CN101314505B - 复合式水处理单元 - Google Patents

Abstract

一种复合式水处理单元，其包括单元内壳体，单元内壳体的内腔上部设有双面过滤微孔陶瓷，内腔下部设有包括松散状态的粉末状水处理材料，其中心设有进水管，其顶部设有排气装置，运行时原水从单元内壳体的顶部顺着进水管向下流到单元内壳体的底部然后折流向上，原水先经粉末状水处理材料预处理，再经高精度双面过滤微孔陶瓷过滤后从单元内壳体的顶部流出，单元内壳体中的气体通过排气装置向上排出。本发明的优点是：粉末状水处理材料自身不会板结和堵塞，能显著延长高精度微孔陶瓷的使用寿命，大大减少清洗次数；能同时适应低浊度水和高浊度水的净化；粉末状水处理材料的有效利用率大大高于粒状水处理材料；能确保出水的微生物指标符合国家标准。

Description

复合式水处理单元

所属技术领域

本发明涉及饮用水处理技术领域，尤其涉及一种复合式水处理单元。

背景技术

饮水机专用净水器已经是普遍使用的产品，虽然种类繁多，但结构形式主要包括原水箱(也称上桶)、一个或几个水处理单元(俗称滤芯)、净水箱(也称下桶)和控制饮水机水斗中水位的浮子阀等，其核心部分是水处理单元。绝大部分饮水机专用净水器都设有吸附单元和过滤单元。当吸附单元中的吸附材料为活性炭时，俗称活性炭滤芯，所采用的活性炭均为粒状活性炭。过滤单元中的过滤材料只有当过滤精度很高时，才有很好的过滤效果，即能有效滤除水中的细菌等微小悬浮物，例如采用高精度微孔陶瓷或者中空纤维超滤膜。但是高精度材料(例如高精度微孔陶瓷或者中空纤维超滤膜)很容易堵塞。

上述公知技术的活性炭滤芯存在下述不足：

1.活性炭的有效利用率较低

粒状活性炭滤芯，起吸附净化作用的部分主要集中在颗粒的表层和近表层，而颗粒的中心部分所起的吸附净化作用很小。原因之一是：水中的污染物通过扩散方式进到颗粒的中心需要时间，而扩散速度通常远小于滤水速度；原因之二是：水中的微小悬浮物(胶体等)会逐渐将活性炭表面的微孔堵塞，表层的微孔堵塞后，颗粒内部剩余的吸附功能就再也不能发挥吸附作用。换句话说，粒状活性炭滤芯失效时，颗粒中心部分的材料可能远未达到吸附饱和状态，造成活性炭的有效利用率很低，浪费资源。颗粒越大，活性炭的有效利用率越低。

水处理行业每年都以较高的速度在发展，活性炭的用量也每年都在以较高的速度在增长，所以，提高资源的有效利用率、节约资源，意义重大。

2.粒状活性炭滤芯对延长后续水处理工序中高精度过滤材料的使用寿命效果较差。其主要原因是粒状活性炭滤芯的主要作用是吸附，去除溶解于水中的有机物、异色、异臭和异味等，而其过滤效果却很差，水中的微小胶体往往会从活性炭滤芯中泄漏出去。

3.对于颗粒较小的活性炭，活性炭的有效利用率相对较高，但是，自身却容易堵塞。为了防止活性炭滤芯堵塞，活性炭的目数通常为10目～40目。

对于采用高精度微孔陶瓷的饮水机专用净水器，如本人以前申报的专利技术《饮水机专用净水器》(专利号为200620134452.X)，和《饮水机专用净水器》(专利号为200620008949.7)，在这两项专利技术中，均在净水器的上桶设置了过滤精度很高的微孔陶瓷，该微孔陶瓷可以有效滤除水中的微小颗粒物(如细菌、胶体等)，降低水的混浊度，使出水的微生物指标符合国家标准。但是，大量的试验结果均表明：净水器中的高精度微孔陶瓷极易堵塞，一般说来，每过滤80～120升自来水，微孔陶瓷就堵塞得比较严重，滤水流量不能让用户满意。这时，必须将微孔陶瓷取出，进行清洗或者刷洗，以恢复微孔陶瓷的过滤性能。频繁的清洗或刷洗，给用户使用带来不便。

此外，公知技术的滤芯的排气结构有：

1.采用排气管向上排气，如中国专利《多功能组合式净水器滤芯》(专利号为200520116399.6)中的排气结构。这种结构的优点是：排气比较可靠。其缺点是：a.造型方面不太美观，对于家用产品，美观方面也是至关重要的；b.有时在排出的气流中携带水珠或汽泡，由于排气管连通活性炭腔，有时排气管中甚至泄漏出水中的污染物或者粉末状水处理材料，污染水质。

2.采用包括排气小孔和薄膜形式的排气阻水结构，如中国专利《改进型虹吸式净水器》(专利号为03209867.7)中的排气结构。该排气结构实际上是一个单向阀，即允许滤芯中的气体通过排气小孔向上排出，不允许水流通过小孔向下流动，这种排气装置设在滤芯的顶部。这种结构的优点是：造型比较美观，能将滤芯中的气体排出。其缺点是：排气不可靠，实际上就是薄膜和排气小孔的密封性不可靠。其原因之一是单向阀的密封面迟早会沉积水中的污染物；原因之二是薄膜会老化变形，两者均造成密封不可靠。

要使吸附单元既能最大限度地提高水处理材料的有效利用率，又具有延长后续水处理工序中高精度过滤材料使用寿命的功能，并且自身不会堵塞，此外，排气结构既要排气可靠，又要美观，还要确保水处理材料不会从排气装置中泄漏出，要同时做到这些，还需要技术上的突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状的不足而提供一种复合式水处理单元。该复合式水处理单元主要用在饮水机专用净水器上，也可以用在其它类似的净水器上，如台式或立式净水器上。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种复合式水处理单元，其包括单元内壳体，单元内壳体由内盖和内本体组成，内盖和内本体之间可以设计成可拆装式密封结构(如内盖和内本体分别设有配套螺纹，内盖和内本体之间设有密封圈的密封结构；内盖和内本体分别设有配套的卡扣，内盖和内本体之间设有密封圈的密封结构；内盖和内本体上分别设有法兰，两法兰之间设有密封圈的密封结构等)，也可以设计成不可拆装式密封结构(如焊接、粘接结构)；单元内壳体的内腔上部设有双面过滤微孔陶瓷，内腔下部设有包括松散状态的粉末状水处理材料；单元内壳体具有上部直径大、下部直径小的形状，上部便于设置直径较大的板状双面过滤微孔陶瓷；板状双面过滤微孔陶瓷内部设有水流通道，中心设有可让进水管从中穿过的通孔，通孔边缘的上、下表面设有密封圈；所述的进水管的顶部设有外螺纹和出水槽，出水槽与板状双面过滤微孔陶瓷内部的水流通道连通，进水管中部设有可支撑双面过滤微孔陶瓷的环板，进水管底部插入设在内本体底部的网板中心的通孔中，进水管由上部的芯管和下部的直管组成，并采用过盈配合方式进行连接；所述的内盖的中心设有通孔，该通孔边缘的上表面向上延伸有短管，短管的内侧面设有内螺纹，该内螺纹与进水管顶部的外螺纹相配合，内盖上还设有排气装置。

所述的双面过滤微孔陶瓷的过滤精度不大于0.4微米，为了更可靠地滤除水中的微小物质(如粉末状水处理材料、细菌等)，优选过滤精度不大于0.15微米的双面过滤微孔陶瓷。

所述的粉末状水处理材料至少包括吸附剂和混凝剂其中的一种。

所述的吸附剂至少包括活性炭、硅藻土、活性氧化铝和活性氧化镁其中的一种。

所述的混凝剂至少包括硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、铝酸钠、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、碳酸镁、聚合氯化铁、骨胶、聚丙烯酰胺、活化硅酸和海藻酸钠其中的一种。混凝剂最好制成缓释剂，以非常缓慢的速度向水中释放。

所述的粉末实际上就是尺寸十分微小的颗粒，所以粉末和颗粒之间没有严格准确的界限，行业中常采用目数来描述颗粒尺寸，颗粒的目数越大，则颗粒的尺寸越小。净水器中常用的粒状活性炭一般在10目～40目之间，本发明技术中的粉末状水处理材料(包括粉末活性炭)的目数为至少80目以上，优选200目以上。

所述的排气装置中设有包括折成“U”状的疏水性中空纤维膜，该中空纤维膜在顶部采用粘接剂使之相互粘接并粘接固定在排气装置壳体的内侧壁上，排气装置的壳体再与内盖密封固定连接；所述的中空纤维膜的过滤精度不大于0.3微米；排气装置的出气口位置高于单元内壳体的出水口。由于疏水性中空纤维膜具有通水阻力很大、通气阻力很小的特性，所以，本排气装置能有效阻挡单元内壳体中的水、粉末状水处理材料和水中的微小悬浮物(细菌等)，排出的是洁净的气体。因排气装置的出气口位置高于单元内壳体的出水口，从而可以避免出气口被水流覆盖和排气时出现汽泡现象，同时也减小了排气阻力。

上述水处理单元结构运行时，水流从进水管的顶部顺着进水管向下流到单元内壳体的底部，再向上穿过网板，先经粉末状水处理材料预处理：

1.将溶解于水中的有机物、异色、异臭、异味等吸附到吸附剂的微孔中；

2.将水中的胶体吸附或粘附到粉末状水处理材料的表面上；

3.混凝作用可使水中的悬浮物脱稳和絮凝，微小颗粒变成较大颗粒，或粘附、或吸附到吸附剂上；

4.生物反应可分解水中的有机物。

粉末状水处理材料也是比表面积很大的填料，净水器运行一段时间后，很容易在填料表面形成生物膜。原水与生物膜不断接触过程中，使有机物及氮等营养物被生物膜吸收利用而除去。当吸附剂采用活性炭时，会出现生物活性炭效果，并能延长活性炭的使用寿命。

水流先经粉末状水处理材料预处理后，再经设在上部的双面过滤微孔陶瓷过滤，去除水中的粉末状水处理材料、细菌等，最后从进水管顶部外侧的出水槽向上排出，单元内壳体中的气体通过设在内盖上的排气装置向上排出。

本发明技术具有延长微孔陶瓷使用寿命的作用机理是：

将水中容易堵塞微孔陶瓷的微小颗粒变成尺寸较大的颗粒，同时将不透水的黏糊状致密性颗粒(较小的和较大的)变成透水性较好的非黏糊状蓬松性颗粒，或者将其分解。这样，微孔陶瓷便不易发生堵塞。所采用的吸附剂都是透水性较好的非黏糊状蓬松性物质，其在有限的使用寿命范围内，即在吸附或粘附不超过一定数量的胶体物质时，仍呈透水性较好的非黏糊状蓬松特性。所以，粉末状水处理材料在失效前，即使沉积在微孔陶瓷表面，也不会发生堵塞现象。这就是说，粉末状水处理材料失效后，微孔陶瓷才会逐渐堵塞，微孔陶瓷出现堵塞之时就是滤芯寿命终了之时。普通用户很容易利用这种特性判断滤芯是否失效，这对保证净水器的正常使用至关重要。

本发明技术的进一步技术措施是：单元内壳体设在单元外壳体中，单元外壳体由外盖和外本体组成，外盖和外本体之间可以设计成可拆装式结构(如外盖和外本体分别设有配套螺纹；外盖和外本体分别设有配套的卡扣；外盖和外本体上分别设有配套法兰)，也可以设计成不可拆装式结构(如焊接、粘接结构)；外本体底部设有出水口；外盖的顶部设有向上延伸的进水接管，进水接管上设有泄水槽和外螺纹，外螺纹用于和所在设备的原水箱连接，泄水槽用于排尽原水箱中的水；外盖的顶部可以设排气孔，也可以不设排气孔；进水接管连通进水管，并通过密封圈进行密封；在内本体的外侧或者在外本体的内侧，设有定位筋，使内本体与外本体之间保持适当间隙，以保持出水通道畅通。

外壳体的主要作用是：

1.改善复合水处理单元的外观，使之与普通滤芯的顶部进水和底部出水这种传统的水流方式相一致；

2.对于外盖和外本体采用密封连接，并且外盖上不设排气孔的情况，内壳体中的气体经排气装置排出后，将顺着内壳体和外壳体之间的间隙向下流动，最后从外本体底部的出水口排出。对于这种情况，复合水处理单元启动时可能需要较大的动力来建立虹吸现象。虹吸现象建立后，滤水动力将明显增加，出水流量会明显增大，所以复合式水处理单元仍可正常运行。

本发明复合式水处理单元的有益效果是：

1.粉末状水处理材料自身不会板结和堵塞，能显著延长高精度过滤材料的使用寿命，大大减少清洗次数；

2.能同时适应低浊度水和高浊度水的净化；

3.粉末状水处理材料的有效利用率大大高于粒状水处理材料，节约资源；

4.能确保出水的微生物指标符合国家标准；

5.普通用户很容易判断滤芯的使用寿命是否已到。

附图说明

图1为本发明实施例一结构示意图。

图2为图1中的芯管立体图。

图3为图1中的内盖立体图。

图4为实施例一运行时的水流气流示意图。

图5为装有实施例一的饮水机专用净水器结构示意图。

图6为本发明实施例二结构示意图。

图7为图6中的芯管立体图。

图8为图6中的外盖立体图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明进行详细描述，但应当理解这里的详细描述并不构成对本发明保护范围的限制。

实施例一：结合图1、图2和图3所示，本实施例包括单元内壳体，单元内壳体由内盖(16)和内本体(6)组成，内盖(16)和内本体(6)之间设有密封圈(13)，压紧后内盖(16)和内本体(6)可实现密封连接；单元内壳体的内腔上部设有板状双面过滤微孔陶瓷(11)，内腔下部设有松散状态的粉末状水处理材料(5)；单元内本体具有上部直径大、下部直径小的形状；板状双面过滤微孔陶瓷(11)内部设有水流通道(14)，中心设有可让进水管从中穿过的通孔，通孔边缘的上、下表面分别设有密封圈(15)和密封圈(10)；所述的进水管的顶部设有外螺纹(19)和出水槽(28)，出水槽(28)与板状双面过滤微孔陶瓷(11)内部的水流通道(14)连通，进水管中部设有可支撑双面过滤微孔陶瓷(11)的环板(9)，进水管底部插入设在内本体(6)底部的网板(2)中心的通孔中，进水管由上部的芯管(47)和下部的直管(4)组成，并采用过盈配合方式进行连接，网板(2)上设有丝网(3)；所述的内盖(16)的中心设有通孔，该通孔边缘的上表面向上延伸有短管(18)，短管(18)的内侧面设有内螺纹，该内螺纹与进水管顶部的外螺纹(19)相配合，内盖(16)上还设有排气装置。

所述的排气装置中设有包括折成“U”状的疏水性中空纤维膜(26)，中空纤维膜(26)在端部采用粘接剂(24)使之相互粘接并粘接固定在排气装置壳体(25)的内侧壁上，排气装置的壳体(25)再与内盖(16)向上延伸的短管(27)密封固定连接；所述的中空纤维膜的过滤精度不大于0.3微米；排气装置的出气口位置高于出水槽(28)的最高处。

单元内壳体设在单元外壳体中，单元外壳体由外盖(17)和外本体(7)组成，外盖(17)和外本体(7)之间通过螺纹(12)连接；外本体底部设有出水口(1)；外盖(17)的顶部设有向上延伸的进水接管(22)，进水接管(22)上设有泄水槽(21)和外螺纹，外螺纹用于和所在设备的原水箱连接，泄水槽(21)用于排尽原水箱中的水；外盖(17)的顶部设有排气孔(23)；进水接管(22)连通进水管，并通过密封圈(20)进行密封；在内本体的外侧设有定位筋(8)，使内本体定位在外本体的中心并与外本体之间保持适当间隙，从而保持出水通道畅通。

结合图4所示，本实施例复合水处理单元运行时，水流从进水接管(22)进到进水管，再从进水管的顶部顺着进水管向下流到单元内壳体的底部，再向上穿过网板(2)，先经粉末状水处理材料(5)预处理，再经双面过滤微孔陶瓷(11)过滤，去除水中的粉末状水处理材料(5)、细菌等，最后从进水管顶部外侧的出水槽(28)向上排出，单元内壳体中的气体通过设在内盖上的排气装置(50)向上排出。

图5为装有实施例一的饮水机专用净水器结构示意图，结合图5所示，该饮水机专用净水器包括原水箱(34)，原水箱(34)装配在支撑架(35)上，支撑架(35)支撑在净水箱(30)上，净水箱(30)底部设有可控制饮水机水斗中的浮子阀(29)，复合水处理单元(31)通过螺母(33)和密封圈(32)密封固定在原水箱(34)的底部。运行时，原水箱(34)中的原水经复合水处理单元(31)净化后储存在净水箱(30)中。

实施例二：结合图6、图7和图8所示，本实施例在结构方面与实施例一基本相同，不同之处在于：外盖(40)与外本体(42)采用粘接结构，内盖(39)与内本体(41)采用粘接结构，外盖(40)上还设有向下延伸的短管(37)，芯管(38)上部设有可装O形密封圈(36)的沟槽(43)，芯管(38)通过O形密封圈(36)与短管(37)的内侧壁密封，本实施例其它要求与实施例一相同，如外盖(40)上设有向上延伸的进水接管(48)，进水接管(48)上设有泄水槽(46)和外螺纹；芯管(38)上设有外螺纹(44)和出水槽(45)，等等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种适合净水器中使用的复合式水处理单元，其包括单元内壳体，其特征是：

a.单元内壳体的内腔上部设有板状双面过滤微孔陶瓷，内腔下部设有包括松散状态的粉末状水处理材料，粉末状水处理材料的目数至少80目；

b.设有下伸到内腔底部的进水管；

c.运行时，原水先经粉末状水处理材料以自下而上的水流方式预处理，再经微孔陶瓷过滤。

2.根据权利要求1所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的粉末状水处理材料至少包括吸附剂和混凝剂其中的一种。

3.根据权利要求2所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的吸附剂至少包括活性炭、硅藻土、活性氧化铝和活性氧化镁其中的一种。

4.根据权利要求2所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的混凝剂至少包括硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、铝酸钠、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、碳酸镁、聚合氯化铁、骨胶、聚丙烯酰胺、活化硅酸和海藻酸钠其中的一种。

5.根据权利要求1所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的双面过滤微孔陶瓷的过滤精度不大于0.4微米。

6.根据权利要求1所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的单元内壳体的顶部设有排气装置。

7.根据权利要求6所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的排气装置包括疏水性中空纤维。

8.根据权利要求1所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的单元内壳体由相互密封连接的内盖和内本体组成，内盖的中心设有通孔，该通孔边缘的上表面向上延伸有短管，该短管通过螺纹与进水管连接，进水管上设有出水槽，出水槽连通板状双面过滤微孔陶瓷内部的水流通道。

9.根据权利要求1所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的单元内壳体设置在单元外壳体中，单元外壳体的顶部设有进水接管，底部设有出水口，进水接管连通进水管。

10.根据权利要求9所述的复合式水处理单元，其特征是：所述的进水接管上设有泄水槽。

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