УЗЕЛ ФИЛЬТРАЦИИ ФИЛЬТРОВАЛЬНОГО ПАТРОНА

Полезная модель предназначена для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использована в составе сменного фильтровального патрона для очистки питьевой воды из водопровода и пресноводных источников.
Техническим результатом является обеспечение эффективной очистки воды от тяжелых металлов, активного хлора и хлорорганических соединений.
Известен фильтровальный патрон [RU 2236279], содержащий узел подачи очищаемой воды, соединенный с узлом крепления в фильтре, соединенным с узлом фильтрации, соединенным с узлом вывода очищенной воды, узел фильтрации в котором выполнен в виде оболочки, наполненной смесью адсорбирующих компонентов, расположенной между нижней и верхней сетками.
Недостатком является то, что патрон не обеспечивает эффективную очистку воды от тяжелых металлов, активного хлора и хлорорганических соединений.
Вторым недостатком является высокая вероятность вымывания мелкодисперсных адсорбирующих компонентов с очищаемой водой через нижнюю сетку.
Адсорбционный материал для очистки питьевой воды может состоять из слоев сорбентов или их смеси.
В уровне техники широко известно применение сочетания ионообменных смол и активированного угля для комбинированной очистки воды от катионов тяжелых металлов (меди, ртути, кадмия, свинца, железа и др.) и анионов (нитраты, сульфаты, хлориды и др.);
Известен фильтрующий материал [RU 2019265], содержащий активированное углеродное волокно, ионообменное волокно, волокнистый материал или бумагу и для очистки питьевой воды с повышенным содержанием органических веществ, материал также содержит активированный уголь. Указанный материал позволяет достичь высокой эффективности очистки питьевой воды также от ионов тяжелых металлов - Cu(+2), Co(+2), Zn(+2), Cd(+5), фенола и активного хлора.
Однако недостатком материала является относительно невысокая полная обменная емкость, что характерно для селективных сорбентов, таких как активированные углеродные волокна и ионообменные волокна.
Для увеличения ресурса принято использовать высокоемкие карбоксилсодержащие катиониты [US 5250187]. Но использование катионообменных смол приводит в первую очередь к снижению содержания кальция и магния, при этом ухудшая другие показатели или в сочетании с активированным углеродным материалом, приводит к очистке питьевой воды только от примесей органических веществ.
Использование смеси анионообменной и катионообменной смолы [US 4190532], наоборот, затрудняет удаление примесей органических веществ.
Известен адсорбционный материал [RU 2040949], содержащий последовательные слои гранулированного активированного угля, углеродного волокнистого материала и йодсодержащей анионообменной смолы.
Недостатком является послойная упаковка материала для очистки питьевой воды, что приводит к появлению больших количеств каналов для проскока примесей и не обеспечивают высокой эффективности очистки питьевой воды.
Известен композиционный адсорбционный материал [RU 2132729] для фильтрационной очистки воды на основе гранулированного активированного угля, отличающийся тем, что он дополнительно содержит активированные углеродные волокна, плотно заполняющие объем между гранулами активированного угля, причем средний диаметр гранул активированного угля на порядок больше, чем средний диаметр активированных углеродных волокон, а диаметр наименьших гранул активированного угля превосходит диаметр наибольших активированных углеродных волокон по меньшей мере в 2 раза.
Фильтрующие свойства такого материала обеспечивают уменьшенное сопротивление течению и улучшенные адсорбционные свойства по степени очистки воды от тяжелых металлов и примесей органических веществ.
Недостатком является относительно невысокая полная обменная емкость активированных углей, составляющих композиционный материал.
Известен адсорбционный материал для очистки питьевой воды [RU 2162010], состоящий из смеси гранулированного активированного угля, гранулированной ионообменной смолы и ионообменного волокна, в качестве гранулированной ионообменной смолы он содержит карбоксилсодержащие и/или фосфорсодержащие катиониты, а в качестве ионообменного волокна - полиамфолитное волокно на основе полиакрилонитрила с сорбционной емкостью по кислотным группам не менее 1 мэкв/г, об.%: гранулированный активированный уголь - 20÷50, карбоксилсодержащие и/или фосфорсодержащие катиониты - 5÷40, полиамфолитное волокно на основе полиакрилонитрила - 10÷60.
Недостатком изобретения является недостаточная эффективность очистки, обусловленная использованием волокнистого материала, который должен быть плотно упакован, а это приводит к повышению гидравлического сопротивления.
Вторым недостатком является отсутствие бактериостатического эффекта, т.е. предотвращения размножения бактерий внутри адсорбционного материала.
Известен материал фильтра узла фильтрации фильтровального патрона, для сокращения содержания, уничтожения или удаления бактерий и вирусов [US 2009008323]. Материал указанного фильтра, по крайней мере частично, сформирован из смеси мезопористых и микропористых частиц активированного угля, при этом некоторые из частиц покрыты серебром.
Фильтрующие свойства такого материала обеспечивают уменьшенное сопротивление течению, однако не обеспечивает должной степени очистки воды от тяжелых металлов и примесей органических веществ из-за невысокой полной обменной емкости активированных углей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату является узел фильтрации фильтровального патрона известной полезной модели [RU 74822] (прототип), который выполнен в виде оболочки, наполненной смесью адсорбирующих компонентов, над узлом фильтрации установлена сетка, а между узлом фильтрации и узлом вывода очищенной воды установлен дополнительный узел фильтрации в виде сетки со слоями нетканого фильтровального полотна из ионообменного волокна.
Простота конструкции фильтровального патрона в целом позволяет повысить надежность и удобство его эксплуатации и обеспечить эффективную очистку воды, содержащей высокие концентрации, например, железа, однако для удаления тяжелых металлов, активного хлора и хлорорганических соединений на всем протяжении заявленного ресурса, предотвращения размножения бактерий и улучшения гидродинамических характеристик требуется дополнительно усовершенствовать композицию из смеси адсорбирующих компонентов.
Технической задачей является разработка узла фильтрации фильтровального патрона для очистки воды в бытовых условиях с возможностью обеспечения стабильности степени удаления тяжелых металлов, активного хлора и хлорорганических соединений на всем протяжении заявленного ресурса, а также предотвращение размножения бактерий в узле фильтрации.
Заявляемый в качестве полезной модели узел фильтрации фильтровального патрона направлен на улучшение гидродинамических характеристик очистки за счет использования в смеси адсорбирующих компонентов, во-первых, гранулированных сорбентов, во-вторых различного гранулометрического состава, за счет чего достигается оптимальная плотность упаковки.
Выбор материала нетканого полотна позволяет адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников, а присутствие серебра в смеси гранулированных сорбентов предотвращает размножение бактерий в узле фильтрации.
Технический результат достигается тем, что предложен узел фильтрации фильтровального патрона, выполненный в виде цилиндрической оболочки, содержащий последовательно установленные по потоку очищаемой жидкости: сетку-рассекатель; композицию из смеси гранулированных сорбентов; слой нетканого полотна, при этом композиция смеси гранулированных сорбентов состоит из серебросодержащего активированного угля с концентрацией Аg от 0.05 до 5.0 масс.% и с размером гранул 0.6÷1.7 мм и активированного угля с размером гранул 0.3÷0.6 мм и карбоксилсодержащих катионитов при следующем соотношении компонентов, об.%:
Серебросодержащий активированный уголь
с размером гранул 0.6÷1.7 мм
- 20÷50;
Активированный уголь
с размером гранул 0.3÷0.6 мм
- 20÷50;
Карбоксилсодержащие катиониты
- 5÷40,
а слой нетканого полотна изготовляется либо из катионобменного волокна, либо из амфолитного ионообменного волокна, либо из анионообменного волокна, либо из волокна, не обладающего ионообменными свойствами, а также из смесей вышеперечисленных волокон и выполняется по размеру внутреннего поперечного сечения фильтровального патрона.
Целесообразно, что слой нетканого полотна имеет герметичное соединение с оболочкой фильтровального патрона.
Целесообразно также, что волокно, не обладающее ионообменными свойствами, выбирается из ряда: вискоза, полиакрилнитрил, полиамид.
Возможно, что содержание нетканого полотна составляет 3÷15 об.% от композиции гранулированных сорбентов.
Желательно, чтобы по потоку очищаемой жидкости после слоя нетканого полотна узел дополнительно содержал уплотнительную сетку.
Сущность предлагаемого узла фильтрации заключается в том, что для повышения эффективности очистки питьевой воды в смеси адсорбирующих компонентов используются гранулированные сорбенты различного гранулометрического состава, за счет чего достигается оптимальная плотность упаковки и улучшаются гидродинамические характеристики.
Карбоксильный катионит, содержащийся в смеси удаляет ионы жесткости: кальций и магний, которые содержатся в воде в больших количествах - их содержание в воде составляет от десятков до сотен мг/л, тем самым обеспечивая селективность слоя нетканого полотна для дополнительного удаления органических веществ и ионов тяжелых металлов, присутствующих в воде в незначительных количествах от мг до сотых долей мг на литр.
Наличие серебра в композиции из смеси гранулированных сорбентов предотвращает биообрастание материала, т.е. создает бактериостатический эффект.
Выбор материала нетканого полотна позволяет адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников.
Герметичное закрепление слоя нетканого полотна не позволяет части воды проходить в обход фильтровального материала между стенками цилиндрической оболочки патрона и самим полотном, что увеличивает степень очистки.
Полезная модель проиллюстрирована Фиг.
На Фиг. представлена принципиальная схема узла фильтрации фильтровального патрона, на которой: 1 - цилиндрическая оболочка фильтровального патрона; 2 - сетка-рассекатель; 3 - композиция из смеси гранулированных сорбентов; 4 - слой нетканого полотна, 5 - уплотнительная сетка.
Использование сетки-рассекателя позволяет распределить поток очищаемой воды по всему сечению фильтровального патрона и не допустить вымывание смеси гранулированных сорбентов из узла фильтрации.
Использование композиции из смеси гранулированных сорбентов позволяет очистить воду от активного хлора, органических и хлорорганических соединений, пестицидов, нефтепродуктов, неприятных запахов и привкусов. Карбоксильный катионит, содержащийся в смеси, снижает жесткость воды и содержание токсичных металлов. Наличие серебра в гранулированном сорбенте предотвращает биообрастание материала, т.е. создает бактериостатический эффект.
Использование слоя нетканого полотна позволяет дополнительно удалить ионы тяжелых металлов, а также предохранять очищенную воду от взвешенных мелкодисперсных примесей.
Уплотнительная сетка способствует формированию потока на выходе из узла фильтрации.
Узел фильтрации работает следующим образом (Фиг.).
Очищаемая вода поступает в цилиндрическую оболочку (1) фильтровального патрона, проходит через сетку-рассекатель (2), где происходит распределение воды по всему сечению фильтровального патрона. Далее вода проходит через композицию из смеси гранулированных сорбентов (3), где очищается от активного хлора, органических и хлорорганических соединений, пестицидов, нефтепродуктов, неприятных запахов и привкусов. Карбоксильный катионит, содержащийся в смеси, снижает жесткость воды и содержание тяжелых металлов. Наличие серебра в составе гранулированных сорбентов предотвращает биообрастание материала, т.е. создает бактериостатический эффект. Далее очищаемая вода попадает на слой (4) нетканого фильтрующего полотна, где задерживаются взвешенные мелкодисперсные примеси и происходит дополнительная селективная очистка.
На выходе из узла фильтрации вода проходит через уплотнительную сетку (5).
3
Ниже приведен пример достижения технического результата при использовании заявляемого узла фильтрации фильтровального патрона производительностью 6 дм/ч. Пример иллюстрирует, но не ограничивает применение предложенного узла фильтрации.
В качестве примера, ниже приведены данные протокола лабораторных исследований проб воды из системы централизованного водоснабжения г.Москвы искусственно контаминированных исследуемыми загрязнителями, до и после использования заявляемого узла фильтрации.
Пример 1
Композиция смеси гранулированных сорбентов, об.%:
Серебросодержащий активированный уголь
с размером гранул 0.6÷1.7 мм
50;
Активированный уголь
с размером гранул 0.3÷0.6 мм
20;
Карбоксилсодержащие катиониты
30;
Амфолитное полотно - 5 об.% от композиции гранулированных сорбентов.
Показатель
Вода до прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Вода после прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
3,75
0,18
7,0
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0,8
0,12
0,3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2,1
0,080
1,0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0,005
<0,0001
0,0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0,004
0,0002
0,001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0,06
<0,0001
0,03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1,2
0,084
0,3-0,5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0,01
<0,0001
0,001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0,4
<0,005
0,2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0,05
0,0013
0,01
гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0,01
<0,0001
0,002
Сульфаты, мг/дм<sup>3</sup>
670
151
500
Нитраты, мг/дм<sup>3</sup>
74,2
22
45
Хлориды, мг/дм<sup>3</sup>
410
312
350
Пример 2
Композиция смеси гранулированных сорбентов, об.%:
Серебросодержащий активированный уголь
с размером гранул 0.6÷1.7 мм
20;
Активированный уголь
с размером гранул 0.3÷0.6 мм
50;
Карбоксилсодержащие катиониты
30;
Анионообменное полотно - 5 об.% от композиции гранулированных сорбентов.
Показатель
Вода до прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Вода после прохождения через сорбционно-фильтрующий материал
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
3,75
0,11
7,0
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0,8
0,13
0,3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2,1
0,09
1,0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0,005
<0,0001
0,0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0,004
<0,0001
0,001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0,06
0,0009
0,03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1,2
0,04
0,3-0,5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0,01
0,0001
0,001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0,4
<0,005
0,2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0,05
<0,0001
0,01
гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0,01
<0,0001
0,002
Сульфаты, мг/дм<sup>3</sup>
670
114
500
Нитраты, мг/дм<sup>3</sup>
74,2
18
45
Хлориды, мг/дм<sup>3</sup>
410
302
350
Заявляемый в качестве полезной модели узел фильтрации фильтровального патрона позволяет осуществить улучшение гидродинамических характеристик очистки за счет использования в смеси адсорбирующих компонентов во-первых, гранулированных сорбентов, во-вторых различного гранулометрического состава, за счет чего достигается оптимальная плотность упаковки.
Выбор материала нетканого полотна позволяет адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников, а присутствие серебра в смеси гранулированных сорбентов предотвращает размножение бактерий в узле фильтрации.