НАМЫВНОЙ ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТР (ВАРИАНТЫ)
PRECOAT FILTER CARTRIDGE (VERSIONS)

Изобретение относится к оборудованию для разделения и очистки жидкости и может быть использовано в промышленном водоснабжении для тонкой очистки воды.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому техническому решению является намывной патронный фильтр, содержащий фильтрующий элемент с очищающими материалами, установленный внутри корпуса на трубной доске, разделяющей корпус на камеры исходной среды и фильтрата (см. патент RU №2469767, опубл. 20.12.2012.)
Недостатком известного намывного патронного фильтра является невысокое качество очистки жидкости от растворенных и нерастворенных веществ, узкая область использования.
Технической задачей предлагаемого технического решения является повышение качества очистки от растворенных и нерастворенных веществ, упрощение конструкции, расширение области использования.
Для этого намывной патронный фильтр содержит фильтрующий элемент с очищающими материалами, установленный внутри корпуса на трубной доске, разделяющей корпус на камеры исходной среды и фильтрата, причем фильтрующий элемент содержит четыре слоя очищающих материалов, первый из которых толщиной 1-4 мм выполнен из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 1-150 мкм, второй слой толщиной 5-15 мм выполнен из зерен размерами 0,1-4 мм катионитной или анионитной смолы или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а третий слой толщиной 10-20 мм из активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и четвертый слой толщиной 0,5-1 мм из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм.
Отличительной особенностью предлагаемого фильтра является то, что фильтрующий элемент содержит четыре слоя очищающих материалов, первый из которых толщиной 1-4 мм выполнен из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 1-150 мкм, второй слой толщиной 5-15 мм выполнен из зерен размерами 0,1-4 мм катионитной или анионитной смолы или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а третий слой толщиной 10-20 мм из активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и четвертый слой толщиной 0,5-1 мм из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм.
Предлагается вариант намывного патронного фильтра, отличительной особенностью которого является то, что фильтрующий элемент намывного патронного фильтра содержит два слоя очищающих материалов, первый из которых толщиной 1-4 мм выполнен из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 1-150 мкм, а второй слой толщиной 10-35 мм из катионитной или анионитной смолы размеры зерен 0,1-4 мм или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а также активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм - в следующем соотношении, мас. %:
- катионитная или анионитная смола или их смесь - 40-45%;
- активированный уголь, или цеолит, или целлюлоза, или пенополиуретан - 45-50%;
- фильтроперлит, или кизельгур, или диатомит - остальное.
Предлагается вариант намывного патронного фильтра, отличительной особенностью которого является то, что фильтрующий элемент намывного фильтра содержит один слой толщиной 10-45 мм из смеси очищающих материалов: катионитной или анионитной смол с размерами зерен 0,1-4 мм, или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а также активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм - в соотношении, мас. %:
- катионитная или анионитная смола или их смесь - 35- 38%;
- активированный уголь, или цеолит, или целлюлоза, или пенополиуретан - 50-55%;
- фильтроперлит, или кизельгур, или диатомит с размерами частиц 0,01-150 мкм - остальное.
Предлагаемое устройство намывного патронного фильтра иллюстрируется чертежами где на фиг.1 изображен намывной патронный фильтр в разрезе, на фиг. 2 и фиг. 3 его варианты.
Намывной патронный фильтр (см. фиг. 1) содержит фильтрующий элемент 1 с очищающими материалами, установленный внутри корпуса 2 на трубной доске 3, разделяющей корпус на камеры исходной среды 4 и фильтрата 5. Фильтрующий элемент 1 содержит четыре слоя 6, 7, 8, 9 очищающих материалов, первый из которых 6 толщиной 1-4 мм выполнен из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 1-150 мкм, второй слой 7 толщиной 5-15 мм выполнен из зерен размерами 0,1-4 мм катионитной или анионитной смолы или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а третий слой 8 толщиной 10-20 мм из активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и четвертый слой 9 толщиной 0,5-1 мм из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм.
Намывной патронный фильтр снабжен входным 10 и выходным 11 патрубками.
Намывной патронный фильтр вариант (см. фиг. 2) содержит фильтрующий элемент 1 с очищающими материалами, установленный внутри корпуса 2 на трубной доске 3, разделяющей корпус 2 на камеры исходной среды 4 и фильтрата 5. При этом фильтрующий элемент 1 содержит два слоя очищающих материалов, первый 12 из которых толщиной 1-4 мм выполнен из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 1-150 мкм, а второй слой 13 толщиной 10-35 мм из смеси состоящей: из катионитной или анионитной смолы с размерами зерен 0,1-4 мм или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а также активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм - в следующем соотношении, мас. %:
- катионитная или анионитная смола или их смесь - 40-45%;
- активированный уголь, или цеолит, или целлюлоза, или пенополиуретан - 45-50%;
- фильтроперлит, или кизельгур, или диатомит - остальное.
Намывной патронный фильтр вариант (см. фиг. 3) содержит фильтрующий элемент 1 с очищающими материалами, установленный внутри корпуса 2 на трубной доске 3, разделяющей корпус 2 на камеры исходной среды 4 и фильтрата 5. При этом фильтрующий элемент содержит один слой 14 толщиной 10-45 мм из смеси очищающих материалов: катионитной или анионитной смол с размерами зерен 0,1-4 мм или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а также активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм - в соотношении, мас. %:
- катионитная или анионитная смола или их смесь - 35-38%;
- активированный уголь, или цеолит, или целлюлоза, или пенополиуретан - 50-55%;
- фильтроперлит, или кизельгур, или диатомит с размерами частиц 0,01-150 мкм - остальное.
Предлагаемое устройство намывного патронного фильтра работает следующим образом.
Для подготовки к работе, в качестве станции очистки жидкости от нерастворенных и растворенных загрязняющих веществ, на фильтрующем элементе 1, закрепленном на трубной доске 3, намывного патронного фильтра 2 намывают слои вспомогательных материалов, которые при движении очищаемой жидкости сквозь них служат для задержания всех загрязняющих веществ. Каждый следующий слой намывают последовательно, после «намыва» предыдущего слоя. Суспензия очищаемой жидкости и вспомогательного материала, из которого намывают очищающий слой, входит через входной патрубок 10 и попадает в камеру исходной среды 4 (нижнюю часть корпуса 2) намывного патронного фильтра. Очищаемая жидкость через щели фильтрующего элемента 1 проходит внутрь фильтрующего элемента 1 и по его центральному каналу попадает в камеру фильтрата 5 (верхнюю часть корпуса 2), далее выходит через выходной патрубок 11. Весь вспомогательный очищающий материал задерживается на поверхности фильтрующего элемента 1 и накапливается в виде тонкого равномерного слоя, который удерживается на поверхности фильтрующего элемента движущейся жидкостью и перепадом давлений между камерой исходной среды 4 и камерой фильтрата 5 (нижней и верхней частями корпуса 2).
Первый слой толщиной 1-4 мм выполняется из инертного материала фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 1-150 мкм и служит в качестве поддерживающего (подкладочного) слоя, основы для намыва последующих очищающих слоев. Кроме того, слой 6 служит и для окончательного осветления очищаемой жидкости и задержки вспомогательных очищающих частиц, которые могут вымываться с других очищающих слоев, которые находятся на пути движения очищаемой жидкости.
Ионообменный второй слой 7 толщиной 5-15 мм выполняется из зерен размерами 0,1-4 мм катионитной или анионитной смолы или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
Слой 7 служит для задержания загрязняющих катионов или анионов в жидкости, в том числе для умягчения воды (удаления ионов кальция и магния), а также удаления ионов железа и тяжелых металлов (и в случае смеси смол - для снижения минерализации).
Сорбционный третий слой 8 толщиной 10-20 мм выполняется из активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм и служит для сорбции на них ионов элементов и их комплексных соединений, а также ряда органических соединений, в том числе и канцерогенных.
Четвертый слой 9 толщиной 0,5-1 мм выполняется из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм.
Ввиду того что в составе четвертого слоя 9 располагаются частицы с наноразмерами, слой имеет свойства приближенные к свойствам мембран (см. патент на полезную модель №143980 «Намывной фильтр с мембранным слоем»), что обеспечивает полное осветление очищаемой жидкости. Полное осветление обеспечивает оптимальную работу следующих очищающих слоев материалов по удалению растворенных веществ, так как при этом взвешенные и коллоидные частицы не задерживаются на зернах сорбционных и ионообменных материалов и не служат преградой для сорбционных и ионообменных процессов.
В предлагаемом втором варианте на фильтрующий элемент намывного патронного фильтра намывают два слоя очищающих материалов (см. фиг. 2), первый из которых 12 толщиной 1-4 мм выполняют из фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 1-150 мкм и служит в качестве поддерживающего (подкладочного) слоя, основы для намыва последующего очищающего слоя, а второй слой 13 толщиной 10-35 мм из катионитной или анионитной смолы с размерами зерен 0,1-4 мм или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а также активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм - в следующем соотношении, мас. %:
- катионитная или анионитная смола или их смесь - 40-45%;
- активированный уголь, или цеолит, или целлюлоза, или пенополиуретан - 45-50%;
- фильтроперлит, или кизельгур, или диатомит - остальное.
Второй слой 13 обеспечивает полную осветлительную очистку жидкости, а также ионообменную и сорбционную очистку жидкости.
И в третьем варианте (см. фиг. 3) на фильтрующий элемент намывного фильтра намывают один очищающий слой 14 толщиной 10-45 мм из смеси очищающих материалов: катионитной или анионитной смол с размерами зерен 0,1-4 мм, или их смеси в соотношении, мас. %:
катионитная смола
45-50%
анионитная смола
остальное
а также активированного угля или цеолитов, или целлюлозы, или пенополиуретана с размерами частиц 0,5-3,5 мм; и фильтроперлита, или кизельгура, или диатомита с размерами частиц 0,01-150 мкм - в соотношении, мас. %:
- катионитная или анионитная смола или их смесь - 35-38%;
- активированный уголь, или цеолит, или целлюлоза, или пенополиуретан - 50-55%;
- фильтроперлит, или кизельгур, или диатомит с размерами частиц 0,01-150 мкм - остальное.
Один очищающий слой на фильтрующем элементе в третьем варианте - обеспечивает: предварительное осветление жидкости, окончательное осветление жидкости, сорбционную и ионообменную очистку жидкости.
После того как все очищающие слои 6, 7, 8, 9 (12, 13, 14 в вариантах) последовательно созданы («намыты») на поверхность фильтрующего элемента, через патрубок 10 подается загрязненная жидкость, которая последовательно проходит через слои 6, 7, 8, 9 (12, 13, 14 в вариантах). При этом загрязнения задерживаются вспомогательными очищающими материалами, а очищенная жидкость через щели проходит во внутрь фильтрующих элемента 1 и по его центральному каналу попадает в верхнюю часть корпуса 2, далее выходит через выходной патрубок 11.
Очистку прекращают после того, как сопротивление накопленных загрязнений в слоях 6, 7, 8, 9 (12, 13, 14 в вариантах) становится сравнимым с напором насоса, подающего загрязненную жидкость, или исчерпывается сорбционная способность сорбционного материала в слое 8, или израсходована обменная емкость ионообменного материала в слое 7. После прекращения очистки вспомогательные материалы очищающих слоев с накопленными загрязнениями сбрасываются с фильтрующего элемента и затем выводятся из фильтра по патрубку 10. Вспомогательные очищающие материалы отправляются на регенерацию, а загрязнения утилизируются. Затем производится намыв новых очищающих слоев, и цикл работы повторяется.
3
Разработан и изготовлен опытно-промышленный намывной патронный фильтр с номинальной производительностью 0,5 м/ч, на котором были проведены работы по очистке воды и получены следующие результаты (даны средние значения по всем трем вариантам содержания на фильтрующем элементе очищающих слоев, причем качество очищенной воды соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01):
- тонкость очистки: задерживались частицы с размерами от 0,1 мкм;
- показатель «Мутность»: снижение с 10,6 мг/л до 0,1 мг/л (степень очистки - 99,06%);
- показатель «Жесткость общая»: снижение с 8,85 мг-экв./л до 2 мг-экв./л (степень очистки - 77,4%: до норм СанПиН 2.1.4.1074-01 и Нормативов физиологической полноценности питьевой воды по СанПиН 2.1.4.1116-02);
- показатель «Железо» (Fe, суммарно): снижение с 4,96 мг/л до 0,01 мг/л (степень очистки 99,9%);
- показатель «Окисляемость перманганатная»: снижение с 10,6 мг/л до 1,1 мг/л (степень очистки - 89,62%);
- показатели ′′Запах′′ и ′′Привкус′′: улучшены с 2 баллов - до 0 баллов;
- показатель ′′Общая минерализация′′, при применении смеси катионитной и анионитной смол: снижение с 1050 мг/л до 587 мг/л (степень очистки 44,1%).
Кроме того, по микробиологическим и паразитологическим показателям очищенная вода также соответствует всем нормативам Таблицы 1, СанПиН 2.1.4.1074-01.
Таким образом, очистка жидкости с использованием предлагаемого намывного патронного фильтра и его вариантов обеспечивает получение качества очистки жидкости, сравнимого с качеством, получаемым на станциях очистки жидкости с полной аппаратурно-технологической схемой и имеющей в своем составе отдельные аппараты для реагентной обработки, для полного осветления (ультрафильтрация), для сорбционной очистки, для ионообменной очистки жидкости. Это позволит сократить расходы на реагентную обработку (коагуляцию, флокуляцию, окисление), сократить капитальные и эксплуатационные расходы на здания и сооружения для расположения оборудования станции очистки, на расходы по регенерации и на промывки.