CN104226114A - 净水过滤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种净水过滤装置及方法，属于淡水净化技术领域。该净水过滤装置包括：壳体，包括相互配合的桶体和盖子，形成密闭的容纳腔；加压组件包括气筒和单向阀，气筒包括筒壁、活塞、牵引杆和皮碗，筒壁设于容纳腔内形成气道，气道入气口连通壳体外部，出气口连通容纳腔，单向阀设于出气口处；牵引杆设于气道内，牵引杆上设有套装皮碗的活塞，皮碗与筒壁过盈配合；以及反渗透组件，包括反渗透膜和出水管，反渗透膜设于容纳腔内并围蔽形成储水腔，出水管连通储水腔和壳体外部。采用该装置和方法，无需使用大型设备或大功率增压泵，手动操作气筒就可达到反渗透膜的工作压力，具有方便、易得的优点，可直接利用几乎一切水源生产安全的净水。

Description

净水过滤装置及方法

技术领域

本发明涉及淡水净化技术领域，特别是涉及一种净水过滤装置及方法。

背景技术

反渗透又称逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对反渗透膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂就会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。

若用反渗透技术处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。反渗透技术通常用于海水、苦咸水的淡水；水的软化处理；废水处理以及食品、医药工业、化学工业的提纯、浓缩、分离等方面。此外，反渗透技术应用于预除盐处理也取得较好的效果，能够使离子交换树脂的负荷减轻松90％以上，树脂的再生剂用量也可减少90％。因此，不仅节约费用，而且还有利于环境保护。反渗透技术还可用于除去水中的微粒、有机物质、胶体物，对减轻离子交换树脂的污染，延长使用寿命都有着良好的作用。

国内反渗透膜工业应用范围主要为太空水、纯净水、蒸馏水等制备；酒类制造及降度用水；医药、电子等行业用水的前期制备；化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；锅炉补给水除盐软水；海水、苦咸水淡化；造纸、电镀、印染、食品等行业用水及废水处理；城市污水深度处理等。

虽然反渗透技术已得到广泛的应用，但是以上的利用方式基本为大型设备，由于过滤面积大，需利用较大功率的增压泵，才足以产生足够的压力进行逆浓度、反向渗透。

目前来说，市面上有一种较为小巧的过滤装置，即超滤杯，或称杯式超滤器。该超滤杯采用的是超滤技术，超滤又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和其他低分子量溶质则允许透过超滤膜。超滤的机理是指由膜表面机械筛分、膜孔阻滞和膜表面及膜孔吸附的综合效应，以筛滤为主。使用杯式超滤器，需配备液氮钢瓶，利用液氮增压，但液氮钢瓶不易户外携带，因为其产生碰撞后易发生钢瓶破坏，引起钢瓶炸裂。因此，该杯式超滤装置，目前主要供实验室使用，如浓缩蛋白质、茶多酚等，较少作为饮用水过滤使用。一般超滤装置的过滤孔径约为0.01微米，无法起到除盐的效果，不适合处理海水和苦咸水。并且超滤中使用的超滤膜一般需要密封干燥保存，拆封、使用后需保存在0.5％的甲醛溶液中；即使清洗得当，一张超滤膜基本使用3～5次后就不能保证过滤通量，需要更换。

因此，现有常规过滤装置具有体积大，需要增压设备，不易携带等缺点，均无法满足居家、远足中使用。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种净水过滤装置，该装置具有体积小、易携带，可手动操作生产净水的特点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种净水过滤装置，包括：

壳体，包括桶体和盖子，所述盖子与桶体配合，形成密闭的容纳腔；

加压组件，包括气筒和单向阀，所述气筒包括筒壁、活塞、牵引杆和皮碗，所述筒壁设于容纳腔内，在容纳腔内形成气道，该气道的入气口与壳体外部连通，该气道的出气口与容纳腔连通，所述单向阀设于出气口处；所述牵引杆设于气道内，该牵引杆上设有活塞，该活塞上套装有皮碗，该皮碗与筒壁过盈配合；以及

反渗透组件，包括反渗透膜和出水管，所述反渗透膜设于容纳腔内，并在容纳腔内围蔽形成储水腔，所述出水管一端连通储水腔，另一端连通壳体外部。

本发明的净水过滤装置，利用气体可压缩性强的特点，采用加压组件往密闭的容纳腔充入气体，增加容纳腔内的压强，也即增加反渗透膜高压侧的压强，使反渗透膜高压侧的压力超过待滤液的渗透压，迫使溶剂(即待滤液中的水份)逆着自然渗透的方向做反向渗透，从而在反渗透膜的低压侧(即储水腔)得到净水。

并且，经过大量考察发现，使用反渗透膜工作需要的压力一般不超过0.4Mpa，通过本装置中气筒和单向阀的配合，一般成年人手动操作，均可达到加压促进反渗透进行的目的。最为关键的是，本发明的净水过滤装置，通过气体对待滤液进行加压，利用气体可压缩性极强的特点，可往容纳腔内充入大量压缩气体，为反渗透膜工作提供足够的压力，在达到工作压力范围后，无需持续不断的操作，进行加压，即可自动连续产出净水，直到压力降低至反渗透膜操作压力以下为止。而如直接对液体加压，需要持续不断的对液体施加压力，才能获得净水。因此，本发明的净水过滤装置具有可操作性强，便于使用的优点。

在其中一个实施例中，所述反渗透膜设于容纳腔下部，所述气道的出气口位于反渗透膜下方。将出气口设于反渗透膜的下方，当外部空气通过单向阀充入容纳腔时，由反渗透膜的下方进入容纳腔，压缩空气通过位于反渗透膜组件底部的出气口，形成的气泡由下往上经过反渗透膜表面的过程中，气泡会粘附反渗透膜表面和水中具疏水基的固体或液体颗粒，形成水-气-颗粒三相混合体系，该具疏水基的颗粒粘附气泡后，形成表观密度小于水的絮体而上浮到水面，形成浮渣层，从而实现对反渗透膜进行清洁，达到自洁效果。

在其中一个实施例中，所述桶体底部为圆弧面，所述气道的出气口正对圆弧面的最低位置。当空气所形成的气泡由位于反渗透膜组件底部的出气口进入容纳腔后，在圆弧面所提供的导向作用下，由圆弧面中央的最低位置处向桶体径向运动，能够经过大部分反渗透膜表面，对尽量多的反渗透膜进行清洁。

在其中一个实施例中，所述皮碗为向下凹陷的皮碗。使用加压组件对容纳腔充入气体加压的过程为：牵引杆和筒壁之间有空隙，活塞上套装的皮碗与筒壁过盈配合，当向上提拉牵引杆时，牵引杆带动其上的活塞和皮碗向上运动，而单向阀只允许气体由气道进入容纳腔，不允许容纳腔内的液体或气体进入气道，此时，活塞下方的空气体积增大，压强减小，活塞上方的空气就从皮碗四周挤到活塞下方；当下压牵引杆时，牵引杆带动其上的活塞和皮碗向下运动，活塞下方空气体积缩小，压强增大，使皮碗紧抵着筒壁不让空气漏到活塞上方，继续向下压活塞，当空气压强足以顶开气道下方的单向阀时，压缩空气通过单向阀进入容纳腔内。同时外部空气从牵引杆和筒壁之间的空隙进入气道，为下一轮打气做好准备。

在其中一个实施例中，所述净水过滤装置还包括防爆安全阀，该防爆安全阀设于盖子上，所述盖子盖于桶体顶端。当容纳腔内的压强超过预设安全值时，安全阀门会自动打开泄压，防止由于压力过大，导致反渗透膜损伤，影响反渗透效果；或装置主体炸裂，引发其他安全事故。并且将该防爆安全阀设于桶体顶端的盖子上，由于气体进入容纳腔后会聚集于桶体顶端，在泄压时仅会让气体溢出，能够避免容纳腔内的液体溢出。

在其中一个实施例中，所述净水过滤装置还包括进气排气阀，该进气排气阀设于盖子上，所述盖子盖于桶体顶端。该进气排气阀的设置，便于有条件使用空气压缩机时，还可使用空气压缩机，通过该进气排气阀对容纳腔进行自动增压，节省人力。并且，当反渗透进行完毕后，需更换待滤液时，可将该进气排气阀打开，快速释放内部压力，使内部压力与大气压平衡，便于拧开盖子。并且将该进气排气阀设于桶体顶端的盖子上，由于气体进入容纳腔后会聚集于桶体顶端，在排气时仅会让气体溢出，能够避免容纳腔内的液体溢出。

在其中一个实施例中，所述气筒还包括牵引杆压帽，该牵引杆压帽设于牵引杆顶端。该牵引杆压帽便于人手抓持，方便操作。

本发明还公开一种净水过滤方法，采用上述的净水过滤装置，包括以下步骤：

将待滤液装入容纳腔，把盖子与桶体盖紧；

利用牵引杆带动活塞在气道内运动，将外部空气通过单向阀充入容纳腔内，提高容纳腔内气体的压强，迫使反渗透膜高压侧的容纳腔内待滤液中水份向低压侧的储水腔透过，在储水腔得到净水；

净水通过出水管流出。

在其中一个实施例中，所述外部空气通过单向阀充入容纳腔时，由反渗透膜的下方进入容纳腔，空气所形成的气泡由下往上经过反渗透膜表面的过程中，对反渗透膜进行清洁。

在其中一个实施例中，当容纳腔内气体的压强超过预设值时，通过防爆安全阀放气，使压强降低。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的净水过滤装置，可采用纯手动的方式利用加压组件将压缩空气充入装置内，对反渗透膜高压侧进行增压，实现反渗透作用，得到净水。并且无需持续进行增压操作，就可自动连续产出净水。可直接利用几乎一切水源生产安全的饮用水。在几乎所有安全的饮用水无法得到有效供给的情况下，可利用本装置稳定、有效的生产饮用水，确保饮用水的安全。该过滤装置无需使用大型设备或大功率增压泵，手动操作气筒就可达到反渗透膜的工作压力，具有方便、净水易得的优点。

且本装置结构简单，无需特殊保护装置和动力装置，可随身携带，便于居家、远足常备。可用于户外越野运动、野外求生；灾后饮用水无法得到保障的情况；既可配置在渔业海事船只的救生装备中，亦可固定在救生衣上，作为海难事故中个人饮用水的供给；并可作为野外驻地军队的应急供水设备。用于不同环境时，仅需根据用途、供养人口、使用环境，变更反渗透膜的面积、装置的有效容积，做成供个人使用的水杯、水壶，户外运动、小型海洋渔业船只等小团体使用的水桶，军事配备使用的水箱等。

并且，将气道出气口设于反渗透膜下方后，外部空气进入容纳腔时，空气所形成的气泡由下往上经过反渗透膜表面的过程中，对反渗透膜进行清洁，达到自洁效果。另外，该装置中的反渗透膜经拆封、使用过后，一般无需使用特殊溶液浸泡保存，具有安全、方便的特点。

本发明的净水过滤方法，利用气筒，将外部空气通过单向阀充入容纳腔内，提高容纳腔内气体的压强，促进反渗透的进行，得到净水。该方法无需使用大型设备或大功率增压泵，手动操作气筒就可达到反渗透膜的工作压力，具有方便、易得的优点。

附图说明

图1为具体实施方式中净水过滤装置的剖面示意图一；

图2为具体实施方式中净水过滤装置的剖面示意图二；

图3为具体实施方式中净水过滤装置的外观示意图一；

图4为具体实施方式中净水过滤装置的外观示意图二；

图5为具体实施方式中净水过滤装置的外观示意图三。

其中：11.桶体；12.盖子；21.气筒；211.筒壁；212.活塞；213.牵引杆；214.牵引杆压帽；215.皮碗；22.单向阀；31.反渗透膜；32.出水管；4.防爆安全阀；5.进气排气阀；6.容纳腔；7.储水腔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

一种净水过滤装置，如图1-2所示，包括：壳体，加压组件，反渗透组件，防爆安全阀4，进气排气阀5。

壳体包括桶体11和盖子12，所述盖子12与桶体11之间螺纹配合，形成密闭的容纳腔6。可以理解的，盖子与桶体之间也可以卡接等其它方式配合，仅需满足容纳腔的密闭性即可。

加压组件包括气筒21和单向阀22，所述气筒21包括筒壁211、活塞212、牵引杆213、牵引杆压帽214和皮碗215，所述筒壁21设于容纳腔6内，在容纳腔6内形成气道，该气道的入气口与壳体外部连通，该气道的出气口与容纳腔6连通，所述单向阀22设于出气口处；所述牵引杆213设于气道内，该牵引杆213上设有活塞212，该活塞212上套装有皮碗215，该皮碗215与筒壁21过盈配合，且该皮碗215为弹性材料(如橡胶等)制成的向下凹陷的皮碗。

牵引杆压帽214设于牵引杆213顶端，便于人手抓持，方便操作。

反渗透组件包括反渗透膜31和出水管32，所述反渗透膜21设于容纳腔6内，并在容纳腔6内围蔽形成储水腔7，所述出水管32一端连通储水腔7，另一端连通壳体外部。

反渗透膜31设于容纳腔6下部，所述气道的出气口位于反渗透膜31下方。将出气口设于反渗透膜31的下方，当外部空气通过单向阀22充入容纳腔6时，由反渗透膜31的下方进入容纳腔6，空气所形成的气泡由下往上经过反渗透膜31表面的过程中，对反渗透膜31进行清洁，达到自洁效果。可以理解的，气道的出气口也可以位于容纳腔的上部等其它位置，能够满足往容纳腔充气即可。但是，将出气口设于反渗透膜下方，同时还能达到自洁效果，为较佳的实施方式。

并且，将桶体11底部设为圆弧面，并使气道的出气口正对圆弧面的最低位置。当空气所形成的气泡由出气口进入容纳腔后，在圆弧面所提供的导向作用下，由圆弧面中央的最低位置处向桶体径向运动，能够经过大部分反渗透膜表面，对尽可能多的反渗透膜进行清洁。

防爆安全阀4设于位于桶体顶端的盖子12上，如图5所示。当容纳腔内的压强超过预设安全值时，防爆安全阀4会自动打开泄压。可以理解的，防爆安全阀也可设于其它位置，能够实现泄压即可，并确保泄压时不会使液体溢出为最佳。

进气排气阀5设于桶体顶端的盖子12上，如图5所示。当反渗透进行完毕后，需更换待滤液时，可将该进气排气阀5打开，快速释放内部压力，使内部压力与大气压平衡，便于拧开盖子12。可以理解的，进气排气阀也可设于其它位置，能够实现对容纳腔的进气排气即可，并确保阀门打开时不会有液体溢出为最佳。

采用上述净水过滤装置进行净水过滤的方法如下：

(1)将待滤液装入容纳腔6，把盖子12与桶体11盖紧。

(2)利用牵引杆213带动活塞212在气道内运动，将外部空气通过单向阀22充入容纳腔6内，提高容纳腔内气体的压强，迫使反渗透膜高压侧的容纳腔6内待滤液中的水份向低压侧的储水腔7透过，在储水腔7得到净水。

利用牵引杆213带动活塞212在气道内运动，将外部空气通过单向阀22充入容纳腔6的过程为：牵引杆213和筒壁211之间有空隙，活塞212上套装的皮碗215与筒壁211过盈配合，当向上提拉牵引杆213时，牵引杆213带动其上的活塞212和皮碗215向上运动，而单向阀22只允许气体由气道进入容纳腔6，不允许容纳腔6内的液体或气体进入气道，此时，活塞212下方的空气体积增大，压强减小，活塞上方的空气就从皮碗215四周挤到活塞下方；当下推压牵引杆213时，牵引杆213带动其上的活塞212和皮碗215向下运动，活塞下方空气体积缩小，压强增大，使皮碗215紧抵着筒壁211不让空气漏到活塞上方，继续向下压活塞212，当空气压强足以顶开气道下方的单向阀22时，压缩空气通过单向阀22进入容纳腔6内。同时外部空气从牵引杆213和筒壁211之间的空隙进入气道，为下一轮打气做好准备。

当往容纳腔6内充入大量压缩气体，为反渗透膜工作提供足够的压力，在达到工作压力范围后，无需持续不断的操作，进行加压，即可自动连续产出净水，直到压力降低至反渗透膜操作压力以下为止。

所述外部空气通过单向阀22充入容纳腔6时，由反渗透膜31的下方进入容纳腔6，空气所形成的气泡由下往上经过反渗透膜表面的过程中，对反渗透膜31进行清洁。

当容纳腔6内气体的压强超过预设值时，通过防爆安全阀4放气，使压强降低。

(3)净水通过出水管流出。

经过大量考察发现，使用反渗透膜工作需要的压力一般不超过0.4Mpa，通过本装置中气筒和单向阀的配合，一般成年人手动操作，均可达到加压促进反渗透进行的目的。而一般反渗透膜过流通量基本超过100L/h·m，成年人每日需水量约为2.5L，产水量可基本满足应急需要。

上述净水过滤装置的使用方法为：

拧开装置顶端的盖子12，倒入待过滤液体，拧紧盖子12。以使用充气筒的方式，抓持装置顶端的牵引杆压帽214对牵引杆213进行操作，反复向上提拉和向下推压牵引杆213，往容纳腔6内充入压缩空气，直至有净水从出水管32流出，如图3所示。如条件允许，也可使用外置增压装置(如增压泵)，增压泵气管连接进气排气阀5的气孔，进行增压。若容纳腔6内压力过大，防爆安全阀会4自动打开泄压，如图4所示。

当有液体从出水管流出，说明已达到工作压力，用干净容器接纳出水即可。并可持续对牵引杆压帽214操作，或使用外部增压装置增压，增压至防爆安全阀4打开泄压，随即停止增压。将该装置静置，任其继续过滤，直至没有液体从出水管32流出。说明容纳腔6内压力已降到工作压力以下，可进行二次增压操作，若仍没有液体从出水管32流出，说明内部工作压力不足，反渗透无法进行，此时继续进行增压操作，直至有液体流出。若二次增压操作后，仍没有液体流出，则说明该装置内的待过滤液体已过滤完全。根据需要，更换待过滤液体，进行操作。

如更换待过滤液体，拧不开盖子12时，则可打开进气排气阀5进行排气，如图4所示，将装置内部压力快速释放，直至装置内部压力与大气压平衡。

而多次使用该装置后，如根据反渗透膜的特性，发现过流通量不足时，可通过化学浸泡，清洗反渗透膜，保证通量。化学清洗为：200～500ml/L的次氯酸钠溶液浸泡20～30min，可消除微生物污染；0.3％的稀盐酸溶液浸泡20～30min，可去除主要由高硬度水引起的无机污染。当条件允许的情况下，应及时清洗反渗透膜，保持膜的清洁度，可最大程度利用反渗透膜，多次过滤。

上述净水过滤装置中使用的反渗透膜，经拆封、使用过后，短期暂停使用时，仅需每5天用水冲洗，并确保气体完全从过滤系统中排除，即可。若连续30天以上停止使用时，先清洗膜元件，并配制杀菌液，用杀菌液冲洗本装置内部反渗透系统；冲洗完后，让杀菌液充满反渗透系统，确保气体完全排除反渗透膜；每隔15天更换杀菌液即可。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种净水过滤装置，其特征在于，包括：

壳体，包括桶体和盖子，所述盖子与桶体配合，形成密闭的容纳腔；

加压组件，包括气筒和单向阀，所述气筒包括筒壁、活塞、牵引杆和皮碗，所述筒壁设于容纳腔内，在容纳腔内形成气道，该气道的入气口与壳体外部连通，该气道的出气口与容纳腔连通，所述单向阀设于出气口处；所述牵引杆设于气道内，该牵引杆上设有活塞，该活塞上套装有皮碗，该皮碗与筒壁过盈配合；以及

反渗透组件，包括反渗透膜和出水管，所述反渗透膜设于容纳腔内，并在容纳腔内围蔽形成储水腔，所述出水管一端连通储水腔，另一端连通壳体外部。

2.根据权利要求1所述的净水过滤装置，其特征在于，所述反渗透膜设于容纳腔下部，所述气道的出气口位于反渗透膜下方。

3.根据权利要求2所述的净水过滤装置，其特征在于，所述桶体底部为圆弧面，所述气道的出气口正对圆弧面的最低位置。

4.根据权利要求1所述的净水过滤装置，其特征在于，所述皮碗为向下凹陷的皮碗。

5.根据权利要求1-4任一项所述的净水过滤装置，其特征在于，还包括防爆安全阀，该防爆安全阀设于盖子上，所述盖子盖于桶体顶端。

6.根据权利要求1-4任一项所述的净水过滤装置，其特征在于，还包括进气排气阀，该进气排气阀设于盖子上，所述盖子盖于桶体顶端。

7.根据权利要求1所述的净水过滤装置，其特征在于，所述气筒还包括牵引杆压帽，该牵引杆压帽设于牵引杆顶端。

8.一种净水过滤方法，其特征在于，采用1-7任一项所述的净水过滤装置，包括以下步骤：

将待滤液装入容纳腔，把盖子与桶体盖紧；

利用牵引杆带动活塞在气道内运动，将外部空气通过单向阀充入容纳腔内，提高容纳腔内气体的压强，迫使反渗透膜高压侧的容纳腔内待滤液中水份向低压侧的储水腔透过，在储水腔得到净水；

净水通过出水管流出。

9.根据权利要求8所述的净水过滤方法，其特征在于，所述外部空气通过单向阀充入容纳腔时，由反渗透膜的下方进入容纳腔，空气所形成的气泡由下往上经过反渗透膜表面的过程中，对反渗透膜进行清洁。

10.根据权利要求8所述的净水过滤方法，其特征在于，当容纳腔内气体的压强超过预设值时，通过防爆安全阀放气，使压强降低。