RU2049534C1

RU2049534C1 - Domestic diaphragm instrument for obtaining drinkable water

Info

Publication number: RU2049534C1
Application number: RU92014467A
Authority: RU
Inventors: А.А. Поворов; Г.А. Кадыкина; В.Н. Санков; Б.И. Фролов
Original assignee: Поворов Александр Александрович
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1995-12-10

Abstract

FIELD: cleaning tap water. SUBSTANCE: device has vertical housing with covers, roll filtering member and coal filter arranged along the axis of the housing in series, pipe lines for supplying tap water provided with pinching unit and discharging cleaned water and concentrate. The device is provided with delivery member made up as a branch pipe mounted on the top cover of the housing and connected with pipe line for discharging cleaned water. The height of the member is chosen to provide hydrostatic head of 0.2-0.5 m. The cantilever for securing the pinching unit is mounted on the outer side of the housing of the top boundary of the roll filtering member. Longitudinal by-passing grooves are made in the inner side of the housing in the zone of the seal. The cross-section area of the grooves is 3-5% of the cross-section area of the passageways of the roll filtering member. EFFECT: improved design. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для очистки водопроводной воды от взвешенных частиц, мутных фракций, устранения посторонних привкусов и запахов и может быть использовано в пищевой промышленности и в медицине для получения чистой воды. The invention relates to apparatus for cleaning tap water from suspended particles, turbid fractions, eliminating extraneous tastes and odors and can be used in the food industry and in medicine to obtain clean water.

Известна конструкция мембранного бытового прибора для получения питьевой воды (см. проспект фирмы Membrane (PuRa), Италия, 1988 г.), включающая корпус с крышками, расположенные соосно внутри него рулонный фильтрующий элемент и угольный фильтр на линии фильтрата, трубопроводы для ввода водопроводной воды и для отвода очищенной воды и концентрата. A known design of a membrane household appliance for producing drinking water (see Membrane (PuRa) prospectus, Italy, 1988), including a housing with covers, a roll filter element and a carbon filter located coaxially inside it on the filtrate line, pipelines for introducing tap water and for the removal of purified water and concentrate.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа мембранный бытовой прибор для получения питьевой воды (см. Мембранные бытовые приборы для получения питьевой воды. "Ручеек-1", "Ручеек-2", г. Владимир, МПО "Полимерсинтез", 17.08.92 г.), включающий вертикальный корпус с крышками, расположенные соосно внутри него рулонный фильтрующий элемент и угольный фильтр на линии фильтрата, трубопроводы для ввода водопроводной воды с зажимным устройством и для отвода очищенной воды и концентрата, кронштейн для крепления зажимного устройства, расположенный на наружной поверхности корпуса. Известный мембранный бытовой прибор недостаточно эффективен из-за необходимости частого проведения химической мойки, что приводит к снижению срока службы мембраны, а также к увеличению расхода моющих средств. The closest in technical essence to the proposed device is selected as a prototype membrane household appliance for drinking water (see Membrane household appliances for drinking water. "Trickle-1", "Trickle-2", Vladimir, MPO "Polymersynthesis ", 08.17.92), including a vertical housing with covers, a coiled filter element and a carbon filter located coaxially inside it on the filtrate line, pipelines for introducing tap water with a clamping device and for draining purified water and concentrate, crowns Thein for attaching a clamping device disposed on the outer surface of the housing. The well-known membrane household appliance is not effective enough due to the need for frequent chemical washing, which leads to a decrease in the service life of the membrane, as well as to an increase in the consumption of detergents.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет уменьшения расхода моющих средств, уменьшение времени регенерации, увеличение срока службы за счет уменьшения воздействия химических реагентов. The aim of the invention is to increase the efficiency of the device by reducing the consumption of detergents, reducing the regeneration time, increasing the service life by reducing the impact of chemicals.

Указанная цель достигается тем, что мембранный бытовой прибор для получения питьевой воды, включающий вертикальный корпус с крышками, расположенные по оси корпуса последовательно рулонный фильтрующий элемент с уплотнителем в его нижней части и угольный фильтр, трубопровод ввода водопроводной воды и концентрата, согласно изобретению снабжен напорным элементом в виде патрубка, расположенного на верхней крышке корпуса и соединенного с трубопроводом отвода очищенной воды, а также кронштейном крепления зажимного устройства, установленным на внешней поверхности корпуса на уровне верхней границы рулонного фильтрующего элемента, при этом на внутренней поверхности корпуса в зоне уплотнителя выполнены продольные переточные канавки. Причем напорный элемент имеет высоту, позволяющую создать гидростатический напор очищенной воды в рулонном фильтрующем элементе, равный 0,2-0,3 м, а общая площадь поперечного сечения переточных канавок составляет 3-5% от площади поперечного сечения каналов рулонного фильтрующего элемента. This goal is achieved by the fact that a membrane household device for producing drinking water, comprising a vertical housing with covers, a roll filter element with a seal in its lower part and a charcoal filter, a tap water and concentrate inlet pipe, according to the invention, is equipped with a pressure element in the form of a nozzle located on the top cover of the housing and connected to the purified water discharge pipe, as well as the mounting bracket of the clamping device, are installed m on the outer surface of the housing at the level of the upper boundary of the roll filter element, while on the inner surface of the housing in the area of the seal there are longitudinal transfer grooves. Moreover, the pressure element has a height that allows you to create a hydrostatic pressure of the purified water in the roll filter element, equal to 0.2-0.3 m, and the total cross-sectional area of the overflow grooves is 3-5% of the cross-sectional area of the channels of the roll filter element.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенный мембранный бытовой прибор соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed membrane household appliance meets the criteria of the invention of "novelty." Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the proposed solution from the prototype.

Необходимость регенерации рулонных фильтрующих элементов при получении питьевой воды обусловлена постепенным снижением производительности мембранных бытовых приборов из-за постоянного роста отложений на поверхности мембраны. Процесс получения очищенной воды становится неэкономичным при снижении производительности на 50% от первоначальной, что требует проведения регенерации с целью восстановления первоначальных характеристик мембраны. Регенерацию проводят методом химической мойки с использованием различных моющих реагентов. При этом производительность мембраны восстанавливается, как правило, на 100% Однако, данный способ регенерации требует большого расхода реагентов и дополнительного оборудования для его проведения. В ряде случаев, в первую очередь при микрофильтрации и ультрафильтрации, достаточно эффективным является способ обратноточной промывки. В стационарных установках она обычно проводится при использовании сжатого воздуха для импульсной подачи фильтрата с обратной стороны мембраны. Данный способ регенерации менее эффективен, чем химическая мойка, но, тем не менее, ввиду его простоты используется довольно часто. Наиболее оптимальным способом регенерации является комбинированный. Это обратноточная промывка очищенной водой с последующей химической мойкой, при этом химическую мойку при комбинированном способе проводят реже, чем при регенерации только химической мойкой. Для мембранных бытовых приборов использование импульсной обратноточной промывки на практике затруднительно из-за сложности конструкции. Вместе с тем, учитывая тот факт, что эксплуатация мембранных бытовых приборов производится периодически в течение суток, для регенерации мебмранных бытовых приборов используется "мягкий" режим обратноточной промывки, когда обратный поток создается за счет столба очищенной воды в фильтратотводящем канале. The need for regeneration of roll filter elements when receiving drinking water is due to a gradual decrease in the performance of membrane household appliances due to the constant growth of deposits on the membrane surface. The process of obtaining purified water becomes uneconomical with a decrease in productivity by 50% from the original, which requires regeneration in order to restore the original characteristics of the membrane. Regeneration is carried out by chemical washing using various detergents. In this case, the membrane performance is restored, as a rule, by 100%. However, this method of regeneration requires a large consumption of reagents and additional equipment for its implementation. In a number of cases, primarily in microfiltration and ultrafiltration, the backflow washing method is quite effective. In stationary installations, it is usually carried out using compressed air to pulse the filtrate from the back of the membrane. This method of regeneration is less effective than chemical washing, but, nevertheless, due to its simplicity it is used quite often. The most optimal way to regenerate is combined. This is a reverse-flow washing with purified water followed by a chemical wash, while a chemical wash with a combined method is less common than with a chemical wash only. For membrane household appliances, the use of pulsed backwash is difficult in practice due to the complexity of the design. At the same time, taking into account the fact that membrane household appliances are operated periodically during the day, a soft mode of reverse flow washing is used to regenerate furniture household appliances, when the reverse flow is created by a column of purified water in the filtrate-discharge channel.

Поскольку мембранный бытовой прибор отключается на достаточно длительное время, то высота гидростатического столба жидкости для обратноточной промывки выбрана минимальной и легко обеспечивается конструктивно. Эффективность обратноточной промывки зависит от высоты гидростатического столба жидкости, которая определяется высотой соединительного элемента, высотой угольного патрона и напорного элемента. При уменьшении гидростатического напора уменьшается движущая сила процесса обратноточной промывки за счет уменьшения столба жидкости в фильтратотводящем канале, соответственно уменьшается скорость и увеличивается время обратноточной промывки из-за уменьшения общего запаса очищенной воды, что приводит к снижению эффективности промывки. Увеличение высоты гидростатического напора ведет к увеличению габаритов мембранного бытового прибора за счет увеличения объема системы фильтратотводящего канала и к увеличению времени набора очищенной воды при пуске мембранных бытовых приборов после регенерации рулонных фильтрующих элементов. Экспериментально установлено, что создаваемый в рулонном фильтрующем элементе гидростатический напор очищенной воды составляет 0,2-0,5 м. Since the membrane household appliance is switched off for a sufficiently long time, the height of the hydrostatic column of liquid for reverse flow washing is chosen to be minimal and is easily ensured constructively. The efficiency of backflow washing depends on the height of the hydrostatic column of liquid, which is determined by the height of the connecting element, the height of the coal cartridge and the pressure element. With a decrease in the hydrostatic pressure, the driving force of the reverse flow washing process decreases due to a decrease in the liquid column in the filtrate outlet channel, the speed decreases and the reverse flow washing time increases due to a decrease in the total stock of purified water, which leads to a decrease in the washing efficiency. An increase in the height of the hydrostatic head leads to an increase in the dimensions of the membrane household appliance due to an increase in the volume of the filtrate discharge channel system and to an increase in the time for purified water to be taken up when starting membrane household appliances after regeneration of the roll filter elements. It was experimentally established that the hydrostatic pressure of the purified water created in the roll filter element is 0.2-0.5 m.

Кронштейн для крепления зажимного устройства расположен на уровне верхней кромки рулонного фильтрующего элемента, что дает возможность закрепить зажимное устройство с гибким трубопроводом для ввода водопроводной воды на этом же уровне. Положение зажимного устройства относительно верхней кромки рулонного фильтрующего элемента определяет уровень заполнения корпуса бытового прибора водопроводной водой, т.е. уровень отсчета величины гидростатического напора. Расположение кронштейна для крепления зажимного устройства ниже уровня верхней кромки рулонного фильтрующего элемента приводит к тому, что фильтрующая поверхность элемента регенерируется не полностью. Расположение кронштейна для закрепления зажимного устройства выше названной кромки приводит к уменьшению общего гидростатического напора и интенсификации обратноточной промывки. The bracket for attaching the clamping device is located at the level of the upper edge of the roll filter element, which makes it possible to fix the clamping device with a flexible pipe for introducing tap water at the same level. The position of the clamping device relative to the upper edge of the roll filter element determines the level of filling of the housing of the household appliance with tap water, i.e. reference level of hydrostatic pressure. The location of the bracket for mounting the clamping device below the level of the upper edge of the roll filter element leads to the fact that the filter surface of the element is not fully regenerated. The location of the bracket for fixing the clamping device above the mentioned edge leads to a decrease in the total hydrostatic pressure and the intensification of reverse flow washing.

Наличие застойной зоны между боковыми стенками корпуса и внешней поверхностью рулонного фильтрующего элемента способствует развитию в этой зоне микрофлоры и возникновению постороннего запаха и привкуса в очищенной воде. Для устранения этого недостатка на внутренней поверхности корпуса прибора в зоне размещения уплотнителя выполнены продольные переточные канавки, ориентированные вдоль оси корпуса. При уменьшении площади поперечного сечения канавок величина создающегося байпасного потока уменьшается и становится недостаточной для эффективной промывки застойной зоны и быстрого слива воды из корпуса при остановке работы прибора. При увеличении этой площади величина байпасного потока увеличивается, в связи с чем возрастает поток воды, проходящей мимо рулонного фильтрующего элемента в канализацию. Экспериментально установлено, что величина площади поперечного сечения канавок составляет 3-5% от площади поперечного сечения каналов рулонного фильтрующего элемента, по которым проходит поток исходной очищаемой воды. The presence of a stagnant zone between the side walls of the housing and the outer surface of the roll filter element contributes to the development of microflora in this zone and the appearance of an odor and taste in purified water. To eliminate this drawback, longitudinal transfer grooves oriented along the axis of the housing are made on the inner surface of the device body in the area of the seal. With a decrease in the cross-sectional area of the grooves, the bypass flow created decreases and becomes insufficient for effective washing of the stagnant zone and rapid drainage of water from the housing when the device is stopped. With an increase in this area, the bypass flow value increases, and therefore the flow of water passing by the roll filter element into the sewer increases. It was experimentally established that the cross-sectional area of the grooves is 3-5% of the cross-sectional area of the channels of the roll filter element through which the flow of the source purified water passes.

На чертеже представлен продольный разрез мембранного прибора. The drawing shows a longitudinal section of a membrane device.

Мембранный прибор содержит корпус 1 с крышками 2, расположенные соосно внутри него рулонный фильтрующий элемент 3, угольный фильтр 4, соединенные между собой элементом 5. На трубопроводе для отвода очищенной воды предусмотрен напорный элемент 6, высота которого выбирается из условия создания гидростатического напора очищенной воды в рулонном фильтрующем элементе 3, при этом гидростатический напор очищенной воды составляет 0,2-0,5 м. На трубопроводе для ввода водопроводной воды расположено зажимное устройство 7. Кронштейн 8 для крепления зажимного устройства расположен на наружной поверхности корпуса прибора 1 на уровне верхней кромки рулонного фильтрующего элемента. На внутренней поверхности корпуса 1 в зоне уплотнителя 9 выполнены продольные переточные канавки 10, причем общая площадь поперечного сечения переточных канавок составляет 3-5% от площади поперечного сечения каналов рулонного фильтрующего элемента. Кроме того, в приборе имеются подающие и отводящие трубопроводы 11, 12, 13 и регулятор расхода 14. The membrane device comprises a housing 1 with covers 2, a coiled filter element 3 located coaxially inside it, a carbon filter 4 interconnected by an element 5. A pressure element 6 is provided on the pipeline for removing purified water, the height of which is selected from the conditions for creating a hydrostatic pressure of the purified water in a roll filter element 3, while the hydrostatic pressure of the purified water is 0.2-0.5 m. A clamping device 7 is located on the pipeline for introducing tap water. Bracket 8 for holding the clamp device is located on the outer surface of the housing of the device 1 at the level of the upper edge of the roll filter element. On the inner surface of the housing 1 in the area of the seal 9, longitudinal transfer grooves 10 are made, and the total cross-sectional area of the transfer grooves is 3-5% of the cross-sectional area of the channels of the roll filter element. In addition, the device has a supply and outlet pipelines 11, 12, 13 and a flow regulator 14.

Мембранный прибор работает следующим образом. The membrane device operates as follows.

Исходная вода по трубопроводу 11 поступает под давлением в рулонный элемент 3 мембранного прибора, где происходит ее разделение на очищенную воду и концентрат, отводимый в канализацию. Часть потока исходной жидкости направляется через переточные канавки 10 по кольцевому зазору между корпусом 1 и наружной поверхностью рулонного фильтрующего элемента 3 к выходу, устраняя застойные зоны, способствующие нежелательному размножению микроорганизмов. Очищенная вода поступает через соединительный элемент 5 в патрон с активированным углем 4 для доочистки ее от растворенных низкомолекулярных органических примесей, после чего очищенная вода по трубопроводу 12 направляется к потребителю. Другой поток концентрат по трубопроводу 13 отводится в канализацию через регулятор расхода 14. Ежедневно перед началом работы мембранного бытового прибора его промывают в течение 1-2 мин при полностью открытом регуляторе расхода воды 14 на трубопроводе отвода концентрата 13, т.е. проводят прямоточную гидравлическую мойку прибора водопроводной водой. The source water through a pipe 11 is supplied under pressure to the roll element 3 of the membrane device, where it is separated into purified water and concentrate discharged into the sewer. Part of the flow of the original fluid is directed through the transfer grooves 10 along the annular gap between the housing 1 and the outer surface of the roll filter element 3 to the outlet, eliminating stagnant zones that contribute to undesirable multiplication of microorganisms. The purified water enters through the connecting element 5 into the cartridge with activated carbon 4 to further purify it from the dissolved low molecular weight organic impurities, after which the purified water is sent via pipeline 12 to the consumer. Another concentrate stream through the pipe 13 is discharged into the sewer through the flow regulator 14. Every day before starting the membrane household appliance, it is washed for 1-2 minutes with the water flow regulator 14 fully open on the concentrate discharge pipe 13, i.e. direct-flow hydraulic washing of the device with tap water.

После окончания эксплуатации прибора его отсоединяют от линии подачи водопроводной воды, сняв зажимное устройство 7 с водопроводного крана и укрепив его на кронштейне, расположенном на уровне верхней кромки рулонного фильтрующего элемента на наружной поверхности корпуса. Обратноточная промывка идет под напором столба очищенной воды, оставшейся в пермеатотводящем канале рулонного элемента, в угольном фильтре и напорном элементе трубопровода для отвода очищенной воды. Наличие в корпусе бытового прибора водопроводной воды, которая осталась в нем после снятия зажимного устройства с крана и закрепления его на кронштейне, обеспечивает создание одинакового напора со стороны очищенной воды на всю поверхность мембраны рулонного элемента. Обратноточная промывка заканчивается после израсходования всего запаса очищенной воды в пермеатотводящем канале выше верхней кромки рулонного фильтрующего элемента. При уменьшении производительности прибора по очищенной воде до 6,5 л/ч проводят химическую мойку его 2%-ным раствором триполифосфата натрия, приготовленным на очищенной воде. Раствор заливают через зажимное устройство, закрепленное на кронштейне до заполнения прибора, что определяют по появлению жидкости на уровне верхней кромки зажимного устройства. Прибор с раствором оставляют на 20-24 часа после чего сливают раствор через зажимное устройство и промывают прибор в течение 10-15 мин при полностью открытых водопроводном кране и регуляторе расхода воды. After the end of the operation of the device, it is disconnected from the water supply line by removing the clamping device 7 from the water tap and fixing it to the bracket located at the level of the upper edge of the roll filter element on the outer surface of the housing. The reverse flow washing is carried out under the pressure of a column of purified water remaining in the permeate outlet channel of the roll element, in the carbon filter and the pressure element of the pipeline for the removal of purified water. The presence in the housing of the household appliance of tap water, which remained in it after removing the clamping device from the tap and fixing it to the bracket, ensures the creation of the same pressure from the side of the purified water to the entire surface of the membrane of the roll element. Backflow washing ends after the entire stock of purified water in the permeate outlet channel has been used up above the upper edge of the roll filter element. If the device’s productivity in purified water is reduced to 6.5 l / h, it is chemically washed with a 2% sodium tripolyphosphate solution prepared in purified water. The solution is poured through the clamping device, mounted on the bracket until the device is filled, which is determined by the appearance of liquid at the level of the upper edge of the clamping device. The device with the solution is left for 20-24 hours, after which the solution is drained through the clamping device and the device is washed for 10-15 minutes with a water tap and a water flow regulator fully open.

Рулонный фильтрующий элемент, снабженный ультрафильтрационной мембраной, удаляет механические примеси, бактерии, вирусы и часть солей жесткости, а оснащенный нанофильтрационной мембраной удаляет более 90% нитратов, пестицидов, солей тяжелых металлов, солей жесткости и часть хлористого натрия. A roll filter element equipped with an ultrafiltration membrane removes mechanical impurities, bacteria, viruses and part of the hardness salts, and a nanofiltration membrane equipped with a nanofiltration membrane removes more than 90% of nitrates, pesticides, heavy metals, hardness salts and part of sodium chloride.

Угольный фильтр 5 снабжен активированным углем БАУ-Б ГОСТ 6217-74. The carbon filter 5 is equipped with activated carbon BAU-B GOST 6217-74.

Предлагаемое устройство изготовлено и испытано в лабораторных условиях с положительным результатом (см. табл. 1 и 2). В таблицах приведены технические показатели устройства. Мембранный бытовой прибор имеет следующие габариты, мм: длина 540 диаметр 70 Масса в сборе, кг 1,0. The proposed device is manufactured and tested in laboratory conditions with a positive result (see tables. 1 and 2). The tables show the technical characteristics of the device. Membrane household appliance has the following dimensions, mm: length 540 diameter 70 Weight, kg 1,0.

Из таблиц видно, что использование предлагаемого мембранного прибора для получения питьевой воды позволит увеличить срок службы рулонного фильтрующего элемента не менее чем на 30% за счет уменьшения воздействия химических реагентов на мембрану, уменьшить расход моющих средств более чем в 5 раз. The tables show that the use of the proposed membrane device for drinking water will increase the service life of the roll filter element by at least 30% by reducing the impact of chemicals on the membrane, reduce the consumption of detergents by more than 5 times.

Claims

1. MEMBRANE HOUSEHOLD APPLIANCE FOR PRODUCING DRINKING WATER, including a vertical housing with covers, a roll filter element with a seal in its lower part and a charcoal filter, a tap water inlet pipe with a clamping device, and purified water and concentrate discharge pipelines the fact that it is equipped with a pressure element in the form of a nozzle located on the top cover of the casing and connected to the pipeline for the removal of purified water, as well as a clamp mounting bracket about a device installed on the outer surface of the housing at the level of the upper boundary of the roll filter element, while longitudinal transfer grooves are made on the inner surface of the housing in the seal area.

2. The device according to claim 1, characterized in that the pressure element has a height that allows you to create a hydrostatic pressure of purified water in a roll filter element equal to 0.2-0.5 m

3. The device according to claim 1, characterized in that the total cross-sectional area of the overflow grooves is 3-5% of the cross-sectional area of the channels of the roll filter element.