Мембранный фильтрующий элемент рулонного типа для очистки воды в бытовых условиях



Мембранный фильтрующий элемент рулонного типа для очистки воды в бытовых условиях
Мембранный фильтрующий элемент рулонного типа для очистки воды в бытовых условиях
Мембранный фильтрующий элемент рулонного типа для очистки воды в бытовых условиях

 


Владельцы патента RU 2526995:

Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "Владипор" (RU)

Изобретение относится к области конструкции мембранного фильтрующего элемента рулонного типа (МЭ) для очистки жидких сред и способу его изготовления. Мембранный фильтрующий элемент рулонного типа для очистки воды в бытовых условиях характеризуется тем, что включает в себя центральную трубку с радиальными отверстиями по ее длине и спирально намотанный на нее мембранный пакет, состоящий из сложенной вдвое с наружным селективным слоем полупроницаемой полимерной мембраны и дренажного полотна для канала сбора и отвода фильтрата, турбулизаторной сетки для канала очищаемой воды, при этом сетка выполнена в виде не менее трех последовательно размещенных отрезков разной толщины. Отрезок сетки с наибольшей толщиной размещается у наружной поверхности МЭ, на входе очищаемой воды, а отрезок с наименьшей толщиной - у центральной трубки на выходе концентрата, причем соотношение их толщин в пределах 2,0/1,0-2,5/1,0. Кромка отрезка турбулизаторной сетки, прилегающая к центральной трубке, обернута с двух сторон полосой дренажного полотна с канавками параллельно трубке на величину L=πd, где d - наружный диаметр трубки, и образует кольцевой канал вокруг трубки для вывода концентрата, при этом указанные каналы и торцы МЭ герметизированы друг от друга. Кроме того, МЭ обернут в полимерную пленку, имеющую в зоне ввода очищаемой воды в мембранный элемент ряд отверстий по всей его длине, при этом ввод очищаемой воды выполнен через наружную поверхность МЭ, а вывод концентрата и фильтрата - через центральную трубку. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления мембранного элемента, эксплуатации и замены при высоком коэффициенте конверсии. 3 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области конструкции (устройству) мембранного фильтрующего элемента рулонного типа (далее МЭ) для очистки жидких сред и способу его изготовления.

Как известно, МЭ состоит из центральной трубки с радиальными отверстиями по ее длине, вокруг которой спирально намотаны один или несколько мембранных пакетов. Каждый пакет включает сложенную вдвое полупроницаемую полимерную мембрану, турбулизаторную сетку для каналов очищаемой жидкости и дренажное полотно для каналов отвода фильтрата; при этом указанные каналы соответствующим образом герметизированы друг от друга.

МЭ широко используется практически во всех отраслях промышленности в процессах обратного осмоса, нано-ультра-микрофильтрации для очистки и обессоливания природных и сточных вод промышленных предприятий;

водоподготовки технологических вод различных производств;

для получения высококачественной воды питьевого и пищевого назначения, в том числе в бытовых условиях.

Эта последняя проблема становится все более актуальной, так как качество водопроводной воды и воды из скважины, естественных водоемов во многих регионах России не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям.

Предлагаемое изобретение направлено на совершенствование конструкции МЭ с целью более экономичного решения проблемы очистки воды в бытовых условиях.

Анализ патентов по мембранным элементам рулонного типа показывает, что несмотря на их многочисленность реально используется на практике или экспериментально подтверждена их работоспособность для очистки воды в бытовых условиях всего несколько модификаций конструкций: по патенту США №3417870; по патенту RU №2304018; по патенту на полезную модель RU №125881.

Наиболее полно отражены принципиальные конструктивные особенности МЭ и его преимущества в патенте США №3417870. Согласно этому патенту МЭ состоит из центральной трубки с рядом радиальных отверстий по ее длине для отвода фильтрата и одного или несколько спирально намотанных на нее мембранных пакетов, включающих сложенную вдвое мембрану, внутри которой размещена турбулизаторная сетка, создающая канал для очищаемой воды и наружного дренажного полотна, создающего канал для сбора и отвода очищенной воды - фильтрата.

Герметизация этих каналов осуществляется перед спиральной намоткой путем «строчного» нанесения клеевой композиции на дренажное полотно по трем ее сторонам. Каналы для очищаемой воды открыты с обоих торцев. Очищаемая вода подается в один торец МЭ и выходит через другой торец. Очищенная вода-фильтрат движется по спиральному каналу от периферии к центральной трубке и по ее внутреннему каналу выводится из МЭ. Непременным условием нормальной долговременной эксплуатации МЭ при гарантированном качестве очистки является обеспечение турбулентного гидродинамического режима течения очищаемой воды, исключающего возникновение концентрационной поляризации, т.е. повышенной концентрации растворенных веществ на поверхности мембраны. Это условие обеспечивается достаточно высокой скоростью течения очищаемой воды в канале, в мембранном элементе.

Согласно патенту США №3417870 площадь поперечного сечения канала для очищаемой воды постоянна по всей его длине и при отборе фильтрата она снижается. Поэтому, как показала практика эксплуатации этого типа МЭ, отбор фильтрата с одного элемента не должен превышать 18-20%, остальная часть воды сбрасывается в канализацию или частично возвращается на повторную очистку. Это обстоятельство является определенным недостатком.

Для промышленных установок этот недостаток легко устраняется.

Элементы соединяются параллельно - последовательно в «елочку», что обеспечивает поддержание скорости течения воды в пределах, исключающих возникновение концентрационной поляризации даже при 70-80% отбора фильтрата.

На основе этого патента некоторые фирмы производят МЭ для очистки воды в бытовых условиях. Как правило, один элемент обеспечивает потребность в питьевой воде семью из 3-5 человек, при этом приходится сбрасывать в канализацию 75-80% ее первоначального количества, что безусловно создает экономические проблемы.

Отличительными особенностями конструкции МЭ по патенту RU 2302895 С2 по сравнению с МЭ по патенту США №3417870 являются:

- ввод очищаемой воды производится от периферии через наружную цилиндрическую поверхность по спиральному каналу к центру, а вывод концентрата - через центральную трубку. Для этого торцы МЭ полностью герметизированы.

- продольный канал центральной трубки разделен поперечной перегородкой на два изолированных неравных по длине каналов, один из которых соединен с турбулизаторной сеткой - для вывода концентрата, а второй - с дренажным полотном - для вывода фильтрата.

Указанная конструкция МЭ позволила за счет изменения течения очищаемой воды по каналу с площадью поперечного сечения в несколько раз меньшей и пропорционально увеличенной его длиной, по сравнению с аналогичным каналом МЭ по патенту США №3417870, повысить коэффициент конверсии до 40%. Однако у этой конструкции МЭ, как и у предыдущей, площадь поперечного сечения канала для очищаемой воды по всей его длине одинакова, поэтому при дальнейшем увеличении отбора фильтрата (≥40%) происходит еще большее падение скорости и, как следствие, концентрационной поляризации. Из этого следует вывод, что для поддержания скорости течения очищаемой воды в канале, исключающей возникновение указанного явления, необходимо уменьшать площадь поперечного сечения канала по его длине пропорционально отбору фильтрата (как это выполнено в промышленных установках). Это условие реализовано в МЭ по патенту на полезную модель RU №125881.

В соответствии с указанным патентом МЭ состоит из центральной трубки с герметичной продольной перегородкой и с двумя рядами радиальных отверстий, расположенных напротив нее, разделяющей внутренний канал трубки на два независимых канала для ввода очищаемой воды и вывода фильтрата; и спирально намотанного вокруг нее мембранного пакета трапецеидальной формы, включающего сложенную вдвое полупроницаемую полимерную мембрану с наружным селективным слоем, турбулизаторную сетку для канала очищаемой воды и дренажное полотно для канала отвода фильтрата; при этом более широкая сторона трапецеидального пакета прилегает к центральной трубке, а более узкая сторона - на наружней поверхности МЭ, т.е. на выходе очищаемой воды (концентрата). Оба торца МЭ, а также каналы очищаемой воды и фильтрата герметизированы друг от друга. Эта конструкция МЭ позволила за счет поддержания необходимой скорости течения в канале для очищаемой воды повысить коэффициент конверсии до 70-80%, т.е. сделать процесс очистки в бытовых условиях более экономичным. Однако, как показала дальнейшая практика, технология подготовки конструкционных материалов в форме трапеции, а также изготовление центральной трубки с продольной перегородкой оказалась заметно более трудоемкой, по сравнению с вышеописанным МЭ. Предлагаемое изобретение, по мнению авторов, устраняет этот недостаток.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является дальнейшая модернизация конструкции МЭ для очистки воды в бытовых условиях, обеспечивающая при высоком коэффициенте конверсии (до 70-80%) упрощение и удешевление технологии его изготовления, эксплуатации и замены.

Для этого предлагается мембранный фильтрующий элемент рулонного типа (МЭ), характеризующийся тем, что включает в себя центральную трубку (1) с радиальными отверстиями по ее длине (2) и спирально намотанный на нее мембранный пакет, состоящий из сложенной вдвое с наружным селективным слоем полупроницаемой полимерной мембраны (3), турбулизаторной сетки (4) для канала очищаемой воды и дренажного полотна (5) для сбора отвода фильтрата. При этом сетка выполнена в виде не менее трех последовательно размещенных отрезков разной толщины. Отрезок сетки с наибольшей толщиной размещается у наружной поверхности МЭ на входе очищаемой воды, а отрезок с наименьшей толщиной - у центральной трубки на выходе концентрата, соотношение их толщин в пределах 2,0/1,0-2,5/1,0. Кромка отрезка турбулизаторной сетки, прилегающая к центральной трубке, обернута с двух сторон полосой дренажного полотна (7) с канавками параллельно трубке на величину L=πd, где d - наружный диаметр трубки, и образует кольцевой канал вокруг трубки для вывода концентрата. При этом каналы для очищаемой воды и фильтрата, и торцы МЭ герметизированы друг от друга (6, 10). Кроме того, МЭ обернут в полимерную пленку (8), имеющую в зоне ввода очищаемой воды в мембранный элемент ряд отверстий по всей его длине (9). Ввод очищаемой воды выполнен через наружную поверхность МЭ, а вывод концентрата и фильтрата - через центральную трубку.

Для упрощения и удешевления технологии его изготовления, эксплуатации и замены предлагается раскрой всех конструкционных материалов и намотку производить одновременно на 4-5 элементов с последующей поперечной резкой на равные заготовки, сборкой каждого МЭ (10) в неразъемном корпусе (11) и выполнением всех необходимых операций для завершения изготовления МЭ.

Замену МЭ после выработки ресурса работы производить одновременно с корпусом, что существенно упрощает и удешевляет эту процедуру.

Процесс очистки происходит следующим образом:

исходная вода непрерывно под давлением с определенной скоростью поступает в МЭ через отверстия на его наружной поверхности и по спиральному каналу с турбулизаторными сетками движется от периферии к центру. В процессе течения происходит непрерывная частичная ее фильтрация через пористую мембрану. Очищенная вода (фильтрат) также по спиральному каналу движется от периферии к центру и свободно выводится из МЭ через внутренний канал центральной трубки. Рабочее давление в канале очищаемой воды регулируется и поддерживается с помощью вентиля, установленного на выходе концентрата, а его контроль - по манометру.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ ФИГУР

На фиг.1 приведена схема взаимного расположения всех конструкционных материалов МЭ перед их спиральной намоткой (вид с торца).

На фиг.2 приведена схема взаимного расположения всех конструкционных материалов МЭ перед их спиральной намоткой (вид в плане).

На фиг.3 приведен схематически внешний вид размещения МЭ в корпусе и направления течения очищаемой воды, фильтрата и концентрата.

Обозначения на фигурах:

1 - центральная трубка, диаметр d

2 - радиальные отверстия по длине трубки

3 - полупроницаемая полимерная мембрана

4 - турбулизаторные сетки различной толщины

5 - дренажное полотно для отвода фильтрата

6 - клеевой шов, герметизирующий фильтратотводящий канал в конце мембранного пакета

7 - полоса дренажного полотна с канавками параллельно центральной трубке

8 - полимерная пленка для обертки мембранного элемента

9 - ряд отверстий в полимерной пленке для ввода очищаемой воды в мембранный элемент

10 - клеевой шов для крепления мембранного пакета к трубке и его герметизации

11 - мембранный элемент, диаметр D

12 - корпус.

Авторами предлагаемого изобретения был изготовлен и испытан образец мембранного элемента (МЭ) на основе нанофильтрационной мембраны типа ОПМН-П для очистки воды в бытовых условиях в соответствии с вышеприведенными предложениями по конструкции, описанной в предлагаемой заявке.

Исходные конструкционные материалы, отличительные особенности, условия и результаты испытаний приведены в таблице.

При испытании оценивалось влияние степени конверсии (т.е. соотношение объема очищенной воды в единицу времени к объему очищаемой воды в процентах: К=Qф/Qисх·100%) на его селективность и производительность. Конверсия изменялась от 15 до 75%.

Результаты испытания МЭ предлагаемой конструкции приведены в таблице.

Эти результаты подтверждены ресурсными испытаниями в течение 80 часов.

Вывод: предлагаемая конструкция МЭ, по мнению авторов, может успешно использоваться для очистки воды в бытовых условиях.

Таблица
№ пп. Наименование основных параметров и их эксплуатационные характеристики Данные по образцу МЭ Примечание
1. Используемое мембранное полотно
1.1 Нанофильтрационная мембрана Тип ОПМН- пx)
2. Конструктивные параметры МЭ
2.1 Диаметр, мм 45,0
2.2 Длина, мм 200,0
2.3 Площадь мембраны, м2 0,4
2.4 Последовательно размещенные отрезки турбулизаторных сеток : толщиной 81/82/83, мм 1,1/0,8/0,55 Каждый длиной 333 мм
2.5 Дренажное полотно, толщина, мм 0,3
2.6 Длина мембранного пакета, м 1,0
3. Тип МЭ. Экспериментальные характеристики МЭ.
3.1 Конверсия, % 40,0 75,0 75,0
3.2 Производительность, дм/ч xx) 44,9 4,85 4,82
3.3 Селективность по NaCl% 77,3 77,1 -
4. Условия испытаний
4.1 Водный раствор NaCl 0,15 г/дм3
- давление, МПа 0,35
- температура, °C 20,0
- время испытаний, ч 8,0
5. Ресурсные испытания, ч 80,0
5.1 Производительность, дм3xxx) 4,82
5.2 Селективность по NaCl, % 77,0
x) - Производство ЗАО НТЦ «Владипор»;
xx) - Замер производился после каждого часа работы;
xxx) - Замер производился после каждых 8 часов работы

Мембранный фильтрующий элемент рулонного типа (МЭ) для очистки воды в бытовых условиях, характеризующийся тем, что включает в себя центральную трубку с радиальными отверстиями по ее длине и спирально намотанный на нее мембранный пакет, состоящий из сложенной вдвое с наружным селективным слоем полупроницаемой полимерной мембраны и дренажного полотна для канала сбора и отвода фильтрата, турбулизаторной сетки для канала очищаемой воды, при этом сетка выполнена в виде не менее трех последовательно размещенных отрезков разной толщины, при этом отрезок сетки с наибольшей толщиной размещается у наружной поверхности МЭ, на входе очищаемой воды, а отрезок с наименьшей толщиной - у центральной трубки на выходе концентрата, причем соотношение их толщин в пределах 2,0/1,0-2,5/1,0, кромка отрезка турбулизаторной сетки, прилегающая к центральной трубке, обернута с двух сторон полосой дренажного полотна с канавками параллельно трубке на величину L=πd, где d - наружный диаметр трубки, и образует кольцевой канал вокруг трубки для вывода концентрата, при этом указанные каналы и торцы МЭ герметизированы друг от друга, кроме того, МЭ обернут в полимерную пленку, имеющую в зоне ввода очищаемой воды в мембранный элемент ряд отверстий по всей его длине, при этом ввод очищаемой воды выполнен через наружную поверхность МЭ, а вывод концентрата и фильтрата - через центральную трубку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к фильтру для мембранной фильтрации жидкостей, в частности к рулонному фильтру с улучшенными фильтрующими характеристиками. .

Изобретение относится к фильтрации с контролем внутреннего засорения. .

Изобретение относится к конструкции мембранных ультра-микрофильтрационных элементов (МФРЭ), предназначенных для очистки технических и природных жидкостей от взвешенных в них частиц, коллоидов и бактерий.

Изобретение относится к конструкции мембранных фильтрующих рулонных элементов, предназначенных для разделения жидких сред. .

Изобретение относится к мембранным ультра-микрофильтрационным рулонным элементам (МФРЭ), работающим по методу тупиковой фильтрации, для очистки жидкостей, в частности, для получения питьевой воды.

Изобретение относится к области конструкции (устройства) мембранного фильтрующего элемента рулонного типа (далее МЭ). .

Изобретение относится к конструкции мембранных фильтрующих элементов (МЭ) рулонного типа для разделения жидких сред в процессах обратного осмоса, нано-, ультра- и микрофильтрации.

Изобретение относится к рулонным элементам, работающим по методу тупиковой фильтрации. .

Изобретение относится к области очистки воды и используется в установках обратного осмоса. .

Изобретение относится к конструкции мембранного фильтрующего рулонного элемента (далее - МФРЭ), который состоит из фильтратотводящей перфорированной трубки и спирально намотанных на нее прилегающих друг к другу через листы турбулизаторной сетки мембранных (полупроницаемых) пакетов.

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки, а именно к оборудованию, используемому в мембранных рулонных элементах для обратного осмоса и нанофильтрации. Предлагается сетка, ячейки которой имеют форму связанных между собой правильных многоугольников, в вершинах которых размещены сферы, связанные между собой цилиндрическими перемычками (ребрами многоугольников), диаметр которых составляет 0,1-0,8 диаметра сфер. Индивидуальная ячейка сетки, как правило, выполняется в форме треугольника, квадрата, шестиугольника или ромба, но может быть выполнена в форме и иных многоугольников. При этом ячейка в форме равностороннего треугольника обеспечивает максимальную жесткость конструкции сетки, ячейки в форме ромба или квадрата проще и дешевле остальных в изготовлении, а сетка с ячейкой в форме правильного шестигранника обладает минимальным гидравлическим сопротивлением, но наиболее трудоемка при изготовлении. Сетка позволяет минимизировать гидравлическое сопротивление и объем «мертвых зон», образующихся в рулонных элементах.5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к мембранным аппаратам рулонного типа и может быть использовано для фильтрации и обратного осмоса. Аппарат содержит коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата, образованные пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерной перфорированной перегородкой с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине. Со стороны торцевых поверхностей полуцилиндров корпуса аппарата на торцевых крышках имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для отвода пермеата и ретентата. Пространство между корпусом аппарата, прикатодными, прианодными мембранами и перфорированной трубкой образует коллектор для протекания исходного раствора, в котором расположены сетки-турбулизаторы, в которые вплетены металлические трубки. Межмембранный канал образован последовательно уложенными с двух сторон от сетки-турбулизатора двумя парами прикатодной, прианодной мембран, подложек мембран, дренажных сеток - катода и анода, которые все вместе проклеены с торцевых поверхностей и с сетками-турбулизаторами, в которые вплетены металлические трубки, обернуты вокруг перфорированной трубки, при этом дренажные сетки - катод и анод расположены между подложками мембран и уложенными на них прикатодными и прианодными мембранами, приклеенными в месте перфорации к перфорированной трубке. Технический результат - повышение качества разделения растворов при улучшенном охлаждении пермеата и монополярных электродов. 5 ил., 1 табл.

Модуль обратного осмоса для получения сверхчистой воды содержит трубу с дном и крышкой и расположенную в трубе мембрану обратного осмоса с пермеатной собирающей трубой. Мембрана обратного осмоса конечным участком вставлена в мембранный фланец и уплотнена относительно него кольцевым уплотнением, а фланец закреплен на дне модуля и имеет предотвращающую телескопирование звездочку, которая является составной частью фланца. Дно модуля имеет входное отверстие для питательной воды, которое заканчивается в кольцевой щели под мембранным фланцем, выходное отверстие для концентрата, которое заканчивается радиально внутри мембранного фланца под мембраной, и отверстие, соединенное с концом собирающей пермеат трубы. Изобретение обеспечивает сведение к минимуму мертвых пространств в конструкции, наличие которых приводит к бактериальному загрязнению и образованию биологических отложений. Также изобретение предусматривает возможность использования в установках обратного осмоса разной производительности. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к мембранной технике и может быть использовано в процессах очистки сточной воды методом обратного осмоса. Устройство для очистки сточных вод содержит устройство обратного осмоса, емкость - усреднитель очищенной воды, насос, магнитные клапаны, запорную арматуру, расширительный бак, сетчатый фильтр, устройство обратного осмоса первой ступени, отстойник обратного осмоса, накопительную емкость концентрата с погружным насосом, устройство обратного осмоса второй ступени, при этом используют обратноосмотические мембраны рулонного типа с открытым каналом, в которых отсутствует турбулизирующая сетка, а устройство обратного осмоса второй ступени выполнено с возможностью циркуляции в нем концентрата. Технический результат - очистка сточных вод без доочистки с возможностью выхода фильтрата (чистой воды) до 99% от исходной, отсутствие реагентной обработки воды, автоматизированная работа без постоянного обслуживающего персонала. 1 ил.
Наверх