переносной фильтр для очистки питьевой воды

Формула изобретения

1. Переносной фильтр для очистки питьевой воды, содержащий корпус в виде воронки и дренажную решетку с размещенным на ней пакетом фильтрующих элементов, отличающийся тем, что он снабжен средством для уменьшения пористости периферийной части фильтрующих элементов, часть корпуса или дренажной решетки, расположенная под этим средством, выполнена непроницаемой, а фильтрующие элементы выполнены из активированного углеродно-волокнистого материала.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что средство для уменьшения пористости периферийной части фильтрующих элементов выполнено в виде прижимного и упорного фланцев, связанных между собой посредством распорных винтов для создания усилия прижима на пакет, при этом упорный фланец зафиксирован относительно корпуса, а прижимной свободно расположен на пакете.

3. Фильтр по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что усилие прижима F, коэффициент упругости фильтрующего материала К, высота пакета фильтрующих элементов в свободном состоянии h, площадь S и наименьшая ширина сжатой части фильтрующих элементов связаны соотношением d h (1 KF/S).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкостей фильтрованием и может быть использовано для доочистки питьевой воды в бытовых условиях, а также для очистки воды из природных источников от широкого класса естественных и техногенных загрязнителей (железа, марганца, цинка и других ионов тяжелых металлов, радионуклидов, следов фенола, нефтепродуктов, ПАВ, фтора, хлора и их органических соединений, пестицидов и др.).

Известны различные типы фильтров для очистки воды в бытовых условиях. Так, например, известен водоочиститель, использующий пакет фильтрующих элементов, представляющих собой слои диоксида кремния, активированного угля и кораллового песка с покрытием на основе нитрата серебра. Над пакетом сформирована емкость для исходной воды, а на внешней поверхности емкости выполнен кольцевой выступ, поддерживающий съемную крышку /Заявка Японии N 63-36810, B 01 D 23/10, 35/02, C 02 F 1/28, 1/68, 1988 /. Фильтр предназначен для очистки воды от ряда органических и неорганических загрязнений, однако качество очистки невысокое за счет проявления "пристеночного" эффекта, результатом которого является проскок неочищенной воды через периферийную часть фильтра, и "туннельного" эффекта (образование каналов прохождения воды между частицами или гранулами сорбента), результатом которого является проскок неочищенной воды через рабочую зону фильтра.

Наиболее близким аналогом является фильтр, описанный в заявке ФРГ N 3207511 C 02 F 1/00, 1/42, B 01 D 23/28, 1983. Этот фильтр предназначен для очистки питьевой воды и содержит корпус в виде воронки, выполненной из упругой ткани или трикотажного материала, дренажную решетку и пакет фильтрующих элементов, представленных активированным углом и ионообменной смолой. Фильтр погружен в кружку для сбора очищенной воды. Данный водоочиститель имеет те же недостатки, что и предыдущий, т.к. не предусматривает какого-либо приема для устранения "пристеночного" и "туннельного" эффектов.

Задачей изобретения является повышение качества очистки за счет гарантированного устранения влияния "пристеночного" и "туннельного" эффектов и за счет использования углеродно-волокнистого материала с высоким сорбционными характеристиками, а также увеличение реального ресурса работы фильтра за счет применения фильтрующего материала с механической прочностью, позволяющей осуществлять многократную регенерацию, в том числе в домашних условиях.

Предложенный переносной фильтр содержит (см.чертеж) корпус 1, выполненный в виде воронки, дренажную сетку или решетку 2, расположенный на ней пакет фильтрующих элементов 3, а также снабжен средством для снижения пористости периферийной части фильтрующих элементов. Часть корпуса 4 (или часть дренажной решетки), расположенная под этим средством, выполнена непроницаемой для воды.

Средство выполнено в виде прижимного 5 и упорного 6 фланцев, связанных между собой распорными винтами 7. Упорный фланец 6 зафиксирован относительно корпуса 1, например, с помощью штифтов 8. Распорные винты 7 ввернуты в резьбовые отверстия упорного фланца 6 и создают усилие прижима F прижимного фланца 5 на периферийную часть пакета фильтрующих элементов 3.

В качестве материала фильтрующих элементов в фильтре могут быть использованы различные активированные углеродно-волокнистые материалы, например по европейской заявке N 149187 D 01 F 9/23. В конкретном примере выполнения использовался нетканый углеродно-волокнистый материал, изготовленный из ПАНа (полиакрилнитрил). Толщина слоя материала 2 3 мм, величина удельной поверхности около 400 кв. м/г. Количество фильтрующих элементов в пакете (количество слоев) 5.

Экспериментально установлено, что условием, обеспечивающим устранение действия "пристеночного" эффекта, является выполнение следующего соотношения между наименьшей шириной d (мм) сжатой периферийной части фильтрующих элементов, высотой пакета фильтрующих элементов в свободном состоянии h (мм), площадью сжатой части элементов S (м²). Коэффициентом упругости материала фильтрующих элементов К (м/н²) и усилием прижима F (н):



Корпус фильтра, дренажная решетка и фланцы изготовлены из нержавеющей стали, распорные винты из латуни. К корпусу может быть прикреплена ручка с отверстием для крепления фильтра к стене.

Фильтр работает следующим образом.

Воду из водопровода или из природного источника заливают в корпус 1 с пакетом фильтрующих элементов 3. Проходя через пакет фильтрующих элементов вода очищается от механических и растворенных примесей. При этом за счет увеличения гидродинамического сопротивления периферийной части фильтрующих элементов в результате ее сжатия с помощью прижимного 5 и упорного 6 фланцев время прохождения очищаемой воды, находящейся в пристеночном пространстве, больше, чем в центральной части пакета, где фильтрующие элементы находятся в свободном состоянии. В результате этого вода в периферийной части фильтра находится в контакте с фильтрующим материалом дольше и степень ее очистки оказывается выше, чем в центральной части фильтра.

Таким образом, вредное влияние "пристеночного" эффекта, т.е. просачивание неочищенной воды по стенкам корпуса, полностью исключается.

Проявление "туннельного" эффекта в предложенном фильтре исключается за счет использования в качестве фильтрующего материала активированного углеродно-волокнистого материала (типа войлок), в котором активированные углеродные нити образуют единую пространственную фильтрующую сорбционную среду, а не набор отдельных, не связанных между собой частиц (гранул).

Упругие свойства активированного углеродно-волокнистого материала обеспечивают уменьшение пористости периферийной части фильтрующих элементов при воздействии на нее внешней нагрузки.

Очищенная вода собирается в любой подходящий сосуд, который размещается под фильтром.

Эффективность работы фильтра иллюстрируют данные по очистке воды, представленные в таблице.

Исследования эффективности очистки воды заявленным фильтром проводились на базе Рублевской водоочистной станции. В качестве исходной воды использовалась речная и водопроводная вода. Эффективность очистки определялась после 3 5 дневной работы фильтра.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Фильтр обеспечивает значительное улучшение органолептических показателей воды очищенная вода практически не имеет посторонних запахов и привкусов, заметно снижается мутность и цветность воды.

2. Фильтр достаточно эффективно производит очистку воды от ряда токсичных химических соединений концентрации растворенных нефтепродуктов снижаются в 2 4 раза, фосфорорганических пестицидов в 4 7,5 раза, нитритов в 2 раза, хлорорганики до 3-х раз, содержание ионов ряда тяжелых металлов (железа, марганца, цинка, меди и др.) уменьшается в 1,5 2 раза.

3. Одновременно практически не изменяется исходный солевой состав воды по ионам щелочных металлов (литий, калий, натрий) и ионам кальция и магния, определяющим показатель жесткости (щелочности) воды: слабо изменяется также и водородный показатель (показатель кислотности воды).

4. Фильтр обеспечивает эффективную очистку воды от микроорганизмов ни в одной из проведенных микробиологических экспертиз очищенной речной воды (исходный коли-индекс более 10 000) не обнаружено концентраций микроорганизмов, превышающих нормативные значения.

5. В очищенной воде не выявлено каких-либо новых химических веществ, изначально не присутствующих в исходной воде.

6. Не обнаружено заметного изменения характеристик фильтра после 3 и 5 дней его работы.

Регенерацию фильтра производят следующим образом.

Отработанные углеволоконные фильтрующие элементы прокаливают в духовом шкафу при 200 -250 ^o в течение 4 ч. Просушенные пластины 3 4 раза кипятят в дистиллированной (или очищенной через фильтр) воде на медленном огне в течение 30 мин, каждый раз меняя воду. Затем фильтрующие элементы просушивают в духовом шкафу и охлаждают.

Замену фильтрующих элементов производят при появлении в отфильтрованной воде посторонних запахов или привкусов.