RU2669277C1 - Фильтрующий картридж-усреднитель для воды - Google Patents
Фильтрующий картридж-усреднитель для воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669277C1 RU2669277C1 RU2017130309A RU2017130309A RU2669277C1 RU 2669277 C1 RU2669277 C1 RU 2669277C1 RU 2017130309 A RU2017130309 A RU 2017130309A RU 2017130309 A RU2017130309 A RU 2017130309A RU 2669277 C1 RU2669277 C1 RU 2669277C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- inlet
- cartridge
- section
- mixing unit
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 134
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 24
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 23
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 10
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims description 4
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 24
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 abstract description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 14
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 8
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 6
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 4
- 238000009499 grossing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001089 mineralizing effect Effects 0.000 description 20
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 10
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 5
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 5
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 3
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003113 alkalizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical class OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241001342895 Chorus Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000007891 compressed tablet Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- HAORKNGNJCEJBX-UHFFFAOYSA-N cyprodinil Chemical compound N=1C(C)=CC(C2CC2)=NC=1NC1=CC=CC=C1 HAORKNGNJCEJBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 1
- 235000019634 flavors Nutrition 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 150000004694 iodide salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008234 soft water Substances 0.000 description 1
- 239000003826 tablet Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
- B01D35/02—Filters adapted for location in special places, e.g. pipe-lines, pumps, stop-cocks
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Abstract
Устройство предназначено для доочистки воды и нивелирования экстракционных пиков в системах минерализации воды и может быть использовано в системах очистки и кондиционирования воды. Фильтрующий картридж-усреднитель для воды состоит из последовательно соединенных по ходу течения жидкости: узла ввода воды с впускным отверстием, водопроницаемой пористой перегородки, узла смешения в виде полой оболочки со свободным внутренним объемом, водопроницаемого гидрозатвора, узла вывода воды с выпускным отверстием. Величина проходного сечения впускного отверстия не менее чем в три раза меньше, чем величина сечения узла смешения, величина проходного сечения выпускного отверстия - не менее сечения впускного, а общее проходное сечение гидрозатвора не менее, чем у впускного отверстия, и не более, чем у узла смешения. Значительный полый внутренний объем устройства обеспечивает интенсивное смешение после попадания в него среды через отверстие с проходным сечением не менее чем в три раза меньше, чем сечение узла смешения. Вывод среды из устройства осуществляют через отверстие, сечение которого не меньше, чем входное. Интенсивное перемешивание заключенной в картридже-усреднителе среды и вновь поступающей среды достигается путем частичного блокирования свободного выхода из устройства водопроницаемой перегородкой - гидрозатвором - и созданием тем самым принудительного перемешивания порций среды. Технический результат: сглаживание резких экстракционных пиков солей в системах минерализации воды при простоях в работе системы, доочистка воды от механических загрязнений, хлора, хлорорганических, органических веществ, тяжелых металлов и микроорганизмов. 8 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Description
Устройство предназначено для доочистки воды и нивелирования экстракционных пиков в системах минерализации воды и может быть использовано в системах очистки и кондиционирования воды.
Из области техники известна система для очистки воды [US 7,507,334]. Задачей данного изобретения является получение очищенной воды с рН 8.0 из системы обратного осмоса с присущими преимуществами модульной системы фильтрации на основе обратного осмоса, и без использования нескольких фильтров реминерализации. Вода поступает в первый модульный осадочный фильтр, который удаляет механические частицы размером до 5 микрон; затем поступает в модульный фильтр с углем из скорлупы кокосового ореха, который удаляет хлор и 14000 других химических веществ; после чего проходит через мембрану обратного осмоса, где вода эффективно очищается от оставшихся растворенных компонентов. Эту деионизированную воду с низким рН (рН 6.2÷6.8) затем пропускают через фильтр с комбинацией угля из скорлупы кокосового ореха и реминерализатора, где происходит повышение рН до 7.0, откуда вода поступает в резервуар для хранения до того момента, пока пользователь не откроет кран. Как только потребуется, вода покидает резервуар, направляется обратно через тот же самый фильтр с комбинацией угля из скорлупы кокосового ореха и реминерализатора, во второй раз за счет использования обратных клапанов повышается рН до 8.0, прежде чем попадет пользователю. К системе могут быть добавлены другие модульные фильтры, например, с ультрафиолетовым светом для уничтожения микроорганизмов, или фильтр для очистки от железа.
Одним из недостатков данного технического решения является то, что при длительном простаивании системы первая порция сливаемой воды будет иметь концентрацию минерализованных компонентов выше, чем последующая, поступающая из накопительного бака.
Известен минерализующий картридж для питьевой воды и способ его применения [RU 2616677], в котором усреднение экстракционных пиков в реминерализованной воде происходит путем смешивания среды, преимущественно поступающей из емкости-накопителя для очищенной и минерализованной воды и воды, поступающей непосредственно после картриджа-минерализатора.
Предложенное решение имеет недостатки: для реализации решения требуется значительное по относительным геометрическим размерам дополнительное оборудование в виде накопительного бака, а это - необходимость в дополнительном месте для установки бака и высокая его капитализация, составляющая до 30% стоимости системы. Находящаяся внутри накопительного бака эластичная мембрана может придавать очищенной воде, хранящейся в баке, посторонние нежелательные запахи и привкусы. Накопительный бак потенциально может явиться местом для размножения микроорганизмов. Прорыв эластичной мембраны в баке-накопителе приводит к полной замене дорогостоящего бака.
Известен способ минерализации жидкости и система для его осуществления [RU 2515317]. Способ минерализации жидкости, очищенной методом обратного осмоса, осуществляется путем пропускания ее через входной канал по крайней мере в один блок минерализации, заполненный рабочей средой с по крайней мере одним средством удержания рабочей среды, с последующим прохождением минерализованной жидкости из блока минерализации по средству перемещения жидкости в накопительную емкость и из накопительной емкости через блок минерализации в выходной канал. Жидкость при этом выходит из блока минерализации в накопительную емкость и из накопительной емкости входит в блок минерализации по одной рабочей линии, причем при прохождении жидкости в обратном направлении из накопительной емкости через блок минерализации происходит промывка по крайней мере одного средства удержания рабочей среды, выполняющего функцию постфильтра, расположенного внутри блока минерализации перед выходным отверстием для жидкости, поступающей в выходной канал.
Одним из недостатков здесь также является то, что при потреблении минерализованной воды после длительного простаивания системы первая порция сливаемой воды будет насыщена минералами существенно выше, нежели последующий объем воды за счет длительной экстракции из минерализующей загрузки в минерализующем картридже.
Известно устройство для введения добавки в воду [RU 2212378], включающее корпус и размещенный в нем контейнер с крышкой, содержит добавку. Крышка контейнера выполнена перфорированной. По меньшей мере верхняя часть корпуса устройства, контактирующая с перфорированной крышкой, выполнена из материала пространственно-глобулярной структуры. Высота верхней части корпуса не превышает 30% от высоты контейнера. Площадь отверстий перфорации - не более 2% от площади крышки контейнера. При этом объем твердой добавки не превышает 0,9 объема контейнера, выполненного из полимерного материала, а корпус дополнительно снабжен чехлом. В известном устройстве минерализующие воду компоненты находятся в спрессованном виде. По мере попадания в корпус устройства воды через перфорированную крышку, через слой материала пространственно-глобулярной структуры (ПГС) происходит частичное растворение таблеток минерализующих веществ. Диффузией через материал ПГС насыщенный раствор попадает в пространство вне корпуса минерализующего устройства, откуда уносится протоком протекающей воды.
Данное решение имеет ряд существенных недостатков. Объем спрессованных материалов достаточно мал, что сказывается на ресурсе данного устройства. Не все материалы, которые могут быть необходимы в дозации, прессуются. Для прессования некоторых минерализующих компонентов может потребоваться введение дополнительных солей, способствующих спрессовыванию. По мере растворения спрессованных таблеток уменьшается площадь контакта с водой, и как следствие, возможность равномерного дозирования растворяемых веществ в воду. Массоперенос в материале с ПГС лимитируется диффузией, что является следствием строения материала ПГС. При простаивании устройства с подобным механизмом дозирования растворяемых соединений равновесие будет достигаться только в результате длительного простаивания воды. При длительном омывании водой внешней стенки устройства с перфорацией материал ПГС не сможет обеспечить постоянную концентрацию выделяемых веществ в воде, выделения будут носить скачкообразный характер. Так же при длительном простаивании устройства, включающей в себя предложенный механизм, в первых порциях минерализованной воды будет наблюдаться концентрации выделившихся веществ, существенно выше, чем при постоянном проливе.
Технической задачей является разработка относительно простого по конструкции и недорогого элемента, обеспечивающего сглаживание резких экстракционных пиков солей в системах минерализации воды при простоях в работе системы, а также доочистку воды от механических загрязнений, хлора, хлорорганических, органических веществ, тяжелых металлов, а также микроорганизмов.
Технический результат достигается тем, что предложен фильтрующий картридж-усреднитель для воды, состоящий из последовательно соединенных по ходу течения жидкости: узла ввода воды с впускным отверстием, водопроницаемой пористой перегородки, узла смешения в виде полой оболочки со свободным внутренним объемом, водопроницаемого гидрозатвора, узла вывода воды с выпускным отверстием, при этом: величина проходного сечения впускного отверстия не менее, чем в три раза меньше, чем величина сечения узла смешения, величина проходного сечения выпускного отверстия - не менее сечения впускного, а общее проходное сечение гидрозатвора не менее, чем у впускного отверстия, и не более, чем у узла смешения.
Предпочтительно, что узел ввода воды выполнен в виде крышки, герметично соединенной с полой оболочкой узла смешения.
Важно, что водопроницаемая пористая перегородка выполнена из анизотропного или изотропного углеродного волокна с добавлением ионообменного волокна или из пористой керамики с размером пор 0.5÷10 мкм и т.д.
Предпочтительно, что узел смешения представляет собой цилиндрическую оболочку со свободным объемом полой части 0.2÷0.9 от общего внутреннего объема.
Предпочтительно, что оболочка узла смешения имеет глухой торец.
Предпочтительно, что узел вывода воды выполнен в виде полой трубки, установленной коаксиально в полой оболочке узла смешения и проходящей через впускное отверстие узла ввода воды.
Для обеспечения требуемого гидравлического сопротивления и требуемой степени очистки гидрозатвор может представлять собой различные комбинации фильтрующих материалов. Эти комбинации иллюстрируют, но не ограничивают варианты исполнения гидрозатвора.
В одном варианте исполнения гидрозатвор представляет собой комбинацию механического фильтра из вспененного полипропилена с тонкостью очистки 5 мкм и механического фильтра из вспененного полипропилена с тонкостью очистки 1 мкм.
В другом варианте исполнения гидрозатвор представляет собой комбинацию механического фильтра из вспененного полипропилена с тонкостью очистки 5 мкм и карбонблока с ионообменными свойствами и размерами пор 3 мкм.
В еще одном из вариантов исполнения гидрозатвор представляет собой комбинацию механического фильтра из вспененного полипропилена с тонкостью очистки 5 мкм и пористой микро- или ультрафильтрационной мембраны.
Назначение этих вариантов исполнения отражено в таблице.
Ввод и вывод среды осуществляют через вводной и выводной штуцеры, установленные в узлах ввода и вывода воды соответственно, или иные конструктивные элементы, выполняющие те же функции. Значительный полый внутренний объем устройства обеспечивает интенсивное смешение после попадания в него среды через отверстие с проходным сечением не менее, чем в три раза меньше, чем сечение узла смешения. Вывод среды из устройства осуществляют через отверстие, сечение которого не меньше, чем входное.
Предлагаемое решение обеспечивает функционирование устройства максимально приближенное к «модели идеального смешения». Интенсивное перемешивание заключенной в картридже-усреднителе среды и вновь поступающей среды достигается путем частичного блокирования свободного выхода из устройства водопроницаемой перегородкой - гидрозатвором - и созданием тем самым принудительного перемешивания порций среды. Конструктивно гидрозатвор может быть выполнен в виде тела из пористого полипропилена, нетканого полотна, карбонблока с ионообменными свойствами, обеспечивающими требуемый расход через полое тело в диапазоне рабочих температур и вязкостей перекачиваемой среды. При необходимости для достижения требуемой степени очистки гидрозатвор может быть также оформлен в виде инсталлированных половолоконных мембран, плоской мембраны, сложенной гармошкой, или многоканального мембранного модуля, выполненного из органического или неорганического материалов. Предлагаемое устройство представляет собой простую конструкцию, без движущихся частей, не использующую дополнительную энергию для получения однородной по химическому составу среды. В предлагаемом устройстве используется только кинетическая энергия протекающей жидкости и гидрозатвор.
В случае использования в качестве водопроницаемого гидрозатвора мембранных перегородок подбирается такая площадь мембраны, которая обеспечит требуемый расход фильтруемой среды с учетом прогнозируемого падения удельной производительности мембраны.
При использовании в качестве гидрозатвора пористого тела в виде толстостенного пустотелого цилиндра (карбонблок и т.п. ), производится расчет необходимой проницаемости пористого тела заданной геометрической формы исходя из следующего алгоритма расчета. Фильтрация среды в водопроницаемом гидрозатворе в картридже-усреднителе происходит в радиальном направлении от наружной поверхности к внутренней. В этом случае проницаемость kж пористого тела определяется по формуле:
где μж - вязкость фильтруемой среды; Qж - расход фильтруемой среды; rн и rв - наружный и внутренний радиусы пористого тела; рн и рв - давления у наружной и внутренней поверхности пористого тела; h - высота пористого тела.
Изготовление пористого тела возможно, например, из сорбционных материалов методом экструзии и/или спеканием с добавкой связующего полимера, таким образом, чтобы обеспечить требуемый расход фильтруемой среды. При этом, на практике есть конструктивные ограничения по наружнему (rн) и внутреннему радиусу (rв) пористого тела, его высоте (h), а также, например, в случае использования картриджа-усреднителя в качестве усреднителя для статического минерализатора системы обратного осмоса, противодавления, которое допустимо при использовании конкретного мембранного элемента. Несоблюдение последнего условия может явиться причиной низкой производительности системы с минерализатором и картриджем-усреднителем и/или деструкцией мембранного полотна и/или мембранного элемента по мере эксплуатации системы. Таким образом, проницаемость (kж) пористого тела и способ его регулирования является одной из базовой величин, корректность выбора которой определяет работоспособность предлагаемого устройства.
Из производственной практики известно, что из цилиндрического полого тела, длина которого многократно больше чем диаметр (соотношение [длина/диаметр]≥2) вытеснение среды можно считать полным с точностью, достаточной для инженерных расчетов, после пропускания через него в развитом турбулентном режиме (Re≥10.000) более 3-х объемов удержания среды, заключенных в геометрических размерах тела. На практике это может означать, что, например, в случае 3-х ступенчатого бытового водоочистителя, состоящего из следующих по функционалу картриджей (по ходу тока жидкости) - очистка воды, минерализация, усреднение и кондиционирование воды - конфигурация картриджа-усреднителя будет выглядеть следующим образом. При свободном межзерновом объеме минерализующей ступени (2-ой картридж), в котором находится вода, в которой по истечении некоторого времени при отсутствии ее движения будет достигнуто локальное межфазное равновесие в объеме жидкости равном, например, 1/9 части картриджа, необходимый объем для усреднения концентраций растворившихся соединений в 3-ем картридже (усреднителе) составит, как минимум, 3×(1/9)=1/3 объема картриджа. Оставшийся объем 3-его картриджа может занимать гидрозатвор.
Конструктивно картридж-усреднитель может быть выполнен в виде устройства с одно- и двунаправленным движением среды. На Фиг. 1 представлен картридж-усреднитель, в котором движение фильтруемой среды осуществляется сверху вниз, движение усредненной по химическому составу и доочищенной воды - снизу вверх через центральный канал устройства, в котором: 1 - крышка; 2 - адаптер; 3 - водопроницаемая пористая перегородка; 4 - полая оболочка; 5 - трубка; 6-7 - торцевая заглушка; 8 - гидрозатвор.
Картридж-усреднитель работает следующим образом (Фиг. 1). Ввод жидкости в устройство осуществляется через щелевое отверстие, образующееся между внутренней стенкой крышки (1) и внешней стенкой адаптера (2). После прохождения по щелевому каналу жидкость проходит через водопроницаемую перегородку (3), служащую для предварительной тонкой фильтрации. Пройдя водопроницаемую перегородку (3) жидкость поступает во внутреннюю рабочую полость устройства, ограниченную внутренней стенкой полой оболочки (4) и внешней стенкой трубки (5). За счет установленного далее по току жидкости гидрозатвора происходит резкое сужение проходного сечения при проникновении жидкости внутрь гидрозатвора, т.к. его поры представляют ничтожно малый по сравнению с полой частью устройства размер, при этом в приграничной зоне полой части устройства возникают сильные турбулентные завихрения, приводящие к гомогенизации химического состава порций жидкости. Выход усредненной по химическому составу среды из полой части устройства осуществляется через щелевой канал, образованный внутренней стенкой полой оболочки (4) и торцевой заглушкой (6) гидрозатвора (8). Через пористые стенки гидрозатвора (8) среда под действием давления поступает в его внутреннюю полость и по трубке (5) через внутренний канал адаптера (2) выходит из устройства.
Результаты по усреднению высоких концентраций минерализующих веществ после простоя водоочистителя приведены на Фиг. 2-4. Минерализация обессоленной воды производилась с использованием минерализатора, минерализующая загрузка которого увеличивает уровень кальция, магния и повышает уровень рН воды. Расход воды после минерализации составлял 1.6 л/мин. Свободный межзерновой объем в картридже-минерализаторе 0.15. При этом минимальный необходимый свободный объем 0.15×3=0.45. Для обеспечения гидрозатвора, обеспечивающего эффективное перемешивание, использовался карбонблок с ионообменными свойствами, внутренний радиус которого составлял 8 мм, внешний радиус - 24 мм, высота - 60 мм. Оставшийся объем картриджа - пустой.
Пробоотбор осуществлялся 3 раза в день: утром, днем и вечером, без четкой фиксации времени отбора пробы. Объем разового пробоотбора составлял 3 л (3 пробы по 1 л).
Анализы выполнялись в соответствии со следующей нормативной документацией:
- ПНД Ф 14.1:2.114-97 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации сухого остатка в пробах природных сточных вод.
- ПНД Ф 14.1:2.95-97 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации кальция в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом.
- ГОСТ 31954-2012 Вода питьевая. Методы определения жесткости. Mg-расчетный метод.
Настоящее решение может быть использовано в системах очистки и кондиционирования воды, базирующихся на различных физико-химических принципах и их комбинациях. Предлагаемый картридж-усреднитель может быть использован, как минимум, в следующих системах:
• Мембранные системы на базе электродиализа, обратного осмоса, нанофильтрации, ультрафильтрации, микрофильтрации, использующих рулонные (спиральные) мембранные элементы/половолоконные мембранные элементы/плоские мембранные элементы, при последующей реминерализации очищенной воды до физиологически обоснованных норм биогенными компонентами при работе мембранных систем в диапазоне производительностей 0.5÷15 л/мин по очищенной воде (пермеату). При использовании мембранных систем без накопительного бака для хранения очищенной воды с минерализующими картриджами (патронами) различного типа: SL10, ВВ10, ВВ20 и им подобным в первых порциях минерализованной воды после простоя системы наблюдается повышенная концентрация растворенных после минерализации веществ. Для уменьшения концентрации в первых порциях воды после простоя необходимо разбавить высокие концентрации минерализующих компонентов, для чего используется картридж-усреднитель. Внутри него установлено пористое тело, например, карбонблок или фильтр из пористого полипропилена, который одновременно улавливает мельчайшие частицы минерализующих компонентов и кондиционирует воду, в случае карбонблока с ионообменными свойствами - удаляет возможные остаточные химические загрязнения из воды.
На Фиг. 5 приведена схема системы обратного осмоса прямоточного типа (без накопительного бака). Система состоит из следующих картриджей: 9 - фильтр тонкой очистки 5 мкм, 10 - сорбционный картридж, 11 - фильтр тонкой очистки 1 мкм, 12 - аппарат обратного осмоса со спиральным мембранным элементом, 13 - минерализующий картридж, 14 - картридж-усреднитель.
Исходная вода, после удаления крупных механических загрязнений фильтром тонкой очистки (9) и удаления хора и хлорорганических веществ сорбционным картриджем (10) поступает на фильтр тонкой очистки (11). Подготовленная к мембранной очистке вода подается на аппарат обратного осмоса (12), где происходит процесс разделения воды на обессоленную и концентрат растворенных соединений, который поступает в дренаж. Обессоленная вода проходит через минерализующий картридж (13) и фильтр-усреднитель (14), содержащий карбон-блок, после чего поступает к потребителю. При использовании картриджа-усреднителя в предложенной схеме возможно получение очищенной воды с требуемым химическим составом воды постоянной концентрации без получения первых порций воды после простоя системы с высокими концентрациями минерализующих веществ.
• Многоступенчатая проточная водоочистная система, совмещающая в себе функции по базовой очистке и/или специфической (селективной) очистке воды и минерализации мягкой воды. Такие системы могут быть использованы в районах с низким солесодержанием питьевой воды, например, в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, Карелии, районах Крайнего Севера, на Дальнем Востоке и пр. Такая система может быть выполнена, как минимум, из 2 картриджей, один из которых выполняет функции очистки и минерализации, второй - кондиционирование и/или селективную очистку воды и усреднение концентрации растворившихся в минерализаторе компонентов. В качестве загрузки ступени/ней водоочистителя могут присутствовать компоненты для удаления механических загрязнителей, удаления растворенного и нерастворенного железа, мышьяка, сорбционные засыпки (активированные угли, ионообменные смолы в Н-форме и Na-форме и пр.) и иные функциональные засыпки и элементы. Минерализующая часть картриджа может быть представлена компонентами, выделяющими витамины и/или неорганические компоненты: кальций, магний, фторид-ионы, иодиды, гидрокарбонаты, калий, натрий, селен, цинк и иные элементы и/или их комбинации.
На Фиг. 6 представлен водоочиститель, включающий: 15 - фильтрующий картридж (механическая очистка / сорбция / обезжелезивание), 16 -минерализующий картридж, 17 - картридж-усреднитель.
После очистки в картридже (15) вода поступает в картридж (16). Обогатившись минерализующими веществами, вода поступает в картридж-усреднитель (17), где установлен гидрозатвор в виде модуля ультрафильтрационных мембран половолоконного типа. Во время простоя водоочистителя концентрация растворяемых веществ в воде, находящейся в картридже (16) вырастает, и при последующем включении водоочистителя первая порция минерализованной воды из картриджа (16) смешивается с водой, находящейся в полой части картриджа-усреднителя (17), тем самым, выравнивается концентрация привнесенных веществ из картриджа (16) в потоке очищенной воды.
• Система доочистки и повышения уровня рН воды. Водоочистители с таким функционалом и базовой и/или специфической очисткой могут быть использованы при подщелачивании воды, поступающей на питьевые цели. В зависимости от конкретных требований, уровень рН воды может быть увеличен на 0.5÷4 ед. рН без существенной минерализации воды и отсутствия резкого изменения рН воды, защелачиваемой в протоке без использования сложного дозирующего оборудования, с использованием только статического минерализатора и картриджа-усреднителя. Это является актуальным при получении питьевой воды со значением рН 8÷10 из кислой воды, с рН 5.6÷6.5 получаемой, например, на системах обратного осмоса и поставляемой потребителям по системам централизованного водоснабжения. Для увеличения рН такой воды могут использоваться фильтры-кувшины с кассетами с защелачивающими компонентами; при использовании проточных водоочистителей со статическими минерализаторами появляется необходимость стабилизации рН и минимизации экстракционных всплесков в потоке после простаивания проточного фильтра. В комбинации с функциями очистки от, например, хлора, механических загрязнений, тяжелых металлов, микроорганизмов, использование защелачивающего картриджа и последующего картриджа-усреднителя позволяет получить чистую воду, из которой удалены вторичные загрязнители, попадающие в воду из систем распределения и доставки воды, и рН которой приведен в требуемый диапазон вне зависимости от длительности простаивания такой системы в любой момент времени использования без предварительного слива первых порций воды.
• Комплексная система по получению физиологически полноценной питьевой воды, получаемой метом дистилляции, вымораживания, ионного обмена, сорбции, систем, использующих энергию солнца для получения пресной воды, судовых установок наводных и подводных судов, водоподготовительных систем на буровых платформах с искусственной минерализацией чистой воды и/или частичной коррекцией ее минерального состава.
Выполнение заявляемого фильтрующего картриджа-усреднителя позволяет осуществить сглаживание резких экстракционных пиков солей в системах минерализации воды при простоях в работе системы, а также доочистить воду от механических загрязнений, хлора, хлорорганических, органических веществ, тяжелых металлов и микроорганизмов.
Claims (9)
1. Фильтрующий картридж-усреднитель для воды, состоящий из последовательно соединенных по ходу течения жидкости: узла ввода воды с впускным отверстием, водопроницаемой пористой перегородки, узла смешения в виде полой оболочки со свободным внутренним объемом, водопроницаемого гидрозатвора, узла вывода воды с выпускным отверстием, при этом: величина проходного сечения впускного отверстия не менее чем в три раза меньше, чем величина сечения узла смешения, величина проходного сечения выпускного отверстия - не менее сечения впускного, а общее проходное сечение гидрозатвора не менее, чем у впускного отверстия, и не более, чем у узла смешения.
2. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 1, отличающийся тем, что узел ввода воды выполнен в виде крышки, герметично соединенной с полой оболочкой узла смешения.
3. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 1, отличающийся тем, что водопроницаемая пористая перегородка выполнена из анизотропного или изотропного углеродного волокна с добавлением ионообменного волокна или из пористой керамики с размером пор 0.5÷10 мкм.
4. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 1, отличающийся тем, что узел смешения представляет собой цилиндрическую оболочку со свободным объемом полой части 0.2÷0.9 от общего внутреннего объема.
5. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 4, отличающийся тем, что оболочка узла смешения имеет глухой торец.
6. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 1, отличающийся тем, что гидрозатвор представляет собой комбинацию механического фильтра из вспененного полипропилена с тонкостью очистки 5 мкм и механического фильтра из вспененного полипропилена стойкостью очистки 1 мкм.
7. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 1, отличающийся тем, что гидрозатвор представляет собой комбинацию механического фильтра из вспененного полипропилена с тонкостью очистки 5 мкм и карбонблока с ионообменными свойствами с размерами пор 3 мкм.
8. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 1, отличающийся тем, что гидрозатвор представляет собой комбинацию механического фильтра из вспененного полипропилена с тонкостью очистки 5 мкм и пористой микро- или ультрафильтрационной мембраны.
9. Фильтрующий картридж-усреднитель по п. 1, отличающийся тем, что узел вывода воды выполнен в виде полой трубки, установленной коаксиально в полой оболочке узла смешения и проходящей через впускное отверстие узла ввода воды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017130309A RU2669277C1 (ru) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Фильтрующий картридж-усреднитель для воды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017130309A RU2669277C1 (ru) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Фильтрующий картридж-усреднитель для воды |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2669277C1 true RU2669277C1 (ru) | 2018-10-09 |
Family
ID=63798586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017130309A RU2669277C1 (ru) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Фильтрующий картридж-усреднитель для воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669277C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2803504C2 (ru) * | 2019-03-15 | 2023-09-14 | Аквис Вассер-Луфт-Зюстеме Гмбх, Линдау, Цвайгнидерлассунг Ребштайн | Картридж для минерализации и способ его эксплуатации |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4678571A (en) * | 1985-02-20 | 1987-07-07 | Hitachi, Ltd. | Water purifier |
| US6569329B1 (en) * | 1999-05-06 | 2003-05-27 | Innova Pure Water Inc. | Personal water filter bottle system |
| RU2212378C1 (ru) * | 2002-07-18 | 2003-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Акватория" | Устройство для введения добавки в воду |
| RU109754U1 (ru) * | 2011-04-25 | 2011-10-27 | Дмитрий Феликсович Зуев | Модуль для получения кондиционированной питьевой воды |
| RU2515317C1 (ru) * | 2012-12-12 | 2014-05-10 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Способ минерализации жидкости и система для его осуществления |
| RU2616677C1 (ru) * | 2015-11-20 | 2017-04-18 | Закрытое акционерное общество "МЕТТЭМ-технологии" | Минерализующий картридж для питьевой воды и способ его применения |
-
2017
- 2017-08-28 RU RU2017130309A patent/RU2669277C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4678571A (en) * | 1985-02-20 | 1987-07-07 | Hitachi, Ltd. | Water purifier |
| US6569329B1 (en) * | 1999-05-06 | 2003-05-27 | Innova Pure Water Inc. | Personal water filter bottle system |
| RU2212378C1 (ru) * | 2002-07-18 | 2003-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Акватория" | Устройство для введения добавки в воду |
| RU109754U1 (ru) * | 2011-04-25 | 2011-10-27 | Дмитрий Феликсович Зуев | Модуль для получения кондиционированной питьевой воды |
| RU2515317C1 (ru) * | 2012-12-12 | 2014-05-10 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Способ минерализации жидкости и система для его осуществления |
| RU2616677C1 (ru) * | 2015-11-20 | 2017-04-18 | Закрытое акционерное общество "МЕТТЭМ-технологии" | Минерализующий картридж для питьевой воды и способ его применения |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2803504C2 (ru) * | 2019-03-15 | 2023-09-14 | Аквис Вассер-Луфт-Зюстеме Гмбх, Линдау, Цвайгнидерлассунг Ребштайн | Картридж для минерализации и способ его эксплуатации |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100581348B1 (ko) | 울트라여과 및 마이크로여과 모듈 및 시스템 | |
| US6001244A (en) | Performance water purification system | |
| RU2616677C1 (ru) | Минерализующий картридж для питьевой воды и способ его применения | |
| US8292088B2 (en) | Water supply system with filtration and retrofit assembly | |
| WO2007010549A1 (en) | A household reverse osmosis based drinking water purifier | |
| EP3241601A1 (en) | Water treatment apparatus | |
| RU2577835C2 (ru) | Способ очистки жидкости и система для его реализации | |
| WO2010098691A1 (ru) | Установка для очистки жидкости, способ промывки половолокqнного фильтра и применение способа промывки половолоконного фильтра | |
| RU2258045C1 (ru) | Способ получения воды для инъекций из вод природных источников и установка для его реализации | |
| ITFI20100048A1 (it) | Impianto ad osmosi inversa per il trattamento dell'acqua | |
| Nadjafi et al. | Feasibility of treatment of refinery wastewater by a pilot scale MF/UF and UF/RO system for reuse at boilers and cooling towers | |
| RU2669277C1 (ru) | Фильтрующий картридж-усреднитель для воды | |
| RU2761282C1 (ru) | Устройство и способ подготовки питьевой воды | |
| CN111867700A (zh) | 净水器用一体型复合过滤器模块 | |
| KR101445209B1 (ko) | 이동형 음용수 공급장치 | |
| KR200450896Y1 (ko) | 하프 타입 정수장치의 역삼투압 필터구조 | |
| JP2006281216A (ja) | 浄水器 | |
| EP1801078A1 (en) | Apparatus for purification treatment of drinking water and process therefor | |
| RU2772828C1 (ru) | Устройство для опреснения и очистки воды на основе поли(триметилен-дикарбоксилата) | |
| RU2630121C1 (ru) | Устройство микрофильтрационное для очистки воды от механических загрязнений | |
| RU22434U1 (ru) | Установка для разделения растворов | |
| KR200242686Y1 (ko) | 음용수 정수기 | |
| RU2144422C1 (ru) | Установка для фильтрации жидкости | |
| CN217340314U (zh) | 一种定量出水系统及净水器 | |
| JP7426478B2 (ja) | 選択型両端集水機能を有するフィルタ構造体およびこれを利用した濾過方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |