Узел фильтрации фильтровального патрона
Полезная модель предназначена для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использовано в составе сменного фильтровального патрона для очистки питьевой воды в бытовых фильтрах. Техническим результатом является обеспечение эффективной очистки воды от тяжелых металлов, анионов, активного хлора и хлорорганических соединений. Предложен узел фильтрации фильтровального патрона, состоящий из цилиндрической оболочки (1), на основаниях которой установлены сетки (3, 7), и размещенной внутри оболочки композиции из гранулированных сорбентов (2) и, по крайней мере, из двух слоев нетканого полотна, слои нетканого полотна (4, 5, 6) изготовлены 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 выполнены по размеру внутреннего поперечного сечения цилиндрической оболочки (1), при этом два из слоев полотна (4, 6) являются внешними слоями композиции, а содержание нетканого полотна в композиции составляет 5÷25 об.%. Гранулированные сорбенты (2) представляют собой смесь активированного угля и карбоксилсодержащих катионитов в соотношении (1÷0.1)÷(0.1÷1). Волокно, не обладающее ионообменными свойствами, выбиралось из ряда: вискоза, полиакрилнитрил, полиамид. Внешние слои (4, 6) композиции герметично соединены с оболочкой (1) фильтровального патрона. Заявляемый в качестве полезной модели узел фильтрации фильтровального патрона позволяет осуществить улучшение гидродинамических характеристик очистки за счет использования в смеси адсорбирующих компонентов гранулированных сорбентов, увеличить количество сорбента, контактирующего с очищаемой жидкостью, благодаря использованию нетканого полотна, а подбор материала нетканого полотна и многослойность композиции позволяют адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников.
1 н.з. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 таб., 4 пр.
Полезная модель предназначена для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использовано в составе сменного фильтровального патрона для очистки питьевой воды в бытовых фильтрах. Техническим результатом является обеспечение эффективной очистки воды от тяжелых металлов, анионов, активного хлора и хлорорганических соединений.
Известен фильтровальный патрон [RU 2236279], в котором композиция адсорбирующих компонентов выполнена в виде смеси серебросодержащего и несеребросодержащего активированных углей с йодным числом не менее 1 г/см3, а серебросодержащий активированный уголь содержит серебро в количестве не менее 0,2 мас.%. Композиция адсорбирующих компонентов дополнительно содержит карбоксильный катионит, который расположен в фильтропатроне в виде смеси с углеродным адсорбентом при объемном соотношении смеси (1÷0,1)÷(0,1÷1).
Одним из недостатков известного фильтровального патрона является отсутствие компонента, способного распределить фильтруемую жидкость равномерно по всему материалу, из-за чего в процессе очистки может участвовать не весь его объем, что снижает эффективность очистки.
Также недостатком является невысокая степень удаления тяжелых металлов и анионов. Т.к. фильтрующая смесь не может быть герметично закреплена вдоль стенок патрона, существует вероятность образования т.н. «пристеночного эффекта», когда часть жидкости проходит вдоль стенок патрона, минуя сорбционный состав, что снижает эффективность очистки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому при использовании результату является фильтровальный патрон [RU 74822] (прототип), содержащий узел фильтрации, наполненный смесью адсорбирующих компонентов, и дополнительный узел фильтрации, который выполнен в виде сетки со слоями нетканого фильтровального полотна из ионообменного волокна. В описании к прототипу указано также, что смесь адсорбирующих компонентов выполнена из серебросодержащего и несеребросодержащего активных углей с йодным числом не менее 1 г/см3, а серебросодержащий активный уголь содержит серебро в количестве не менее 0,1 мас.%, при этом смесь дополнительно содержит карбоксильный катионит.
Недостатком известного адсорбционного материала является отсутствие компонента, способного распределить фильтруемую жидкость равномерно по всему материалу, из-за чего в процессе очистки может участвовать не весь его объем, что снижает эффективность очистки.
Вторым недостатком является то, что выбранная в качестве прототипа полезная модель эффективно работает лишь для воды с высоким содержанием железа, при этом степень удаления тяжелых металлов и анионов не достаточно высока.
Технической задачей является разработка узла фильтрации фильтровального патрона для очистки воды в бытовых условиях, создающего равномерное распределение потока жидкости по всему объему фильтрующего материала, а также адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников.
Технический результат достигается тем, что предложен узел фильтрации фильтровального патрона, состоящий из цилиндрической оболочки, на основаниях которой установлены сетки, и размещенной внутри оболочки композиции из гранулированных сорбентов и, по крайней мере, двух слоев нетканого полотна; слои нетканого полотна изготовлены 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 выполнены по размеру внутреннего поперечного сечения цилиндрической оболочки, при этом два из слоев полотна являются внешними слоями композиции, а содержание нетканого полотна в композиции составляет 5÷25 об.%.
Целесообразно, что гранулированные сорбенты представляют собой смесь активированного угля и карбоксилсодержащих катионитов в соотношении (1÷0.1)÷(0.1÷1).
Целесообразно, что волокно, не обладающее ионообменными свойствами, выбирается из ряда: вискоза, полиакрилнитрил, полиамид.
Также целесообразно, что содержание нетканого ионообменного полотна составляет 5÷25 об.%. Дальнейшее увеличение содержания полотна приведет к значительному уменьшению количества гранулированных сорбентов и, как следствие, к существенному снижению эффективности удаления активного хлора, фенола, бензола, линдана и хлороформа.
Важно, что слои нетканого полотна выполняются с функцией гидрорассеивания по площади поперечного сечения фильтровального патрона. Благодаря этому в процессе очистки жидкость контактирует со всем объемом фильтрующего материала, что увеличивает степень ее очистки.
Технический результат достигается также тем, что, по крайней мере, внешние слои композиции имеют герметичное соединение с оболочкой узла фильтрации фильтровального патрона. Это позволяет не допустить прохождения части жидкости в обход фильтрующего материала (между самим материалом и стенками оболочки узла фильтрации фильтровального патрона) и таким образом улучшить степень очистки.
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.
Для достижения требуемого результата и в зависимости от изначального состава жидкости слои полотна могут состоять из разных типов ионообменных волокон, либо волокон, не обладающих ионообменными свойствами, которые также можно сочетать в различных комбинациях:
- катионобменное волокно предназначено для селективного удаления из водных растворов катионов тяжелых металлов (меди, ртути, кадмия, свинца, железа и др.) при сохранении неизменным анионного состава воды, а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей и выполнено с функцией гидрорассеивания;
- амфолитное ионообменное волокно предназначено для комбинированной очистки воды от катионов тяжелых металлов (меди, ртути, кадмия, свинца, железа и др.) и анионов (нитраты, сульфаты, хлориды и др.), а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей и выполнено с функцией гидрорассеивания;
- анионообменное волокно предназначено для селективного удаления анионов (нитраты, сульфаты, хлориды и др.) из водных растворов при сохранении неизменным катионного состава воды, а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей и выполнено с функцией гидрорассеивания;
- волокно, не обладающее ионообменными свойствами, несет функцию гидрорассеивания по площади поперечного сечения фильтровального патрона, а также для задерживания взвешенных мелкодисперсных примесей.
На Фиг. представлена схема узла фильтрации фильтровального патрона, где:
1 - цилиндрическая оболочка; 2 - гранулированные сорбенты; 3, 7 - сетки; 4, 5, 6 - слои нетканого фильтрующего полотна.
Узел фильтрации фильтровального патрона работает следующим образом:
Вода поступает в цилиндрическую оболочку (1) узла фильтрации через сетку (3) и попадает на внешний слой композиции - нетканое фильтрующее полотно (4), где задерживаются взвешенные мелкодисперсные примеси и происходит распределение воды по всей ширине полотна, что связано с его капиллярной структурой. Это позволяет обеспечить поступление воды в следующую часть композиции, состоящую из гранулированных сорбентов (2) по всему сечению, тем самым увеличивая количество сорбента, контактирующего с очищаемой жидкостью. Проходя через гранулированные сорбенты (2) вода очищается от активного хлора, органических и хлорорганических соединений, пестицидов, нефтепродуктов, неприятных запахов и привкусов. Карбоксильный катионит, введенный в состав сорбентов, снижает жесткость воды и содержание тяжелых металлов. Такая сорбционная смесь может быть приготовлена однородной и не требует дополнительной разбивки по слоям, что значительно упрощает конструкцию патрона. Далее очищаемая жидкость попадает на второй внешний слой композиции - нетканое фильтрующее полотно (6), где задерживаются взвешенные мелкодисперсные примеси и через сетку (7) выводится из узла фильтрации.
Для достижения требуемого результата в композицию добавляется один или несколько внутренних слоев (5) нетканого фильтрующего полотна.
В случае исполнения одного или более нетканых полотен из ионообменных волокон различного назначения дополнительно обеспечивается снижение содержания в исходной воде катионов тяжелых металлов и/или анионов.
Герметичное закрепление внешних слоев нетканого фильтровального полотна не позволяет части воды проходить в обход фильтровального материала между стенками цилиндрической оболочки (1) патрона и самим материалом, что увеличивает степень очистки.
Наличие в составе фильтровального патрона для очистки воды сеток (3, 7) обеспечивает фиксацию внешних слоев композиции - нетканых фильтрующих полотен (4, 6).
Ниже приведены примеры достижения технического результата при использовании заявляемого сорбционно-фильтрующего материала производительностью 6 дм 3/ч. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают применение предложенного материала.
В качестве примеров приведены данные протоколов лабораторных исследований проб воды из системы централизованного водоснабжения г.Москвы, искусственно контаминированных исследуемыми загрязнителями, до и после пропускания этих проб через заявляемый узел фильтрации фильтровального патрона.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий оба внешних слоя композиции из нетканого полотна, не обладающего ионообменными свойствами.
Содержание, об.%:
| активированный уголь | 60; |
| карбоксилсодержащие катиониты | 35; |
| полотно, не обладающее ионообменными свойствами | 5. |
| 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/дм3 | 9.7 | 0.48 | 7.0 |
| Железо, мг/дм3 | 0.8 | 0.68 | 0.3 |
| Медь, мг/дм3 | 2.1 | 1.21 | 1.0 |
| Ртуть, мг/дм3 | 0.005 | 0.0005 | 0.0005 |
| Кадмий, мг/дм3 | 0.004 | 0.001 | 0.001 |
| Свинец, мг/дм 3 | 0.06 | 0.02 | 0.03 |
| Свободный хлор, мг/дм3 | 1.2 | 0.091 | 0.3-0.5 |
| Фенол, мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.001 |
| Хлороформ, мг/дм3 | 0.4 | <0.005 | 0.2 |
| Бензол, мг/дм3 | 0.05 | 0.0010 | 0.01 |
| гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.002 |
| Сульфаты, мг/дм3 | 670 | 659 | 500 |
| Нитраты, мг/дм3 | 74.2 | 73.0 | 45 |
| Хлориды, мг/дм3 | 410 | 399 | 350 |
Материал по Примеру 1 обеспечивает относительно высокие степени удаления активного хлора и хлорорганических соединений, а также снижает жесткость воды.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий следующие внешние слои композиции из нетканого фильтрующего полотна:
со стороны поступления воды - полотно, не обладающее ионообменными свойствами;
со стороны вывода воды - катионообменное полотно.
Содержание, об.%:
| активированный уголь | 60; |
| карбоксилсодержащие катиониты | 30; |
| полотно | 10. |
| 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/дм3 | 9.7 | 0.28 | 7.0 |
| Железо, мг/дм3 | 0.8 | 0.074 | 0.3 |
| Медь, мг/дм3 | 2.1 | 0.080 | 1.0 |
| Ртуть, мг/дм3 | 0.005 | <0.0001 | 0.0005 |
| Кадмий, мг/дм3 | 0.004 | <0.0001 | 0.001 |
| Свинец, мг/дм 3 | 0.06 | <0.0001 | 0.03 |
| Свободный хлор, мг/дм3 | 1.2 | 0.081 | 0.3-0.5 |
| Фенол, мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.001 |
| Хлороформ, мг/дм3 | 0.4 | <0.005 | 0.2 |
| Бензол, мг/дм3 | 0.05 | 0.0012 | 0.01 |
| гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.002 |
| Сульфаты, мг/дм3 | 670 | 664 | 500 |
| Нитраты, мг/дм3 | 74.2 | 72.4 | 45 |
| Хлориды, мг/дм3 | 410 | 406 | 350 |
Материал по Примеру 2 обеспечивает относительно высокие степени удаления тяжелых металлов, активного хлора и хлорорганических соединений, а также значительно снижает жесткость воды.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий следующие внешние слои композиции из нетканого фильтрующего полотна:
со стороны поступления воды - полотно, не обладающее ионообменными свойствами;
со стороны вывода воды - анионообменное полотно. Содержание, об.%:
| активированный уголь | 60; |
| карбоксилсодержащие катиониты | 30; |
| полотно | 10. |
| 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/дм3 | 9.7 | 0.54 | 7.0 |
| Железо, мг/дм3 | 0.8 | 0.64 | 0.3 |
| Медь, мг/дм3 | 2.1 | 1.19 | 1.0 |
| Ртуть, мг/дм3 | 0.005 | 0.0005 | 0.0005 |
| Кадмий, мг/дм3 | 0.004 | 0.001 | 0.001 |
| Свинец, мг/дм 3 | 0.06 | 0.02 | 0.03 |
| Свободный хлор, мг/дм3 | 1.2 | 0.078 | 0.3-0.5 |
| Фенол, мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.001 |
| Хлороформ, мг/дм3 | 0.4 | <0.005 | 0.2 |
| Бензол, мг/дм3 | 0.05 | 0.0009 | 0.01 |
| гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.002 |
| Сульфаты, мг/дм3 | 670 | 114 | 500 |
| Нитраты, мг/дм3 | 74.2 | 18 | 45 |
| Хлориды, мг/дм3 | 410 | 302 | 350 |
Материал по Примеру 3 обеспечивает относительно высокие степени удаления анионов, активного хлора и хлорорганических соединений, при этом удаление железа, меди, ртути, кадмия и свинца не достаточно эффективно.
Пример
Сорбционно-фильтрующий материал, содержащий следующие слои композиции из нетканого фильтрующего полотна:
со стороны поступления воды - внешний слой анионообменного полотна;
со стороны вывода воды - внешний слой катионообменного полотна;
внутренний слой амфолитного полотна.
Содержание, об.%:
| активированный уголь | 50; |
| карбоксилсодержащие катиониты | 25; |
| полотно | 25. |
| 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/дм3 | 9.7 | 0.44 | 7.0 |
| Железо, мг/дм3 | 0.8 | 0.12 | 0.3 |
| Медь, мг/дм3 | 2.1 | 0.080 | 1.0 |
| Ртуть, мг/дм3 | 0.005 | <0.0001 | 0.0005 |
| Кадмий, мг/дм3 | 0.004 | 0.0002 | 0.001 |
| Свинец, мг/дм 3 | 0.06 | <0.0001 | 0.03 |
| Свободный хлор, мг/дм3 | 1.2 | 0.084 | 0.3-0.5 |
| Фенол, мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.001 |
| Хлороформ, мг/дм3 | 0.4 | <0.005 | 0.2 |
| Бензол, мг/дм3 | 0.05 | 0.0013 | 0.01 |
| гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм3 | 0.01 | <0.0001 | 0.002 |
| Сульфаты, мг/дм3 | 670 | 151 | 500 |
| Нитраты, мг/дм3 | 74.2 | 22 | 45 |
| Хлориды, мг/дм3 | 410 | 312 | 350 |
Материал по Примеру 4 обеспечивает относительно высокие степени очистки по всем показателям.
Заявляемый в качестве полезной модели узел фильтрации фильтровального патрона позволяет осуществить улучшение гидродинамических характеристик очистки за счет использования в смеси адсорбирующих компонентов гранулированных сорбентов, увеличить количество сорбента, контактирующего с очищаемой жидкостью, благодаря использованию нетканого полотна, а подбор материала нетканого полотна и многослойность композиции позволяют адаптировать полезную модель для очистки питьевой воды из различных источников.
1. Узел фильтрации фильтровального патрона, состоящий из цилиндрической оболочки, на основаниях которой установлены сетки, и размещенной внутри оболочки композиции из гранулированных сорбентов и, по крайней мере, двух слоев нетканого полотна; слои нетканого полотна изготовлены 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 выполнены по размеру внутреннего поперечного сечения цилиндрической оболочки, при этом два из слоев полотна являются внешними слоями композиции, а содержание нетканого полотна в композиции составляет 5÷25 об.%.
2. Узел фильтрации фильтровального патрона по п.1, отличающийся тем, что гранулированные сорбенты представляют собой смесь активированного угля и карбоксилсодержащих катионитов в соотношении (1÷0,1)÷(0,1÷1).
3. Узел фильтрации фильтровального патрона по п.1, отличающийся тем, что волокно, не обладающее ионообменными свойствами, выбирается из ряда: вискоза, полиакрилнитрил, полиамид.
4. Узел фильтрации фильтровального патрона по п.1, отличающийся тем, что слои нетканого полотна выполнены с функцией гидрорассеивания по площади поперечного сечения фильтровального патрона.
5. Узел фильтрации фильтровального патрона по п.1, отличающийся тем, что внешние слои композиции герметично соединены с оболочкой фильтровального патрона.
