СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ В ПРОЦЕССЕ АКВАВЕНДИНГА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 2022 года по МПК C02F9/00 G07F13/00 

Область техники, к которой относятся изобретения

Изобретения относятся к аквавендинговым аппаратам, т.е. к автоматам продажи питьевой воды, взятой из водопроводной сети, подвергшейся многоступенчатой очистке с использованием обратного осмоса и выдачи очищенной воды в тару покупателя воды.

Уровень техники

Известен способ кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды, заключающийся в том, что для указанного аквавендинга берут водопроводную воду, из которой путем ее кондиционирования получают питьевую воду для аквавендинга, при этом данное кондиционирование осуществляют поэтапно, так что на первом этапе осуществляют сорбционное фильтрование исходной водопроводной воды при помощи угольного фильтра, после чего на втором этапе полученную фильтрованием воду при помощи мембраны обратного осмоса разделяют на пермеат и концентрат, при этом часть этого концентрата направляют обратно на вход мембраны обратного осмоса, а другую часть сбрасывают в канализацию, на третьем этапе модифицируют органолептические свойства и рН полученного таким образом пермеата, на четвертом этапе осуществляют ультрафиолетовое обеззараживание модифицированного таким образом пермеата, на пятом этапе дополнительно модифицируют минеральный состав обеззараженного ультрафиолетом пермеата, после чего заданное количество полученного таким образом пермеата по запросу покупателя подают в тару покупателя питьевой воды (см. описание полезной модели к патенту RU №139197 U1, МПК C02F 9/12, опубликовано: 10.04.2014 Бюл. №10).

Признаки известного способа, общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что для указанного аквавендинга берут водопроводную воду, из которой путем ее кондиционирования получают питьевую воду для аквавендинга, при этом данное кондиционирование осуществляют поэтапно, так что на первом этапе осуществляют сорбционное фильтрование исходной водопроводной воды при помощи угольного фильтра, после чего на втором этапе полученную фильтрованием воду при помощи мембраны обратного осмоса разделяют на пермеат и концентрат, при этом концентрат сбрасывают в канализацию, а пермеат модифицируют, осуществляют ультрафиолетовое обеззараживание пермеата, после чего заданное количество полученного таким образом пермеата по запросу покупателя подают в тару покупателя питьевой воды.

Известна система кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды, заключающаяся в том, что она содержит модуль угольной фильтрации входящей воды, модуль ультрафиолетового обеззараживания, а также последовательно установленные за модулем угольной фильтрации входящей воды насос высокого давления, модуль обратноосмотической очистки воды для получения пермеата, модуль угольной фильтрации пермеата и модуль рН-коррекции, а также модуль дозирования антискаланта, предназначенный для направленного дозирования антискаланта в поток в трубопроводе между модулем угольной фильтрации входящей воды и насосом высокого давления, модуль доминерализации пермеата, предназначенный для подачи ре-минерализирующего раствора в трубопровод, выходящий из модуля ультрафиолетового обеззараживания и служащий отводом полученной очищенной воды (см. там же).

Причина, препятствующая получению в известном способе и в соответствующей известной системе технического результата, который обеспечивается заявленными для патентования техническими решениями (способом и соответствующей системой), заключается, во-первых, в том, что процесс модификации пермеата разделен на модификацию, предшествующую ультрафиолетовому обеззараживанию, и модификацию, последующую за процессом этого обеззараживания. При этом указанная последующая модификация в прототипе не предполагает повторной ультрафиолетовой дезинфекции, что снижает качество выходной (питьевой) воды, так как используемый в прототипе для последующей модификации доминерализатор может вносить в воду те или иные загрязнения, которые так и остаются в воде, выдаваемой покупателю. Кроме того, во-вторых, качество конечной питьевой воды (т.е. воды, выданной в тару покупателя воды и находящейся в этой таре) определяется также состоянием внутренней поверхности этой тары, которая в известных способе и системе не включена в процесс обеззараживания.

Известен способ кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды (прототип), заключающийся в том, что для указанного аквавендинга берут водопроводную воду, из которой путем ее кондиционирования получают питьевую воду для аквавендинга, так что сначала водопроводную воду фильтруют в модуле фильтрации, а затем полученную фильтрованием воду при помощи мембранного модуля, включающего мембрану обратного осмоса, разделяют на пермеат и концентрат, при этом полученный концентрат сбрасывают в канализацию, а полученный пермеат модифицируют в модуле модификации путем корректировки минерального состава и соответственно органолептических свойств и рН, по запросу покупателя подают заданное количество модифицированного пермеата через модуль выдачи в тару покупателя питьевой воды. Кроме того, в период, предшествующий подаче заданного количества обработанного пермеата в тару покупателя питьевой воды, осуществляют озонирование внутреннего пространства этой тары с помощью генератора озона (Патент RU №139649 U1, МПК C02F 9/00, опубликовано 20.04.2014 Бюл. №11).

Признаки известного способа (прототипа), общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в том, что берут водопроводную воду, из которой путем ее кондиционирования получают питьевую воду для аквавендинга, так что сначала водопроводную воду фильтруют, а затем полученную фильтрованием воду при помощи мембраны обратного осмоса разделяют на пермеат и концентрат, полученный концентрат сбрасывают в канализацию, а полученный пермеат модифицируют путем корректировки его как минимум органолептических свойств и по запросу покупателя подают заданное количество модифицированного пермеата в тару покупателя питьевой воды, при этом в период, предшествующий подаче заданного количества модифицированного пермеата в тару покупателя питьевой воды, осуществляют озонирование внутреннего пространства этой тары.

Известна система кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды (прототип), которая содержит блок фильтров (механический микронный, сорбционный, механический ультрамикронный), насос высокого давления, фильтр обратного осмоса, сорбционный фильтр, минерализатор, гидроаккумулятор для создания запаса очищенной воды, устройство для розлива воды с блоком автоматического управления розливом воды в емкость покупателя со встроенным озонатором для обеззараживания емкости покупателя и устройством для продажи воды с блоком автоматического управления для оплаты за воду в автоматическом режиме (Патент RU №139649 U1, МПК C02F 9/00, опубликовано 20.04.2014 Бюл. №11).

Признаки известной системы (прототипа), общие с признаками заявленной для патентования системы, заключаются в том, что она содержит гидравлически связанные между собой модуль фильтрации водопроводной воды, мембранный модуль разделения фильтрованной воды на пермеат и концентрат, включающий обратноосмотическую мембрану, модуль модификации пермеата путем корректировки его как минимум органолептических свойств, модуль обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата, включающий камеру налива воды и генератор озона, выполненный с возможностью озонирования внутреннего пространства тары покупателя воды в период ее нахождения в камере налива воды.

Причина, препятствующая получению в известном способе и в соответствующей известной системе (прототипах) технического результата, который обеспечивается заявленными для патентования техническими решениями, заключается в отсутствии ультрафиолетовой дезинфекции пермеата после модификации пермеата.

Техническая проблема, на решение которой направлены заявленные для патентования способ и соответствующая система, заключается в необходимости существенного повышения качества конечной питьевой воды, т.е. той воды, которая уже находится в таре покупателя в результате купли-продажи этой воды.

Раскрытие сущности изобретений

Технический результат, опосредствующий решение данной технической проблемы, заключается в концентрации всех операций модификации пермеата в одном модуле, так чтобы все они предшествовали ультрафиолетовому обеззараживанию пермеата (исключение повторного загрязнения пермеата через средства модификации пермеата).

Достигается технический результат в заявленном способе кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды тем, что берут водопроводную воду, из которой путем ее кондиционирования получают питьевую воду для аквавендинга, так что сначала водопроводную воду фильтруют, а затем полученную фильтрованием воду при помощи мембраны обратного осмоса разделяют на пермеат и концентрат, полученный концентрат сбрасывают в канализацию, а полученный пермеат модифицируют путем корректировки его как минимум органолептических свойств, затем осуществляют обеззараживание модифицированного пермеата ультрафиолетом и по запросу покупателя подают заданное количество модифицированного и обеззараженного пермеата в тару покупателя, при этом в период, предшествующий подаче пермеата в тару покупателя, осуществляют озонирование внутреннего пространства этой тары.

Достигается технический результат в заявленном способе также тем, что упомянутое фильтрование осуществляют в три последовательные стадии - сначала грубое механическое фильтрование, затем сорбционное фильтрование, после чего осуществляют тонкое механическое фильтрование.

Достигается технический результат в заявленной системе кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды тем, что система содержит гидравлически связанные между собой модуль фильтрации водопроводной воды, мембранный модуль разделения фильтрованной воды на пермеат и концентрат, включающий обратноосмотическую мембрану, модуль модификации пермеата путем корректировки его как минимум органолептических свойств, модуль обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата, включающий камеру налива воды, генератор озона, выполненный с возможностью озонирования внутреннего пространства тары покупателя воды в период ее нахождения в камере налива воды, и устройство ультрафиолетового обеззараживания пермеата, вход которого гидравлически связан с выходом модуля модификации пермеата.

Достигается технический результат в заявленной для патентования системе также тем, что:

- модуль фильтрации водопроводной воды содержит два механических фильтра - грубый и тонкий, а также сорбционный фильтр, который гидравлически включен между ними;

- мембранный модуль дополнительно содержит средство повышения давления на входе этого модуля;

- модуль обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата содержит гравитационный гидроаккумулятор с выходным патрубком в его днище, при этом внутри гравитационного гидроаккумулятора расположена ультрафиолетовая лампа в защитном чехле из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, установленная горизонтально или вертикально, причем так, что входное отверстие указанного патрубка расположено в зоне обеззараживающего действия указанной лампы.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведена общая функциональная схема системы кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды; на фиг. 2 показана функциональная схема модуля обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата, акцентированная в части озонирования тары покупателя воды; на фиг. 3 показана функциональная схема модуля обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата, акцентированная в части использования гравитационного гидроаккумулятора для ультрафиолетового обеззараживания пермеата перед его подачей в тару покупателя воды.

Осуществление изобретений

Система кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды (далее - система) содержит гидравлически последовательно связанные между собой модуль 1 фильтрации водопроводной воды, мембранный модуль 2 разделения фильтрованной воды на пермеат и концентрат, модуль 3 модификации пермеата и модуль 4 обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата (фиг. 1).

Модуль 1 фильтрации водопроводной воды содержит гидравлически последовательно связанные между собой грубый механический фильтр 5, выполненный из вспененного полипропилена с величиной пор, например, 5 микрон, сорбционный фильтр 6, выполненный из угля, а также тонкий механический фильтр 7, выполненный из вспененного полипропилена с величиной пор, например, 1 микрон.

Мембранный модуль 2 содержит средство 8 повышения давления на входе этого модуля (насос), которое может не использоваться при достаточности давления в водопроводе, запорный электроуправляемый клапан 9, обратноосмотическую мембрану 10 с выходом 11 пермеата и выходом 12 концентрата, управляемое гидравлическое сопротивление 13, запорный электроуправляемый клапан 14, а также патрубок 15 слива концентрата в канализацию. Насос 8 предназначен для создания в необходимых случаях дополнительного давления на входе мембраны 10. Клапан 9 предназначен для управляемого контроллером включения и выключения процесса подачи воды в модуль 4. Гидравлическое сопротивление 13 предназначено для заданного распределения потоков пермеата и концентрата. Клапан 14 предназначен для периодического промывания мембраны 10 с целью увеличения времени ее эффективной эксплуатации (промывание происходит, когда котроллер в соответствие с программой обслуживания мембраны 10 на заданное время открывает клапан 14).

Модуль 3 модификации пермеата содержит, например, гидравлически последовательно связанные между собой блок 16 модификации минерального состава пермеата, блок 17 модификации органолептических свойств пермеата, блок 18 модификации рН пермеата.

Модуль 4 обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата содержит устройство 19 ультрафиолетового обеззараживания пермеата, управляемый генератор 20 озона, камеру 21 налива воды в тару покупателя воды, подающий патрубок 22 камеры налива воды, имеющий выход 23 и два входа 24 и 25, а также запорный электроуправляемый клапан 26 (фиг. 1 и 2). Генератор 20 озона может иметь разное выполнение. Но обычно он содержит разрядник, непосредственно вырабатывающий озон, источник тока высокого напряжения для питания разрядника, а также вентилятор или воздушный компрессор (не показаны). Камера 21 налива воды представляет собой емкость с установленным в ее верхней части подающим патрубком 22, предназначенным для раздельной (во времени) подачи озона и воды в тару 27 покупателя воды и при необходимости последующей подачи озона в камеру 21, когда в ней нет тары 27. При этом патрубок 22 имеет выход 23, расположенный ниже верхней части камеры 21, и два входа 24 и 25, расположенные выше верхней части камеры 21. Патрубок 22 в предпочтительном варианте выполнения модуля 4 представляет собой классический тройник, имеющий одну общую трубку для выхода озона и воды. Однако он может быть выполнен так, что выход 23 представляет собой две трубки - одна для озона, другая для воды (не показано). В этом случае трубки выхода 23 могут иметь разное расположение друг относительно друга: 1) они могут располагаться параллельно друг относительно друга с непосредственным примыканием их друг к другу их наружными образующими или без этого примыкания, 2) они могут располагаться аксиально (трубка в трубке). При этом клапан 26 выполнен так, что он предотвращает возможность поступления воды в генератор 20 озона. Данный клапан может быть выполнен в виде обратного клапана или в виде электроуправляемого клапана, управляемого контроллером (не показано).

Устройство 19 ультрафиолетового обеззараживания пермеата, входящее в состав модуля 4 обеззараживания и выдачи модифицированного пермеата, имеет два варианта выполнения.

По первому варианту устройство 19 представляет собой трубу, по оси которой расположена ультрафиолетовая лампа (этот вариант на фигурах не показан). При использовании этого варианта устройство 19 не выполняет функцию оперативного накопления (аккумулирования) модифицированного пермеата, т.е. в процессе выдачи воды в тару 27 покупателя воды такое устройство работает исключительно в непрерывном режиме, что как правило требует создания повышенного давления на входе мембраны 10 при помощи насоса 8 для того, чтобы наполнение тары 27 происходило за приемлемое для покупателя время.

По второму варианту устройство 19 включает гравитационный гидроаккумулятор 28 (водонапорную башню) с днищем, выполненным воронкообразным в пределах (не более) 10% этой воронкообразности, входным 29 и выходным 30 патрубками (фиг. 3). При этом входной патрубок 29 расположен в верхней части гидроаккумулятора 28, выходной патрубок 30 расположен в днище гидроаккумулятора по центру днища на выходе воронки этого днища. Внутри гравитационного гидроаккумулятора 28 расположена ультрафиолетовая лампа 31 в защитном чехле из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, установленная горизонтально или вертикально, причем так, что входное отверстие выходного патрубка 30 расположено в зоне обеззараживающего действия этой лампы. При этом гравитационный гидроаккумулятор 28, с одной стороны, позволяет в процессе аквавендинга создавать оперативный резерв пермеата (в периоды между продажами воды) и использовать этот резерв в процессе выдачи воды в тару 27 покупателя воды, снижая тем самым требования к мембране 10 (и даже исключая насос 8). А с другой стороны, гравитационный гидроаккумулятор 28 при конусности воронки днища, не превышающей 10%, создает в области днища эффект внезапного сужения потока, что в свою очередь создает значительную турбулентность потока в области зоны бактерицидного действия лампы 31, повышая тем самым эффективность ее обеззараживающего действия.

Функционирование системы кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды и пример осуществления соответствующего способа заключается в следующем.

Покупатель воды осуществляет соответствующую оплату, устанавливает свою тару 27 в камеру 21 и запускает процесс отпуска воды при помощи пользовательского интерфейса (не показан). После этого в автоматическом режиме контроллер (не показан) открывает клапан 26 и включает генератор озона 20 на заданное время (например, 10 секунд). При этом клапан 9 закрыт. Озон поступает через открытый клапан 26 на вход 25 патрубка 22 и далее на выход 23 этого патрубка и в тару 27, расположенную своим горлышком непосредственного под выходом 23 патрубка 22. Вследствие этого в течение заданного времени (например, 10-ти секунд) озон, поступающий таким образом в тару 27, осуществляет дезинфекцию внутреннего пространства этой тары. По истечении заданного времени (10-ти секунд) контроллер отключает генератор 20 озона, закрывает клапан 26 и открывает клапан 9. Вследствие этого водопроводная вода, всегда находящаяся в водопроводе под давлением, под действием этого давления поступает на вход модуля 1, где проходит три ступени очистки: грубую очистку от механических примесей фильтром 5, сорбционную очистку угольным фильтром 6 и повторную, но уже тонкую очистку от механических примесей фильтром 7. С выхода фильтра 7 полученная этим фильтрованием вода через открытый клапан 9 поступает на вход мембраны 10 либо непосредственно (т.е. без применения средства 8 повышения давления, т.е. насоса), либо с дополнительным повышением давления этим средством (насосом). В мембране 10 происходит разделение воды на пермеат, который с выхода 11 пермеата поступает на вход модуля 3, и концентрат, который с выхода 12 концентрата через управляемое гидравлическое сопротивление 13 и через патрубок слива концентрата 15 поступает в канализацию.

Далее пермеат с выхода 11 поступает в модуль 3 модификации пермеата, в котором при его прохождении через блоки 16, 17 и 18 этого модуля происходит заданная параметрами этих блоков модификация его (пермеата) минерального состава, органолептических свойств, рН.

Далее модифицированный таким образом пермеат поступает на вход модуля 4, а именно, сначала на вход устройства 19 ультрафиолетового обеззараживания пермеата, а с выхода устройства 19 обеззараженный пермеат поступает в камеру 21 налива воды в тару 27 покупателя воды, а именно, на вход 24 патрубка 22 и далее с выхода 23 этого патрубка в тару 27 покупателя воды.

В варианте выполнения устройства 19 с функцией оперативного аккумулирования модифицированного пермеата в процессе ультрафиолетового обеззараживания пермеата (показан на фиг. 3) модифицированный пермеат через входной патрубок 29 гравитационного гидроаккумулятора 28 поступает в этот гидроаккумулятор. В гидроаккумуляторе 28 пермеат, с одной стороны, временно накапливается, а с другой стороны, непрерывно проходит через него в процессе выдачи пермеата (питьевой воды) в тару 27 покупателя воды. При этом ультрафиолетовая лампа 31 расположена в нижней части (вблизи днища) гидроаккумулятора 28, по причине чего именно нижние слои модифицированного пермеата, находящегося в гидроаккумуляторе 28, более всего подвергаются постоянному обеззараживающему действию ультрафиолета перед выходом из гидроаккумулятора через патрубок 30 и открытый клапан 32. Это обеззараживающее действие дополнительно усиливается за счет эффекта внезапного сужения потока пермеата при его выходе из гидроаккумулятора 28 через выходной патрубок 30. Дело в том, что внезапное сужение, как известно, порождает при истечении пермеата через патрубок 30 значительную турбулентность пермеата, находящегося в гидроаккумуляторе 28 в области его днища, повышая тем самым эффективность ультрафиолетового обеззараживания пермеата, поступающего далее в камеру 21, как описано выше. При этом оперативное пополнение гидроаккумулятора 28 модифицированным перме-атом происходит по команде контроллера в периоды времени, когда отпуск воды в тару 27 покупателя воды не производится (клапан 9 открыт, а клапан 32 закрыт).

Таким образом, гравитационный гидроаккумулятор 28 с ультрафиолетовой лампой 31 в его нижней части выполняет одновременно две функции, синергически создающие более высокое качество конечной питьевой воды, т.е. той воды, которая уже находится в таре покупателя в результате купли-продажи этой воды:

1) функцию оперативного аккумулирования (накопления) модифицированного пермеата и дальнейшей отдачи этого пермеата через открытый клапан 32 в камеру 21, чем обеспечивается приемлемая для покупателя воды скорость наполнения водой его тары 27 даже без насоса 8;

2) функцию более эффективного ультрафиолетового обеззараживания модифицированного пермеата за счет его (пермеата) турбулентного движения в нижней части гидроаккумулятора 28 в процессе его выходе из гидроаккумулятора 28, обусловленного эффектом внезапного сужения выходящего из гидроаккумулятора потока модифицированного пермеата.

Изобретения относятся к аквавендинговым аппаратам, т.е. к автоматам продажи питьевой воды, взятой из водопроводной сети, подвергшейся многоступенчатой очистке с использованием обратного осмоса, и выдачи очищенной воды в тару покупателя воды. Способ заключается в том, что берут водопроводную воду, воду фильтруют, разделяют на пермеат и концентрат при помощи мембраны обратного осмоса. Затем пермеат модифицируют путем корректировки его органолептических свойств, минерального состава, рН. Непосредственно после модифицирования осуществляют обеззараживание пермеата ультрафиолетом. Модифицированный и обеззараженный пермеат по запросу покупателя в заданном количестве подают в его тару, внутреннее пространство которой предварительно озонируют. Технический результат: концентрация всех операций модификации пермеата в одном модуле, так чтобы все они предшествовали ультрафиолетовому обеззараживанию пермеата, что исключает повторное загрязнение пермеата через средства модификации и повышает качество конечной питьевой воды. 3 ил.

Способ кондиционирования водопроводной воды в процессе аквавендинга питьевой воды, заключающийся в том, что берут водопроводную воду, которую фильтруют, обеззараживают, разделяют на пермеат и концентрат при помощи мембраны обратного осмоса, пермеат модифицируют путем корректировки его как минимум органолептических свойств, обеззараженный и модифицированный пермеат по запросу покупателя в заданном количестве подают в его тару, внутреннее пространство которой предварительно озонируют, отличающийся тем, что указанное обеззараживание осуществляют ультрафиолетом непосредственно после указанной модификации.