RU28684U1 - Устройство для очистки питьевой воды - Google Patents

Description

( УСТРОЙСТВО для очистки ПИТЬЕВОЙ воды Техническое решение относится к области водоподготовки, а более конкретно, получения питьевой воды с высокими органолептическими показателями и может быть использовано в быту для очистки воды из водопровода. Известно устройство для очистки питьевой воды, в котором очищаемую воду пропускают через слой активированного угля в виде дробленых частиц, на поверхности пор которых осаждены частицы серебра /1/. Устройство представляет собой заполненный сорбентом фильтр со сливным патрубком в верхней части и с патрубком для подсоединения подводящего шланга в нижней части. Однако, при осаждении частиц серебра существенно повышается себестоимость угля и уменьшается его поглощающая способность, происходит постепенное ухудшение бактерицидного свойства сорбента и загрязнение питьевой воды частицами тяжелого металла - серебра. Анализ современного уровня техники показывает, что более близким к предлагаемому является устройство для очистки питьевой воды, в котором очищаемую воду подвергают предварительному озонированию в контактной камере и далее пропускают через слой сорбента в виде дробленых частиц в сорбционном фильтре /2/. В этом устройстве очищаемая вода подвергается предварительному озонированию в контактной камере, которая представляет собой емкость (стеклянная банка) со съемной крышкой с подводом и отводом озона, на днище которого расположен распылитель озона, подключенный газоподводящей трубкой к озонатору «Озонид. Иосле озонирования вода пропускается через сорбционный фильтр «Барьер. 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 121. Преимуществом такой очистки воды является также неограниченный ресурс озонатора и минимальное потребление им электроэнергии. Поэтому сочетание предварительного озонирования очищаемой воды с ее последующей сорбционной чисткой на активированном угле признано лучшим в мире 121. Наиболее близким к заявляемому устройству является бытовой водоочиститель, содержащий размещенные последовательно по направлению движения обрабатываемой воды мембранный фильтр, контактную камеру с озонатором и угольный фильтр, соединенные между собой водоподающими и водоотводящими трубками, а озонатор соединен газоподводящей трубкой с контактной камерой на входе в нее водяного потока, при этом контактная камера на выходе из нее водяного потока соединена газоподводящей трубкой с угольным фильтром на выходе из него водяного потока /3/. Устройство для очистки питьевой воды, выбранный в качестве Прототипа, имеет следующие недостатки: - эффективность озонирования очищаемой воды является низкой изза малого времени контакта (доли секунды) озоно-воздушных пузырьков с обрабатываемой средой. Следует отметить , что эта проблема может быть частично решена приданием контактной камере сильно удлиненной конфигурации и/или использованием в этой камере специальных устройств, улучшающих озонирование воды. Однако, использование таких контактных камер в бытовых условиях создает определенные неудобства и поэтому является нежелательным; увеличение поглощающей способности активированного угля при озонировании очищаемой воды происходит в недостаточной степени и недостаточно интенсивно. Действительно, хотя и в настоящее время физико-химические процессы, способствующие увеличению поглощающей способности угля при введении в очищаемую воду озона, изучено недостаточно, является очевидным то обстоятельство, что в тех относительно малых концентрациях растворенного в воде озона (растворимость в воде озона в десять раз больше, чем у кислорода), необходимых для обеззараживания воды (несколько мг/л), увеличение поглощающей способности угля находится практически в прямой зависимости от количества растворенного в очищаемой воде озона в момент ее сорбционной очистки и от интенсивности взаимодействия озона с поверхностью сорбента. Однако, в данном устройстве для очистки питьевой воды, во-первых, вследствие смещения по времени и в пространстве процессов озонирования и сорбционной очистки воды и быстрого распада озона (период полураспада озона составляет около И секунд) сорбционная очистка воды частицами угля, которая длится несколько минут, происходит при относительно низком содержании озона в очищаемой среде. Во-вторых, как это будет показано ниже, интенсивность взаимодействия озона с поверхностью сорбента также является относительно низкой; -объем этого устройства для очистки питьевой воды используется не рационально. Действительно, в данном случае устройства содержат дополнительную контактную камеру, причем объем этой камеры в несколько раз больше объема сорбента в этих устройствах по той причине, что время озонирования очищаемой воды (8-15 минут) в несколько раз превыщает время сорбционной очистки (2-5 минут) в известных бытовых фильтрах. /1/. Поэтому в этом устройстве сорбент занимает лишь малую часть его объема (в рассматриваемом этот объем состоит из объемов контактной камеры и сорбционного фильтра). А так как ресурс 3JjdCdW , непрерывной (то есть без замены сорбента) работы устройства для очистки питьевой воды и его производительность определяются, в первую очередь, количеством сорбента в нем, указанные характеристики этого устройства существенно ухудшаются по сравнению с аналогичными характеристиками сорбционных фильтров такого же объема; -наличие четырех емкостей (мембранный фильтр, контактная камера, озонатор, угольный фильтр) различных размеров и конфигураций, соединенных газо-водо подводящими и отводящими трубками, что создает значительное неудобство при его использовании в быту; - работает только в проточном режиме, что не всегда удобно в бытовых условиях; -необходимость частой смены фильтрующего патрона в угольном фильтре, что в условиях отсутствия индикаторов качества очистки воды снижает надежность очистки и создает дополнительные неудобства при его эксплуатации; -вымывание угольной пыли при каждом включении и сокращение сроков эксплуатации из-за непроизводительного сброса очищенной воды с угольной пылью в канализацию; -неспособность очищать от залповых проскоков воды с высоким содержанием вредных веществ. Это связано с тем, что время контакта очищаемой воды с сорбентом в известных бытовых водоочистителях составляет не более 2-5 минут /1/. Однако, кинетика сорбции на углях такова, что при таком количестве времени контакта и при краткосрочном превышении ПДК в воде в 10 раз наблюдается превышение содержания вредных веществ в выходящей воде по величине ПДК в два и более раза. Решаемой технической задачей изобретения является повышение эффективности озонирования очищаемой воды иувеличение поглощающей способности сорбента в устройстве для очистки питьевой воды, более рациональное использование объема этого устройства и на основе этого создание нового более компактного, надежного и удобного в

эксплуатации устройства для очистки питьевой воды, которое при неизменном общем объеме будет иметь более высокие ресурс работы, производительность и степень очистки воды, более низкую себестоимость единицы очищенной воды и будет способно сохранять глубину очистки при залповых проскоках высоких концентраций вредных веществ.

Решение технической задачи в устройстве для очистки питьевой воды, содержащем контактнзлю камеру, заполненный сорбентом фильтр, подключенный газоподводящей трубкой к озонатору распылитель озона, достигается тем, что фильтр размещен внутри контактной камеры, причем пространство между их боковыми стенками заполнено сорбентом, а нижняя часть фильтра, где размещен распылитель озона, выполнена сообщающейся с нижней частью контактной камеры.

Фильтр внутри контактной камеры и распылитель озона в нижней части фильтра могут быть размещены соосно контактной камере.

Сливной патрубок может быть размещен в боковой части контактной камеры на заданной высоте и снабжен краником.

Контактная камера может быть снабжена верхним и нижнем днищами, расположенными параллельно на расстоянии 3-10 мм друг от друга, при этом верхнее днище выполнено дырчатым с диаметрами отверстий не более 0,5 мм, на котором могут быть размещены выполненный с открытым днищем фильтр и распылитель озона, а нижнее днище выполнено герметичным.

Сливной патрубок, верхнее и нижнее днища контактной камеры могут быть выполнены съемными.

Пространство между боковыми стенками контактной камеры и фильтра может быть заполнено сорбентом до расположенной на заданной высоте дырчатой перегородки с размерами отверстий не более 0,5 мм.

Контактная камера и фильтр могут быть выполнены осесимметричными друг другу по всей высоте и изменяющимися по высоте по заданным формам, при этом верхний край фильтра может быть v расположен ниже верхнего края контактной камеры и герметично соединен с внутренней боковой поверхностью этой контактной камеры. Контактная камера может быть снабжена распределительной перегородкой с размерами отверстий не более 0,5 мм, расположенной выше верхнего края фильтра на заданную высоту, причем пространство между этой распределительной перегородкой и открытым сверху верхним слоем сорбента в фильтре может быть заполнено сорбентом. В верхней боковой части контактной камеры на заданной высоте может быть размещено отверстие для подачи очищаемой воды, которое с внешней стороны контактной камеры может быть снабжено заливочной воронкой, верхний край которой расположен не выше верхнего края контактной камеры. А с внутренней стороны указанное отверстие может иметь продолжение в виде трубки, изогнутой в направлении верхнего края контактной камеры, причем верхний край этой трубки расположен ниже верхнего края заливочной воронки на заданное расстояние. Контактная камера может быть снабжена герметичной крышкой с патрубками для подвода и отвода озона. Контактная камера может быть снабжена крышкой с отверстием для вывода шнура, питающего электроэнергией озонатор, при этом озонатор может быть размещен в водонепроницаемом корпусе в пространстве между этой крышкой и распределительной перегородкой. Контактная камера может быть снабжена сквозной трубкой, соединяющей верхнюю часть пространства между боковыми стенками контактной камеры и фильтра с пространством над верхним краем контактной камеры. Общий объем сорбента в устройстве может составлять не менее 4 литров. Отношение общего объема сорбента в устройстве к объему сорбента в пространстве между боковыми стенками контактной камеры и фильтра может составлять 2-4. Озонатор может быть снабжен реле времени. На фиг. 1 изображен нример конкретной реализации устройства для очистки питьевой воды, в котором озонатор (на фиг. 1 не показан) располагается вне этого устройства. На фиг. 2 изображен пример конкретной реализации устройства для очистки питьевой воды, в котором озонатор размещен внутри этого устройства. Устройства для очистки питьевой воды (фиг. 1, фиг. 2) содержат контактную камеру 1, заполненный сорбентом 2 фильтр 3, подключенный газоподводящей трубкой 4 к озонатору (на фиг. 1 не показан) распылитель озона 5. Фильтр 3 размещен внутри контактной камеры 1 соосно с ним, причем пространство 6 между их боковыми стенками заполнено сорбентом 2. Нижняя часть фильтра 3, где соосно с ним размещен распылитель озона 5, выполнена сообщающейся с нижней частью контактной камеры 1. В боковой части контактной камеры 1 на заданной высоте размещен снабженный крвником 7 сливной патрубок 8. Контактная камера 1 снабжена верхним 9 и нижним 10 днищами, расположенными параллельно на расстоянии 3-10 мм друг от друга, при этом верхнее днище 9 выполнено дырчатым с диаметром отверстий не более 0,5 мм, на котором размещены выполненный с открытым днищем фильтр 3 и распылитель озона 5, а нижнее днище 10 выполнено герметичным. Сливной патрубок 8, верхнее и нижнее днища 9, 10 контактной камеры 1 выполнены съемными. Нространство 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 заполнено сорбентом 2 до расположенной на заданной высоте дырчатой перегородки 11с размерами отверстий не более 0,5 мм. Контактная камера 1 и фильтр 3 выполнены осесимметричными друг другу по всей высоте и изменяющимися по высоте по заданным формам. Например, контактная камера 1, изображенная на фиг. 1, выполнена сужающейся кверху, в то время, как в контактной камере 1 на фиг. 2 указанное сужение отсутствует. А фильтр 3 в обоих примерах (фиг. 1 и фиг. 2) выполнена с значительным. но плавным уменьшением его поперечного сечения в направлении верхнего днища 9 контактной камеры 1 (целесообразность придания таких форм контактной камере 1 и фильтра 3 будет обоснована ниже). При этом верхний край 12 фильтра 3 расположен ниже верхнего края 13 контактной камеры 1 и герметично соединен с внутренней боковой поверхностью этой камеры 1. Контактная камера 1 снабжена распределительной перегородкой 14 с размерами отверстий не более 0,5 мм, причем эта перегородка 14 расположена выше верхнего края 12 фильтра 3 на заданную высоту, а пространство между распределительной перегородкой 14 и открытым сверху верхним слоем сорбента 2 в фильтре 3 заполнено сорбентом 2. В верхней боковой части контактной камеры 1 на заданной высоте размещено отверстие 15 для подачи очищаемой воды, которое с внешней стороны контактной камеры 1 снабжено заливочной воронкой 16, причем верхний край 17 этой воронки 16 не выше верхнего края 13 контактной камеры 1. С внутренней стороны отверстие 15 имеет продолжение в виде трубки 18, изогнутой в направлении верхнего края 13 контактной камеры 1, причем верхний край этой трубки 18 расположен ниже верхнего края 17 заливочной воронки 16 на заданное расстояние. Контактная камера 1 устройства, изображенного на фиг. 1, снабжена герметичной крышкой 19 с патрубками 20, 21 для подвода и отвода озона соответственно. Устройство для очистки питьевой воды, изображенное на фиг. 2, содержит крышку 22 с отверстием 23 для вывода шнура 24, питающего электроэнергией озонатор 25. При этом озонатор 25 размещен в водонепроницаемом корпусе 26 в пространстве между крышкой 22 и распределительной перегородкой 14. Контактная камера 1 снабжена сквозной трубкой 27, соединяющей верхнюю часть пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 с пространством над верхним краем 13 контактной камеры 1. Озонатор 25 снабжен реле времени (на фиг. 2 не показано). Общий объем сорбента 2 в устройстве составляет не менее 4 литров. Отношение общего объема сорбента 2 в устройстве к объему сорбента 2 в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 составляет 2-4. В качестве сорбента 2 могут использоваться различные активированные угли в виде дробленых частиц и/или смесь этих частиц с ионообменной смолой. Рассмотрим работу устройств, изображенных на фиг. 1 и фиг. 2. Одним из преимуществ этих устройств по сравнению с прототипом является то, что они могут работать как в проточном режиме, так и как устройства кувщинного типа. В проточном режиме работы очищаемую воду из водопроводного канала (на фиг. 1 и фиг. 2 не показан) подают в заливочную воронку 16 и регулирующим вентилем (не показан) водопроводного канала устанавливают нужный расход очищаемой воды. При этом, как и в известных сорбционных фильтрах проточного типа, существует верхнее ограничение допустимого расхода пропускаемого через устройство воды, а именно, часовой расход очищаемой воды не должен превыщать объем сорбента в устройстве более чем в 5-10 раз (в зависимости от марки используемого сорбента и конструкции устройства). При выполнении этого условия обеспечивается высокое качество очистки ВОДЫ и ее спокойное (то есть без поднятия угольной пыли) течение через слой сорбента в устройстве. В кувщинном режиме работы заправочную дозу очищаемой воды заливают в устройство также через заливочную воронку 16. Озонатор (на фиг.1 не показан) подключают к сети 220 В и через распылитель озона 5 в нижнюю часть фильтра 3 начинает поступать озон в виде озоно-воздущных пузырьков, которые двигаясь в очищаемой среде по сложной траектории между частицами сорбента 2, иногда останавливаясь и объединяясь друг с другом, поднимаются вверх, проходят через распределительную перегородку 14 и выводятся из контактной камеры 1 через патрубок 21 для отвода озона (фиг.1) или заново поступают в озонатор 25 (фиг.2) . При этом наличие с внутренней стороны контактной камеры 1 изогнутой вверх трубки 18 исключает вероятность понадания озона в бытовое помещение через заливочную воронку 16. Эта заливочная воронка 16 служит не только для подачи очищаемой воды, но и для контроля уровня воды в верхней части контактной камеры 1. При этом исключается вероятность понадания воды через патрубок 21 в канал для отвода озона (не показан) и возникновение нежелательных последствий (например, заблокирования выхода озона из контактной камеры 1). Следует также отметить, что задавая определенную разность уровней верхних краев заливочной воронки 16 и трубки 18 можно задать оптимальный расход подаваемой в устройство воды. После попадания в контактную камеру 1 вода движется сверху вниз и проходит через распределительную перегородку 14, которая обеспечивает выравнивание скорости движения очищаемой воды по всему поперечному сечению контактной камеры 1 и тем самым способствует ликвидации неэффективных застойных зон в этой камере L Кроме этого, распределительная перегородка 14 выполняет следующую важнз ю функцию. Сорбент 2, размещенный в устройстве для очистки питьевой воды, находится в полувзвещенном состоянии. Поэтому, если не удерживать сорбент 2 в определенных рамках, при движении в его среде озоно-воздушных пузырьков, во первых, этот сорбент будет стремиться занять больше объема и может попасть в патрубок 21 для отвода озона и отверстие 15 для подачи очищаемой воды, что является нежелательным. Во вторых, вследствие этого расширения полувзвешенная среда сорбента 2 становится более рыхлой, в которой озоно-воздушные пузырьки объединяясь друг с другом прокладывают себе определенные каналы, по которым нроисходит преимущественные их движения, что уменьшает эффективность озонирования очищаемой воды. Рещению этой проблемы, а именно удержанию частиц сорбента 2 в контактной камере 1 в определенных рамках в относительно тесном их расположении между собой, и способствует размещенная на верхнем слое сорбента 2 v

11 распределительная перегородка 14. После прохождения через распределительную перегородку 14, очищаемая вода движется сверху вниз в насыщенной озоном среде сорбента 2 сначала в пространстве над фильтром 3, а затем и в самом фильтре 3 и проходит через дырчатое днище 9 контактной камеры 1. Далее вода движется между верхним и нижним днищами 9 и 10 контактной камеры 1 в горизонтальном направлении, проходит через верхнее дырчатое днище 9 контактной камеры 1 под пространством 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3, но уже в направлении снизу вверх. Размеры отверстий верхнего днища 9 контактной камеры 1малы по сравнению с размерами частиц сорбента и зазоров между ними, что, с одной стороны, исключает вероятность попадания частиц сорбента 2 в пространство между верхними и нижними днищами 9 и 10 контактной камеры 1 и засорение ими перехода из фильтра 3 в пространство 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3. С другой стороны, способствует выравниванию распределения скорости потока воды по поперечному сечению как фильтра 3, так и пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 и ликвидации тем самым неэффективных застойных зон в них. В пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 вода движется снизу вверх через слой сорбента 2, проходит через дырчатую перегородку 11 и вытекает в очищенном виде через сливной патрубок 8 контактной камеры 1. Дырчатая перегородка 11с размерами отверстий не более 0,5 мм, с одной стороны, исключает вероятность попадания частиц сорбента 2 в сливной патрубок 8. С другой стороны, удерживает сорбент 2 в определенных рамках, что исключает возможность заполнения сорбентом 2 вследствие полувзвешенного состояния его частиц верхней части пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3, где его сечение резко сужается, а значит резко увеличивается скорость движения воды в нем и, как следствие, возникла бы

вероятность поднятия угольной пыли в этой части пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3.

При своем движении в среде сорбента 2 в фильтре 3 и в пространстве над ним озоно-воздушные пузырьки вызывают некоторое поднятие угольной пыли в этой среде. Часть этой пыли задерживается сорбентом 2 в самом же фильтре 3, а остальная часть осаждается на частицах сорбента 2 в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3. Кроме этого, в этом пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 происходит доочистка продуктов озонолиза и «финишная доочистка питьевой воды от вредных примесей, что особенно важно при залповых проскоках высоких концентраций вредных примесей.

В предлагаемом устройстве отношение объема сорбента 2 в нем к объему сорбента 2 в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 составляет 2-4. Это эквивалентно тому, что отношение объема сорбента 2, подвергаюп ;егося непосредственному воздействию озоно-воздунных пузырьков (то есть суммарный объем сорбента 2 в фильтре 3 и в пространстве над ним до распределительной перегородки 14) к объему сорбента 2, не подвергающегося непосредственному воздействию озоно-воздушных пузырьков (то есть объема сорбента 2 в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3) составляет 1-3. Такой диапазон был принят исходя из следуюп1;их соображений. С одной стороны, объем сорбента 2, подвергающегося непосредственному воздействию озоно-воздушньгх пузырьков, должен быть относительно большим, так как в этом объеме происходит озонирование и наиболее интенсивная очистка воды. Кроме этого, время озонирования очищаемой воды должно быть в два и более раза превосходит время сорбционной очистки воды в известных фильтрах. С другой стороны, при неизменных общем объеме устройства и расходе очищаемой воды с увеличением относительного объема сорбента 2, подвергающегося непосредственному воздействию пузырьков, увеличивается скорость движения воды, в среде сорбента 2 пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3. Это приводит к необходимости уменьшения расхода очищаемой воды, так как именно скорость движения воды, при которой в среде сорбента 2 не поднимается угольная пыль, является верхним ограничением этого расхода в данном устройстве. Кроме этого, количество сорбента 2 в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 должно быть достаточным для задержания угольной пыли, поступающей из фильтра 3. Решению этой задачи, а именно увеличению объема сорбента 2 в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3, способствует специальная форма фильтра 3 с значительным, но плавным, уменьшением поперечного сечения фильтра 3 в направлении верхнего днища 9 контактной камеры 1. Кроме этого, такая форма выполнения фильтра 3, с одной стороны, обеспечивает более лучшие условия для взаимодействия озоно-воздушных пузырьков, которые при своем движении вверх между частицами сорбента 2 расходятся в поперечном направлении, с обрабатываемой водой и частицами сорбента 2. С другой стороны, уменьшается вероятность проскока неозонированной воды в пространство 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3, так как очищаемая вода в конце процесса озонирования проходит через узкое сечения фильтра 3 с наиболее концентрированным содержанием озоновоздушных пузырьков. Уровень воды в контактной камере 1, который должен быть как можно выше, можно регулировать вентилем из водопроводного канала (не показан) и/или краником 7 на сливном патрубке 8. Рассмотрим особенности работы предложенного устройства в режиме кувшинного фильтра на примере устройства, изображенного на фиг. 2. Этот режим работы является очень важным и требует подробного анализа, так 13 ч как большинство бытовых водоочистителей работают именно в этом режиме/1/. В бытовых водоочистителях кувшинного типа целесообразно использовать, как это сделано в аналоге и в предложенном устройстве, изображенном на фиг. 2, бытовой озонатор типа «Озонид, который выпускается ТОО «Озонид, г. Уфа.. Преимуш;еством этого озонатора является не только его компактность, надежность, но и замкнутость цикла его работы, при котором выводящийся из устройства озон заново поступает в этот озонатор, то есть отпадает необходимость каким-либо способом удалять отработанный озон из бытового помеш;ения, что принципиально важно для бытовых водоочистителей. Указанное свойство озонатора «Озонид и размеш;ение его внутри предложенного устройства (фиг. 2) позволяет сделать это устройство очень компактным и удобным в эксплуатации, что выгодно отличает его от прототипа и аналога и важно для бытовых водоочистителей. При этом исключается вероятность попадания в озонатор 25 воды через распылитель озона 5 при отключении этого озонатора. Кроме этого, как будет показано ниже, в предложенном устройстве по сравнению с аналогом кувшинного типа создается более благоприятное условие для эффективной работы озонатора типа «Озонид, что является одним из преимуш;еств предложенного устройства. Как известно, водоочистители кувшинного типа состоят из трех основных частей: верхней части, называемой воронкой, в которую заливают заправочную дозу очиш;аемой воды; нижней части, называемой кувшином, в которой накапливается очиш;енная вода; расположенной между воронкой и кувшином сменной фильтруюш,ей кассеты, заполненной сорбентом. Заправочную дозу очищаемой воды в предложенном устройстве заливают через заливочную воронку 16 и заполняют контактную камеру 1 до заданного уровня. При этом сразу же с момента начала заливки воды начинается процесс очистки этой воды и вытеснение ею имеющейся в устройстве и уже очищенной воды в расположенную выше сливного ч патрубка 8 и не содержащую сорбента 2 верхнюю часть пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3, которая уже к концу заправки заполняется в полном объеме. Таким образом, объем воронки (по аналогии с терминологией кувшинных фильтров), то есть объем емкости, в которую заливают заправочную дозу воды, в предложенном устройстве состоит из трех условных частей: объем расположенной выше распределительной перегородки 14 и не заполненной сорбентом 2 верхней части контактной камеры 1; заполненные сорбентом 2 объемы расположенных выше уровня сливного патрубка 8 частей контактной камеры 1 и фильтра 3; расположенной выше уровня сливного патрубка 8 и не заполненной сорбентом 2 верхней части пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3. Так как заполненная сорбентом 2 емкость при заправке вмеш;ает воду, объем которой примерно в два раза меньше объема этой емкости, то относительная доля не заполненных сорбентом 2 условных частей воронки в заправленной дозе воды удваивается. Включается озонатор 25 в сеть 220 В и открывают краник 7. При этом через сливной патрубок 8 начинает вытекать оставшаяся с предыдущей заправки и уже очищенная вода, расход которой максимален в начальный момент открывания краника 7 и с уменьшением уровня воды в контактной камере 1 тоже уменьшается. Здесь следует отметить особую роль расположенной выше сливного патрубка 8 верхней части пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3, заключаюшаяся в ее многофункциональности. Действительно, во первых, она является, как было показано выше, условной частью воронки. Во вторых, она является частью кувшина, так как там накапливается очищенная вода. В третьих относительно быстрое изменение уровня воды в ней вследствие сильного сужения ее сечения «сглаживает резкие изменения уровня воды в контактной камере 1 по отношению к уровню воды в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 и тем самым уменьшает вероятность поднятия ч угольной пыли в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 при таких резких изменениях (например, при заправке воды или в начальный момент открытия краника 7 после заправки водой предложенного устройства). Сквозная трубка 27, соединяющая верхнюю часть пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 с пространством над верхним краем 13 контактной камеры 1, обеспечивает выравнивание давления в этих пространствах, что нужно для использования верхней части пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 в полном его объеме при изменениях уровня воды в этом пространстве. Реле времени (не показано) отключает озонатор 25 через заданное количество времени. Особенностью использования озонаторов типа «Озонид с замкнутым циклом работы является необходимость изолирования от окружающей среды выходящего из контактной камеры озона и наличия определенного количества первоначального объема воздуха в этой камере. Эту задачу в предложенном устройстве решает крышка 22, которая изолирует выходящий из контактной камеры 1 озон и озонатор 25 от окружающей среды и резервирует указанный объем воздуха в пространстве под этой крышкой. При этом резервированный воздух в процессе работы предложенного устройства, постоянно обновляется относительно сухим и богатым кислородом воздухом из окружающей среды. Действительно, изменения уровня воды в устройстве, то есть довольно быстрое поднятие при заправке и последующее снижение этого уровня, играют роль своеобразного поршня, сначала вытесняющего из пространства под крышкой 22, а затем обратно всасывающего в это пространство воздух из окружающей среды через отверстие 23 в крышке 22. Таким образом происходит принудительная вентиляция воздуха под крышкой 22, при которой влажный и бедный кислородом воздух с минимальным содержанием озона (вследствие быстрого распада озона и достаточно длительного периода времени между заправками воды) в пространстве под крышкой 22 заменяется более сухим и богатым кислородом воздухом из окружающей среды. Это обстоятельство является важным, так как для эффективной работы озонатора 25 требуется относительно сухой и богатый кислородом воздух. Из сравнения предложенного устройства с известными бытовыми фильтрами кувшинного типа следует, что расположенные выше и ниже уровня сливного патрубка 8 верхняя и нижняя части предложенного устройства играют роль соответственно воронки и кувшина, а само устройство в полном объеме - роль фильтрующей кассеты. Отсюда следует, что верхняя и нижняя части предложенного устройства выполняют одновременно три функции: играют роль соответственно воронки и кувшина в устройстве кувшинного типа; являются частью фильтрующей кассеты этого устройства (в известных устройствах для очистки питьевой воды кувшинного типа наоборот: кассета занимает часть объема воронки и кувшина); играют роль контактной камеры. Таким образом, весь объем предложенного устройства участвует непосредственно в процессах озонирования и сорбционной очистки воды, то есть используется максимально рационально. Это обстоятельство выгодно отличает предложенное устройство от известных фильтров кувшинного типа, в которых основная часть их объема является просто резервуаром для очищенной и неочищенной воды и не участвует в процессах очистки, то есть используется не рационально. При этом в предложенном устройстве при одном и том же общем объеме содержится в десятки раз больше сорбента, чем в известных бытовых фильтрах кувшинного типа (например, объем сменной кассеты в аналоге, то есть в бытовом комплексе «БарьерОзонид, занимает лишь около 5% суммарного объема контактной камеры и фильтра «Барьер). Данное обстоятельство не только обеспечивает многократное увеличение ресурса непрерывной работы устройства, увеличение производительности, надежности и степени очистки воды, но и позволяет предложенному устройству работать в особом режиме. Прежде чем раскрыть суть этого режима, покажем, что при одном и том же общем объеме устройств заправочная доза воды предложенного устройства значительно больше, чем у аналога кувшинного типа. Как показали исследования, при таких малых ск;оростях движения очищаемой воды в сорбционных фильтрах из нижней части предложенного устройства, то есть его кувшина, очищенная вода вытесняется не только из зазоров между частицами сорбента 2, но и из самих частиц (то есть вода как бы проходит сквозь эти частицы). Отсюда следует, что объем оставшейся с предыдущей заправки воды и уже очищенной воды в кувшине, которая может быть вытеснена заново заправленной водой, примерно равен объему самого кувшина. Отсюда, в свою очередь, следует, что для того, чтобы объем заправленной в воронку дозы неочищенной воды был равен объему вытесненной им из кувшина уже очищенной воды (очевидно, что это равенствоявляется оптимальным соотнощением между ними), объем воронки предложенного устройства должен примерно в два раза превосходит объем его кувшина (то есть уровень сливного патрубка 8 должен делить предложенное устройство на две части так, чтобы объем верхней части примерно в два раза был больше объема нижней части). Таким образом, объем заправочной дозы воды предложенного устройства составляет более 1/3 часть его объема, в то время как относительная заправочная доза очищаемой воды в аналоге кувщинного типа, равная объему их воронки, составляет не более 1/4 части общего объема контактной камеры и сорбционного фильтра. Отсюда так же следует, что так как заправочная доза воды в известных кувшинных фильтрах составляет не менее 1,3 литра, то общий объем сорбента 2 в предложенном устройстве должен быть не меньше 4 литров. Испытания показали, что после заправки предложенного устройства заправочной дозой воды, включения озонатора 25 и открытия краника 7 происходит спокойное (то есть без поднятия угольной пыли), но достаточно интенсивное (в течении 2-5 минут, что является удовлетворительной -

CMoL9

19 производительностью для бытовых водоочистителей) вытеснение воды, находившейся в нижней части устройства в контакте с сорбентом 2 длительное время, равное интервалу времени между занравками воды, и все это время подвергавшееся сорбционной чистке, заправленной в устройство водой, которая, в свою очередь, подвергается такой же длительной очистке до следуюш,ей заправки. В этой длительной очистке воды в предложенном устройстве в пределах одного и того же объема водоочистителя, обеспечивающей надежную и глубокую очистку воды и исключающей проскок высоких концентраций вредных веществ, и заключается особый режим работы и одно из принципиальных отличий предложенного устройства от известных бытовых водоочистителей проточного и кувшинного типов, в которых время сорбционной очистки не превышает нескольких минут. Это позволяет говорить о нем, как о водоочистителе нового типа, качественно и выгодно отличающегося от водоочистителей проточного и кувшинного типов. Вышеприведенный анализ работы предложенного устройства показал, что практически все элементы и конструктивные особенности данного устройства выполняют несколько функций, что является обоснованием необходимости каждого из них. Замену фильтрующего элемента в предложенном устройстве можно осуществлять либо заменой целиком контактной камеры 1 (при этом все съемные элементы, - озонатор 25 с водонепроницаемым корпусом 26, крышка 22, верхнее днище 9, нижнее днище 10, патрубок 8, распределительная перегородка 14, распылитель озона 5, могут быть легко сняты с отработанной контактной камеры 1 и установлены на новую камеру, что позволяет существенно снизить себестоимость сменной контактной камеры), либо заменой сорбента 2 через съемные верхнее и нижнее днища 9 и 10 контактной камеры 1 следующим образом. Снимают эти днища, выгружают сорбент 2 из устройства и заполняют его, предварительно перевернув устройство дном вверх, новым сорбентом 2 до заданного уровня. Далее обратно устанавливают днища. Этот процесс является простым и не требует приглашения специалиста. Очищенн)лю воду при первых нескольких заправках следует слить. Пример. Устройство для очистки питьевой воды, изображенный на фиг. 2, является цилиндрическим и имеет диаметр 20 см, высоту 34 см и объемом 10,5 литра. Высота фильтра 3 составляет 19 см, высота расположения сливного патрубка 8 и дырчатой перегородки 11-12 см, высота расположения распределительной перегородки 14-25 см, высота расположения верхнего дырчатого днища 9 - 1 см. Объем сорбента 2 составляет: в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 - 2,55 л; в верхней части устройства выше уровня сливного патрубка 8 - 3,5 л; в нижней части фильтра 3 ниже уровня сливного патрубка 8 - 0,83 л. Таким образом, общий объем сорбента 2 в устройстве составляет 6,9 л, а отношение общего объема сорбента 2 в устройстве к объему сорбента 2 в пространстве 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 составляет 2,7. Объемы не заполненных сорбентом 2 верхних частей пространства 6 между боковыми стенками контактной камеры 1 и фильтра 3 и контактной камеры 1 между ее боковой стенкой и стенкой водонепроницаемого корпуса 26 составляет соответственно 0,64 и 0,6 л. Заправочная доза воды составляет 3 л, а объем заполненный сорбентом 2 нижней части устройства, расположенной ниже уровня сливного патрубка 8 и выполняющего роль кувщина в этом устройстве, составляет 3,4 л, то есть объем оставшейся с предыдущей заправки и уже очищенной воды в устройстве тоже составляет примерно 3 л. В качестве сорбента 2 использовался дробленый активированный уголь БАУ-МФ производства ОАО «Сорбент (г. Пермь). В устройстве использовался бытовой озонатор «Озонид. Устройство вначале эксплуатировалось в проточном режиме. При этом через устройство было пропущено со скоростью 20 л/ч 5000 л водопроводной воды из микрорайона Азино г. Казани. Далее устройство ч эксплуатировалось в режиме кувшинного фильтра. После занравки устройства водой объемом 3 л, включения озонатора 25 и открытия краника 7 первый литр очищенной воды вытекает из сливного патрубка 8 не более чем за 1,5 мин, что соответствует производительности известных бытовых водоочистителей. Эффективность очистки воды из городской очистной станции в микрорайоне Борисково г. Казани от некоторых загрязнителей после пропускания через рассматриваемое устройство составила: механические частицы - 100%, микробы и вирусы - 100%, фенолы - 95%, нефтепродукты - 85%, бензапирен - 90%, хлороформ - 95%, хлор - 98%, тяжелые металлы - 85%, железо - 80%. По сравнению с прототипом, предлагаемое устройство для очистки питьевой воды обладает следующими преимуществами: - процесс озонирования воды является более эффективным. Действительно, при озонировании воды непосредственно в среде 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; - увеличение поглощающей способности активированного угля при озонировании воды является более значительным и происходит более интенсивно. Действительно, в предлагаемом устройстве для очистки питьевой воды из-за озонирования воды непосредственно во время прохождения ее через слой сорбента, 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 примерно в два раза. В третьих, из-за более эффективного озонирования воды в предложенном способе (смотри выше) концентрация озона в воде во время ее сорбционной очистки становится еще более высокой. В четвертых, озоно-воздушные пузырьки с концентрированным содержанием озона воздействуют непосредственно на поверхность частиц угля, где и происходят процессы сорбционной очистки и где наиболее эффективно воздействие озона на эти процессы и поглощающую способность угля. В пятых, интенсивное движение пузырьков между частицами сорбента (средняя скорость движения пузырьков между частицами в сто и более раз превышает скорость движения воды через слой сорбента) способствует более интенсивным конвективным перемещениям озона, примесей и, как следствие, более интенсивному взаимодействию их с поверхностью частиц сорбента. В шестых, как показывают визуальные наблюдения за процессом озонирования воды в данном устройстве, практически во всем объеме озонирования частицы сорбента, находящиеся в полувзвешенном состоянии, под воздействии поднимающихся вверх озоно-воздушных пузырьков совершают слабые колебательно-поступательные движения, что так же способствует интенсификации сорбционных процессов. Таким образом, с одной стороны, происходит увеличение концентрации растворенного в воде озона в момент ее сорбционной очистки, а с другой стороны, интенсифицируется взаимодействие озона с поверхностью сорбента. Все это, как было сказано выше, обеспечивает как рост поглощающей способности сорбента, так и интенсификацию этого роста. А это, в свою очередь, способствует увеличению ресурса непрерывной работы, интенсивности и степени очистки питьевой воды в водоочистителе; -объем устройства для очистки воды используется более рационально. Действительно, в данном случае происходит совмещение в пространстве и во времени процессов озонирования и сорбционной очистки, то есть отпадает необходимость наличия отдельных контактной камеры и сорбционного фильтра. При этом указанные процессы, как было показано выше, становятся более эффективными и существенно интенсифицируются, что создает условие для еще более рационального 22(Cdfoi9

использования объема водоочистителя. Более того, в данном случае устройство для очистки воды при неизменном общем объеме содержит в несколько (а при сравнении с известными кувшинными водоочистителями в десятки) раз больше сорбента. Это, во первых, обеспечивает многократное увеличение ресурса непрерывной (то есть без замены сорбента) работы устройства. Во вторых, позволяет заменить дорогостояпдие, но более эффективные сорбенты на более дешевые и доступные (например коксовый уголь на березовый), что в конечном итоге, позволяет снизить себестоимость единицы очиш;аемой воды. В третьих, обеспечивает увеличение в несколько раз времени контакта очиш;аемой воды с сорбентом, что способствует повышению надежности и степени очистки воды и уменьшает вероятность проскоков высоких концентраций вредных примесей. В четвертых, позволяет увеличить производительность водоочистителя;

-является компактным;

-может работать как в проточном режиме, так и как устройство кувшинного типа;

- в связи с многократным увеличением ресурса непрерывной работы устройства отсутствует необходимость частой смены фильтрующего элемента, что существенно упрощает процесс эксплуатации устройства и повышает надежность очистки питьевой воды;

-исключена вероятность залповых проскоков высоких концентраций вредных веществ;

-отсутствует угольная пыль в очищенной воде при каждом его включении. Это обусловлено тем, что в известных угольных фильтрах при повторной подачи очищаемой воды происходит заполнение среды сорбента водой и при этом происходят взаимные перемещения частиц угля, что и приводит к появлению угольной пыли. В предлагаемом же устройстве при подачи воды в начальный момент происходит лишь вытеснение имеющейся в устройстве воды и поэтому не происходит поднятие угольной пыли. 1 По сравнению с прототипом в предложенном устройстве для 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-сорбент в сорбционном фильтре) превращается в трехфазную (газ-вода-сорбент) в предложенном устройстве, что 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 устройстве. Таким образом, предлагаемое техническое решение устраняет все перечисленные выше недостатки прототипа и решает поставленную задачу. Список использованной литературы. 1.Миклашевский Н. В., Королькова С. В. Чистая вода. Системы очистки и бытовые фильтры. - СПб.: БХВ - СПб, Издательская группа «Арлит. 2000. - 240 с. 2.Озонид. Бытовой озонатор для очистки и обеззараживания воды. Описание и руководство по эксплуатации. Изготовитель: ТОО «Озонид. 460000, г. Уфа, а/я 1065, ул. Гоголя 46. (копия прилагается.) 3.Свидетельство на полезную модель. №3441, МПК С 02 Г 1/78, ПМПО №1, 16.01.97. (копия прилагается.)

Claims (14)

1. Устройство для очистки питьевой воды, содержащее контактную камеру, заполненный сорбентом фильтр, подключенный газоподводящей трубкой к озонатору распылитель озона, отличающееся тем, что фильтр размещен внутри контактной камеры, причем пространство между их боковыми стенками заполнено сорбентом, а нижняя часть фильтра, где размещен распылитель озона, выполнена сообщающейся с нижней частью контактной камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр внутри контактной камеры и распылитель озона в нижней части фильтра размещены соосно контактной камере.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в боковой части контактной камеры на заданной высоте размещен снабженный краником сливной патрубок.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактная камера снабжена верхним и нижним днищами, расположенными параллельно на расстоянии 3-10 мм друг от друга, при этом верхнее днище выполнено дырчатым с диаметром отверстий не более 0,5 мм, на котором размещены выполненный с открытым днищем фильтр и распылитель озона, а нижнее днище выполнено герметичным.

5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что сливной патрубок, верхнее и нижнее днища контактной камеры выполнены съемными.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пространство между боковыми стенками контактной камеры и фильтра заполнено сорбентом до расположенной на заданной высоте дырчатой перегородки с размерами отверстий не более 0,5 мм.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактная камера и фильтр выполнены осесимметричными друг другу по всей высоте и изменяющимися по высоте по заданным формам, при этом верхний край фильтра расположен ниже верхнего края контактной камеры и герметично соединен с внутренней боковой поверхностью этой контактной камеры, снабженной распределительной перегородкой с размерами отверстий не более 0,5 мм, причем эта распределительная перегородка расположена выше верхнего края фильтра на заданную высоту, а пространство между распределительной перегородкой и открытым сверху верхним слоем сорбента в фильтре заполнено сорбентом.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в верхней боковой части контактной камеры на заданной высоте размещено отверстие для подачи очищаемой воды, которое с внешней стороны контактной камеры снабжено заливочной воронкой, а с внутренней стороны имеет продолжение в виде трубки, изогнутой в направлении верхнего края контактной камеры, причем верхний край этой трубки расположен ниже верхнего края заливочной воронки на заданное расстояние, а верхний край заливочной воронки расположен не выше верхнего края контактной камеры.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что контактная камера снабжена герметичной крышкой с патрубками для подвода и отвода озона.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что контактная камера снабжена крышкой с отверстием для вывода шнура питания озонатора, а озонатор размещен в водонепроницаемом корпусе в пространстве между этой крышкой и распределительной перегородкой.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что контактная камера снабжена сквозной трубкой, соединяющей верхнюю часть пространства между боковыми стенками контактной камеры и фильтра с пространством над верхним краем контактной камеры.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что общий объем сорбента в устройстве для очистки питьевой воды составляет не менее 4 л.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение общего объема сорбента в устройстве для очистки питьевой воды к объему сорбента в пространстве между боковыми стенками контактной камеры и фильтра составляет 2-4.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что озонатор снабжен реле времени.