КАРТРИДЖ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для очистки жидкости путем фильтрования с использованием процесса сорбции, в частности, для получения питьевой воды и может быть использована в системах подготовки технологической воды для различных производств, для бытовых нужд, а также в полевых условиях.
Одним из основных узлов различных систем очистки жидкости являются сменные фильтровальные элементы, называемые или картриджами, или патронными фильтрами. Согласно описанию предлагаемые варианты устройства относятся к сорбционным картриджным фильтрам, а точнее к сменным фильтровальным элементам-картриджам этих фильтров, применяемым в проточных системах очистки жидкости тупиковым методом фильтрации.
Известен переносной фильтр для очистки питьевой воды, содержащий корпус в виде воронки, дренажную решетку с размещенным на ней пакетом фильтрующих элементов из активированного углеродно-волокнистого материала и средство для уменьшения пористости периферийной части фильтрующих элементов, при этом часть корпуса или дренажной решетки, расположенная под этим средством выполнена водонепроницаемой [Пат. RU 2066301, МПК C02F 1/18, B01D 24/22, 10.09.1996].
Недостатком известного переносного фильтра является материал, из которого выполнены фильтрующие элементы, который не обеспечивает микробиологической очистки воды, а также недостаточную очистку от тяжелых металлов, так как углеродные сорбенты в большей степени предназначены для сорбции органических загрязнений.
Известен дачный фильтр «Дельфин-Д-3,5». Дачный фильтр предназначен для очистки от металлов, нитратов, нитритов, пестицидов, хлорорганических соединений, хлора и др. воды из колодцев, скважин, используемой для питья. В дачном фильтре предусмотрена возможность систематической промывки съемного патрона, расположенного во входной части фильтра, а также находящегося в этом патроне съемного блока фильтрующих элементов, предназначенного для очистки воды от механических загрязнений и состоящего из набора слоев пористых фильтровальных тканей, расположенного между двумя перфорированными прокладками из синтетического материала. Дренажная трубка из синтетического материала, проходящая через центр набора фильтрующих слоев и перфорированных прокладок, является также рукояткой для извлечения съемного блока фильтрующих элементов из фильтра при его промывке [Пат. RU 2146962, МПК B01D 24/12, C02F 9/00, 27.03.2000].
Известное устройство не предназначено для микробиологической очистки жидкостей.
Известен патронный фильтровальный элемент [Пат. RU 60874, МПК B01D 27/06, 10.02.2007]. Предлагается два варианта патронного фильтровального элемента, первый вариант патронного фильтровального элемента содержит перфорированную трубку и сформированный вокруг нее слоистый фильтрующий материал, соединенные торцевыми деталями, фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированной трубки в виде цилиндрического рулона, выполнен в виде «сэндвича», нижний и верхний слои которого являются синтетическим нетканым материалом, свободно пропускающим воду, между которыми расположен внутренний слой сорбционного материала на основе волокнистого листового материала органического или неорганического происхождения, предназначенного для тонкой очистки воды и очистки воды от микроорганизмов, при этом внутренний слой выполнен в виде гладкой ленты, сформированной из множества слоев сорбционного материала. Второй вариант патронного фильтровального элемента содержит перфорированную трубку и сформированный вокруг нее слоистый фильтрующий материал, соединенные торцевыми деталями, фильтрующий материал, сформированный вокруг перфорированной трубки в виде цилиндрического рулона, выполнен в виде «сэндвича», нижний и верхний слои которого являются синтетическим нетканым материалом, свободно пропускающим воду, между которыми расположен внутренний слой сорбционного материала на основе волокнистого листового материала органического или неорганического происхождения, модифицированного наноразмерными частицами гидрата оксида алюминия, предназначенного для тонкой очистки воды и очистки воды от микроорганизмов, при этом внутренний слой выполнен в виде гофрированной ленты, сформированной из множества слоев сорбционного материала.
Данный патронный элемент эффективен для очистки от микроорганизмов, но не позволяет в достаточной степени очищать жидкости от тяжелых металлов.
Известен картридж для очистки жидкости, содержащий перфорированный каркас, сформированный вокруг него в несколько слоев сорбционно-фильтрующий материал, включающий, по меньшей мере, два слоя защитного материала и размещенный между ними многослойный сорбционный материал, поддерживающий элемент, надетый поверх сорбционно-фильтрующего материала и стакан с загрузкой из сорбента тяжелых металлов, установленный внутри и на одной оси с перфорированным каркасом, соединенные торцевыми деталями [Пат. RU 87365, МПК B01D 27/04, B01D 27/08, B82B 1/00, 10.10.2009].
Недостатком данного устройства является подверженность забиванию пор сорбционного материала механическими примесями, что приводит к быстрому снижению эффективности работы картриджа.
Наиболее близким по технической сущности и результату к предлагаемому устройству является картридж для очистки жидкости, содержащий соосно установленные стакан с загрузкой из сорбента тяжелых металлов, перфорированный каркас, сорбционно-фильтрующий материал, включающий, по меньшей мере, два слоя защитного материала и размещенный между ними многослойный сорбционный материал, и поддерживающий элемент, выполненный в виде эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения, соединенные торцевыми деталями [Пат. RU 155030, МПК B01D 27/02, 20.09.2015].
Недостатком данного устройства является недостаточно эффективная бактерицидная очистка жидкости.
Задачей заявляемого технического решения является разработка сменного картриджа с высокой степенью очистки жидкости от механических и вредных примесей.
Технический результат: повышение качества очистки жидкости.
+
2+
Технический результат достигается тем, что картридж для очистки жидкости, содержит соосно установленные стакан с загрузкой из сорбента тяжелых металлов, перфорированный каркас, сорбционно-фильтрующий материал, включающий, по меньшей мере, два слоя защитного материала и размещенный между ними многослойный сорбционный материал, и поддерживающий элемент в виде эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения, выполненного из нерастяжимой и эластомерной нитей, соединенные торцевыми деталями, при этом эластичный трубчатый трикотаж выполнен из нерастяжимой нити, предварительно обработанной 5% водной дисперсией смеси наночастиц Ag и Cu, взятых в массовом соотношении 1:1.
+
2+
+
2+
Изготовление поддерживающего элемента из эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения за счет наличия в структуре переплетения упругого каркаса из эластомерной нити обеспечивает поддержку внутренних слоев картриджа. При этом наличие плюшевых петель обеспечивает улавливание механических примесей, защищая тем самым внутренние слои от забивки пор и осуществляя предварительную очистку жидкости. В результате предварительной обработки нерастяжимой нити в 5% водной дисперсии смеси наночастиц Ag и Cu, взятых в массовом соотношении 1:1, происходит адсорбция наночастиц Ag и Cu на поверхности нерастяжимой нити, которая в составе эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения, обеспечивает дополнительную бактерицидную обработку жидкости. Кроме этого выполнение поддерживающего элемента в виде эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения позволяет производить регенерацию поддерживающего элемента и повторную его обработку в бактерицидном растворе. За счет этого происходит повышение производительности процесса фильтрования и повышение качества очистки жидкости.
На фиг. 1 представлена схема картриджа для очистки жидкости, на фиг. 2 представлена графическая запись эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения.
Картридж для очистки жидкости содержит перфорированный каркас 1, выполненный из полиэтилена, полиамида, полипропилена или других термопластов пищевых марок, на котором сформирован многослойный фильтрующий материал в виде цилиндрического рулона из, по меньшей мере, двух слоев сорбционно-фильтрующего материала 2 предварительно изготовленного в виде «сэндвича», с внутренним сорбционным слоем 3, размещенным между двумя защитными слоями 4, выполненными из синтетического нетканого материала (полиэтилена, полиамида, или полипропилена).
Внутри перфорированного каркаса 1 на одной оси с ним размещен стакан 5, с загрузкой из сорбента тяжелых металлов 6. Сверху загрузки 6 устанавливают удерживающий перфорированный элемент из полимерного материала 7. На сорбционно-фильтрующий материал 2 с внутренним сорбционным слоем 3 и защитными слоями 4 надет поддерживающий элемент 8, выполненный в виде эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения.
Торцевые детали 9 расположенные на концах картриджа, механически связанные с перфорированным каркасом 1, не позволяют смещаться вдоль перфорированного каркаса 1 сорбционно-фильтрующему материалу 2 и служат для присоединения картриджа к фильтродержателю.
+
2+
Эластичный трубчатый трикотаж плюшевого переплетения состоит из петель образованных путем одновременного провязывания нерастяжимых нитей 10, предварительно обработанных 5% водной дисперсией смеси наночастиц Ag и Cu, взятых в массовом соотношении 1:1, образующих плюшевые петли 11 и эластомерных нитей 12, образующих упругий каркас 13.
Эластичный трубчатый трикотаж плюшевого переплетения получают на чулочном автомате 14 класса, с диаметром цилиндра 4″. Натяжение при подаче нерастяжимой нити в петлеобразующую систему составляет 8,2 Н, а эластомерной нити 22,4 Н при глубине кулирования 9,4 мм.
+
2+
Картридж для очистки жидкости работает следующим образом: картридж монтируется в посадочном гнезде фильтродержателя. Фильтруемая жидкость, подаваемая в корпус фильтродержателя, проходит через поддерживающий элемент 8, выполненный в виде эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения. При этом плюшевые петли 11 задерживают механические частицы, находящиеся в фильтруемой жидкости, осуществляя ее предварительную механическую очистку и предотвращая закупоривание пор сорбционно-фильтрующего материала 2. Кроме этого, адсорбированные на поверхности нерастяжимой нити 10 наночастицы Ag и Cu выполняют дополнительную бактерицидную обработку жидкости. Это обеспечивает более эффективную работу картриджа. Далее очищаемая жидкость проходит через сорбционно-фильтрующий материал 2, где во внутреннем сорбционном слое 3 происходит электрокинетическое удержание отрицательно заряженных частиц - бактерий и вирусов, далее через перфорированный каркас 1 очищаемая жидкость поступает в пространство между каркасом 1 и стаканом 5. Через отверстия в нижней части стакана 5 жидкость проходит внутри стакана 5 снизу вверх через загрузку из сорбента тяжелых металлов 6, далее через выход фильтродержателя попадает к потребителю.
Пример изготовления картриджа для очистки жидкости.
В стакан 5, выполненный с отверстиями в нижней части, загружают сорбент тяжелых металлов 6. В качестве сорбента тяжелых металлов могут быть использованы, например: модифицированный наноразмерными частицами оксидов железа моногидрат оксида алюминия - для очистки от железа, мышьяка, кадмия, свинца и марганца; смесь измельченного цеолита, гидроксида железа и нанофазного бемита - для очистки от мышьяка, хрома, кадмия, меди и свинца, модифицированные гуминовые кислоты - для очистки от железа, хрома, марганца, кобальта, цинка, титана, никеля и меди, сорбенты на основе гидроксидов магния, железа и алюминия - для очистки от меди, кадмия, цинка и свинца.
Поверх сорбента тяжелых металлов 6 устанавливают удерживающий перфорированный элемент из полимерного материала 7. Стакан 5, с загрузкой из сорбента тяжелых металлов 6 размещают внутри перфорированного каркаса 1, соосно с ним, с образованием зазора между их цилиндрическими поверхностями. Перфорированный каркас 1 может быть выполнен из полиэтилена, полиамида, полипропилена или других термопластов пищевых марок. Отдельно готовят сорбционно-фильтрующий материал 2, выполненный в виде «сэндвича», с внутренним сорбционным слоем 3, размещенным между двумя слоями защитного материала 4. Сорбционный слой 3 может быть изготовлен из сорбционного материала на основе модифицированного частицами гидрата окиси алюминия нетканого полимерного волокнистого материала с диаметром волокон 1-3 мкм, или на основе фильтра Петрянова марки-15-2,0, представляющего собой равномерный слой ультратонких волокон со средним диаметром 1,5 мкм, нанесенным на марлю. Защитный материал 4 выполнен из синтетического нетканого материала (полиэтилена, полиамида, или полипропилена).
Из изготовленного таким образом сорбционно-фильтрующего материала 2, посредством его наматывания, по меньшей мере, в два слоя, формируют многослойный фильтрующий материал в виде цилиндрического рулона.
+
2+
На сорбционно-фильтрующий материал 2 с внутренним сорбционным слоем 3 и слоями защитного материала 4 (то есть на сформированный в виде цилиндрического рулона многослойный фильтрующий материал) надевают поддерживающий элемент 8, выполненный в виде эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения из эластомерной нити и нерастяжимой нити, предварительно обработанной 5% водной дисперсией смеси наночастиц Ag и Cu, взятых в массовом соотношении 1:1. После этого с помощью торцевых деталей 9 фиксируют все «слои» картриджа. Готовый к использованию картридж монтируется в посадочном гнезде фильтродержателя.
Фильтруемая жидкость, подаваемая в корпус фильтродержателя, проходит через поддерживающий элемент 8, обеспечивающий дополнительную очистку жидкости от механических примесей. Очищаемая жидкость проходит через наружный слой защитного материала 4, сорбционно-фильтрующий материал 2, где во внутреннем сорбционном слое 3 происходит электрокинетическое удержание отрицательно заряженных частиц - бактерий и вирусов, и внутренний слой защитного материала 4. Через перфорированный каркас 1 очищаемая жидкость поступает в пространство (зазор) между каркасом 1 и стаканом 5, откуда через отверстия в нижней части стакана 5 жидкость проходит внутри стакана 5 снизу вверх через загрузку из сорбента тяжелых металлов 6, далее через выход фильтродержателя попадает к потребителю.
+
2+
Таким образом, выполнение поддерживающего элемента в виде эластичного трубчатого трикотажа плюшевого переплетения из эластичной нити и нерастяжимой нити, предварительно обработанной 5% водной дисперсией смеси наночастиц Ag и Cu, взятых в массовом соотношении 1:1, позволяет повысить качество очистки жидкости за счет ее бактерицидной обработки.