ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2052278
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ
Имя изобретателя: Покровский Д.Д.; Горобец Б.Р.; Грибков В.Н.; Щетанов Б.В.; Шалин Р.Е.; Качанов Е.Б.
Имя патентообладателя: Покровский Даниил Данилович
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1993.07.08
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для очистки
водопроводной питьевой воды у потребителя, например, в квартире, детском саду,
поликлинике и т.д. Устройство включает цилиндрический корпус, фильтровальную ячейку с
мембранным керамическим фильтроэлементом или несколькими фильтроэлементами и
накопительную емкость. Фильтрация через мембрану обеспечивает стерилизацию воды и
удержание любых твердых взвесей с размерами более 0,1 - 0,2 мкм. Накопительная емкость
служит для быстрого забора очищенной воды потребителем, а также для промывки мембраны.
В герметичной накопительной емкости размещается сорбент-поглотитель растворенных
токсичных и пахучих веществ. Регенерация мембраны осуществляетсял самопроизвольно
при пользовании водой на технические нужды за счет тангенциального скоростного потока,
а также импульса обратного давления фильтрата через мембрану из накопительной емкости.
Фильтр работает без снижения производительности, по крайней мере, в течение года.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для очистки
водопроводной питьевой воды, например в квартире, детском саду, поликлинике и т. д.
Наиболее известным и широко распространенным способом очистки воды в бытовых
условиях [1-3] является пропускание ее через слой засыпки, например, из активированного
угля. При этом засыпка выполняет одновременно роль сорбента-поглотителя растворенных
токсичных примесей грубого фильтра, улавливающего частицы с размерами порядка сотен
микрон. Патрон с засыпкой имеет ресурс работы, как правило, около 4 куб.м. после чего
подлежит замене.
Известно использование в бытовой технике и более тонких фильтров (3-5 мкм) из пористой
керамики, углеродных и стеклянных волокон и т.д. Такие фильтры имеют больший ресурс
работы, однако также не защищают от вредных веществ с размерами порядка 0,2 мкм. Кроме
того, они требуют довольно сложных систем для регулярной промывки [4]
Для полной стерилизации питьевой воды могут быть использованы аппараты обратного
осмоса [5] Однако, как правило, они очень сложны для эксплуатации в бытовых условиях,
требуют насосов, развивающих давление 50-60 атм, осмотические полимерные мембраны
примерно через полгода выходят из строя, особенно при работе на хлорированный воде.
Известно устройство для очистки воды в бытовых условиях [6] которое работает от
водопроводной сети и состоит из обратно осмотической фильтровальной ячейки, патрона с
ионообменным очистителем, патрона с активированным углем и накопительной емкости.
Производительность 20-40 л/сут обеспечивается полимерной мембраной с высокоразвитой
поверхностью. Промывка мембраны не производится, поэтому также как и в других
устройствах здесь требуется периодическая замена дорогостоящей мембранной ячейки.
Задача, на решение которой было направлено заявленное изобретение, сводилась к
созданию простого и доступного для использования в бытовых условиях устройства, в
котором для очистки питьевой воды было бы возможно использование в течение достаточно
длительного времени фильтра с удерживающей способностью не хуже чем 0,1-0,2 мкм.
Это решается тем, что в качестве основы фильтровальной ячейки используется
керамический фильтрующий элемент с волокнистой керамической мембраной высокой
производительности, а система его подсоединения к трубопроводу и накопительной
емкости обеспечивает регулярную автоматическую промывку и регенерацию мембраны без
каких-либо дополнительных сложных устройств при использовании водопроводной воды на
нужды, не требующие очистки.
Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.
|
Фильтровальная ячейка состоит из цилиндрического корпуса 2, устанавливаемого соосно с
ним с зазором от его внутренней стенки трубчатого фильтрующего керамического элемента
3 с керамической волокнистой мембраной 4 с удерживающей способностью 0,1-0,2 мкм на
внутренней поверхности керамической трубки, сальниковых уплотнений 5, фланцев 6 со
штуцерами или каких-либо других переходных устройств для подсоединения к трубопроводу
и выходного штуцера 8, сообщенного с зазором между фильтрующим элементом и корпусом
ячейки.
Фильтровальная ячейка подключена к трубопроводу между вентилем 1 на входе в помещение
и раздаточным вентилем 7, предназначенными для пользования водой, не требующей очистки.
Выходной штуцер 8 соединен с трубопроводом с накопительным баком 9, в нижней части
которого находится сливной раздаточный вентиль 10, а в крышке воздушно-водяной клапан 11
с сифоном 12, опущенным на глубину, равную 1/5 1/10 высоты бака. При необходимости очистки
воды от органических соединений, хлора и других примесей, улавливаемых сорбентами,
патрон с поглотителем 13 размещается внутри накопительного бака.
|
В устройствах с высокой производительностью в корпусе фильтровальной ячейки
устанавливается одновременно несколько фильтрующих элементов, возможна также
установка фильтрующих элементов в виде многоканальных труб с мембраной на каждом из
внутренних каналов.
В описанном устройстве в начальный момент работы при постоянно открытом вентиле 1,
закрытых вентилях 7 и 10 и пустом баке под действием давления в трубопроводе вода
начинает фильтроваться через мембрану и проницаемые стенки фильтрующего элемента, и
через выходной штуцер 8 и соединительный трубопровод поступает в накопительный бак. По
достижению уровнем воды нижнего обреза сифона столб жидкости в нем запирает воздушный
клапан 11. Давление в баке начинает расти за счет уменьшения объема воздушной подушки
пока не сравняется с давлением в основном трубопроводе между вентилями 1 и 7. Фильтрация
прекращается. При пользовании очищенной водой открывается вентиль 10, уровень в баке
падает, открывается клапан 11, вода сливается вплоть до опорожнения бака. При закрытии
вентиля 10 процесс повторяется.
В описанном устройстве регенерация мембраны происходит автоматически и каждый раз,
когда для пользования неочищенной водой (при мытье рук, посуды и т. п.) открывается
раздаточный вентиль 7. При этом поток воды, проходящий со значительно большей, чем в
режиме фильтрации скоростью по внутреннему каналу фильтрующего элемента, смывает с
поверхности мембраны осадок. Одновременно давление в канале падает и оказывается
существенно ниже установившегося ранее равновесного в накопительном баке и воздушной
подушке в нем. Расширяясь, она вытесняет часть воды из бака, дополнительно промывая
мембрану обратным потоком фильтрата. Достаточное для этой процедуры количество воды
составляет 1/5 1/10 от объема бака, что и определяет указанную выше цифру глубины
погружения сифона. При закрытии вентиля 7 возобновляется прямой процесс фильтрации.
Испытаниями установлено, что применение описанного устройства с волокнистой
керамической мембраной, имеющей удерживающую способность 0,1-0,2 мкм, позволяет
длительное время получать полностью стерилизованную воду, не содержащую также каких-либо
частиц размерами более 0,1-0,2 мкм.
Пример 1
. В фильтровальной ячейке использован фильтрующий элемент в виде корундовой
трубки пористостью около 40% с волокнистой керамической мембраной из нитевидных
кристаллов карбида кремния с удерживающей способностью 0,1-0,2 мкм, пористостью около 90% и
толщиной 40 мкм. Длина фильтрующего элемента 500 мм, внутренний диаметр 6 мм.
Фильтровальная ячейка врезана в трубопровод диаметром 1/2.
В данном устройстве после первоначального резкого падения производительности
мембраны при четырех-шестиразовом в сутки открытии вентиля 7 длительностью от 1/2 до 3
мин, имитирующем бытовую практику, устанавливается стационарная средняя
производительность, равная примерно 2 л/ч. В условиях московского водопровода
указанная цифра не изменяется далее в течение по крайней мере одного гада.
Отфильтрованная вода по данным микробиологических тестов является стерильной и не
содержит частиц размером более 0,1-0,2 мкм. Качество фильтрата с течением времени не
ухудшается.
Пример 2
. В фильтровальной ячейке установлен семиканальный рубчатый элемент с
мембранами, идентичными использованным в примере 1. Ячейка врезана в трубопровод
диаметром 1". Условия испытаний соответствуют примеру 1. Установившаяся средняя
производительность составила примерно 5 л/ч и не изменялась в течение 1 год. Качество
фильтрата соответствовало примеру 1.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ, содержащее
фильтровальную ячейку, накопительную емкость для фильтрата, средства для вывода
концентрата из фильтровальной ячейки и вентиль для отвода фильтрата, отличающееся
тем, что фильтровальная ячейка выполнена состоящей из цилиндрического корпуса,
трубчатого фильтрующего керамического элемента с расположенной на его внутренней
поверхности волокнистой керамической мембраной, установленного с зазором
относительно внутренних стенок корпуса при помощи уплотнений, расположенных вблизи
концов керамической трубки с образованием пространства для сбора фильтрата
соединенного посредством штуцера и трубопровода с накопительной емкостью, при этом
накопительная емкость выполнена герметичной, снабжена сорбентом-накопителем, в ее
нижней части расположен вентиль для отвода фильтрата, на крышке установлен воздушно-водяной
клапан с сифоном, опущенным в емкость на глубину, равную 1/5-1/10 ее высоты, а торец
корпуса фильтровальной ячейки через переходник соединен с водопроводом.
Версия для печати
Дата публикации 23.02.2007гг
вверх
|
