МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам разделения жидкостей, использующим полупроницаемые мембраны методом обратного осмоса, а также к устройствам защиты мембран от загрязнения.
Фильтр, работающий по принципу обратного осмоса, содержит основной элемент, позволяющий получать воду высокой степени очистки - это тонкопленочная мембрана. Она представляет собой некое подобие сетки, размер ячеек которой сравним с размером молекулы воды. Сквозь такую «сетку» могут пройти либо сами молекулы воды, либо вещества, размер молекул которых еще меньше - растворенный в воде кислород, водород и т.п. В результате чего из воды удаляются практически все растворенные компоненты, а также соли тяжелых металлов, органические примеси и бактерии. Все остальные конструктивные элементы обратноосмотической системы обеспечивают благоприятные условия для работы такой мембраны. Однако маленькие поры мембраны должны были бы быстро забиться грязью, если на нее будет поступать обычная водопроводная вода. Для того, чтобы этого не случилось, перед мембраной устанавливаются предфильтры - несколько ступеней предварительной очистки. Среди них обязательно присутствует ступень очистки от механических загрязнений, задерживающая взвеси, песок и нерастворимые примеси с размером частиц более 5 мкм. Еще одна ступень обеспечивает химическую очистку от хлора, хлорсодержащих соединений, пестицидов, органики и т.п. с помощью сорбции на активированном угле. В зависимости от качества исходной воды количество ступеней в предфильтре может быть увеличено. В процессе работы постепенно перед мембраной накапливаются отфильтрованные соли и различные примеси, из-за чего она может засориться и перестать работать. Для постоянного слива этих «отходов» вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смывающий сконцентрированные загрязнения в дренаж. Тем самым увеличивается производительность и срок службы мембраны. Для достижения нормальной производительности мембраны, на нее должна поступать вода под давлением 3,5-4 атмосферы. Такое давление - обычное дело для большинства муниципальных водопроводов в крупных городах. При давлении; воды менее 2-2,5 атмосфер (в том числе и при заборе воды из емкости без давления) необходим насос повышения давления. Если очищенная вода потребляется неравномерное и периодически ее расход может возрастать, то система очистки обычно дополняется емкостью для хранения чистой воды. Иногда применяется более дорогой способ - системы оснащаются существенно более мощным насосом и более производительной мембраной.
Фильтрующая способность системы обратного осмоса является поистине уникальной. Ни один из фильтров, работающих по другому принципу - механической очистки, адсорбции или ионного обмена - не может обеспечить подобной степени очистки. Очень важно понимать то, что даже лучшие из "простых" бытовых фильтров не удаляют или далеко не полностью удаляют из воды пестициды, бактерии, тригалометаны и другие канцерогенные, хлорорганические соединения, а также тяжелые металлы и радионуклиды, но возможность засорения мембраны заставляет искать пути ее очистки.
Известен мембранный фильтр [1], содержащий две мембраны, образуя устройство для двухстадийной очистки воды. На первой стадии используется мембранная система низкого давления для предподготовки воды с использованием ее «умягчения» и связывания частиц загрязнения в воде с контролем рН. Используется также прямой и обратный потоки воды для уменьшения осаждения частиц на мембрану. На второй стадии, проходящей под высоким давлением происходит дальнейшее «умягчение» воды удалением растворенных компаундов, таких как кальций, магний, карбонат, сульфат, кремний и др.
Недостаток фильтра в его высокой стоимости и сложности. В установке требуется два насоса - низкого и высокого давления.
Известен мембранный обратноосмотический фильтр [2], содержащий основной фильтрующий слой и сепарирующий слой, сформированный на поверхности основного и содержащий электрически нейтральный полимер, задача которого отделить электрически нейтральную органическую субстанцию. Фильтр имеет очень хорошую фильтрующую способность и бактериостатические свойства, но не решает проблему очистки мембраны от карбонатных осадков.
Известен аппарат для производства ультра чистой воды [3], который включает в себя колонну с катионообменной смолой, колонну декарбонизации, колонну анионообменной смолой и регулятор рН для изменения электрокинетического потенциала загрязнений, содержащихся в воде. Аппарат может контролировать качество воды на входе и выходе устройства для обратного осмоса.
Известен способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления [4]. Изобретения относятся к области мембранного разделения растворов и суспензий и могут быть использованы в способах и средствах очистки природных вод, промышленных стоков, в системах питьевого водоснабжения, коммунального хозяйства и различных областях промышленности. Способ очистки воды от механических примесей, микроорганизмов, высокомолекулярных соединений и солей тяжелых металлов методом ультрафильтрации включает предварительную грубую очистку воды, стадию фильтрования воды через электризуемые мембраны путем перемещения ее над каждой мембраной со скоростью 1-2 м/с с поддержанием давления 0,3±0,1 МПа над мембраной и атмосферным давлением под ней. Очищаемую воду перед фильтрованием аэрируют, а стадии фильтрования и регенерации чередуют между собой.
Мембранная установка включает размещенные на каркасе и соединенные между собой трубопроводами насос для подачи очищаемой воды, фильтр грубой очистки, емкость сбора репиата, емкость концентрирования, буферную емкость, насос для подачи воды из буферной емкости в емкость концентрирования, насос для подачи репиата потребителю и контрольно-регулирующую аппаратуру. Мембранная установка по второму варианту включает размещенные на каркасе и соединенные между собой трубопроводами насос для подачи очищаемой воды, фильтр грубой очистки, емкость сбора репиата, емкость концентрирования, насос для подачи репиата потребителю и контрольно-регулирующую аппаратуру. Способ и устройства решают задачу получения репиата высокой степени чистоты при повышении производительности процесса. Технический результат - повышение эффективности и производительности очистки воды.
Недостаток устройства в его сложности и, соответственно, стоимости, что неприемлемо для бытового прибора. Однако по своей технической сущности данное устройство наиболее близко к заявляемому устройству и может служить прототипом.
Задачей предлагаемого устройства является получение качественной питьевой воды в бытовых условиях при условии сохранения производительности мембраны путем предотвращения формирования карбонатных осадков и колоний бактерий на ее поверхности, а также осуществлением бактерицидной очистки воды.
Поставленная задача решается следующим образом. Мембранный фильтр для очистки воды, содержащий мембрану для обратного осмоса, размещенную в отдельном корпусе, снабженном входным отверстием и двумя выходными, одно из которых предназначено для удаления дренажной воды, а другое для выдачи очищенной воды, а также устройством предварительной очистки, содержащем фильтр очистки от механических примесей и фильтр активированного угля для улавливания хлора.
Его отличительной особенностью является то, что мембранный фильтр снабжен дополнительным блоком водоподготовки, установленным на входе в корпус мембраны и содержит последовательно установленные ионообменный микроглобулярный фильтр, содержащий в составе своих микроглобул серебро, дозатор жидкого полигексаметиленгуанидина, выполненный в виде капсулы с микроскопическими отверстиями диаметром отверстий 0,01-0,25 мм, в верхней части выполнено отверстие для выхода воздуха, и дозатор полифосфата, причем последний выполнен в виде емкости с пористыми стенками, диаметр пор которых составляет 0,15-1,2 мм, и содержит полифосфат в твердом состоянии, причем оба дозатора установлены в потоке очищаемой воды.
На фиг.1 и 2 изображен общий вид устройства.
Фильтр содержит мембрану 1, размещенную в корпусе 2, с входным патрубком 3 и выходным дренажным патрубком 4 и патрубком 5 для очищенной воды. На входе в корпус 2 установлен предфильтр - устройством предварительной очистки в виде дополнительного блока, размещенного в отдельном корпусе 6 и содержащего фильтрующий элемент 7 грубой очистки, ионообменный микроглобулярный фильтр 8, содержащий в составе микроглобул серебро, далее фильтр 9 из активированного угля, дозатор 10 полигексаметиленгуанидина и дозатор 11 полифосфата, причем последние выполнены в виде емкостей с пористыми стенками и установленными в потоке очищаемой воды. Корпус 6 имеет входное отверстие 12 для впуска загрязненной воды и выходное 13, соединенное с входным патрубком 3 корпуса 2.
Устройство работает следующим образом. Очищаемая вода сначала подается в предфильтр, где проходит сначала через фильтрующий элемент 7 грубой очистки, где производится очистка воды от механических примесей, далее вода попадает в ионообменный фильтр 8, в котором происходит осаждение окислов металлов - железа, меди, алюминия т.п. Входящее в состав микроглобул ионообменной смолы фильтра 8 серебро оказывает на воду бактерицидное действие, которое в дальнейшем усиливается введением в воду полигексаметиленгуанидина. Последний находится в дозаторе 10, который представляет из себя капсулу с микроскопическими отверстиями. Дозатор 10 помещен в поток очищаемой воды. Жидкий полигексаметиленгуанидин под действием скоростного потока через упомянутые отверстия микроскопическими дозами вытекает из капсулы, растворяется в воде и убивает микрофлору. Размер отверстий в капсуле выбирается в соответствии с требуемым расходом воды. В отсутствие потребления воды, т.е. отсутствием потока, полигексаметиленгуанидин не расходуется.
Далее поток воды направляется в дозатор 11 полифосфата, который представляет собой емкость, выполненную из пористого материала. Полифосфат находится в этой емкости в твердом состоянии. Под действием воды, проникающей внутрь емкости, полифосфат растворяется и накапливается в емкости при отсутствии течения воды. С появлением потока воды (водоразбор) скоростным напором молекулы полифосфата извлекаются из емкости и выступая в качестве антискейланта (ингибитора осадкообразования) вступают в реакцию с карбонатами, которые обладают низкой растворимостью и совместно с сульфатами, фосфатами, фторидами, боратами, силикатами, гидроокисями железа, марганца и алюминия образуют минеральные осадки большого размера на поверхности мембраны, не проникающие через отверстия мембраны и легко удаляемые потоком воды в дренаж.
Заявителем изготовлено опытное устройство данного мембранного фильтра, которое показало удовлетворительные результаты.
Список использованной литературы.
1. Патент США №6,113,797, 2000 г.Мембранный фильтр высокой очистки,
2. Патент США №6,413,425, 2002 г. Мембранный обратноосмотический фильтр,
3. Патент США №5,246,586. 1993 г., Аппарат и способ производства ультрачистой воды,
4. Заявка РФ №2001105178/12, 2001 г., Способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления (прототип).