УСТАНОВКА ДООЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для очистки воды путем фильтрования, в частности, для водоподготовки технологической воды для различных производств, для получения питьевой воды, в том числе для бытовых нужд с использованием сорбционного процесса очистки воды и может быть использована в различных сферах производственной деятельности, например, в пищевой и электронной промышленности, медицине, фармацевтике, в производстве бутилированной воды, а также в системах водоподготовки для комплексов жилых зданий.
Учитывая экологическую ситуацию во многих регионах России, все больше людей задумывается над вопросами водоочистки и водоподготовки для комплексов жилых зданий. Очистка питьевой воды может значительно повысить качество жизни и позитивно повлиять на здоровье. Не меньшего внимания заслуживает промышленная очистка воды. Анализ работы систем водоподготовки, например, для пищевой промышленности показывает, что методы, которые использовались традиционно (дистилляция, электродиализ, экстракция, ионный обмен и другие), на самом деле не очень для этого подходят.
3
Известны фильтры для очистки воды [http://www.technofilter.ru, www.promfilter.dubn.ru], предназначенные для очистки от механических и коллоидных частиц больших объемов жидкостей, совместимые с материалами фильтроэлемента при скорости фильтрации более 2 м/ч. Среди предлагаемых фильтров-многопатронные фильтродержатели, в которых фильтроэлементы выполнены из полипропилена.
К недостаткам можно отнести, в первую очередь, недостаточную очистку воды из-за отсутствия ступени микробиологической очистки в предлагаемом фильтре.
Предпочтительней является мембранная очистка воды, широко используемой разновидностью которой является обратный осмос. Этот процесс основан на соприкосновении очищаемой воды с обратноосмотической мембраной, которая представляет собой подобие "сита", размер пор которого настолько мал, что через них способны проникать только молекулы воды. Как правило, перед мембраной вода проходит стадию механической очистки. В результате прохождения через мембрану
вода очищается от различных примесей. Но при этом отфильтровываются не только вредные примеси, но и полезные, например, ионы кальция. Получаемая вода по составу близка к дистиллированной. Однако употребление только такой воды приводит к вымыванию солей из организма и вредит здоровью. Поэтому многие установки обратного осмоса снабжены минерализаторами. Неоспоримым достоинством таких систем является практически идеальная очистка, однако они имеют высокую стоимость из-за необходимости минерализации воды и низкую производительность (порядка 20-25 литров в сутки). Еще более предпочтительным в современной водоочистке является использование сорбционного процесса очистки воды или присутствие стадии сорбции, как одной из ступеней очистки воды. В качестве сорбента используют различные пористые материалы с развитой поверхностью, чаще всего активированный уголь. Наилучшим образом поглощаются из воды органические соединения - фенол и его производные, бензол, толуол, нефтепродукты, пестициды. По мере использования сорбент "насыщается" поглощенными соединениями и через некоторое время потребуется его заменить.
Известна установка для очистки воды [RU 2109688 C1, 1998], которая может быть использована в качестве подвижных и стационарных установок для очистки и обеззараживания природных, преимущественно питьевых, вод. Изобретение позволяет повысить степень очистки воды от широкого спектра вредных веществ, в том числе растворенных органических веществ, ядов и радиоактивных веществ, повысить степень обеззараживания обрабатываемой воды от патогенной микрофлоры, а также увеличить ресурс. Установка для очистки воды содержит подводящую магистраль, узел предварительной очистки с линией отвода концентрата, снабженной дроссельным устройством, узел сорбционной очистки и линию отвода воды потребителю. Она снабжена реактором-деструктором, выполненным в виде герметичного корпуса, содержащего две камеры: кавитационную камеру с излучателем ультразвуковых колебаний, вход которой соединен с выходом узла предварительной очистки, и фотохимическую камеру с источником ульрафиолетового излучения, выход которой соединен с входом узла сорбционной очистки. Узел предварительной очистки включает один половолоконный ультрафильтр или батарею параллельно соединенных половолоконных ультрафильтров. Узел сорбционной очистки включает один сорбционный фильтр или батарею параллельно включенных сорбционных фильтров.
Существенным недостатком этой установки является необходимость использования ультразвука и ультрафиолета, что усложняет и удорожает технологию очистки воды, кроме того, многие вирусы, простейшие, а также споры устойчивы к УФ-облучению. Помимо этого, в качестве сорбционной загрузки используют известные сорбенты, не обеспечивающие микробиологическую очистку.
Известен фильтр для очистки жидкости, в частности питьевой воды [RU 2184596 C1, 2002], который содержит корпус с входным и выходным штуцерами, причем входной штуцер расположен в верхней боковой части корпуса, а в нижней части корпуса установлен дополнительный штуцер для слива промывной воды, на выходном штуцере, расположенном на крышке корпуса, установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде сменного картриджа из слоев, расположенных в следующей последовательности по ходу движения жидкости с внешней поверхности к центру фильтра: слой кварцевой ткани; слой кварцевых волокон диаметром 3-5 мкм; слой кварцевых ультратонких волокон диаметром 1-1,5 мкм; слой ионообменного фильтровального полотна из хемосорбционного катионообменного волокна ВИОН КТ-1; слой углеродного активированного нетканого материала; слой кварцевой ткани при соотношении толщин слоев (2-2,5):(10-12):(8-10):(2-4):(2-4):1 соответственно, причем соотношение толщин слоев кварцевых волокон диаметром 3-5 мкм и диаметром 1-1,5 мкм выдержано в пределах (1,1-1,3):1. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки воды, снижение эксплуатационных затрат и повышение производительности.
Фильтр содержит материалы, обеспечивающие очистку от механических примесей, тяжелых металлов, органических загрязнений, но не обеспечивает микробиологическую очистку.
Вышеописанный фильтр как наиболее близкий по технической сущности и результату к предлагаемому устройству, выбран в качестве прототипа.
Техническая задача, решаемая с использованием заявляемого технического решения, состоит в разработке конструкции экономичной установки финишной очистки (доочистки) воды необходимой производительности, пригодной для использования в водоподготовке технологической воды для различных производств, для получения питьевой воды, в том числе для бытовых нужд.
Технический результат, получаемый в результате реализации полезной модели, состоит в обеспечении высокой степени доочистки поступающей по сетям
водоснабжения воды за счет использования фильтрующего материала, обладающего высокими сорбционными свойствами, и доведения ее качества до установленных санитарно-гигиенических нормативов питьевой воды.
Поставленная задача достигается тем, что как и известный фильтр, заявляемая установка для доочистки и обеззараживания воды содержит корпус с патрубками подвода очищаемой воды и отвода очищенной воды и, по меньшей мере, один фильтровальный элемент.
Новым является то, что внутри корпуса имеются герметично разделенные первичный объем для очищаемой воды и вторичный объем для очищенной воды, при этом фильтровальный элемент содержит сорбционный материал на основе нетканого полимерного волокнистого материала, модифицированного частицами гидрата окиси алюминия.
Кроме того, нетканый полимерный волокнистый материал имеет, предпочтительно, диаметр волокон 1,0-3,0 мкм и получен методом электроформования, например, из ацетата целлюлозы или полисульфона.
2
Кроме того, частицы гидрата окиси алюминия, закрепленные на волокнах нетканого полимерного волокнистого материала, имеют размер 0,2-5,0 мкм, удельную поверхность 100-250 м/г и пористость 50-95%.
Кроме того, фильтровальный элемент установлен в первичном объеме для очищаемой воды и выполнен в виде сменного картриджа.
Кроме того, фильтровальный элемент дополнительно содержит перфорированный каркас, вокруг которого установлен сорбционный материал, поддерживающий элемент, установленный сверху сорбционного материала и защитный элемент, установленный сверху поддерживающего элемента.
Кроме того, сорбционный материал фильтровального элемента формируют многослойным, при этом общая толщина множества слоев сорбционного материала составляет не менее 2 мм.
Кроме того, множественность слоев сорбционного материала обеспечена намоткой в виде рулона полотна или ленты сорбционного материала вокруг перфорированного каркаса.
Кроме того, множественность слоев сорбционного материала обеспечена намоткой в виде рулона гофрированного полотна или ленты сорбционного материала вокруг перфорированного каркаса. В случае если фильтровальный материал имеет форму гофры, намотка на перфорированную втулку производится таким образом, чтобы гофры сохраняли свою геометрию.
Кроме того, перфорированный каркас выполнен из материалов класса полиолефинов, например, полипропилена, полиэтилена, или из металлического материала, например, стали, поддерживающий элемент выполнен из нетканых пористых полимерных материалов класса полиолефинов, например, полипропилена, полиэтилена, или из полиамида, а защитный элемент выполнен из полимерного материала в виде, например, полимерной сетки.
Кроме того, первичный объем корпуса для очищаемой воды выполнен съемным и дополнительно содержит блоки уплотнения и крепления фильтровального элемента в первичном объеме корпуса.
Кроме того, блок уплотнения включает, шток, крепежный элемент и верхнюю фиксирующую пластину.
Кроме того, блок крепления включает втулку, закрепленную на основании первичного объема корпуса и установленное на втулке через уплотнительный элемент основание фильтровального элемента.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 - фиг.3.
На фиг.1 - представлен общий вид предлагаемой установки.
На фиг.2 - показано размещение фильтровальных элементов (сменных картриджей) в корпусе установки.
На фиг.3-представлен разрез установки с вынесенными блоками уплотнения и крепления фильтровального элемента в первичном корпусе установки.
На фиг.1 представлен общий вид установка доочистки и обеззараживания воды:
корпус 1, патрубки подвода очищаемой воды 2 и отвода очищенной воды 3, патрубок 4 сброса воздуха, регулятор давления (РД) 5, манометр РД 6, входной 7 и выходной 8 манометры.
На фиг.2 показано размещение фильтровальных элементов 9 (сменных картриджей) в первичном объеме корпуса установки.
На фиг.3 представлен разрез корпуса 1 установки с показом расположения первичного объема для очищаемой воды и вторичного объема для очищенной воды, размещения патрубка очищаемой воды 2, патрубка очищенной воды 3, патрубка сброса воздуха 4 и размещенных в первичном объеме фильтровальных элементов 9. Представлен разрез фильтровального элемента 9 с перфорированным каркасом 10, установленным на него многослойным сорбционным материалом 11, фиксирующим многослойный сорбционный материал поддерживающим элементом 12, установленным сверху материала 11 и весь картридж защищает защитный элемент 13, установленный сверху всего картриджа. Также показано выполнение блока крепления 14 и блока уплотнения 15 фильтровальных элементов 9 в первичном объеме корпуса установки. Блок крепления 14 представляет собой втулку 16, прикрепленную к пластине основания первичного объема корпуса 1, на втулке установлен фильтрующий элемент 9 своим основанием 17 через уплотнительный элемент 18.
Блок уплотнения 15 состоит из верхней фиксирующей пластины 19, которая штоком 20 и гайкой 21 притягивается и уплотняется к верхней крышке 22 фильтровального элемента 9.
Детали блоков уплотнения и крепления выполнены из металлических материалов, например, из нержавеющей стали.
Перфорированный каркас 10 выполнен из материалов класса полиолефинов, например, полипропилена, полиэтилена или из металлического материала, например, стали. Поддерживающий элемент 12 выполнен из нетканых пористых полимерных материалов класса полиолефинов, например, полипропилена, полиэтилена, или из полиамида. Защитный элемент 13 выполнен из полимерного материала в виде, например, полимерной сетки.
На перфорированный каркас 10, выполненный из полиэтилена низкого давления, наматывают 2-х слойный сорбционно-активный материал 11 (его предварительно подготавливают из 2-х слоев фильтрующего материала на основе фильтра Петрянова марки ФПА-15-2,0, модифицированного наноразмерными частицами гидрата окиси алюминия). Затем намоткой вокруг перфорированного каркаса (7 раз) получают в итоге 14 слоев сорбционного материала 11. Для обеспечения высокой сорбционной способности установки важно, чтобы отношение площади поверхности перфорированного каркаса к площади поверхности отверстий на нем составляла меньше или равное 2.
Sтр./Sотв≤2
Сверху для лучшего сохранения и лучшей фиксированности сорбционного материала устанавливается поддерживающий элемент 12 в виде полотна из нетканого пористого полимерного материала, а затем весь фильтровальный материал (картридж) защищается защитным элементом 13 в виде полимерной сетки.
Производительность установки зависит от количества фильтровальных элементов и регулируется давлением воды.
2
2
3
При ширине полотна сорбционного материала равной 500 мм и длине окружности перфорированной опорной трубки равной 210 мм получается площадь фильтрующей поверхности сорбционного материала равной 0,1 м. При использовании 8-ми фильтровальных элементов (картриджей) с общей площадью фильтрующей поверхности материала равной 0,8-1 м (при Р=2 атм) обеспечивается производительность установки Q=3 м/час.
Установка работает следующим образом.
Загрязненная вода подается в патрубок 2 корпуса 1 установки, при этом на входе поддерживается определенное давление воды (не более 4 атм), которое регулируется регулятором давления 5 и фиксируется манометром 6. Манометры 6 и 7 должны показывать одно давление воды на входе установки. Далее вода по патрубку 2 поступает в первичный объем корпуса, проходя с внешней стороны через фильтровальные элементы 9. Проходя через сорбционный материал 11 намотанный в виде рулона на перфорированный каркас 10, в котором происходит обеззараживание воды. Очищенная вода, перетекая во вторичный объем корпуса, выходит из патрубка 3 корпуса 1. Давление воды на выходе из установки показывает манометр 8. По мере накопления отфильтрованной массы на фильтровальных элементах, о чем можно судить по разности давлений, отображенных на манометрах 7 и 8 (давление на манометре 8 снижается), фильтровальный элемент (картридж) заменяют.
Предлагаемая установка позволяет осуществлять тонкую очистку воды от электроотрицательных частиц, например, бактерий, вирусов, коллоидных частиц, пирогенов, нуклеиновых кислот, протеинов, энзимов и др.
При этом установка проста в эксплуатации и может быть использована в очистном комплексе водоподготовки.