ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ И БАКТЕРИЦИДНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель предназначена для очистки жидкостей, как в быту для индивидуальных потребителей, так и для промышленных целей и относится к устройствам, обеспечивающим тонкую очистку воды от взвесей, бактерий, и растворенных в воде химических соединений.
Известен фильтровальный материал для очистки жидких и газообразных веществ, выполненный в виде пористой основы с селективным слоем на основе оксидов переходных металлов (Патент РФ №13949, МПК B01D 69/10. Материал для очистки жидких и газообразных веществ. Опубликовано 20.06.2000 г.). В известной полезной модели размер пор пористой основы, выполненной из оксидов переходных металлов, составляет от 0,001 до 0,03 мкм, фильтровальный материал снабжен дополнительным дискретным слоем, расположенным на пористой поверхности фильтровального материала. Дискретный слой выполнен из радиационно-генерированных наноструктурных частиц серебра с образованием ультрафильтрационного материала с бактерицидными свойствами. К недостаткам описанного технического решения относятся нестабильность состава пористой основы, возможность очистки небольших объемов жидких и газообразных веществ, а также необходимость наличия в дискретном слое относительно высокой концентрации ионов серебра ~0,150 мг/л для эффективного воздействия на бактерии. Однако предельно допустимая концентрация (ПДК) серебра в воде составляет 0,050 мг/л, так как серебро - тяжелый металл, и присутствие его в количествах превышающих ПДК оказывает негативное влияние на организм человека.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому фильтровальному материалу является фильтровальный материал, включающий пористую основу, выполненную из полимерного материала с
добавлением углерода, и дискретный слой из наноструктурных частиц серебра (Патент РФ №54811, МПК B01D 39/08. Фильтровальный материал для очистки жидких и газообразных веществ и бактерицидное устройство. Опубликовано 27.07.2006 г. Бюл. №21). К недостаткам полезной модели относятся значительная величина дисперсии размеров пор пористой основы и наличие в дискретном слое высокой концентрации ионов серебра.
Известен бытовой фильтр для тонкой очистки воды (Патент РФ №2145943, МПК B01D 29/56. Бытовой фильтр для тонкой очистки воды. Опубликовано 27.02.2000 г.). Известное техническое решение содержит корпус, закрытый крышками, имеет шланг для отвода отфильтрованной воды, расположенные между корпусом и крышками предфильтры и фильтроэлементы, в крышках выполнены отверстия для забора воды, поверхность корпуса выполнена рифленой, коллектор для сбора фильтрата образован этой поверхностью и поверхностью фильтроэлемента из полимерной полиэтилентерефталатной пленки (трековой мембраны). Описанное техническое решение относится к устройствам, обеспечивающим тонкую очистку воды от взвесей, бактерий, вирусов и растворенных в воде химических соединений. К недостаткам изобретения относятся следующие. Действительно бактерии задерживаются трековой мембраной, и согласно изобретению эффективность их задержки составляет ~99%. Однако такая эффективность достигается только на начальной стадии фильтрации (при фильтрации первых ~15 л воды), в дальнейшем эффективность фильтрации снижается до ~55-94%. Кроме того, даже если бы трековая мембрана задерживала абсолютно все бактерии, при их попадании в комфортные условия для размножения (комнатная температура, 100%-ная влажность, наличие пищи) бактерии способны значительно увеличить свое количество вследствие того, что являются живыми организмами. А если учесть, что бактерии могут видоизменять свою форму, чтобы «пролезать» через узкие отверстия, то о гарантированной очистке воды от бактерий с помощью только трековой мембраны, имеющей размеры пор от 0,2 до 0,4 мкм, не
может быть и речи. Этот недостаток мембранных фильтров особенно проявляется при периодическом режиме работы устройства, когда в отсутствии циркуляции даже одна или две колонии «пролезших» бактерий, могут размножиться в таком количестве, что при следующем цикле работы устройства попадают в «стакан» и могут нанести вред здоровью человека.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому бактерицидному устройству является устройство, содержащее корпус с входным и выходным штуцерами и фильтроэлемент, выполненный из фильтровального материала, включающего пористую основу, выполненную из полимерного материала с добавлением углерода, и дискретный слой из наноструктурных частиц серебра (Патент РФ №54811, МПК B01D 39/08. Фильтровальный материал для очистки жидких и газообразных веществ и бактерицидное устройство. Опубликовано 27.07.2006 г. Бюл. №21). Недостатки известного бактерицидного устройства обусловлены недостатками используемого бактерицидного материала, описанными выше.
Перед авторами заявляемого технического решения стояла задача устранить указанные недостатки и разработать фильтровальный материал, обладающий высокими бактерицидными свойствами и эффективным бактериостатическим действием, а также бактерицидное устройство, позволяющее осуществлять фильтрацию жидкостей с высокой эффективностью очистки не только от растворенных химических соединений и взвесей, но и от бактерий.
Для решения поставленной задачи предлагается фильтровальный материал и бактерицидное устройство. Заявляемый фильтровальный материал содержит пористую основу и материал с бактерицидными свойствами и отличается тем, что в качестве пористой основы, использована фильтрующая пленка, выполненная из полимерного материала, такого как трековая мембрана или аналогичного материала, а материал с бактерицидными свойствами (далее - бактерицидный материал) выполнен в виде дополнительного слоя, размещенного, по крайней мере, на одной из
фильтрующих поверхностей пленки. Толщина фильтрующей пленки составляет предпочтительно 7-25 мкм, а диаметр сквозных пор - от 0,05 до 0,4 мкм. Целесообразно слой бактерицидного материала выполнять толщиной не более 1 мм. В частном случае выполнения технического решения в качестве бактерицидного материала может быть использован материал, содержащий серебро и/или его соединения, или содержащий йод и/или его соединения, или содержащий хлор и/или его соединения, или содержащий фтор и/или его соединения, или материал, содержащий бензалконий хлорид. В качестве бактерицидного материала возможно также использование сорбента, обладающего бактерицидными свойствами.
Заявляемое бактерицидное устройство содержит корпус, снабженный, по крайней мере, одним штуцером, и фильтроэлемент и отличается от известных устройств тем, что фильтроэлемент выполнен из фильтровального материала включающего пористую основу и бактерицидный материал. В качестве пористой основы использована фильтрующая пленка из полимерного материала, такого как трековая мембрана или аналогичного материала, а бактерицидный материал выполнен в виде дополнительного слоя, размещенного, по крайней мере, на одной из фильтрующих поверхностей пленки. В частном случае выполнения корпус устройства снабжен выходным штуцером, а фильтроэлемент размещен снаружи корпуса, по крайней мере, на одной из его несущих поверхностей и герметично соединен с указанными поверхностями по периметру. В частном случае выполнения такого устройства, рекомендуемого к применению, в частности, для безнапорной фильтрации жидкостей, его корпус выполняют предпочтительно плоским. Несущие поверхности корпуса целесообразно снабдить каналами для сбора фильтруемой жидкости и отвода фильтрата.
Другим частным случаем выполнения заявляемого бактерицидного устройства является устройство для очистки жидкостей, направляемых на фильтрацию под давлением. Устройство содержит разъемный корпус и фильтроэлемент, изготовленный из описанного выше фильтровального
материала. Фильтроэлемент выполнен в виде фильтрующего патрона и прикреплен герметично по своему периметру к поверхности несущего каркаса предпочтительно цилиндрической формы. Фильтрующий патрон установлен в корпусе с герметичным соединением торцев фильтрующего патрона с прилегающими частями внутренней поверхности корпуса и с возможностью извлечения фильтрующего патрона из корпуса, причем одна из разъемных частей корпуса снабжена входным и выходным штуцерами для подвода неочищенной жидкости и отвода фильтрата соответственно, а несущий каркас снабжен сквозными отверстиями и проточным каналом для отвода фильтрата к выходному штуцеру.
Техническим результатом заявляемых решений является создание фильтровального материала, обладающего высокими фильтрующими характеристиками, бактерицидными свойствами и стабильным бактериостатическим действием, а также разработка бактерицидного устройства, обеспечивающего эффективную очистку жидкостей и газов не только от взвесей и химических соединений, но и от бактерий. Толщина слоя бактерицидного материала (не более 1 мм), размещенного на фильтрующей поверхности трековой мембраны, дисперсия размеров пор которой составляет 2-3%, ограничивает время контакта фильтруемой среды с бактерицидом в процессе фильтрации, следствием чего является уменьшение концентрации бактерицида в фильтрате до значений заметно меньших ПДК.
На фиг.1а и 1б представлен продольный разрез фильтровального материала.
На фиг.2 представлен продольный разрез бактерицидного устройства с плоским корпусом.
На фиг.3 представлена схема работы аппарата для очистки жидкости под воздействием силы тяжести (безнапорная фильтрация).
На фиг.4 представлен продольный разрез бактерицидного устройства для очистки жидкости, направляемой под давлением.
Фильтровальный материал содержит трековую мембрану 1 и бактерицидный материал 2. Бактерицидное устройство содержит корпус 3, фильтроэлемент 4, изготовленный из фильтровального материала, включающего трековую мембрану 1 и бактерицидный материал 2, выходной штуцер 5, входной штуцер 6, несущий каркас 7.
Бактерицидное устройство, представленное на фиг.2, работает следующим образом (проиллюстрировано на фиг.3). Устройство, к выходному штуцеру 5 которого присоединен сливной шланг, погружают в заборную емкость 8 с неочищенной жидкостью, так, чтобы жидкость покрывала фильтроэлемент 4 предпочтительно полностью, свободный конец сливного шланга, опускают в емкость для сбора фильтрата 9, находящуюся по высоте ниже заборной емкости 8. Легким подсасыванием через свободный конец сливного шланга запускают процесс фильтрации. Под действием силы тяжести жидкость через фильтроэлемент 4 по каналам для сбора фильтруемой жидкости и отвода фильтрата, выполненным в корпусе 3, поступает через выходной штуцер 5 по сливному шлангу в емкость для сбора фильтрата 9. При осуществлении процесса фильтрации в безнапорном режиме перепад давлений на фильтроэлементе 4 создается за счет разности высот между заборной емкостью 8 и емкостью для сбора фильтрата 9, т.е. за счет создания разряжения в зоне фильтрации.
В частном случае выполнения бактерицидного устройства для очистки жидкости, направляемой под давлением (фиг.4), корпус 3 выполнен разъемным. Нижняя разъемная часть корпуса 3 снабжена входным штуцером 6 и выходным штуцером 5. Фильтроэлемент 4 выполнен в виде фильтрующего патрона. Несущий каркас 7 выполнен в виде цилиндра, на поверхности которого герметично по своему периметру закреплен фильтроэлемент 4, и снабжен сквозными отверстиями и проточным каналом для отвода фильтрата к выходному штуцеру 5. Бактерицидное устройство работает следующим образом. Неочищенная жидкость поступает через штуцер 6 в корпус 3, фильтруется через фильтроэлемент 4, а затем через
сквозные отверстия по проточному каналу для сбора фильтруемой жидкости и отвода фильтрата, выполненным в несущем каркасе 7, поступает к выходному штуцеру 5, откуда по сливному шлангу сливается в емкость для сбора фильтрата (на фиг.4 не показана).
Опытным путем установлено следующее. При очистке питьевой воды процесс рекомендуется осуществлять в периодическом режиме, прерывая фильтрацию каждый раз после получения очередных ~15 л очищенной жидкости на время от 1 до 1,5 час. Такое время оказалось достаточным для достижения концентрации бактерицида в фильтрате, необходимой для гибели задержанных бактерий.
Бактерицидное устройство с описанным фильтровальным материалом может быть использовано, в частности, в бытовых системах для получения питьевой воды для повышения эффективности ее очистки. Возможно использование фильтровального материала в установках для очистки воды из скважин или колодцев.