Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды

Изобретение предназначено для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды и может быть использовано для улучшения качества очистки питьевой воды в бытовых фильтрах кувшинного типа. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды содержит емкость для очищенной воды, воронку для приема очищаемой воды, расположенную в верхней ее части, фильтрующее устройство, расположенное внутри воронки фильтра, включающее систему фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра и фильтрующий элемент, выполненный из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с расположенным в его внутреннем пространстве умягчающим или минерализующим материалом. Система фиксации фильтрующего устройства соединена с фильтрующим элементом путем приклеивания или механического крепления. Пористый блочный материал получен путем сжатия при нагреве смеси исходных компонентов, содержащей частицы активированного угля и полимерного связующего. Технический результат: упрощение конструкции и технологии сборки, обеспечение эффективной очистки воды по токсичным загрязнителям до (91-98)% и ее умягчения в течение всего ресурса, составляющее не менее 40%, а также равномерной минерализации воды различной жесткости при условии использования минерализующих веществ в предлагаемом устройстве. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к гравитационному фильтру для очистки и умягчению или минерализации питьевой воды и может быть использовано для улучшения качества очистки питьевой воды в бытовых фильтрах кувшинного типа.

В настоящее время широкое распространение среди населения получили бытовые фильтры для очистки питьевой воды, которые являются альтернативой бутилированной питьевой воде. Среди них наибольшей популярностью пользуются гравитационные фильтры, представляющие собой фильтры кувшинного типа, которые отличаются простотой конструкции, низкой ценой и не требуют подключения к напорным системам водоснабжения.

Большинство известных из уровня техники фильтров кувшинного типа (например, патент DE 000002919901, 1980 год, патент WO 1998017582, 1998 год, патент RU 2236279, 2004 год, патент WO 2005118481, 2005 год, WO 2005118104, 2005 год, WO 2005118482, 2005 год, RU 2252062, 2005 год, патент RU 2437703, 2011 год), состоят из емкости, в верхней части которого размещена приемная воронка, в которую заливают очищаемую воду, и фильтрующего устройства (картриджа), герметично подсоединенного к нижней части приемной воронки и расположенного в емкости в зоне очищенной воды.

Гравитационные фильтры кувшинного типа обеспечивают очистку питьевой воды от наиболее распространенных токсичных загрязнителей - хлора и его соединений, органических примесей, в частности, хлорорганических соединений, и тяжелых металлов, и ее умягчение, удаляя из воды катионы кальция и магния и их гидрокарбонат-ионы, или очистку воды и ее обогащение воду минеральными веществами, полезными для человеческого организма.

Для очистки и умягчения или очистки и минерализации воды гравитационными фильтрами в их фильтрующем устройстве, представляющем собой фильтрующий элемент в виде пластикового корпуса, к которому подсоединено устройство фиксации, предназначенное для герметичного подсоединения фильтрующего устройства к приемной воронке фильтра, размещают сорбирующие и/или минерализующие вещества. В большинстве фильтрующих устройств фильтров кувшинного типа в качестве сорбирующих веществ используется смесь активированного угля, удаляющего из очищаемой воды хлор, органические, в том числе, хлорорганические загрязнители, и катионита в гранулированном (например, патент DE 000002919901, 1980 год, патент WO 1998017582, 1998 год, патент RU 2236279, 2004 год, патент WO 2005118481, 2005 год) или волоконном виде (например, патент RU 2162010, 2001 год, патент RU 2429067, 2011 год), удаляющего из воды тяжелые металлы. При использовании в качестве катионита слабо- или сильнокислотных катионообменных смол (например, патент WO 2005118482, 2005 год, патент RU 2236279, 2004 год) такой фильтрующий элемент дополнительно осуществляет умягчение воды. Для обогащения воды некоторыми минеральными веществами (минерализации), например, фтором, кальцием, магнием, цинком - используют или катиониты с катионами магния или цинка (например, US 20180002197, 2018 год), или малорастворимые соли этих веществ в виде мелкодисперсных веществ (патент RU 2092451, 1997 год, CN 107551645, 2018 год), или в виде спрессованных таблеток (например, патент RU 2533715, 2014 год, патент US 20190175456, 2019 год). Общим недостатком работы гравитационных фильтров, у которых фильтрующий элемент с сорбирующими, умягчающими и минерализующими веществами расположен в нижней части резервуара фильтра в зоне очищенной воды, является или гиперумягчение ими воды, то есть перевод воды из категории «средней жесткости» (2-10°Ж по ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости» или 2-10 мг-экв/л) или «жесткой»(>10°Ж по ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости» или более 10 мг-экв/л) в категорию «избыточно мягкой» (менее 2°Ж по ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости» или менее 2 мг-экв/л), или появление пиковых концентраций в очищенной воде минерализующих веществ. Гиперумягчение воды и его результат - избыточная мягкость воды или ее повышенная минерализация делают воду невкусной и вредной для человеческого организма. Основной причиной гиперумягчения и повышенной (пиковой) минерализации воды является значительное время контакта умягчающих или минерализующих веществ, находящихся в корпусе фильтрующего элемента, погруженного в очищенную воду, с водой и вследствие этого протекания дополнительных процессов сорбции и минерализации.

Из уровня техники известны гравитационные фильтры кувшинного типа, у которых фильтрующий элемент фильтрующего устройства выполнен или в виде двух (патент RU 2526377, 20.08.2014 год, RU 2538746, 10.01.2015 год, RU 2666419, 07.09.2018 год), или в виде трех (патент RU 2540159, 10.02.2015 год), или в виде более трех (патент CN 107551645, 2018 год) рабочих зон, осуществляющих функции очистки, умягчения или минерализации воды. В таких фильтрующих устройствах основная рабочая зона в виде пластикового сосуда с сорбирующими компонентами, осуществляющая функцию сорбционной очистки воды, расположена в основном корпусе фильтрующего элемента фильтрующего устройства и находится в нижней части резервуара в зоне очищенной воды. Вторая рабочая зона в виде дополнительного корпуса с сорбирующими или умягчающими компонентами, осуществляющая функцию или дополнительной очистки воды, или ее умягчения, располагается внутри воронки и соединена с корпусом основной рабочей зоны. Такое расположение второй рабочей зоны позволяет ее умягчающим компонентам контактировать с водой только в процессе ее фильтрации, что уменьшает эффект гиперумягчения воды. Третья рабочая зона в виде пластикового корпуса с минерализующими веществами, осуществляющая функцию минерализации воды, располагается ниже основной рабочей зоны и находится в зоне очищенной воды.

Прототипом заявляемого гравитационного фильтра выбран гравитационный фильтр, предназначенный для очистки, умягчения и минерализации воды, с фильтрующим устройством, фильтрующий элемент которого содержит три рабочие зоны (патент RU 2540159 С1, 10.02.2015 год), одна из которых расположена внутри воронки в зоне очищаемой воды, а две другие находятся в зоне очищенной воды. Очищаемая вода, проходя из воронки фильтра во вторую рабочую зону, выполненную в виде пластикового корпуса с отверстиями в боковых стенках и крышке, расположенного в воронке фильтра и заполненного слабокислотным катионитом, умягчается, и затем, проходя через основную рабочую зону, выполненную в виде пластикового корпуса с входным и выходным отверстиями, расположенного в кувшине в зоне очищенной воды, и заполненного сорбирующими веществами - смесью активированного угля, гранулированного и волоконного катионита - очищается от хлора, тяжелых металлов, органических, в том числе, хлорорганических соединений, и, далее, проходя в третью рабочую зону, выполненную в виде одно- или много-секторного пластикового корпуса, расположенного в фильтре в зоне очищенной воды и заполненного веществами-минерализаторами, насыщается минеральными соединениями.

Недостатками гравитационного фильтра - прототипа являются сложность конструкции его фильтрующего устройства вследствие наличия трех рабочих зон, каждая из которых имеет свой пластиковый корпус, состоящий из нескольких деталей, трудоемкость сборки фильтрующего устройства, обусловленная последовательным трехэтапным заполнением фильтрующего элемента фильтрующего устройства умягчающими, сорбирующими и минерализующими веществами в трех рабочих зонах, и многоэтапной сборкой самого устройства.

Технической задачей настоящего изобретения является создание гравитационного фильтра для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды, имеющего простую конструкцию и технологию сборки и обеспечивающего высокоэффективную очистку и умягчение или очистку и минерализацию питьевой воды.

Поставленная техническая задача достигается предложенным гравитационным фильтром для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды, содержащим емкость для очищенной воды, воронку для приема очищаемой воды, расположенную в верхней ее части, фильтрующее устройство, расположенное внутри воронки фильтра, включающее систему фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра и фильтрующий элемент, выполненный из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с расположенным в его внутреннем пространстве умягчающим или минерализующим материалом, а система фиксации фильтрующего устройства соединена с фильтрующим элементом путем приклеивания или механического крепления, а пористый блочный материал получен путем сжатия при нагреве смеси исходных компонентов, содержащей частицы активированного угля и полимерного связующего. Стенки фильтрующего элемента выполнены в виде полого вертикального тела с сечением в форме круга (полый цилиндр), квадрата, овала или сложного профиля, или полой пирамиды, или усеченного полого конуса, и герметично соединены с крышкой и дном либо приклеиванием полимерным расплавом или другими клеящими материалами, либо путем механического соединения. Высота фильтрующего элемента составляет (30-100) мм, толщина стенок, крышки и дна - (5-25) мм. Размер пор пористого блочного материала стенок, дна и крышки фильтрующего элемента меньше размера частиц умягчающего и минерализующего материала. Пористый блочный материал фильтровального элемента получают экструзией или горячим прессованием смеси из частиц активированного угля с йодным числом более 1000 мг/г и полимерного связующего из классов полиэфиров и/или полиолефинов и/или их сополимеров с индексом расплава (2-20) г/10 мин по ASTM D 1238 при 190°С и нагрузке 25 Кг и с размером частиц активированного угля и полимерного связующего (0,05-0,5) мм, предпочтительно, (0,07-0,15) мм и при соотношении активированный уголь : полимерное связующее (75-95):(25: 5) мас. % со степенью сжатия при формовании (12-25)% при температуре на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего. Стенки фильтрующего элемента из пористого блочного материала могут быть изготовлены или методом экструзии или горячего прессования. Стенки, крышка и дно фильтрующего элемента из пористого блочного материала могут быть изготовлены раздельно методом горячего прессования. Также детали фильтрующего элемента из пористого блочного материала: крышка и дно, или стенки и дно, или корпус и крышка, выполненные как одно целое, могут быть изготовлены методом горячего прессования.

Внутреннее пространство фильтрующего элемента заполнено на (70-90)% или умягчающим материалом, или селективно минерализующим воду материалом в виде частиц с размером (0,1-2,0) мм, а в качестве умягчающего материала используют синтетические катионообменные материалы из класса слабо- или сильнокислотных катионитов с сорбционной обменной емкостью (0,5-5) мг-экв/мл в Н+ или Na+ форме и/или неорганические катионообменные материалы из классов природных или синтетических цеолитов, алюмосиликатов, силикагелей и сульфоуглей, а в качестве минерализующего материала используют либо малорастворимые соединения кальция и/или магния: оксид кальция, гидроксид кальция, фторид кальция, сульфат кальция, сульфит кальция, карбонат кальция, оксид магния, гидроксид магния, карбонат магния, сульфит магния, силикат магния, хлорид магния, или их смеси, или природные минералы на их основе, либо синтетические ионообменные материалы или из класса слабокислотных катионитов с катионами магния или цинка, или из класса сильноосновных анионитов с силикат-анионами. Система фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра выполнено в форме, которая позволяет герметично закрепить фильтрующее устройство в воронке фильтра, и представляет собой или резьбовой узел, подсоединяемый к резьбовому узлу воронки, или обод с элементами плотного прилегания к отверстию воронки, которое крепится к фильтрующему элементу либо путем приклеивания или полимерным расплавом, или любым другим клеящим материалом, либо путем механического соединения с внутренней, или с наружной, или с внутренней и с наружной стенками фильтрующего элемента.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является принципиально новая, более простая по сравнению с прототипом, конструкция гравитационного фильтра для очистки и умягчения или минерализации воды, в которой фильтрующий элемент выполнен в виде одного сосуда, осуществляющего процессы очистки (сорбции токсичных примесей) и умягчения или минерализации воды без использования дополнительных емкостей (корпусов), при этом фильтрующий элемент выполняет сразу две функции: функцию фильтрующего и сорбирующего материала и функцию корпуса (стенки, крышка и дно) фильтрующего элемента. Такая конструкция фильтрующего элемента существенно упрощает и технологию сборки фильтрующего устройства гравитационного фильтра, поскольку вместо трехэтапного заполнения фильтрующего устройства сорбирующими, умягчающими и минерализующими материалами, как это имеет место в прототипа, в заявляемом гравитационном фильтре требуется его одноэтапное заполнение. Расположение фильтрующего элемента внутри воронки фильтра кувшинного типа обеспечивает контакт расположенных внутри него умягчающих или минерализующих материалов с водой только в процессе ее обработки, что способствует равномерному умягчению и минерализации воды в сочетании с высокой эффективностью ее очистки. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

1 - Фильтр кувшинного типа

2 - Приемная воронка

3 - Система фиксации фильтрующего устройства

4 - Фильтрующее устройство

5 - Фильтрующий элемент

6 - Стенки фильтрующего элемента

7 - Крышка фильтрующего элемента

8 - Дно фильтрующего устройства

9 - Клеевое соединение

10 - Умягчающий или минерализующий материал

11 - Механическое соединение

Фиг. 1. Изображен общий вид кувшинного фильтра (1) с воронкой (2) и размещенным в нем фильтрующим устройством (4) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (5) со стенками (6), крышкой (7) и дном(8), соединенными с корпусом приклеиванием (9). Система фиксации (3) фильтрующего устройства к воронке фильтра, выполненная в виде резьбового узла, приклеена к боковой стенке корпуса устройства. Внутри корпуса фильтрующего элемента размещен умягчающий или минерализующий материал (10). Стрелками показано направление движения воды при фильтрации.

Фиг. 2. Изображено фильтрующее устройство с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра со стенками (6), крышкой (7), механически соединенной со стенками (6) и дном, выполненным в виде одного элемента со стенками. Система фиксации (3) фильтрующего устройства к воронке фильтра, выполненная в виде обода с элементами плотного прилегания к отверстию воронки, механически соединена (11) с наружной боковой стенкой корпуса устройства. Внутри корпуса фильтрующего элемента размещена смесь умягчающего или минерализующего материала (10).

Фиг. 3. Изображено фильтрующее устройство фиг. 3 (вертикальный разрез, и разрез по сечению А-А) с фильтрующим элементом в форме вертикального полого сосуда с сечением в форме овала со стенками (6), крышкой (7) и дном (8), соединенными с корпусом приклеиванием (9). Система фиксации (3) фильтрующего устройства к воронке фильтра, выполненная в виде обода с элементами плотного прилегания к отверстию воронки, механически соединена (11) с наружной боковой стенкой корпуса фильтрующего элемента. Внутри корпуса фильтрующего элемента размещена смесь умягчающего или минерализующего материала(10).

Приведенные изображения заявляемого фильтрующее устройство дают представление о его конструкции, но не являются исчерпывающими.

Выбранная форма фильтровального элемента либо обеспечивает заданную скорость фильтрации воды фильтрующим элементом, которая пропорциональна площади фильтрации и минимальна для фильтрующего элемента в форме диска и полого цилиндра с герметично закрытым заглушкой дном, и максимальна для фильтрующего элемента с пористым дном и поперечным сечением сложной формы, либо обусловлена технологией его изготовления: фильтровальные элементы в форме полого цилиндра с заглушкой изготавливают методом экструзии; фильтровальные элементы в форме полого цилиндра с пористым дном, полого вертикального сосуда с поперечным сечением в виде овала или сложного профиля, а также в форме конуса или пирамиды с пористым дном или без пористого дна, а также в форме диска изготавливают методом горячего прессования.

Для обеспечения максимально доступной для сорбции поверхности сорбентов материала корпуса, крышки и дна фильтрующего элемента процесс изготовления фильтрующего блока проводят при температуре, на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего. При температуре, ниже чем на 10°С температуры размягчения полимерного связующего, не происходит образование механически прочного блочного материала фильтрующего элемента, а при температуре, выше чем на 40°С температуры размягчения полимерного связующего, происходит блокирование значительной поверхности сорбента в результате затекания полимерного связующего.

Выбор диапазона степени сжатия исходной смеси компонентов гранулированного материала (12-25)% обусловлен тем, что в этом диапазоне обеспечивается получение механически прочного пористого материала. При степени сжатия менее 12% образующийся материал не обладает необходимой механической прочностью. При степени сжатия более 25% образующийся материал содержит мелкие поры, что затрудняет прохождение через них воды.

Выбор полимерного связующего из класса полиолефинов (например, полиэтилена низкого давления, полиэтилена высокого давления, полипропилена) и полиэфиров (полиэтилентерефталата) или их сополимеров (например, сополимера полиэтилена с винилацетатом) обусловлен, с одной стороны, их химической инертностью и нерастворимостью в воде, с другой стороны, достаточно низкими температурами размягчения, позволяющими интенсифицировать процесс изготовления корпуса, крышки и дна фильтрующего элемента заявляемого фильтрующего устройства в виде пористого блочного материала. Диапазон толщины стенок пористого блочного материала корпуса, крышки и дна фильтрующего элемента, составляющий (5-25) мм, обеспечивает, с одной стороны оптимальную скорость фильтрации - при толщине стенок более 25 мм из-за высокого гидродинамического сопротивления скорость фильтрации становится неудовлетворительной для практического применения, с другой стороны, поскольку стенки корпуса, крышки и дна фильтрующего элемента выполняют функцию сорбционной очистки воды, при их толщине менее 5 мм их объем становится недостаточным для размещения в них достаточного количества сорбента - активированного угля.

Варьирование высоты корпуса фильтрующего элемента в диапазоне (30-100) мм обусловлено тем, что при высоте корпуса менее 30 мм площадь и объем боковых стенок становятся недостаточными для эффективной сорбционной очистки, также, как становится недостаточной для эффективного умягчения и минерализации воды толщина слоя, через который проходит вода в фильтрующем элементе. Высота корпуса фильтрующего элемента более 100 мм делает проблематичным размещение фильтрующего элемента внутри воронки большинства существующих фильтров кувшинного типа из-за их габаритов.

Для обеспечения эффективной очистки воды от хлора, органических и хлорорганических соединений пористый блочный материал корпуса, крышки и дна фильтрующего элемента изготавливают с использованием активированных углей с йодным числом более 1000 мг/л, так как такие угли обеспечивают эффективную сорбцию и, следовательно, очистку воды на протяжении значительного ресурса от указанных загрязнителей, а все используемые компоненты (сорбент и полимерное связующее) используют в порошкообразной форме с размером частиц (0,05-0,5) мм, предпочтительно (0,07-0,15) мм. Размер частиц активированного угля и полимерного связующего менее 0,05 мм приводит к возрастанию гидродинамического сопротивления пористого блочного материала, и, как следствие, к снижению скорости фильтрации. При размере частиц активированного угля и полимерного связующего более 0,5 мм снижается эффективность очистки воды за счет уменьшения реальной поверхности фильтрации (сорбции) частиц сорбента.

Выбранный диапазон сорбционной емкости ионообменного материала (0,5-5) мг-экв/л обусловлен тем, что при использовании материалов с обменной емкостью менее 0,5 мг-экв/л для достижения достаточной эффективности умягчения воды в течение приемлемого для потребителей ресурса их потребовалось бы использовать в количестве, несовместимым с объемом фильтрующего элемента; материалы с обменной емкостью свыше 5 мг-экв/л являются дорогостоящими и поэтому не могут быть применены в массово выпускаемых фильтрах.

Заполнение внутреннего пространства фильтрующего элемента или умягчающим материалом и/или минерализующим материалом на (70-90)% от его внутреннего объема обусловлено необходимостью присутствия в фильтрующем элементе этих материалов в количестве, обеспечивающем эффективное умягчение и минерализацию воды. При заполнении внутреннего пространства фильтрующего элемента этими материалами менее 70% от его внутреннего объема эффективность умягчения и минерализации становится недостаточной с потребительской точки зрения; при заполнении внутреннего пространства фильтрующего элемента этими материалами более 90% от его объема возможно давление на стенки корпуса, крышку и дно фильтрующего элемента вследствие увеличения в объеме катионообменных или анионообменных материалов в результате их набухания при замене у них противоиона в процессе обработки воды, что может привести к разрушению корпуса фильтрующего элемента. Размер частиц умягчающего и минерализующего материалов (0,1-2,0) мм выбран с целью обеспечения максимальной площади контакта частиц этих материалов с обрабатываемой водой и оптимального гидродинамического сопротивления, обеспечивающего удовлетворительную скорость фильтрации. При размере частиц этих материалов менее 0,1 мм значительно уменьшается скорость фильтрации воды фильтрующим элементом, при размере частиц более 2 мм снижается площадь контакта частиц умягчающего и минерализующего материалов с обрабатываемой водой, что приводит к неудовлетворительной эффективности умягчения и минерализации воды.

Заявляемый гравитационный фильтр для очистки, умягчения или минерализации питьевой воды (1) функционирует следующим образом: очищаемая вода заливается в воронку (2), из которой проходит в фильтрующее устройство (4) через боковые стенки (6) и крышку (7) фильтрующего элемента (5), выполненные из пористого блочного материала, очищаясь при этом от токсичных примесей. Далее вода попадает во внутреннюю полую часть фильтрующего элемента, где, в зависимости от расположенного там материала (10), либо умягчается и очищается от тяжелых металлов (материал - умягчитель), либо минерализуется и очищается от тяжелых металлов, после чего проходит через дно (8) фильтрующего элемента в нижнюю часть фильтра, где хранится до момента ее использования.

Ниже приведены примеры конкретных конструкций фильтрующего устройства, а в таблице представлены результаты их испытаний по эффективности очистки, умягчения и минерализациии воды. Приведенные примеры дают представление о характеристиках заявляемого фильтрующего устройства, но не являются исчерпывающими.

Пример 1. Гравитационный фильтр с фильтрующим устройством, у которого фиксирующая система в форме резьбового узла соединенна с фильтрующим элементом приклеиванием расплавом полиэтилена, стенки фильтрующего элемента изготовлены в виде полого цилиндра высотой 50 мм и толщиной 15 мм; стенки и дно фильтрующего выполненны в виде одного элемента, крышка механически соединена со стенками фильтрующего элемента.. Стенки, крышка и дно фильтрующего элемента изготовлены методом горячего прессования при температуре 145°С и степени сжатия 12% смеси из активированного уголя - 85 мас. %, полимерного связующеего - полиэтилентерефталат с температурой размягчения 115°С - 15% мас. %, размер частиц компонентов смеси (0,08-0,1) мм. Внутри фильтрующего элемента размещен умягчающий материал - слабокислотный катионит в Н+ форме с размером частиц 0,3 мм, заполняющий внутренний объем фильтрующего элемента на 80%). Испытания по эффективности очистки и умягчения воды проводили при размещении фильтрующего элемента в воронке кувшинного фильтра. Оценку эффективности умягчения проводили путем измерения жесткости исходной и умягченной воды при начальной жесткости воды 5° жесткости. Эффективность умягчения и очистки воды проводили в соответствии с ГОСТ 31952-2012 УСТРОЙСТВА ВОДООЧИСТНЫЕ. Общие требования к эффективности и методы ее определения. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 2. Гравитационный фильтр с фильтрующим устройством, у которого фиксирующая система в форме обода с элементами плотного прилегания к отверстию воронки крепится к корпусу фильтрующего элемента путем механической фиксации. Стенки фильтрующего элемента в виде полого цилиндра высотой 75 мм и толщиной 20 мм герметично соединены с крышкой и дном приклеиванием расплавом полиэтилена. Стенки, крышка и дно фильтрующего элемента изготовлены из пористого блочного материала, получаемого методом горячего прессования при температуре 145°С и степени сжатия 15% из смеси: активированный уголь - 90 мас. %, полимерное связующее - полиэтилентерефталат с температурой размягчения 115°С - 10 мас. %, размер частиц компонентов смеси (0,06-0,08) мм. Внутри фильтрующего элемента размещена минерализующий материал в виде смеси (30:70) мас. %» кальцита с слабокислотным катионитом с катионами магния в количестве, заполняющем внутренний объем фильтрующего элемента на 90%. Испытания по эффективности очистки, умягчения и минерализации воды проводили при размещении фильтрующего элемента в воронке кувшинного фильтра. Оценку эффективности минерализации проводили при начальной жесткости воды 2° жесткости и 5° жесткости. Оценку эффективности очистки воды проводили в соответствии с ГОСТ 31952-2012 УСТРОЙСТВА ВОДООЧИСТНЫЕ. Общие требования к эффективности и методы ее определения. Эффективность минерализации воды проводили по выделению в воду катионов магния и кальция. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 3. Гравитационный фильтр с фильтрующим устройством с фиксирующей системой в форме резьбового узла, соединенной с фильтрующим элементом приклеиванием расплавом полиэтилена. Стенки фильтрующего элемента в виде полого вертикального тела с сечением в виде овала высотой 30 мм и толщиной 10 мм механически соединены с крышкой фильтровального элемента, а дно и стенки фильтровального элемента выполненны в виде одного элемента. Стенки, крышка и дно фильтрующего элемента изготовлены методом горячего прессования при температуре 135°С и степени сжатия 25% из смеси с размером частиц (0,12-0,2) мм, состоящей из активированного угля -75 мас. % и полимерного связующего - 25 мас. % - смеси полиэтилентерефталата и полиэтилена низкого давления (85:15) мас. % с температурой размягчения 125°С. Внутри корпуса фильтрующего элемента размещен умягчающий материал - слабокислотный катионит в Н+ форме с размером частиц 0,7 мм в количестве, заполняющем внутренний объем фильтрующего элемента на 70%. Испытания по эффективности очистки и умягчения воды проводили при размещении фильтрующего элемента в воронке кувшинного фильтра. Оценку эффективности умягчения проводили путем измерения жесткости исходной и умягченной воды при начальной жесткости воды 5° жесткости. Эффективность умягчения и очистки воды проводили в соответствии с ГОСТ 31952-2012 УСТРОЙСТВА ВОДООЧИСТНЫЕ. Общие требования к эффективности и методы ее определения. Результаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из приведенных в таблице результатов ресурсных испытаний по очистке, умягчению и минерализации воды, заявляемый гравитационный фильтр обеспечивает в течение продолжительного ресурса эффективную очистку, достаточное с потребительской точки зрения умягчение и равномерную дополнительную минерализацию воды при ее различной жесткости.

Технический результат: предложен гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды с упрощенной конструкцией и технологией сборки, обеспечивающий при этом эффективную очистку воды по токсичным загрязнителям до (91-98)%, и ее умягчение в течение всего ресурса, составляющее не менее 40%, что достаточно с потребительской точки зрения, а также равномерную минерализацию воды различной жесткости при условии использования минерализующих веществ в предлагаемом устройстве, достигаемую за счет кратковременного контакта минерализующего вещества с очищенной водой.

1. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды, содержащий емкость для очищенной воды, воронку для приема очищаемой воды, расположенную в верхней ее части, фильтрующее устройство, расположенное внутри воронки фильтра, включающее систему фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра и фильтрующий элемент, выполненный из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с расположенным в его внутреннем пространстве умягчающим или минерализующим материалом, а система фиксации фильтрующего устройства соединена с фильтрующим элементом путем приклеивания или механического крепления, а пористый блочный материал получен путем сжатия при нагреве смеси исходных компонентов, содержащей частицы активированного угля и полимерного связующего.

2. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что система фиксации фильтрующего устройства выполнена в форме, позволяющей герметично закрепить фильтрующее устройство в воронке фильтра, и представляет резьбовой узел, подсоединяемый к резьбовому узлу воронки, или обод с элементами плотного прилегания к отверстию воронки, которые крепятся к корпусу фильтрующего элемента путем приклеивания полимерным расплавом, или любым другим клеящим материалом, либо путем механического соединения с внутренней, или с наружной, или с внутренней и с наружной стенками фильтрующего элемента.

3. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что высота фильтрующего элемента составляет (30-100) мм.

4. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде полого вертикального сосуда с пористыми стенками, дном и крышкой.

5. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что пористый блочный материал фильтрующего элемента содержит поры, размер которых меньше размера частиц умягчающего или минерализующего материала.

6. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что толщина пористого блочного материала фильтрующего элемента составляет (5-25) мм.

7. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пористого блочного материала фильтрующего элемента используют термически обработанную смесь порошкообразных материалов из активированного угля с йодным числом более 1000 мг/г и полимерного связующего с размером частиц активированного угля и полимерного связующего (0,05-0,5) мм, предпочтительно (0,07-0,15) мм и при соотношении активированный уголь:полимерное связующее (75-95):(5-25) мас.%.

8. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что пористый блочный материал фильтрующего элемента изготовлен методом экструзии или методом горячего прессования при температуре на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего, и со степенью сжатия при формовании (12-25)%, а в качестве полимерного связующего используют полимеры из классов полиолефинов, и/или полиэфиров, и/или их сополимеров с индексом расплава (2 -20) г/10 мин по ASTM D 1238 при 190°С и нагрузке 25 кгс.

9. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что внутреннее пространство фильтрующего элемента заполнено на (70-90)% умягчающим материалом с размером частиц (0,1-2,0) мм из класса слабо- или сильнокислотных катионитов с сорбционной обменной емкостью (0,5-5) мг-экв/мл в Н+ или Na+ форме и/или из классов синтетических или природных цеолитов, алюмосиликатов, силикагелей и сульфоуглей, или их смеси.

10. Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что внутреннее пространство фильтрующего элемента заполнено на (70-90)% минерализующим воду материалом с размером частиц (0,1-2,0) мм из малорастворимых соединений кальция и/или магния, или природных минералов на их основе, либо синтетических ионообменных материалов или из класса слабокислотных катионитов с катионами магния или цинка, или из класса сильноосновных анионитов с силикат-анионами.