ФИЛЬТР ДЛЯ ВОДЫ

Полезная модель относится к водоподготовке и может быть использована для очистки воды, в том числе для получения больших объемов очищенной воды, предназначенной для питья, приготовления пищи, для использования в медицинских целях и т.п. областях жизнедеятельности человека.
Из уровня техники известно значительное количество фильтров, отличающихся друг от друга, как принципом действия, так и фильтрующими материалами.
Известны фильтры, фильтрующие элементы которых выполнены из полимера пространственно-глобулярной структуры (далее ПГС - полимер). Известные материалы и фильтры раскрыты, в частности, в SU 1756289 и RU 2257253, 7 В 01 D 29/11, правообладатель - ООО «Акватория» (С.-Петербург).
2
ПГС - полимер представляет собой неплавкое и нерастворимое в обычных растворителях высокопроницаемое изделие, структура которого образована микроглобулами, образующими регулярную высокопроницаемую структуру. Средний размер пор составляет 3-5 мкм, большая развернутая поверхность (до 100-150 м/г), узкий диапазон распределения пор по размерам (обычно±10%) придают этим материалам хорошие технологические свойства и позволяют использовать их преимущественно в качестве фильтрующих перегородок. Так как размер микроглобул ионита ПГС на 2 порядка меньше, чем у ионитов стандартного зернения (3-5 мкм против 0,5-0,7 мм), то объемные скорости пропускания растворов могут достигать величин в 100 и более раз превышающих скорости пропускания растворов через неподвижный слой ионита обычного зернения (1000-2000 против 10-15 уд.об/ч соответственно).
В известном решении RU 2257253 (являющемся прототипом) фильтр для воды содержит средство подвода воды, фильтрующий элемент, выполненный из резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, и средство отвода фильтрата.
Известный фильтрующий материал и соответственно фильтрующий элемент, является достаточно дорогим и в то же время обладает значительно меньшей емкостью по катионам металлов по сравнению с промышленно производимыми катионообменниками типа КУ-2 и др., а также характеризуется низкой эффективностью очистки воды от солей жесткости, хлорамина и др. примесей.
Недостатки фильтра напрямую связаны с недостатками фильтрующего материала. Задачей заявляемого решения является преодоление указанных недостатков, а именно - увеличение емкости фильтра по солям жесткости в 5-10 раз, придание селективной способности к другим анионам и катионам, цветности, а также снижение производственных расходов, связанных с изготовлением фильтра, а точнее фильтрующего элемента.
Задача решена за счет того, что
- В фильтре для воды, содержащем фильтрующий элемент, средства подвода воды и отвода фильтрата, фильтрующий элемент выполнен из резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, содержащего гранулы ионообменной смолы, равномерно распределенные в объеме ПГС-полимера, при этом количество ионообменной смолы составляет 60-70% от веса ПГС - полимера.
По сравнению с промышленно производимыми фильтропатронами на основе резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, заявляемый фильтр обладает значительной емкостью по катионам либо анионам металлов (эффективное удаление свободного хлора, гидроокиси железа, снижение мутности фильтрованной воды и др.) и обеспечивает простую регенерацию
Новое важное свойство фильтрующий элемент проявляет в случае использования в качестве наполнителя (гранул) сильнокислотной смолы, заключающееся в том, что при пропускании воды умеренной жесткости (5-10 мг*экв/л) со скоростью 3-5 удельных объемов в минуту (характерной для бытовых фильтров воды), жесткость фильтрованной воды снижается до 2-4 мг*экв/л.
Необходимо заметить, что фильтры, заполненные обычной сильнокислотной смолой в Na-форме, в таких же условиях понижают содержание солей жесткости до величины менее 0,5 мг*экв/л, что неблагоприятно сказывается на вкусовых свойствах фильтрата. Степень очистки от солей жесткости при заданной скорости регулируется пористостью ПГС-полимера и условиями синтеза материала.
3
Равномерность распределения гранул ионообменной смолы по высоте проверялась путем подсчета массы гранул смолы в единице объема (г/см) материала.
Заявляемый фильтр поясняется графическим материалом, где в схематичном виде представлены основные элементы фильтра - фильтрующий элемент, средство подвода воды и средство отвода фильтрата. Позиции на чертеже относятся к следующим элементам: 1 - корпус фильтра, содержащий фильтрующий элемент 2, средство подвода воды 3 и средство отвода фильтрата 4. Вода поступает в зазор
между корпусом 1 и фильтрующим элементом 2, просачивается через поры последнего с одновременной фильтрацией, фильтрат удаляется через патрубок 4.
Возможны другие подходящие конструкции, содержащие основные элементы фильтра.
Фильтрующий элемент для заявляемого фильтра может быть изготовлен по технологии, раскрытой в Примерах:
Пример 1.
В реактор объемом 6 л, с мешалкой и системой охлаждения, помещают 2,2 л воды, 1,0 кг резорцина, 940 формалина, 15 мл конц. соляной кислоты. Проводят конденсацию до достижения мутности раствора полимера 20 Ед/л. Затем к раствору полимера в реакторе, нагретому до 40°С, добавляют заранее приготовленную смесь смол в количестве: сильнокислотной смолы в Na-форме - 450 (влажность 52%), сильнокислотной смолы в Н-форме - 70 г (влажность 55%). Полученную таким образом смесь перемешивают в течение нескольких минут со скоростью 30 оборотов/минуту и разливают в цилиндрические сосуды из полиэтилена с фиксированным строго по центру стержнем. Выдерживают формы с раствором полимера в течение 4 часов при температуре 35°С. Затем формы для завершения процесса отверждения полимера, помещают в термошкаф с температурой 60°С на 16 часов.
Вынимают заготовки из форм и при необходимости проводят механическую обработку для придания требуемой формы.
Материал фильтрующего элемента содержит 320 г сухой ионообменной смолы и 160 г сухого резорцин-формальдегидного ПГС-полимера в 1-ом литре. Размер пор ПГС-полимера в материале - 12-14 мкм
Пример 2.
В реактор объемом 6 л с мешалкой и системой охлаждения помещают 2,0 л воды, 1,0 кг резорцина, 940 мл формалина, 15 мл конц. соляной кислоты. Проводят конденсацию до достижения мутности раствора полимера 20 Ед/л. Затем к раствору полимера в реакторе, нагретому до 35°С добавляют заранее приготовленную смолу: сильнокислотной смолы в количестве: Na-форме - 450 (влажность 48%), сильнокислотной смолы в Н-форме - 70 г (влажность 50%). Полученную таким образом смесь перемешивают в течение нескольких минут со скоростью не менее 20 оборотов/минуту и разливают в цилиндрические сосуды из полиэтилена с
фиксированным строго по центру стержнем. Выдерживают формы с раствором полимера в течение 4 часов при температуре 30°С. Затем формы, для завершения процесса отверждения полимера, помещают в термошкаф с температурой 90°С на 16 часов.
Вынимают заготовки из форм и при необходимости проводят механическую обработку для придания требуемой формы.
Материал фильтрующего элемента содержит 340 г сухой ионообменной смолы и 170 г сухого резорцин-формальдегидного ПГС-полимера в 1-ом литре. Размер пор ПГС-полимера в материале - -8-9 мкм
Пример 3.
В реактор объемом 6 л, с мешалкой и системой охлаждения, помещают 1,8 л воды, 1,0 кг резорцина, 940 мл формалина, 15 мл конц. соляной кислоты. Проводят конденсацию до достижения мутности раствора полимера 20 Ед/л. Затем к раствору полимера в реакторе, нагретому до 30°С добавляют заранее приготовленную смолу в количестве: сильнокислотной смолы в Na-форме - 450 (влажность 36%), сильнокислотной смолы в Н-форме - 70 г (влажность 42%). Полученную таким образом смесь перемешивают в течение нескольких минут со скоростью 60 об/мин и разливают в цилиндрические сосуды из полиэтилена с фиксированным строго по центру стержнем. Выдерживают формы с раствором полимера в течение 4 часов при температуре 25°С. Затем формы, для завершения процесса отверждения полимера, помещают в термошкаф с температурой 90°С на 16 часов.
Вынимают заготовки из форм и при необходимости проводят механическую обработку для придания требуемой формы.
Материал фильтрующего элемента содержит 350 г сухой ионообменной смолы и 180 г сухого резорцин-формальдегидного ПГС-полимера в 1-ом литре. Размер пор ПГС-полимера в материале - 4-5 мкм.
Пример 4.
В форму с мешалкой и системой охлаждения, помещают 1,7 л воды, 1,0 кг резорцина, 940 мл формалина, 15 мл конц. соляной кислоты. Проводят конденсацию до достижения мутности раствора полимера 20 Ед/л. Затем к раствору полимера, нагретому до 30°С добавляют заранее приготовленную смолу в количестве: сильнокислотной смолы в Na-форме - 450 (влажность 32%), сильнокислотной смолы в Н-форме - 70 г (влажность 35%). Полученную таким образом смесь
перемешивают в течение нескольких минут со скоростью 80 об/мин. Выдерживают формы с раствором полимера в течение 4 часов при температуре 25°С. Затем формы для завершения процесса отверждения полимера, помещают в термошкаф с температурой 90°С на 16 часов.
Вынимают заготовки из форм и при необходимости проводят механическую обработку для придания требуемой формы.
Материал фильтрующего элемента содержит 360 г сухой ионообменной смолы и 185 г сухого резорцин-формальдегидного ПГС-полимера в 1-ом литре. Размер пор ПГС-полимера в материале - 1-2 мкм.
Изготовленные в соответствии с Примерами №№1-4 фильтрующие материалы в составе фильтров, содержащих фильтрующий элемент - полый цилиндр высотой 150 мм, диаметром 75 мм и объемом 550 мл (фильтропатрон), средство подвода загрязненной воды и средство отвода фильтрата, прошли испытания с положительным результатом.
В процессе фильтрации вода (водопроводная вода системы централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, температура воды соответствует температуре в сети водоснабжения) поступает внутрь цилиндра, просачивается через поры и поступает в емкость для сбора фильтрата. Модельные растворы соответствовали требованиям ГОСТ Р 51871 2002 г. «Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы ее определения».
Воду пропускали по 10 л с интервалом в 1 час. Каждые 50 л выходящей воды подвергали химическому анализу. Результаты испытаний представлены в Табл.1.
Табл.1
ВОДА/ параметры
Общее содержание железа(Fe<sup>+2</sup>+Fe<sup>+3</sup>), мг/л
Связанный хлор, мг/л
ПМО*МГO<sub>2</sub>/Л
Цветность, Град.
Общая жест кость, мг·экв/ л
Пропущено воды через фильтро патрон, л
Исходная вода
0,05
0.9
3.0
16
3.9
-
Фильтрат
<0,005
0.36
2.6
10
0.6
50
Фильтрат
<0,005
0.32
3.0
3,0
1.1
100
Фильтрат
0,005
0.28
3.0
3,0
2.2
150
Фильтрат
-
0.5
3.0
3,0
3.2
200
Фильтрат
-
0.5
3.0
3,0
3.9
250
Примечание к Табл.1:
скорость пропускания фильтрата - 1,5 л/мин.
"-" - величина не определялась.
концентрация свободного хлора в исходной воде менее 0,05 мг/л.
Как видно из Табл.1, ресурс по жесткости составляет 200 литров, при этом фильтр продолжает с достаточной эффективностью (56%) очищать воду от связанного хлора. Сведения о методиках определения содержания исследуемых веществ приведены в Табл.2.
Табл.2
№п/п
Определяемый параметр
ПДК СанПиН 2.1.4.1074-01 ДКМ.ГН.2.3.3.972-00
Методы испытаний
1.
Железо общее, мг/л
0.3
МУ 08-47/104
2.
Цветность, градусы
20
ГОСТ 3351-74
3.
Мутность, ЕМФ
2.6
ГОСТ 3351-74
4.
Перманганатная окисляемость (ПМО), мгО<sub>2</sub>/л
5.0
ПНДФ 14.2:4.154-99
5.
Хлор, мг/лсвободныйсвязанный
0.30.5
ГОСТ 18190-72
6.
Жесткость, мг·экв/л
7
РД 52.24.395-95
Регенерация фильтрующего элемента заявляемого фильтра для воды от окислов железа осуществляется промывкой разбавленными (концентрация - 0,1-1 М) растворами кислот.
Для синтеза фильтрующего элемента использовались ионообменные смолы фирмы Purolite:
1. С-155 (сильнокислотная, тип: макропористая, Na- и Н-формы)
2. С-100 (сильнокислотная, тип: гелевая, Na- и Н-формы)
3. Dowex HCR (сильнокислотная, тип: гелевая, Na- и Н-формы)
4. С-104Е и С-107Е (слабокислотные, тип: макропористые, Na - форма)
5. А-400 (сильноосновная, тип: гелевая, Cl - форма)
6. А-500 (сильноосновная, тип: макропористая, Cl - форма)
7. А-100 (слабокислотная, тип: макропористая, Cl - форма)
Представленные в описании реагенты и оптимальные параметры процесса не исключают внесение изменений в технологию при сохранении сущности изобретения.