СИСТЕМА ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2019 года по МПК C01F1/00 B01J20/00 

Изобретение относится к системам очистки жидкости с применением фильтрующих модулей с намывным слоем сорбента, предназначенным для очистки или обессоливания жидкости, преимущественно воды, из различных источников, в том числе питьевой воды, технологических растворов, сточных вод, напитков и других жидкостей в бытовых или промышленных условиях, на дачных и садовых участках.

Из уровня техники известны системы очистки жидкости с фильтрующим модулем с намывным слоем сорбента и способы формирования устойчивого намывного слоя сорбента. Известно, что формирование слоя сорбента на фильтрующем модуле позволяет продлить срок службы модуля или повысить эффективность очистки жидкости. При этом в известных из уровня техники системах не решена проблема утилизации отработанного сорбента, что является недостатком известных из уровня техники систем.

Например, из уровня техники известна система очистки жидкости по патенту US 4973404 (МПК B01D 37/02, приор. 05.09.1989, Aurian Corporation), выбранная заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Система содержит линию подачи исходной жидкости с дозатором сорбента и насос, подключенный к входу фильтрующего модуля. К выходу очищенной жидкости фильтрующего модуля подключена линия очищенной жидкости, а к выходу дренажной жидкости - линия сброса дренажа.

Система очистки жидкости по патенту US 4973404 работает в три стадии. Первая стадия - формирование намывного слоя в фильтрующем модуле, вторая - очистка жидкости, третья стадия - промывка фильтрующего модуля. На первой стадии в дозатор сорбента помещают суспензию сорбента, в насосе задают максимальное давление, и из дозатора суспензия сорбента поступает в фильтрующий модуль, где формируется намывной слой.

На второй стадии исходную жидкость по линии подачи исходной жидкости подают на вход насоса. Через насос исходную жидкость направляют в фильтрующий модуль с уже сформированным в нем намывным слоем, где происходит очистка жидкости. Очищенная жидкость по линии очищенной жидкости поступает потребителю или в емкость для хранения. Дренажная жидкость выводится из системы по линии сброса дренажа, так как в системе не предполагается рециркуляция.

Третья стадия - насос переключают в режим промывки, очищенная жидкость поступает в фильтрующий модуль, поток жидкости смывает отработанный намывной слой сорбента в дренаж по линии сброса дренажа.

Недостатком системы является то, что система неэффективна по соотношению использованной исходной жидкости и полученной очищенной жидкости, потери жидкости происходят из-за сброса дренажной жидкости на стадии очистки жидкости, а также из-за того, что для промывки мембраны используется очищенная жидкость, которая после промывки сливается в дренаж. Смыв промывочной жидкости вместе с сорбентом в дренаж исключает повторное использование как промывочной жидкости, так и сорбента, что является основным недостатком системы. Также система не пригодна для тех районов или областей, где сброс сточных вод полностью запрещен, так как без сброса промывочной и дренажной жидкости, система работать не будет.

Задачей изобретения и техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка новой системы очистки жидкости, повышение степени использования исходной жидкости при снижении потенциального воздействия на окружающую среду.

Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются тем, что Система очистки жидкости, включающая линию подачи исходной жидкости с дозатором сорбента, соединенную с входом фильтрующего модуля с формируемым и удаляемым промывкой намывным слоем сорбента, линию очищенной жидкости подключенную к выходу очищенной жидкости фильтрующего модуля, отличается тем, что выполнена с возможностью обезвоживания отработанного сорбента и возврата большей части промывочной жидкости на линию подачи исходной жидкости, при этом к выходу промывочной жидкости фильтрующего модуля подключено устройство разделения промывочной жидкости и сорбента, выход осветленной промывочной жидкости которого подключен к линии подачи исходной жидкости, при этом фильтрующий модуль выполнен в виде половолоконного модуля, при этом сорбент может быть регенерируемым, или нерегенерируемым, или смесью регенерируемого и нерегенерируемого сорбентов.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 представлена система очистки жидкости.

Система очистки жидкости включает: линию подачи исходной жидкости (1) с дозатором сорбента (2), подключенный к системе фильтрующий модуль (3), к выходу очищенной жидкости которого подключена линия очищенной жидкости (4). Устройство разделения промывочной жидкости и сорбента (5) и линия подачи исходной жидкости (1) подключены к входу фильтрующего модуля (3), выход для жидкости которого соединен с линией подачи исходной жидкости (1).

Фильтрующий модуль (3) выполнен в виде ультра-, микро- или нанофильтрационного половолоконного модуля, подключенного к линии подачи исходной жидкости (1) так, что исходная жидкость поступает внутрь волокна, а очищенная выходит через поры наружу, при этом конструкция модуля позволяет пропускать жидкость в обратном направлении (снаружи внутрь) без механического повреждения модуля, что невозможно, например, для обратноосмотических мембранных модулей.

Дозатор сорбента (2) может быть выполнен, например, не ограничиваясь только перечисленными ниже вариантами, в виде емкости с насосом, дозатора суспензии или устройства дозирования по патенту RU 2614705 (приоритет 20.04.2015, владелец - ООО «Аквафор»).

Дополнительно на линии подачи исходной жидкости (1) может быть установлена емкость смешивания сорбента с исходной жидкостью (на фигуре не представлена).

В системе может использоваться как регенерируемый сорбент, например ионообменная смола и/или ионообменные микроволокна, цеолит, так и нерегенерируемый сорбент, например, пылеобразный активированный уголь, перлит, кизельгур, диатомит, а также смесь указанных регенерируемых и нерегенерируемых сорбентов. При этом регенерирумые сорбенты и их смеси могут быть восстановлены и использованы повторно в системе очистки жидкости. Диаметр частиц сорбента может варьироваться от 10 нм до 500 мкм, при этом использование мелкодисперсных сорбентов повышает устойчивость намывного слоя, что обеспечивает более тонкую очистку жидкости.

Устройство разделения промывочной жидкости и сорбента (5) включает в себя, например, емкость, снабженную штуцерами для входа и выхода жидкости. Штуцер для входа жидкости расположен в верхней части емкости, штуцер для выхода жидкости расположен в нижней части емкости. Емкость может быть выполнена с откидным дном или емкость может быть разделена механическим фильтром на две части, при этом одна из частей откидная. Либо устройство разделения промывочной жидкости и сорбента (5) может быть выполнено в виде френч-пресса, где колба выполнена из, например, полимерных материалов, керамики, органического стекла, ударопрочного стекла, при этом промывочная жидкость сливается с поверхности сорбента, а сорбент либо извлекается из колбы френч-пресса вытряхиванием, либо сорбент накапливается в колбе и утилизируется вместе с колбой, которая является расходным материалом. Устройство разделения промывочной жидкости и сорбента (5) может быть выполнено в виде емкости с сетчатым или перфорированным дном, которое выполняет функцию механического фильтра. Промывочная жидкость протекает через дно и возвращается на линию подачи исходной жидкости (1), а сорбент остается в емкости. Сорбент может быть удален из емкости вытряхиванием или утилизироваться вместе с емкостью, при этом в обоих случаях сорбент может накапливаться в емкости. Дополнительно у емкости могут быть перфорированные или сетчатые боковые стенки. Дополнительно емкость может содержать средство подачи сжатого воздуха, например, компрессор, при этом емкость снабжена герметичным внешним корпусом. Дополнительно емкость может быть снабжена магнитной или механической мешалкой.

Дополнительно на линии подачи исходной жидкости (1) может быть установлена емкость (на фигуре не представлена) для предварительного смешения сорбента с исходной жидкостью.

Дополнительно на линии очищенной жидкости (4) может быть установлена емкость для хранения очищенной жидкости (на фигуре не представлена).

В рамках отличительных признаков заявляемая система очистки жидкости работает в две стадии. На первой стадии происходит формирование намывного слоя и очистка жидкости, на второй стадии - промывка с возвратом промывочной жидкости в систему и выделением сорбента.

На первой стадии исходная жидкость поступает по линии подачи исходной жидкости (1) и смешивается в потоке или в емкости (на фигуре не представлена), дополнительно установленной на линии подачи исходной жидкости (1), с сорбентом, поступающим из дозатора сорбента (2), при этом происходит частичная сорбция примесей. Смесь исходной жидкости и сорбента поступает в фильтрующий модуль (3), где исходная жидкость проходит через поры в волокнах, в то время как сорбент остается на внутренней кольцевой поверхности полых волокон, образуя намывной слой. Сорбция примесей продолжается при прохождении исходной жидкости через полые волокна. Очищенная жидкость по линии очищенной жидкости (4) подается на потребление или в емкость для хранения очищенной жидкости (на фигуре не представлена). Подача сорбента может осуществляться только в начале процесса фильтрации. Либо подача сорбента может быть как постоянной в течение всей фильтрации, так и периодической, при этом скорость потока суспензии сорбента может быть как постоянной, так и снижаться, по мере утолщения слоя сорбента на внутренней кольцевой поверхности полых волокон. При этом если подача сорбента на линию исходной жидкости (1) прекращена, то фильтрацию жидкости через нанесенный намывной слой фильтрующего модуля (3) продолжают до исчерпания сорбционной емкости сорбента или до достижения критической величины сопротивления потоку в системе, которая определяется по падению скорости фильтрации.

На второй стадии осуществляют промывку, при этом в качестве промывочной жидкости может быть использована очищенная жидкость, исходная жидкость или их смесь. Если промывку осуществляют очищенной жидкостью, то через линию очищенной жидкости (4) на выход фильтрующего модуля (3) обратным потоком подают очищенную жидкость для смыва слоя сорбента. Так как слой сорбента сформирован только внутри волокна, то сорбент смывается практически полностью. Если промывку осуществляют исходной жидкостью, то линию подачи исходной жидкости (1) переподключают к выходу фильтрующего модуля (3), при этом исходная жидкость по линии подачи исходной жидкости (1) поступает на выход фильтрующего модуля (3). Если промывку осуществляют смесью исходной и очищенной жидкости, то два потока жидкостей поступают на вход фильтрующего модуля (3) одновременно. Промывочная жидкость, проходя через фильтрующий модуль (3), смывает слой сорбента, образуя смесь. Смесь промывочной жидкости и сорбента через вход фильтрующего модуля (3) поступает в устройство разделения промывочной жидкости и сорбента (5). Отделенную от сорбента жидкость направляют из устройства разделения промывочной жидкости и сорбента (5) на линию подачи исходной жидкости (1), где указанную жидкость смешивают с исходной жидкостью и подают на вход фильтрующего модуля (3). Таким образом, во-первых, исключен сброс смеси жидкости и сорбента в дренаж, а во-вторых, уменьшены, предпочтительно - исключены потери жидкости на промывку, так как жидкость возвращается в систему.

В устройстве разделения промывочной жидкости и сорбента (5) сорбент осаждают либо выстаиванием смеси, либо добавляют флокулянт или коагулянт для ускорения процесса осаждения, либо фильтруют через механический фильтр. Если используют флокулянт или коагулянт, то количество рассчитывают таким образом, чтобы он предпочтительно полностью прореагировал со всем сорбентом, поступившим в устройство разделения промывочной жидкости и сорбента (5). Если небольшое количество флокулянта или коагулянта остается в промывочной жидкости и попадает вместе с ней в исходную жидкость, то удаление флокулянта или коагулянта происходит при фильтрации жидкости через фильтрующий модуль (3), таким образом исключено попадание флокулянта или коагулянта в очищенную жидкость.

Оставшийся в устройстве разделения промывочной жидкости и сорбента (5) предпочтительно обезвоженный сорбент может быть извлечен. Если в качестве сорбента использован регенерируемый сорбент, то сорбент может быть восстановлен. При этом восстановление в данном случае эффективно, так как сорбент сконцентрирован, то есть не происходит липшего разбавления раствора промывочной жидкостью- для восстановления будет достаточно небольшого объема регенерирующего раствора. После обработки регенерирующим раствором сорбент может быть повторно использован в системе очистки жидкости. В случае, если сорбент нерегенируемый, например, активированный уголь то, так как сорбент практически обезвожен, он может быть утилизирован.

Заявляемая система очистки жидкости экологична и позволяет не только снизить концентрацию загрязнений в сточных водах, но и уменьшить их количество. Благодаря обезвоживанию сорбента и последующей его переработке, на которую затрачивается минимальное количество реагента (в случае регенерируемого сорбента) и жидкости (в случае нерегенерируемого сорбента), появляется возможность использовать пылеобразные сорбенты, что приводит к повышению степени очистки жидкости. Кроме этого возврат промывочной жидкости на линию подачи исходной жидкости сокращает количество сточных вод, что повышает экологичность системы.

В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. В нем могут быть сделаны изменения, в пределах заявляемой формулы, что дает возможность его широкого использования.

Изобретение относится к системам очистки жидкости, в частности воды, с применением фильтрующих модулей с намывным слоем и может быть использовано в различных областях техники, например, для промышленной фильтрации различных суспензий и технологических растворов, при фильтрации напитков, очистке воды от нефтепродуктов и т.д. Система очистки жидкости включает линию подачи исходной жидкости с дозатором сорбента, соединенную с входом фильтрующего модуля с формируемым и удаляемым промывкой намывным слоем сорбента, линию очищенной жидкости подключенную к выходу очищенной жидкости фильтрующего модуля. Система выполнена с возможностью обезвоживания отработанного сорбента и возврата большей части промывочной жидкости на линию подачи исходной жидкости. К выходу промывочной жидкости фильтрующего модуля подключено устройство разделения промывочной жидкости и сорбента, выход осветленной промывочной жидкости которого подключен к линии подачи исходной жидкости. Фильтрующий модуль выполнен в виде половолоконного модуля. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система очистки жидкости, включающая линию подачи исходной жидкости с дозатором сорбента, соединенную с входом фильтрующего модуля с формируемым и удаляемым промывкой намывным слоем сорбента, линию очищенной жидкости подключенную к выходу очищенной жидкости фильтрующего модуля, отличается тем, что выполнена с возможностью обезвоживания отработанного сорбента и возврата большей части промывочной жидкости на линию подачи исходной жидкости, при этом к выходу промывочной жидкости фильтрующего модуля подключено устройство разделения промывочной жидкости и сорбента, выход осветленной промывочной жидкости которого подключен к линии подачи исходной жидкости, при этом фильтрующий модуль выполнен в виде половолоконного модуля.

2. Система очистки жидкости по п. 1, отличающаяся тем, что сорбент может быть регенерируемым, или нерегенерируемым, или смесью регенерируемого и нерегенерируемого сорбентов.