Качество питьевой воды является одним из наиболее серьезных факторов риска в современном животноводстве и птицеводстве. Организм животных и птицы состоит из воды на 60…70 %. Вода служит растворителем, обеспечивает обмен и транспорт питательных веществ, способствует удалению токсических продуктов. У животных и птицы потребность в воде в два раза больше, чем в корме. При разных заболеваниях они раньше отказываются от корма, чем от воды. Поэтому вода является незаменимым элементом для нормальной жизнедеятельности животных. Соответственно наиболее полная и экономичная очистка воды от растворенных органических и других загрязнений, в особенности пестицидов, до требований нормативных документов является одной из актуальнейших задач развития животноводства [1, 2].
В основные мероприятия по охране здоровья людей и охране природы входят создание и совершенствование систем очистки воды животноводческих комплексов. Одним из основных способов осуществления указанных мероприятий является установка фильтров. В настоящее время существует множество конструкций фильтров, применяемых для очистки воды и воздуха от загрязнений. Однако эти технические средства очистки воды в животноводческих фермах во множестве случаев не отвечают по производительности и качеству фильтрования воды от загрязнений [3. 4, 5, 7].
Цель исследования
Целью исследования является разработка фильтра для очистки воды от различных загрязнений большой производительности с совмещением трех основных видов очистки: механической, ионообменной и сорбционной в одном фильтре.
Материалы и методы исследования
При анализе схем и конструкций фильтров для очистки воды, применяемых в животноводческих фермах, использованы научные статьи, монографии, учебные пособия, а также специальные виды технической документации и литературы, к которым относится патентная документация. Установлено, что с экономической точки зрения целесообразнее производить фильтрование воды вдоль слоев материалов загрузки, так как гидравлическое сопротивление материала в данном направлении фильтрования меньше чем при фильтровании поперек слоев. Вследствие этого также увеличивается производительность фильтра.
Результаты исследования и их обсуждение
Для очистки воды от различных загрязнений с фильтрацией вдоль слоев материала загрузки разработана конструкция фильтра, представленная на рисунке [6].
а б
Схема фильтра для очистки воды с большим объемом загрузки с фильтрацией вдоль слоев (а) и разрез на отметке 1,2 м относительно низа фильтра (б): 1 и 2 – нижняя и верхняя части фильтра; 3 и 6 – входной и выходной патрубки; 4 – фильтрующий пакет; 5 – основание фильтра; 7 – фланец; 8 – перфорированная труба; 9 – центральная труба; 10 – заглушка; 11 – отверстия; 12 – пластинка для предотвращения продвижения фланца 7 вниз; 13 – слой из кварцевого песка; 14 – слой гравия; 15 – внешняя часть фильтрующего пакета; 16 – внутренняя часть фильтрующего пакета; 17 – оболочка из полиэтиленовой пленки с продольными щелями на вертикальной части; 
– направление движения жидкости
Данный фильтр позволяет повысить производительность за счет большего объема загрузки и, следовательно, за счет большей площади живого сечения потока жидкости.
Предложенный фильтр содержит герметично соединенные между собой верхнюю часть 2 с входным патрубком 3 и нижнюю часть 1 с выходным патрубком 6. Фильтр также содержит слой из кварцевого песка 13, слой гравия 14, фланец 7 с отверстиями 11 на периферии и центральной трубой 9 с герметично приваренной заглушкой 10. Фильтр содержит фильтрующий пакет 4, центральную перфорированную трубу 8. Фильтрующий пакет 4 выполнен из набора шайб из углеродного волокнистого сорбента (УВС) или волокнистого ионообменного материала (ВИОН) или активированной углеродной ткани (АУТ) и размещен между фланцем 7 и основанием фильтра 5.
Слой песка 13 и слой гравия 14 создают своим весом давление сверху на фланец 7 и тем самым создают сдавливающее усилие со стороны фланца 7 на пакет 4, благодаря чему пакет сжимается до необходимой степени сжатия. Необходимая степень сжатия соответствует требуемой плотности в пакете 4. Длина трубы 9 специально рассчитывается по требуемой высоте пакета 4, то есть по необходимой степени сжатия пакета 4. Наличие заглушки 10, герметично приваренной к трубе 9, позволяет обеспечить именно заданную степень сжатия, то есть предотвратить дальнейшее продвижение вниз фланца 7, что привело бы к созданию большей степени сжатия, чем требуемая. Наличие герметичного сварного соединения между трубой 9 и фланцем 7 обеспечивает горизонтальное положение фланца 7.
Также существует проблема совмещения трех основных видов очистки: механической, ионообменной и сорбционной в одном фильтре. На сегодняшний день каждый из данных основных видов очистки реализуется в отдельном фильтре. Для решения указанной проблемы в фильтре, представленном на рисунке, внутренняя часть 16 фильтрующего пакета 4 выполняется из материала УВС, внешняя часть 15 фильтрующего пакета 4 выполняется из материала ВИОН. Ионообменная очистка с помощью материала ВИОН включает удаление солей жесткости (ионов Са+2 и Mg+2). Поэтому благодаря предложенной конструкции фильтра решается проблема совмещения трех основных видов очистки: механической, ионообменной и сорбционной в одном фильтре большой производительности.
В настоящее время в радиальных фильтрах существует проблема более сильной загрязненности внутренней части загрузки по сравнению с внешней частью. Для решения данной проблемы фильтрующий пакет 4 выполнен из двух частей: внешней 15 и внутренней 16. Внутренняя часть 16 имеет оболочку из полиэтиленовой пленки. Оболочка 20 имеет продольные вертикальные щели 19 на вертикальной части. Данная особенность конструкции позволяет решить указанную проблему путем более частой замены, по сравнению с частью 15, быстро загрязняющейся части 16. Решение указанной проблемы позволяет более эффективно использовать весь объем загрузки 4.
Выводы
Таким образом, разработанный фильтр для очистки воды с большим объемом загрузки с фильтрацией вдоль слоев обеспечивает увеличение производительности фильтрации загрязненной воды. Применение в фильтре волокнистого ионообменного материала (ВИОН), предназначенного для умягчения, опреснения, обезжелезивания и очистки воды от тяжелых металлов, углеродного волокнистого сорбента (УВС), основное назначение которого очистка воды от пестицидов, а также активированной углеродной ткани АУТ, необходимой для остальных видов очистки и обработки воды, обусловливает соблюдение всех современных санитарно-гигиенических норм и требований к питьевой воде.