УЗЕЛ ФИЛЬТРАЦИИ ФИЛЬТРОВАЛЬНОГО ПАТРОНА

Полезная модель предназначена для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использовано в составе сменного фильтровального патрона для очистки питьевой воды в бытовых фильтрах. Техническим результатом является обеспечение эффективной очистки воды от тяжелых металлов, анионов, активного хлора и хлорорганических соединений.
3
Известен фильтровальный патрон [RU 2236279], в котором композиция адсорбирующих компонентов выполнена в виде смеси серебросодержащего и несеребросодержащего активированных углей с йодным числом не менее 1 г/см, а серебросодержащий активированный уголь содержит серебро в количестве не менее 0,2 мас.%. Композиция адсорбирующих компонентов дополнительно содержит карбоксильный катионит, который расположен в фильтропатроне в виде смеси с углеродным адсорбентом при объемном соотношении смеси (1÷0,1)÷(0,1÷1).
Одним из недостатков известного фильтровального патрона является отсутствие компонента, способного распределить фильтруемую жидкость равномерно по всему материалу, из-за чего в процессе очистки может участвовать не весь его объем, что снижает эффективность очистки.
Также недостатком является невысокая степень удаления тяжелых металлов и анионов. Т.к. фильтрующая смесь не может быть герметично закреплена вдоль стенок патрона, существует вероятность образования т.н. «пристеночного эффекта», когда часть жидкости проходит вдоль стенок патрона, минуя сорбционный состав, что снижает эффективность очистки.
3
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому при использовании результату является фильтровальный патрон [RU 74822] (прототип), содержащий узел фильтрации, наполненный смесью адсорбирующих компонентов, и дополнительный узел фильтрации, который выполнен в виде сетки со слоями нетканого фильтровального полотна из ионообменного волокна. В описании к прототипу указано также, что смесь адсорбирующих компонентов выполнена из серебросодержащего и несеребросодержащего активных углей с йодным числом не менее 1 г/см, а серебросодержащий активный уголь содержит серебро в количестве не менее 0,1 мас.%, при этом смесь дополнительно содержит карбоксильный катионит.
Недостатком известного адсорбционного материала является отсутствие компонента, способного распределить фильтруемую жидкость равномерно по всему материалу, из-за чего в процессе очистки может участвовать не весь его объем, что снижает эффективность очистки.
Вторым недостатком является то, что выбранная в качестве прототипа полезная модель эффективно работает лишь для воды с высоким содержанием железа, при этом степень удаления тяжелых металлов и анионов не достаточно высока.
Технической задачей является разработка узла фильтрации фильтровального патрона для очистки воды в бытовых условиях, создающего равномерное распределение потока жидкости по всему объему фильтрующего материала, а также адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников.
Технический результат достигается тем, что предложен узел фильтрации фильтровального патрона, состоящий из цилиндрической оболочки, на основаниях которой установлены сетки, и размещенной внутри оболочки композиции из гранулированных сорбентов и, по крайней мере, двух слоев нетканого полотна; слои нетканого полотна изготовлены либо из катионобменного волокна, либо из амфолитного ионообменного волокна, либо из анионообменного волокна, либо из волокна, не обладающего ионообменными свойствами, а также из смесей вышеперечисленных волокон и выполнены по размеру внутреннего поперечного сечения цилиндрической оболочки, при этом два из слоев полотна являются внешними слоями композиции, а содержание нетканого полотна в композиции составляет 5÷25 об.%.
Целесообразно, что гранулированные сорбенты представляют собой смесь активированного угля и карбоксилсодержащих катионитов в соотношении (1÷0.1)÷(0.1÷1).
Целесообразно, что волокно, не обладающее ионообменными свойствами, выбирается из ряда: вискоза, полиакрилнитрил, полиамид.
Также целесообразно, что содержание нетканого ионообменного полотна составляет 5÷25 об.%. Дальнейшее увеличение содержания полотна приведет к значительному уменьшению количества гранулированных сорбентов и, как следствие, к существенному снижению эффективности удаления активного хлора, фенола, бензола, линдана и хлороформа.
Важно, что слои нетканого полотна выполняются с функцией гидрорассеивания по площади поперечного сечения фильтровального патрона. Благодаря этому в процессе очистки жидкость контактирует со всем объемом фильтрующего материала, что увеличивает степень ее очистки.
Технический результат достигается также тем, что, по крайней мере, внешние слои композиции имеют герметичное соединение с оболочкой узла фильтрации фильтровального патрона. Это позволяет не допустить прохождения части жидкости в обход фильтрующего материала (между самим материалом и стенками оболочки узла фильтрации фильтровального патрона) и таким образом улучшить степень очистки.
Карбоксильный катионит, содержащийся в смеси удаляет ионы жесткости: кальций и магний, которые содержатся в воде в больших количествах - их содержание в воде составляет от десятков до сотен мг/л, тем самым обеспечивая селективность слоя нетканого полотна для дополнительного удаления органических веществ и ионов тяжелых металлов, присутствующих в воде в незначительных количествах от мг до сотых долей мг на литр.
Для достижения требуемого результата и в зависимости от изначального состава жидкости слои полотна могут состоять из разных типов ионообменных волокон, либо волокон, не обладающих ионообменными свойствами, которые также можно сочетать в различных комбинациях:
- катионобменное волокно предназначено для селективного удаления из водных растворов катионов тяжелых металлов (меди, ртути, кадмия, свинца, железа и др.) при сохранении неизменным анионного состава воды, а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей и выполнено с функцией гидрорассеивания;
- амфолитное ионообменное волокно предназначено для комбинированной очистки воды от катионов тяжелых металлов (меди, ртути, кадмия, свинца, железа и др.) и анионов (нитраты, сульфаты, хлориды и др.), а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей и выполнено с функцией гидрорассеивания;
- анионообменное волокно предназначено для селективного удаления анионов (нитраты, сульфаты, хлориды и др.) из водных растворов при сохранении неизменным катионного состава воды, а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей и выполнено с функцией гидрорассеивания;
- волокно, не обладающее ионообменными свойствами, несет функцию гидрорассеивания по площади поперечного сечения фильтровального патрона, а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей.
На Фиг. представлена схема узла фильтрации фильтровального патрона, где:
1 - цилиндрическая оболочка; 2 - гранулированные сорбенты; 3, 7 - сетки; 4, 5, 6 - слои нетканого фильтрующего полотна.
Узел фильтрации фильтровального патрона работает следующим образом:
Вода поступает в цилиндрическую оболочку (1) узла фильтрации через сетку (3) и попадает на внешний слой композиции - нетканое фильтрующее полотно (4), где задерживаются взвешенные мелкодисперсные примеси и происходит распределение воды по всей ширине полотна, что связано с его капиллярной структурой. Это позволяет обеспечить поступление воды в следующую часть композиции, состоящую из гранулированных сорбентов (2) по всему сечению, тем самым увеличивая количество сорбента, контактирующего с очищаемой жидкостью. Проходя через гранулированные сорбенты (2) вода очищается от активного хлора, органических и хлорорганических соединений, пестицидов, нефтепродуктов, неприятных запахов и привкусов. Карбоксильный катионит, введенный в состав сорбентов, снижает жесткость воды и содержание тяжелых металлов. Такая сорбционная смесь может быть приготовлена однородной и не требует дополнительной разбивки по слоям, что значительно упрощает конструкцию патрона. Далее очищаемая жидкость попадает на второй внешний слой композиции - нетканое фильтрующее полотно (6), где задерживаются взвешенные мелкодисперсные примеси и через сетку (7) выводится из узла фильтрации.
Для достижения требуемого результата в композицию добавляется один или несколько внутренних слоев (5) нетканого фильтрующего полотна.
В случае исполнения одного или более нетканых полотен из ионообменных волокон различного назначения дополнительно обеспечивается снижение содержания в исходной воде катионов тяжелых металлов и/или анионов.
Герметичное закрепление внешних слоев нетканого фильтровального полотна не позволяет части воды проходить в обход фильтровального материала между стенками цилиндрической оболочки (1) патрона и самим материалом, что увеличивает степень очистки.
Наличие в составе фильтровального патрона для очистки воды сеток (3, 7) обеспечивает фиксацию внешних слоев композиции - нетканых фильтрующих полотен (4, 6).
3
Ниже приведены примеры достижения технического результата при использовании заявляемого сорбционно-фильтрующего материала производительностью 6 дм/ч. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают применение предложенного материала.
В качестве примеров приведены данные протоколов лабораторных исследований проб воды из системы централизованного водоснабжения г.Москвы, искусственно контаминированных исследуемыми загрязнителями, до и после пропускания этих проб через заявляемый узел фильтрации фильтровального патрона.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий оба внешних слоя композиции из нетканого полотна, не обладающего ионообменными свойствами.
Содержание, об.%:
активированный уголь
60;
карбоксилсодержащие катиониты
35;
полотно, не обладающее ионообменными свойствами
5.
Показатель
Вода до прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Вода после прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
9.7
0.48
7.0
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.8
0.68
0.3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2.1
1.21
1.0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0.005
0.0005
0.0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0.004
0.001
0.001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0.06
0.02
0.03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1.2
0.091
0.3-0.5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0.4
<0.005
0.2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0.05
0.0010
0.01
гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.002
Сульфаты, мг/дм<sup>3</sup>
670
659
500
Нитраты, мг/дм<sup>3</sup>
74.2
73.0
45
Хлориды, мг/дм<sup>3</sup>
410
399
350
Материал по Примеру 1 обеспечивает относительно высокие степени удаления активного хлора и хлорорганических соединений, а также снижает жесткость воды.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий следующие внешние слои композиции из нетканого фильтрующего полотна:
со стороны поступления воды - полотно, не обладающее ионообменными свойствами;
со стороны вывода воды - катионообменное полотно.
Содержание, об.%:
активированный уголь
60;
карбоксилсодержащие катиониты
30;
полотно
10.
Показатель
Вода до прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Вода после прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
9.7
0.28
7.0
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.8
0.074
0.3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2.1
0.080
1.0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0.005
<0.0001
0.0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0.004
<0.0001
0.001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0.06
<0.0001
0.03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1.2
0.081
0.3-0.5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0.4
<0.005
0.2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0.05
0.0012
0.01
гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.002
Сульфаты, мг/дм<sup>3</sup>
670
664
500
Нитраты, мг/дм<sup>3</sup>
74.2
72.4
45
Хлориды, мг/дм<sup>3</sup>
410
406
350
Материал по Примеру 2 обеспечивает относительно высокие степени удаления тяжелых металлов, активного хлора и хлорорганических соединений, а также значительно снижает жесткость воды.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий следующие внешние слои композиции из нетканого фильтрующего полотна:
со стороны поступления воды - полотно, не обладающее ионообменными свойствами;
со стороны вывода воды - анионообменное полотно. Содержание, об.%:
активированный уголь
60;
карбоксилсодержащие катиониты
30;
полотно
10.
Показатель
Вода до прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Вода после прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
9.7
0.54
7.0
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.8
0.64
0.3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2.1
1.19
1.0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0.005
0.0005
0.0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0.004
0.001
0.001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0.06
0.02
0.03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1.2
0.078
0.3-0.5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0.4
<0.005
0.2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0.05
0.0009
0.01
гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.002
Сульфаты, мг/дм<sup>3</sup>
670
114
500
Нитраты, мг/дм<sup>3</sup>
74.2
18
45
Хлориды, мг/дм<sup>3</sup>
410
302
350
Материал по Примеру 3 обеспечивает относительно высокие степени удаления анионов, активного хлора и хлорорганических соединений, при этом удаление железа, меди, ртути, кадмия и свинца не достаточно эффективно.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий следующие слои композиции из нетканого фильтрующего полотна:
со стороны поступления воды - внешний слой анионообменного полотна;
со стороны вывода воды - внешний слой катионообменного полотна;
внутренний слой амфолитного полотна.
Содержание, об.%:
активированный уголь
50;
карбоксилсодержащие катиониты
25;
полотно
25.
Показатель
Вода до прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Вода после прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
9.7
0.44
7.0
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.8
0.12
0.3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2.1
0.080
1.0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0.005
<0.0001
0.0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0.004
0.0002
0.001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0.06
<0.0001
0.03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1.2
0.084
0.3-0.5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0.4
<0.005
0.2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0.05
0.0013
0.01
гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.002
Сульфаты, мг/дм<sup>3</sup>
670
151
500
Нитраты, мг/дм<sup>3</sup>
74.2
22
45
Хлориды, мг/дм<sup>3</sup>
410
312
350
Материал по Примеру 4 обеспечивает относительно высокие степени очистки по всем показателям.
Заявляемый в качестве полезной модели узел фильтрации фильтровального патрона позволяет осуществить улучшение гидродинамических характеристик очистки за счет использования в смеси адсорбирующих компонентов гранулированных сорбентов, увеличить количество сорбента, контактирующего с очищаемой жидкостью, благодаря использованию нетканого полотна, а подбор материала нетканого полотна и многослойность композиции позволяют адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников.