Вугільний картридж для очищення питної води

Реферат: Вугільний картридж для очищення питної води включає блок, виконаний із активованого вугілля у формі циліндра з центральним отвором. Блок насаджений на трубчастий водопроникний каркас, торці блока закриті кришками з отворами в центрі. Зовнішня поверхня блока вкрита шаром нетканого матеріалу, зафіксованого на блоці утримуючим елементом. Нетканий матеріал виконано із нановолокон, які утворюють мікропористу структуру з розміром пор 0,010,001 мкм. UA 104680 U (54) ВУГІЛЬНИЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ПИТНОЇ ВОДИ UA 104680 U UA 104680 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технічних засобів для очищення питної води, а більш конкретно вона стосується конструкції картриджів для отримання питної води з високими показникам безпечності і якості. Добре відомо, що якість питної води, яка підготовлена на станціях центрального водопостачання, не повною мірою відповідає вимогам санітарно-гігієнічних нормативів і тому потребує додаткового очищення. Речовини (хлор і солі алюмінію та ін.), які до цього часу використовуються для обробки води на таких станціях становлять небезпеку для здоров'я. Однак, навіть добре підготована вода, пройшовши через старі зношені трубопроводи, втрачає свої якості і часто повторно забруднюється іржею і різноманітними мікроорганізмами: мікроскопічними водоростями, спорами грибів, бактеріями. Тому воду з систем централізованого водопостачання безпосередньо перед вживанням необхідно додатково очищати. Для очищення питної води безпосередньо перед вживанням у переважній більшості використовують фільтри невеликої продуктивності зі змінними картриджами. Картридж являє собою головний робочий орган фільтра. Він забезпечує очищення води при проходженні її крізь шари фільтрувальних матеріалів, якими оснащено картридж. Від використаних у конструкції картриджа фільтрувальних матеріалів залежить якість отриманої води. Найдосконаліші сучасні фільтри споряджені картриджами, які забезпечують не тільки оптимальний хімічний склад отриманої води, а і покращують її бактерицидний склад. З патентної та науково-технічної літератури відомо багато конструкцій картриджів заснованих на використанні бактерицидних властивостей срібла, які проявляються в тому, що при поглинанні мікроорганізмами іонів срібла пригнічуються ферменти дихального ланцюга та роз'єднують процеси окислення і окисного фосфорилування, в результаті цього мікробні клітини гинуть. З рівня техніки відомі картриджі, в яких використані волокнисті фільтруючі матеріали модифіковані сріблом. Відомий, наприклад, фільтрувальний елемент [1], виконаний у вигляді вуглецевого нетканого полотна, що належить до синтетичних полімерних матеріалів, модифікованого водноорганічним розчином наноструктурних частинок срібла. Відомий також трубчастий картридж [2] з бактерицидними властивостями на основі срібла, що включає волокнистий матеріал, який відрізняється тим, що на поверхні фільтрелемента розташований принаймні один шар, виконаний зі срібла товщиною 0,0001-0,02 мм. При цьому шар зі срібла розташований на зовнішній і/або внутрішній поверхні фільтрелемента. Відомий трубчастий картридж [3], який містить внутрішній та зовнішній дренажні каркаси із послідовно розміщеними між ними шарами сорбційного матеріалу та шар нетканого пористого матеріалу навколо зовнішнього дренажного каркаса. При цьому в сорбційний матеріал та/або у внутрішній каркас введені посріблені кульки, а поверхня нетканого пористого матеріалу покрита тонким шаром срібла. Всі описані технічні рішення мають спільні недоліки. В результаті взаємодії води зі сріблом, життєздатних бактеріальних клітин у фільтраті залишається щонайменше на 2 порядки менше, але у фільтраті залишаються токсини, що утворились внаслідок загибелі мікроорганізмів. Зниження концентрації бактеріальних клітин на 2 порядки не є достатнім за високої концентрації 4 мікроорганізмів у початковій рідині, наприклад, 10 КУО/мл. До того ж, срібло є дорогими матеріалами. Найближчим серед відомих до запропонованого картриджа є картридж, захищений патентом України на винахід [4]. Згідно з описом він включає вуглецевий блок, покритий зовні навивним шаром товщиною 1,0÷30 мм, волокнистого нетканого матеріалу, що має поверхневу 11 пористість менше 20 %, проникність для рідини менше 2,5·10 , а середній розмір пор знаходиться в інтервалі від 10 до 300 мікрон. Поверх першого шару нетканого матеріалу розміщений другий шар у вигляді гофрованого нетканого матеріалу. Вуглецевий блок виготовлений з активованого вугілля, має форму циліндра з осьовим отвором, насадженого на водопроникний каркас. Вода фільтрується у радіальному напрямку спочатку через гофрований волокнистий матеріал, а потім через негофрований волокнистий матеріал, і далі через вуглецевий блок та накопичується в нижній камері фільтра для подальшої видачі споживачеві через випускний отвір. Картридж забезпечує глибоке очищення води в тому числі ефективно видаляє з неї цисти (такі як Cryptosporidium parvum і Giardia lamblia, розмір яких складає від 3 до 6 мікрон) з порядком зниження їх вмісту більш ніж 3,5 log. Недоліком описаного картриджа є те, що при його роботі вода відразу надходить на зовнішній шар фільтрувального матеріалу з пористою сорбційною поверхнею і швидко її 1 UA 104680 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 закупорює, хоча потенціал сорбенту ще далеко не використаний. Це суттєво знижує ефективність роботи фільтрувального елемента і значно скорочує термін його експлуатації. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача удосконалення конструкції картриджа, шляхом застосування нетканого матеріалу з особливими характеристиками та зміни напрямку походження води крізь картридж. Поставлена задача вирішується тим, що у вугільному картриджі для очищення питної води, який включає блок, виконаний із активованого вугілля у формі циліндра з центральним отвором, при цьому блок насаджений на трубчастий водопроникний каркас, торці блока закриті кишками з отворами в центрі, а зовнішня його поверхня вкрита шаром нетканого матеріалу, зафіксованого на блоці утримуючим його елементом, згідно з корисною моделлю, нетканий матеріал виконати із нановолокон, що утворюють мікропористу структуру з розміром пор 0,01-0,001 мкм. Доцільно блок виконати з пресованого активованого вугілля, шар нетканого матеріалу з мікропористою структурою вкрити додатковим шаром нетканого матеріалу з більш грубою структурою, а утримуючий елемент для нетканого матеріалу виконати у вигляді полімерної сітки. Технічний результат від запропонованих удосконалень корисної моделі полягає у тому, що практично всі механічні домішки, які знаходяться у воді, затримуються сорбентом перш ніж вода надійде у шар нетканого матеріалу. Іншими словами, нетканий матеріал захищений від швидкого забруднення його мікропор, що суттєво подовжує термін його ефективної дії, а значить і термін використання картриджа. Нетканий матеріал з ультра тонких волокон і з розмірами пор меншими від розмірів вірусів затримує бактерії та віруси, тобто відділяє їх від води, на відміну від срібла, яке викликає їх загибель та запобігає їх розмноженню в об'ємі фільтра, але це супроводжується виділенням у фільтраті токсинів, що утворились як наслідок загибелі мікроорганізмів. Важливо, що очищення води від бактерій та вірусів досягається без витрати дорогого срібла. Істотними ознаками запропонованого пристрою спільними з прототипом є: - вугільний картридж для очищення питної води, - вугільний картридж включає блок, виконаний із активованого вугілля у формі циліндра з центральним отвором; - блок насаджений на трубчастий водопроникний каркас; - торці блока закриті кишками з отворами в центрі; - зовнішня поверхня блока вкрита шаром нетканого матеріалу, зафіксованого на блоці утримуючим елементом. Новими істотними ознаками пристрою порівняно з прототипом є: - нетканий матеріал виконано із нановолокон, які утворюють мікропористу структуру з розміром пор 0,01-0,001 мкм. Суть запропонованої корисної моделі ілюструється кресленнями: - на Фіг. 1 зображено поздовжній переріз картриджа з подачею води через осьову порожнину. - на Фіг. 2 зображено ділянку поверхні сорбенту з шарами нетканого волокнистого матеріалу. Запропонований вугільний картридж встановлюється і фіксується у посадочному місці корпусу фільтра, будь-якої відомої для цього конструкції. Картридж включає внутрішній трубчастий водопроникний каркас 1, на який насаджено блок 2, виконаний із активованого вугілля у формі циліндра з центральним отвором. Торці блока закриті кишками 3 з центральними отворами, а зовнішня поверхня 4 блока щільно вкрита двома шарами нетканих фільтруючих матеріалів. Першим шаром 5 нетканого матеріалу, який безпосередньо примикає до зовнішньої поверхні блока, є нетканий матеріал, виконаний із нановолокон, що утворюють мікропористу структуру з розміром пор 0,01-0,001 мкм, тобто є напівпроникною наномембраною. Другий шар 6 нетканого матеріалу, що розміщений поверх першого шару, виконаний із ультратонких волокон та ззовні вкритий полімерною сіткою 7, яка щільно фіксує його на поверхні блока і утримує від будь-яких зміщень. Кришки на торцях блока споряджені штуцерами 8, через які надходить вода, напрямок якої на фіг. 1 показано стрілкою Б. Напрямок руху води в радіальному напрямку крізь тіло блока показано стрілкою В. При використанні запропонованого картриджа вода подається (по стрілці Б) через порожнину трубчастого водопроникного каркаса 1, проходить крізь нього та крізь масу блока 2 у радіальному напрямі (по стрілці В). В результаті взаємодії з пресованим активованим вугіллям відбувається глибоке очищення води від основної маси домішок, у тому числі відбувається сорбція органічних, хлорорганічних речовин та бактеріальних токсинів. За цим вода проходить крізь перший шар 5 нетканого матеріалу, де вона звільняється від бактеріальних домішок і 2 UA 104680 U 5 10 шкідливих мікроорганізмів, які пройшли крізь сорбент. Цей шар нетканого матеріалу має мікропористу структуру з порами, розміри яких менші, ніж розміри бактерій і вірусів, і тому вони затримуються нетканим матеріалом. Вода, пройшовши перший шар нетканого матеріалу, проходить крізь другий шар 6 нетканого матеріалу та крізь полімерну сітку 7, яка щільно фіксує обидва шари на поверхні сорбенту і утримує від будь-яких зміщень. При розмірах пор, більших 0,01 мкм, ефективність картриджа знижується оскільки деякі найдрібніші віруси не затримуються нетканим матеріалом, а при розмірах пор, менших 0,001 мкм, опір проходженню води стає невиправдано високим і вже не позначається на результатах обробки води. Випробування запропонованого картриджа показали високі результати очищення води від бактерій та вірусів. Дані випробування наведені в таблиці. Мікроорганізм Coliform Bacteria E.coli Total coliform bacteria E.coli K-12 Coliphage MS-2 Hepatitis A virus Bacteriophage MS-2 Pseudomonas aeruginosa Legionella mildadei NCTC 15 20 25 Вміст мікроорганізмів в модульній воді 5 10 CPU/mL 5 10 CPU/L 3 10 PFU/mL 6 10 PFU/100mL 6 10 PFU/mL 4 10 cell/L 4 10 cell/mL Вміст мікроорганізмів в очищеній воді 0 0 0 0 0 0 0 Запропонований картридж забезпечує отримання високоякісної питної води шляхом її глибокого очищення від механічних і хімічних забруднень, якими може бути насичена вода з водогону, а головне він затримує бактерії та віруси. В ньому він вдало поєднані корисні властивості активованого вугілля з властивостями нетканого матеріалу з мікропористою структурою. Запропонований картридж, у порівнянні з відомими, не потребує використання довгого срібла і не викликає виділенням у фільтрат токсинів, які утворились як наслідок загибелі мікроорганізмів від дії на них срібла. Джерела інформації: 1. RU 2135262 по МПК - B01D 39/08. 2. UA 77882 по МПК - B01D 39/00 B01D 29/00; B01D 25/00. 3. UA 57475 по МПК - B01D 27/00; C02F 9/14. 4. UA 103223 по МПК - В01D 39/20; В01D 29/21; C02F 1/00; В01D 29/58. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Вугільний картридж для очищення питної води, який включає блок, виконаний із активованого вугілля у формі циліндра з центральним отвором, при цьому блок насаджений на трубчастий водопроникний каркас, торці блока закриті кришками з отворами в центрі, а зовнішня поверхня блока вкрита шаром нетканого матеріалу, зафіксованого на блоці утримуючим елементом, який відрізняється тим, що нетканий матеріал виконано із нановолокон, які утворюють мікропористу структуру з розміром пор 0,01-0,001 мкм. 2. Вугільний картридж для очищення питної води за п. 1, який відрізняється тим, що блок виконаний з пресованого активованого вугілля. 3. Вугільний картридж для очищення питної води за п. 1, який відрізняється тим, що шар нетканого матеріалу з мікропористою структурою вкритий додатковим шаром нетканого матеріалу з більш грубою структурою. 4. Вугільний картридж для очищення питної води за п. 1, який відрізняється тим, що утримуючий елемент для нетканого матеріалу виконаний у вигляді полімерної сітки. 3 UA 104680 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4