устройство для очистки и кондиционирования воды

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ со слоем загрузки из шунгита для первичной ее обработки в нем, включающее емкость с размещенным в ней слоем загрузки из карбонатсодержащей породы, отличающееся тем, что загрузка размещена в емкости последовательно расположенными слоями, при этом слой загрузки для первичной обработки выполнен из шунгита с концентрацией поверхностных кислотных активных групп в интервале от 1 - 15 мкг-экв/м², а последующий - из карбонатсодержащей породы, включающей микроэлементы побочных подгрупп Периодической системы в количестве от 0,001 - 0,1% от массы породы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой загрузки для первичной обработки воды выполнен из измельченного шунгита с размером частиц 1 - 5 мм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что загрузка для последующей обработки воды выполнена из измельченной доломитсодержащей породы с размером частиц 1 - 5 мм.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что загрузка для последующей обработки воды выполнена из доломитсодержащей породы, включающей, %:

Кальций - 20

Магний - 11

Железо - 0,002

Медь - 0,01

Кобальт - 0,001

Никель - 0,002

Цинк - 0,01

Хром - 0,002

Ванадий - 0,001

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкость выполнена из двух частей для первичной и последующей обработки воды, причем по меньшей мере часть поверхности каждой выполнена из пористого материала.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что часть емкости для первичной обработки выполнена из материала с размером пор 1 - 100 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению питьевой воды и может быть использовано для очистки и кондиционирования, а также минерализации водопроводных, природных и сточных вод.

Известно устройство, частично решающее задачу очистки воды от органических, минеральных и бактериальных загрязнений [1] Это устройство включает емкость с размещенной в ней загрузкой из природного содержащего кальция и магния вещества кораллового песка.

Недостаток этого устройства низкая степень очистки воды, которая обусловлена только процессами сорбции на недостаточно развитой поверхности песка. Минерализация обработанной воды соединениями кальция и магния, а также других микроэлементов происходит в пределах естественной (очень малой) растворимости их карбонатов и гидрокарбонатов, содержащихся в коралловом песке.

Наиболее близким по технической сущности и общим признакам к предлагаемому является устройство для очистки и кондиционирования воды [2] Устройство состоит из блока для насыщения обрабатываемой воды диоксидом углерода и емкости с размещенной в ней загрузкой из природного карбоната кальция и магния доломита.

Недостаток этого устройства образование в воде при ее насыщении углекислым газом угольной кислоты, рН которой для предельного насыщения не превышает 4. При этом в воде образуются карбонатные ионы, что вызывает затруднения при переходе в раствор кальция, магния и микроэлементов, входящих в состав доломита, так как карбонатный анион является одноименным по отношению к доломиту. Кроме того, в воде, обработанной по прототипу, не содержится потенциальных комплексообразователей, способствующих длительному сохранения микроэлементов в растворенном состоянии.

Цель изобретения улучшить очистку, повысить степень насыщения обработанной воды солями кальция, магния, а также микроколичествами элементов побочных подгрупп периодической системы при неизменном их содержании в процессе длительного хранения воды.

Цель достигается тем, что в устройстве для очистки и кондиционировании воды со слоем загрузки из шунгита для первичной ее обработки в нем, снижающей рН, включающем емкость с размещенным в ней слоем загрузки из карбонатсодержащей породы, эти загрузки размещены в емкости последовательно расположенными слоями. Слой загрузки для первичной обработки выполнен из шунгита с концентрацией поверхностных кислотных активных групп в интервале 1-15 мгкэкв/м², а последующий из карбонатсодержащей породы, включающей микроэлементы металлы побочных подгрупп периодической системы в количестве 0,001-0,1% от массы породы. Слой загрузки для первичной обработки воды может быть выполнен из измельченного шунгита с размером частиц 1-5 мм. Возможно выполнение устройства со слоем загрузки для последующей обработки воды из измельченной доломитсодержащей породы с размером частиц 1-5 мм. Наиболее эффективна загрузка для последующей обработки воды, выполненная из доломитсодержащей породы, включающей, кальций 20; магний 11; железо 0,002; медь 0,01; кобальт 0,001; никель 0,002; цинка 0,01; хром 0,002; ванадий 0,001. Устройство может быть исполнено в погружном варианте. Емкость такого устройства выполняется из двух разъемных частей для первичной и последующей обработки воды, причем по меньшей мере часть поверхности каждой выполнена из пористого материала. В этом случае разъемная часть емкости для первичной обработки воды выполнена из материала с размером пор 1-100 мкм.

Предложенное устройство улучшает очистку воды от тяжелых металлов, органических и бактериальных загрязнений за счет расположения слоями загрузок для первичной обработки воды, снижающей рН, выполненной из шунгита, и последующей ее обработки из карбонатсодержащей породы. Сочетание загрузок и последовательное их расположение в емкости позволяет получить воду с требуемой концентрацией кальциевых и магниевых солей, а также необходимых человеку микроэлементов.

Слой для первичной обработки воды выполнен из шунгита с концентрацией поверхностных кислотных активных групп в интервале от 1-15 мкгэкв/м². В качестве слоя загрузки карбонатсодержащей породы, включающей микроэлементы побочных подгрупп периодической системы в количестве 0,001-0,1% от массы породы, могут быть установлены такие, как доломитовые, кальцитсодержащие или коралловый песок. Карбонатсодержащие породы способны взаимодействовать с подкисленной водой. В последнюю переходят катионы кальция, магния, микроэлементов, а также карбонатные анионы, реагирующие с водой с образованием гидрокарбонатных анионов. В результате образуется питьевая гидрокарбонатная вода, содержащая 75-100 мг/л ионов кальция, 25-50 мг/л магния, а также обогащенная микроэлементами побочных подгрупп периодической системы.

Выполнение слоя загрузки из шунгита с размером частиц 1-5 мм позволяет повысить степень очистки и обеззараживания обработанной воды. Загрузка из доломитсодержащей породы с размером частиц 1-5 мм обеспечивает высокую степень насыщения воды солями кальция и магния, а также микроэлементами. Наиболее эффективна загрузка для удовлетворения физиологических потребностей человека, состоящая из доломитсодержащей породы, включающей, кальций 20; магний 11; железо 0,002; медь 0,01; кобальт 0,001; никель 0,002; цинк 0,01; хром 0,0003; ванадий 0,001 от массы породы.

Устройство может быть выполнено в погружном варианте. В этом случае в сосуд с водой устанавливают емкость с загрузкой из шунгита, а затем заменяют ее емкостью с карбонатсодержащей породой. Выполнение емкости или части ее, в зависимости от конструктивных особенностей, из пористого материала с размером пор 1-100 мкм обусловлено необходимостью легкого проникновения воды сквозь материал конструкции.

Для подтверждения значений интервалов проведены опыты, результаты которых указаны в табл. 1.

Стеклянную колонку с внутренним диаметром 65 мм загружали дробленным шунгитом фракции 1-5 мм. Высота слоя загрузки составила 30 см.

Для исследований был выбран шунгит с содержанием кислых групп на поверхности частиц в интервале 1-15 мкгэкв/м². Последовательно за слоем шунгита размещался слой карбонатсодержащей породы, включающей в своем составе микроэлементы металлы переходных подгрупп периодической системы, содержащиеся в количестве 0,001-0,1% от массы породы. Высота слоев загрузки выбиралась из условия объемного соотношения между слоями загрузки шунгит: карбонат 0,5-1,5, а фракции шунгита, как и карбонатсодержащих пород, составляли 1-5 мм.

Предельное значение скорости прохождения воды через устройство, которое обеспечивает переход в раствор оптимальных количеств кальция, магния и микроэлементов и при этом сохраняет нужную производительность установки, выбирается, исходя из степени дисперсности загрузки и диаметра емкости, содержащей загрузку. Он составлял 1-2 л/ч. Данные приведены в табл. 1 и 2, получены при скорости 1,5 л/ч. Как видно из данных табл. 2, концентрация микроэлементов в воде, обработанной заявляемым устройством, практически не изменяется.

На фиг. 1 изображено устройство для очистки кондиционирования воды проточного типа, общий вид.

Устройство состоит из калорного резервуара 1 и соединенной с ним трубки 2 для подачи исходной очищаемой воды, резервуара 3 с краном 4 для очищенной воды, размещнной в нем емкости 5 со слоем загрузки из шунгита 6, с концентрацией поверхностных кислотных активных групп в интервале 1-15 мкгэкв/м² для первичной обработки снижающей рН воды и последующим слоем на карбонатсодержащей породы 7, включающей микроэлементы побочных подгрупп четвертого периода периодической системы в количестве 0,001-0,1% от массы породы. В качестве загрузки из карбонатсодержащей породы могут быть установлены такие, как доломитовые, кальцитсодержащие или коралловый песок. Наиболее эффективно выполнение слоя загрузки для первичной обработки воды из измельченного шунгита с размером частиц 1-5 мм, а для последующей из доломитсодержащей породы с тем же размером частиц. Загрузка 7 может быть выполнена также из доломитсодержащей породы, включающей, кальций 20; магний 11; железо 0,002; медь 0,01; кобальт 0,001; никель 0,002; цинк 0,01; хром 0,002; ванадий 0,001. За слоем загрузки из карбонатсодержащей породы по ходу прохождения обрабатываемой воды в емкости 5 установлен слой фильтрующей загрузки 8, например из песка, а между слоями загрузки пористые перегородки 9. Однако устройство может быть исполнено и без них, слои загрузки при этом располагаются друг на друге. В боковой поверхности емкости 5 расположены сливные отверстия 10, сообщающие ее полость с полостью резервуара 3. Подача в устройство очищаемой воды может осуществляться как сверху вниз, так и снизу вверх. Исполнение устройства в погружном варианте предполагает выполнение емкости 5 из двух разъемных частей, устанавливаемых в сосуд с водой последовательно. Сперва устанавливают в сосуд с водой часть емкости с загрузкой из шунгита, а затем заменяют ее частью, наполненной загрузкой из карбонатсодержащей породы. Выполнение емкости или части ее, в зависимости от конструктивных особенностей, из пористого материала с размером пор 1-100 мкм, обусловлено необходимостью легкого проникновения воды сквозь материал конструкции.

Устройство работает следующим образом. Очищаемая вода, например предварительно отфильтрованная от взвешенных примесей и прошедшая обработку реагентами (хлором), заливается потребителем в напорный резервуар-накопитель 1, затем поступает по трубке 2 в нижнюю часть емкости 5 и проходит через слой загрузки из шунгита 6. Шунгит представляет собой породу, содержащую силикаты, кварц и аморфный (шунгитовый) углерод. При контакте шунгита с водой концентрация водородных ионов в ней увеличивается и по завершении времени контакта водородный показатель рН может достигать значений менее 3. При контакте с поверхностью шунгита происходит очищение воды от загрязнений как органического, так и неорганического характера, а также от бактериальных загрязнений. Одновременно на поверхности шунгита, содержащей активные кислые группы в интервале 1-20 мкгэкв/м², образуются микроколичества органических кислот, среди которых имеются двуосновные и оксикислоты (также как щавелевая, молочная, виннокаменная и т.д.). Затем вода проходит через пористую перегородку в последовательно расположенный в емкости 5 слой загрузки, выполненный из карбонатсодержащей породы 7, включающей микроэлементы металлы побочных подгрупп четвертого периода периодической системы (ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, мель, цинк) в количестве 0,001-0,1% от массы породы.

При взаимодействии подкисленной воды с карбонатной породой в воду переходят катионы кальция, магния и микроэлементов, а также карбонатные анионы, которые при взаимодействии с водой превращаются в гидрокарбонатные. Полифункциональные органические кислоты, микроколичества которых перешли в воду при контакте ее с шунгитом, являются потенциальными комплексообразователями и могут образовывать с перешедшими в водную среду микроэлементами (ионами и соединениями металлов побочных групп четвертого периода периодической системы) комплексы, позволяющие микроэлементам сохраняться в растворе при хранении, не выпадая при этом в осадок.

Наиболее эффективна загрузка 7, выполненная из доломитсодержащей породы, включающей, кальций 20; магний 11; железо 0,002; медь 0,01; кобальт 0,001; никель 0,002; цинк 0,01; хром 0,002; ванадий 0,001; марганец 0,001 от массы породы. Полученная вода относится к гидрокарбонатным водам и оптимальна по солевому составу для обеспечения жизнедеятельности человека. Затем, пройдя через песчаную загрузку 8, служащую для очистки от возможного попадания в очищенную воду взвешенных частиц из предыдущих загрузок, вода попадает через сливные отверстия 10 в резервуар 3 и через кран 4 к потребителю.

Исполнение устройства в погружном варианте предполагает выполнение емкости 5 из двух разъемных частей, устанавливаемых в сосуд с водой последовательно. Сперва устанавливают в сосуд с водой часть емкости с загрузкой из шунгита, а затем заменяют ее частью, наполненной загрузкой из карбонатсодержащей породы. Выполненные емкости или части ее, в зависимости от конструктивных особенностей, из пористого материала с размером пор 1-100 мкм обусловлено необходимостью легкого проникновения воды сквозь материал конструкции.

На фиг. 2 и 3 изображено устройство погружного типа, внешний вид. Устройство состоит из емкости, выполненной в виде двух частей. Емкость 1 для первичной обработки заполнена шунгитом, емкость 2 для вторичной обработки заполнена карбонатсодержащей породой. По меньшей мере часть поверхности каждой из частей емкости 1 и 2 выполнена из пористого материала. Размер пор 3 мoжет быть выбран из интервала 1-100 мкм.

На фиг. 4 и 5 изображено устройство погружного типа при экспозиции.

Погружное устройство работает следующим образом. В сосуд 4, заполненный очищаемой водой, вначале погружают емкость 1 и выдерживают ее в воде, затем ее вынимают и погружают в воду емкость 2. После того, как емкость 2 вынута из воды, вода считается очищенной.

Таким образом, изобретение позволяет улучшить очистку, повысить степень насыщения обработанной воды солями кальция, магния, а также микроколичествами элементов побочных подгрупп периодической системы при неизменном их содержании в процессе длительного хранения воды.