым фильтром из водоисточника, либо в соответствии с патентом-аналогом №2271997, кл. C02F 1/18 заполнение его кружкой через заливное отверстие, либо согласно патенту-прототипу путем сжатия и раздвигания двух соосных частей фильтра - верхней и нижней. Нижняя часть в этом случае содержит фильтрующий элемент, а также снабженный клапаном патрубок ввода очищаемой воды и устройство выхода чистой воды после ее обработки в фильтрующем элементе. Верхняя часть имеет перекрываемый при необходимости выпуск воздуха либо газа. Заполнение осуществляют путем 2-х последовательных сжатий и раздвиганий. Совершать 2 качка необходимо, чтобы полностью заполнить объем, т.к. при однократном раздвигании нижней и верхней частей фильтра при равенстве их объемов общий объем увеличится вдвое и водой заполнится лишь половина внутреннего объема фильтра.

На втором этапе путем открытия запорного вентиля либо уменьшением усилия срабатывания редукционного клапана осуществляют выпуск газа, например пропана, хранящегося в жидком состоянии в замкнутом отсеке фильтра, в основной отсек, где находится очищаемая вода. При этом в зависимости от типа фильтрующего элемента настройкой редукционного клапана заранее устанавливают предельное значение давления, при котором очищаемая вода будет продавливаться через фильтрующий элемент (картридж). Величина такого давления может принимать любое заданное значение от атмосферного до существующего над жидким газом (пропаном), т.е. в зависимости от температуры среды (0-40°С) от 1 до 15 атм. Поскольку данное давление достигается редуцированием, оно будет практически постоянно в течение всего цикла фильтрации, пока не выдавится вся вода, находящаяся в фильтре (например, 750 мл для полного заполнения фляги). После этого небольшим добавочным объемом газа картридж продувается и сушится. Остаток исходной воды на дне фильтра удаляют открытием заборного клапана. После этого процесс очистки воды можно повторить через любое необходимое время. При этом следует учесть, что пропан практически не растворяется в воде и не ухудшает ее органолептические показатели.

Выбор газа именно в сжиженном состоянии объясняется резким увеличением объема при фазовом переходе жидкость - газ. Так, 1 г - моль жидкого пропана, весящий 48 граммов и занимающий объем всего 40 мл при переходе в газовую фазу при давлении 1 атм займет объем 22,4 л; при 3 атм - 7,5 л, при 5 атм - 4,5 литра. Т.е. при создании рабочего давления внутри фильтра емкостью 0,75 л (объем заполняемой фляги) в 3 атм, используя всего сорок миллилитров жидкого пропана, можно будет заполнить 9-10 фляг. При давлении 5 атм можно заполнить 5-6 фляг.

Для сравнения. Если использовать не сжиженный, а просто сжатый газ при 100 атм, например воздух, то при условии создания минимального рабочего давления (3 атм) и с учетом расхода на осушку сорбента его хватит на заполнение лишь одной фляги. При этом очевидно, что действовать в экстремальных ситуациях, имея при себе хоть и малую емкость с давлением 100 атм, весьма проблематично.

Изобретение может быть использовано в полевых условиях, а также в условиях чрезвычайных ситуаций при использовании поверхностных источников воды с различными природными и антропогенными загрязнениями, зараженных патогенными микроорганизмами, вирусами и отравляющими веществами, для получения чистой питьевой воды. Для осуществления способа в качестве движущей силы, обеспечивающей продавливание очищаемой воды сквозь фильтрующий элемент, используют давление, создаваемое внутри заполненного очищаемой водой корпуса, редуцированно либо напрямую подаваемым в него газом, например пропаном, хранящимся в сжиженном состоянии либо в замкнутом отсеке фильтра. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс получения питьевой воды в походных и экстремальных условиях при одновременном исключении физических усилий при её получении. 1 пр.

Способ получения питьевой воды в полевых и экстремальных условиях путем ее обработки, включающей фильтрование, отличающийся тем, что в качестве движущей силы, обеспечивающей продавливание очищаемой воды сквозь фильтрующий элемент, используют давление, создаваемое внутри заполненного очищаемой водой корпуса, редуцированно либо напрямую подаваемым в него газом, хранящимся в сжиженном состоянии в замкнутом отсеке фильтра.