БЕЗНАПОРНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к области водоочистных и водоподготовительных технологий в коммунальном хозяйстве, а именно, к безнапорным переносным фильтрующим устройствам для тонкой очистки жидкости, например, воды, от механических и химических загрязнений. Заявляемое устройство может быть особенно полезно при отсутствии централизованного водоснабжения, например, при проживании в пригороде, для рыболовов, охотников или любителей активного отдыха на природе. Также фильтр может быть достаточно эффективен для очистки воды из городского водопровода, в экстремальных или походных условиях или при аварийных ситуациях.
Известен безнапорный фильтр, предназначенный для очистки жидкости, содержащий корпус, на дне которого закреплены фильтроблоки, изготовленные из пористого полимербетона, лотки для отвода промывных вод и выпуска фильтрата, коллектор, а также, трубки для подвода и отвода жидкости (RU 2055630, 1996.03.10, В01D 25/26). Данное решение имеет ряд преимуществ, среди которых, высокая степень очистки жидкости, высокая производительность, продолжительный ресурс работы и возможность регенерации фильтра. Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, необходимость периодической замены фильтроблоков.
Известен фильтр безнапорный для очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных частиц, содержащий герметичный контейнер, в котором установлен фильтр с загрузкой (сорбентом), представляющий собой прямоугольный металлический корпус в форме параллелепипеда с вертикальной перегородкой, разделяющей его на две секции, днище корпуса
выполнено решетчатым с возможностью поворачиваться и фиксироваться. Контейнер имеет патрубки подвода сточной воды и отвода очищенной воды с фланцами, а в корпусе фильтра соосно с осями патрубков изготовлены отверстия (RU 2118948, 1998.09.20, В01D 24/18).
Данное устройство предполагает использование экологически чистых материалов в качестве сорбента и способно обеспечивать равномерное истечение очищенной воды при небольшом перепаде уровней воды, однако, также усложнено большим количеством элементов конструкции, использованием насыпного сорбента и необходимостью периодической выгрузки осадка и замены фильтра.
Наиболее близким техническим решением является устройство для очистки воды в безнапорном режиме, раскрытом в патенте РФ 59997 «Аппарат для очистки воды», опубл. 2007.01.10, В01D 27/02. Устройство содержит корпус, в котором размещены фильтрующие средства для предварительной фильтрации и фильтр тонкой очистки, имеющий фильтрэлемент, изготовленный из фильтрующей пленки, которая упрочнена посредством укрепляющего слоя, соединенного, по крайней мере, с одной фильтрующей поверхностью пленки. Фильтрующие средства для предварительной фильтрации и фильтр тонкой очистки размещены в корпусе аппарата с возможностью последовательной фильтрации воды, поступающей в аппарат.
В емкость с неочищенной водой, размещенную выше, чем аппарат для очистки воды погружают шланг, второй конец которого присоединен к входному штуцеру. Неочищенная вода самотеком, под действием силы тяжести, поступает в фильтрующее устройство, где сначала проходит через средства предварительной фильтрации, а за тем через фильтрэлемент. После чего, фильтрат поступает к выходному штуцеру и далее по шлангу в емкость для сбора фильтрата.
Наличие в качестве фильтроэлемента полимерной пленки с порами, диаметр которых меньше размеров ряда патогенных бактерий и меньше размеров ряда частиц продуктов сгорания нефти и молекул целого ряда
химических соединений, позволяет достичь тонкой очистки воды. При использовании фильтра для приготовления питьевой воды значительно уменьшается концентрация тяжелых металлов и радионуклидов; количество пестицидов, болезнетворных бактерий и других вредных химических примесей. В пищевых жидкостях при этом сохраняются все важные для здоровья микроэлементы. Существенным недостатком этих фильтров является недостаточная прочность и долговечность мембранного фильтроэлемента, а, следовательно, непродолжительный ресурс работы всего фильтра. Кроме того, известное устройство имеет небольшую скорость фильтрации из-за работы под действием силы тяжести, что значительно увеличивает время фильтрования. Наиболее явно данный недостаток проявляется при фильтрации больших объемов воды. Для замены средств предварительной фильтрации и регенерации (промывки) фильтроэлемента необходимо осуществить разборку аппарата.
Создание предложенной полезной модели направлено на расширение арсенала очистных средств, а именно, получение высокотехнологичного фильтра, соответствующего высоким требованиям качества очистки при наличии простой конструкции надежной при эксплуатации, а также, универсального в своем применении и, имеющего возможность регенерации фильтрующего элемента. При этом, преследовалась задача использования при изготовлении фильтра экологически чистых несинтетических материалов, обеспечивающих очистку от загрязнений различного вида.
Поставленные задачи были решены в преложенном безнапорном фильтре для очистки воды, содержащем фильтрующий элемент, отводящий штуцер и трубку, в котором фильтрующий элемент выполнен из сорбирующего материала, полученного в результате термической обработки порошковой смеси пористого природного минерала с термопластичным гидрофобным связующим. При этом сорбирующий материал может содержать как один природный минерал, так и несколько минералов. Сорбент может представлять собой слоистый материал из двух или более слоев с различными минералами по
одному или несколько в каждом слое. Многослойность сорбента достигается, например, путем спекания пластин из сорбирующих материалов.
Применяемый фильтрующий материал термопластичен и это обуславливает значительное разнообразие возможных форм фильтрующего элемента. Общим требованием ко всем формам является наличие внутренней полости. Например, фильтрующий элемент может иметь форму параллелепипеда, цилиндра или любой другой объемной фигуры. В основном, фильтрующий элемент формируют из пластин одного и того же материала. Соединяют пластины путем спекания их между собой при термической обработке. Такой способ соединения обеспечивает надежную герметизацию внутренней полости.
В частном случае выполнения предлагаемой полезной модели фильтрующий элемент может быть изготовлен с использованием одной или двух полимерных крышек, закрывающих торцевые стороны элемента.
Отводящий штуцер закрепляется в сквозном отверстии, выполненном на одной из сторон фильтрующего элемента, в материале самого сорбента, либо в одной полимерной крышке для беспрепятственного отвода фильтрата из внутренней полости фильтрующего элемента. Трубка (мягкий шланг) одним своим концом устанавливается на отводящем штуцере, а другим - опускается в емкость для сбора фильтрата.
Конструкция предлагаемой полезной модели не требует применения дополнительных соединительных элементов, т.к. при формировании фильтрующего элемента пластины соединяют путем спекания их между собой. В случае использования полимерных крышек их присоединение, также, осуществляют спеканием. Твердость сорбирующего материала не требует наличия жесткого несущего основания или опорной подложки, а высокоразвитая структура сорбента обусловливает значительную скорость фильтрования за счет капиллярного подсоса жидкости.
Таким образом, предложенное фильтрующее устройство не требует наличия корпусов для его размещения, крепежных и опорных элементов, специальных средств для подвода жидкости к сорбенту или для сбора осадка, что
существенно упрощает конструкцию. Полезная модель проста в эксплуатации и обслуживании, позволяет легко производить замену фильтрующего элемента и его очистку (восстановление). Устройство является более производительным и экономически выгодным.
Конструктивные и технологические изменения главного элемента устройства позволяют:
- увеличить прочность и долговечность фильтра;
- улучшить отвод воды из фильтра через штуцер и трубку в накопительную емкость за счет капиллярного подсоса жидкости материалом даже при минимальном уровне жидкости в емкости, куда положен фильтр;
- увеличить стойкость к мельчайшим твердым частицам (взвесям в воде).
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является высокое качество очистки жидкости от загрязнений различного рода, повышение надежности работы фильтра, производительности и срока его эксплуатации, в том числе, за счет химических и физико-эксплуатационных показателей фильтрующего элемента. Не смотря на наличие сорбирующего материала только одного рода, фильтр позволяет осуществить комплексную очистку: механическую - от взвешенных частиц или окалины, от общего железа; сорбционную - от катионов (в том числе и тяжелых металлов), анионов, органических веществ, бактерий и микроорганизмов, а также улучшить вкус воды.
Предложенный фильтр позволяет эффективно удалять такие примеси, как песок, окалину, ржавчину, коллоидное железо, ил, фильтровать суспензии и взвеси, а также устранять химические растворимые органически вредные вещества, например, пестициды, нитраты, активный хлор и тяжелые металлы такие, как марганец, магний, свинец, медь, стронций, никель, цинк, кобальт, железо.
Для изготовления фильтрующего элемента предлагается использовать экологически чистые сорбирующие материалы, основанные на природных минералах. Так, для изготовления фильтрующего элемента могут быть
использованы такие минералы, как шунгит, цеолит, диатомит, перлит, опока, трепел, опал кремнезема. Данные минералы обладают высоко развитой пористой структурой, определяющей их основные фильтрующие свойства. Например, шунгит и цеолит имеют поры молекулярного размера, поэтому эти минералы способны вбирать и прочно удерживать самые различные загрязнения, в том числе тяжелые металлы, радионуклиды, нитраты. Собственная пористость диатомита до 85%, что обеспечивает еще более качественную очистку, а шунгит, обладает бактерицидными свойствами. Используемая технология получения сорбирующего материала и изделий из него не нарушает структуру минерала, и позволяет использовать его в естественном виде.
В частных случаях реализации предложенное решение может быть проиллюстрировано на графических материалах:
Фиг.1 - фильтр с фильтрующим элементом прямоугольной формы;
Фиг.2 - фильтр с цилиндрическим фильтрующим элементом;
Фиг.3 - фильтр с фигурным фильтрующим элементом.
Фильтр, показанный на фиг.1, содержит две корпусные пластины 1 из сорбирующего материала прямоугольной формы, скрепленные по периметру между собой посредством соединительных пластин 2 из того же материала с образованием параллелепипеда. Две соединительные пластины, расположенные на противоположных сторонах параллелепипеда могут быть заменены на полимерные крышки. Отводящий штуцер 3 расположен в сквозном отверстии 4 на одной из соединительных пластин. К отводящему штуцеру присоединен мягкий шланг (трубка) 5 для отвода очищенной жидкости в емкость для сбора фильтрата.
Фильтр, представленный на фиг.2, содержит цилиндр 1, выполненный из сорбирующего материала. Торцы цилиндра закрыты круглыми пластинами 2 из того же материала или полимерными крышками с образованием внутренней полости. Отводящий штуцер 3 расположен в сквозном отверстии 4 на одной из
торцевых пластин (или полимерных крышек), к штуцеру присоединен шланг 5 для отвода очищенной жидкости в емкость для сбора фильтрата.
Фильтр, представленный на фиг.3, содержит фильтрующий элемент, выполненный из двух выгнутых наружу пластин 1 из сорбирующего материала, скрепленных между собой с образованием объемной фигуры с внутренней полостью. Торцы полученной фигуры закрыты пластинами 2 из того же материала или полимерными крышками. Отводящий штуцер 3 расположен в сквозном отверстии 4 на одной из торцевых пластин 2 (или полимерных крышек), к штуцеру присоединен шланг 5 для отвода очищенной жидкости в емкость для сбора фильтрата.
Фильтр используют следующим образом.
Для эксплуатации фильтра необходимы емкость с неочищенной водой и емкость для отфильтрованной воды. При фильтровании, желательно, обе емкости прикрывать крышками от возможного дополнительного загрязнения извне.
Емкость с неочищенной водой устанавливают примерно на метр (80-100 см) выше емкости для сбора отфильтрованной воды. Фильтрующий элемент с надетой на штуцер трубкой погружают в емкость с неочищенной водой, а свободный конец трубки в емкость для очищенной воды (рис.4). Необходимый для протекания процесса фильтрации перепад давлений создается за счет разности высот расположения заборных каналов фильтра, расположенного в верхней емкости, и среза водяного затвора в нижней емкости. Пройдя через слой сорбента, очищенная жидкость собирается у отводящего штуцера и по шлангу фильтрат поступает в емкость для его сбора. Вначале отфильтрованная вода может идти струей, затем интенсивность постепенно уменьшится и фильтр перейдет в капельный режим. В начале работы производительность нового чистого фильтроэлемента значительно превосходит номинальную. В процессе дальнейшей эксплуатации фильтр должен работать в капельном режиме.
В процессе работы фильтра на поверхности задерживаются отфильтрованные вещества, что приводит к снижению производительности и говорит о необходимости его промывки.
Предложенное переносное фильтрующее устройство имеет более широкий спектр адсорбционных и фильтрующих возможностей при значительном конструктивном упрощении по сравнению с известными аналогами. Фильтр может работать непрерывно или периодически. Прочность фильтрующего элемента обеспечивается технологией его изготовления.
В отличие от известных на данный момент фильтрующих устройств, предложенное решение имеет значительно большее время эксплуатации. Особенно важным является отсутствие отходов от используемого фильтрующего элемента, т.к. в процессе длительного нахождения фильтрующего элемента в жидкой среде не происходит вымывание составляющих его компонентов и разрушение материала, приводящих к загрязнению фильтруемой жидкости. По мере накопления загрязнений фильтрующий элемент может быть очищен и восстановлен. Для чего, использованный фильтрующий элемент достаточно поместить в жидкую подкисленную, например, лимонной кислотой, среду в которой начнет протекать процесс десорбции. Через некоторое время фильтрующий элемент полностью очищается и может снова использоваться. После повторной эксплуатации фильтрующий элемент также может снова быть восстановлен.
Незначительные габариты, малая масса, техническая и экологическая безопасность устройства существенно отличают его от всех известных технических решений в данной области. Кроме того, используемый сорбент является химически нейтральным к большинству жидких сред. Эксплуатация и обслуживание фильтра не требуют специальной подготовки. Устройство не предусматривает постоянного наблюдения за процессом фильтрования и необходимости периодической выгрузки осадка и замены фильтра. Данный фильтр с легкостью может быть использован как в бытовых, при доочистки
водопроводной воды в домашних условиях, так и в полевых условиях для очистки воды открытых водоемов.
Предложенная полезная модель прошла длительные испытания, результаты которых подтверждают увеличение надежности, качества и ресурса работы всего фильтра по сравнению с имеющимися на рынке средствами. При фильтровании водных растворов с различными загрязнениями полезная модель обеспечивала тонкую очистку воды от взвесей, бактерий, вирусов, растворенных в жидкости химических соединений и коллоидных частиц, а также неприятных запахов.