Сменный фильтродержатель модульного типа для выполнения фильтрации воды в полевых условиях
DETACHABLE FILTER HOLDER OF MODULAR TYPE FOR PERFORMING WATER FILTRATION IN FIELD CONDITIONS

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для фильтрации взвешенных частиц (в том числе микроводорослей) в морских и пресных водоемах при измерении концентрации хлорофилла «а» и других органических и неорганических компонентов природных вод.
Природная вода представляет собой сложную систему, состоящую из водной среды и взвешенных частиц различного происхождения и размеров. Частицы могут быть как живыми объектами, так и минеральной и органической взвесью. Исследование состава взвеси имеет научное и практическое значение. В целях исследования состава взвеси производится ее фильтрация на фильтрах различной пористости.
Известны устройства [1, 2] для выделения на фильтре микроводорослей для последующего определения концентрации хлорофилла. В данных устройствах хлорофилл при фильтрации подвергается паразитной засветкой посторонними источниками света. При этом в результаты измерений вносятся неконтролируемые ошибки вследствие частичного фоторазрушения хлорофилла.
Наиболее близкой к предполагаемому изобретению является установка вакуумной фильтрации SIMAS [3], устройство которой показано на фиг. 1. Схема содержит в себе один или несколько фильтродержателей с верхней емкостью для воды, вакуумный ресивер для сбора фильтрата и вакуумный насос, создающий перепад давления на фильтре.
Представленная на фиг. 1 схема работает следующим образом:
Фильтр необходимой пористости помещается в фильтродержатель (1) фильтрующего устройства. Фильтруемая вода заливается в верхнюю емкость (2) фильтрующего устройства. Вакуумный насос (3), соединенный вакуумными трубками (4, 5) с вакуумным ресивером (6) и нижними камерами (7) фильтрующих устройств, создает в них разрежение воздуха. Профильтрованная вода сливается в нижнюю камеру (7) фильтрующего устройства и затем по трубкам (5) поступает в вакуумный ресивер (6), где она накапливается.
К недостаткам данного способа относятся:
- необходимость выполнения работ по установке фильтра в фильтродержатель и его снятие после фильтрования в полевых условиях;
- засветка светочувствительных компонентов взвеси (хлорофилла и др. фитопигментов) в процессе работы, что может приводить к ошибкам измерений;
- возможность попадания загрязнений и механического повреждения при манипуляциях с фильтром в полевых условиях;
- манипуляции с фильтром в процессе фильтрования должны выполняться квалифицированным персоналом;
- необходимость в дополнительном оборудовании и проведении дополнительных манипуляций в процессе фильтрования, при транспортировке и обработке фильтров.
Процесс фильтрования в полевых условиях должен сопровождаться фиксацией информации о номере фильтра, даты и времени отбора пробы и фильтрации, географических координатах, объеме профильтрованной жидкости и других сопутствующих параметрах. В настоящее время данная информация располагается отдельно от фильтра, что создает предпосылки для возникновения ошибок при обработке данных.
Целью предполагаемого изобретения является упрощение работ по фильтрованию проб воды в полевых условиях, повышение точности измерений и снижение требований к квалификации персонала.
Данная цель предполагаемого изобретения достигается размещением фильтра в индивидуальном светонепроницаемом контейнере, содержащем RFID метку и антенну бесконтактной записи/считывания информации.
Возможность технической реализации
Предлагаемое решение представлено на фиг. 2. Устройство состоит из разборного непрозрачного контейнера, в котором помещается фильтр. Контейнер состоит из двух частей - верхней и нижней, соединяемых с помощью винтов (8). Каждая из частей состоит из трех элементов, объединенных вместе: перфорированное основание (9, 10), световой затвор (11, 12) и крышка (13, 14). В нижнем перфорированном основании (10) выполняются канавки для герметизирующих колец. Одно из колец (15) герметизирует фильтр, второе (16) - стык верхней и нижней частей. Крышка верхней части (13) содержит RFID-метку (17) и кольцевую антенну (18). Каналы (19) световых затворов герметично закрываются пробками (20, 21) с уплотнительными кольцами. Пробки исключают загрязнение фильтров и потери отфильтрованного вещества в процессе транспортировки.
В нижнем перфорированном основании выполняется цилиндрическое углубление, соответствующее диаметру фильтра, а в верхнем перфорированном основании выполняется соответствующий цилиндрический выступ. Установка фильтра в углубление исключает его смещение относительно герметизирующего кольца в процессе установки и сборки. Совмещение углубления в нижнем перфорированном основании и выступа в верхнем перфорированном основании в процессе сборки обеспечивает автоматическую центровку верхней и нижней частей и исключения их смещения при транспортировке и выполнении работ.
Фильтр (22) зажимается между двух частей контейнера с кольцевыми уплотнениями (15, 16), обеспечивающими герметичность установки фильтра. Для исключения попадания света на фильтр подача воды в контейнер и слив фильтрата происходит через два световых затвора (11, 12). Световые затворы (Фиг. 3) представляют собой каналы (23) в виде улитки, выполняемые путем фрезерования. Входная часть канала выполняется в виде отверстия и служит для подачи и слива жидкости в процессе фильтрации. В центре улитки выполняется отверстие (24) для поступления жидкости в перфорированную часть.
Предотвращение загрязнения фильтра в процессе транспортировки обеспечивается использованием пробок (20, 21) с герметизацией уплотнительными кольцами.
Устройство работает следующим образом. Фильтр устанавливается в фильтродержатель в чистых лабораторных условиях квалифицированным персоналом. Входное и выходное отверстия защищаются герметичными пробками. На RFID-метку записывается информация о параметрах фильтра (тип и пористость фильтра, вес чистого фильтра и т.д.). К месту проведения измерений герметичные контейнеры с установленными фильтрами могут транспортироваться без повышенных требований к условиям транспортировки. В месте проведения измерений из контейнера удаляются герметичные пробки. Входное отверстие герметично соединяют с каналом подачи фильтруемой воды, а выходное отверстие - с каналом удаления фильтрата. По окончании фильтрации контейнер отсоединяется от фильтровальной установки, а входное и выходное отверстия закрываются пробками.
В процессе фильтрации прибор, в котором установлен данный контейнер, записывает вспомогательную информацию (координаты, время, глубина места фильтрации, соленость, температура и т.д.) на RFID-метку данного контейнера. Информация, записанная в RFID-метку конкретного контейнера, жестко связана с конкретным фильтром, что принципиально исключает ошибки при транспортировке и обработке.
Герметично закрытый контейнер транспортируется в лабораторию, где выполняется вакуумная сушка фильтра без изъятия его из контейнера. После сушки фильтра контейнер снова герметично закрывается пробками и транспортируется к месту проведения анализа.
Контейнер герметично закрыт в течение всего цикла измерений за исключением фильтрации и вакуумной сушки, что исключает попадание загрязнений на фильтр, потерю отфильтрованного вещества при механическом воздействии на контейнер в процессе транспортировки. В случае частичного отделения осадка от фильтра он остается в герметичном объеме внутри контейнера.
К достоинствам данного устройства (способа) можно отнести:
1) Использование непрозрачных светозащищенных контейнеров позволяет избежать засветки светочувствительных компонентов взвеси (хлорофилла) в процессе фильтрования и транспортировки фильтров.
2) Установка фильтров в фильтродержатель контейнера и последующий анализ взвеси, осажденной на фильтрах, производится в чистых лабораторных условиях.
3) Использование контейнера позволяет избежать манипуляций с фильтром в полевых условиях, что исключает его загрязнение и повреждение.
4) Запись всей вспомогательной сопутствующей информации на накопитель, расположенный в контейнере, позволяет автоматизировать процесс обработки информации и избежать ошибок, связанных с ручной обработкой информации. Запись информации на накопитель производится в виде, удобном для автоматизированной обработки.
5) Использование контейнеров позволяет значительно упростить процесс фильтрования, повысить стабильность получаемых результатов и снизить требования к персоналу, непосредственно выполняющему фильтрование и транспортировку фильтров в лабораторию.
Источники использованной информации
1. Романкевич Е.А., Люцарев С.В. Сбор проб воды и выделение взвеси методом фильтрации // Методы исследования органического вещества в океане. М: Наука, 1980. С. 7-16.
2. Жужиков В. А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. - 3-е изд., дополн. и перераб. - М.: Химия, 1971. - 440 с.
3. http://www.simas.ru/netcat_files/358/585/h_ca308ddb8723a893626ba9c060d7ab34