Устройство для очистки питьевой водопроводной воды

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для очистки водопроводной питьевой воды у потребителя, например, в квартире, детском саду, поликлинике и т.д. Устройство включает цилиндрический корпус, фильтровальную ячейку с мембранным керамическим фильтроэлементом или несколькими фильтроэлементами и накопительную емкость. Фильтрация через мембрану обеспечивает стерилизацию воды и удержание любых твердых взвесей с размерами более 0,1 - 0,2 мкм. Накопительная емкость служит для быстрого забора очищенной воды потребителем, а также для промывки мембраны. В герметичной накопительной емкости размещается сорбент-поглотитель растворенных токсичных и пахучих веществ. Регенерация мембраны осуществляетсял самопроизвольно при пользовании водой на технические нужды за счет тангенциального скоростного потока, а также импульса обратного давления фильтрата через мембрану из накопительной емкости. Фильтр работает без снижения производительности, по крайней мере, в течение года. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для очистки водопроводной питьевой воды, например в квартире, детском саду, поликлинике и т. д.

Наиболее известным и широко распространенным способом очистки воды в бытовых условиях [1-3] является пропускание ее через слой засыпки, например, из активированного угля. При этом засыпка выполняет одновременно роль сорбента-поглотителя растворенных токсичных примесей грубого фильтра, улавливающего частицы с размерами порядка сотен микрон. Патрон с засыпкой имеет ресурс работы, как правило, около 4 куб.м. после чего подлежит замене.

Известно использование в бытовой технике и более тонких фильтров (3-5 мкм) из пористой керамики, углеродных и стеклянных волокон и т.д. Такие фильтры имеют больший ресурс работы, однако также не защищают от вредных веществ с размерами порядка 0,2 мкм. Кроме того, они требуют довольно сложных систем для регулярной промывки [4] Для полной стерилизации питьевой воды могут быть использованы аппараты обратного осмоса [5] Однако, как правило, они очень сложны для эксплуатации в бытовых условиях, требуют насосов, развивающих давление 50-60 атм, осмотические полимерные мембраны примерно через полгода выходят из строя, особенно при работе на хлорированный воде.

Известно устройство для очистки воды в бытовых условиях [6] которое работает от водопроводной сети и состоит из обратно осмотической фильтровальной ячейки, патрона с ионообменным очистителем, патрона с активированным углем и накопительной емкости. Производительность 20-40 л/сут обеспечивается полимерной мембраной с высокоразвитой поверхностью. Промывка мембраны не производится, поэтому также как и в других устройствах здесь требуется периодическая замена дорогостоящей мембранной ячейки.

Задача, на решение которой было направлено заявленное изобретение, сводилась к созданию простого и доступного для использования в бытовых условиях устройства, в котором для очистки питьевой воды было бы возможно использование в течение достаточно длительного времени фильтра с удерживающей способностью не хуже чем 0,1-0,2 мкм.

Это решается тем, что в качестве основы фильтровальной ячейки используется керамический фильтрующий элемент с волокнистой керамической мембраной высокой производительности, а система его подсоединения к трубопроводу и накопительной емкости обеспечивает регулярную автоматическую промывку и регенерацию мембраны без каких-либо дополнительных сложных устройств при использовании водопроводной воды на нужды, не требующие очистки.

Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Фильтровальная ячейка состоит из цилиндрического корпуса 2, устанавливаемого соосно с ним с зазором от его внутренней стенки трубчатого фильтрующего керамического элемента 3 с керамической волокнистой мембраной 4 с удерживающей способностью 0,1-0,2 мкм на внутренней поверхности керамической трубки, сальниковых уплотнений 5, фланцев 6 со штуцерами или каких-либо других переходных устройств для подсоединения к трубопроводу и выходного штуцера 8, сообщенного с зазором между фильтрующим элементом и корпусом ячейки.

Фильтровальная ячейка подключена к трубопроводу между вентилем 1 на входе в помещение и раздаточным вентилем 7, предназначенными для пользования водой, не требующей очистки.

Выходной штуцер 8 соединен с трубопроводом с накопительным баком 9, в нижней части которого находится сливной раздаточный вентиль 10, а в крышке воздушно-водяной клапан 11 с сифоном 12, опущенным на глубину, равную 1/5 1/10 высоты бака. При необходимости очистки воды от органических соединений, хлора и других примесей, улавливаемых сорбентами, патрон с поглотителем 13 размещается внутри накопительного бака.

В устройствах с высокой производительностью в корпусе фильтровальной ячейки устанавливается одновременно несколько фильтрующих элементов, возможна также установка фильтрующих элементов в виде многоканальных труб с мембраной на каждом из внутренних каналов.

В описанном устройстве в начальный момент работы при постоянно открытом вентиле 1, закрытых вентилях 7 и 10 и пустом баке под действием давления в трубопроводе вода начинает фильтроваться через мембрану и проницаемые стенки фильтрующего элемента, и через выходной штуцер 8 и соединительный трубопровод поступает в накопительный бак. По достижению уровнем воды нижнего обреза сифона столб жидкости в нем запирает воздушный клапан 11. Давление в баке начинает расти за счет уменьшения объема воздушной подушки пока не сравняется с давлением в основном трубопроводе между вентилями 1 и 7. Фильтрация прекращается. При пользовании очищенной водой открывается вентиль 10, уровень в баке падает, открывается клапан 11, вода сливается вплоть до опорожнения бака. При закрытии вентиля 10 процесс повторяется.

В описанном устройстве регенерация мембраны происходит автоматически и каждый раз, когда для пользования неочищенной водой (при мытье рук, посуды и т. п.) открывается раздаточный вентиль 7. При этом поток воды, проходящий со значительно большей, чем в режиме фильтрации скоростью по внутреннему каналу фильтрующего элемента, смывает с поверхности мембраны осадок. Одновременно давление в канале падает и оказывается существенно ниже установившегося ранее равновесного в накопительном баке и воздушной подушке в нем. Расширяясь, она вытесняет часть воды из бака, дополнительно промывая мембрану обратным потоком фильтрата. Достаточное для этой процедуры количество воды составляет 1/5 1/10 от объема бака, что и определяет указанную выше цифру глубины погружения сифона. При закрытии вентиля 7 возобновляется прямой процесс фильтрации.

Испытаниями установлено, что применение описанного устройства с волокнистой керамической мембраной, имеющей удерживающую способность 0,1-0,2 мкм, позволяет длительное время получать полностью стерилизованную воду, не содержащую также каких-либо частиц размерами более 0,1-0,2 мкм.

П р и м е р 1. В фильтровальной ячейке использован фильтрующий элемент в виде корундовой трубки пористостью около 40% с волокнистой керамической мембраной из нитевидных кристаллов карбида кремния с удерживающей способностью 0,1-0,2 мкм, пористостью около 90% и толщиной 40 мкм. Длина фильтрующего элемента 500 мм, внутренний диаметр 6 мм. Фильтровальная ячейка врезана в трубопровод диаметром 1/2.

В данном устройстве после первоначального резкого падения производительности мембраны при четырех-шестиразовом в сутки открытии вентиля 7 длительностью от 1/2 до 3 мин, имитирующем бытовую практику, устанавливается стационарная средняя производительность, равная примерно 2 л/ч. В условиях московского водопровода указанная цифра не изменяется далее в течение по крайней мере одного гада. Отфильтрованная вода по данным микробиологических тестов является стерильной и не содержит частиц размером более 0,1-0,2 мкм. Качество фильтрата с течением времени не ухудшается.

П р и м е р 2. В фильтровальной ячейке установлен семиканальный рубчатый элемент с мембранами, идентичными использованным в примере 1. Ячейка врезана в трубопровод диаметром 1". Условия испытаний соответствуют примеру 1. Установившаяся средняя производительность составила примерно 5 л/ч и не изменялась в течение 1 год. Качество фильтрата соответствовало примеру 1.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ, содержащее фильтровальную ячейку, накопительную емкость для фильтрата, средства для вывода концентрата из фильтровальной ячейки и вентиль для отвода фильтрата, отличающееся тем, что фильтровальная ячейка выполнена состоящей из цилиндрического корпуса, трубчатого фильтрующего керамического элемента с расположенной на его внутренней поверхности волокнистой керамической мембраной, установленного с зазором относительно внутренних стенок корпуса при помощи уплотнений, расположенных вблизи концов керамической трубки с образованием пространства для сбора фильтрата соединенного посредством штуцера и трубопровода с накопительной емкостью, при этом накопительная емкость выполнена герметичной, снабжена сорбентом-накопителем, в ее нижней части расположен вентиль для отвода фильтрата, на крышке установлен воздушно-водяной клапан с сифоном, опущенным в емкость на глубину, равную 1/5-1/10 ее высоты, а торец корпуса фильтровальной ячейки через переходник соединен с водопроводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1