способ кондиционирования воды для питья в гермообъекте

Формула изобретения

Способ кондиционирования воды для питья в гермообъекте, заключающийся в последовательном введении в маломинерализованную воду минеральных солей, обработке на ионите в бикарбонатной форме и активированном угле и стерилизации воды, отличающийся тем, что в воду вводят растворы минеральных солей при отношении скорости введения растворов солей к скорости потока воды 1/10-1/30, а стерилизацию воды осуществляют раствором сульфата серебра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области систем обеспечения жизнедеятельности экипажей герметичных объектов, например космических кораблей, орбитальных станций, а именно к системам подготовки воды для питья.

Известен способ кондиционирования воды для питья, применяемый в системе регенерации воды из конденсата атмосферной влаги и включающий в себя обработку воды путем пропускания ее через шихту из минералов - гипса (CaSO₄), доломита CaMg(CО₃)₂, флюорита (СаF₂) и посеребренного активированного угля (Серебряков В.Н. Основы проектирования систем жизнеобеспечения экипажа космических летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1983, с.93-94).

К недостаткам способа можно отнести нестабильность механических и химических свойств минералов, что значительно сказывается на качестве получаемой питьевой воды. Кроме этого, при использовании материалов такого типа невозможно достичь высокой скорости фильтрования воды при достаточном ее кондиционировании.

Известна искусственная минерализованная питьевая вода, полученная из воды в результате работы электрохимических генераторов, ионитных или мембранных установок. Способ получения заключается в том, что в статических условиях в исходную воду последовательно вводят соли или растворы солей, содержащих ионы кальция, магния, калия, натрия, серебра, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты, фториды, ацетаты. При введении в маломинерализованную воду солей, содержащих упомянутые ионы, в представленном соотношении была получена физиологически полноценная искусственная минерализованная питьевая вода (RU, 2164498, С 02 F 1/68, 2001).

Недостатком такого способа кондиционирования воды для питья является отсутствие надежной системы для его осуществления в условиях гермообъектов, таких как космические корабли и орбитальные станции. Специфические условия невесомости при реализации этого способа могут вызывать образование осадков малорастворимых солей в системе, что недопустимо.

Анализ современного уровня техники показывает, что наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ кондиционирования воды для питья (RU, 2070149, В 64 G 1/60. 1996; стр.8, абз.2 и стр.12, абз.2), применяемый в системе регенерации воды из конденсата атмосферной влаги гермообъекта, где вода последовательно проходит через камеры, заполненные слоями минерализатора, стерилизатора, металлоуглеродного катализатора, ионитов и активированного угля, который импрегнирован серебром. В контакте с водой минерализатор выделяет необходимые для кондиционирования соли, стерилизатор выделяет ионное серебро, способствующее обеззараживанию воды, а на ионитах происходит частичный обмен ионов, выделяемых из минерализатора, на противоионы ионита.

Камеры представляют собой цилиндрические емкости, послойно заполненные вышеуказанными материалами. Материалы отделены друг от друга перфорированными перегородками

Основным недостатком такого способа является неравномерность введения солей и ионов консервирующего серебра в воду по мере выработки ресурса блока кондиционирования, то есть выделение в воду солей, в значительной степени превышающее допустимые количества (по ГОСТ Р 50804-95) после перерывов в работе и быстрое истощение материалов в процессе работы. Также отмечено, что металлоуглеродный катализатор в значительной степени отравляется хлоридами, что также снижает ресурс системы кондиционирования и ухудшает физиологические свойства воды.

В связи с этим возникла техническая задача - разработка способа кондиционирования воды для питья в гермообъекте и улучшение физиологических свойств получаемой воды.

Решение задачи в способе кондиционирования воды состоит в том, что в очищенную маломинерализованную воду в динамическом режиме последовательно вводят минеральные соли, пропускают ее через колонну с анионитом в бикарбонатной форме и активированнным углем и стерилизуют, причем минеральные соли вводят в виде растворов при отношении скорости введения растворов солей к скорости потока воды 1/10-1/30, а стерилизацию проводят раствором сульфата серебра.

Установка для кондиционирования питьевой воды содержит последовательно расположенные три узла для ввода растворов минеральных солей, снабженных ручными или автоматическими дозаторами, и колонну с анионитом в бикарбонатной форме и активированным углем, расположенную между первым и вторым узлами для ввода минеральных солей.

Анализ заявляемого способа кондиционирования воды в гермообъекте и известных технических решений показывает, что не имеется совокупности признаков, тождественых по технической сущности заявляемым. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленное решение отличается от прототипа использованием новой совокупности отличительных признаков.

Таким образом, заявляемые "способ" и "установка" соответствуют критерию изобретения "новизна". В литературе и практике отсутствуют сведения о способе, идентичном предложенному, и это не следует явным образом из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". Предложенное решение обеспечивают достижение технического результата, может быть реализовано в системах водообеспечения гермообъектов и обеспечивает возможность его многократного воспроизведения, что позволяет сделать вывод об удовлетворении заявляемого технического решения критерию "промышленная применимость".

Способ можно реализовать следующим образом. Маломинерализованная вода поступает по трубопроводу или из блока очистки или из накопительной емкости (1) в первый узел ввода солей (2), где происходит введение в нее раствора кальция хлорида или смеси растворов кальция, калия и натрия хлорида с помощью автоматического или ручного поршневого устройства (3). Затем воду пропускают через колонну с анионитом в бикарбонатной форме и активированным углем (4), далее через следующий узел (5) с помощью автоматического или ручного поршневого устройства вводят смесь растворов солей магния сульфата, натрия хлорида и калия хлорида или раствор магния сульфата (6) и вводят через следующий узел (7) с помощью автоматического или ручного поршневого устройства смесь растворов солей натрия фторида и сульфата серебра-стерилизатора (8). Далее кондиционированная стерилизованная вода поступает в накопительную емкость (9). Узел перекачки воды (на схеме не показан) может находиться как непосредственно за блоком очистки (накопительной емкостью), так и после узлов введения раствора кальция хлорида, колонны с анионитом в бикарбонатной форме и узлов введения растворов других солей. Отношение скорости введения растворов солей к скорости потока воды составляет 1/10-1/30.

В результате обработки таким способом из маломинерализованной воды получается физиологически полноценная питьевая вода хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатного класса. Вода на всем протяжении эксплуатации устройства соответствует требованиям ГОСТ Р 50804-95. Соблюдение в указанных пределах соотношения скорости введения растворов солей к скорости потока позволяет избежать осадкообразования малорастворимых солей. Использование в качестве стерилизатора раствора сульфата серебра позволяет обеспечить надежное обеззараживание воды. Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример 1.

Из емкости (1) маломинерализованную воду в количестве 50 литров под напором подают в узел введения раствора кальция хлорида (2) с объемной скоростью 50 л/час. Раствор кальция хлорида в количестве 50 мл с содержанием CaCl₂ 6,1 г вводят с помощью ручного поршневого устройства (3). Отношение скорости подачи раствора кальция хлорида к скорости подачи воды составляет 1/10. Далее приготовленный раствор поступает в колонну с анионитом в бикарбонатной форме (4). Далее раствор, в котором произошло частичное замещение хлорид-ионов на ионы бикарбоната, поступает во второй узел введения солей (5), где в него с помощью ручного поршневого устройства (6) вводят 50 мл смеси растворов солей магния сульфата (содержание MgS0₄ - 2,365 г), калия сульфата (содержание K₂S0₄ - 0,232 г), натрия хлорида (содержание NaCI - 0,394 г). Отношение скорости подачи смеси растворов к скорости подачи воды составляет 1/10. Далее раствор поступает в следующий узел введения солей (7), где в него вводят 25 мл смеси растворов солей натрия фторида (содержание NaF - 0,135 г) и серебра сульфата (содержание Ag₂SO₄ - 0,032 г), подаваемых из ручного поршневого устройства (8). Отношение скорости подачи смеси растворов к скорости подачи воды составляет 1/10. После этого раствор поступает в накопительную емкость (9). Содержание ионов в накопительной емкости составляет: кальция - 44,1 мг/л; магния - 9,4 мг/л; калия - 2,6 мг/л; натрия - 3,1 мг/л; бикарбоната - 127 мг/л; серебра - 0,45 мг/л; сульфата - 32,5 мг/л; хлорида - 9,3 мг/л; фторида - 1,16 мг/л.

Пример 2.

Аналогично примеру 1, за исключением того, что отношение скорости подачи растворов к скорости подачи воды составляет 1/30. Полученная в результате в накопительной емкости вода близка по составу воде примера 1. Такая вода удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 50804-95 для питьевой воды в гермообъекте.

Приведенные примеры не охватывают все возможные варианты по последовательности введения растворов солей и их смесей, а также их количеству.