ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ ПАТРОН ДЛЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B01D39/04 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству формованных изделий, которые могут быть использованы для очистки питьевой воды в системе городского водоснабжения индивидуальных потребителей, а также в индивидуальных средствах получения питьевой воды из поверхностных источников для туристов, геологов, рыболовов, охотников и т.д. после предварительного обеззараживания воды действием хлорсодержащих реагентов.

Наиболее близким к заявляемому по своим свойствам является фильтровальный элемент для тонкой очистки вязких технологических сред, изготовленный в виде толстостенного цилиндра из волокнистой композиции, содержащей коротковолокнистую хлопковую целлюлозу и стекловолокно и пропитанный связующим. Элементы отличаются высокими эксплуатационными характеристиками: производительностью, пропускной способностью, ресурсом, высокой эффективностью очистки от механических примесей.

Недостаток известных фильтровальных элементов отсутствие сорбционных свойств, ограничивающее область их использования. Кроме того, они не могут быть использованы для очистки пищевых жидкостей, в том числе питьевой воды, из-за содержания в их составе до 50% связующих на основе фенола и формальдегида.

Цель изобретения придание фильтровальным элементам сорбционных свойств, повышение качества очистки воды, обеспечение высокой пропускной способности и ресурса работу. Поставленная цель достигается тем, что композиция для изготовления фильтровальных патронов, включающая коротковолокнистую хлопковую целлюлозу, стекловолокно и связующее, дополнительно содержит древесную беленую целлюлозу, активный уголь, а в качестве связующего меламиноформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас. Коротковолокнистая хлопковая целлюлоза 40-60 Древесная беленая целлюлоза 14-20 Активный уголь 20-30 Стекловолокно 3-5 Меламиноформаль- дегидная смола 3-5
Меламиноформальдегидную смолу перед составлением композиции осаждают предварительно на хлопковой целлюлозе и стекловолокне, а активный уголь смешивают с древесной целлюлозой, готовый фильтровальный элемент покрывают 10% -ным раствором латекса ВХВД-65 "В" до содержания латекса 17± 3% от массы патрона.

Наличие в составе активного угля и стекловолокна позволяет очистить воду от мельчайших частичек коллоидной мути, а также удалить присутствующие в ней красящие и пахнущие вещества, в том числе хлор, используемый чаще всего для обеззараживания воды. В результате вода, пропущенная через предлагаемый патрон, имеет благоприятные органолептические свойства, безвредна по химическому составу и пригодна для питья. Перед подготовкой композиции активный уголь предварительно смешивали с древесной целлюлозой в ролле. При перемешивании активного угля с волокном происходит втирание его в волокно, в результате чего образуется однородная углеволокнистая суспензия и сокращаются тем самым потери сорбента.

Существующие способы применения меламиноформальдегидной смолы, т.е. введение ее перед отливом в готовую композицию, позволяют получить прочные во влажном состоянии фильтроэлементы, но при этом осаждение смолы происходит в основном на сорбенте, в результате чего сокращается его удельная поверхность, поры закупориваются частичками смолы и резко снижается сорбционная емкость активного угля. Предварительное осаждение смолы на волокнах позволяет исключить ее отрицательное влияние на сорбционные свойства угля.

В табл. 1 приведены примеры, иллюстрирующие влияние способа введения смолы на сорбционные свойства фильтровальных патронов.

Известно использование в качестве связующего латекса сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом марки ВХВД-65 В. Способ введения связующего по аналогии с известным фильтровальным элементом, а именно путем прососа раствора связующего через всю толщину стенки элемента, не пригоден при получении сорбирующих патронов, так как связующее блокирует активные центры сорбента. Предлагается для сохранения высокой сорбционной способности патрона, обеспечения требуемой механической прочности и длительного ресурса работы латекс наносить на наружную поверхность и внутренний канал фильтрпатрона. Оптимальная рабочая концентрация 10% Общий привес латекса, нанесенного на поверхность фильтровального патрона, составляет 17 ± 3%
Использование латекса с концентрацией менее 10% при сохранении требуемого содержания связующего в поверхностном слое приводит к значительному увлажнению патрона, проникновению латекса на большую глубину, что приводит к увеличению времени сушки и снижению сорбционной емкости патрона. При концентрации более 10% дисперсия становится более склонной к пенообразованию, вследствие чего ухудшается однородность поверхностного покрытия, повышается расход латекса. Наблюдается увеличение аэродинамического сопротивления у готового изделия.

При содержании в поверхностном слое латекса менее 14% механическая прочность недостаточна и в процессе эксплуатации происходит деформация патрона, в результате чего сокращается ресурс работы и ухудшается качество очистки. Увеличивать содержание латекса свыше 20% нецелесообразно, т.к. это приводит к возрастанию аэродинамического сопротивления, уменьшению скорости фильтрации, ухудшению сорбционных свойств.

Образцы фильтрующе-сорбирующих патронов были изготовлены в условиях опытно-промышленного производства по режиму, включающему следующие основные операции: подготовку сорбента; приготовление рабочего раствора МФС; подготовку волокнистых компонентов; осаждение МФС на волокне; приготовление композиции; формование; сушку; механическую обработку; нанесение связующего; термоотверждение связующего.

Подготовка сорбента, например активного угля БАУ-А, заключалась в его измельчении в шаровой мельнице до определенного дисперсного состава, который косвенно характеризовался насыпным весом. Для размолотого угля насыпной вес составлял 0,36-0,37 г/см³.

Рабочий раствор МФС готовили следующим образом. Предварительно измельченную смолу при интенсивном перемешивании растворяли в подогретом до температуры 35-40^оС 1,7%-ном растворе соляной кислоты. Полученный раствор выдерживали для созревания смолы в течение 12-15 ч, после чего использовали при составлении композиции.

Подготовку волокнистых компонентов производили в ролле. Коротковолокнистую хлопковую целлюлозу марки А по ТУ 84-301-48-85 и древесную целлюлозу распускали раздельно при концентрации 1,5-2,0% до состояния однородной волокнистой суспензии. Стекловолокно марки М 20 МТВ 0,40 по ТУ 6-11-483-79 размалывали в ролле при концентрации 0,6-0,8% и рН 4,5-5,0, достигаемом за счет введения в ролл концентрированной серной кислоты, до средневзвешенной длины волокна 100-120 дг.

Половину от требуемого количества меламиноформальдегидной смолы вводили в суспензию из размолотого стекловолокна и перемешивали в течение 7-10 мин. Оставшуюся часть вводили в ролл с распущенной хлопковой целлюлозой, предварительно создав за счет введения серной кислоты благоприятную среду для осаждения смолы, а именно рН 4,0-4,5. Время, необходимое для осаждения смолы, составляло 7-10 мин.

Композицию готовили в продольном мешальном бассейне, куда вначале выпускали из роллов хлопковую целлюлозу и стекловолокно с осажденной на этих волокнах МФС, а затем активный уголь, предварительно смешанный в ролле с распущенной древесной целлюлозой. После перемешивания в течение 15-20 мин массу подавали в ванну аппарата формования. Формование патронов осуществляли при концентрации массы 1,8-2,0% на перфорированных оправках под действием вакуума. Величина вакуума (0,42-0,45) кгс/см², время формования 45-50 с. Излишки массы обрезались гидроножом, после чего сформованные заготовки сушили путем продувки их горячим воздухом с температурой 180-200^оС. Затем на специальном устройстве производили зачистку наружной поверхности до диаметра (68 ± 2) мм и обрезку торцов с помощью пил до длины (248 ± 2) мм.

Далее производили нанесение связующего на наружную поверхность, включая и торцы патрона, и внутренний канал. В качестве связующего использовали, как указывалось выше, водную дисперсию латекса ВХВД-65 "В", предварительно разбавленную водой до концентрации 10% Нанесение латекса на наружную поверхность производили с помощью валкового устройства, а на внутренний канал распылением рабочей дисперсии с помощью форсунки, перемещающейся равномерно вдоль канала. Количество наносимого латекса регулировали скоростью подъема форсунки и давлением воздуха, обеспечивающим подачу распыленной дисперсии на патрон. По окончании нанесения связующего фильтрующие элементы помещали в сушильную камеру для термоотверждения, осуществляемого при температуре 105-115^оС. Готовые элементы подвергали испытаниям, результаты которых представлены в табл. 2.

Сравнивая показатели качества образцов фильтровальных патронов, можно отметить, что у образцов предлагаемого состава (варианты 1-3) сорбционная способность по красителю в 1,6-2,9 раза, а по активному хлору за ресурс работы в среднем в 4 раза выше, чем у известного. Это объясняется не только наличием сорбента в составе фильтровального патрона, но и разными способами нанесения связующего на него. Сорбционная способность известного фильтровального элемента вызвана частичным механическим отфильтровыванием красителя. Предлагаемые фильтровальные патроны обладают также высокой эффективностью фильтрации механических загрязнений, коэффициент отфильтровывания по каолину у них в 1,5-1,6 раза выше, чем у известного. Пропускная способность и ресурс работы предлагаемых патронов вполне достаточны для удовлетворения потребностей в питьевой воде индивидуальных потребителей.

На примере образцов вариантов 4-5 можно отметить, что снижение содержания связующего в фильтровальных патронах ниже 14% приводит к снижению ресурса работы из-за деформации патрона, а увеличение содержания латекса более 20% к снижению пропускной способности и сорбционной способности патрона.

Использование: для очистки питьевой воды. Сущность изобретения: композиция для изготовления патронов включает хлопковую и древесную целлюлозу, стекловолокно, активный уголь и меламиноформальдегидную смолу. В массу вводят связующее, а поверхность патрона покрывают латексом. 2 с. п. ф-лы, 2 табл.

1. Фильтровальный патрон для питьевой воды на основе хлопковой целлюлозы и стекловолокна, отличающийся тем, что, с целью придания сорбционных свойств, повышения качества очистки, обеспечения высокой пропускной способности и ресурса работы, он дополнительно содержит активный уголь, древесную беленую целлюлозу и меламиноформальдегидную смолу при следующем содержании компонентов, мас.

Хлопковая коротковолокнистая целлюлоза 40 60
Древесная беленая целлюлоза 14 20
Активный уголь 20 30
Стекловолокно 3 5
Меламиноформльдегидная смола 3 5
2. Способ изготовления фильтровального патрона для питьевой воды, включающий размол компонентов, приготовление композиции, вакуумное формование патрона, его сушку, последующую механическую обработку и термообработку, отличающийся тем, что, с целью сохранения сорбционной способности активного угля, меламиноформальдегидную смолу предварительно осаждают на хлопковой целлюлозе и стекловолокне, активный уголь смешивают с древесной целлюлозой, а на наружную поверхность и внутренний канал патрона наносят латекс в виде 10%-ной дисперсии в количестве 17 ± 3% от массы патрона.