УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2012 года по МПК C02F1/28 B01D63/00 

Изобретение относится к системам очистки и обеззараживания воды, включая использование этого устройства в локальных системах подготовки питьевой воды из воды муниципальных систем водоснабжения.

В настоящее время мембранные фильтры, имеющие размеры пор на наружной оболочке, соизмеримые с размерами бактерий и даже вирусов, находят все большее применение при приготовлении питьевой воды и в производстве различных продуктов.

Известно (Фильтры для городского водопровода. / Идеи вашего дома. (http://ad.adriver.ru), что ячейки размером 0,2-0,3 мкм позволяют очистить воду от остаточного хлора и хлорорганики, растворенной органики (в том числе нефтепродуктов), двух- и трехвалентного железа, алюминия и на 100% очищает воду от любых бактерий и патогенных бактериальных агентов, а также значительно снижают концентрацию пестицидов и тяжелых металлов.

При этом керамические мембранные фильтры (КМФ), по данным фирмы Daulton, занимают до 70% мирового рынка.

Преимуществами керамических мембранных фильтров по сравнению с полимерными являются:

- высокая механическая прочность рабочей поверхности керамической основы фильтрующего элемента к воздействию абразивных частиц и бактерий;

- отсутствие сменных картриджей (подключение по схеме самоочистки);

- высокая химическая устойчивость рабочей поверхности керамической основы фильтрующего элемента к химически агрессивным жидкостям, практически при любых значениях pH среды, а также в различных растворителях;

- возможность работы при высоких температурах;

- возможность регенерации обратным потоком фильтрата (жидкости), сжатым воздухом.

Одной из важнейших проблем, связанных с эксплуатацией керамических мембранных фильтров, является восстановление их фильтрационной способности, что обеспечивается, обычно, обратной промывкой фильтров. Для промывки КМФ используются солевые или щелочные растворы. Но использование этих растворов значительно усложняет технологический процесс восстановления (регенерации) фильтрующей способности фильтров. Также трудно автоматизировать процесс управления таким способом регенерации.

Известны различные способы восстановления фильтрующей способности фильтров, описанные в патентах.

Например, в патенте РФ №2383383 описан фильтр, в котором для восстановления фильтрующей способности предложено использовать чистящие элементы, закрепленные внутри корпуса и перемещаемые вдоль мембран с помощью ручек. Использование такого механического способа очистки фильтра возможно только в бытовых фильтрах небольшого размера, при этом очистке подвергается лишь одна сторона мембраны, тогда как обратная сторона остается загрязненной.

В патенте РФ №2167695 описан фильтр, в котором предусмотрено наличие дополнительных патрубков для подачи воды или специального раствора для восстановления фильтрующей способности фильтра. Таким образом, в фильтре имеется система регенерации фильтра, которая обеспечивает процесс обратной его промывки. Однако такой фильтр не может быть быстро восстановлен и система его регенерации плохо управляемая, что не позволяет автоматизировать режимы его функционирования.

В патенте РФ №2179061 описаны способ и устройство для мембранной фильтрации.

В предложенных вариантах способа фильтрация ведется из потока раствора, перпендикулярного направлению транспорта, на жестких полупроницаемых керамических мембранах высокой пористости. Отличительной особенностью этих способов является создание условий фильтрации, при которых предотвращается образование гелевого слоя на поверхности мембраны в течение всего процесса фильтрации, для этого предлагается проводить фильтрацию в сочетании знакопеременного трансмембранного давления (ТМД) с направленными потоками фильтруемой жидкости. При положительном ТМД фильтруемая жидкость движется вдоль поверхности мембраны, а фильтрат удаляется наружу: при отрицательном ТМД часть фильтрата (не более 20%) возвращается обратно через поры мембраны и обеспечивает их очистку от застрявших частиц, при этом последующий поток фильтруемой жидкости, когда вновь создается положительное ТМД, смешивается с этими частицами, и фильтрация происходит вновь на чистых мембранах. Заявлены устройства, одно из которых состоит из фильтр-поршня, который совершает возвратно-поступательное перемещение в жестком корпусе, при этом, благодаря использованию трех клапанов однонаправленного потока, двух эластичных непроницаемых мембран, двух дистанционных колец и других конструктивных особенностей. Во втором устройстве мембранный фильтр выполнен в виде жесткой конструкции, неподвижно закрепленной в корпусе. Фильтр может состоять из одного пористого полупроницаемого цилиндра или кассеты из нескольких небольшого диаметра полупроницаемых трубок. Для создания пульсирующего ТМД используется поршень мембранного типа, который совершает возвратно-поступательное перемещение благодаря использованию соленоида. Соленоид также предлагается использовать для осуществления возвратно-поступательного перемещения фильтр-поршня. Кроме того, для создания необходимого рабочего зазора вдоль поверхности мембраны при использовании жестко закрепленного мембранного фильтра в конструкции предложено использовать плавающие или неподвижные мандрены. Данное техническое решение, как наиболее близкое по совокупности существенных признаков, выбрано в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются:

- сложность конструкции,

- длительность процесса регенерации,

- значительное удорожание как самого фильтра, так и его эксплуатации.

Задачей изобретения является создание такой конструкции устройства для обработки жидкости, которая позволяла бы проводить фильтрацию жидкостей с помощью КМФ с возможностью их автоматической регенерации без значительного усложнения конструкции и процесса эксплуатации.

Для реализации поставленной задачи предлагается регенерацию КМФ проводить путем прокаливания КМФ токами высокой частоты. Конструкцию устройства для обработки жидкости предлагается дополнить катушкой индуктивности, размещенной внутри корпуса, охватывающей керамический мембранный фильтр с активированным углем и подключаемой к высокочастотному генератору, располагаемому вне фильтра. При этом корпус должен быть выполнен из диэлектрических материалов (например, керамики), а активированный уголь помещен во внутреннюю полость керамического фильтра. Нагрев фильтра производится до температуры регенерации активированного угля - до 300-400°C за счет нагрева угля в электромагнитном поле, создаваемом токами высокой частоты.

В результате такого прокаливания происходит разрушение органических соединений и частиц как в теле КМФ, так и на его наружной поверхности, после чего он охлаждается и промывается водой.

Дополнительными отличиями предлагаемого устройства являются:

- наличие датчика температуры керамического фильтра для обеспечения контроля за температурой.

Таким образом, не требуется проводить промывку фильтра солевыми или щелочными растворами, достаточно активировать поле токов высокой чистоты, включив на необходимое для регенерации угля время высокочастотный генератор, и промыть обычной водой. В автоматическом режиме работы генератор может включаться (выключаться) контроллером либо на заданный промежуток времени, либо по сигналу от датчика температуры. В первом случае время, необходимое для регенерации, заранее задается в памяти контроллера, во втором случае время, необходимое для регенерации, устанавливается по пороговому значению температуры.

Для серийных изделий датчик температуры может устанавливаться дополнительно с целью обеспечения защиты устройства от перегрева как внутри фильтра, так и снаружи.

Предлагаемая конструкция устройства для обработки жидкости позволяет проводить регенерацию КМФ достаточно простым, дешевым и легко управляемым способом. При этом значительно повышается срок службы фильтров, следовательно, повышается экономичность его эксплуатации при незначительном повышении первоначальной стоимости.

В сущности, предложено устройство для обработки жидкости, включающее герметичный пустотелый корпус с входным и выходным патрубками, предназначенными для подвода исходной жидкости и отвода очищенной, керамический мембранный фильтр, имеющий внутреннюю полость с активированным углем, катушку индуктивности, размещенную в корпусе и охватывающую керамический мембранный фильтр, на которую подается высокочастотное напряжение от располагаемого вне фильтра генератора для обеспечения нагрева в электромагнитном поле токов высокой частоты керамического мембранного фильтра с активированным углем, патрубок для промывки активированного угля, сливной патрубок и патрубок для подачи воды на промывку.

Есть вариант, по которому во внутреннюю полость керамического мембранного фильтра помещен датчик температуры.

По данной теме заявителем проведен патентно-информационный поиск, который показал, что заявляемая совокупность существенных признаков не известна. Поэтому данное техническое решение можно признать новым.

Предлагаемое изобретение обладает изобретательским уровнем, так как оно для специалиста средней квалификации логически не следуют из известного уровня техники.

Нижеследующее описание предлагаемого устройство показывает, что оно промышленно применимо, и его сущность поясняется приведенным чертежом.

На фиг.1 приведен пример конструкции предлагаемого устройства для очистки жидкости, где

1 - входной патрубок

2 - выходной патрубок

3 - патрубок для промывки фильтра водой после прокаливания

4 - патрубок для промывки угля

5 - высокочастотный генератор

6 - катушка индуктивности

7 - активированный уголь

8 - мембранный фильтр

9 - корпус

10 - теплоизоляция

11 - датчик температуры

Работа фильтрующего устройства может быть пояснена на следующем примере.

Вода из магистрали через патрубок 1 попадает во внешнюю полость фильтра, проходит через мембранную оболочку КМФ 9, и уже очищенная от механических частиц и биологических составляющих поступает в трубопровод через патрубок 2 для непосредственного использования или ее обработки (например, минерализации).

По мере загрязнения КМФ, которое можно определить по перепаду давления и расходу воды на участке, фильтр переводится в режим регенерации.

Для этого патрубки 1 и 2 перекрываются, катушка индуктивности подключается к генератору ТВЧ с напряжением до 10 кВ и частотой 50-500 кГц, открывается патрубок 3, происходит нагрев воды вплоть до закипания, и вода 5 вытесняется паром через поры фильтра в патрубок 3. При достижении заданной температуры угля (датчик 11) генератор ТВЧ 5 отключается от катушки индуктивности 6, производится открытие патрубка 4 и после охлаждения производится открытие патрубка 1 при открытом сливном патрубке 4 для удаления возможного шлама. Далее патрубок 3 закрывается, и производится промывка угля через патрубок 4.

По окончанию промывки патрубок 4 закрывается, и путем открытия патрубка 2 устройство вводится в штатный режим.

Таким образом, созданы условия, при которых происходит регенерация КМФ за счет нагрева фильтра, находящемся в электромагнитном поле токов высокой частоты и выжигающем из стенок и с поверхности КМФ органические остатки с последующим их удалением из полости устройства.

Изобретение относится к системам очистки и обеззараживания воды и других жидкостей, включая локальные системы подготовки питьевой воды из воды муниципальных систем водоснабжения. Устройство для обработки жидкости включает герметичный пустотелый корпус 9 с входным 1 и выходным 2 патрубками, предназначенными для подвода исходной жидкости и отвода очищенной, керамический мембранный фильтр 8, расположенный внутри корпуса. Керамический мембранный фильтр имеет внутреннюю полость с активированным углем 7. Устройство дополнительно содержит катушку индуктивности 6, размещенную в корпусе и охватывающую керамический мембранный фильтр, на которую подается высокочастотное напряжение от располагаемого вне фильтра генератора 5 для обеспечения нагрева в электромагнитном поле токов высокой частоты керамического мембранного фильтра с активированным углем, патрубок для промывки активированного угля 4, сливной патрубок 3 и патрубок для подачи воды на промывку. Технический результат - возможность автоматической регенерации фильтра без усложнения конструкции и эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для обработки жидкости, включающее герметичный пустотелый корпус с входным и выходным патрубками, предназначенными для подвода исходной жидкости и отвода очищенной, керамический мембранный фильтр, расположенный внутри корпуса, отличающееся тем, что керамический мембранный фильтр имеет внутреннюю полость с активированным углем, а устройство дополнительно содержит катушку индуктивности, размещенную в корпусе и охватывающую керамический мембранный фильтр, на которую подается высокочастотное напряжение от располагаемого вне фильтра генератора для обеспечения нагрева в электромагнитном поле токов высокой частоты керамического мембранного фильтра с активированным углем, патрубок для промывки активированного угля, сливной патрубок и патрубок для подачи воды на промывку.

2. Устройство для обработки жидкости по п.1, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит датчик температуры активированного угля.