ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/18 B01D24/04 

Техническое решение относится к получению доброкачественной питьевой воды, а именно к фильтру для доочистки, водопроводной воды или воды, взятой из других источников, и может быть использовано в таких областях техники, как микроэлектроника, фармацевтика, медицина, пищевая промышленность.

Питьевая вода, поступающая потребителю, несмотря на постоянное совершенствование технологии водоочистки на городских водопроводных станциях, содержит ряд вредных для здоровья человека примесей. Это, например, нефтепродукты, ПАВ, химические соединения, образующиеся при контакте воды с внутренней поверхностью трубопроводов, такие, как коллоидные мелкодисперсные частицы железа, свинца, меди, магния и др. металлов. Одновременно вода, подвергаемая на станциях водоочистки хлорированию, содержит хлорзамещенные углеводороды, которые относятся к группе канцерогенных соединений.

Таким образом, питьевая водопроводная вода требует перед употреблением дополнительной очистки.

Известен фильтр для доочистки водопроводной воды, состоящий из бумажного префильтра (5 мкм), складчатого бумажного фильтра, включающего частицы активированного угля и керамического фильтра (0,5 мкм). При этом бумажный префильтр отделяет крупные частицы примесей, складчатый бумажный фильтр с частицами активированного угля служит для очистки от хлора и его производных, а расположенный последним по ходу воды керамический фильтр осуществляет бактерицидную очистку воды [1]
Такой фильтр не эффективен для задержания коллоидных мелкодисперсных частиц металлов, поскольку бумажный префильтр забивается этими частицами и ограничивает пропускную способность фильтра.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является фильтр для двухстадийной очистки водопроводной воды, содержащий диатомитовую землю, расположенную между двумя сетчатыми рукавами и поддерживаемую двумя слоями волокнистого материала (полипропиленовые волокна), которая осуществляет первую стадию очистки, т.е. воду от мелкодисперсных частиц, ржавчины. Вторая стадия очистки от хлора, хлорпроизводных осуществляется частицами активированного угля, помещенного в специальную оболочку с отверстиями для прохождения воды. На выходе воды имеется войлок для предотвращения потери угля [2]
При работе фильтра частицы диатомитовой земли имеют тенденцию к набуханию и слеживанию вследствие большой пористости и адсорбционной способности, что ведет к образованию проходов для воды и понижению эффективности работы фильтра. С другой стороны, по этой же причине скорость прохождения воды через фильтр быстро падает, что уменьшает пропускную способность (ресурс) фильтра.

Кроме того, специфика зернистого материала диатомитовой земли и частиц активированного угля требует поддерживающих конструкций и средств для улавливания частиц на выходе из фильтра, что усложняет его конструкцию.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в том, чтобы изготовить фильтр простой конструкции, состоящий из префильтра и углеродсодержащего материала, эффективный для удаления из воды таких примесей, как мелкодисперсные коллоидные частицы металлов, ПАВ, нефтепродукты или галогены и галогенсодержащие соединения при увеличении пропускной способности фильтра.

На чертеже схематично изображен фильтр для очистки воды.

Фильтр состоит из корпуса 1, расположенного в нем префильтра 2, выполненного из волокнистого керамического материала с плотностью 0,10-0,50 г/см³, пористостью 77,0-95,5% объемных и размером пор 5,0-30,0 мкм и последовательно расположенного за ним слоя 3 из активированного углеродного войлока с удельной поверхностью не более 2000 м²/г и соотношением макро-, мезо- и микропор, составляющем 1,0:0,3-0,6:1,0-2,0. Слой расположен на поддерживающей сетке 4.

Фильтр работает следующим образом.

Загрязненная вода поступает на префильтр 2, предварительно очищается, затем проходит через следующий слой 3 и окончательно очищенная поступает потребителю.

Оптимальность количественных признаков была определена экспериментально следующим образом.

П р и м е р 1. Воду с исходной загрязненностью галогенсодержащими (ГГС) 1200 мкг/л, ПАВ 15,0 мг/л, нефтепродуктами 3,0 мг/л, тяжелыми металлами Fe 2,50 мг/л 0,20 мг/л (90% металлов находится в составе коллоидных частиц пропускали через префильтр 2, представляющий собой ультравысокопористый волокнистый керамический материал (УВКМ), волокна которого на 99,9% состоят из SiO₂.

Плотность 0,50 г/см²
Пористость 77%
Средний размер пор 5 мкм. Затем воду пропускали через активированный углеродный войлок (АУВ) с удельной поверхностью 1000 м²/г, соотношением макро-, мезо- и микропор 1:0,3:1.

При этом объемное соотношение УВКМ и АУВ составляло 1:1, а 50 мм, h₁ 20 мм, h₂ 20 мм.

Пропускная способность фильтра 50 л, начальная скорость прохождения воды 5000 мл/мин при Р 1 атм.

Для излучения качества воды использовали следующие методики испытаний:
1. Плазменно-спектрометрический метод и атомно-адсорбционный для определения в воде ионов тяжелых металлов.

2. Метод по ГОСТ 4386-81 для определения фтора и метод по ГОСТ 18 190-72 для определения остаточного хлора.

3. Метод, изложенный в "Справочнике по свойствам, методам анализа и очистки воды" под редакцией А.А.Кульского, Наукова думка, 1980, ч.1, 2 для определения нефтепродуктов и ПАВ.

Показатели качества очищенной воды представлены в таблице.

П р и м е р 2. Плотность УВКМ 0,1 г/см³, пористость 95,5% средний размер пор 30 мкм.

Удельная поверхность АУВ 2000 м²/г, соотношение макро-, мезо- и микропор 1:0,6:2, объемное соотношение УВКМ и АУВ составляет 1:3.

При этом а 50 мм, h₁ 20 мм, h₂ 60 мм. Пропускная способность фильтра 800 л, начальная скорость прохождения воды 150000 мл/мин.

П р и м е р 3. Плотность УВКМ 0,20 г/см³, пористость 91% средний размер пор 12 мкм.

Удельная поверхность АУВ 1750 м²/г, соотношение макро-, мезо- и микропор 1:0,4:1,5.

Объемное соотношение УВКМ и АУВ составляет 1:2, при этом а 50 мм, h₁ 20 мм, h₂ 40 мм.

Пропускная способность фильтра 200 л, скорость прохождения воды 47000 мл/мин.

Приведенные результаты экспериментов показывают, что предлагаемый фильтр позволяет очистить воду от таких примесей, как мелкодисперсные коллоидные частицы металлов, ПАВ, нефтепродукты, галогены и галогенсодержащие соединения до количеств, меньших предельно допустимых концентраций при высокой исходной загрязненности воды. При этом фильтр имеет высокую пропускную способность, простую конструкцию и малые габариты. Эффективное удаление коллоидных частиц также способствует бактериологической очистке воды.

Сущность изобретения: фильтр состоит из префильтра, выполненного из волокнистого керамического материала с плотностью 0,10-0,50 г/см³, пористостью - 77-95,5%, и размером пор 5-30 мкм, и активированного углеродного войлока с удельной поверхностью не более 2000 м²/г и соотношением макро-, мезо- и микропор, равным 1:0,3:1-1:0,6:2, при этом объемное соотношение префильтра и углесодержащего материала равно (1:1)-(1:3). 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ, содержащий префильтр и слой углеродсодержащего фильтрующего материала, отличающийся тем, что префильтр выполнен из волокнистого керамического материала с плотностью 0,10 0,50 г/см³, пористостью 77,0 95,5 об. и размером пор 5,0 30,0 мкм, а слой углеродсодержащего материала из активированного углеродного войлока с удельной поверхностью не более 2000 м²/г и соотношением макро-, мезо- и микропор, составляющим 1,0 0,3 0,6 1,0 2,0. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что объемное соотношение волокнистого керамического материала и активированного углеродного войлока выполнено составляющим 1,0 1,0 3,0.