ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК B01D27/02 B01D35/24 

Изобретение относится к фильтрованию, а именно к жидкостным патронным фильтрам, предназначенным для очистки воды в хозяйственно-питьевом водоснабжении.

Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус, фильтрующий элемент, в виде пористого каркаса, заполненного гранулированной фильтрующей загрузкой, отводящий и подводящий патрубки, расположенные соответственно в верхней и нижней частях корпуса, каркас выполнен из соединенных большим и меньшими основаниями усеченных конусов. При этом соотношение диаметров гранул, из которых выполнен каркас, и гранул загрузки составляет (1-1.5):2 /А.С. СССР 1139469, кл. В 01 D 27/02, 1985/.

Недостатком фильтра для очистки является низкое качество очистки жидкости и регенерации фильтра вследствие загрузки в стесненных условиях усеченных конусов, соединенных большими и меньшими основаниями, и невозможности ее перемещения вдоль фильтрующего элемента, особенно в местах соединения больших оснований усеченных конусов, где загрузка неподвижна, а поток очищаемой жидкости проходит по центру фильтра. К тому же псевдоожижение эффективно только в слое частиц, лежащих на решетке, причем загрузка расположена только с одной стороны фильтрующего элемента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является патронный фильтр, содержащий корпус, разделенный горизонтальной перегородкой с отверстиями на камеру исходной жидкости и камеру фильтрата. Вертикальные фильтрующие элементы с зернистой загрузкой, расположенные коаксиально в камере фильтрата, и патрубки подачи исходной и промывной жидкости и отбора фильтрата и промывной жидкости, гильзы, верхние кромки которых соединены с фильтрующими элементами, а нижние закреплены в отверстиях перегородки. При этом объем зернистой загрузки составляет 1/4-1/3 объема фильтрующего элемента /А.С. СССР 1080832, кл. В 01 D 27/00, 1984/.

Недостатком этого устройства является низкое качество очистки жидкости и сложность регенерации фильтрующих элементов и зернистой загрузки вследствие того, что удельный вес ее меньше веса жидкости, невелика скорость перемещения вдоль поверхности фильтрующего элемента, формы (шары) загрузки и природы материала загрузки (полимеры), объем загрузки сравнительно невелик, и она расположена только с одной стороны фильтрующих элементов. Данный фильтр имеет достаточно сложное конструктивное исполнение.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании конструкции патронного фильтра, обеспечивающего повышение качества очистки жидкости и эффективности регенерации фильтра.

Техническим результатом является повышение качества очистки и эффективности регенерации фильтра.

Технический результат достигается тем, что в патронном фильтре для очистки воды, содержащем цилиндрический корпус, разделенный горизонтальной перегородкой с отверстиями на камеру исходной жидкости и камеру фильтрата, коаксиально расположенный фильтрующий элемент, зернистую загрузку и патрубки для подвода и отвода воды. Фильтрующий элемент и зернистая загрузка выполнены из спеченного нержавеющего металлического порошка с размером пор не более 40 мкм, причем зернистая загрузка расположена с обеих сторон фильтрующего элемента на половину его высоты.

Фильтрующий элемент и зернистая загрузка выполнены из спеченного титанового порошка. Достигаемая эффективность очистки воды в заявляемом решении связана с химическими и физическими факторами, вытекающими из природы и свойств материала фильтрующего элемента и загрузки. К химическим факторам относится высокая восстанавливающая способность титана. Окислительно-восстановительный потенциал (Е) пары Ti/Ti²⁺ составляет Е=-1,628, для Fe/Fe²⁺ соответственно Е= -0,44. В результате в гетерофазной системе Ti/Ti²⁺ II Fe/Fe²⁺ протекают окислительно-восстановительные реакции:
-Ti-->Ti²⁺+2е
+Fe²⁺+2e-->Fe
Fe+2H₂O-->Fe(OH)₂
Fe(OH)₂-->Fe+H₂O
и далее при условии рН≥7.

Наряду с этим протекает известный процесс окисления двухвалентного железа кислородом воздуха с образованием феррогидрита:
2,5Fe₂O₃•4,5Н₂O
К физическим факторам относятся интенсификация процессов окисления за счет высокоразвитой поверхности пористого титанового фильтрационного материала, а также задерживающая способность последнего, обусловленная малым размером пор не более 40 мкм. Малый размер пор определяет также задерживающую способность фильтрующего материала по отношению к микроорганизмам, переносимым взвешенными в воде микропримесями. Вышеизложенное принципиально отличает фильтрующий элемент и зернистые загрузки из спеченных нержавеющих металлических порошков, обладающие высокой коагулирующей и восстановительной способностью от другой какой-либо загрузки (полимерной) и фильтрующего элемента.

Зернистая загрузка расположена с обеих сторон фильтрующего элемента на половину его высоты, что при регенерации фильтра, заключающейся в интенсивном встряхивании, приводящем к разрушению слоя загрузки, позволяет зернистой загрузке при возвратно-поступательном движении после встряхивания пройти максимальный путь вдоль стенки при максимальной для данного случая удельной поверхности загрузки, увлекая за собой загрязнения, прилипшие к поверхности фильтрующего элемента, что повышает эффективность регенерации фильтра.

Эффективность заявляемого решения определяется совокупностью указанных факторов, связанных с природой и свойствами фильтрующего материала, размерами пор не более 40 мкм, высотой загрузки, расположением загрузки с обеих сторон фильтрующего элемента, простотой конструкции и простотой регенерации. Экспериментальные данные, полученные на опытном образце с фильтрующим элементом из спеченного титанового порошка показывают, что при фильтровании через поверхность цилиндрического фильтрующего элемента с размером пор 5-8 мкм содержание железа уменьшается в 2-3 раза. Таким образом, предлагаемое решение позволяет повысить качество очистки воды, эффективность регенерации, упростить процесс очистки. Фильтрующий элемент и зернистая загрузка обладают практически неограниченным сроком эксплуатации. Патронный фильтр для очистки воды отличается простотой конструкции, монтажа, эксплуатации и регенерации.

На фиг. 1 изображен патронный фильтр для очистки воды, вертикальный разрез, на фиг.2 - разрез по А-А.

Патронный фильтр для очистки воды содержит цилиндрический корпус 1, разделенный горизонтальной перегородкой 2 с отверстиями 3 на камеру 4 исходной воды и камеру 5 очищенной воды, коаксиально расположенный фильтрующий элемент 6, а также верхнюю 7 и нижнюю 8 крышки, патрубки для подвода 9 и отвода воды 10. Фильтрующий элемент 6 и зернистая загрузка 11 изготовлены из нержавеющего спеченного металлического порошка, например из титанового порошка, причем зернистая загрузка расположена с обеих сторон фильтрующего элемента 6 на половину его высоты. Минимальный размер зерен загрузки превышает размеры ячеек сеток 12, 13, препятствующих выносу загрузки из камер 4, 5. Размер пор фильтрующего элемента не превышает 40 мкм.

Патронный фильтр работает следующим образом. Исходная вода под давлением подается через патрубок 9 в крышке 7, поступает в камеру 4, проходит через загрузку 11, расположенную в камере 4, и фильтрующий элемент 6. Полученный фильтрат проходит через фильтрующую загрузку 11, расположенную между фильтрующим элементом 6 и корпусом 1. При движении воды через фильтрующий элемент 6 и зернистую загрузку 11 она очищается от окисла железа, микроорганизмов. Очищенная вода через отверстия 3 в горизонтальной перегородке 2 поступает в камеру 5 очищенной воды и через патрубок 10 в нижней крышке 8 направляется для потребления. По мере загрязнения фильтра он подвергается регенерации. Для этого необходимо закрыть патрубок 10 в крышке 8, заполнить фильтр водой, отсоединить его от водопроводного крана, закрыть патрубок 9 в крышке 7, перевернуть и вытряхнуть. При этом зернистая загрузка 11 освободится от загрязнений, придет в движение вдоль фильтрующего элемента 6, увлекая за собой загрязнения, отложившиеся на его стенках. Эти операции повторяются несколько раз. Затем выходной патрубок 10 в крышке 8 подсоединяется к водопроводному крану, подается вода и фильтр промывается в обратном направлении. Поскольку окислы железа окрашивают воду, сигналом для потребления должно стать начало поступления прозрачной воды. Перечисленные циклы фильтрования и регенерации повторяются по мере загрязнения. Причем фильтр может работать и регенерироваться как в прямом, так и в обратном направлениях.

Изобретение предназначено для очистки воды фильтрованием в хозяйственно-бытовом водоснабжении. Патронный фильтр для очистки воды содержит цилиндрический корпус, разделенный горизонтальной перегородкой с отверстиями на камеру исходной жидкости и камеру фильтрата, коаксиально расположенный фильтрующий элемент, зернистую загрузку и патрубки для подвода и отвода воды. Фильтрующий элемент и зернистая загрузка в ней выполнены из спеченного нержавеющего металлического порошка с размером пор не более 40 мкм, причем зернистая загрузка расположена с обеих сторон фильтрующего элемента на половину его высоты. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки воды и регенерации фильтра. 2 ил.

Патронный фильтр для очистки воды, содержащий цилиндрический корпус, разделенный горизонтальной перегородкой с отверстиями на камеру исходной жидкости и камеру фильтрата, коаксиально расположенный фильтрующий элемент, зернистую загрузку и патрубки для подвода и отвода воды, отличающийся тем, что фильтрующий элемент и зернистая загрузка выполнены из спеченного нержавеющего металлического порошка с размером пор не более 40 мкм, причем зернистая загрузка расположена с обеих сторон фильтрующего элемента на половину его высоты.