RU2708855C1 - Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды - Google Patents
Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708855C1 RU2708855C1 RU2019123494A RU2019123494A RU2708855C1 RU 2708855 C1 RU2708855 C1 RU 2708855C1 RU 2019123494 A RU2019123494 A RU 2019123494A RU 2019123494 A RU2019123494 A RU 2019123494A RU 2708855 C1 RU2708855 C1 RU 2708855C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filtering device
- filter element
- water
- ion
- filter
- Prior art date
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 103
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 title claims abstract description 12
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 230000005484 gravity Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 title abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 155
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 113
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims abstract description 47
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 35
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 14
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 11
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 9
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 8
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 6
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 6
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 5
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 4
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001767 cationic compounds Chemical group 0.000 claims description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical class O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001411 inorganic cation Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 2
- 150000003871 sulfonates Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 claims 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- -1 magnesium cations Chemical class 0.000 description 13
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 9
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000008233 hard water Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229940023913 cation exchange resins Drugs 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004045 organic chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 231100001234 toxic pollutant Toxicity 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001122767 Theaceae Species 0.000 description 1
- 208000009911 Urinary Calculi Diseases 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 208000008281 urolithiasis Diseases 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
- C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
- C02F1/003—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance using household-type filters for producing potable water, e.g. pitchers, bottles, faucet mounted devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D27/00—Cartridge filters of the throw-away type
- B01D27/02—Cartridge filters of the throw-away type with cartridges made from a mass of loose granular or fibrous material
-
- 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
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
-
- 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
- C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
-
- 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
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- 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
- C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
- C02F2001/425—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using cation exchangers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/002—Construction details of the apparatus
- C02F2201/006—Cartridges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/22—Eliminating or preventing deposits, scale removal, scale prevention
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
- C02F2307/04—Location of water treatment or water treatment device as part of a pitcher or jug
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для умягчения и очистки питьевой воды и может быть использовано для улучшения качества очистки питьевой воды в бытовых фильтрах кувшинного типа. Предложено фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды, содержащее систему фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра с отверстиями для входа очищаемой воды и выхода воздуха, фильтрующий элемент, выполненный из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с пористым или герметично закрытым дном с расположенными во внутреннем его пространстве слоем ионообменного материала и распределителем потока обрабатываемой воды с элементом фиксации, при этом слой ионообменного материала расположен между внутренней поверхностью фильтрующего элемента и распределителем потока обрабатываемой воды, выполненным в виде вертикального или горизонтального тела с отверстиями меньше размера частиц ионообменного материала. Пористый блочный материал фильтрующего элемента получен путем сжатия при нагреве смеси порошкообразных компонентов, содержащей частицы активированного угля и полимерного связующего. Система фиксации фильтрующего устройства соединена герметично с фильтрующим элементом. Технический результат: упрощение конструкции, обеспечение повышенного ресурса стабильного умягчения воды с одновременным сохранением высокоэффективной очистки воды. 14 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к фильтрующим устройствам гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды и может быть использовано для улучшения качества очистки питьевой воды в бытовых фильтрах кувшинного типа.
В настоящее время широкое распространение среди населения получили бытовые фильтры для очистки питьевой воды, которые являются альтернативой бутилированной питьевой воде. Среди них наибольшей популярностью пользуются гравитационные фильтры, представляющие собой фильтры кувшинного типа, которые отличаются простотой конструкции, низкой ценой и не требуют подключения к напорным системам водоснабжения.
Фильтры кувшинного типа состоят из резервуара, в верхней части которого размещена приемная воронка, в которую заливается очищаемая вода, и фильтрующего устройства (картриджа), герметично подсоединяемого к воронке.
Обычно фильтры кувшинного типа выполняют задачу по очистке питьевой воды от наиболее распространенных токсичных загрязнителей - хлора и его соединений, органических примесей, в частности, хлорорганических соединений, и тяжелых металлов. Некоторые из такого типа фильтров дополнительно умягчают исходную жесткую воду, удаляя из нее катионы кальция и магния, а также их гидрокарбонат-ионы.
Снижение общей жесткости воды крайне важно для потребителей, получающих из источников питьевого водоснабжения воду средней жесткости (2-10 °Ж по ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости» или 2-10 мг-экв/л) или жесткую воду (> 10 °Ж по ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости» или более 10 мг-экв/л), так как такая вода способствует развитию ряда заболеваний у человека (образование мочевых камней, отложение солей в суставах и сосудах и др.), обладает неприятным вкусом, придает неприятный вкус напиткам на ее основе (чай, кофе) и вызывает отложение накипи на нагревательных элементах бытовых приборов.
Снижению жесткости воды фильтрами кувшинного типа способствует наличие в составе фильтрующих устройств таких фильтров гранулированных катионообменных смол, выполняющих функцию обмена содержащихся в них H+ и Na+ катионов на содержащиеся в умягчаемой воде катионы Са++ и Mg++ и их гидрокарбонат-ионы, ответственные за жесткость воды.
Однако большинство известных из уровня техники фильтров кувшинного типа со сменными фильтрующими устройствами (патент DE 000002919901, 1980 год, WO 1998017582, 1998 год, RU 2236279, 2004 год, патент WO 2005118481, 2005 год, WO 2005118104, 2005 год, WO 2005118482, 2005 год, RU 2617775, 2017 год, RU 2252062, 2005 год, RU 2437703, 2011 год, RU 2617775, 2017 год, серийная кассета «БАРЬЕР-Жесткость» АО «BWT-Barrier RUS») не обеспечивают равномерного умягчения воды во время их работы: в начале ресурса работы фильтрующего устройства происходит гиперумягчение воды - снижение концентрации катионов Са++ и Mg++ на 80-100%, что делает воду избыточно мягкой, отрицательно влияющей на здоровье человека и обладающей неудовлетворительным вкусом, а в продолжение отработки ресурса фильтрующего устройства вода умягчается недостаточно - на 10-15%, что, фактически оставляет ее в категории «вода средней жесткости» или «жесткая вода».
Такая неравномерность умягчения воды обусловлена конструкцией фильтрующих устройств, фильтрующие элементы которых представляют собой пластиковый сосуд с размещенной в нем или смеси гранулированных и/или волоконных сорбирующих и материалов, в числе которых содержатся умягчители - катионообменные смолы. Обрабатываемая вода в таких фильтрационных устройствах проходит вертикально вниз через слой уплотненного сорбирующего материала, контактируя с поверхностью гранул катионообменной смолы без возможности проскока, в результате чего происходит почти полное извлечение из воды катионов кальция, магния и их гидрокарбонат-ионов, что приводит в начале ресурса к гиперумягчению. При этом у катионообменной смолы вырабатывается сорбционная емкость по катионам кальция, магния и их гидрокарбонат-ионам, что является причиной недостаточного умягчения воды в процессе дальнейшей работы фильтрующего устройства.
Известны фильтрующие устройства (патент RU 2163829 С1, 10.03.2001; патент RU 2252062 С2, 20.05.2005), в которых конструкция пластикового сосуда позволяет очищаемой воде проходить через смесь гранулированных и/или волоконных сорбирующих и фильтрующих материалов снизу вверх, разрыхляя слой сорбирующих и волоконных материалов. Такая конструкция создана с целью способствования выхода воздуха из фильтрующего устройства и, тем самым, обеспечения стабильных скоростей фильтрации. Недостатками таких фильтрующих устройств являются их сложная конструкция и то, что они не предназначены для умягчения воды.
Известны фильтрующие устройства с функцией частичного умягчения воды (патент RU 2526377 С1, 20.08.2014, патент RU 2540159 С1, 10.02.2015, патент RU 2538746 С2, 10.01.2015), в которых потоки очищаемой воды в зоне умягчения имеют радиальное и вертикальное (сверху вниз) направление. Это достигается за счет введения в конструкцию фильтрующего устройства дополнительного узла умягчения (второй рабочей зоны), выполненного в виде отдельного корпуса с отверстиями в вертикальной стенке и в крышке, выполняющими функцию распределителя потока обрабатываемой воды. Дополнительный узел умягчения расположен над основной (первой) рабочей зоной, представляющей собой пластиковый сосуд (основной корпус) со смесью гранулированных и/или волоконных сорбирующих и фильтрующих материалов, предназначенных для очистки воды от загрязнителей, в частности, хлора, хлорорганических соединений и тяжелых металлов. При прохождении через вторую рабочую зону вода, вследствие не полного контакта с поверхностью вещества - умягчителя из-за отсутствия плотного сорбирующего слоя, чему способствует его частичное взрыхление горизонтальными и вертикальными (сверху вниз) потоками воды, частично умягчается и, таким образом, достигается снижение гиперумягчения воды и увеличение ресурса по умягчению.
Однако вышеперечисленные фильтрующие устройства с функцией частичного умягчения воды имеют сложную конструкцию, обусловленную наличием в них сложных в изготовлении полимерных деталей и узлов, и трудоемкую технологию сборки такого фильтрующего устройства. Кроме того, малый объем второй рабочей зоны, предназначенной для умягчения воды, не позволяет разместить в ней достаточное количество умягчителя для обеспечения удовлетворительного для потребителя ресурса умягчения воды (150 - 200 литров). Поэтому такие фильтрующие устройства до настоящего времени не нашли практического применения.
Из вышеперечисленных фильтрующих устройств с функцией частичного умягчения воды прототипом настоящего изобретения выбрано устройство (патент RU 2526377 С1, 20.08.2014), обеспечивающее снижение гиперумягчения воды и увеличение ресурса умягчения за счет разнонаправленных потоков воды в рабочей зоне умягчения. Фильтрующее устройство - прототип состоит из средства фиксации и фильтрующего элемента, состоящего из двух отдельных рабочих зон, причем в верхней рабочей зоне (зоне умягчения), представляющей собой отдельный корпус с внутренним пространством, заполненным фильтрующим (умягчающим) материалом, имеется распределитель потока обрабатываемой воды в виде отверстий варьируемой формы и размера, находящихся в боковых стенках и в крышке корпуса, а в нижней рабочей зоне, представляющей собой пластиковый корпус, расположенный под корпусом верхней второй рабочей зоны, находятся фильтрующие и сорбирующие вещества, предназначенные для очистки воды. Фильтрующее устройство-прототип работает следующим образом: очищаемая вода из воронки фильтра через отверстия распределителя потоков корпуса второй рабочей зоны поступает в корпус второй рабочей зоны, где происходит ее частичное умягчения за счет ионного обмена с умягчителем - катионообменной смолой в Н+ или Na+ форме. Далее вода через отверстие в нижней части корпуса второй рабочей зоны поступает в корпус первой рабочей зоны, где происходит ее очистка от токсичных примесей. Умягченная и очищенная вода через нижнее отверстие корпуса первой рабочей зоны поступает в нижнюю зону кувшинного фильтра, предназначенную для хранения очищенной воды.
Для фильтрационного устройства-прототипа характерны те же недостатки, что и для других фильтрующих устройств с функцией частичного умягчения воды, такие как сложность конструкции и технологии изготовления, и недостаточный для потребителя ресурс умягчения воды, связанный с малым объемом рабочей зоны умягчения.
Технической задачей настоящего изобретения является создание фильтрующего устройства гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды с упрощенной конструкцией, обеспечивающего при этом повышенный ресурс стабильного умягчения воды с одновременным сохранением высокоэффективной фильтрующей способности.
Поставленная техническая задача достигается предложенным фильтрующим устройством гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды, содержащим систему фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра с отверстиями для входа очищаемой воды и выхода воздуха, фильтрующий элемент, выполненный из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с пористым или герметично закрытым дном с расположенными в его внутреннем пространстве слоем ионообменного материала и распределителем потока обрабатываемой воды с элементом фиксации, при этом слой ионообменного материала расположен между внутренней поверхностью фильтрующего элемента и распределителем потока обрабатываемой воды, выполненным в виде вертикального или горизонтального тела с отверстиями меньше размера частиц ионообменного материала, пористый блочный материал фильтрующего элемента получен путем сжатия при нагреве смеси порошкообразных компонентов, содержащей частицы активированного угля и полимерного связующего, а система фиксации фильтрующего устройства соединена герметично с фильтрующим элементом.
Предложенное фильтрующее устройство включает средство фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра, фильтрующий элемент с расположенными в нем фильтрующим материалом для очистки обрабатываемой воды, материалом, предназначенным для умягчения воды, и распределителем потока обрабатываемой воды с элементом фиксации, причем, материал, предназначенный для умягчения воды размещен между внутренней поверхностью фильтрующего элемента и распределителем потока обрабатываемой воды и представляет собой слой ионообменного материала с сорбционной обменной емкостью 0,5-5 мг-экв/мл с размером частиц 0,1-2,0 мм из класса слабо- или сильнокислотных катионитов в Н+ или Na+ форме и/или неорганических катионообменных материалов из классов природных или синтетических цеолитов, алюмосиликатов, силикагелей и сульфоуглей, и заполняет внутреннее пространство фильтрующего элемента на 20-90% от его объема, а фильтрующий материал фильтрующего элемента, предназначенная для очистки воды, представляет собой корпус фильтрующего элемента, выполненный из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с равнотолщинными или разнотолщинными стенками с размером пор, меньшем размера частиц ионообменного материала, толщиной 5-25 мм с сечением в форме круга (полый цилиндр), квадрата, прямоугольника, овала или сложного профиля, или полой обратной пирамиды или полого обратного конуса, или усеченной полой обратной пирамиды, или усеченного обратного конуса, с пористым или герметично закрытым дном, изготовленный методом экструзии или методом горячего прессования со степенью сжатия при формовании 12-25% при температуре на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего из смеси из частиц активированного угля с йодным числом не менее 1000 мг/г и полимерного связующего из классов полиолефинов и/или полиэфиров и/или их сополимеров с индексом расплава 2-20 г/10 мин. по ASTM D 1238 при 190°С и нагрузке 25 Кг и с размером частиц активированного угля и полимерного связующего 0,05-0,5 мм, предпочтительно 0,07-0,15 мм и при соотношении активированный уголь: полимерное связующее (75-95):(5-25) мас.%, а распределитель потока обрабатываемой воды с элементом фиксации расположен во внутреннем пространстве фильтрующего элемента и изготовлен из полимерного материала методом литья под давлением или из пористого блочного материала методами экструзии или горячего прессования со степенью сжатия при формовании 12-25% из смеси мелкодисперсных материалов из активированного угля и полимерного связующего, выбранного из классов полиолефинов и/или полиэфиров и/или их сополимеров и с размером частиц активированного угля и полимерного связующего 0,1-1,5 мм, предпочтительно 0,5-1 мм при соотношении активированный уголь: полимерное связующее (75-95):(5-25) мас.% при температуре на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего, или из неорганических мелкодисперсных материалов, например, из класса кремнеземов с размером частиц 0,1-1,5 мм методом компрессионного спекания, в виде одного вертикального или горизонтального тела, или нескольких вертикальных тел высотой, составляющей 1-100% от высоты фильтрующего элемента, с сечением в форме круга (полый цилиндр), квадрата, прямоугольника, овала, или сложного профиля, или полой обратной пирамиды или полого обратного конуса, или усеченной полой обратной пирамиды, или усеченного обратного конуса, с пористым или герметично закрытым дном с отверстиями, расположенными в вертикальных стенках и/или на дне распределителя потока обрабатываемой воды на высоте стенки распределителя, составляющей не более 60% от нижнего уровня дна распределителя потока обрабатываемой воды, и имеющими размер меньше размера частиц ионообменного материала, что обеспечивается или размером отверстий непосредственно в стенках распределителя потока обрабатываемой воды, изготавливаемого метода литья под давлением, экструзии, горячего прессования или компрессионного спекания, или, при выполнении распределителя потока обрабатываемой воды в виде вертикального сосуда с отверстиями в боковой стенке размером 1-5 мм в каждом направлении, за счет фиксации или на его наружной поверхности или внутри пористого материала или в виде сетки, или ткани, или из нетканого полотна, или из открытопористого вспененного полимера, с размером ячеек меньше размера частиц ионообменного материала, а элемент фиксации распределителя потока обрабатываемой воды выполнен или в виде муфты из эластичного материала, герметично прилегающей к верху внешней стенки распределителя потока обрабатываемой воды и к верху внутренней поверхности корпуса фильтрующего элемента, или в виде обечайки из полимерного материала, выполненной литьем под давлением вместе с распределителем потока обрабатываемой воды и герметично зафиксированной к верхней внутренней поверхности корпуса фильтрующего элемента или расплавом полимера, или другим клеящим материалом. Горизонтальный распределитель потока обрабатываемой воды выполнен из сетки или ткани с отверстиями, меньшими, чем размер частиц ионообменного материала, с элементом фиксации в виде пластиковой обечайки, прикрепленного к внутренней или к торцевой поверхности корпуса фильтрующего элемента. Система фиксации фильтрующего устройства, содержащая отверстие для входа очищаемой воды и выхода воздуха, выполнена в форме, которая позволяет герметично закрепить фильтрующее устройство в корпусе воронки фильтра, и представляет собой или резьбовой узел, подсоединяемый к резьбовому узлу воронки, или обод с элементами плотного прилегания к отверстию воронки, и которое крепится к фильтрующему элементу или путем приклеивания или полимерным расплавом, или любым другим клеящим материалом, или путем механического соединения с внутренней или с наружной, или с внутренней и с наружной вертикальными стенками фильтрующего элемента.
Отличительной особенностью заявляемого изобретения является принципиально новая, более простая по сравнению с прототипом, конструкция фильтрующего устройства, предназначенного для выполнения двух процессов обработки воды - умягчения и очистки. Простота конструкции позволяет совместить две рабочие зоны (два процесса) в одном корпусе фильтрующего элемента, выполняющего две функции: функцию фильтрующего и сорбирующего материала и функцию корпуса фильтрующего элемента. Кроме того, рабочая зона, предназначенная для процесса умягчения воды, имеет большой объем, что позволяет разместить в ней значительно большее по сравнению с прототипом количество ионообменного материала, обеспечивающее удовлетворительный для потребителя ресурс умягчения воды 150-200 литров, и, что принципиально важно, в совокупности конструкция двух рабочих зон в сочетании с конструкцией распределителя потока обрабатываемой воды обеспечивают разнонаправленные потоки воды в зоне умягчения, приводящие к разрыхлению слоя умягчителя, что практически исключает эффект гиперумягчения на начальных стадиях и создает приемлемое умягчение на последующих стадиях обработки воды при одновременном сохранении высокоэффективной фильтрующей способности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:
1 - Кувшин
2 - Приемная воронка
3 - Фильтрующее устройство
4 - Фильтрующий элемент, выполненный из пористого блочного материала (зона очистки)
5 - Распределитель потока обрабатываемой воды с фиксирующим элементом
6 - Ионообменный материал (зона умягчения)
7 - Заглушка
8 - Система фиксации фильтрующего устройства (резьбовой узел)
9 - Система фиксации фильтрующего устройства (обод с элементами прилегания к гнезду воронки)
10 - Соединение системы фиксации фильтрующего устройства с фильтрующим элементом
11 - Элемент фиксации распределителя потока обрабатываемой воды
Стрелками показано направление потоков воды при ее прохождении через фильтрующее устройство.
Заглушка (герметически закрытое дно) может быть выполнена из полимера, например, полиэтилена, полипропилена).
Фиг. 1. Изображен общий вид кувшинного фильтра (1) с воронкой (2) и размещенным в нем фильтрующим устройством (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с ионообменным материалом (6) и с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого цилиндра с элементом фиксации (11).
Фиг. 2. Изображен общий вид кувшинного фильтра (1) с воронкой (2) и размещенным в нем фильтрующим устройством (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с пористым дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого цилиндра с элементом фиксации (11) с пористым дном.
Фиг. 3. Изображен общий вид кувшинного фильтра (1) с воронкой (2) и размещенным в нем фильтрующим устройством (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6) с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в виде сетки с элементом фиксации (11) в форме обечайки.
Фиг. 4. Изображено фильтрующее устройство (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом, системой фиксации фильтрующего устройства в виде резьбового узла (8) и с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого цилиндра из пористого блочного материала. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства и к заглушке приклеиванием (10) по торцам фильтрующего элемента, а распределитель потока обрабатываемой воды соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Фиг. 5. Изображено фильтрующее устройство (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с пористым дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), системой фиксации фильтрующего устройства в виде резьбового узла (8) и с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого цилиндра из пористого блочного материала с отверстиями в дне. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства приклеиванием (10) по торцу фильтрующего элемента, а распределитель потока обрабатываемой соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Фиг. 6. Изображено фильтрующее устройство (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с разнотолщинными стенками с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), системой фиксации фильтрующего устройства в виде резьбового узла (8) и с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого цилиндра с отверстиями размером (1-5) мм в каждом направлении и с размещенной на его наружной поверхности водопроницаемой сетки с ячейками меньше размера частиц ионообменного материала. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства и к заглушке приклеиванием (10) по торцам фильтрующего элемента, а распределитель потока обрабатываемой воды соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Фиг. 7. Изображено фильтрующее устройство (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), системой фиксации фильтрующего устройства в виде резьбового узла (8) и с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого цилиндра с отверстиями размером (1-5) мм в каждом направлении и с размещенным внутри водопроницаемого материала из открытопористого вспененного полимера с ячейками меньше размера частиц ионообменного материала. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства и к заглушке приклеиванием (10) по торцам фильтрующего элемента, а распределитель потока обрабатываемой воды соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Фиг. 8. Изображено фильтрующее устройство (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), системой фиксации фильтрующего устройства в виде резьбового узла (8) и с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого усеченного обратного конуса из пористого блочного материала. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства и к заглушке приклеиванием (10) по торцам фильтрующего элемента, а распределитель потока соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Фиг. 9. Изображено фильтрующее устройство (3) с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра (4) с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), системой фиксации фильтрующего устройства в виде резьбового узла (8) и с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого цилиндра с разнотолщинными стенками из пористого блочного материала, полученного методом компрессионного спекания кремнеземного порошка. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства и к заглушке приклеиванием (10) по торцам фильтрующего элемента, а распределитель потока обрабатываемой воды соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Фиг. 10. Изображено фильтрующее устройство (3) (фиг. 10а - вертикальный разрез, фиг. 10б - разрез по сечению А-А) с фильтрующим элементом в виде полого вертикального сосуда (4) с сечением в форме эллипса с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), системой фиксации фильтрующего устройства в виде обода (9) с элементами прилегания к гнезду воронки и с двумя распределителями потока обрабатываемой воды (5) в форме полых цилиндров с отверстиями в вертикальных стенках. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства и к заглушке приклеиванием (10) по торцам фильтрующего элемента, а распределитель потока обрабатываемой воды соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Фиг. 11. Изображено фильтрующее устройство (3) (вертикальный разрез, разрез по сечению А-А) с фильтрующим элементом в виде полого вертикального сосуда (4) с сечением в форме эллипса с герметично закрытым заглушкой (7) дном, с размещенным в нем ионообменным материалом (6), с системой фиксации фильтрующего устройства в виде обода (9) с элементами прилегания к гнезду воронки и с распределителем потока обрабатываемой воды (5) в форме полого вертикального сосуда с отверстиями в вертикальной стенке. Пористый блочный материал фильтрующего элемента прикреплен к системе фиксации фильтрующего устройства и к заглушке приклеиванием (10) по торцам фильтрующего элемента, а распределитель потока обрабатываемой воды соединен с фильтрующим элементом с помощью муфты (11) из эластичного материала.
Работа фильтрующего устройства происходит следующим образом: исходная вода из приемной воронки (2) кувшинного фильтра (1) через отверстие в системе фиксации фильтрующего устройства в виде резьбового узла (8) или виде обода (9) с элементами прилегания к гнезду воронки (2) проходит в распределитель потока обрабатываемой воды (5) и через его нижнюю часть с отверстиями для выхода воды поступает в зону умягчения воды с ионообменным материалом (6), который заполняет внутреннее пространство корпуса фильтрующего элемента на 20-90% от его объема. Далее умягченная вода поступает для очистки в зону пористого блочного материала фильтрующего элемента (4) непосредственно примыкающую к зоне умягчения обрабатываемой воды и представляющую собой корпус фильтрующего элемента (4) из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с равнотолщинными или разнотолщинными стенками с размером пор, меньшем размера частиц ионообменного материала. После прохождения через пористый блочный материал фильтрующего элемента (4) умягченная и очищенная вода попадает в нижнюю часть кувшинного фильтра (1), предназначенную для хранения чистой воды.
Для обеспечения высокой скорости фильтрации в сочетании с высокой эффективностью очистки воды и повышенным ресурсом работы фильтрующий элемент фильтрующего устройства выполнен с толщиной стенок 5-25 мм и высотой 20-120 мм. Граничные значения выбранного диапазона толщин стенок обусловлены тем, что при толщине стенки менее 5 мм у фильтрующего элемента недостаточная механическая прочность. Толщина стенок фильтрующего элемента более 25 мм отрицательно влияет на скорость фильтрации из-за значительного гидродинамического сопротивления. Фильтрующий элемент с высотой стенок менее 20 мм не обеспечивает эффективную очистку воды из-за малой поверхности контакта и объема сорбирующего материала; при высоте стенок более 120 мм становится проблематичным размещение такого фильтрующего устройства в фильтре кувшинного типа.
Выбранная форма фильтрующего элемента в виде полого вертикального сосуда либо обеспечивает определенную скорость фильтрации воды фильтрующим элементом, которая пропорциональна площади фильтрации и минимальна для фильтрующего элемента в форме полого цилиндра с герметично закрытым заглушкой дном, и максимальна для фильтрующего элемента с пористым дном и поперечным сечением сложной формы, либо обусловлена технологией его изготовления: фильтровальные элементы в форме полого цилиндра с заглушкой, полого вертикального сосуда с поперечным сечением в виде овала с заглушкой или сложного профиля с заглушкой изготавливают методом экструзии; фильтрующие элементы в форме полого цилиндра с пористым дном, полого вертикального сосуда с поперечным сечением в виде овала или сложного профиля с пористым дном. При этом для обеспечения максимально доступной для сорбции поверхности сорбентов материала фильтрующего элемента процесс изготовления фильтрующего блока проводят при температуре, на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего. При температуре, ниже, чем на 10°С температуры размягчения полимерного связующего не происходит образование прочного блочного материала фильтрующего элемента, а при температуре, выше, чем на 40°С температуры размягчения полимерного связующего происходит блокирование значительной поверхности сорбента в результате затекания полимерного связующего. Диапазон степени сжатия смеси материалов при изготовлении фильтрующего блока методом экструзии или методом горячего прессования 12-25% обусловлен тем, что при степени сжатия менее 12% фильтрующий блок не обладает достаточной механической прочностью и не способен выполнять функцию корпуса, а при степени сжатия более 25% образующиеся мелкие поры в объеме материала фильтрующего блока приводят к высокому гидродинамическому сопротивлению и, соответственно, снижению скорости фильтрации.
Выбор полимерного связующего из класса полиолефинов (например, полиэтилена низкого давления, полиэтилена высокого давления, полипропилена) и полиэфиров (полиэтилентерефталата) или их сополимеров (например, сополимера полиэтилена с винилацетатом) обусловлен, с одной стороны, их химической инертностью и нерастворимостью в воде, с другой стороны, достаточно низкими температурами размягчения, позволяющими интенсифицировать процесс изготовления фильтрующего элемента заявляемого фильтрующего устройства в виде пористого блочного материала.
Форма фильтровального элемента в виде полого цилиндра с разнотолщинными по высоте стенками с герметично закрытым дном обусловлена обеспечением равномерного прохождения очищаемой воды через стенки фильтрующего элемента по всей их высоте, так как при этом по мере увеличения давления столба воды в полости фильтрующего элемента сверху вниз оно будет компенсироваться увеличением сопротивления прохождения воды через стенки из-за симбатного увеличения толщины стенок фильтрующего элемента.
Для обеспечения эффективной очистки воды от хлора, органических соединений и, в частности, от хлорорганических примесей, пористый блочный материал фильтрующего элемента изготавливают с использованием активированных углей с йодным числом более 1000 мг/л, так как такие угли обеспечивают эффективную сорбцию и, следовательно, очистку воды на протяжении значительного ресурса, а все используемые компоненты (сорбент и полимерное связующее) используют в порошкообразной форме с размером частиц 0,05-0,5 мм, предпочтительно 0,07-0,15 мм. При размере частиц активированного угля и полимерного связующего менее 0,05 мм возрастает гидродинамическое сопротивление пористого блочного материала, что приводит к снижению скорости фильтрации. При размере частиц активированного угля и полимерного связующего более 0,5 мм снижается эффективность очистки воды за счет уменьшения реальной поверхности фильтрации (сорбции) частиц сорбента.
Выбранный диапазон сорбционной емкости ионообменного материала 0,5-5 мг-экв/мл обусловлен тем, что при использовании материалов с обменной емкостью менее 0,5 мг-экв/мл для достижения достаточной эффективности умягчения воды в течение большого ресурса по умягчению их потребовалось бы использовать в количестве, несовместимым с объемом фильтрующего элемента; материалы с обменной емкостью свыше 5 мг-экв/мл являются дорогостоящими и поэтому не могут быть применены в массово выпускаемых фильтрах.
Заполнение внутреннего пространства фильтрующего элемента на 20-90% ионообменным материалом обусловлено тем, что при ее заполнении менее чем на 20%, большая часть потока обрабатываемой воды будет проходить в зону фильтрования без контакта с ионообменным материалом; при заполнении более чем на 90% не обеспечивается режим взрыхления слоя ионообменного материала. Диапазон размера частиц ионообменного материала 0,1-2,0 мм обусловлен тем, что частицы с размером менее 0,1 мм могут забивать поры блочного пористого материала фильтрующего элемента и, тем самым, блокировать его работу; при размере частиц ионообменного материала более 2 мм снижается поверхность контакта с водой и не происходит эффективное умягчение воды.
Выбранный диапазон высоты распределителя потока обрабатываемой воды, составляющий 1-100% от высоты корпуса фильтрующего элемента, связан с формированием разнонаправленных потоков воды в зоне умягчения: при высоте менее 1% от высоты корпуса такие потоки не образуются. Минимальная высота распределителя потока обрабатываемой воды, составляющая 1% - это минимальная толщина сетки с обечайкой, расположенной на верхнем торце корпуса фильтрующего элемента, и выполняющей функцию распределителя потока обрабатываемой воды.
Выбор размеров частиц активированного угля и полимерного связующего в диапазоне 0,1-1,5 мм и соотношения активированный уголь: полимерное связующее (75-95):(5-25) мас.%, так же, как и использование материала из класса кремнеземов с размером частиц 0,1-1,5 мм, обусловлено получающимся при формовании пористого корпуса распределителя потока обрабатываемой воды оптимального размера пор: с одной стороны, поры должны быть меньше размера частиц ионообменного материала, с другой стороны, размер пор должен обеспечивать скорость прохождения воды через распределитель потока обрабатываемой воды, большую или равную скорости прохождения воды через стенки фильтрующего элемента. Диапазон температур изготовления пористого блочного материала распределителя потока методами экструзии или горячего прессования, на 10-40°С превышающий температуру размягчения полимерного связующего, обусловлен, тем, что при температуре, ниже, чем на 10°С температуры размягчения полимерного связующего не происходит образование механически прочного блочного материала распределителя потока обрабатываемой воды, а при температуре, выше, чем на 40°С температуры размягчения полимерного связующего происходит блокирование пор в стенках распределителя потока обрабатываемой воды в результате затекания полимерного связующего.
Выбор формы распределителя потока обрабатываемой воды в форме вертикального полого тела с поперечным сечением в виде круга, квадрата, эллипса или любой другой формы, или в форме полой обратной пирамиды или обратного конуса, или в форме полой усеченной обратной пирамиды обусловлен отслеживанием формы корпуса фильтрующего элемента, который также может быть выполнен в форме вертикального полого тела с поперечным сечением в виде круга, квадрата, эллипса или любой другой формы, или в форме полой обратной пирамиды или обратного конуса, или в форме полой усеченной обратной пирамиды, что обеспечивает конгруэнтность потока обрабатываемой воды в зоне умягчения. Расположение отверстий в вертикальных стенках распределителя потока обрабатываемой воды на высоте, составляющей не более 60% от нижнего уровня распределителя потока обрабатываемой воды, обусловлено тем, что при расположении отверстий на высоте более 60% от нижнего уровня распределителя потока обрабатываемой воды не обеспечивается по всей высоте зоны умягчения вертикальная (вертикально вверх) составляющая потоков воды, что не приводит к взрыхлению слоя ионообменного материала, и, как следствие, снижению гиперумягчения. Выбор размера отверстий в боковой стенке распределителя потока обрабатываемой воды в диапазоне 3-5 мм в случае фиксации на его наружной поверхности или у него внутри пористого материала с размером пор меньше размера частиц ионообменного материала обусловлен тем, что такой диапазон оптимален с точки зрения простоты конструкции и технологии изготовления распределителя потока обрабатываемой воды.
Ниже приведен пример конкретной конструкции фильтрующего устройства, а в таблице представлены результаты его испытаний по эффективности умягчения и эффективности очистки воды.
Приведенный пример дает представление о характеристиках заявляемого фильтрующего устройства, но не являются исчерпывающим.
Пример. Фильтрующее устройство с фильтрующим элементом в форме полого цилиндра с герметично закрытым заглушкой дном, с фиксирующей системой в форме резьбового узла, соединенной с фильтрующим элементом приклеиванием расплавом полиэтилена (фиг. 4). Размеры фильтрующего элемента: высота 70 мм, наружный диаметр 62 мм, толщина стенок 14 мм. Состав исходной смеси для изготовления фильтрующего элемента: активированный уголь -85 мас.%, полимерное связующее - смесь полиэтилена низкого давления и полиэтилентерефталата (10:90) мас.% с температурой размягчения 115°С - 15 мас.%, размер частиц компонентов смеси 0,08-0,1 мм. Пористый блочный материал корпуса фильтрующего элемента изготовлен методом экструзии со степенью сжатия при формовании 15% при температуре 145°С. Фильтрующий элемент заполнен на 80% от свободного объема (внутренний объем фильтрующего элемента минус объем распределителя потоков) слабокислотным катионообменным материалом в H+форме с размером частиц 0,3-1,0 мм. Распределитель потока обрабатываемой воды выполнен в виде полой трубки высотой 70 мм с внутренним диаметром 8 мм и наружным диаметром 10 мм из полиэтилена высокого давления методом литья под давлением, в боковой стенке которого на высоте 1-50 мм от нижней части трубки расположены отверстия диаметром 0,2 мм. Распределитель потока обрабатываемой воды с помощью муфты из эластичного материала - силикона - герметично соединен с верхом внутренней боковой поверхности фильтрующего элемента. Испытания по эффективности умягчения и эффективности очистки воды проводили при размещении фильтрующего элемента в воронке кувшинного фильтра. Оценку эффективности умягчения и очистки воды проводили в соответствии с ГОСТ 31952-2012 УСТРОЙСТВА ВОДООЧИСТНЫЕ. Общие требования к эффективности и методы ее определения. Результаты испытаний представлены в таблице.
Как следует из приведенных в таблице результатов ресурсных испытаний по умягчению и очистке воды, заявляемое фильтрующее устройство обеспечивает равномерное умягчение и высокую эффективность очистки воды от наиболее распространенных загрязнителей на протяжении удовлетворительного для потребителей ресурса.
Технический результат: предложено фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды с упрощенной конструкцией, обеспечивающего повышенный ресурс стабильного умягчения воды (не менее 200 литров), при этом эффективность умягчения воды достигает не менее 40% достаточное с потребительской точки зрения с одновременным сохранением высокоэффективной очистки воды по токсичным загрязнителям до 98%.
Claims (15)
1. Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды, содержащее систему фиксации фильтрующего устройства в воронке фильтра с отверстиями для входа очищаемой воды и выхода воздуха, фильтрующий элемент, выполненный из пористого блочного материала в виде полого вертикального сосуда с пористым или герметично закрытым дном с расположенными во внутреннем его пространстве слоем ионообменного материала и распределителем потока обрабатываемой воды с элементом фиксации, при этом слой ионообменного материала расположен между внутренней поверхностью фильтрующего элемента и распределителем потока обрабатываемой воды, выполненным в виде вертикального или горизонтального тела с отверстиями меньше размера частиц ионообменного материала, пористый блочный материал фильтрующего элемента получен путем сжатия при нагреве смеси порошкообразных компонентов, содержащей частицы активированного угля и полимерного связующего, а система фиксации фильтрующего устройства соединена герметично с фильтрующим элементом.
2. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что система фиксации фильтрующего устройства выполнена в форме, позволяющей герметично закрепить фильтрующее устройство в корпусе воронки фильтра, и представляет резьбовой узел, подсоединяемый к резьбовому узлу воронки, или обод с элементами плотного прилегания к отверстию воронки, которые крепятся к корпусу фильтрующего элемента путем приклеивания или полимерным расплавом, или любым другим клеящим материалом, или путем механического крепления при контакте с внутренней, или с наружной, или с внутренней и с наружной вертикальными стенками фильтрующего элемента.
3. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутреннее пространство фильтрующего элемента заполнено на 20-90% ионообменным материалом в виде частиц с размером 0,1-2,0 мм.
4. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ионообменного материала используют синтетические катионообменные материалы из класса слабо- или сильнокислотных катеонитов с сорбционной обменной емкостью 0,5-5 мг-экв/мл в Н+ или Na+ форме и/или неорганические катионообменные материалы из классов природных или синтетических цеолитов, алюмосиликатов, силикагелей или сульфоуглей.
5. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус фильтрующего элемента из пористого блочного материала выполнен в виде полого вертикального сосуда с сечением в форме круга, квадрата, прямоугольника, овала или сложного профиля, или полой обратной пирамиды, или полого обратного конуса, или усеченной полой обратной пирамиды, или усеченного обратного конуса с пористым или герметично закрытым дном, с равнотолщинными или разнотолщинными стенками толщиной 5-25 мм, высотой 20-120 мм и с размером пор в дне и стенках, меньшим размера частиц ионообменного материала.
6. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве пористого блочного материала фильтрующего элемента используют термически обработанную смесь порошкообразных материалов из активированного угля с йодным числом более 1000 мг/г и полимерного связующего с размером частиц активированного угля и полимерного связующего 0,05-0,5 мм, предпочтительно 0,07-0,15 мм, и при соотношении активированный уголь : полимерное связующее (75-95):(5-25) мас.%.
7. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что пористый блочный материал фильтрующего элемента изготовлен или методом экструзии, или методом горячего прессования со степенью сжатия при формовании 12-25% при температуре на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего, а в качестве полимерного связующего используют полимеры из классов полиолефинов и/или полиэфиров и/или их сополимеров с индексом расплава 2-20 г/10 мин по ASTM D 1238 при 190°С и нагрузке 25 кгс.
8. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что распределитель потока обрабатываемой воды выполнен в виде одного вертикального или горизонтального тела, или в виде нескольких вертикальных тел с поперечным сечением в виде круга, квадрата, эллипса или любой другой формы, или в форме полой обратной пирамиды или обратного конуса, или в форме полой усеченной обратной пирамиды или конуса, и имеет высоту, составляющую 1-100% от высоты фильтрующего элемента, с элементом фиксации к корпусу фильтрующего элемента.
9. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что распределитель потока обрабатываемой воды выполнен из полимерного материала методом литья под давлением, или из пористого блочного материала из термически обработанной смеси порошкообразных материалов из активированного угля и полимерного связующего, выбранного из классов полиолефинов и/или полиэфиров и/или их сополимеров, или из неорганических мелкодисперсных материалов методом компрессионного спекания.
10. Фильтрующее устройство по п. 9, отличающееся тем, что при изготовлении распределителя потока обрабатываемой воды из пористого блочного материала используют смесь порошкообразных материалов из активированного угля и полимерного связующего с размером частиц активированного угля и полимерного связующего 0,1-1,5 мм, предпочтительно 0,5-1 мм и при соотношении активированный уголь : полимерное связующее (75-95):(5-25) мас.%, а при изготовлении распределителя потока из неорганических мелкодисперсных материалов в качестве неорганических мелкодисперсных материалов используют материал из класса кремнеземов с размером частиц 0,1-1,5 мм.
11. Фильтрующее устройство по п. 9, отличающееся тем, что пористый блочный материал распределителя потока обрабатываемой воды из смеси порошкообразных материалов из активированного угля и полимерного связующего изготовлен методом экструзии или методом горячего прессования со степенью сжатия при формовании 12-25% при температуре на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего.
12. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия в распределителе потока обрабатываемой воды расположены или на его дне и/или в его вертикальных стенках на высоте, составляющей не более 60% высоты стенок распределителя потоков от его нижнего уровня.
13. Фильтрующее устройство по п. 12, отличающееся тем, что отверстия в боковой стенке распределителя потока обрабатываемой воды имеют размер 1-5 мм в каждом направлении, а отверстия с размером меньше размера частиц ионообменного материала обеспечиваются за счет фиксации на его наружной поверхности или внутри него пористого материала в виде сетки, или ткани, или нетканого полотна, или открытопористого вспененного полимера, с размером ячеек меньшим, чем размер частиц ионообменного материала.
14. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент фиксации распределителя потока обрабатываемой воды выполнен или в виде муфты из эластичного материала, герметично прилегающей к верху внешней стенки распределителя потока и к верху внутренней поверхности корпуса фильтрующего элемента, или в виде обечайки из полимерного материала, выполненной литьем под давлением вместе с распределителем потока и герметично зафиксированной к верхней внутренней поверхности корпуса фильтрующего элемента расплавом полимера или другим клеящим материалом.
15. Фильтрующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что распределитель потока обрабатываемой воды выполнен в виде горизонтального тела из сетки или ткани с отверстиями, меньшими, чем размер частиц ионообменного материала, с элементом фиксации, выполненным в виде пластиковой обечайки, прикрепленным к внутренней или к торцевой поверхности корпуса фильтрующего элемента.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123494A RU2708855C1 (ru) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды |
| PCT/IB2020/056454 WO2021014261A1 (en) | 2019-07-25 | 2020-07-09 | Gravity filter filtering device for softening and purifying drinking water |
| EP20747116.0A EP4003919A1 (en) | 2019-07-25 | 2020-07-09 | Gravity filter filtering device for softening and purifying drinking water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123494A RU2708855C1 (ru) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708855C1 true RU2708855C1 (ru) | 2019-12-11 |
Family
ID=69006497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019123494A RU2708855C1 (ru) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4003919A1 (ru) |
| RU (1) | RU2708855C1 (ru) |
| WO (1) | WO2021014261A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747922C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-05-17 | Акционерное общество "БВТ БАРЬЕР РУС" (АО "БВТ БАРЬЕР РУС") | Пористый гранулированный материал для обогащения питьевой воды цинком, способ его получения и устройство для обогащения питьевой воды цинком с использованием этого материала |
| RU2747923C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-05-17 | Акционерное общество "БВТ БАРЬЕР РУС" (АО "БВТ БАРЬЕР РУС") | Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды |
| EP3868718A1 (de) * | 2020-02-18 | 2021-08-25 | Perma-Trade Wassertechnik GMBH | Vorrichtung zur behandlung von trinkwasser |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12005408B1 (en) | 2023-04-14 | 2024-06-11 | Sharkninja Operating Llc | Mixing funnel |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2091314C1 (ru) * | 1996-03-06 | 1997-09-27 | Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" | Фильтр для очистки питьевой воды |
| DE19958648A1 (de) * | 1999-12-06 | 2001-06-07 | Brita Gmbh | Wasserfiltervorrichtung |
| RU2282494C2 (ru) * | 2004-04-08 | 2006-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Аквафор" (ООО "Аквафор") | Пористый фильтрующий элемент (варианты) |
| WO2008065099A1 (de) * | 2006-12-01 | 2008-06-05 | Wp Engineering Limited | Verfahren und vorrichtung zur anreicherung von wasser mit magnesium-ionen |
| RU2526377C1 (ru) * | 2013-03-28 | 2014-08-20 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Устройство фильтрационное |
| RU2538746C2 (ru) * | 2012-02-27 | 2015-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Фильтрующий модуль и устройство для очистки жидкости (варианты) |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2919901C3 (de) | 1979-05-17 | 1995-09-07 | Brita Wasserfilter | Wasserreinigungsvorrichtung |
| JPH0271889A (ja) * | 1988-09-08 | 1990-03-12 | Takuma Co Ltd | 浄水器 |
| GB9621637D0 (en) | 1996-10-17 | 1996-12-11 | Robinson Thomas | A water treatment cartridge |
| RU2163829C1 (ru) | 2000-05-24 | 2001-03-10 | Закрытое акционерное общество "МЕТТЭМ-технологии" | Бытовой фильтр |
| RU2252062C2 (ru) | 2003-04-02 | 2005-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквафор" | Контейнер и устройство для очистки жидкости |
| RU2236279C1 (ru) | 2003-08-20 | 2004-09-20 | Закрытое акционерное общество "МЕТТЭМ-технологии" | Фильтровальный патрон |
| DE102004026167A1 (de) | 2004-05-28 | 2005-12-22 | Brita Gmbh | Filterkartusche und Vorrichtung zur Filtration von Flüssigkeiten |
| DE102004026188A1 (de) | 2004-05-28 | 2005-12-29 | Brita Gmbh | Filterkatusche und Vorrichtung zur Filtration von Flüssigkeiten |
| DE102004026166B3 (de) | 2004-05-28 | 2006-02-09 | Brita Gmbh | Filterkartusche und Vorrichtung zur Filtration von Flüssigkeiten |
| RU2437703C1 (ru) | 2010-06-15 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") | Фильтрующий модуль и устройство для очистки жидкости |
| US20140263054A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Water Safety Corporation | Water Purification System |
| RU2540159C1 (ru) | 2013-08-12 | 2015-02-10 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Фильтрующий модуль устройства для очистки жидкости (варианты) |
| RU2617775C1 (ru) | 2016-05-20 | 2017-04-26 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Фильтрующий модуль устройства очистки жидкости |
-
2019
- 2019-07-25 RU RU2019123494A patent/RU2708855C1/ru active
-
2020
- 2020-07-09 WO PCT/IB2020/056454 patent/WO2021014261A1/en not_active Ceased
- 2020-07-09 EP EP20747116.0A patent/EP4003919A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2091314C1 (ru) * | 1996-03-06 | 1997-09-27 | Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" | Фильтр для очистки питьевой воды |
| DE19958648A1 (de) * | 1999-12-06 | 2001-06-07 | Brita Gmbh | Wasserfiltervorrichtung |
| RU2282494C2 (ru) * | 2004-04-08 | 2006-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Аквафор" (ООО "Аквафор") | Пористый фильтрующий элемент (варианты) |
| WO2008065099A1 (de) * | 2006-12-01 | 2008-06-05 | Wp Engineering Limited | Verfahren und vorrichtung zur anreicherung von wasser mit magnesium-ionen |
| RU2538746C2 (ru) * | 2012-02-27 | 2015-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Фильтрующий модуль и устройство для очистки жидкости (варианты) |
| RU2526377C1 (ru) * | 2013-03-28 | 2014-08-20 | Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") | Устройство фильтрационное |
| US20160271521A1 (en) * | 2013-03-28 | 2016-09-22 | Electrophor, Inc. | Filtering device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3868718A1 (de) * | 2020-02-18 | 2021-08-25 | Perma-Trade Wassertechnik GMBH | Vorrichtung zur behandlung von trinkwasser |
| RU2747922C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-05-17 | Акционерное общество "БВТ БАРЬЕР РУС" (АО "БВТ БАРЬЕР РУС") | Пористый гранулированный материал для обогащения питьевой воды цинком, способ его получения и устройство для обогащения питьевой воды цинком с использованием этого материала |
| RU2747923C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-05-17 | Акционерное общество "БВТ БАРЬЕР РУС" (АО "БВТ БАРЬЕР РУС") | Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4003919A1 (en) | 2022-06-01 |
| WO2021014261A1 (en) | 2021-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2708855C1 (ru) | Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды | |
| US20060000763A1 (en) | Gravity flow carbon block filter | |
| US6290848B1 (en) | Filter cartridge for gravity-fed water treatment devices | |
| US20080110820A1 (en) | Gravity Flow Carbon Block Filter | |
| US8167141B2 (en) | Gravity flow filter | |
| US20040245174A1 (en) | Water purification cartridge, water purifier and method for cleaning water purifier | |
| JP6538700B2 (ja) | 直線状の調節式バイパスを備えた媒体カートリッジ | |
| RU2709315C1 (ru) | Фильтрующий модуль гравитационного фильтра для очистки питьевой воды | |
| JP6397888B2 (ja) | 水ろ過システム、水ろ過デバイスおよび水ろ過方法 | |
| JP4210001B2 (ja) | 濾過フィルタおよび浄水器 | |
| CN103702943A (zh) | 净水滤筒以及净水器 | |
| RU2040303C1 (ru) | Бытовой фильтр | |
| JP4705860B2 (ja) | 飲水器 | |
| RU2708856C1 (ru) | Гравитационный фильтр для очистки и умягчения или минерализации питьевой воды | |
| WO2011078745A1 (ru) | Композиционный материал | |
| RU2747923C1 (ru) | Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды | |
| JP6051421B2 (ja) | 浄軟水器 | |
| RU2135258C1 (ru) | Устройство для очистки и кондиционирования воды | |
| RU2538746C2 (ru) | Фильтрующий модуль и устройство для очистки жидкости (варианты) | |
| JP5072193B2 (ja) | 自重濾過装置を備えた飲水器 | |
| KR20160114499A (ko) | 수지세척이 가능한 정수기 | |
| CN102180554B (zh) | 饮用水净化器 | |
| RU153507U1 (ru) | Устройство для очистки питьевой воды | |
| CN118439695B (zh) | 一种滤芯及其制备方法以及滤水壶 | |
| CA2802688A1 (en) | Water filter housing sieve |