Устройство для комплексной очистки питьевой воды

 

Полезная модель относится к очистке питьевой воды и предназначена для использования в бытовых условиях и позволяет обеспечить комплексную очистку воды от механических примесей, коллоидных частиц, ионов тяжелых металлов и микроорганизмов. Сущность полезной модели: устройство для комплексной очистки воды содержит три фильтрующих элемента последовательно соединенные по току воды, а также средство подвода воды и средство отвода фильтрата, при этом первый фильтрующий элемент, расположенный на входе воды в установку, предназначен для механической очистки воды от примесей, имеющих размер более 5 мкм, второй фильтрующий элемент предназначен для удержания коллоидных частиц размером от 10 до 100 нм и частиц размером менее 5 мкм, пропущенных первым фильтрующим элементом и третий фильтрующий элемент, предназначен для микробиологической очистки воды. Технический результат: эффективное удаление механических примесей, коллоидных частиц и микроорганизмов с высокой производительностью без необходимости приложения дополнительного давления, непосредственно из водопроводной сети. 1 н.п.ф.п.м.

Полезная модель относится к очистке питьевой воды и предназначена для использования в бытовых условиях и позволяет обеспечить комплексную очистку воды от механических примесей, коллоидных частиц, ионов тяжелых металлов и микроорганизмов.

В настоящее время известно множество многоступенчатых водоочистных устройств разного типа, предназначенных для очистки (доочистки) питьевой воды, поступающей из централизованного источника водоснабжения.

Удаление коллоидов из воды представляет собой ключевой элемент в процессе очистки вод от загрязнений, в том числе и микробиологических. При очистке воды от коллоидов основной задачей является разрушение коллоидной системы, обеспечение быстрой коагуляции дисперсных примесей и отделение их от дисперсионной среды.

Наибольшее распространение в практике водоочистки получил метод осаждения коллоидных частиц с помощью коагулянтов.

Известна установка [RU 62923 U1] для водоподготовки. включающая в себя блок предварительной подготовки и блоки дальнейшей очистки воды, при этом, блок предварительной подготовки содержит установку прямоточной коагуляции с осветлительным фильтрованием.

Однако указанный способ обладает таким недостатком, как внесение в воду дополнительных химических компонентов.

000«Аква-контур» выпускает двух - трех- и пятиступенчатые фильтр доочистки питьевой воды [], включающие картриджи обязательной механической очистки воды, а также картриджи тонкой очистки воды, либо на основе ультрафильтрационных мембран, либо обратноосмотических.

Известны многоступенчатые фильтры "Гейзер-Престиж" стационарной установки [], в которых используют пятиступенчатую систему очистки воды:

Первая ступень - механический фильтрующий патрон очищает воду от нерастворимых примесей;

Вторая ступень - картридж из гранулированного кокосового угля очищает воду от хлора, пестицидов и гербицидов;

Третья ступень - картридж из мелкопористого прессованного угля удаляет большинство органических соединений;

Четвертая ступень - мембранная очистка по методу обратного осмоса удаляет практически все загрязнители, т.к. материал мембраны пропускает только молекулы воды, а примеси смываются в дренаж;

Пятая ступень - доочистка от запахов и газов.

Обратноосмотические мембраны обеспечивают на сегодняшний день наиболее высокую степень очистки воды. Однако они имеют низкую производительность, требуют высокого входного давления воды и неустойчивы к забиванию пор, особенно при подаче на мембрану не очищенной предварительно воды. В бытовых водоочистителях, как правило, дополнительно создаваемое на входе в мембрану давление относительно невысоко, поэтому большая часть подаваемой на очистку воды сбрасывается в стоки в виде пермеата. Поэтому основным назначением обратноосмотических мембран является удаления из воды ионов и молекул растворенных веществ.

В качестве ближайшего аналога выбран трехступенчатый фильтр Aquaphor Трио Норма [www.AquaPoint.ru, 06.08.2009], содержащий первый модуль для очистки воды от механических примесей размером до 20 мкм, второй модуль, задерживающий частицы размером до 5 мкм и третий модуль, отфильтровывающий частицы до 1 мкм и проводящий бактерицидную очистку воды.

Фильтр, предназначенный только для удаления частиц размером более 1 мкм (согласно описанию производителя) за счет уменьшающегося размера пор.

Третий модуль основан на бактерицидном действии серебра, осуществляющего обеззараживания воды за счет гибели бактерий под действием серебра, для этого необходим достаточно длительный их контакт, что сложно обеспечить при указанных скоростях фильтрования воды через фильтр, и, кроме того, погибшие бактерии, и выделившийся при их гибели эндотоксин попадают в очищенную воду, что может вызывать аллергические реакции.

Задача полезной модели разработать устройство для комплексной очистки воды, которое будет наиболее эффективно удалять механические примеси, коллоидные частицы и микроорганизмы с высокой производительностью без необходимости приложения дополнительного давления, непосредственно из водопроводной сети.

Поставленная задача достигается тем, что, как и известная, предлагаемое устройство для комплексной очистки воды содержит три фильтрующих элемента последовательно соединенные по току воды, а также средство подвода воды и средство отвода фильтрата, первый фильтрующий элемент, расположенный на входе воды в установку, предназначен для механической очистки воды от примесей, имеющих размер более 5 мкм.

Новым является то, что второй фильтрующий элемент предназначен для удержания частиц размером менее 5 мкм, пропущенных первым фильтрующим элементом, в том числе коллоидных частиц размером от 10 до 100 нм, и третий фильтрующий элемент, предназначен для микробиологической очистки воды.

Предпочтительно, что картридж второго фильтрующего элемента образован 2-4 слоями листового сорбционно-фильтрующего материала намотанными на перфорированный полимерный каркас.

Кроме того, картридж третьего фильтрующего элемента образован 14 слоями листового сорбционно-фильтрующего материала, намотанного на перфорированный полимерный каркас.

Кроме того, листовой сорбционно-фильтрующий материал представляет собой нетканый полимерный волокнистый материал, на волокнах которого закреплены частицы наноструктурированного гидрата оксида алюминия.

В настоящей полезной модели предложено использовать три ступени очистки воды.

Первая ступень - фильтрующий элемент механической очистки предназначен для удаления из воды частиц размеров более 5 мкм и служит для снижения нагрузки на вторую ступень - фильтрующий элемент для очистки воды от коллоидных частиц. На второй ступени удерживаются частицы: коллоидные частицы размером от 10 до 100 нм и частицы размером менее 5 мкм, пропущенные первой ступенью. Третья ступень фильтрующий элемент, предназначенный для микробиологической очистки воды.

В качестве фильтрующего материала, который используется для формирования картриджей фильтрующих элементов второй и третьей ступени предлагается использовать листовой сорбционно-фильтрующий материал - торговое название фильтрующий материал AquaVallis []. Материал состоит из нетканой волокнистой матрицы (материал - ацетат целлюлозы марки ФПА - 15-2,0). На волокна матрицы нанесены частицы наноструктурированного гидрата оксида алюминия, обладающие в воде электроположительным потенциалом до 40 мВ.

Для второй ступени может быть использован картридж содержащий от двух до 4-х слоев материала AquaVallis, намотанных на перфорированный полимерный каркас. Фильтрующий элемент второй ступени удаляет из воды значительную часть коллоидных частиц, благодаря чему увеличивается срок службы микробиологического фильтра. Производительность такой системы составляет 4-5 л/мин.

Для третьей ступени используется картридж в виде рулона, образованного 14 слоями материала AquaVallis.

Для эффективного удаления коллоидных частиц достаточно двух-четырех слоев материала, так как основная масса загрязнений удерживается на поверхности первого слоя, за счет коагуляции на частицах наноструктурированного гидрата оксида алюминия и их механического удерживания.

Фильтр второй ступени удаляет из воды значительную часть коллоидных частиц, благодаря чему увеличивается срок службы микробиологического фильтра (третья ступень).

Для микробиологической очистки необходимо большее число слоев материала AquaVallis, так как требования к эффективности удержания микроорганизмов выше и удержание микроорганизмов происходит во всем объем фильтрующего материала, за счет адсорбции.

На фиг.1 приведена предлагаемая установка комплексной очистки питьевой воды.

На фиг.2 приведена зависимость скорости фильтрации в зависимости от объема пропущенной воды при исходной концентрации железа 5,61 (1), 3,69 (2), 1,38 (3), 0,93 (4) и 0,36 (5) мг/л

Устройство устанавливается в водопроводных сетях холодной воды, непосредственно у потребителя. Производительность такой системы составляет 4-5 л/мин.

Для комплектации установки используются стандартные комплектующие: соединенные между собой фильтродержатели типа SL-10".

Устройство комплексной очистки питьевой воды (фиг.1) содержит: фильтрующий элемент для механической очистки 1 (первая ступень), фильтрующий элемент для очистки воды от коллоидных частиц 2 (вторая ступень) и фильтрующий элемент 3 для микробиологической воды (третья ступень); фильтрующие элементы установлены на кронштейне 4; устройство содержит средство подвода воды 5 и средство отвода фильтрата 6.

Вторая ступень 2 представляет собой перфорированный полимерный каркас 7, на который намотано четыре слоя материала AquaVallis 8, установленный в стандартном фильтродержателе типа SL-10.

Третья ступень 3 представляет собой промышленно выпускаемый микробиологический картридж «AquaVallis FE 150», установленный в стандартном фильтродержателе типа SL-10.

Первая ступень любой промышленно выпускаемый картридж для механической очистки воды с рейтингом не более 5 мкм.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Пример 1.

В примере 1 показана эффективность удержания и падение производительности картриджа для очистки от коллоидных частиц при фильтровании коллоидного раствора гидроксида железа (III) с размером частиц 20-50 нм.

Модельные растворы коллоидного гидроксида железа Fe(OH)3 получали растворением в водопроводной воде навески сульфата железа (II) FeSO4, и последующим его окислением кислородом воздуха при перемешивании в течение 15-20 мин. Размер частиц в полученном таким образом коллоидном растворе составлял 20-50 нм. Концентрацию коллоидных частиц гидроксида железа оценивали по концентрации железа, мг/л и по мутности раствора, ЕМ (нефелометрических единицах мутности).

Результаты приведены на фиг.2 и таблице 1.

Участок с незначительным снижением производительности соответствует адсорбции коллоидных частиц до существенного уменьшения размера пор в результате их забивания уловленными частицами, резкое падение производительности обусловлено накоплением осадка на фильтре и переходом фильтрования в область механического удерживания частиц.

Таблица 1.
Концентрация железа в исходном растворе, мг/л Мутность исходного раствора, ЕМ Концентрация железа в фильтрате, мг/л Мутность фильтрата, ЕМ
5,6131,22 <0,010,00
3,69 15,67<0,010,00
1,386,08 <0,010,00
0,93 2,45<0,010,00

Пример 2. Очистка воды устройством от коллоидных форм соединений железа проводились на Заварзинской водоочистной станции г.Томска после ступени аэрации. Концентрация железа в воде до фильтрования составляла 1,75 мг/л (при ПДК 0,3 мг/л). После фильтрования этот показатель снизился до 0,1 мг/л, и оставался постоянным на протяжении фильтрования 0,8 м3 воды. Таким образом, эффективность очистки воды от соединений железа в коллоидной форме составила 94%.

Пример 3. Эксперименты по очистке водопроводной вода в микрорайоне «Академгородок» (водоснабжение от Заварзинской водоочистной станции г.Томска) проводились таким образом, чтобы сымитировать схему реального потребления воды. После пропускания определенных порций воды подача воды прекращалась. Это позволяло оценить, как изменялась эффективность фильтровального материала после его нахождения в воде в течение длительного времени. Содержание загрязнений в исходной воде: общее железо - 0,2 мг/л, цинк - 0,37±0,09 мг/л, свинец - 0,0039±0,0012 мг/л, медь - 0,033±0,008 мг/л. Данные испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2
Эффективность очистки воды от неорганических загрязнений
Объем пропущенной воды, лОбщее железо, мг/лЦинк, мг/лСвинец, мг/л Медь, мг/л
2500,020±0,0020,017±0,0040,00015±0,000040,0016±0,0006
500 0,022±0,002 0,029±0,007 0,0003±0,0001 0,0003±0,0001
7500,021±0,0020,004±0,0080,00023±0,00010,00066±0,0001
1000 0,024±0,002 0,017±0,004 0,00043±0,0001 0,00087±0,0001

Как следует из табл.2, устройство для комплексной очистки питьевой воды с картриджами, содержащими материал AquaVallis, высокоэффективно для тонкой доочистки водопроводной воды от тяжелых металлов, позволяя снижать их концентрацию в воде до показателей, в несколько раз ниже ПДК.

Пример 4. Микробиологические испытания устройства проводили в лабораторных условиях, искусственно внося модельные микроорганизмы в дехлорированную водопроводную воду мкр. Академгородок г.Томска. Ежедневно через устройство фильтровали 0,2 м3 воды с концентрацией бактерий Е.coli 10 3 КОЕ/мл. В пробах объемом 100 мл, отбираемых после фильтрования каждых 0,1 м3 воды, Е.coli отсутствовали. Общий объем профильтрованной таким образом через устройство воды составил 6 м3.

1. Устройство для комплексной очистки воды, содержащее три фильтрующих элемента, последовательно соединенные по току воды, средство подвода воды и средство отвода фильтрата, первый фильтрующий элемент, расположенный на входе воды в устройство, предназначен для очистки воды от механических примесей, имеющих размер более 5 мкм, отличающееся тем, что второй фильтрующий элемент предназначен для удержания частиц размером менее 5 мкм, пропущенных первым фильтрующим элементом, в том числе коллоидных частиц размером от 10 до 100 нм, и третий фильтрующий элемент предназначен для микробиологической очистки воды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй фильтрующий элемент содержит картридж, образованный 2-4 слоями листового сорбционно-фильтрующего материала, намотанными на перфорированный полимерный каркас.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что третий фильтрующий элемент, содержит картридж в виде рулона, образованного 14 слоями листового сорбционно-фильтрующего материала, расположенными на перфорированном полимерном каркасе.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что листовой сорбционно-фильтрующий материал представляет собой нетканый полимерный волокнистый материал, на волокнах которого закреплены частицы наноструктурированного гидрата оксида алюминия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод в последовательно расположенных зонах с анаэробными и аэробными бактериями и может найти широкое применение для очистки как производственных сточных вод, так и хозяйственно-бытовых вод гостиничных комплексов, школ, предприятий общественного питания, спортивных клубов, а также приусадебных домов, коттеджей и т.д

Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка комплекса, обеспечивающего практически безотходную высокопроизводительную переработку бурых углей и угольных отходов с получением большой номенклатуры продукции и обеспечивающего высокую степень очистки выбрасываемых в атмосферу дымовых газов

Изобретение относится к биологической очистке хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод и может быть использовано при очистке стоков малых населенных пунктов и небольших производств, а также в микробиологической промышленности

Схема водомерного узла относится к устройствам, используемым в системах водоснабжения, в частности, в водопроводных сетях, предназначенных для водоснабжения и учета расхода воды.
Наверх