Результат интеллектуальной деятельности: МОДУЛЬ СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к фильтровальной технике и может быть использовано в системах для очистки питьевой воды от примесей.

Известен фильтр для очистки воды [А.с. СССР РФ №1095942. Фильтр для очистки воды. Опубл. 07.06.1984]. Известный фильтр содержит корпус с крышкой и днищем, промежуточное днище с дренажными колпачками, расположенную на нем зернистую загрузку, установленные под промежуточным днищем одна под другой соответственно водонепроницаемую и сетчатую перегородки, подающий исходную воду патрубок, присоединенный к крышкам, патрубок для отвода фильтрата, установленный на боковой поверхности корпуса между водонепроницаемой перегородкой и промежуточным днищем, и трубопровод с инжектором, присоединенный к подающему патрубку, трубки, присоединенные к водонепроницаемой перегородке и промежуточному днищу, между перегородками размещен кусковой коагулянт, второй конец трубопровода с инжектором присоединен к днищу корпуса.

Недостатками известного устройства являются относительно малая глубина очистки воды от кальция, марганца, стронция, фтора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является напорный фильтр [Патент РФ на полезную модель №88573. Напорный фильтр. Опубл. 20.11.2009]. Указанное устройство содержит цилиндрический корпус со сферическими крышкой и днищем, размещенные в корпусе слой фильтрующего зернистого материала, верхнее и нижнее распределительные устройства и распределительное устройство для промывки верхнего слоя фильтрующего зернистого материала, трубопровод подачи очищаемой воды и отвода промывной воды с затворами, подключенный к верхнему распределительному устройству, трубопровод отвода очищенной воды и подачи промывной воды с затворами, соединенный с нижним распределительным устройством, трубопровод для подачи промывной воды в верхний слой фильтрующего зернистого материала с затвором. Распределительное устройство для промывки верхнего слоя фильтрующего зернистого материала выполнено в виде не менее трех вертикальных труб, проходящих через верхнее распределительное устройство и герметично установленных в отверстиях сферической крышки. Нижние концы вертикальных труб заглушены, снабжены отверстиями на боковых поверхностях и помещены в верхний слой фильтрующего зернистого материала на глубину 100-700 мм, а верхние концы подключены через коллектор к трубопроводу для подачи промывной воды в верхний слой фильтрующего зернистого материала.

Недостатками известного устройства являются относительно малая глубина очистки воды от кальция, марганца, стронция, фтора.

Решаемая задача состоит в создании модуля сорбционной очистки жидкой среды с относительно большой глубиной очистки от кальция, марганца, стронция, фтора.

Для исключения указанных недостатков в модуле сорбционной очистки жидкой среды, включающем вертикальный корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, днища и крышки, верхним и нижним перфорированными насадками, поддерживающий слой, коллектор, расположенный вне полости корпуса, фильтрующую засыпку, нижняя поверхность которой контактирует с верхней поверхностью поддерживающего слоя, входной и выходной патрубки, сообщенные с полостью коллектора и оснащенные затворами, причем входной и выходной патрубки оснащены затворами, предлагается:

- модуль дополнительно снабдить дренажным патрубком с затвором, расположенным вне полости корпуса, и трубкой, расположенной в полости корпуса и ориентированной вертикально;

- нижний перфорированный насадок расположить в объеме фильтрующей засыпки,

- верхний конец трубки пропустить через крышку и сообщить с коллектором;

- нижний перфорированный насадок укрепить на торцевой части трубки;

- верхний перфорированный насадок установить на наружной боковой поверхности трубы;

- полости верхнего и нижнего перфорированных насадков сообщить соответственно с полостями коллектора и трубки;

- фильтрующую засыпку выполнить из нижнего фильтрующего слоя из каталитически активного алюмосиликатного сорбента марки МС, промежуточного фильтрующего слоя из гранулированного каталитически активного сорбента марки МЖФ на основе природного минерала доломита и верхнего фильтрующего слоя из алюмосиликатного полифункционального сорбента марки АС;

- поддерживающий слой выполнить из кварцевого фракционированного песка;

- свободную поверхность верхнего фильтрующего слоя расположить с зазором относительно торцевой части верхнего перфорированного насадка.

Принципиальная схема продольного осевого сечения одного из вариантов исполнения модуля сорбционной очистки жидкой среды представлена на чертеже.

На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - верхний перфорированный насадок, 2 - верхний фильтрующий слой, 3 - входной патрубок, 4 - выходной патрубок, 5 - днище, 6 - дренажный патрубок, 7 - затвор дренажного патрубка, 8 - затвор входного патрубка, 9 - затвор выходного патрубка, 10 - коллектор, 11 - крышка, 12 - нижний перфорированный насадок, 13 - нижний фильтрующий слой, 14 - поддерживающий слой, 15 - промежуточный фильтрующий слой, 16 - трубка, 17 - цилиндрическая обечайка.

Модуль сорбционной очистки жидкой среды содержит вертикальный корпус, образованный цилиндрической обечайкой 17, крышкой 11 и днищем 5, фильтрующей засыпкой, состоящей из нижнего 13, промежуточного 15 и верхнего 2 фильтрующих слоев, верхнего 1 и нижнего 12 перфорированных насадков, дренажный 6, входной 3 и выходной 4 патрубки, затворы 7, 8, 9 соответствующих патрубков, коллектор 10 и поддерживающий слой 14 и трубку 16.

Коллектор 10 расположен вне полости корпуса.

Нижняя поверхность фильтрующей засыпки контактирует с верхней поверхностью поддерживающего слоя 14.

Дренажный 6, входной 3 и выходной 4 патрубки сообщены с полостью коллектора 10, оснащены соответствующими затворами 7, 8, 9 и расположены вне полости корпуса.

Нижний перфорированный насадок 12 расположен в объеме поддерживающего слоя 14.

Трубка 16 расположена в полости корпуса и ориентирована вертикально. Нижний перфорированный насадок 12 расположен в объеме поддерживающего слоя 14.

Верхний конец трубки 16 проходит через крышку и сообщен с коллектором 10.

Нижний перфорированный насадок 12 укреплен на торцевой части трубки 16.

Верхний перфорированный насадок 1 установлен на наружной боковой поверхности трубки 16.

Полости верхнего 1 и нижнего 12 перфорированных насадков сообщены соответственно с полостями коллектора 10 и трубки 16.

Нижний фильтрующей слой 13 имеет высоту не менее 0,04 м и образован каталитически активным алюмосиликатным сорбентом марки МС с частицами неправильной формы и размером 0,7-1,5 мм, насыпной плотностью 1150-1250 кг/м³ и плотностью 2850 кг/м³.

Промежуточный фильтрующий слой 15 имеет высоту не менее 0,01 м и образован гранулированным каталитически активным сорбентом марки МЖФ на основе природного минерала доломита с размером частиц 0,5-1,5 мм, насыпной плотностью 1350-1400 кг/м³ и плотностью 2450-2550 кг/м³.

Верхний фильтрующий слой 2 имеет высоту не менее 0,05 м и образован алюмосиликатным полифункциональным сорбентом марки АС с размером частиц 0,5-1,5 мм, насыпной плотностью 670-720 кг/м и плотностью 1350-1450 кг/м³.

Поддерживающий слой 14 из кварцевого фракционированного песка имеет средний размер частиц 7 мм, насыпную плотность 1400-1500 кг/м³ и плотность 2600-2700 кг/м³.

Свободная поверхность верхнего фильтрующего слоя 2 расположена с зазором относительно торцевой части верхнего перфорированного насадка 1.

Нижний перфорированный насадок предназначен для сбора воды в процессе ее очистки и предотвращения уноса фильтрующей засыпки из полости корпуса в процессе ее промывки.

Верхний перфорированный насадок 1 предназначен для равномерного распределения потока воды во входном поперечном сечении верхнего фильтрующего слоя 2.

Трубка 16 предназначена для отвода очищенной воды из полости корпуса и подвода воды в процессе регенерации фильтрующей засыпки.

Гранулированный каталитически активный сорбент марки МЖФ на основе природного минерала доломита (Марганец Железо Фильтр) соответствует ТУ от 08.05.2008 №4859-001-53232176-2008. В качестве сырья для производства сорбента марки МЖФ используют породу осадочного происхождения (доломит), состоящую из смеси минералов Mg и Са, в результате механохимической и термохимической обработки и последующей химической модификации получают гранулированный, пористый материал с развитой удельной поверхностью, состоящий из смеси оксидов и карбонатов кальция и магния, а также оксидов алюминия и кремния, и содержащий в порах высокодисперсный каталитически активный диоксид марганца. Сорбент марки МЖФ как фильтрующий материал, удерживающий в межзерновом пространстве продукты гидролиза окисленных форм железа и марганца, обладает каталитической активностью в реакциях окисления железа и марганца растворенными в воде окислителями (кислородом, озоном, перманганатом калия и др.). Дополнительное назначение сорбента марки МЖФ в трехслойной засыпке - поддержание ph отфильтрованной воды в общепринятом для питьевой воды диапазоне - 6,5-8,5

Каталитически активный алюмосиликатный сорбент марки МС (Сорбент Магнийсодержащий), соответствующий ТУ 2164-002-15155998-2010, в котором каталитически активные компоненты входят в структуры гранулы равномерно, что обеспечивает эффективную работу даже при разломе гранулы. Данный сорбент предназначен для физико-химической очистки воды от железа (с содержанием до 50 мг/л), марганца (с содержанием до 2,5 мг/л), стронция, тяжелых цветных металлов, фосфатов, нефтепродуктов, фенола, радионуклидов. Физико-химические свойства сорбента марки МС отвечают требованиям ГОСТ Р 51641-2000 (Материалы фильтрующие зернистые). Его изготавливают на основе опок Сухоложского месторождения. Его основные технические характеристики: частицы неправильной формы и размером 0,7-1,5 мм, насыпной плотностью 1150-1250 кг/м³ и плотностью 2850 кг/м³. Химический состав указанного сорбента очень сильно зависит от месторождения и даже от пластов одного и того же месторождения. В частности, сорбент, изготовленный на основе опок Сухоложского месторождения, имеет следующий химический состав, %: SiO₂ - 43-47, MgO - 43-47, Fe₂O₃ - 4-5, A1₂O₃ - 2,5-3,0, остальное - менее 0,5).

Алюмосиликатный полифункциональный сорбент марки АС, соответствующий ТУ 2164-001-15055998-03, изготавливается на основе опок Сухоложского месторождения. Основные технические характеристики указанного сорбента: размер частиц 0,5 -1,5 мм, насыпная плотность 670 - 720 кг/м³ и плотность 1350-1450 кг/м³. Физико-химические свойства сорбента АС отвечают требованиям ГОСТ Р 51641-2000 (Материалы фильтрующие зернистые). Сорбент марки АС повышает pH воды, что обеспечивает эффективное удаление железа, эффективно удаляет все виды железа (при концентрации до 50 мг/л), в том числе двухвалентное, трехвалентное, органическое, бактериальное и коллоидное.

Химический состав указанного сорбента очень сильно зависит от месторождения и даже от пластов одного и того же месторождения. В частности, сорбент, соответствующий ТУ 2164-001-15055998-03 и изготовленный на основе опок Сухоложского месторождения, имеет следующий химический состав, %: SiO₂ - 78, MgO - 0,5, Fe₂O₃ - 5, A1₂O₃ - 7, остальное - 9,5).

Модуль сорбционной очистки жидкой среды работает следующим образом.

В режиме очистки очищаемая вода через входной патрубок 3 попадает в коллектор 10, проходит через каналы верхнего перфорированного насадка 1, поступает в объем полости корпуса, расположенный над верхним фильтрующим слоем 2, последовательно проходит проточные части верхнего 2, промежуточного 15 и нижнего 13 фильтрующих слоев и поддерживающего слоя 14, попадает в трубку 16, из нее поступает в коллектор 10 и выходит из модуля через выходной патрубок 4. В данном режиме работы модуля затвор 7 дренажного патрубка 6 закрыт, а затворы входного 8 и выходного 9 патрубков открыты.

В режиме регенерации вода через входной патрубок 3 поступает в коллектор 10, последовательно проходит через трубку 16, проточные части поддерживающего слоя 14, нижнего 13, промежуточного 15 и верхнего 2 фильтрующих слоев, через каналы верхнего перфорированного насадка 1 попадает в коллектор 10 и выходит из модуля через дренажный патрубок 6.

При высотах слоев сорбента в модуле сорбционной очистки меньших соответствующих рекомендованных минимальных высот слоев эффективность очистки жидкости не соответствует предъявляемым требованиям (нормам), а при высотах слоев сорбента соответствующих или больших рекомендованных минимальных высот слоев эффективность очистки жидкости соответствует предъявляемым требованиям. В последнем случае увеличение высоты слоев сорбентов не оказывает влияния на эффективность очистки жидкости, а приводит к увеличению ресурса работы данного модуля.

Пример конкретного выполнения модуля сорбционной очистки жидкой среды

Модуль сорбционной очистки жидкой среды имеет высоту 1,99 м и внутренний диаметр 0,47 м. Корпус выполнен из стеклопластика.

Верхний фильтрующий слой 2 представляет собой алюмосиликатный полифункциональный сорбент марки АС с высотой 0,05 м, средний фильтрующий слой - гранулированный каталитически активный сорбент марки МЖФ на основе природного минерала доломита с высотой 0,01 м, а нижний фильтрующий слой -каталитически активный алюмосиликатный сорбент марки МС с высотой 0,03 м.

Объем фильтрующей засыпки и подложки равен 0,18 м³. Объемный расход очищаемой воды составляет 1 м³/ч.

Использование предложенного технического решения позволяет в очищаемой питьевой воде снизить концентрации кальция с 15 мг/л до 3 мг/л, железа с 7 мг/л до 0,1 мг/л, марганца с 1 мг/л до 0,02 мг/л, стронция с 10 мг/л до 1 мг/л, фтора с 5 мг/л до 1 мг/л.

Следует отметить, что при исследовании модулей сорбционной очистки жидкой среды других конструкций не удалось получить воду с характеристиками, представленными в описании, при обеспечении требуемой производительности.

Технический результат - увеличение функциональных возможностей модуля сорбционной очистки жидкой среды.