RU2795541C2 - Устройство для многоступенчатой очистки питьевой воды - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройству для многоступенчатой очистки питьевой воды. Устройство содержит корпус (3), входное отверстие (1) для воды, выходное отверстие (2) для воды, внешний полый цилиндр (4), заполненный активированным углем, и внутренний полый цилиндр (5) с полупроницаемой стенкой, содержащий хелатообразующий и/или бактерицидный гель для удаления тяжелых металлов и/или бактерий. Хелатообразующий гель или, соответственно, бактерицидный гель, или то и другое заполняют пространство между внешним полым цилиндром с активированным углем и центральным стоком по всей длине полого цилиндра (5). Технический результат: простота эксплуатации, длительный срок службы. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству, в котором по меньшей мере два способа очистки воды объединены в одном блоке, причем один из способов включает использование хелатообразующего геля и/или бактерицидного геля для удаления тяжелых металлов и/или бактерий.

На рынке устройств для очистки питьевой воды представлено множество приборов, использующих и частично уже комбинирующих различные техники и методы.

Наряду с доминирующей технологией обратного осмоса, на долю которой сейчас приходится самая большая часть рынка, существует множество приборов, использующих различные технологии фильтрации или, соответственно, способы дистилляции.

Все известные способы имеют следующие (иногда серьезные) недостатки:

Основным недостатком обратного осмоса является низкий выход питьевой воды, который редко превышает 10% от используемого объема воды. Также этот метод является энергозатратным, и из питьевой воды удаляются также важные для здоровья элементы, такие как магний. Частично он снова добавляется в питьевую воду на втором этапе, что является затратным.

Недостатком способа дистилляции является очень высокое потребление электроэнергии. Кроме того, при этом, как и при обратном осмосе, удаляются необходимые для здоровья элементы, что приводит к получению дистиллированной воды, которая не подходит для длительного потребления и должна на последующих этапах обогащаться такими важными химическими элементами, как соли магния.

Машины для очистки воды, комбинирующие несколько технологий фильтрации в отдельных блоках/картриджах, требуют дорогостоящих трубопроводов с соответствующими клапанами или коннекторами/соединителями, которые по своей природе подвержены отказу, возможности протечек и т.п. Кроме того, соединения вследствие режимов потока представляют собой места для особо благоприятного размножения бактерий и т.п.

По сравнению с вышеперечисленными техниками обратного осмоса и способами дистилляции существует множество методов очистки, основанных на фильтрации (или, соответственно, на комбинации различных ортогональных техник фильтрации), как правило, с высоким выходом (100%) и напором трубопровода, что исключает дополнительные энергозатраты. Однако предпосылкой для этого является конструкция с низким перепадом давления в устройстве и использование крупнозернистых абсорбционных смол, которые снижают степень очистки и производительность.

Известной и применяемой на рынке фильтрующим средством является, например, активированный уголь, который используется в виде засыпки из частиц на картриджах с линейным протеканием или в виде спрессованного полого цилиндра с радиальным протеканием. С точки зрения производительности и падения давления полый цилиндр представляет собой идеальную конструкцию.

Другими известными средствами являются смола MetCap® (WO2016030021), предназначенная для удаления из питьевой воды тяжелых металлов, и смола ВасСар® (DE102017007273A1) для удаления из питьевой воды бактерий. Обе обычно используются в картриджах и частично комбинируются.

Смолы MetCap представляют собой линейный поливиниламин, который наносится на пористые частицы, а затем при помощи бифункционального сшивающего агента связывается в трехмерную полимерную сеть. Данная сеть обладает большим количеством аминогрупп с высокой плотностью и может посредством образования очень стабильных металлоаминовых комплексов эффективно связывать тяжелые металлы и, таким образом, удалять из растворов с высокой емкостью хелатообразующим образом. Для тяжелых металлов, которые образуют только слабые аминовые комплексы (например, никель, марганец), в полимерную сеть могут быть добавлены дополнительные хелатообразующие группы, например, карбоксилаты, тиолы и т.д.

Смолы ВасСар также представляют собой аминополимеры, которые изготавливаются аналогичным образом, как и MetCap-абсорбенты. Однако, смешивание, стехиометрия, степень сшивания и т.д. оптимизированы в отношении антибактериального действия. Антибактериальный эффект по всей вероятности основан на взаимодействии по меньшей мере частично протонированных (и тем самым позитивно заряженных) аминогрупп полимера с отрицательно поляризованными оболочками бактерий. Возможным объяснением может служить прямое взаимодействие полимерных аминогрупп с жирными кислотами оболочки, что приводит к ее разрушению. Второе объяснение может заключаться в блокировании аминополимерами ионных каналов в стенках клетки. В результате оба объяснения приводят к разрушению или повреждению клеточной мембраны и, в конечном итоге, к гибели бактерий.

При этом особенно важно отметить, что ни вещества для уничтожения бактерий, ни вещества для связывании тяжелых металлов не передаются в питьевую воду. Этим предложенный способ заметно отличается от других, в которых в питьевую воду попадают серебро, хлор и другие вещества и загрязняют ее.

Еще одним преимуществом предлагаемого устройства является простота его эксплуатации. В отличие от процессов фильтрации, таких как обратный осмос, не требуется повышение давления посредством насоса, требующего, в свою очередь, электричества. То же относится и к УФ-системам, представленным на рынке, которым в процессе работы также требуется электроэнергия.

Третьим способом очистки питьевой воды служит фильтрация с использованием процессов микро- и нанофильтрации.

Другой способ обработки, в особенности для смягчения питьевой воды, является фильтрация питьевой воды, содержащей кальций и магний, через ионообменник. При этом кальций и магний связываются, для чего в питьевую воду вводят по два моль-эквивалента натрия. Данный способ критикуют из-за негативного воздействия большого количества натрия на сердечно-сосудистую систему. Также недостатком данного способа являются низкая пропускная способность и необходимость частой замены или регенерации. Кроме того, эти приборы подвержены инфицированию микробами.

Кроме того, в качестве существенного отличия от трех указанных выше фильтрующих средств фильтрационная производительность ионообменника исчерпывается максимально быстро. При использовании жесткой воды замена или, соответственно, регенерация смолы может потребоваться уже через несколько дней после установки, самое позднее через одну - две недели при правильной эксплуатации.

Срок службы картриджей, заправленных смолами, абсорбирующими тяжелые металлы (например, «MetCap®»), смолами, удаляющими бактерии (например, «ВасСар®»), активированным углем, или также фильтрующих мембран составляет около 6 месяцев. Нередко замена данных элементов должна производиться в качестве предупредительной меры до того, как их технический ресурс будет исчерпан.

Наряду с вышеописанными устройствами на рынке представлен целый ряд приборов, в которых отдельные техники очистки комбинируются друг с другом в виде модулей.

Преимущество данных приборов заключается в том, что потребитель может раздельно производить замену соответствующих очищающих картриджей по мере их расходования с учетом характера и степени загрязнения питьевой воды, которая может содержать очень разные загрязнения в разных концентрациях в различных регионах. Недостатком их является тот факт, что для отслеживания производительности каждого отдельного картриджа должны быть установлены датчики, которые по отдельности выдают сигналы, когда части установки израсходованы. В альтернативном варианте производители выпускают протоколы, в которых прописаны определенные периоды времени для замены отдельных картриджей.

Этот способ является дорогостоящим и неудобным для потребителя. Опасность состоит в том, что сложные протоколы или периоды технического обслуживания не будут соблюдаться, и что качество питьевой воды в среднем скорее понизится, а не улучшится.

В DE202018101926U1 раскрыто двухкомпонентное фильтрующее устройство, предназначенное для очистки воды на воздушных судах. Публикация описывает внешний полый цилиндр из активированного угля с расположенными внутри мембранами (в особенности, полыми фильтрующими мембранами). Вода, подлежащая фильтрации, подается сбоку на активированный уголь, фильтруется через него и наконец попадает во внутреннее пространство полого цилиндра из активированного угля. Предпочтительно, поры активированного угля имеют размер 0,5 мкм. Предпочтительно, поры внутренней мембраны предпочтительно имеют размер порядка 0,2 мкм. Указанные относительно большие поры были выбраны для того, чтобы поддерживать низкое противодавление системы. Авторы утверждают, что посредством заявленного ими устройства могут задерживаться тяжелые металлы и бактерии.

Известно, что мембраны, особенно мембраны из полого волокна, широко используются для фильтрации воды. Для удаления бактерий, как правило, используются мембраны с размером пор 0,02 мкм (20 нм), так как большие размеры пор не задерживают бактерии и другие микробы (особенно вирусы). При этом допускается значительное повышение давления, чтобы обеспечить задержку бактерий. Предлагаемый в данной публикации размер 200 нм значительно превышает обычный, который составляет 20 нм. В данном случае кажется маловероятной возможность значительного удерживания бактерий. Предположительно, большой размер пор был выбран для снижения противодавления.

Приведенный пример очистки Iо7 демонстрируется на примере Brevundimonas diminuta. Данный микроб не упоминается ни в одном предписании по питьевой воде и является скорее экзотическим микробом. Обычно в качестве тестового организма используются кишечная палочка (E.coli) или синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa).

Активированный уголь сам по себе в значительной степени не подходит для удерживания бактерий. Тем не менее, если поры достаточно малы, то бактерии изначально задерживаются. Однако это уже вызывает сомнения из-за пор величиной 0,5 мкм активированного угля. В дальнейшем, бактерии размножаются в активированном угле, а затем попадают в воду, что приводит к ее заражению. Исходя из вышесказанного необходима вторая ступень очистки. Однако, если поры выбраны такими большими как указано выше, то эффективность фильтрации будет очень сомнительной.

То же самое можно сказать и об удалении тяжелых металлов. Активированный уголь вообще не удаляет тяжелые металлы или удаляет в очень небольшой степени с очень низкой производительностью. Ультрафильтрационные мембраны никоим образом не задерживают тяжелые металлы. Для этого нужны мембраны с размерами пор в однознаковом нанометровом диапазоне, которые не подходят для указанного целевого применения из-за их большого падения давления.

В отличие от описанного в DE202018101926U1 устройства, которое предусматривает только комбинацию активированного угля и мембранной фильтрации, в данной заявке предложена комбинация с абсорбирующими гелями, специально разработанными для очистки питьевой воды. В частности, разработанный компанией instrAction хелатообразующий абсорбционный гель эффективно, быстро и с высокой производительностью связывает тяжелые металлы. Простая мембранная фильтрация не позволяет достичь таких результатов. Одновременно с этим, в предлагаемой конструкции частицы с антибактериальным действием эффективно удаляют микробы, относящиеся к питьевой воде, в частности бактерии, посредством фильтрации - в отличие от активированного угля, который скорее служит источником бактерий, и от фильтрационных мембран, размер пор которых слишком большой.

В DE10217649A1 предложен способ, согласно которому поверхность благородных металлов обрабатывают таким образом, что как только она контактирует с водой, она отдает в воду ионы металла, что со своей стороны приводит к гибели бактерий. Среди прочего, в качестве предпочтительного благородного металла предлагается серебро. Принцип действия основан на выделении антибактериальных веществ. Это напоминает покрытие серебром ионообменников стой же целью, которое сейчас подвергается критике. Этому способу присуще выделение потенциально опасных для здоровья металлов. Кроме того, недостатком считается появление микробов, устойчивых к серебру. Посредством этого способа тяжелые металлы не удаляются, а наоборот: в конечном итоге в фильтрате (согласно изобретению) обнаруживается большее количество тяжелых металлов, чем до этого.

Настоящее изобретение основано на взаимодействии бактерий с поверхностью частиц в предлагаемом устройстве, а не на высвобождении в питьевую воду ионов тяжелых металлов, обладающих антибактериальным действием. Предлагаемый способ не только эффективно фильтрует бактерии и другие микробы из питьевой воды, но также удаляет и тяжелые металлы.

В СН339888А предлагается использовать для очистки воды фильтрующую свечу из засыпки активированного угля и внутренним центральным стоком. При этом активированный уголь «пропитывается или соединяется» с «веществами, имеющими олигодинамическое действие», такими как серебро, медь или, соответственно, соли этих металлов. Эти вещества эффективно уничтожают бактерии. Благодаря этому этого должен исключаться рост микробов посредством активированного угля и загрязнение отфильтрованной воды бактериями. Эта опасность является основным предметом критики при использовании активированного угля в очистке воды. Основной целью всего устройства является удаление «хлора» и других нежелательных вкусовых веществ посредством абсорбции. Тем не менее, данное устройство как таковое получило свое дальнейшее развитие и сегодня встречается на рынке как правило в виде спрессованного активированного угля. Изобретение, предложенное в СН339888А, имеет значительный недостаток, который заключается в том, что токсичные тяжелые металлы, такие как серебро и медь, попадают в фильтрат.

Как описано выше, данный существенный недостаток исключается при применении настоящего изобретения. В устройстве согласно описанному изобретению бактерии удаляются за счет взаимодействия с поверхностью частиц антибактериальной смолы. При этом вещества, особенно тяжелые металлы, не попадают в фильтрат. Напротив, тяжелые металлы удаляются посредством фильтрации воды через хелатообразующую смолу.

В DE3001674A1 предложен фильтр, содержащий активированный уголь и ионообменник. Показатель рН очищаемой воды снижается в фильтре до значения около рН=3, благодаря чему должен снижаться рост бактерий в фильтре, или, соответственно, уничтожаются уже имеющиеся микробы. Одновременно в раствор поступают вещества с биоцидным действием, которые уничтожают микробы или, соответственно, препятствуют их росту.

Как и в более ранних публикациях, здесь также предпринимается попытка посредством высвобождения биоцидных веществ противодействовать проблеме инфицирования активированного угля микробами. Допускается, что возможно загрязнение фильтрата этими потенциально опасными для здоровья веществами.

Как описано выше, при использовании устройства согласно настоящему изобретению данные недостатки исключаются.

В DE202018100396U1 раскрыта модульная система очистки воды, в которой в виде модулей скомбинированы друг с другом от двух до пяти различных способов очистки. Каждый отдельный этап очистки направлен на отличную группу загрязнений, встречающихся в питьевой воде. Отдельные модули независимы друг от друга и соединены между собой посредством трубопроводов. Модули заменяемы по отдельности и могут быть заменены отдельно друг от друга, когда их ресурс выработан. Конечно, модульная система имеет свои преимущества, заключающиеся в том, что отдельные компоненты могут быть заменены, если в этом возникнет соответствующая необходимость. Недостатком являются дорогая и во многих случаях подверженная повреждениям система трубопроводов. Кроме того, простая фильтрация в DE202018100396U1 еще не предусматривает удаление бактерий.

Согласно настоящему предложению в одном картридже скомбинированы 2-3 метода очистки, рассчитанные на длительный срок службы, таким образом, что все этапы очистки сконцентрированы в одном модуле. Этот способ является очень компактным и удобным для потребителя, при котором необходимо контролировать и производить замену только одного картриджа, в отличие от 2-5 картриджей, как предложено в DE202018100396U1. Кроме того, методы объединены в трехмерной установке таким образом, что они вызывают лишь небольшое противодавление; в DE202018100396U1 такого не предусмотрено.

Ни один из упомянутых публикаций не раскрывает комбинацию жесткого полого цилиндра из активированного угля с засыпкой в виде частиц из хелатообразующих и антибактериальных смол. Такая комбинация в уровне техники до настоящего момента не была известна. Это же относится и к конструкции с центральным стоком, проходящим через весь модуль, который также предусмотрен в СН339888А. Однако там предложены только неприемлемые меры, направленные на сокращение микробов. Инновационное применение многоступенчатых радиальных фильтров с антибактериальными смолами не предусмотрен и даже не рассматривается ни в одной из публикаций.

В данных условиях возникает задача комбинирования преимуществ известных методов фильтрации таким образом, чтобы недостатки модульной конструкции были сокращены до минимума или, соответственно, полностью исключены.

Данная задача была решена устройством для многоступенчатой очистки питьевой воды посредством объединения ортогональных техник очистки в одном модуле, отличающимся тем, что устройство содержит корпус (3), входное отверстие (1) для воды, выходное отверстие (2) для воды, внешний полый цилиндр, заполненный активированным углем (4), и внутренний полый цилиндр (5) с полупроницаемой стенкой, причем внутренний полый цилиндр (5) содержит хелатообразующий и/или бактерицидный гель для удаления тяжелых металлов и/или бактерий.

Предпочтительно корпус (3), входное отверстие (1) для воды, выходное отверстие (2) для воды, внешний полый цилиндр (4) и внутренний полый цилиндр (5) могут быть изготовлены посредством 3D-печати. Это позволяет сделать производство экономически выгодным, и, кроме того, форма и размеры устройства могут быть согласованы с потребностями пользователя.

В заявленном устройстве объединены друг с другом по меньшей мере две среды или, соответственно, техники фильтрации, рассчитанные на длительный срок работы: активированный уголь, абсорбирующая смола, связывающая тяжелые металлы, и/или смола, а также при необходимости ультрафильтрация.

Это становится возможным за счет заполнения в корпусе (3) известных внешних полых цилиндров из активированного угля (4) связывающей тяжелые металлы абсорбирующей смолой и/или уничтожающей бактерии смолой (7) (Фиг. 1, Фиг. 3). В центре, желательно на всю длину полого цилиндра, проходит сток в виде дополнительного внутреннего полого цилиндра (5) с полупроницаемой стенкой или мембраной из полого волокна или пакетом мембран (6) из полого волокна, в результате чего получаются по меньшей мере два концентрических, проходимых потоком друг за другом слоя смолы с центрированным стоком.

Таким образом, вода, подлежащая фильтрации, сначала проходит через внешний полый цилиндр с активированным углем и затем попадает во внутренний полый цилиндр, заполненный абсорбирующей смолой, удаляющей тяжелые металлы и/или смолой, удаляющей бактерии. Наконец вода проходит через центральный сток, который проходит по всей длине двух полых цилиндров. Он может быть выполнен - в качестве третьей ступени очистки - в виде ультрафильтрационной мембраны из полого волокна.

Входное отверстие (1) для воды в случае более простой схемы замены/подключения может находится на той же стороне прибора для очистки воды, что и выходное отверстие (2) для воды (Фиг. 1, Фиг. 2), или на противоположной стороне для линейной установки в трубопроводной системе (Фиг. 3, Фиг. 4).

Центральный сток (5) важен сточки зрения оптимального прохождения потока через абсорбирующие материалы при одновременно малом и равномерном падении давления вдоль всей длины фильтра.

В случае линейного прохождения потока через фильтрующие среды возникает слишком высокое противодавление, которое требует либо наличие дополнительного насоса, либо приводит к неприемлемому понижению производительности.

Если с целью понижения давления выбираются слишком большие частицы, то производительность снижается из-за медленного обмена, большой протяженности участков диффузии между загрязненной водой и местами образования связи внутри абсорбирующего материала. Если выбранная высота слоя слишком мала и, таким образом, сокращено время пребывания воды в слое абсорбента, то степень извлечения вредных веществ будет неудовлетворительной.

Если заполнить внутренний свободный полый цилиндр (5) из активированного угля дополнительным абсорбирующим материалом (6) и не предусмотреть заявленный центральный сток, то возникнет градиент давления на всей длине полого цилиндра, который будет препятствовать равномерному протеканию через слой геля (7) и приведет к недостаточной степени извлечения загрязняющих веществ. Самое позднее после того, как ресурс исчерпан на «кратчайшем пути», очистка воды не происходит или происходит только недостаточная очистка (см. Фиг. 5).

В случае заполненного полого цилиндра с простым стоком на одной стороне цилиндра на стенке впуска (Фиг. 6) могут образовываться (7) каналы, которые будут также препятствовать прохождению потока через абсорбционные частицы и приводить к отсутствию или слишком малому извлечению загрязняющих веществ из-за недостаточного контакта воды с абсорбентом.

В качестве решения предлагается радиальное расположение разделительных сред (5) и (7), как уже было реализовано в полых цилиндрах с блоками активированного угля, представленных на рынке, с центральным стоком (5) (Фиг. 7 и Фиг. 8). Данная конструкция обеспечивает высокие скорости протекания потока при малом противодавлении, короткое расстояние разделения и однородное, равномерное и полное протекание (8) потока при достаточном времени пребывания воды в абсорбционном слое.

Сток может состоять из многоперфорированной трубки (6) с соответствующими малыми отверстиями, которые позволяют пропускать фильтрованную воду, создавая незначительное падение давления, но при этом удерживать смолу.

Кроме того, центральная трубка может быть снабжена множеством отверстий, размер которых превышает диаметр частиц смолы, если она дополнительно будет снабжена (6) подходящей фильтровальной тканью с соответственно небольшим размером ячеек.

Кроме того, центральный сток может представлять собой обернутую мембраной трубку с отверстиями, которые больше, чем диаметр частиц окружающего их абсорбирующего геля с хелатообразующим и/или антибактериальным действием.

Предпочтительно размер пор мембраны меньше, чем диаметр частиц окружающего их абсорбирующего геля с хелатообразующим и/или антибактериальным действием.

Кроме того, центральный сток может быть выполнен из одной или более (пакетированных) мембран из полого волокна, которые проходят (6) по всей длине цилиндра.

Конструкция может быть выполнена с лежащими напротив друг друга входным и выходным отверстиями для линейного монтажа в трубопроводной системе (Фиг. 7), или только с одним соединением для входного и выходного отверстий для простой установки в машине очистки воды (Фиг. 8).

В качестве варианта также может быть использован комбинированный полый цилиндр, в котором подходящим образом спрессованы/склеены активированный уголь и одна или более абсорбирующих смол.

Количества или, соответственно, объемы активированного угля и абсорбционной смолы или, соответственно, количество и пропускная способность центрального отвода или, соответственно, мембраны определяются согласно требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды, и могут комбинироваться таким образом, чтобы достичь максимальной производительности и эффективности очистки при минимальном падении давления.

Данная конструкция позволяет адаптироваться к региональным особенностям и рынкам питьевой воды при сохранении заявленного здесь принципа.

Заявленное устройство объединяет в одном картридже по меньшей мере два рассчитанных на длительный срок службы способа очистки воды, которые охватывают очень широкий ряд возможных загрязнителей питьевой воды («хлор», маленькие органические молекулы, остатки медикаментов, тяжелые металлы, бактерии, вирусы, частицы и т.д.).

При этом элементы очистки расположены таким образом, чтобы достичь оптимального протекания потока (и при этом оптимального контакта воды с абсорбентом) при уменьшенном падении давления.

Данная конструкция позволяет достичь высокой производительности (возможны большая площадь обтекания и маленькие диаметры частиц) при максимальной эффективности очистки, которая не может быть достигнута возможна при использовании альтернативных конструкций.

Одновременно достигается компактный блок с минимальными потребностями в пространстве, который легко может контролироваться потребителем.

Комбинация различных (рассчитанных на длительный срок службы) техник очистки уменьшает затраты во время создания и эксплуатации соответствующей машины (меньшее количество до полного отсутствия труб или переходников, только одно или два места присоединения).

Также возможно простое подключение к водопроводному крану (при необходимости с использованием гибкого адаптера) или встраивание в соответствующие водопроводы.

Несмотря на внешне линейную конструкцию, речь идет о радиальной фильтрации с очень простой конструкцией, короткими путями фильтрации и достаточным временем пребывания воды в гелевом слое.

Для конечного потребителя обращение значительно упрощено по сравнению с модульной системой (замена/контроль только одного картриджа, вместо двух или трех); то же касается производства, реализации, маркетинга, сбыта, хранения и т.д.

В предпочтительном варианте осуществления картридж может быть установлен линейно в водопроводе или посредством одного единственного присоединения, как это чаще всего встречается на рынке.

Устройство может легко комбинироваться с всеми другими распространенными модулями очистки или накопления, например, с последующей емкостью для хранения очищенной воды, системой смягчения, или другими техниками очистки, такими как УФ-дезинфекция (в емкости или в потоке), окислительно-восстановительные фильтры и т.д., или, соответственно, для дополнительного применения в подготовке горячей воды, модулем по обогащению СО₂ для получения газированной воды, возможное хлорирование или добавление пероксида водорода для последующей дезинфекции или консервирования, обогащение полезными для здоровья ионами, такими как кальций или магний и т.д.

Устройство не ухудшает и не влияет на тип последующего водозабора или водоподготовки.

Контроль за эффективностью устройства может осуществляться подходящими датчиками в подходящем месте, или непосредственно в точке забора, или в точках между отдельными модулями. Подходящими датчиками являются, например, но не исключительно, рН-датчики, датчики проводимости, датчики контроля концентрации бактерий, ионоселективные датчики, датчики УФ излучения и т.д. Проточная ячейка может измерять обрабатываемое количество воды.

В предпочтительном варианте осуществления датчики подключаются к системе обработки данных, которая на основании измеренных значений наблюдает за работой отдельных модулей и выдает соответствующие сообщения, если необходима замена или восстановление картриджа. Замена модулей может осуществляться с помощью датчиков также в зависимости от времени или, соответственно, объема. В зависимости от варианта осуществления система обработки данных может автоматически запускать регенерацию модуля смягчения или перекрывать клапан, чтобы принудительно заменить модули в качестве обязательного условия для продолжения работы.

Система обработки данных может быть запрограммирована на то, чтобы при израсходовании ресурса или ошибках поступало сообщение, например, на мобильный телефон, электронную почту, смс, Push-уведомление и т.д., которое информирует потребителя о необходимости замены картриджа.

В наиболее простой комплектации устройство подходит для домашнего использования и ориентировано на обычные виды потребления. В более сложных комплектациях устройство также может эксплуатироваться также в многоквартирных домах, ресторанах, больницах, на кораблях или в других учреждениях, нуждающихся в питьевой воде высокого качества.

Сам картридж, т.е. внешний корпус (3), входное отверстие (1) для воды, выходное отверстие (2) для воды, внешний полый цилиндр (4) из активированного угля, а также внутренний центральный полый цилиндр с пакетом (6) мембран из полого волокна или проницаемой стенкой (6) предпочтительно изготовлены из пластмассы. Производство осуществляется методом литья под давлением или 3D-печатью, или их комбинацией. Также предусмотрена последующая обработка отдельных элементов, например выполнение отверстий и т.д. Сами полые волокна обычно состоят из полимеров полиэфирсульфонов (ПЭС). Но они могут также состоять и из других материалов.

Краткое описание чертежей:

Фигура 1: Продольное сечение картриджа с двойным полым цилиндром с одним присоединением для впуска (1) воды, выпуском (2) воды, корпусом (3), полым цилиндром (4) из активированного угля, полым цилиндром (5) с проницаемой стенкой или пакетом (6) мембран из полого волокна, хелатообразующей смолой, связывающей тяжелые металлы и/или смолой (7), удаляющей бактерии

Фигура 2: Поперечное сечение картриджа с двойным полым цилиндром с одним присоединением для впуска (1) и выпуска (2) воды, корпусом (3), активированным углем (4), хелатообразующей смолой, связывающей тяжелые металлы, и/или удаляющей бактерии смолой в качестве наполнителя (7), полым цилиндром (5) с проницаемой стенкой или одним или более полыми волокнами (6)

Фигура 3: Продольное сечение картриджа с двойным полым цилиндром с одним присоединением для впуска (1) и выпуска (2) воды (линейная установка), корпусом (3), полым цилиндром (4) из активированного угля, полым цилиндром (5) с проницаемой стенкой или одним или более полыми волокнами (6), хелатообразующей смолой для связывания тяжелых металлов и/или бактерицидной смолой в качестве наполнителя (7), пористым стеклянным фильтром (8)

Фигура 4: Поперечное сечение картриджа с двойным полым цилиндром с двумя присоединениями для впуска (1) и выпуска воды (скрыто на противоположной стороне) (линейная установка), корпусом (3), полым цилиндром (4) из активированного угля, хелатообразующей смолой для связывания тяжелых металлов и/или бактерицидной смолой в качестве наполнителя (7), полым цилиндром (5) с проницаемой стенкой или одним или более полыми волокнами (6)

Фигура 5: Нежелательный путь фильтрации воды в картридже из полого волокна, заполненного абсорбирующим гелем и не имеющего центрального стока вследствие низкого динамического давления в головке картриджа (толщиной стрелок обозначено желательное направление потока в картридже); входное отверстие (1) для воды, выходное отверстие (2) для воды, корпус (3), полый цилиндр (4) из активированного угля, хелатообразующая смола для связывания тяжелых металлов и/или бактерицидная смола в виде слоя (7), пористый стеклянный фильтр (8)

Фигура 6: Образование каналов (байпас) фильтруемой воды (9) в картридже из полого волокна без центрального стока, с входным отверстием (1) для воды, выходным отверстием (2) для воды, корпусом (3), полым цилиндром (4) из активированного угля, хелатообразующей смолой для связывания тяжелых металлов и/или бактерицидной смолой в качестве наполнителя (7), пористым стеклянным фильтром (8) и образованием каналов (байпас) (9) (6)

Фигура 7: Предпочтительный путь фильтрации в заполненном полом цилиндре с центральным стоком и линейной конструкцией с расположенными друг напротив друга входным (1) и выходным (2) отверстиями; входным отверстием (1) для воды, выходным отверстием (2) для воды, корпусом (3), полым цилиндром (4) из активированного угля, полым цилиндром с проницаемой стенкой или мембранами из полого волокна (5, 6), хелатообразующей смолой для связывания тяжелых металлов и/или бактерицидной смолой в качестве наполнителя (7)

Фигура 8: Предпочтительный путь фильтрации полого цилиндра с входным (1) и выходным (2) отверстиями на одной и той же стороне; входным отверстием (1) для воды, выходным отверстием (2) для воды, корпусом (3), полым цилиндром из активированного угля (4), (6), полым цилиндром с проницаемой стенкой или мембранами из полого волокна (5, 6), хелатообразующей смолой для связывания тяжелых металлов и/или бактерицидной смолой в качестве наполнителя (7), пористым стеклянным фильтром (8).

Claims (11)

1. Устройство для многоступенчатой очистки питьевой воды, отличающееся тем, что устройство содержит корпус (3), входное отверстие (1) для воды, выходное отверстие (2) для воды, внешний полый цилиндр (4), заполненный активированным углем, и внутренний полый цилиндр (5) с полупроницаемой стенкой, содержащий хелатообразующий и/или бактерицидный гель для удаления тяжелых металлов и/или бактерий, причем хелатообразующий гель или, соответственно, бактерицидный гель, или то и другое заполняют пространство между внешним полым цилиндром с активированным углем и центральным стоком по всей длине полого цилиндра (5).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральный сток представляет собой многоперфорированную трубку с отверстиями.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отверстия многоперфорированной трубки меньше, чем частицы окружающего их абсорбирующего геля с хелатообразующим и/или антибактериальным действием.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральный сток представляет собой обернутую мембраной трубку с отверстиями, которые больше, чем диаметр частиц окружающего их абсорбирующего геля с хелатообразующим и/или антибактериальным действием.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что размер пор мембраны меньше, чем диаметр частиц окружающего их абсорбирующего геля с хелатообразующим и/или антибактериальным действием.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральный сток состоит из одной или более мембран из полого волокна или пакета мембран из полого волокна.

7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что оно содержит датчик рН, датчик проводимости, датчик УФ-излучения или датчики определения бактерий.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что датчики выдают предупреждение, если произошло превышение или опускание ниже определенных предельных значений.

9. Устройство по одному из пп. 1-8, которое содержит дополнительные элементы.

10. Устройство по п. 9, в котором дополнительные элементы выбраны из емкости для воды, системы смягчения, системы подготовки горячей воды, системы УФ-обеззараживания, окислительно-восстановительного фильтра, блока по обогащению СО₂ или блока хлорирования.

11. Устройство по одному из пп. 1-10, в котором корпус (3), входное отверстие (1) для воды, выходное отверстие (2) для воды, внешний полый цилиндр (4) и внутренний центральный полый цилиндр (5) с проницаемой стенкой произведены посредством 3D-печати.

Images