CN105668871B - 一种微排放纯水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微排放纯水机，该纯水机包括电解单元、反渗透膜处理单元和成品水箱；电解单元包括成对的电极和源水箱，第一、第二电极对的阴、阳电极之间分别设有第一、第二透水性隔膜，源水箱相对的侧壁上分别开设有第一窗口和第二窗口，第一、二透水性隔膜分别满覆布设于第一、第二窗口上；第一电极对的阴、阳电极以及第二电极对的阳、阴电极分别设于源水箱的内、外部；源水箱的出水口设置在其内的多孔性吸附材料处并与反渗透膜处理单元的进水口连通，反渗透膜处理单元的纯水出口与成品水箱连通，反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱连通。该纯水机可以提高源水净化的效果和净水的出水效率，仅仅有微量废水排放，从而可以节约源水资源。

Description

一种微排放纯水机

技术领域

本发明涉及一种微排放纯水机，属于饮用水终端水质处理技术领域。

背景技术

当前，水环境加剧恶化，饮用水质卫生安全事故频发，已经严重危及人的生存。水污染主要是由人类活动产生的污染物造成，它包括工业污染源，农业污染源和生活污染源三大部分。日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据世界权威机构调查，每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡，因此，水污染被称作"世界头号杀手"。

国内外大多数自来水厂至今仍采用沉淀、过滤、加氯消毒的陈旧工艺方法，将江河水或地下水简单加工成可饮用水。然而，面对工业污水、农业污水和生活污水猖獗泛滥涌入生活水源，自来水厂已经不堪重负无能为力。再加上自来水从水厂经输水管网及高层储水箱到达饮用水终端所带来的附加污染，市政自来水已不敢说是卫生的了。尤其是，自来水加氯虽然可有效杀除病菌，但同时也会产生较多的卤代烃化合物，这些含氯有机物的含量成倍增加，是引起人类患各种疾病的重大根源。即使是把自来水煮沸了，上述残留物仍驱之不去，还会使亚硝酸盐与三氯甲烷等致癌物增加。亦即，即便饮用开水的安全系数也是不高的。

现有水质净化产品或涉水产品，主要为介质吸附或采用各种孔径的过滤膜将水中的有害物加以拦截滤除的物理方式处理工艺。由于活性炭类吸附材料很容易饱和失效，而各种过滤膜又很容易被细菌污染或有机物阻塞或破损，因此实际情况是并不能如理论设计所期望那样作到对水中污染物的充分净化。面对日益严重的源水污染，现有的物理方式处理工艺已经远远不能保证水质达标。但物理方式水处理工艺也有一个优点，就是不会生成毒副产物。因此传统的RO膜反渗透过滤方法生产的水质最为安全，但为保安全所换取的代价则是高达40%-70%甚至更多的逆反浓水被白白浪费排入下水管道，造成巨大的水资源和电能浪费，而且RO膜堵塞后更换的成本非常高。为减少乃至达到零废水排放，节约水资源，迄今已研发出各种专利技术。例如，将逆反浓水储存它用，或将浓水中的污染物先经分子筛等过滤后循环回用，或调整废水比例，或通过电气控制减少清洗排污时间，或经逆止阀直接返回自来水主管路中稀释，或以“双膜双水”模式，分质用水，等等。这些技术的共同不足，一是未从系统整体设计考虑，只是局部单一措施，往往使系统整体工作失衡；其二是均未考虑从改善膜元件的进水工况入手，减轻膜元件的工作负荷，可以说是“治标不治本”，故而迄今还未见真正实用商品化的产品问世。

相比而言，化学水处理工艺虽然具有廉价简单高效等诸多优点，是一种优良的高级氧化工艺，但电化学处理本身存在一系列问题，不宜在民用终端生活饮用水处理场合单独使用，迄今尚未见有在日常生活用水处理场合广泛应用。究其原因，一是化学水处理工艺需要足够的反应时间，而在日常生活用水场合，净水器从开机到出水仅仅数秒钟，污染物在净水器中停留时间太短，根本来不及完成相关化学反应处理；其二是，化学水处理工艺有可能伴随一定的毒副作用。例如，尽管化学氧化反应工艺可强效灭活细菌，深度降解有机物，去除水中的各种有害物质，但化学氧化法所生成的各类强氧化因子基本是无选择性、不可控的，若处理不当极可能产生源水中没有的新物质，反而危及饮水安全；正因为如此，在民众日常生活饮用水净化处理场合，对于化学水处理工艺的应用可以说是慎之又慎。

然而,在水环境前所未有严重污染、传统物理净水器已力不从心的今天，重新审视关注化学水处理在生活饮用水净化处理应用的可能性，创新开发一种既能高效除去水中污染物又无毒副产物、高度安全的化学氧化水质净化方法与装置，将物理吸附-过滤处理工艺与电化学处理工艺联用，发挥各自优势，取长补短，确保民众生活饮用水质安全，具有十分重要的现实意义。

目前市售的电解离子水机水处理系统本质上虽然可视为将物理吸附-过滤处理工艺与电化学处理工艺联用，但是其系统结构为物理吸附-膜过滤前置处理与电解制水单元后置的组合。遗憾的是，就水质净化而言，这种“本末倒置”结构方式，没有克服单纯物理吸附-膜过滤处理能力的不足，例如通常用于前处理的活性炭，其多孔性高比表面积非极性吸附特性，具有较好的除臭、脱色、去除余氯、过滤悬浮物，以及滤除分子量大于3000的有机物效果。然而，对过滤膜的保护不够，一些有机物吸附在过滤膜上不能分解造成膜失效，活性碳极易受细菌污染而饱和失效，甚至变成细菌滋生的温床从而进一步堵塞过滤膜，等等。前处理不合格，使得反渗透膜或超滤膜受严重污染而破损失效。后置电化学处理工艺也会带来诸多新问题，例如阴极还原会生成亚硝酸盐、重金属离子不能过滤掉而导致重金属超标等，最终导致净水器不达标。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种废水排放量少、净水指标好、工作可靠且使用寿命长的纯水机。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种微排放纯水机，包括电解单元、反渗透膜处理单元和成品水箱；所述电解单元包括阴阳成对的电极、为所述电极供电的电解电源和源水箱，所述源水箱上设有第一进水口和第一出水口；所述成对的阴阳电极有两对，分别是第一电极对和第二电极对，所述第一电极对的阴、阳电极之间设有非导电性材料制成的第一透水性隔膜，所述第二电极对的阴、阳电极之间设有非导电性材料制成的第二透水性隔膜，所述第一透水性隔膜将第一电极对的阳电极与源水箱隔开，所述第二透水性隔膜将第二电极对的阴电极与源水箱隔开，所述第一电极对的阴电极和第二电极对的阳电极均位于源水箱内；所述第一电极对的阴电极和第二电极对的阳电极之间填充有多孔性吸附材料，所述第一出水口设置在多孔性吸附材料上；所述反渗透膜处理单元设有第二进水口、纯水出口和浓水出口，所述第一出水口与第二进水口连通，所述反渗透膜处理单元的纯水出口与成品水箱连通，所述反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱连通；在使用时，所述第一电极对的阴电极和第二电极对的阳电极均与源水箱内的水直接接触，所述第一电极对的阳电极仅与源水箱内通过所述第一透水性隔膜渗出的渗透水接触，所述第二电极对的阴电极仅与源水箱内通过所述第二透水性隔膜渗出的渗透水接触。

需要说明的是，本发明处理的对象是市供自来水，正如背景技术中所述，现在水污染日益严重，市供自来水已经成为一种微污染水（或者说是特殊污染水），其污染源包括环境污染（如农药残留等）、氯消毒产生的污染以及管道二次污染等。

上述本发明公开的技术方案的工作机理及有益效果陈述如下。

所述源水箱以第一、第二透水性隔膜为分界：所述第一电极对分设在第一透水性隔膜两侧，所述第一电极对的阴电极在源水箱内，而其阳电极在源水箱外；所述第二电极对分设在第二透水性隔膜两侧，所述第二电极对的阳电极在源水箱内，而其阴电极在源水箱外。当然，如源水箱内部设有空腔，第一或第二透水性隔膜设置在空腔壳体上，则设置在空腔内的第二电极对的阴电极或第一电极对的阳电极视为设置在源水箱外。

首先以第一电极对为例，第一电极对的阳电极仅与源水箱内渗透通过第一透水性隔膜的渗透水接触（阳电极不与源水箱的水直接接触），把阳极直接氧化反应转移到源水箱外进行，阳极反应产物在容器外排走，不致再返回容器内污染水质。同时，水中的阴性污染物例如余氯、各种有害阴离子等，受阳极电压作用，也可以从容器内水中透过第一透水性隔膜，迁移到源水箱外随渗透水排出。

本发明中第一透水性隔膜的结构在微观上表现为无数透水微孔的过水通道区域，由于第一透水性隔膜是非导电性材料制成，因而在透水微孔的过水通道内产生电压降，即当电解电源的电解电压施加于外电极（阳电极）和内电极（阴电极）后，形成如下的电压降落关系：第一透水性隔膜外阳电极（+）→阳电极与第一透水性隔膜之间水膜的电压降U1→透水性隔膜自身阻抗产生的压降U2→第一透水性隔膜与源水箱内的阴电极之间水阻抗产生的电压降U3。

而第一电极对的阳电极仅与第一透水性隔膜的渗透水接触，第一电极对的阳电极贴近第一透水性隔膜，这样电解时的析氢、析氧反应生成的气体很容易进入透水微孔的过水通道内并在过水通道内的水中生成气泡，在第一透水性隔膜的透水微孔的过水通道内的狭小环境中气泡很容易破碎从而产生局部高温高压，进而以极小电压激发出高效的水体等离子放电，在第一透水性隔膜中及第一透水性隔膜周边区域水中生成羟基自由基类暂态氧化因子的等离子体（等离子体是和固态、液态、气态处于同一层次的物质第四态，低温等离子体富含电子、离子、自由基和激发态分子,电子与离子有很高的反应活性,可以使通常条件下难以进行或速度很难的化学反应变得十分迅速，通过水体放电生成等离子群，可以大大提高水体中污染物的降解效率），该羟基自由基暂态氧化因子的氧化性极强（超过臭氧），同时在水中的存在时间又极短，因此可以在产生后迅速对水中有机物（如细菌）等污染物形成极强的降解作用并自身迅速氧化后直接还原为水，不留任何毒副作用。

第二电极对与第一电极对类似，但电压降落的方向相反。因此同样的，本发明中第二电极对的阴电极与第二透水性隔膜的渗透水接触可以用来保证第二电极对的电解反应正常进行，并可以产生大量羟基自由基类暂态氧化因子。

同时，在第二电极对的作用下，源水箱内源水中的钙镁离子、铁锰等金属阳离子等持续析出，穿过第二透水性隔膜排出，使得源水箱中水的硬度持续下降，源水中有害重金属等逐步去除；而且基于源水箱内第二电极对的阳极的直接氧化作用，源水中的微生物被灭活，有机物得到降解。

另外，第一电极对的阴电极和第二电极对的阳电极等效构成第三组电极对（阴、阳电极之间无隔膜），使源水中的微生物在其电场作用下被灭活，能够更好发挥电化学的净化作用。

本发明在使用时，源水首先经所述电解单元进行电化学处理，将源水中钙镁离子、铁锰以及强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐从源水箱中排出，并通过羟基自由基类暂态氧化因子对源水进行杀菌和有机物降解，所述多孔性吸附材料对电化学处理后的水进一步进行粗过滤处理，最后经所述反渗透膜处理单元进一步物理拦截滤除水中残留有害物质（毒副产物仅为少量的H₂O₂和O₃，H₂O₂和O₃的分解半衰期一般不超过半小时，不仅不会对后端的过滤组件或者吸附组件产生不良影响，而且可以对滤组件或者吸附组件进行杀菌消毒），从而得到深度的净化水。本发明采用“前置电化学处理与物理吸附-膜过滤后置处理”的组合，从而克服了背景技术中“物理吸附-膜过滤前置处理与电解制水单元后置处理”的组合的各种缺陷（比如现有技术中提到的过滤膜容易破损失效、重金属超标等），得到所需的纯净水。本发明中反渗膜处理单元为纯物理处理方式，确保了出水水质尤其是生物指标的高度安全性，而本发明源水中的污染物在进入反渗透膜处理单元之前已经基本处理干净，因此反渗透膜处理单元的工作负荷大大减轻，相应地，反渗透膜处理单元的使用寿命大大延长，，达到治标又治本的效果（使用寿命长且产生的净化水水质好）。

另外，反渗透膜由其工作机理所决定必须要有浓水排放才能正常工作，且产品水与浓水的比例一般为3:7左右。但本发明中反渗透膜处理单元的浓水侧出水并未直接废弃，而是回流到源水箱内作二次处理与循环利用。就整个系统而言，真正外排废弃的，仅仅是从源水箱外侧排出的极少量污水。本发明的样机分别在中国国内地若干典型城市，以当地市供自来水为源水，所作得长期、大量运行考核实验数据表明，在保证系统稳定可靠工作及出水水质净化安全指标的前提下，可控制和实现产品纯水与外排废水的比例优于8:2。以中国大连地区为例（市供自来水的TDS在100~150mg/L），实际的产品纯水与废水比例大于9:1。因此，本发明中的废水排放量极少，出水效率大大提高。

本发明中由于第一、第二透水性隔膜得到成对电极的夹持保护，试验证明，第一、第二透水性隔膜在使用过程中不会因破损或阻塞等提前失效报废，始终保持稳定可靠工作状态；即使在第一、第二透水性隔膜和电极表面偶有结垢也是较松散的浮垢，在电解过程中适当倒换施加给第一、第二透水性隔膜两侧的成对电极的电解电压极性，就可以很容易的去除阴、阳离子析出物在电极和透水性隔膜表面的沉积结垢。

本发明在实施时，还可以根据实际需要将两个电极对的极性定期倒向，此时电压等级也可以不相同，从而使第一、第二透水性隔膜交替降解有机物、排出有害重金属离子，或者排出残留余氯、各种有害阴离子等，这样不但可以进一步提高净化水的质量，充分发挥电化学的净化作用，而且可以保护第一、第二透水性隔膜，延长其使用寿命。

为了进一步提高膜中等离子放电特性，可以使所述第一透水性隔膜和第二透水性隔膜都采用亲水性的隔膜。

优选的，所述第一透水性隔膜的透水微孔的孔径大小和形状基本相同，所述第二透水性隔膜的透水微孔的孔径大小和形状也基本相同。亲水性膜表面能与水形成氢键有序结构，可以改善膜孔充水浸润状态，有利于膜中等离子放电过程持续进行。

通过对隔膜进行改性可以使其具有更好的亲水性，而且微孔的孔径均匀。具体改性工艺可采用公知的物理或化学工艺技术，诸如膜孔规整化整形、二氧化钛光催化、极窄高压脉冲对膜预处理，等等。其意义不仅在于效率的提高，还有效防止了因电流密度过大易导致生物性指标的恶化。

本发明中，如果第一、第二透水性隔膜的透水微孔的孔径过大（即过水通道过大），等效于变相增大了电极直径（电极曲率半径）致使水中放电起始激发电压增高，并且使产生气泡体积变大减小了气液两相接触反应的比表面积。而如果第一、第二透水性隔膜的透水微孔的孔径过小（即过水通道过小），会使电解产气无法发生或是产气效率极其低下，小到一定程度会电解产气无法进入透水微孔（也就无法产生气泡），从而使等离子放电无法正常进行。因此，经过发明人的反复试验，确定第一、第二透水性隔膜的透水微孔的孔径范围是小于2毫米且大于1纳米，所述第一、第二透水性隔膜的透水微孔的孔径尺寸相互之间彼此相差小于20%。

上述技术方案的进一步改进是：所述源水箱的外侧设有包围源水箱下部的壳体，所述壳体、源水箱、第一透水性隔膜和第二透水性隔膜之间形成封闭空间，所述第一电极对的阳电极和第二电极对的阴电极位于该封闭空间内，所述开口形成所述源水箱的第一进水口；所述壳体的底部设有第一排污口。

这样，市供自来水源水从第一进水口注入封闭空间，并在自来水压力下通过设于壳体和源水箱之间的第一、第二透水性隔膜进入源水箱。源水中的各种污染物被第一、第二透水性隔膜阻隔过滤直至源水箱注满水后，打开第一排污口并保持适当的开度，并开始电解过程。源水箱内水中离子（既包括原有溶解于源水中的离子，也包含对水电解的离子生成物）选择性地从第一、第二透水性隔膜的内侧透出到外侧进入封闭空间，并随第一、第二透水性隔膜的渗透出水，从底部的第一排污口排出，从而使源水箱内的水质不断得到净化。

另外，在电解过程中，在第一、第二透水性隔膜的两侧阴阳电极间生成氢气和氧气向上逸出，产生一定的气浮絮凝作用，加速阴阳极与第一、第二透水性隔膜之间水中离子析出等悬浮物聚集成团而沉淀，累积沉积在源水箱的底部。因此，可设置源水箱的底部呈一定的斜坡锥度，所述源水箱底部设有第二排污口，这样絮凝物逐步滑向底部中心的第二排污口后排出。视絮凝物沉积情况，可定期手动打开排渣口旋塞将絮凝物排出。

优选的，所述电解电源是高电平窄脉宽的直流脉冲电源或正向电压电平大于反向电压电平的交变脉冲电源。这样可以提高电解效率。

上述技术方案的进一步改进是：所述第一出水口和反渗透膜处理单元之间设有保安过滤器，所述保安过滤器的滤芯以错流方式工作；所述保安过滤器设有第三进水口、第二出水口和排污出口，所述第三进水口与第一出水口连通，所述第二出水口与第二进水口连通，所述排污出口与源水箱连通；所述保安过滤器的排污出口与源水箱之间串接有第一废水比，所述第一废水比由第一电磁阀和第一节流阀并联而成。本发明中保安过滤器的滤芯优选超滤膜或微滤膜替代传统使用的微滤滤芯，这样不仅能对后级反渗透膜处理单元构成更好保护，而且避免了滤芯的频繁更换。实际测试证明，本发明装置在达到额定总制水量后超滤膜仍处于良好状态，通水量没有明显下降。所述保安过滤器的排污出口与源水箱之间串接有第一废水比，这样可以在实际制水前使第一废水比的电磁阀开启从而对保安过滤器的滤芯也进行冲洗，可以大大延长保安过滤器的滤芯的工作寿命。

上述技术方案的进一步改进是：所述反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱之间串接有第二废水比，所述第二废水比由第二电磁阀和第二节流阀并联而成。通过开启第二废水比的电磁阀可以利用保安过滤器的净水输出（即第二出水口的出水）对反渗透膜处理单元的反渗透膜表面进行冲洗，除去附着在膜表面沉积物。

上述技术方案的进一步改进是：所述多孔性吸附材料位于源水箱的中部从而将源水箱分成上、下两部分，所述反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱的连接处位于源水箱的下半部分。另外，还可以将所述保安过滤器的排污出口与源水箱的连接处设置在源水箱的下半部分。这样，所述反渗透膜处理单元的浓水和所述保安过滤器的排污水返回源水箱时，首先从源水箱的侧壁阴、阳电极间流过，由于成对的阴、阳电极的持续电解去离子作用，有相当部分的水中离子透过阴、阳电极间的透水性隔膜排出。

本发明中多孔吸附材料主要起吸附作用，由于多孔吸附材料受到电解单元的保护，具有一定的自净再生作用；尤其在多孔吸附材料优选采用活性炭填充层或多层活性炭纤维叠加块的情况下，受电解絮凝影响而结垢板结情况大大缓解，只需定期取出清洗，即可重新使用，使用寿命大大延长。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的微排放纯水机如图1所示，包括电解单元、反渗透膜处理单元9和成品水箱10。

电解单元包括阴阳成对的电极、为电极供电的电解电源2和源水箱1，源水箱上1设有第一进水口1-1和第一出水口1-2；成对的阴阳电极有两对，分别是第一电极对和第二电极对，第一电极对的阴、阳电极3-1、3-2之间设有非导电材料制成的第一透水性隔膜5-1，第二电极对的阴、阳4-1、4-2电极之间设有非导电材料制成的第二透水性隔膜5-2，源水箱1相对的侧壁上分别开设有第一窗口和第二窗口，第一透水性隔膜5-1满覆布设于第一窗口上，第二透水性隔膜5-2满覆布设于第二窗口上；第一电极对的阳电极3-2和阴电极3-1分别设于源水箱1的外部和内部，第二电极对的阳电极4-2和阴电极4-1分别设于源水箱1的内部和外部；在使用时，源水箱1内的水通过第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2渗出，并在第一透水性隔膜5-1与第一电极对的阳电极3-2之间以及第二透水性隔膜5-2与第二电极对的阴电极4-1之间分别夹持有一层水膜（当然也可能是渗出的渗透水与第一透水性隔膜5-1、第一电极对的阳电极3-2之间为点接触或者面接触，同样，渗透水与第二透水性隔膜5-2、第二电极对的阴电极4-1之间也可能为点接触或者面接触）。

本实施例第一电极对的阴电极3-1和第二电极对的阳电极4-2之间填充有多孔性吸附材料30，第一出水口1-2设于多孔性吸附材料30的中心位置。其中，多孔性吸附材料30优选活性炭填充层或多层活性炭纤维叠加块，受电解絮凝影响而结垢板结情况大大缓解，只需定期取出清洗，即可重新使用，使用寿命大大延长。

反渗透膜处理单元9设有第二进水口9-1、纯水出口9-2和浓水出口9-3，第一出水口1-2与第二进水口9-1连通，反渗透膜处理单元9的纯水出口9-2与成品水箱10连通，反渗透膜处理单元9的浓水出口9-3与源水箱1连通；第一出水口1-2与第二进水口9-1之间的管路上设有增压泵6。

在使用时，源水首先经电解单元进行电化学处理，灭活细菌并深度降解去除源水中的有机物、金属离子等主要污染物。然后多孔性吸附材料30进一步物理拦截滤除水中残留有害物质，也包括滤除电解工作过程中可能产生导致生物指标变差的次生物质，最后水从置于多孔吸附材料30中心的出水口输出至反渗透过滤单元9，从而得到所需的纯净水。反渗透膜处理单元9的浓水出口9-3与源水箱1连通，使反渗透膜处理单元9的浓水返回源水箱1进一步电解去离子，减少了水资源的浪费。

本实施例中第一透水性隔膜5-1的透水微孔的孔径大小和形状基本相同，第二透水性隔膜5-2的透水微孔的孔径大小和形状也基本相同；具体来说，第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2优选透水孔径均小于等于2毫米且大于等于1纳米的隔膜，而且第一、第二透水性隔膜5-1、5-2的透水微孔的孔径尺寸相互之间彼此相差小于20%。

进一步的，第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2优选亲水性的透水性隔膜。

为了得到微孔的孔径均匀的第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2，并改善其亲水性，本实施例中第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2优选采用以下改性方法制得的隔膜：

1）将纳米二氧化钛溶液在温度为40℃-60℃的紫外箱内辐照10-30分钟；

2）由以下质量比的原料组成膜液：

PVDF：20%-30%

致孔剂：2-5%

步骤1）辐照后的纳米二氧化钛：2%-4%

表面活性剂：3%-5%

溶剂：70%-80%；

3）将配置好的膜液通过超声波振荡20-40分钟；

4）用刮膜机刮成液膜，将液膜在空气中静置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成透水性隔膜；

5）所述隔膜在浓度为10%酒精水溶液中浸泡10-40分钟，然后放入去离子水中漂洗；

6）将所述隔膜置于施加有10kv直流脉冲高压的纯水箱内处理1小时。

本实施例还可以作以下改进：

1）源水箱1的外侧设有包围源水箱1下部的壳体20，壳体20、源水箱1、第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2之间形成封闭空间，第一电极对的阳电极3-2和第二电极对的阴电极4-1位于该封闭空间内，壳体20的上部设有开口20-1，该开口20-1形成源水箱1的第一进水口1-1；壳体20的底部设有第一排污口20-2。

这样，市供自来水源水从第一进水口1-1注入封闭空间，并在自来水压力下通过第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2进入源水箱1。制水时，关闭进水阀停止进水，打开第一排污口20-2，向成第一、第二电极对施加电解电压，开始电解过程。源水箱1内水中离子（既包括原有溶解于源水中的离子，也包含对水电解的离子生成物）从第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2进入封闭空间，并随第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2的渗透出水，从底部的第一排污口20-2排出，源水箱1内的水质不断得到净化。

2）在电解过程中，在第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2的两侧阴阳电极间生成氢气和氧气向上逸出，产生一定的气浮絮凝作用，加速阴阳极与第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2之间水中离子析出等悬浮物聚集成团而沉淀，累积沉积在源水箱一的底部。因此，可设置源水箱1的底部呈一定的斜坡锥度，并在源水箱1底部设有第二排污口1-3，这样絮凝物逐步滑向底部中心的第二排污口1-3，视絮凝物沉积情况，可定期手动打开排渣口旋塞将絮凝物排出。

3）多孔性吸附材料30位于源水箱1的中部从而将源水箱1分成上、下两部分，其中源水箱1的上半部分位于窗口以上，源水箱1的下半部分位于窗口以下；反渗透膜处理单元9的浓水出口9-3与源水箱1的连接处位于源水箱1的下半部分。这样，反渗透膜处理单元9排出的浓水返回源水箱1时，首先从源水箱1的侧壁阴、阳电极间流过，由于成对的阴、阳电极的持续电解去离子作用，有相当部分的水中离子透过第一透水性隔膜5-1和第二透水性隔膜5-2排出。

4）电解电源2采用高电平窄脉宽的直流脉冲电源或正向电压电平大于反向电压电平的交变脉冲电源。

实施例二

本实施例的微排放纯水机是在实施例一基础上的改进，与实施例一的不同之处在于：如图2所示，增压泵6和反渗透膜处理单元9之间设有保安过滤器7，保安过滤器的滤芯以错流方式工作；保安过滤器设有第三进水口7-1、第二出水口7-2和排污出口7-3，第三进水口7-1与增压泵6的出口连通，第二出水口7-2与第二进水口9-1连通，排污出口7-3与源水箱1连通；保安过滤器7的排污出口7-3与源水箱1之间串接有第一废水比，第一废水比由第一电磁阀11-1和第一节流阀11-2并联而成。

当多孔性吸附材料30位于源水箱1的中部从而将源水箱1分成上、下两部分时，排污出口7-3与源水箱1的下半部分连通。

本实施例还可以作以下改进：1）反渗透膜处理单元9的浓水出口9-3与源水箱1之间串接有第二废水比，第二废水比由第二电磁阀8-1和第二节流阀8-2并联而成。

2）保安过滤器7的滤芯是微滤膜或超滤膜。

本实施例的微排放纯水机工作过程分为四个阶段，具体分析如下：

一、进水阶段

此时前置电解单元和后置的反渗透膜处理单元9和增压泵6均不送电。市供自来水经第一进水口通过透水性隔膜5-1第二透水性隔膜5-2，进入源水箱1的内腔直至达到给定注水位（源水箱注满）。

二、预处理阶段

前置电解单元开始工作，同时增压泵6启动，保安过滤器7的第一废水比的第一电磁阀4-1开通，水路循环为：

第一出水口1-2出水→增压泵6→保安过滤器7→第一废水比旁路第一电磁阀11-1→源水箱1下半部分浓水回流进水→第一电极对的阳电极3-2与第一透水性隔膜5-1的间隙、第二电极的阴电极4-1与第二透水性隔膜5-2的间隙→源水箱1上半部分。在此循环过程中，源水水质不断得到净化，水中各种污染物、尤其是各种阴阳离子得到充分降解，为反渗透膜处理单元9创造了极其轻松的工作条件。

在此循环中，保安过滤器7的滤芯也同时得到(正向）冲洗。

三、制水阶段

此时水流循环为：

1）制水回路：第一出水口1-2出水→增压泵6→保安过滤器的第二出水口7-2→反渗透膜处理单元9的第二进水口9-1→反渗透膜处理单元9的纯水出口9-2→成品水箱10；

2）浓水回流：

保安过滤器7的排污出口7-3→第一废水比的节流阀11-2→源水箱底部回流进水；

反渗透膜处理单元的浓水出口9-3→第二废水比节流阀8-2→源水箱底部回流进水。

在本循环中，从入水侧来看，源水箱1中的水量逐渐减少，同时由于电解单元的持续电解去离子作用，有相当部分的水中离子透过阴阳电极间的透水性隔膜5-1，排入封闭空间。因此尽管源水箱1中水的TDS 有所升高，但不会无限累积。从保安过滤器7和反渗透膜处理单元9入水侧来看，由于水中的细菌、有机物等胶体生成物已经预先在源水箱1中得到有效去除，即便水中的钙镁等离子会在膜表面临时沉积，也不易结成硬垢，很容易在制水结束后的反冲洗循环中去除。

四、反渗透膜处理单元冲洗循环

当制水结束后，转入反渗透膜处理单元9冲洗循环。第二废水比的电磁阀8-1接通。水流循环路线为：第一出水口1-2出水→增压泵6→保安过滤器7的第二出水口7-2→反渗透膜处理单元9的第二进水口9-1→反渗透膜处理单元9的浓水出口9-3→第二废水比的电磁阀8-1→源水箱1底部浓水回流进水。在此循环中，利用保安过滤器7的净水输出（即第二出水口的出水）对反渗透膜处理单元9的反渗透膜表面进行冲洗，除去附着在膜表面沉积物。

本循环完成后，又转入进水循环和预处理循环，为下一次制水做好准备。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种微排放纯水机，包括电解单元、反渗透膜处理单元和成品水箱；其特征在于：所述电解单元包括阴阳成对的电极、为所述电极供电的电解电源和源水箱，所述源水箱上设有第一进水口和第一出水口；所述成对的阴阳电极有两对，分别是第一电极对和第二电极对，所述第一电极对的阴、阳电极之间设有非导电性材料制成的第一透水性隔膜，所述第二电极对的阴、阳电极之间设有非导电性材料制成的第二透水性隔膜，所述第一透水性隔膜将第一电极对的阳电极与源水箱隔开，所述第二透水性隔膜将第二电极对的阴电极与源水箱隔开，所述第一电极对的阴电极和第二电极对的阳电极均位于源水箱内；所述第一电极对的阴电极和第二电极对的阳电极之间填充有多孔性吸附材料，所述第一出水口设置在多孔性吸附材料上；所述反渗透膜处理单元设有第二进水口、纯水出口和浓水出口，所述第一出水口与第二进水口连通，所述反渗透膜处理单元的纯水出口与成品水箱连通，所述反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱连通；在使用时，所述第一电极对的阴电极和第二电极对的阳电极均与源水箱内的水直接接触，所述第一电极对的阳电极仅与源水箱内通过所述第一透水性隔膜渗出的渗透水接触，所述第二电极对的阴电极仅与源水箱内通过所述第二透水性隔膜渗出的渗透水接触。

2.根据权利要求1所述的微排放纯水机，其特征在于：所述源水箱的外侧设有包围源水箱下部的壳体，所述壳体、源水箱、第一透水性隔膜和第二透水性隔膜之间形成封闭空间，所述第一电极对的阳电极和第二电极对的阴电极位于该封闭空间内，所述壳体的上部设有开口，所述开口形成所述源水箱的第一进水口；所述壳体的底部设有第一排污口。

3.根据权利要求1所述的微排放纯水机，其特征在于：所述第一出水口和反渗透膜处理单元之间设有保安过滤器，所述保安过滤器的滤芯以错流方式工作；所述保安过滤器设有第三进水口、第二出水口和排污出口，所述第三进水口与第一出水口连通，所述第二出水口与第二进水口连通，所述排污出口与源水箱连通；所述保安过滤器的排污出口与源水箱之间串接有第一废水比，所述第一废水比由第一电磁阀和第一节流阀并联而成。

4.根据权利要求3所述的微排放纯水机，其特征在于：所述反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱之间串接有第二废水比，所述第二废水比由第二电磁阀和第二节流阀并联而成。

5.根据权利要求1或2所述的微排放纯水机，其特征在于：所述成对的阴电极和阳电极至少有两对，所述多孔性吸附材料填充在源水箱内的阴电极之间；所述多孔性吸附材料位于源水箱的中部从而将源水箱分成上、下两部分，所述反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱的连接处位于源水箱的下半部分。

6.根据权利要求3或4所述的微排放纯水机，其特征在于：所述多孔性吸附材料位于源水箱的中部从而将源水箱分成上、下两部分，所述保安过滤器的滤芯是微滤膜或超滤膜，所述保安过滤器的排污出口与源水箱的连接处位于源水箱的下半部分。

7.根据权利要求1-4之任一项所述的微排放纯水机，其特征在于：所述第一透水性隔膜的透水微孔的孔径大小和形状基本相同，所述第二透水性隔膜的透水微孔的孔径大小和形状也基本相同。

8.根据权利要求1-4之任一项所述的微排放纯水机，其特征在于：所述第一透水性隔膜和第二透水性隔膜的透水孔径均是亲水性的透水性隔膜。

9.根据权利要求1-4之任一项所述的微排放纯水机，其特征在于：所述多孔性吸附材料是活性炭填充层或多层活性炭纤维叠加块。

10.根据权利要求1-4之任一项所述的微排放纯水机，其特征在于：所述源水箱的底部设有第二排污口。