Портативный обратноосмотический фильтр

Полезная модель относится к области фильтрации водопроводной питьевой воды. В настоящее время в силу неудовлетворительной экологической обстановки, частого нарушения целостности существующих водоводных магистралей и централизованных систем водоподготовки у населения отмечаются нарушения состояния здоровья. Одной из основных проблем жизнеобеспечения стала задача получения воды повышенного питьевого качества. По этой причине разрабатываются новые методы и технические устройства для получения такой воды.
Известна установка для очистки воды, содержащая фильтр механической очистки, напорный насос, связанный с обратноосмотическим блоком, который собирает фильтрат (пермеат) в накопительную емкость (патент РФ №2360870, опубликован 10.07.2009).
Установка имеет высокую производительность, обеспечивающую чистой водой нескольких потребителей. К недостаткам установки следует отнести ее конструктивную сложность и высокую стоимость.
Известна также установка для очистки воды, содержащая фильтр механический, к выходу которого подключен напорный насос. При этом фильтр и напорный насос связаны с обратноосмотическим блоком, выполненным в виде емкости и рулонного мембранного элемента, выполненного с возможностью разделении воды на пермеат и концентрат.
Данная полезная модель имеет высокую надежность в работе с одновременным повышением качества очистки воды (патент РФ №146436, опубликован 10.10.2014). К недостаткам установки также отнесем ее конструктивную сложность и высокую стоимость.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является группа фильтров, относящаяся к технологии очистки воды из питьевой воды водопровода в стационарных бытовых фильтрах, выпускаемых промышленностью. Это модели фильтров FR04, FR05 фирмы Фокс, фильтры ООО «Контур-Аква», «Гейзер-6 (фирмы ООО «Акватория»), широко рекламируемые модели ATOLL фирмы GE Osmonics (USA).
Конструктивной особенностью этой группы фильтров является организация взаимодействия их узлов, объединенных в единую систему, в которой каждая ступень очистки неразрывно связана с другими ступенями и последовательно фильтрует воду, согласно заложенных в них сменных картриджей очистки. Одна из ступеней - это обратноосмотическая очистка.
Все эти модели стационарные и производят фильтрат высочайшего качества.
К недостаткам этих моделей по сравнению с заявленной моделью следует отнести их конструктивную громоздкость и отсутствие мобильности. Главным недостатком является большая стоимость (некоторые модели в 8-10 раз дороже заявляемой полезной модели). Практически все модели не имеют механизма форсированной промывки водонесущих слоев обратноосмотической мембраны.
Задача, решаемая заявленной полезной моделью, заключается в создании простого, эффективного и недорогого фильтра для очистки водопроводной питьевой воды.
Поставленная задача решается за счет того, что портативный обратноосмотический фильтр для очистки воды содержит монокорпус, обладающий свойством телескопичности своей длины. В монокорпусе расположены обратноосмотическая мембрана и, по меньшей мере, один элемент предфильтрации, находящиеся в непосредственном контакте между собой и работающие как единый фильтрующий механизм. Кроме того, фильтр содержит механизм ускоренной промывки, подключенный к выходу корпуса, выполненный в виде водопроводящей трубки, загнутой на конце путем фиксации ее чехлом с возможностью расчехления.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является простота компоновки частей фильтра, его малый размер (при тех же показателях производительности и качества фильтрата, что и в известной группе фильтров), повышение рабочего ресурса мембраны и существенно меньшая стоимость по сравнению с моделями упомянутой группы.
Полезная модель поясняется чертежом фиг. 1 с изображением схемы заявленного устройства. Полезная модель поясняется также фиг. 2 - изображение общего вида заявленного устройства. На фиг. 3 приведено изображение фильтра «Барьер», выпускаемого отечественной промышленностью.
Устройство выполнено в виде монокорпуса 1, телескопически продленного частью 2 при их резьбовом соединении 3 и закрытого крышкой 4. Внутри монокорпуса 1 расположены обратноосмотическая мембрана 5, первый элемент предфильтрации (порошковый сорбент) 6 и второй элемент предфильтрации 7, замкнутые в единый фильтрующий механизм. При входе потока фильтруемой воды 8 в крышку монокорпуса 4 вмонтирован штуцер 9 с водопроводящей трубкой 10, которая может быть соединена с водопроводом или напорным насосом. Из монокорпуса 1 через штуцера 11 и пластиковые трубки 12а и 12б могут быть извлечены фильтрат 13 и концентрат отфильтрованных веществ 14. Монокорпус 1 от протекания воды предохраняют уплотнители 15, 16, 17 и 18. Внутри мембраны 5 расположена дренажная трубка 19 для сбора фильтрата (пермеата) 13. Между элементами фильтрации проложена перфорированная тонкая прокладка 20, примыкающая к входу в обратноосмотическую мембрану. Пластиковые диски 21 примыкают к торцу дренажной трубки 19 и к торцу второго элемента предфильтрации 7, фиксируя их взаимное расположение. Перфорированная прокладка 22 примыкает к торцу второго элемента предфильтрации 7, препятствуя попаданию частиц порошка сорбента в незащищенные полости. Между дисками 21 установлен пластиковый цилиндрический распор 23. На выходе концентрата 14 расположен механизм ускоренной промывки, совмещенный с устройством регулируемого выхода концентрата, зафиксированный чехлом 24. Под чехлом загнутая часть трубки 126 имеет отверстие, обеспечивающее нужный поток выхода концентрата 14 из-под чехла. На фиг. 2, как и на чертеже, отражено изображение монокорпуса 1, телескопически продленного частью 2 в резьбовом соединении 3. При этом корпус фильтра не меняет своего единства, оставаясь малогабаритным монокорпусом (см. фиг. 1), но в нем расположен дополнительно второй элемент предфильтрации (позиция 7). Дополнительные фильтрующие элементы необходимы в ситуации, когда исходная вода поступает замутненной, а к дополнительной части корпуса 2 в этом случае добавляются подобные части. Простейший случай компоновки - когда водопроводная вода не мутная, а монокорпус 1 без дополнительных частей. В нем расположены обратноосмотическая мембрана и сорбент без других элементов предфильтрации (этого достаточно), что обеспечивается спецификой работы фильтра (см. ниже). К поверхности корпуса рассматриваемой полезной модели (фиг. 2) пристегнуты скобы-фиксаторы. Назначение этих скоб:
а) дополнительно крепить постфильтры для придания фильтрату, по желанию потребителя, повышенных полезных качеств;
б) дополнительно фиксировать фильтр в любом удобном месте рабочего пространства.
подачи min.
Портативный обратноосмотический фильтр работает следующим образом. Водопроводная вода 8 поступает в пористый элемент предфильтрации 7 и, просачиваясь сквозь его стенки и перфорированную прокладку 22, поступает в элемент предфильтрации (порошковый сорбент) 6. Далее частично отфильтрованная вода проходит перфорированную прокладку 20 и поступает в мембрану 5. Фильтрация происходит при минимально возможной скорости подачи фильтруемой воды - V В этом случае эффективность фильтрации значительно повышается. При этом частицы загрязнений (5-3 мкм) теряют свою кинетическую активность и останавливаются в дренаже сорбента либо в незначительном количестве подходят к входу водонесущих слоев мембраны 5. Предфильтрующие элементы 6, 7 и мембрана 5 работают как единый фильтрующий механизм. Предпочтительное расположение монокорпуса фильтра при направлении потока воды вверх.
подачи
конц
перм
конц
перм
подачи
конц
подачи
перм
перм
перм
перм
подачи
конц
Изменение потока подаваемой воды, а точнее его уменьшение, отражается формулой: ΔV = ΔV + ΔV, где ΔV - изменение потока концентрата, а ΔV - изменение потока пермеата. ΔV осуществляется за счет потока ΔV при выходе концентрата 14, но ΔV мало зависит от ΔV, так как поток выхода пермеата V - величина, которая в основном зависит от давления воды в сети, но мало зависит от других факторов, то есть V - величина условно постоянная, а ΔV ≈ 0. Значит, изменение потока подачи воды в фильтр ΔV равно ΔV. Поэтому контроль подачи воды в портативный обратноосмотический фильтр осуществляется за счет регулирования выхода концентрата.
конц
перм
конц
Опытным путем установлено, что соблюдение пропорции: V / V = 1,5/1 не отражается на производительности установки и качестве пермеата. По окончании работы, с помощью расчехления зафиксированного окончания трубки (позиция 24, см. фиг. 1) V резко увеличивается, и поступающая вода в форсированном режиме очищает водонесущие слои мембраны 5. Фильтр при этом работает даже при полном отсутствии предфильтрующей массы, так как пострабочая форсированная промывка мембраны в течение примерно трех минут оставляет слои мембраны чистыми. Пластиковая трубка для выхода концентрата 12б на конце свернута вдвое, образуя в месте изгиба водяной затвор, который зафиксирован футляром 24, который при окончании работы фильтра снимается, трубка выпрямляется, и через нее беспрепятственно вырывается подводимая к фильтру водопроводная вода, проходящая через все элементы фильтра, в том числе и через слои мембраны, очищая фильтрующие мембранные поверхности. Операция запуска ускоренной промывки настолько проста, что занимает не более трех секунд. Ограничение потока концентрата и доведение его до известной пропорции делается с помощью отверстия на участке изгиба пластиковой трубки 12б, расположенного до затвора и закрываемого футляром 24. При этом концентрат медленно сочится через это отверстие под футляр и выходит из него, обеспечивая вышеуказанную пропорцию.
В нашем случае фильтрации выход концентрата не подключен к канализации, как в стационарных фильтрах, а сливается в любом удобном месте рабочего пространства, например, в раковину мойки. Фильтрат же собирается в специально подготовленные емкости, минуя накопительный бак. Накопление отфильтрованной воды в баке, как показывает практика, нежелательна, так как зачастую вода в нем застаивается.
Рассмотренная работа фильтра, в дополнение к своей эффективности, увеличивает рабочий ресурс мембраны. Заявленный ресурс мембраны Vontron 1812-50, используемой в предлагаемом фильтре, составляет 3500 литров, однако экспериментальный образец, проверяемый при почти непрерывной работе, уже отфильтровал 4000 литров. Производительность мембраны на этой отметке снизилась приблизительно на 20%, но качество фильтрата не изменилось. При патентном поиске полезных моделей и изобретений выяснилось, что компоновка фильтров, где мембрана располагалась бы совместно с предфильтром в едином корпусе и в непосредственном контакте с ним, неизвестна.
В результате использования полезной модели достигаются следующие достоинства фильтра:
- малый размер и его мобильность,
- низкий расход фильтруемой воды,
- высокое качество фильтрата, такое же, как и у известной группы фильтров,
- низкая стоимость,
- повышенный рабочий ресурс обратноосмотической мембраны.