RU2240985C1 - Method of the drinking water purification and a household pitcher type complete set for its realization - Google Patents
Method of the drinking water purification and a household pitcher type complete set for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2240985C1 RU2240985C1 RU2003113252/15A RU2003113252A RU2240985C1 RU 2240985 C1 RU2240985 C1 RU 2240985C1 RU 2003113252/15 A RU2003113252/15 A RU 2003113252/15A RU 2003113252 A RU2003113252 A RU 2003113252A RU 2240985 C1 RU2240985 C1 RU 2240985C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- sorbent
- purification
- cartridge
- ozone
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Техническое решение относится к области водоподготовки, а более конкретно - получения питьевой воды с высокими органолептическими показателями в условиях домашнего хозяйства, и может быть использовано для глубокой очистки водопроводной воды в бытовых условиях.The technical solution relates to the field of water treatment, and more specifically to the production of drinking water with high organoleptic characteristics in household conditions, and can be used for deep purification of tap water in a domestic environment.
Известно, что бытовые водоочистители подразделяются на два типа: проточные и кувшинные (1). В настоящее время наибольшее распространение в условиях домашнего хозяйства получили бытовые водоочистители кувшинного типа, так как они являются более простыми и удобными в эксплуатации. Кроме того, они лучше удовлетворяют особенностям использования питьевой воды в бытовых условиях, когда вода требуется лишь эпизодически и определенными порциями.It is known that domestic water purifiers are divided into two types: flowing and pitcher (1). Currently, household water purifiers of the pitcher type are most widely used in household conditions, as they are simpler and more convenient to use. In addition, they better satisfy the peculiarities of using drinking water in domestic conditions, when water is required only occasionally and in certain portions.
Известен способ очистки питьевой воды и водоочиститель кувшинного типа для его осуществления, в которых порцию очищаемой воды пропускают через слой активированного угля в виде дробленых частиц, на поверхности пор которых осаждены частицы серебра (1). Водоочиститель содержит кувшин, вставленную в кувшин воронку, к днищу которой закреплен сменный патрон с активированным углем, импрегнированным серебром.A known method of purification of drinking water and a jug type water purifier for its implementation, in which a portion of the purified water is passed through a layer of activated carbon in the form of crushed particles, on the pore surface of which silver particles are deposited (1). The water purifier contains a jug, a funnel inserted into the jug, to the bottom of which a removable cartridge with activated carbon impregnated with silver is fixed.
Однако осаждение частиц серебра на поверхности пор угля приводит лишь к дезинфекции воды, в то время как органолептические и другие показатели качества очищаемой воды практически не улучшаются. При этом повышается себестоимость угля, а в процессе очистки воды происходит постепенное ухудшение бактерицидного свойства сорбента и загрязненное питьевой воды частицами тяжелого металла - серебра. Кроме этого, время контакта очищаемой воды с сорбентом в этом водоочистителе не превышает одной минуты, что недостаточно для глубокой сорбционной очистки порции питьевой воды.However, the deposition of silver particles on the surface of the pores of coal leads only to disinfection of water, while organoleptic and other indicators of the quality of the purified water are practically not improved. At the same time, the cost of coal increases, and in the process of water purification a gradual deterioration of the bactericidal properties of the sorbent and contaminated drinking water with particles of a heavy metal - silver - occur. In addition, the contact time of the purified water with the sorbent in this water purifier does not exceed one minute, which is not enough for deep sorption treatment of a portion of drinking water.
Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки питьевой воды, в котором порция очищаемой воды подвергается предварительному озонированию в контактной камере и далее пропускается через слой активированного угля в виде дробленых или гранулированных частиц и/или смеси этих частиц с ионообменной смолой в водоочистителе кувшинного типа (2). Указанный способ реализован в бытовом комплекте кувшинного типа для очистки питьевой воды “Барьер”-“Озонид” (2). В этом бытовом комплекте, выбранном в качестве прототипа, порция очищаемой воды подвергается предварительному озонированию в контактной камере, представляющей собой емкость со съемной крышкой с патрубками для подвода и отвода озона, подключенными газоподводящими трубками к озонатору "Озонид" и распылителю озона, расположенному на днище контактной камеры. После озонирования порция воды пропускается через кувшинный водоочиститель "Барьер", содержащий кувшин, вставленную в кувшин воронку с закрепленным герметично и съемно ко дну этой воронки патроном, заполненным сорбентом. При предварительном озонировании очищаемой воды не только полностью уничтожаются микробы и вирусы, улучшаются практически все показатели качества питьевой воды, возвращается очищенной воде свежесть и вкус, характерные для чистых природных источников, но и увеличивается в несколько раз поглощающая способность угля. Преимуществом этого способа очистки воды является также неограниченный ресурс озонатора и минимальное потребление им электроэнергии. Поэтому сочетание предварительного озонирования очищаемой воды с ее последующей сорбционной очисткой на активированном угле признано лучшим в мире (2).Closest to the proposed one is a method for purifying drinking water, in which a portion of the water to be purified is subjected to preliminary ozonation in a contact chamber and then passed through a layer of activated carbon in the form of crushed or granular particles and / or a mixture of these particles with an ion-exchange resin in a jug type water purifier (2) . The specified method is implemented in a household set of jug type for purification of drinking water “Barrier” - “Ozonid” (2). In this household kit, selected as a prototype, a portion of the water to be purified is subjected to preliminary ozonation in a contact chamber, which is a container with a removable lid with nozzles for supplying and discharging ozone, connected by gas supply tubes to the Ozonid ozonizer, and an ozone atomizer located on the bottom of the contact cameras. After ozonation, a portion of the water is passed through the Barrier pitcher water purifier, containing the pitcher, a funnel inserted into the pitcher with a cartridge filled with a sorbent sealed and removable to the bottom of this funnel. During preliminary ozonation of the treated water, not only microbes and viruses are completely destroyed, almost all quality indicators of drinking water are improved, the freshness and taste typical of pure natural sources are returned to purified water, but the absorption capacity of coal also increases several times. The advantage of this method of water purification is also the unlimited resource of the ozonizer and its minimum energy consumption. Therefore, the combination of preliminary ozonation of purified water with its subsequent sorption treatment on activated carbon is recognized as the best in the world (2).
Способ очистки питьевой воды, выбранный в качестве прототипа, имеет следующие недостатки:The method of purification of drinking water, selected as a prototype, has the following disadvantages:
- использование озона является неэффективным из-за малого времени контакта (доли секунды) озоно-воздушных пузырьков с обрабатываемой средой;- the use of ozone is inefficient due to the short contact time (fraction of a second) of ozone-air bubbles with the treated medium;
- улучшение сорбционных свойств активированного угля под воздействием озона происходит в недостаточной степени. Рассмотрим сначала вкратце кинетику взаимодействия находящихся в среде очищаемой воды озона и примесей с частицами активированного угля в этой воде. Известно, что сорбция какого-либо вещества, - это процесс повышения концентрации этого вещества на поверхности сорбента. Отсюда следует, что в данном случае на поверхности частиц угля происходит одновременная концентрация примесей и озона, при этом плотность примесей и озона на поверхности сорбента, а также время их нахождения в сорбированном состоянии, а значит и время их контакта, в тысячи раз больше, чем в объеме очищаемой воды. Таким образом, на поверхности сорбента создаются благоприятные условия для резкого ускорения реакции окисления и наиболее полного окисления озоном поглощенных примесей. В результате окисления озоном происходит холодное “сжигание” примесей (например, происходит дробление и окисление до углекислого газа и воды основной части высокомолекулярных органических соединений), причем продукты озонолиза обладают значительно лучшей сорбируемостью. Все это способствует восстановлению сорбционной активности частиц угля и известному увеличению их сорбционной емкости при озонировании очищаемой воды. Из этого анализа следует, что для улучшения сорбционных свойств активированного угля под воздействием озона необходимо увеличить концентрацию озона и примесей на поверхности сорбента. А этого можно достичь, увеличив, с одной стороны, концентрацию озона в очищаемой воде в момент ее сорбционной очистки и, с другой стороны, интенсивность процессов массообмена между этой водой и поверхностью сорбента. Однако в данном способе очистки питьевой воды, во-первых, вследствие смещения по времени процессов озонирования и сорбционной очистки воды и быстрого распада озона (период полураспада озона в воде составляет несколько минут), во-вторых, из-за указанной выше низкой эффективности озонирования воды концентрация озона в очищаемой среде является относительно низкой. Ниже будет показано, что в данном случае и интенсивность процессов массообмена между очищаемой водой и сорбентом является относительно низкой;- Improving the sorption properties of activated carbon under the influence of ozone is insufficient. Let us first consider briefly the kinetics of the interaction of ozone and impurities in the medium of purified water with particles of activated carbon in this water. It is known that the sorption of a substance is a process of increasing the concentration of this substance on the surface of the sorbent. It follows that in this case, the concentration of impurities and ozone occurs simultaneously on the surface of coal particles, while the density of impurities and ozone on the surface of the sorbent, as well as their residence time in the sorbed state, and hence their contact time, are thousands of times longer than in the amount of purified water. Thus, favorable conditions are created on the sorbent surface for a sharp acceleration of the oxidation reaction and the most complete oxidation of absorbed impurities by ozone. As a result of ozone oxidation, cold “burning” of impurities occurs (for example, crushing and oxidation of the bulk of high molecular weight organic compounds to carbon dioxide and water), and the products of ozonolysis have much better sorption. All this helps to restore the sorption activity of coal particles and a known increase in their sorption capacity during ozonation of purified water. From this analysis it follows that to improve the sorption properties of activated carbon under the influence of ozone, it is necessary to increase the concentration of ozone and impurities on the surface of the sorbent. And this can be achieved by increasing, on the one hand, the concentration of ozone in the treated water at the time of its sorption purification and, on the other hand, the intensity of the processes of mass transfer between this water and the surface of the sorbent. However, in this method of purification of drinking water, firstly, due to the time shift of the processes of ozonation and sorption purification of water and the rapid decay of ozone (the half-life of ozone in water is several minutes), and secondly, due to the above low efficiency of ozonation of water the ozone concentration in the medium being cleaned is relatively low. It will be shown below that in this case the intensity of the processes of mass transfer between the purified water and the sorbent is relatively low;
- возможность повышения эффективности процесса очистки порции питьевой воды, потенциально заложенная в кувшинном способе очистки, не может быть реализована в способе-прототипе в полной мере, так как процессы озонирования и сорбционной очистки этой порции питьевой воды осуществляются, во-первых, раздельно в разных устройствах и в разное время и, во-вторых, в проточном режиме нахождения очищаемой воды в слое сорбента. И, как следствие, при реализации способа-прототипа водоочистители кувшинного типа имеют, как будет показано ниже, относительно низкие ресурс, производительность и более высокую себестоимость очищенной воды;- the possibility of increasing the efficiency of the process of purification of a portion of drinking water, potentially embodied in the pitcher method of purification, cannot be fully realized in the prototype method, since the processes of ozonation and sorption purification of this portion of drinking water are carried out, firstly, separately in different devices and at different times and, secondly, in the flow mode of finding purified water in the sorbent layer. And, as a result, when implementing the prototype method, pitcher type water purifiers have, as will be shown below, relatively low resource, productivity and higher cost of purified water;
- неудобство при реализации способа-прототипа в быту, так как при этом требуется осуществление нескольких дополнительных операций, связанных с предварительным озонированием очищаемой воды в отдельной контактной камере, и дополнительное количество времени.- inconvenience in the implementation of the prototype method in everyday life, since it requires the implementation of several additional operations associated with the preliminary ozonation of the purified water in a separate contact chamber, and an additional amount of time.
Бытовой комплект, принятый в качестве прототипа, обладает, в дополнение к вышеперечисленным недостаткам способа-прототипа, следующими недостатками:The household kit, adopted as a prototype, has, in addition to the above disadvantages of the prototype method, the following disadvantages:
- относительно малая длина траектории движения очищаемой воды в слое сорбента, что связано с относительно малой высотой патрона в прототипе. Данное обстоятельство ухудшает интенсивность контакта этой воды с сорбентом;- a relatively small length of the trajectory of the purified water in the sorbent layer, which is associated with the relatively small height of the cartridge in the prototype. This circumstance worsens the intensity of contact of this water with the sorbent;
- неэффективное использование временного ресурса водоочистителей кувшинного типа. Действительно, в прототипе обработка очищаемой воды сорбентом длится менее одной минуты и в основной части промежутка времени до подачи следующей порции воды в слой сорбента (а этот промежуток обычно составляет более одного часа) очистка воды не происходит. Однако, в течение такого относительно короткого промежутка времени контакта извлечение примесей из воды сорбентом происходит в недостаточной степени. Известно, что поглощение примесей из водной среды твердыми частицами сорбента зависит от процессов массопереноса в этой среде и массообмена на поверхности сорбента. С одной стороны, эти процессы обладают определенной инерцией и с увеличением времени контакта очищаемой среды с сорбентом происходит лишь плавное увеличение извлекаемости примесей. С другой стороны, происходит довольно быстрое сорбционное насыщение внешней активной поверхности сорбента и дальнейшая кинетика сорбционного процесса определяется, во первых, процессом диффузии извлекаемых примесей в транспортных порах внутри частиц угля. Однако из-за малых диаметров этих пор и, как следствие, значительных сил вязкости в них для указанной диффузии требуется время, значительно превосходящее указанное время контакта очищаемой воды и сорбента в прототипе. Во вторых, вследствие показанного выше относительно медленного восстановления под окисляющим воздействием озона сорбционной активности угля в прототипе такое малое количество времени контакта очищаемой воды с сорбентом является недостаточным для указанного восстановления (особенно активности угля по трудноокисляемым загрязнителям), что с ростом количества пропущенной воды ухудшает степень очистки этой воды. Таким образом, для более глубокой и надежной очистки воды следует существенно увеличить длительность и интенсивность контакта этой воды с сорбентом;- inefficient use of the temporary resource of pitcher type water purifiers. Indeed, in the prototype, the treatment of the purified water with a sorbent lasts less than one minute and in the main part of the period of time until the next portion of water is fed into the sorbent layer (and this period is usually more than one hour), the water does not purify. However, during such a relatively short period of contact time, the extraction of impurities from water by the sorbent is insufficient. It is known that the absorption of impurities from an aqueous medium by solid particles of a sorbent depends on the processes of mass transfer in this medium and mass transfer on the surface of the sorbent. On the one hand, these processes have a certain inertia and with an increase in the contact time of the medium to be cleaned with the sorbent, only a gradual increase in the extractability of impurities occurs. On the other hand, a rather rapid sorption saturation of the external active surface of the sorbent occurs and the further kinetics of the sorption process is determined, firstly, by the diffusion of recoverable impurities in transport pores inside the coal particles. However, due to the small diameters of these pores and, as a result, significant viscosity forces in them, the indicated diffusion requires a time significantly exceeding the specified contact time of the purified water and the sorbent in the prototype. Secondly, due to the relatively slow recovery of the sorption activity of coal in the prototype under the oxidizing influence of ozone in the prototype, such a small amount of contact time of the purified water with the sorbent is insufficient for this recovery (especially the activity of coal against hardly oxidizable pollutants), which worsens the degree of purification with an increase in the amount of water passed through this water. Thus, for a deeper and more reliable water treatment, the duration and intensity of contact of this water with the sorbent should be significantly increased;
- неэффективное использование объема бытового комплекта кувшинного типа и, как следствие, относительно низкие производительность и ресурс непрерывной (то есть без замены сорбента) работы этого комплекта. Эти характеристики сорбционных водоочистителей при прочих равных условиях определяются количеством сорбента в них. Однако в прототипе объем сорбента в общем объеме бытового комплекта (то есть с учетом объема контактной камеры) составляет менее 5%. А остальная часть объема бытового комплекта (а это более 95%) используется просто как резервуар для неочищенной (объем воронки), озонированной (объем контактной камеры) и очищенной (объем кувшина) воды и в процессе сорбционной очистки воды вообще не участвует и участвует лишь частично (объем контактной камеры) и в течение лишь нескольких минут в процессе озонирования очищаемой воды;- inefficient use of the volume of the household jug-type kit and, as a result, the relatively low productivity and continuous resource (that is, without replacing the sorbent) of this kit. All other things being equal, these characteristics of sorption water purifiers are determined by the amount of sorbent in them. However, in the prototype, the volume of the sorbent in the total volume of the household kit (that is, taking into account the volume of the contact chamber) is less than 5%. And the rest of the volume of the household kit (and this is more than 95%) is used simply as a reservoir for untreated (funnel volume), ozonized (contact chamber volume) and purified (pitcher volume) water and does not participate at all in the sorption water treatment process and only partially participates (volume of the contact chamber) and for only a few minutes in the process of ozonation of the treated water;
- низкая надежность очистки питьевой воды и невозможность использовать в полном объеме сорбционную емкость активированного угля (что эквивалентно уменьшению его сорбционной емкости). Это связано, с одной стороны, с необходимостью частой смены патрона в условиях интенсивной его эксплуатации и отсутствия индикаторов качества очистки воды, и, с другой стороны, относительно малым количеством времени контакта очищаемой воды с сорбентом;- low reliability of drinking water purification and the inability to use the sorption capacity of activated carbon in full (which is equivalent to a decrease in its sorption capacity). This is due, on the one hand, to the need for frequent cartridge changes under conditions of intensive use and the lack of indicators for the quality of water treatment, and, on the other hand, to the relatively small amount of contact time of the treated water with the sorbent;
- неудобство в эксплуатации. Это связано, с одной стороны, с необходимостью частой смены патрона в условиях отсутствия индикаторов качества очистки воды. С другой стороны, с необходимостью осуществления нескольких дополнительных операций, связанных с предварительным озонированием очищаемой воды в отдельной контактной камере (которое к тому же требует затраты определенного количества времени);- inconvenience in operation. This is due, on the one hand, to the need for frequent cartridge changes in the absence of indicators of the quality of water treatment. On the other hand, with the need to carry out several additional operations related to the preliminary ozonation of the treated water in a separate contact chamber (which also requires a certain amount of time);
- относительно высокая себестоимость единицы очищенной воды, что является следствием показанного выше неэффективного использования озона, сорбента, объемного и временного ресурсов бытового комплекта кувшинного типа;- the relatively high cost per unit of purified water, which is a consequence of the ineffective use of ozone, sorbent, volumetric and temporary resources of the jug type household kit shown above;
- некомпактность (бытовой комплект содержит отдельные контактную камеру, кувшинный фильтр, озонатор, крышку контактной камеры с патрубками, газоподводящими трубками и распылителем озона);- non-compactness (household kit contains a separate contact chamber, pitcher filter, ozonizer, contact chamber cover with nozzles, gas supply tubes and an ozone atomizer);
- неспособность очищать воду с высокой исходной степенью загрязнения, что связано с указанными выше относительно малыми значениями времени контакта воды с сорбентом и длины траектории движения этой воды в слое сорбента прототипа.- the inability to purify water with a high initial degree of pollution, which is associated with the above relatively small values of the time of contact of water with the sorbent and the length of the trajectory of this water in the sorbent layer of the prototype.
Таким образом, в прототипах как способа, так и устройства использование озона, сорбционных свойств угля, объема бытового комплекта кувшинного типа, возможностей кувшинного способа очистки воды осуществляется неэффективно.Thus, in the prototypes of both the method and the device, the use of ozone, the sorption properties of coal, the volume of the household kit of the pitcher type, and the capabilities of the pitcher method of water purification are inefficient.
Решаемой технической задачей изобретения является более рациональное использование озона, сорбента, объема водоочистителя кувшинного типа, возможностей кувшинного способа очистки и на основе этого создание нового более компактного, надежного и удобного в эксплуатации бытового комплекта кувшинного типа для очистки питьевой воды, который при неизменном общем объеме будет иметь более высокие ресурс работы, производительность и степень очистки воды, более низкую себестоимость единицы очищенной воды и будет способно сохранить глубину очистки воды при высокой исходной концентрации примесей.The technical task of the invention to be solved is a more rational use of ozone, a sorbent, a volume of a water purifier of a pitcher type, the possibilities of a pitcher method of purification, and based on this, the creation of a new, more compact, reliable and easy-to-use household kit of a pitcher type for treating drinking water, which will have a constant total volume have a higher service life, productivity and degree of water purification, lower cost per unit of purified water and will be able to maintain a depth of Cleaning the water at high initial concentration of impurities.
Решение технической задачи в способе очистки питьевой воды бытовым комплектом кувшинного типа, включающем озонирование порции очищаемой воды и ее очистку в слое сорбента, в качестве которого используют активированный уголь в виде частиц и/или смесь этих частиц с ионообменной смолой, достигается тем, что озонирование порции воды осуществляют во время нахождения этой порции воды непосредственно в слое сорбента, при этом совместную очистку порции воды озоном и сорбентом осуществляют в статическом режиме нахождения этой воды в слое сорбента и в течение всего интервала времени до подачи в данный слой сорбента следующей порции воды.The solution of the technical problem in the method of purifying drinking water with a household jug-type kit, including ozonizing a portion of the water to be purified and purifying it in a sorbent layer, using activated carbon in the form of particles and / or a mixture of these particles with an ion-exchange resin, is achieved by the fact that the portion is ozonized water is carried out while this portion of water is directly in the sorbent layer, while the simultaneous cleaning of the portion of water with ozone and sorbent is carried out in a static mode of finding this water in the sorbent layer This and during the entire time interval until the next portion of water is fed into this sorbent layer.
Решение технической задачи в бытовом комплекте кувшинного типа для очистки питьевой воды, содержащем контактную камеру с размещенным на ее днище распылителем озона, воронку, патрон, заполненный сорбентом и закрепленный ко дну воронки, достигается тем, что воронка с патроном вставлены в контактную камеру, снабженную сливным краном, при этом объем патрона, днище которого выполнено сетчатым, превышает объем воронки не менее чем в четыре раза.The solution to the technical problem in a household jug-type kit for drinking water purification, containing a contact chamber with an ozone atomizer placed on its bottom, a funnel, a cartridge filled with a sorbent and fixed to the bottom of the funnel, is achieved by the fact that the funnel with a cartridge is inserted into a contact chamber equipped with a drain crane, while the volume of the cartridge, the bottom of which is made mesh, exceeds the volume of the funnel at least four times.
Верхний край воронки может быть размещен на уровне верхнего края контактной камеры, сливной кран которой размещен на расстоянии 10 см от ее днища, а днище патрона, в центральной части которого может быть выполнена выемка для размещения распылителя озона, может быть расположено на расстоянии 5-10 мм от днища контактной камеры.The upper edge of the funnel can be placed at the level of the upper edge of the contact chamber, the drain valve of which is placed at a distance of 10 cm from its bottom, and the bottom of the cartridge, in the central part of which a recess can be made to accommodate an ozone atomizer, can be located at a distance of 5-10 mm from the bottom of the contact chamber.
Патрон может быть выполнен так, что его высота превышает осредненный поперечный размер этого патрона не менее чем в два раза, при этом патрон состоит из трех частей: расположенной в воронке верхней части, боковые стенки которой выполнены дырчатыми; нижней части, зазор между боковыми стенками которой и контактной камеры составляет 2-5 мм; средней части, боковые стенки которой плавно переходят в боковые стенки верхней и нижней частей патрона. Ко всей наружной боковой поверхности верхней части патрона может быть закреплен сменный механический фильтр, а патрон снабжен сетчатой крышкой.The cartridge can be made so that its height exceeds the average lateral size of this cartridge at least twice, while the cartridge consists of three parts: located in the funnel of the upper part, the side walls of which are perforated; the lower part, the gap between the side walls of which and the contact chamber is 2-5 mm; the middle part, the side walls of which smoothly pass into the side walls of the upper and lower parts of the cartridge. A replaceable mechanical filter can be fixed to the entire outer side surface of the upper part of the cartridge, and the cartridge is equipped with a mesh cover.
На чертеже изображен пример конкретной реализации предложенного бытового комплекта кувшинного типа для осуществления заявленного способа очистки питьевой воды.The drawing shows an example of a specific implementation of the proposed household kit pitcher type for implementing the claimed method of purification of drinking water.
Бытовой комплект кувшинного типа, изображенный на чертеже, содержит контактную камеру 1 с размещенным на ее днище распылителем озона 2, воронку 3, патрон 4, заполненный сорбентом 5 и закрепленный герметично и съемно ко дну воронки 3. Воронка 3 с патроном 4 вставлены в контактную камеру 1, причем верхний край воронки 3 размещен на уровне верхнего края этой камеры. Контактная камера 1 снабжена размещенным на заданном расстоянии от днища этой камеры сливным краном 6. Объем патрона 4, днище 7 которого выполнено сетчатым, превышает объем воронки 3 не менее чем в четыре раза. Днище 7 патрона 4, в центральной части которого имеется выемка 8 для размещения распылителя озона 2, расположено на расстоянии 5-10 мм от днища контактной камеры 1. Патрон 4, высота которого превышает его осредненный поперечный размер не менее чем в два раза, выполнен состоящим из трех частей: расположенной в воронке 3 верхней части, боковые стенки которой выполнены дырчатыми; нижней части, зазор между боковыми стенками которой и контактной камеры 1 составляет 2-5 мм; средней части, боковые стенки которой плавно переходят в боковые стенки верхней и нижней частей патрона 4. Ко всей наружной боковой поверхности верхней части патрона 4 закреплен сменный механический фильтр 9, а патрон 4 снабжен сетчатой крышкой 10. Распылитель озона 2 подключен газоподводящей трубкой 11 к озонатору 12, размещенному под контактной камерой 1 и снабженному реле времени. Воронка 3 снабжена крышкой 13. Верхняя часть пространства воронки 3 через отверстия 14 газоподводящей трубкой 15 соединена с озонатором 12.The jug-type household kit shown in the drawing contains a contact chamber 1 with an ozone atomizer 2 placed on its bottom, a funnel 3, a cartridge 4 filled with a sorbent 5 and fixed tightly and removably to the bottom of the funnel 3. A funnel 3 with a cartridge 4 is inserted into the contact chamber 1, and the upper edge of the funnel 3 is placed at the level of the upper edge of this chamber. The contact chamber 1 is equipped with a drain valve 6 located at a predetermined distance from the bottom of this chamber. The volume of the cartridge 4, the bottom 7 of which is mesh, exceeds the volume of the funnel 3 by at least four times. The bottom 7 of the cartridge 4, in the central part of which there is a recess 8 for accommodating an ozone atomizer 2, is located at a distance of 5-10 mm from the bottom of the contact chamber 1. The cartridge 4, the height of which exceeds its average lateral dimension by at least two times, is made up of three parts: located in the funnel 3 of the upper part, the side walls of which are perforated; the lower part, the gap between the side walls of which and the contact chamber 1 is 2-5 mm; the middle part, the side walls of which smoothly pass into the side walls of the upper and lower parts of the cartridge 4. A replaceable mechanical filter 9 is fixed to the entire outer side surface of the upper part of the cartridge 4, and the cartridge 4 is equipped with a mesh cover 10. The ozone atomizer 2 is connected by a gas supply pipe 11 to the ozonizer 12, located under the contact chamber 1 and equipped with a time relay. The funnel 3 is provided with a cover 13. The upper part of the space of the funnel 3 through the holes 14 of the gas supply tube 15 is connected to the ozonizer 12.
В качестве сорбента 5 могут использоваться активированные угли в виде дробленных или гранулированных частиц и/или смесь этих частиц с ионообменной смолой.As the sorbent 5, activated carbons in the form of crushed or granular particles and / or a mixture of these particles with an ion exchange resin can be used.
Рассмотрим осуществление предлагаемого способа с помощью бытового комплекта кувшинного типа, изображенного на чертеже. В начале эксплуатации предложенного комплекта его заполняют через воронку 3 очищаемой водой и включают озонатор 12. Реле времени, настроенное на заданное количество времени, зависящее от объема патрона 4 и качества очищаемой воды, отключает озонатор 12 через указанное количество времени. Очищенную воду при первых нескольких заправках следует слить. Емкость (например, чайник) для очищенной воды (не показана) ставят под сливным краном 6 и открывают этот кран. При этом из сливного крана 6 начинает вытекать уже очищенная вода, находящаяся в пространстве между стенками контактной камеры 1 и патрона 4 выше уровня этого крана. Одновременно, неочищенная вода, находящаяся в воронке 3, начинает вытеснять уже очищенную воду из патрона 4 в пространство между стенками этого патрона и контактной камеры 1. Далее, не дожидаясь слива необходимого количества очищенной воды, открывают крышку 13 и в воронку 3 заливают очередную порцию очищаемой воды. За счет размещения сливного крана 6 на заданном расстоянии от днища контактной камеры 1 можно добиться достаточно высокой скорости слива очищенной воды из контактной камеры 1 (не менее 1 л/мин). При этом вследствие, во-первых, относительно большого объема сорбента 5 в патроне 4, во-вторых, постоянной заполненности водой слоя сорбента 5 (при этом отсутствуют приводящие к поднятию угольной пыли взаимные перемещения частиц сорбента 5) вытеснение очищенной воды из патрона 4 неочищенной водой из воронки 3 происходит в спокойном режиме без поднятия угольной пыли (испытания показали, что в слитой воде угольная пыль отсутствует даже в случае слива воды при работающем озонаторе). Объем воронки 3 должен быть подобран так, чтобы он был примерно равен объему обычной порции очищенной воды, потребляемому пользователем. Однако, как будет показано ниже, в случае необходимости большей порции очищенной воды предложенный бытовой комплект позволяет извлечь из него непрерывно и достаточно быстро (со скоростью не менее 1 л/мин) необходимое количество очищенной воды с высокой степенью очистки, что выгодно отличает его от прототипа. Для этого достаточно дольше подержать открытым сливной кран 6 и эпизодически доливать воду в воронку 3.Consider the implementation of the proposed method using a household kit pitcher type shown in the drawing. At the beginning of the operation of the proposed kit, it is filled through the funnel 3 with purified water and the ozonator 12 is turned on. A time relay configured for a given amount of time, depending on the volume of the cartridge 4 and the quality of the purified water, turns off the ozonizer 12 after the specified amount of time. The purified water should be drained during the first few refuelings. A container (for example, a kettle) for purified water (not shown) is placed under the drain valve 6 and open this valve. In this case, already purified water starts to flow out of the drain valve 6, located in the space between the walls of the contact chamber 1 and the cartridge 4 above the level of this valve. At the same time, the untreated water located in the funnel 3 starts to displace already purified water from the cartridge 4 into the space between the walls of this cartridge and the contact chamber 1. Then, without waiting for the required amount of purified water to be drained, open the lid 13 and pour another portion of the purified water into the funnel 3 water. By placing the drain valve 6 at a predetermined distance from the bottom of the contact chamber 1, it is possible to achieve a sufficiently high discharge rate of purified water from the contact chamber 1 (at least 1 l / min). Moreover, due to, firstly, the relatively large volume of the sorbent 5 in the cartridge 4, and secondly, the sorbent 5 layer is constantly filled with water (there are no mutual displacements of the particles of the sorbent 5 causing coal dust to rise), the purified water is displaced from the cartridge 4 by untreated water from funnel 3 it occurs in a quiet mode without raising coal dust (tests have shown that coal dust is absent in the drained water even in case of water discharge when the ozonizer is running). The volume of the funnel 3 should be selected so that it is approximately equal to the volume of the usual portion of purified water consumed by the user. However, as will be shown below, if a larger portion of purified water is needed, the proposed household kit allows you to extract from it continuously and fairly quickly (at a speed of at least 1 l / min) the required amount of purified water with a high degree of purification, which distinguishes it from the prototype . To do this, it is enough to hold the drain valve 6 open longer and occasionally add water to the funnel 3.
После слива необходимого количества очищенной воды закрывают сливной кран 6, дополняют водой воронку 3 до верхнего уровня, закрывают крышку 13 воронки 3 и включают озонатор 12. При этом из распылителя озона 2 в нижнюю часть контактной камеры 1 начинает поступать озон в виде мелких озоно-воздушных пузырьков, которые полностью попадают через сетчатое днище 7 в нижнюю часть патрона 4 и, двигаясь в очищаемой среде по сложной траектории между частицами сорбента 5, при этом часто останавливаясь и иногда объединяясь друг с другом, поднимаются вверх, проходят через сетчатую крышку 10 патрона 4 и оказываются в верхней части воронки 3. Остатки озона из этой верхней части воронки 3 выводятся через отверстия 14 и заново поступают в озонатор 12 по газоотводящей трубке 15. Реле времени отключает озонатор 12 через заданное количество времени, причем в случае необходимости (например, при высокой исходной загрязненности очищаемой воды) может быть осуществлено периодическое включение и отключение этого озонатора определенное количество раз. Залитая в воронку 3 новая порция очищаемой воды проходит через механический фильтр 9, в котором задерживаются относительно крупные механические примеси, и через дырчатые стенки попадает в верхнюю часть патрона 4 (здесь следует отметить, что нахождение верхней части патрона 4 непосредственно внутри воронки 3 не только удлиняет длину траекторий движения, с одной стороны, озоно-воздушных пузырьков в очищаемой среде, а, с другой стороны, очищаемой воды в слое сорбента, но и позволяет существенно увеличить фильтрующую поверхность механического фильтра 9 и тем самым значительно увеличить пропускную способность этого фильтра). Далее эта новая порция воды в течение 1-2 минут вытесняет из патрона 4 уже очищенную воду из предыдущей порции в пространство между боковыми стенками контактной камеры 1 и патрона 4 (далее через сливной кран 6 в емкость для очищенной воды) и занимает в патроне 4 место вытесненной ею очищенной воды, где находится в статическом режиме до открытия сливного крана 6 и подачи в воронку 3 следующей порции очищаемой воды. Очевидно, что статический режим очистки каждой порции воды озоном и сорбентом 5 в патроне 4 возможен только в том случае, когда объем этой порции не больше объема очищенной воды, вытесненной ею из патрона 4. Измерения показали, что отношение объема патрона 4 к объему воды, слитой из этого патрона в течение 1-3 минут, практически не зависит от марки активированного угля, формы и объема патрона 4, времени слива и в среднем с достаточной степенью точности можно принять равным 4. Таким образом, совместная очистка озоном и сорбентом 5 каждой порции очищаемой воды в статическом режиме нахождения этой порции воды в слое сорбента 5 и в течение всего интервала времени до подачи в данный слой сорбента следующей порции очищаемой воды возможна лишь в том случае, когда объем патрона 4 превышает объем воронки 3 (точнее, объем порции воды) не менее чем в 4 раза.After draining the required amount of purified water, close the drain valve 6, add funnel 3 to the upper level with water, close the lid 13 of the funnel 3 and turn on the ozonator 12. At the same time, ozone in the form of small ozone-air begins to flow from the ozone atomizer 2 into the lower part of the contact chamber 1. bubbles that completely fall through the mesh bottom 7 into the lower part of the cartridge 4 and, moving in a cleaned medium along a complex path between the particles of the sorbent 5, while often stopping and sometimes uniting with each other, rise up, go through the mesh cover 10 of the cartridge 4 and end up in the upper part of the funnel 3. The ozone residues from this upper part of the funnel 3 are discharged through the holes 14 and re-enter the ozonizer 12 through the exhaust pipe 15. The time relay turns off the ozonator 12 after a specified amount of time, and if necessary (for example, with a high initial contamination of the treated water), this ozonizer can be periodically turned on and off a certain number of times. A new portion of the purified water poured into the funnel 3 passes through a mechanical filter 9, in which relatively large mechanical impurities are retained, and through the hole walls it enters the upper part of the cartridge 4 (it should be noted that the presence of the upper part of the cartridge 4 directly inside the funnel 3 not only extends the length of the trajectories of movement, on the one hand, of ozone-air bubbles in the medium to be cleaned, and, on the other hand, of the water to be purified in the sorbent layer, but also allows you to significantly increase the filtering surface of the mechanical filter 9 and thereby significantly increase the throughput of this filter). Then, this new portion of water within 1-2 minutes displaces already purified water from the cartridge 4 from the previous portion into the space between the side walls of the contact chamber 1 and the cartridge 4 (then through the drain valve 6 into the tank for purified water) and takes the 4th place in the cartridge the purified water displaced by it, where it is in static mode until the drain valve 6 is opened and the next portion of the purified water is fed into the funnel 3. Obviously, the static regime of cleaning each portion of water with ozone and sorbent 5 in cartridge 4 is possible only when the volume of this portion is not larger than the volume of purified water displaced by it from cartridge 4. Measurements showed that the ratio of the volume of cartridge 4 to the volume of water drained from this cartridge within 1-3 minutes, practically does not depend on the brand of activated carbon, the shape and volume of the cartridge 4, the discharge time and, on average, with a sufficient degree of accuracy can be taken equal to 4. Thus, the joint cleaning of each portion with ozone and sorbent 5 cleaning water in the static mode of finding this portion of water in the sorbent layer 5 and during the entire time interval until the next portion of purified water is fed into this sorbent layer is possible only when the volume of cartridge 4 exceeds the volume of funnel 3 (more precisely, the volume of a portion of water) no less than 4 times.
Замену сменного патрона 4 в предложенном бытовом комплекте осуществляют следующим образом. Вынимают из контактной камеры 1 воронку 3 с закрепленным к ней патроном 4, откручивают эту воронку от использованного патрона и закручивают на новый патрон. Далее споласкивают контактную камеру и вставляют в нее воронку 3 с новым патроном 4. Очищенную воду при первых нескольких заправках воронки 3 следует слить.The replacement of the replaceable cartridge 4 in the proposed household kit is as follows. A funnel 3 is removed from the contact chamber 1 with a cartridge 4 fixed to it, this funnel is unscrewed from the used cartridge and twisted onto a new cartridge. Next, rinse the contact chamber and insert a funnel 3 with a new cartridge 4. Into it, the purified water should be drained during the first few refuelings of the funnel 3.
Пример. Бытовой комплект кувшинного типа для очистки питьевой воды, изображенный на чертеже, является цилиндрическим и имеет диаметр 16 см, высоту 35 см и объем 7 л (а вместе с озонатором “Озонид” 12, размещенным внизу, имеет общую высоту 42 см и объем 8,5 л). Воронка 3 имеет глубину 9 см, диаметр 15,5 см и объем 1,25 л (не считая объема находящейся в воронке 3 верхней части патрона 4). Патрон 4 имеет высоту 34 см, диаметр нижней части равен 15,5 см, а верхней части - 8 см. Отношение объема патрона 4, который равен 5 л, к объему воронки 3 (другими словами, отношение объема сорбента 5 к объему порции очищенной воды) составляет 4. Отношение среднего диаметра патрона 4 к его высоте составляет 2,5. Расстояние от днища контактной камеры 1 до уровня сливного крана 6 составляет 10 см.Example. The household jug-type kit for drinking water purification, shown in the drawing, is cylindrical and has a diameter of 16 cm, a height of 35 cm and a volume of 7 l (and together with the ozonizer “Ozonid” 12 located below, has a total height of 42 cm and a volume of 8, 5 l). Funnel 3 has a depth of 9 cm, a diameter of 15.5 cm and a volume of 1.25 L (not counting the volume located in the funnel 3 of the upper part of the cartridge 4). The cartridge 4 has a height of 34 cm, the diameter of the lower part is 15.5 cm, and the upper part is 8 cm. The ratio of the volume of cartridge 4, which is 5 l, to the volume of the funnel 3 (in other words, the ratio of the volume of sorbent 5 to the volume of a portion of purified water ) is 4. The ratio of the average diameter of the cartridge 4 to its height is 2.5. The distance from the bottom of the contact chamber 1 to the level of the drain valve 6 is 10 cm.
В качестве сорбента 5 использовался дробленный активированный уголь БАУ-МФ производства ОАО “Сорбент” (г. Пермь).As sorbent 5, BAU-MF crushed activated carbon manufactured by Sorbent OJSC (Perm) was used.
Водопроводная вода подвергалась очистке в бытовом комплекте “Барьер”-“Озонид” (прототип) и в предложенном бытовом комплекте. Озонаторы и длительность озонирования (10 минут) в обоих комплектах были одинаковы. Так как рабочие характеристики водоочистителей сорбционного типа находятся в прямой зависимости от количества сорбента в них, сравнение результатов испытаний прототипа и предлагаемого водоочистителя проводилось при одинаковых значениях отношения объема очищенной воды к объему очищающего сорбента (обозначим это отношение через Vотн).Tap water was purified in the household set “Barrier” - “Ozonide” (prototype) and in the proposed household kit. Ozonizers and the duration of ozonation (10 minutes) were the same in both sets. Since the performance of sorption-type water purifiers is directly dependent on the amount of sorbent in them, a comparison of the test results of the prototype and the proposed water purifier was carried out at the same ratio of the volume of purified water to the volume of the cleaning sorbent (we denote this ratio by V rel ).
Эффективность процесса очистки воды оценивалась по перманганатной окисляемости (ХПК), являющейся интегральной характеристикой степени очистки воды, путем анализа проб по стандартной методике. Для большей наглядности сравнения результаты анализов представлены как отношение ХПК воды, очищенной в прототипе (ХПКпрот), к ХПК воды, очищенной в предложенном водоочистителе (ХПКпред), взятыми при одинаковых значениях отношения объема очищенной воды к объему очищающего сорбента. Количество времени нахождения очищаемой воды в статическом режиме в слое сорбента 5 предложенного комплекта составляло 20 минут и было равно количеству времени, затрачиваемому в прототипе на предварительное озонирование и пропускание через фильтр “Барьер” воды в количестве 1,2 л. Кроме испытаний, направленных на сопоставление эффективности очистки воды в известном и предложенном бытовых комплектах, результаты которых представлены в таблице, были также проведены в предложенном бытовом комплекте дополнительные испытания: 1) с более длительной сорбционной очисткой воды (60 минут) без изменения времени озонирования; 2) с более длительным озонированием; 3) с модельным раствором (сточная вода, прошедшая биологическую очистку) с исходной высокой степенью загрязнений.The effectiveness of the water purification process was evaluated by permanganate oxidation (COD), which is an integral characteristic of the degree of water purification, by analyzing samples using a standard method. For greater clarity of comparison, the results of the analyzes are presented as the ratio of the COD of water purified in the prototype (COD prot ) to the COD of water purified in the proposed water purifier (COD before ) taken at the same values of the ratio of the volume of purified water to the volume of the cleaning sorbent. The amount of time that the purified water was in static mode in the sorbent layer 5 of the proposed kit was 20 minutes and was equal to the amount of time spent in the prototype for preliminary ozonation and passing through the Barrier filter water in an amount of 1.2 liters. In addition to tests aimed at comparing the effectiveness of water treatment in the known and proposed household kits, the results of which are presented in the table, additional tests were also carried out in the proposed household kit: 1) with a longer sorption water purification (60 minutes) without changing the ozonation time; 2) with longer ozonation; 3) with a model solution (biological wastewater) with an initial high degree of pollution.
Полученные данные показывают, что в начальный период эксплуатации (до 50 л очищенной воды или Vотн = 250) степень очистки воды в прототипе лишь незначительно хуже степени очистки воды в предложенном комплекте. Это объясняется тем, что более высокая эффективность процесса очистки в предложенном комплекте компенсируется более высокой активностью сорбента (кокосового угля) в прототипе по сравнению с березовым углем в предложенном водоочистителе. Однако с ростом относительного расхода Vотн начинает сказываться преимущество предлагаемого способа очистки, что объясняется следующими обстоятельствами. В то время как степень очистки воды в предложенном комплекте практически не меняется, в прототипе вследствие неэффективного использования озона сорбционная активность угля восстанавливается в недостаточной степени. При этом из-за относительно малых значений времени контакта очищаемой воды с сорбентом (менее одной минуты) и длины траектории движения воды в слое сорбента (длина траектории движения воды в прототипе в пять раз меньше, чем в предложенном комплекте) в прототипе некоторое количество примесей начинает проскакивать через этот слой сорбента, причем это количество с ростом относительного объема очищенной воды возрастает. Отсюда, в частности, следует, что несмотря на более низкие исходные сорбционные характеристики дешевого березового угля его сорбционная активность и сорбционная емкость в предложенном комплекте оказываются более высокими по сравнению с аналогичными характеристиками дорогого кокосового угля в прототипе, то есть происходит улучшение сорбционных характеристик активированного угля.The data obtained show that in the initial period of operation (up to 50 l of purified water or V rel = 250), the degree of water purification in the prototype is only slightly worse than the degree of water purification in the proposed kit. This is because the higher efficiency of the cleaning process in the proposed kit is offset by the higher activity of the sorbent (coconut coal) in the prototype compared to birch coal in the proposed water purifier. However, with an increase in the relative consumption V rel , the advantage of the proposed cleaning method begins to affect, which is explained by the following circumstances. While the degree of water purification in the proposed kit is practically unchanged, in the prototype due to the inefficient use of ozone, the sorption activity of coal is insufficiently restored. Moreover, due to the relatively small values of the contact time of the purified water with the sorbent (less than one minute) and the length of the trajectory of water in the sorbent layer (the length of the trajectory of water in the prototype is five times less than in the proposed set) in the prototype, a certain amount of impurities begins slip through this sorbent layer, and this amount increases with an increase in the relative volume of purified water. From this, in particular, it follows that despite the lower initial sorption characteristics of cheap birch coal, its sorption activity and sorption capacity in the proposed set are higher compared to the similar characteristics of expensive coconut coal in the prototype, that is, there is an improvement in the sorption characteristics of activated carbon.
Испытания, проведенные с предложенным комплектом при разных значениях времени очистки воды сорбентом 5 и озоном, исходной загрязненности очищаемой воды, показали, что увеличение как времени контакта очищаемой воды с сорбентом, так и времени озонирования этой воды в слое сорбента не приводит к существенному улучшению степени очистки относительно чистой водопроводной воды. Это позволяет говорить о высокой надежности очистки этой воды в предложенном комплекте. Однако при очистке модельной воды с высокой степенью исходной загрязненности указанное увеличение времени совместной очистки воды сорбентом и озоном оказывает существенное положительное влияние на степень очистки воды, причем более сильное влияние оказывало увеличение времени озонирования воды.Tests conducted with the proposed kit for different values of the time of water purification by sorbent 5 and ozone, the initial contamination of the purified water, showed that an increase in both the contact time of the purified water with the sorbent and the time of ozonation of this water in the sorbent layer does not significantly improve the degree of purification relatively clean tap water. This suggests a high reliability of purification of this water in the proposed kit. However, when treating model water with a high degree of initial contamination, the indicated increase in the time of joint water treatment with sorbent and ozone has a significant positive effect on the degree of water treatment, with a stronger effect being exerted by an increase in the time of water ozonation.
Анализ полученных данных показывает, что при переходе от прототипа к предложенному бытовому комплекту кувшинного типа, в котором реализован предложенный способ очистки питьевой воды, происходят: значительное увеличение поглощающей способности активированного угля (в 1,5 раза); повышение степени очистки воды (остаточное содержание загрязнений уменьшается в несколько раз); увеличение ресурса непрерывной работы бытового комплекта более чем в 30 раз при неизменном общем объеме бытовых комплектов; повышение производительности более чем в 5 раз; понижение себестоимости единицы очищенной воды (с учетом замены тридцати и более патронов прототипа с дорогим кокосовым углем на один патрон предложенного комплекта с дешевым и доступным березовым углем) более чем в пять раз.An analysis of the data shows that when moving from the prototype to the proposed household kit of the pitcher type, which implements the proposed method for purifying drinking water, there is: a significant increase in the absorbing capacity of activated carbon (1.5 times); increasing the degree of water purification (residual pollution decreases several times); an increase in the resource of continuous operation of a household set by more than 30 times with a constant total volume of household sets; performance increase of more than 5 times; reducing the cost of a unit of purified water (taking into account the replacement of thirty or more prototype cartridges with expensive coconut coal by one cartridge of the proposed kit with cheap and affordable birch charcoal) by more than five times.
Преимущества заявляемого способа очистки питьевой воды:The advantages of the proposed method for purification of drinking water:
- озонирование очищаемой воды и использование озона в процессах окисления примесей являются более эффективными. Действительно, во-первых, при озонировании воды во время нахождения ее непосредственно в слое сорбента озоно-воздушные пузырьки двигаются, часто останавливаясь, в мелкодисперсной среде сорбента по значительно более длинным траекториям. Это увеличивает время их контакта с озонируемой средой, что, в свою очередь, способствует увеличению количества озона, поглощаемого водой из этих пузырьков. Во вторых, в данном случае озоно-воздушные пузырьки непосредственно контактируют с поверхностью частиц сорбента и при этом происходит очень интенсивное (поглощаемость озона активированным углем во много раз превосходит поглощаемость озона водой) и непосредственное поглощение сорбентом озона из этих пузырьков и эффективное вовлечение этого поглощенного озона в процесс окисления сорбированных загрязнений (как уже было показано, на поверхности сорбента создаются наиболее благоприятные условия для взаимодействия озона и примесей), что существенно повышает коэффициент использования озона и уменьшает его потери. В третьих, вследствие многократного увеличения времени контакта озонированной воды с сорбентом растворенный в очищаемой воде и не прореагировавший с примесями озон практически полностью поглощается сорбентом и участвует в окислении примесей уже в объеме сорбента, что также повышает эффективность использования озона и уменьшает его потери, а также понижает содержание остаточного озона в очищенной воде;- ozonation of purified water and the use of ozone in the processes of oxidation of impurities are more effective. Indeed, firstly, when water is ozonized while it is directly in the sorbent layer, ozone-air bubbles move, often stopping, in finely dispersed sorbent medium along much longer trajectories. This increases the time of their contact with the ozonated medium, which, in turn, contributes to an increase in the amount of ozone absorbed by water from these bubbles. Secondly, in this case, the ozone-air bubbles directly contact the surface of the sorbent particles and in this case there is very intense (the absorption of ozone by activated carbon is many times greater than the absorption of ozone by water) and the direct absorption of ozone from these bubbles by the sorbent and the effective involvement of this absorbed ozone in the oxidation process of sorbed contaminants (as already shown, the most favorable conditions for the interaction of ozone and impurities are created on the surface of the sorbent), which significantly increases the utilization of ozone and reduces its loss. Thirdly, due to the multiple increase in the contact time of ozonized water with a sorbent, ozone dissolved in the purified water and not reacting with impurities is almost completely absorbed by the sorbent and is involved in the oxidation of impurities already in the volume of the sorbent, which also increases the efficiency of use of ozone and reduces its loss, and also reduces residual ozone content in purified water;
- улучшение сорбционных свойств активированного угля под воздействием озона является более значительным. В предлагаемом способе очистки воды вследствие озонирования очищаемой воды во время нахождения этой воды непосредственно в слое сорбента, с одной стороны, во-первых, сорбционная очистка воды происходит при более высокой концентрации озона в очищаемой среде. Во-вторых, озонируемая вода находится в емкости, заполненной сорбентом, что эквивалентно увеличению концентрации озоно-воздушных пузырьков, а значит концентрации поглощаемого из них озона в озонируемой воде еще в несколько раз. В третьих, из-за более эффективного озонирования воды (смотри выше) концентрация озона в воде во время ее сорбционной очистки становится еще более высокой. С другой стороны, при движении озоно-воздушных пузырьков между частицами сорбента происходит, во-первых, вовлечение воды в эти движения пузырьков, во-вторых, колебания воды и в некоторой степени частиц сорбента в результате периодического вытеснения и обратного всасывания воды при движении этих пузырьков, в третьих, как было показано выше, существенное повышение интенсивности поглощения озона из очищаемой газожидкостной среды. Таким образом, с одной стороны, происходит увеличение концентрации озона в очищаемой воде в момент ее сорбционной очистки, а с другой стороны, интенсифицируются процессы массопереноса в очищаемой среде и массообмена (особенно поглощение озона) на поверхности сорбента. Все это, как было показано выше, способствует более значительному улучшению сорбционных свойств активированного угля под воздействием озона;- improving the sorption properties of activated carbon under the influence of ozone is more significant. In the proposed method for water purification due to ozonation of the water being purified while this water is directly in the sorbent layer, on the one hand, firstly, sorption water purification occurs at a higher concentration of ozone in the medium being purified. Secondly, ozonated water is in a container filled with a sorbent, which is equivalent to an increase in the concentration of ozone-air bubbles, which means that the concentration of ozone absorbed from them in ozonated water is several times larger. Thirdly, due to more efficient ozonation of water (see above), the ozone concentration in water during its sorption purification becomes even higher. On the other hand, when ozone-air bubbles move between sorbent particles, firstly, water is involved in these bubble movements, and secondly, water and, to some extent, sorbent particles oscillate as a result of periodic displacement and reverse absorption of water when these bubbles move thirdly, as was shown above, a significant increase in the intensity of absorption of ozone from the cleaned gas-liquid medium. Thus, on the one hand, there is an increase in the concentration of ozone in the treated water at the time of its sorption purification, and on the other hand, the processes of mass transfer in the purified medium and mass transfer (especially the absorption of ozone) on the surface of the sorbent are intensified. All this, as shown above, contributes to a more significant improvement in the sorption properties of activated carbon under the influence of ozone;
- возможности повышения эффективности процесса очистки порции питьевой воды, потенциально заложенные в кувшинном способе очистки воды, реализованы в полной мере. Это связано с тем, что весь объем слоя сорбента и весь промежуток времени, отведенный для одной порции очищаемой воды, в данном способе используются в полной мере в процессе совместной очистки этой порции воды озоном и сорбентом;- opportunities to improve the efficiency of the process of purification of portions of drinking water, potentially incorporated in the pitcher method of water purification, are fully implemented. This is due to the fact that the entire volume of the sorbent layer and the entire period of time allotted for one portion of the water to be purified are used in this method fully in the process of joint cleaning of this portion of water with ozone and the sorbent;
- процесс реализации кувшинного способа очистки воды существенно упрощен, так как отпадает необходимость предварительного озонирования (требующего, к тому же, затраты дополнительного количества времени).- the implementation process of the pitcher method of water treatment is greatly simplified, since there is no need for preliminary ozonation (requiring, in addition, the cost of an additional amount of time).
Заявляемый бытовой комплект кувшинного типа для очистки питьевой воды, в котором реализован предложенный способ очистки воды, обладает в дополнение к вышеперечисленным преимуществам заявляемого способа следующими преимуществами по сравнению с прототипом (при одном и том же общем объеме бытовых комплектов):The inventive household jug-type kit for drinking water purification, which implements the proposed method of water purification, has in addition to the above advantages of the proposed method the following advantages compared to the prototype (with the same total volume of household kits):
- длина траектории движения очищаемой воды в слое сорбента увеличена в несколько раз, что связано с многократным увеличением высоты патрона. Данное обстоятельство способствует улучшению всех рабочих характеристик водоочистителя;- the length of the trajectory of the purified water in the sorbent layer is increased several times, which is associated with a multiple increase in the height of the cartridge. This circumstance contributes to the improvement of all operating characteristics of the water purifier;
- временной ресурс очистки бытового комплекта кувшинного типа используется максимально, так как совместная очистка порции воды озоном и сорбентом осуществляется в течение всего интервала времени, отведенного для этой порции воды;- the time resource for cleaning a household jug-type kit is used to the maximum, since joint cleaning of a portion of water with ozone and a sorbent is carried out during the entire time interval allocated for this portion of water;
- объем бытового комплекта кувшинного типа используется более эффективно. Действительно, в данном случае происходит совмещение в пространстве и во времени процессов озонирования и сорбционной очистки (то есть отпадает наличие отдельных контактной камеры и сорбционного фильтра); повышение эффективности использования озона и сорбента (см. выше); увеличение объема сорбента в бытовом комплекте в 20 и более раз при неизменном общем объеме этого комплекта. Все это позволяет максимально интенсивно и эффективно использовать объем предложенного бытового комплекта. А это, в свою очередь, позволяет многократно увеличить ресурс непрерывной (то есть без замены патрона) работы комплекта; многократно увеличить производительность комплекта; заменить дорогостоящие, но более эффективные сорбенты, на более дешевые и доступные (например, кокосовый уголь на березовый), что в конечном итоге позволяет снизить себестоимость единицы очищенной воды;- the volume of the jug type household kit is used more efficiently. Indeed, in this case, the processes of ozonation and sorption purification are combined in space and time (that is, there is no separate contact chamber and sorption filter); increasing the efficiency of use of ozone and sorbent (see above); an increase in the volume of the sorbent in the household kit by 20 or more times with a constant total volume of this kit. All this allows the most intensive and efficient use of the volume of the proposed household kit. And this, in turn, allows you to repeatedly increase the resource of continuous (that is, without replacing the cartridge) operation of the kit; repeatedly increase the performance of the kit; replace expensive, but more effective sorbents with cheaper and more affordable ones (for example, coconut coal with birch coal), which ultimately allows to reduce the cost of a unit of purified water;
- степень и стабильность очистки питьевой воды является более высокой. В данном случае по сравнению с прототипом существенно увеличены длительность и интенсивность контакта порции очищаемой воды с сорбентом и озоном, что, как было показано выше, обеспечивает более глубокую и надежную очистку этой порции воды;- the degree and stability of drinking water treatment is higher. In this case, in comparison with the prototype, the duration and intensity of the contact of a portion of the purified water with the sorbent and ozone are significantly increased, which, as shown above, provides a deeper and more reliable treatment of this portion of water;
- является более удобной и надежной в эксплуатации. Это связано с тем, что в данном случае отсутствует необходимость, во-первых, частой смены патрона в условиях отсутствия индикаторов качества очистки воды, во-вторых, осуществления дополнительных операций, связанных с осуществлением предварительного озонирования в отдельной контактной камере, которые, к тому же, отнимают определенное количество времени;- is more convenient and reliable in operation. This is due to the fact that in this case there is no need, firstly, to frequently change the cartridge in the absence of indicators of the quality of water treatment, and secondly, to carry out additional operations related to the preliminary ozonation in a separate contact chamber, which, moreover, take a certain amount of time;
- более низкая себестоимость единицы очищенной воды, что является следствием показанного выше более эффективного использования озона, сорбента, объема и временного ресурса водоочистителя кувшинного типа;- lower cost per unit of purified water, which is a consequence of the more efficient use of ozone, sorbent, volume and temporary life of the pitcher type water purifier shown above;
- более компактный;- more compact;
- осуществляет глубокую очистку порции воды с исходной высокой степенью загрязнения;- carries out deep cleaning of a portion of water with an initial high degree of pollution;
- исключается вероятность попадания угольной пыли и продуктов озонолиза в очищенную воду. Исследования показали, что, с одной стороны, при озонировании воды в момент ее нахождения в слое сорбента, то есть при движении озоно-воздушных пузырьков между частицами сорбента, происходит поднятие угольной пыли (если конечно уголь, как это делается в прототипе, предварительно не промыт достаточно большим количеством воды, непроизводительно сбрасываемой в канализацию, что уменьшает сорбционную емкость угля и является нецелесообразной с экономической точки зрения), которая попадает в очищаемую воду. При этом в очищенной воде могут оказаться и продукты озонолиза. С другой стороны, содержащиеся в воде угольная пыль и продукты озонолиза эффективно удаляются из воды при пропускании ее с малой скоростью через угольный фильтр. В предложенном комплекте озонирование очищаемой воды осуществляется лишь в начальный период времени и не более 10-15 минут и далее реле времени отключает озонатор. Дальнейшее озонирование очищаемой воды (за исключением случаев с исходной высокой степенью загрязнения воды) нецелесообразно, так как вследствие высокой эффективности процесса озонирования воды и интенсивного поглощения углем озона непосредственно из озоно-воздушных пузырьков в предложенном комплекте происходит относительно быстрое насыщение озоном порции очищаемой воды и сорбента. В остальную часть интервала времени, отведенного для очистки этой порции воды (то есть до подачи в данный слой сорбента следующей порции воды) патрон 4 является просто угольным фильтром, который интенсивно поглощает поднятый ранее при озонировании угольную пыль и продукты озонолиза из находящейся в статическом режиме порции очищаемой воды. Поэтому при вытеснении новой порцией очищенной порции воды из патрона 4 (отметим, что из-за относительно большого объема патрона 4 скорость движения воды в нем при этом вытеснении будет относительно небольшим) исключается вероятность попадания угольной пыли и продуктов озонолиза в очищенную воду;- excludes the possibility of coal dust and ozonolysis products in purified water. Studies have shown that, on the one hand, when water is ozonized at the moment it is in the sorbent layer, that is, when ozone-air bubbles move between the sorbent particles, coal dust rises (unless of course the coal, as is done in the prototype, is previously washed a sufficiently large amount of water that is unproductively discharged into the sewer, which reduces the sorption capacity of coal and is not economically feasible), which enters the treated water. At the same time, ozonolysis products may also be in purified water. On the other hand, coal dust contained in water and ozonolysis products are effectively removed from water by passing it at a low speed through a carbon filter. In the proposed set, the ozonation of the purified water is carried out only in the initial period of time and not more than 10-15 minutes and then the time relay turns off the ozonizer. Further ozonation of the treated water (with the exception of cases with an initial high degree of water pollution) is not practical, since due to the high efficiency of the water ozonation process and the intensive absorption of ozone directly from the ozone-air bubbles in the proposed kit, the portions of the purified water and sorbent are relatively rapidly saturated with ozone. In the rest of the time interval allocated for cleaning this portion of water (that is, before the next portion of water is fed into this sorbent layer), cartridge 4 is simply a carbon filter that intensively absorbs coal dust and ozonolysis products previously raised during ozonation from a portion that is in a static mode purified water. Therefore, when a clean portion of water is replaced by a new portion of water from cartridge 4 (note that, due to the relatively large volume of cartridge 4, the water velocity in it will be relatively small during this displacement), the probability of coal dust and ozonolysis products entering the purified water is excluded;
- из предложенного бытового комплекта можно извлечь непрерывно и с достаточно высокой скоростью (не менее 1 л/мин) воду с высокой степенью очистки в количестве, в три и более раза превосходящем объем порции очищаемой воды (при условии, что в воронку эпизодически доливается очищаемая вода). Основанием для этого является то, что в этом комплекте, во-первых, в патроне 4 постоянно находится очищенная вода в количестве, в четыре разе превосходящем объем указанной порции и при необходимости можно извлечь значительную часть этой воды. Во вторых, в пространстве между стенками патрона 4 и контактной камеры 1 тоже находится очищенная вода. В третьих, вследствие, с одной стороны, высокой насыщенности озоном поверхности пор частиц сорбента 5 и, как следствие, высокой их активности, а, с другой стороны, большой длины траектории движения воды в слое сорбента 5, очищаемая вода в процессе прохождения через слой сорбента 5 предложенного комплекта подвергается интенсивной очистке озоном и сорбентом 5 даже при отсутствии непосредственного озонирования.- from the proposed household kit it is possible to extract continuously and at a sufficiently high speed (at least 1 l / min) water with a high degree of purification in an amount three or more times the volume of a portion of the purified water (provided that the purified water is periodically added to the funnel ) The reason for this is that in this kit, firstly, in cartridge 4 there is constantly purified water in an amount four times the volume of the indicated portion and, if necessary, a significant part of this water can be extracted. Secondly, in the space between the walls of the cartridge 4 and the contact chamber 1 is also purified water. Thirdly, due to, on the one hand, the high ozone saturation of the surface of the pores of the particles of the sorbent 5 and, as a consequence, their high activity, and, on the other hand, the large length of the trajectory of water in the layer of sorbent 5, the water to be purified during passage through the sorbent layer 5 of the proposed set is subjected to intensive purification with ozone and sorbent 5 even in the absence of direct ozonation.
Таким образом, предлагаемое техническое решение устраняет все перечисленные выше недостатки прототипов способа и бытового комплекта кувшинного типа и решает поставленную задачу.Thus, the proposed technical solution eliminates all of the above disadvantages of the prototypes of the method and household kit pitcher type and solves the problem.
В заключение отметим, что при переходе от прототипа к предложенному способу очистки питьевой воды, в котором озоно-воздушные пузырьки одновременно взаимодействуют с очищаемой водой и непосредственно с частицами сорбента, двухфазная среда очистки воды в случае прототипа (газ-вода в контактной камере и вода-твердое тело в сорбционном фильтре) превращается в трехфазную (газ-вода-твердое тело) в предложенном способе. Кроме этого, очистка воды, в отличие от известных бытовых водоочистителей кувшинного и проточного типов, осуществляется в качественно новом - статическом режиме нахождения воды в слое сорбента и в течение интервала времени, в десятки раз превышающего время очистки в указанных водоочистителях. Все это приводит к показанным выше многочисленным и существенным изменениям физических процессов, происходящих при очистке воды. Это позволяет говорить о качественном отличии физической сущности процессов очистки воды в прототипе и предложенном способе.In conclusion, we note that during the transition from the prototype to the proposed method for purifying drinking water, in which ozone-air bubbles simultaneously interact with the water being purified and directly with the sorbent particles, the two-phase water purification medium in the case of the prototype (gas-water in the contact chamber and water a solid in a sorption filter) turns into a three-phase (gas-water-solid) in the proposed method. In addition, water purification, in contrast to the well-known household water purifiers of pitcher and flow types, is carried out in a qualitatively new - static mode of finding water in the sorbent layer and for a time interval ten times longer than the purification time in these water purifiers. All this leads to the above numerous and significant changes in the physical processes that occur during water treatment. This allows us to talk about the qualitative difference between the physical nature of water purification processes in the prototype and the proposed method.
Список использованной литературыList of references
1. Миклашевский Н.В., Королькова С.В. Чистая вода. Системы очистки и бытовые фильтры. - СПб.: БХВ-СПб, Издательская группа “Арлит”. 2000. - 240 с.1. Miklashevsky N.V., Korolkova S.V. Pure water. Cleaning systems and household filters. - SPb .: BHV-SPb, Arlit Publishing Group. 2000 .-- 240 s.
2. Бытовой комплект для очистки питьевой воды “Барьер”-“Озонид” (Система “Озонид СП”). Описание и руководство по эксплуатации. Изготовитель: ТОО “Озонид”. 460000, г. Уфа, ул. Гоголя, 46.2. The household set for the purification of drinking water “Barrier” - “Ozonid” (System “Ozonid SP”). Description and operation manual. Manufacturer: Ozonid LLP. 460000, Ufa, st. Gogol, 46.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113252/15A RU2240985C1 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Method of the drinking water purification and a household pitcher type complete set for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113252/15A RU2240985C1 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Method of the drinking water purification and a household pitcher type complete set for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2240985C1 true RU2240985C1 (en) | 2004-11-27 |
| RU2003113252A RU2003113252A (en) | 2004-12-27 |
Family
ID=34310836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003113252/15A RU2240985C1 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Method of the drinking water purification and a household pitcher type complete set for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2240985C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580755C2 (en) * | 2011-08-25 | 2016-04-10 | Терсано Инк. | Water processing to increase ozone half-life |
-
2003
- 2003-05-05 RU RU2003113252/15A patent/RU2240985C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Бытовой комплект для очистки питьевой воды "Барьер–Озонид". 04.04.1996. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580755C2 (en) * | 2011-08-25 | 2016-04-10 | Терсано Инк. | Water processing to increase ozone half-life |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2570496B2 (en) | Water treatment device with tangent filtration loop | |
| US6475386B1 (en) | Filter for purifying domestic drinking water | |
| US6312588B1 (en) | Water purifier | |
| CA2253689A1 (en) | Method and apparatus for concentrating a gas using a single stage adsorption zone | |
| WO2012042530A1 (en) | Apparatus for water purification | |
| KR20210134371A (en) | Systems and methods for the removal of recalcitrant organic compounds from water | |
| RU2240985C1 (en) | Method of the drinking water purification and a household pitcher type complete set for its realization | |
| RU32773U1 (en) | Household jug-type kit for drinking water purification | |
| RU2206397C1 (en) | Water cleaning filter | |
| KR20170029853A (en) | Phosphorus removal system of waste water treatment | |
| RU28684U1 (en) | Drinking water purifier | |
| RU2226512C1 (en) | Method and apparatus for purifying of potable water | |
| JPH0947761A (en) | Water purifier | |
| JPH0615281A (en) | Water purifying tower | |
| JPH1147733A (en) | Water purifier | |
| JPH0999284A (en) | Water purifier | |
| JPH0728955Y2 (en) | Water purifier | |
| RU2145576C1 (en) | Water deferrization apparatus | |
| JPH0724490U (en) | Water purifier | |
| JP2701111B2 (en) | Water purification equipment | |
| JPH08132026A (en) | Water purifier | |
| JP2003024723A (en) | Filtration material containing titanium silicate for water purifier and water purifier using the same | |
| JP3150514B2 (en) | Water purifier and method for regenerating purification material in water purifier | |
| JPH06296962A (en) | Purified water treating device | |
| JP3413268B2 (en) | Water purifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090506 |