Установка для отримання питної води

Реферат: Установка для отримання питної води складається з блока фільтруючих елементів, підключеного до джерела вхідної води та іонізатора, при цьому блок включає три послідовно з'єднаних фільтруючих елементи, кожен з яких виконаний у вигляді колби, оснащеної змінним картриджем. Картридж першого фільтруючого елемента оснащений ультрафільтраційною мембраною, картридж другого фільтруючого елемента оснащений іонообмінним волокном та активованим вугіллям, а картридж третього фільтруючого елемента оснащений спіненим поліпропіленом. UA 111440 U (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОТРИМАННЯ ПИТНОЇ ВОДИ UA 111440 U UA 111440 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі водопідготовки, а більш конкретно вона стосується пристроїв для обробки різних типів вод: поверхневих, міських, артезіанських, криничних та ін. джерел, для отримання води, що відповідає показникам безпечності і якості питної води та має додаткові корисні властивості. Галуззю застосування корисної моделі є сфера водопідготовки для побутового забезпечення, харчова промисловість, медицина та ін. Добре відомо, що якість питної води, яка підготовлена з поверхневих вод річок, водоймищ або підземних вод на станціях центрального водопостачання не повною мірою відповідає вимогам санітарно-гігієнічних нормативів і тому потребує додаткового очищення. При цьому, навіть добре підготована вода, пройшовши через старі зношені трубопроводи втрачає свої якості. Для господарсько-питного водопостачання застосовують різні методами підготовки води такі як освітлення, знебарвлення, кип'ятіння, виморожування, знезараження, очищення на активованому вугіллі. Однак, за останній час вимоги споживачів до питної води значно виросли, що змушує виробників шукати та впроваджувати більш сучасні технології замість стандартних методів. Для надання природній або питній воді додаткових лікувальних або профілактичних властивостей її виробники використовують різні методики. Зазвичай, головна увага у цьому напрямку приділяється технічним засобам очищення та збагачення води різними мінералами та мікроелементами для отримання високоякісної та безпечної води. Дослідження властивостей води вказують на те, що значний вплив на роботу організму має не тільки хімічний склад води, а й цілий комплекс фізичних показників, насамперед це рівні ОВП (окислювально-відновного потенціалу) та водневого показника до рН. Останнім часом широке розповсюдження знайшли установки комплексної обробки питної води малої і середньої продуктивності. Перші використовуються для побутових потреб та невеликих офісів, а другі використовують для водозабезпечення лікарень, готелів, шкіл, дитячих садків тощо. Відомо, що для отримання якісної води у невеликих об'ємах використовують два види побутових пристроїв, а саме: фільтри та іонізатори. З рівня техніки відомо багато побутових фільтрів для очищення води, наприклад: 3-х ступеневий фільтр, що рекламується під мийку "Наша вода". Він включає з'єднанні між собою три колби, кожна з яких оснащена змінним картриджем для фільтрації води. Стандартний набір картриджів для даного фільтра включає поліпропіленовий картридж, карбон-блок та вугільний картридж. При такому наборі картриджів здійснюється очищення води від вільного хлору, кольоровості, мутності, органічних речовини, а також коригується смак та запах. Однак зазначений фільтр не очищає воду від металів і не проводить корегування таких важливих властивостей води як водневий показник рН та окисно-відновний потенціал (ОВП). Найдосконалішим серед відомих побутових фільтрів можна вважати пристрої "Аквафор ОСМО", які широко рекламуються у СМІ та демонструються в мережі Інтернет [1]. Вини призначені для приєднування до системи водопостачання питної води, наприклад - "Аквафор ОСМО-50" виконання 5. Для попереднього очищення до мембрани зворотного осмосу використовуються три картриджі встановлених вертикально на одному кронштейні. Першим по ходу води є поліпропіленовий модуль, що затримує більшу частину механічних забруднень і який підлягає заміні залежно від забруднення води раз в 3-6 міс., а потім карбон-блок В510-03 (міняється приблизно раз у рік), що забирає з води залишки механічних часток. Далі встановлений карбон-блок В510-02, що надійно поглинає хімічні забруднення - активний хлор, органіку й важкі метали, частково дублюючи мембрану, який підлягає заміні раз у рік. Потім по трубкам через відсічний клапан вода попадає на мембрану зворотного осмосу, яку потрібно міняти раз в 1,5-2 роки. Після мембрани доочищена вода по трубках попадає, або в накопичувальну ємність, де й зберігається, або відразу надходить в окремий кран, а забруднена вода надходить на злив. Перед окремим краном встановлений блок кондиціювання води, в якому використовується насипний вугільний фільтр, який міняють приблизно раз у рік. Оптимальний робочий тиск для роботи фільтрувального пристрою від 3 до 4 атмосфер. Однак, зазначений фільтр, забезпечуючи високий рівень очищення води, не здійснює корегування таких важливих властивостей води як водневий показник рН та окисно-відновний потенціал (ОВП). З рівня техніки відомо також багато побутових іонізаторів, наприклад: іонізатор Dion Special 600. За допомогою цього іонізатора отримується лужна та кисла вода, структурована вода з від'ємним ОВП. В іонізатор входить вбудований фільтр попередньої очистки води, який складається з фільтру грубої очистки, що проводить механічну очистку води, та двох вугільних фільтрів, вбудований фільтр здійснює очищення води від вільного хлору, запаху, смаку, але 1 UA 111440 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 даний набор фільтрів не очищає воду від заліза, марганцю, важких металів. Однак, вбудований фільтр не забезпечує бажаний рівень очищення води, який досягається багатоступеневим окремим фільтром. Для отримання води, яка має високий ступінь очищення та одночасно характеризується бажаним рівнем водневий показника рН і окисно-відновного потенціалу (ОВП), її послідовно обробляють пропускаючи через фільтр глибокої очистки та іонізатор, які підключають послідовно до мережі водопостачання. Однак простіше використовувати для цього один прилад, тобто фільтр-іонізатор, тим більше, що ці прилади виробляються серійно. Найближчим серед відомих за технічно суттю та досягнутим результатом до запропонованої установки є "Потрійний фільтр для очищення та іонізації води "Ашбах"”, що виробляється підприємством "Эсперон" (Німеччина). Даний побутовий прилад детально описаний в мережі Інтернет [2]. Зазначений потрійний фільтр монтується під раковину, а зверху лишається тільки кран виходу чистої води. Фільтр складається з двох функціональних блоків. Перший функціональний блок включає три послідовно з'єднаних фільтруючих елементи, кожен з яких має колбу, оснащену змінним картриджем, а другий блок є іонізатором очищеної води. Першим у функціональному блоці по ходу води є попередній фільтруючий елемент механічного очищення, який вилучає з води всі забруднення з розміром до 5 мікрон, такі як пісок, іржа, колоїдні частинки. Крім цього, попередній фільтр має багатофункціональний автоматичний регульований іонообмінний картридж, для вилучення із води заліза, марганцю, солей жорсткості, а також іонів важких металів і органічних сполук. Другий по ходу води фільтруючий елемент заповнений гранульованим активованим вугіллям, імпрегнований іонами срібла. Він очищує воду від вільного хлору, хлорорганічних сполук, пестицидів, нафтопродуктів, важких металів, ліквідує неприємний запах, покращує смак води. Іони срібла сприяють звільненню води від бактеріального і вірусного забруднення. Третій фільтруючий ультра-молекулярний елемент очищає воду від важких металі, органічних залишків, лікарських засобів. Іонізатор зазначеного потрійного фільтру включає колбу, заповнену напівкоштовними мінералами - турмаліном та білими кульками мінералізації. Надає воді оздоровчих якостей, а саме: забезпечує від'ємний редокс-потенціал -150, лужний рН 8 і насичує воду мікро/макро елементами, такими як кальцій, калій, фтор, залізо, селен, цинк, магній в іонізованій формі. При такому наборі картриджів, що входять до першого функціонального блока, здійснюється очищення води не тільки від забруднень та домішок таких як вільного хлору, кольоровості, мутності, органічних речовини, корегується смак та запах, вилучається залізо та солі жорсткості, тобто солі кальцію та магнію. Але така вода (з дуже низьким вмістом катіонів) дуже важко піддається іонізаторі, оскільки при відсутності катіонів не може відбуватися процес електролізу, розподілення катіонів та аніонів через мембрану до катода та анода. Задачею запропонованої корисної моделі є удосконалення Установки для отримання питної води шляхом змін матеріалів у фільтруючих блоках та іонізаторі. Поставлена задача вирішується тим, що в установці для отримання питної води, що складається з блока фільтруючих елементів, підключеного до джерела вхідної води та іонізатора, при цьому блок включає три послідовно з'єднаних фільтруючих елементи, кожен з яких виконаний у вигляді колби, оснащеної змінним картриджем, запропоновано картридж першого фільтруючого елемента оснастити ультрафільтраційною мембраною, картридж другого фільтруючого елемента оснастити іонообмінним волокном та активованим вугіллям, а картридж третього фільтруючого елемента оснастити спіненим поліпропіленом. При цьому доцільно іонізатор виконати механічним або електричним, ультрафільтраційну мембрану виконати з розміром 0,10,01 нм, механічний іонізатор виконати у вигляді корпусу з вхідним та вихідним отворами заповненого керамічними кульками "ORP Ceramic Ball", а іонізатор використати оснований на принципі електролітичної дисоціації. Технічним результатом від запропонованих удосконалень є забезпечення високої ефективності процесу отримання води, як по глибині її очищення так і по забезпеченню бажаного рівня водневого показника рН та окисно-відновного потенціалу (ОВП). Суть винаходу ілюструється кресленнями: На Фіг. 1. Зображено запропоновану установку з механічним іонізатором води. На Фіг. 2 Зображено варіант запропонованої установки з електричним іонізатором води. Запропонована установка включає два функціональних блоки: блок фільтрів 1 для очищення і підготовки води та іонізатор 2 очищеної води. Блок фільтрів в запропонованій установці являє собою ступеневу систему очищення води, що включає три послідовні ступені 3, 4 та 5 очищення. Блок фільтрів трубопроводом 6 через кран 7 підключений до труби мережі 8 водопостачання приміщення. Іонізатор 2 трубопроводом 9 підключений до виходу блока фільтрів, а вихід іонізатора через трубопровід 10 підключений до підключений до крана 11 2 UA 111440 U 5 10 15 встановленого над раковиною. Механічний іонізатор включає вхідний фільтр 12, до якого послідовно підключені дві колби 13, заповнені керамічні кульки "ORP Ceramic Ball". Вихідний штуцер останньої колби зазначеним вище трубопроводом 10 підключений до крана 11. Вихідний штуцер вхідного фільтра 12 через двоходовий кран 14 підключений одним кінцем до входу першої колби 13 іонізатора, а другим кінцем до через трубопровід 15 підключений до крана 11. На першому ступені 3 блока фільтрів використовується картридж з ультрафільтраційною мембраною, що виконана з пористих трубоподібні поліпропіленових волокон. Мембрана має розмір пор 0,1-0,01 нм, що менше від розмірів бактерій і дозволяє легко очищати воду від різноманітних мікроорганізмів. На другому ступені 4 використовується фільтр, з іонообмінним волокном ("Міон АК 22" або "Міон К 5") та активоване вугілля із шкаралупи кокосового горіху Chemviron Carbon 607 (Silcarbon 835). Кількість активованого вугілля складає 85,090,0, а іонообмінного волокна 10,015,0 масових відсотків. На третьому ступені 5 використано картридж зі спіненим поліпропіленовим волокном для завершального механічного очищення води. У запропонованій установці іонізатор може бути виконаний механічним (див. фіг. 1) або електричним (див. фіг.2). Механічний іонізатор у запропонованій установці являє собою попередній фільтр 12 та дві послідовно підключених колби заповнені керамічні кульки "ORP Ceramic Ball", склад яких наведено в таблиця 1. Таблиця 1 № 1 2 3 Складові Оксид магнію, MgO Оксид натрію, Na2O Оксид фосфору (V), Р2О5 Вміст, % 97,698 1,260 0,794 20 25 30 35 40 45 50 Електричний іонізатор 2 являє собою прилад, що виробляється серійно. Він може бути будьякої моделі, яка підходить у даному випадку. В реальній конструкції використана модель іонізатора "АКВА-С", дія якого заснована на явищі електрохімічної активації води. Даний прилад має електролізну камеру, оснащену спеціальною керамічною мембраною (діафрагмою), яка відділяє воду, що знаходиться біля катода, і ту, що знаходиться біля анода. Анод і катод виготовлені із титану з платиновим покриттям. В процесі роботи запропонованої установки вода проходить блок фільтрів 1 для очищення і підготовки та іонізатор 2. Блок фільтрів забезпечує очищення води, яка проходить через три послідовні ступені 3, 4 та 5 очищення. На першому ступені 3 вода проходить крізь ультрафільтраційну мембрану, з розміром пор 0,1-0,01 нм, що забезпечує ефективне очищення воду від мікроорганізмів. На другому ступені 4 вода, проходячи крізь активоване вугілля, звільняється від вільного хлору, органіки, кольоровості та покращує її запах і смак, а проходячи крізь іонообмінне волокно, очищається від заліза, марганцю та важких металів, залишаючи в воді необхідну кількість катіонів кальцію і магнію для протікання електролізу та отримання лужної іонізованої води. На третьому ступені 5 вода, проходячи крізь шар спіненого поліпропіленового волокна, очищається води від дрібних частинок, які можуть вимиватися з активованого вугілля. Це завершальний етап механічного очищення важливого для захисту вбудованого фільтра іонізатора. Підготована у блоці фільтрів вода через трубопровід 9 надходить до іонізатора 2. В запропонованій установці іонізатор може бути виконаний механічним (див. фіг. 1) або електричним (див. фіг. 2). У процесі обробки в механічному іонізаторі вода проходить крізь попередній вхідний фільтр 12 і далі через двохходовий кран 14 направляється, або на споживання по трубопроводу 15 до крана 11, або направляється в дві послідовних колби 13. Вода в колбах певний час витримується для надання їй бажаного значення ОВП. При перебуванні води в контакті з керамічними кульками відбувається процес поступового вимивання з них компонентів, якими насичені кульки. В основному до води дифундують оксид магнію MgO та оксид натрію Na 2O. Взаємодіючи з водою вони утворюють основи: MgO+Н2О Mg (OH)2 Na2O+Н2О 2NaOH Утворені основи дисоціюють у воді на катіони металу та аніони ОН : +2 Mg(OH)2 Mg +2OH + NaOH Na +OH B результаті цього збільшується концентрація катіонів натрію, магнію та аніонів ОН , які є відновниками, тобто віддають електрон при взаємодії зі іншими елементами, при цьому 3 UA 111440 U відновний потенціал води збільшується, а відповідно ОВП зменшується і стає від'ємним. Випробування дії зазначених кульок на воду з водогону це підтверджують. Результати контролю рівня ОВП води, що оброблялася в іонізаторі з зазначеними кульками наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Показник ОВП, (мВ) Початкова вода 200 Вода після очищення 198 Вода після іонізатора 175 1 год. -69 Час обробки води 2 год. 3 год. -115 -173 8 год. -202 5 10 15 20 25 30 Як видно з даних таблиці 2, механічний іонізатор змінює окисно-відновний потенціал "ОВП" досліджуваної води у від'ємну сторону. У процесі роботи електричний іонізатор електролізує воду напругою постійного струму і вода розділяється на "Лужну" і "Кислотну". При цьому катіони, такі як натрій, магній, калій, кальцій направляються до катода, де їх концентрація збільшується. У свою чергу, вони відтягують на себе ОН-групу, концентрація якої збільшується, і таким чином вода стає лужною. Інші іони, тобто аніони, такі як кисень, сульфатна група, хлор-група накопичується біля анода. + Вони відтягують на себе іон Н , таким чином збільшуючи його концентрацію, і вода стає кислотною. Після електролізу значення рН у воді стає вище і вона містить більше таких мінералів як кальцій, магній і ін. (У формі, яка найлегше засвоюється в організмі). У підсумку воду можна назвати "лужно-кальцієва іонізована вода". Кальцій, калій, магній в основному знаходяться в їжі і воді в стані агломератів (угруповання іонів значних розмірів), що ускладнює їх засвоєння організмом. В процесі роботи іонізатора керамічна мембрана не допускає змішування води в катодній і анодній камерах, і той же час забезпечує безперешкодну міграцію іонів між анодом і катодом. Під дією постійного електричного струму, що проходить крізь воду, відбувається надходження електронів у воду біля катода, а також і вилучення електронів із води біля аноду. При цьому відбувається серія електрохімічних реакцій на поверхні катода і анода. Кислу воду (аноліт), яка збирається біля позитивно зарядженого анода, називають "мертвою", а лужну воду (католіт), яка концентрується біля негативно катода - "живою". Для практичної перевірки властивостей блока фільтрів, який входить до складу запропонованої установки, були проведення випробування з вимірюванням характеристик вхідної води та обробленої води. При цьому на другому ступені блока фільтрів були випробувані два варіанти рецептури вмісту картриджа. По першому варіанті активоване вугілля складало 85,0 а іонообмінне волокно складало 15,0 мас. відсотків. По другому варіанту активоване вугілля складало 90,0 а іонообмінне волокно складало 10,0 мас. відсотків. Отримані результати наведені в таблиці 3. Таблиця 3 Показник води рН Жорсткість Кальцій Магній Залізо Вільний хлор Перманганатна окиснюваність Кольоровість Мутність Смак Запах Загальне мікробне число, КУО 35 Початкова вода 7,21 6,65 102,2 18,8 1,68 0,45 2,56 10 0,13 3 3 55 Значення показника Варіант Рецептури 1 Варіант Рецептури 2 7,34 7,35 6,45 6,45 98,2 98,2 18,8 18,8 0,05 0,1 0,05 0,0 0,66 0,74 0 0 0 0 0 0 0 0 5 6 Як видно з таблиці 3, блок фільтрів запропонованої установки забезпечує підготовку води для її обробки в іонізаторі. Він очищає воду від вільного хлору, органічних речовин, кольоровості, мутності, корегує запах, смак, а також очищає від заліза, важких металів, мікроорганізмів, але при цьому залишає кальцій та магній у кількостях необхідних для ефективного перебігу процесу іонізації, як у механічному так і в електричному іонізаторах. В реальній конструкції установки був використаний Іонізатор для води по ТУ У 28.2-36471026 4 UA 111440 U 5 014:2012, виробництва ООО "Стрейтлайн Україна", який забезпечує 7 режимів обробки води, а саме: 4 режими отримання лужної води, 1 режим отримання нейтральної води та 2 режими отримання кислої води. Випробування даного іонізатора на воді з водогону КиєвоСвятошинського району міста Київ показали, що він забезпечує отримання води з характеристиками (рівень водневого показника рН та окисно-відновного потенціалу - ОВП), що наведені в таблиці 3: Таблиця 4 № п/п 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 10 15 20 Найменування типу води Вода водопровідна Вода після іонізатора: Режим Лужна 4 Режим Лужна 3 Режим Лужна 2 Режим Лужна 1 Режим Нейтральна Режим Кисла 1 Режим Кисла 2 Рівень ОВП (мВ) 180 Рівень рН 7,31 -115 -100 -35 -34 +122 +350 +556 10,14 9,93 8,85 8,65 7,46 5,55 4,35 Як видно з таблиці 4 електричний іонізатор дозволяє отримувати 7 різних типів води за показниками рН та ОВП. У запропонованій установці отримання питної води, блок фільтраційних елементів крім очищення води забезпечує наявність у ній такої кількості катіонів, яка у найбільшій мірі підходить для ефективного функціонування іонізатора. У кінцевому підсумку це підвищує ефективності процесу отримання води, як по глибині її очищення так і по забезпеченню бажаного рівня водневого показника рН та окисно-відновного потенціалу (ОВП). У іонізованої води катіони корисних металів знаходяться в іонній формі, тому вони легше засвоюються людським організмом. З цієї причини, вживаючи тривалий період іонізовану воду, поліпшується здоров'я організму, поліпшується імунітет і природна здатність самовідновлення організму. Джерела інформації: 1. http://www.aquaphor moscow.ru/ 2. http://wellhome.com.ua/p224789487-trojnoj-filtr-ochistkiionizatsiya.html. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Установка для отримання питної води, що складається з блока фільтруючих елементів, підключеного до джерела вхідної води та іонізатора, при цьому блок включає три послідовно з'єднаних фільтруючих елементи, кожен з яких виконаний у вигляді колби, оснащеної змінним картриджем, яка відрізняється тим, що картридж першого фільтруючого елемента оснащений ультрафільтраційною мембраною, картридж другого фільтруючого елемента оснащений іонообмінним волокном та активованим вугіллям, а картридж третього фільтруючого елемента оснащений спіненим поліпропіленом. 2. Установка для отримання питної води за п. 1, яка відрізняється тим, що ультрафільтраційна мембрана виконана з розміром 0,10,01 нм. 3. Установка для отримання питної води за п. 1, яка відрізняється тим, що іонізатор виконаний механічним або електричним. 4. Установка для отримання питної води за п. 1, яка відрізняється тим, що механічний іонізатор виконаний у вигляді корпусу з вхідними та вихідним отворами, заповнений керамічними кульками "ORP Ceramic Ball". 5. Установка для отримання питної води за п. 1, яка відрізняється тим, що іонізатор оснований на принципі електролітичної дисоціації. 5 UA 111440 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6