CN106457158A - 过滤器系统 - Google Patents

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Abstract

一种过滤器系统包括：具有孔的中空纤维膜过滤器；以及静电吸附过滤器，部分地或整体地具有正电荷，以通过静电吸引与负电荷的纳米颗粒进行离子吸附，纳米颗粒存在于水中，并且静电吸附过滤器被配置为预先从将供给至中空纤维膜过滤器的水中去除纳米颗粒，以防止中空纤维膜过滤器的通水量快速减少。根据本发明，可以根据中空纤维膜过滤器的尺寸排除机制去除存在于原水中的病毒，并且可以使用静电吸附过滤器去除导致中空纤维膜过滤器的通水量减少的纳米颗粒。

Description

过滤器系统
技术领域
本公开涉及一种过滤存在于原水中的病毒以提供净化水的过滤器系统。
背景技术
各种过滤器被用于净化水的过滤器系统。过滤器的典型示例包括反渗透膜过滤器和中空纤维膜过滤器。
反渗透膜过滤器指反向地使用渗透现象的过滤器。在由半渗透膜彼此隔开的重掺杂溶液和轻掺杂溶液中，水自然地通过穿过半渗透膜而从轻掺杂溶液移向重掺杂溶液。这种现象将被称为渗透现象，此时，重掺杂溶液与轻掺杂溶液之间的水位差将被称为渗透压。如果大于渗透压的压力被提供给重掺杂溶液，则与自然现象相反，水通过穿过半渗透膜从重掺杂溶液移向轻掺杂溶液。这种现象将被称为反渗透现象，此时，轻掺杂溶液与重掺杂溶液之间的水位差将被称为反渗透压。包括反渗透膜过滤器，从而通过允许水分子仅仅穿过半渗透膜来净化水。
中空过滤膜过滤器基于其中心部分是空的线状过滤器(诸如竹子)。孔形成在中空过滤膜过滤器中以过滤与水混合的待去除的目标材料，并且使水分子穿过。如果通过使用水压力使水穿过中空过滤膜过滤器，则比孔大的待去除的目标材料无法穿过孔，并且比孔小的水分子可以穿过中空过滤膜过滤器。包括中空过滤膜过滤器，从而通过使用上述原理来净化原水。然而，已知的是，与反渗透膜过滤器相比，中空过滤膜过滤器不能过滤较细小的材料。
待从原水去除的目标材料的病毒形成为肉眼不可见的细小尺寸。具体地，如果在饮用水包含对人的身体产生不利影响的病毒，诸如Noro病毒，则这样的病毒引起胃痛，由此从过滤器系统去除这些病毒是非常必要的。然而，由于病毒形成为细小尺寸，通常反渗透膜过滤器比中空纤维膜过滤器能更有效地去除细小材料。因此，反渗透膜过滤器已经被普遍用于从原水中去除病毒。
然而，通过研究和开发中空纤维膜，申请人已经设想出可以去除病毒的中空纤维膜。由于可以去除病毒的中空纤维膜具有尺寸小于病毒尺寸的孔，所以随着时间的推移，出现了排放容量由于存在于水中的纳米颗粒而快速减少的问题。
因此，可以考虑一种过滤器系统，其可以解决当使用用于去除病毒的中空纤维膜时排放容量因纳米颗粒而快速减少的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种过滤器系统，包括所述过滤器系统来避免当具有其尺寸可以去除病毒的孔的中空纤维膜应用于过滤器时发生的排放容量的快速减少。
详细描述的另一方面提供一种过滤器系统，其可以消除使中空纤维膜的更换周期短的因素。
详细描述的其它方面提供一种可以通过使用静电吸附过滤器和中空纤维过滤器而应用于多级的过滤器系统。
技术方案
为了实现这些和其它优点并且根据本发明的目的，如本文体现的和广泛地描述的，提供一种过滤器系统，其包括：具有孔的中空纤维膜过滤器；以及静电吸附过滤器，部分地或整体地具有正电荷，以通过静电吸引与负电荷的纳米颗粒进行离子吸附，纳米颗粒存在于水中，并且静电吸附过滤器被配置为预先从将供给至中空纤维膜过滤器的水中去除纳米颗粒，以防止中空纤维膜过滤器的通水量快速减少。
根据本发明的一个实施例，所述孔中的每个可以形成以小于25nm的尺寸形成，以从水中去除平均尺寸为25nm或更大的病毒。
根据本发明的另一个实施例，静电吸附过滤器可以包括：中空部分，形成水的流路，以使从其中去除了纳米颗粒的水供给至中空纤维膜过滤器；以及离子吸附部分，被形成为围绕中空部分，以允许水穿过离子吸附部分并流至中空部分，并且在中空部分周围形成褶皱外表面以增大与水接触的表面积。
作为示例，离子吸附部分可以包括：无纺布支撑部；玻璃纤维，附着到无纺布支撑部的表面；以及离子吸附材料，通过接枝形成在玻璃纤维的表面上，以提供正电荷，从而与存在于穿过无纺布支撑部的水中的负电荷的纳米颗粒进行离子吸附。
作为另一示例，离子吸附部分可以包括：无纺布支撑部；纤化的纤维素，附着到无纺布支撑部的表面；以及离子吸附材料，通过接枝形成在纤维素的表面上，以提供正电荷，从而与存在于穿过无纺布支撑部的水中的负电荷的纳米颗粒进行离子吸附。
离子吸附材料可以包括氧化铝，氧化铝在水中离解成正离子AlO+和负离子OH-，并且通过使用正离子AlO+提供离子吸附所需的正电荷。
根据本发明的又一实施例，过滤器系统还可以包括用于在其中容纳中空纤维膜过滤器和静电吸附过滤器以形成单个模块的壳体，其中，壳体的内流路包括：原水供给流路，用于使原水流至静电吸附过滤器；连接流路，从静电吸附过滤器连接到中空纤维膜过滤器的外表面，以使在穿过静电吸附过滤器时从其中首先去除了纳米颗粒的水流至中空纤维膜过滤器；以及排放流路，使在穿过中空纤维膜过滤器时从其中其次去除了病毒的水流至壳体的外部。
根据本发明的又一实施例，过滤器系统还可以包括用于在其中容纳中空纤维膜过滤器的第一壳体和用于在其中容纳静电吸附过滤器的第二壳体，从而中空纤维膜过滤器和静电吸附过滤器分别构建在它们的壳体中。
根据本发明的又一实施例，过滤器系统还可以包括碳块过滤器，包括碳块过滤器，从而通过使水穿过碳块来去除留在水中的残留氯，其中，碳块过滤器被布置为净化下述水中的至少之一：在穿过静电吸附过滤器时从其中去除了纳米颗粒的水；以及在穿通过中空纤维膜过滤器时从其中去除了病毒的水。
碳块过滤器可以围绕碳块的外表面，以预先从将供给至碳块的水中去除纳米颗粒。
碳块过滤器可以包括吸附材料，以额外地去除重金属或有机化合物，并且其中，吸附材料通过与碳块的原材料以及粘合剂一起混合并通过经历压模工艺(按压)来形成碳块过滤器。
有益效果
根据如上包括的本发明，根据尺寸排除机制，可以使用静电吸附过滤器预先去除导致用于去除病毒的中空纤维膜过滤器的流速减小的纳米颗粒。因此，存在于水中的纳米颗粒在穿过中空纤维膜过滤器之前被预先去除，由此可以防止中空纤维膜过滤器的流速减小。
此外，根据本发明，可以通过静电吸附过滤器和中空纤维膜过滤器的有机组合去除病毒，并且没有必要提早将过滤器与另一个交换，由此可以改善过滤器系统的性能。
此外，根据本发明，过滤器系统包括静电吸附过滤器和中空纤维膜过滤器作为基本元件，并且可以形成为单级，或者必要时可以被扩大到多级。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施例的过滤器系统的流程图；
图2a是示出根据本发明的应用于过滤器系统的中空纤维膜过滤器的立体图；
图2b是中空纤维膜的放大照片；
图3a是示出根据本发明的应用于过滤器系统的静电吸附过滤器的立体图；
图3b是示出离子吸附部分的详细构造的概念视图；
图3c是示出离子吸附部分的详细结构的另一个概念视图；
图4a是示出图3b所示离子吸附部分的照片；
图4b是示出被离子吸附到图4a的离子吸附部分的纳米颗粒的机制的概念视图；
图5是示出通过应用静电吸附过滤器防止排放容量减少的效果的曲线图；
图6是示出通过应用静电吸附过滤器去除纳米颗粒的效果的图；
图7是示出离子吸附部分结合到碳块的概念视图；
图8是示出中空纤维膜过滤器和静电吸附过滤器被构建在单个壳体中的剖视图；
图9是示出中空纤维膜过滤器和静电吸附过滤器被分别构建在它们各自的壳体中的概念视图；
图10是示出过滤器系统被扩大到三级的概念视图；以及
图11是示出过滤器系统被扩大到四级的概念视图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地给出对示例性实施例的描述。为了参照附图描述简洁起见，相同或等同的组件将被赋予相同的附图标记，并且将不再重复其描述。应该理解的是，除非在上下文被不同地限定，否则本说明书中使用的单数表述包括复数表述。
可以理解的是，虽然在本文中可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。
在本说明书中，可以理解的是，诸如“包括”和“具有”的术语旨在表明本说明书中公开的特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合，并且旨在不预先排除一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或可选可能性。
图1是示出根据本发明一个实施例的过滤器系统100的流程图。
过滤器系统100包括中空纤维膜过滤器110和静电吸附过滤器120。为了净化原水或将用于净化原水的系统(净水器)实施为产品，将需要比图1所示的元件更多的元件。然而，图1中仅示出与本发明的技术精神相关的基本元件，并且省略了其它元件。
包括中空纤维膜过滤器110来去除病毒。中空纤维膜过滤器110设置有平均尺寸小于病毒尺寸的孔，以去除存在于水中的病毒。
设置在根据相关技术的中空纤维膜过滤器中的孔的平均尺寸在大约100nm的范围内。然而，由于病毒的平均尺寸在25nm至27nm的范围之内，所以相关技术的中空纤维膜过滤器不能去除病毒。相关技术的中空纤维膜过滤器具有比病毒大的孔的原因在于，相关技术的中空纤维膜过滤器的功能与病毒的去除无关。
与相关技术的中空纤维膜过滤器不同，本发明的中空纤维膜过滤器110旨在去除病毒。为此，本发明中提出的中空纤维膜过滤器110具有平均尺寸小于病毒尺寸的孔以去除病毒。由于待从水中去除的病毒的平均尺寸在25nm至27nm的范围内，所以中空纤维膜过滤器110的孔的平均尺寸形成为25nm或更小。优选地，为了获得去除病毒的可靠性，中空纤维膜过滤器110的孔的平均尺寸形成为大约20nm。
根据尺寸排除机制，具有平均尺寸小于大约25nm的孔的中空纤维膜过滤器110可以去除存在于水中的病毒。特别地，优点在于，根据尺寸排除机制的用于去除病毒的中空纤维膜过滤器110可以不考虑原水的种类而去除病毒。在相关技术中，已经提出一种以非尺寸排除机制的另一种方式去除病毒的过滤器。然而，相关技术的过滤器具有其性能取决于原水的条件(诸如pH等)的问题。
因为本发明的中空纤维膜过滤器110基于尺寸排除机制，所以优点在于，中空纤维膜过滤器110不受原水的条件影响。然而，具有大约200nm或更小尺寸的纳米颗粒以及病毒存在于诸如自来水的原水中。如果允许中空纤维膜过滤器110使原水穿过以从包括纳米颗粒的原水中去除病毒，则中空纤维膜过滤器110的孔随着时间的流逝而被纳米颗粒阻塞。由于这个原因，出现了中空纤维膜过滤器110的排放容量快速减少的问题。
在相关技术的中空纤维膜过滤器具有大约100nm的平均尺寸的孔，没有明显地发现排放容量因纳米颗粒而快速地减少的现象。因此，在相关技术的中空纤维膜过滤器中因纳米颗粒减少的排放容量的问题不影响过滤器系统的性能。然而，在如本发明中的使用具有平均尺寸小于大约25nm的孔的中空纤维膜过滤器110的过滤器系统100中，因纳米颗粒减少的排放容量极大地影响过滤器系统的性能。
目前，通常使用的过滤器系统的过滤器与另一些过滤器定期地交换。然而，因纳米颗粒减少的排放容量使中空纤维膜过滤器110的交换周期缩短。此外，排放容量的减少导致提供给用户的净化水的量减少，从用户的角度来看，排放容量的减少充当着过滤器系统的品质被低水平评估的因素。
本发明提出一种过滤器系统100，其使用静电吸附过滤器120和中空纤维膜过滤器110一起来解决因为应用具有可去除病毒的尺寸的孔的中空纤维膜过滤器110而会减少的排放容量的问题。
静电吸附过滤器120部分地或整体地具有正电荷，从而通过静电吸引与负电荷的纳米颗粒(即，存在于水中的纳米颗粒)离子吸附。在饮用水的pH范围内存在于水中的大部分颗粒材料具有负电荷，并且通过静电吸附过滤器120将被去除的纳米颗粒也具有负电荷。因此，纳米颗粒可以通过静电吸引与正电荷离子吸附。
静电吸附过滤器120从将供给至中空纤维膜过滤器110的水中预先去除纳米颗粒，从而防止中空纤维膜过滤器110的排放容量因纳米颗粒而快速减少。考虑到水的穿过次序，静电吸附过滤器120布置在中空纤维膜过滤器110之前。因此，由过滤器系统100净化的水首先穿过静电吸附过滤器120，并且其次穿过中空纤维膜过滤器110。
因为静电吸附过滤器120从将供给至中空纤维膜过滤器110的水中预先去除纳米颗粒，所以病毒可能存在于已经穿过静电吸附过滤器120的水B中。然而，导致排放容量减少的纳米颗粒被静电吸附过滤器120去除。因此，如果已经穿过静电吸附过滤器120的水B被供给至中空纤维膜过滤器110，则可以防止在中空纤维膜过滤器110中发生排放容量的减少。
在过滤器系统100中净化的水C可以被分为原水A、初级净化水B和次级净化水C。原水A表示穿过过滤器系统100之前的水，并且指完全未经净化的水。例如，原水A包括自来水。
初级水B表示已经穿过静电吸附过滤器120的水。如果原水A穿过静电吸附过滤器120，则纳米颗粒从原水A中去除，并且原水A变成初级净化水B。初级净化水B可以被理解为从原水A去除纳米颗粒的水。病毒可能存在于初级净化水B中。
次级净化水C表示水已经以预期顺序穿过静电吸附过滤器120和中空纤维膜过滤器110。如果初级净化水B穿过中空纤维膜过滤器110，则从初级净化水B中去除病毒，并且初级净化水B变成次级净化水C。次级净化水C可以被理解为从初级净化水B去除病毒的水。因为纳米颗粒被静电吸附过滤器120去除并且病毒被中空纤维膜过滤器110去除，所以次级净化水C中几乎没有纳米颗粒和病毒。
根据本发明，可以通过中空纤维膜过滤器110去除存在于原水A中的病毒。另外，可以通过静电吸附过滤器120去除导致排放容量减少的纳米颗粒。具体地，包括静电吸附过滤器120以预先从将供给至中空纤维膜过滤器110的水中去除纳米颗粒，而不从已经穿过中空纤维膜过滤器110的水中去除纳米颗粒。因此，根据本发明，可以使用尺寸排除机制来去除病毒并且防止中空纤维膜过滤器110的排放容量减少。
下文中，将描述中空纤维膜过滤器110和静电吸附过滤器120的详细结构。
图2a是示出根据本发明的应用于过滤器系统100(参见图1)的中空纤维膜过滤器110的立体图，图2b是中空纤维膜的放大照片。
通过将图2b的中空纤维膜112的束聚集来形成图2a的中空纤维膜过滤器110。中空纤维膜过滤器110的下端由诸如聚氨酯的树脂灌封以阻挡水流，随着在灌封后将树脂切去，其上端朝着中空纤维膜的中心喷水。中空纤维膜112指其中心部分为空的线状膜。中空纤维膜112设置有孔(未示出)，每个孔具有25nm或更小的尺寸以去除病毒。优选的是，孔被形成为具有大约20nm的平均尺寸，以更明确地去除病毒。
可以排放水的流路111形成在中空纤维膜过滤器110的中心部分中。水被供给到中空纤维膜过滤器110的外表面。当水穿过中空纤维膜过滤器110时，存在于水中的病毒不能穿过孔，从而从水中去除病毒。图2a中的箭头表示水的流动。水通过形成在中空纤维膜过滤器110的中心部分处的流路111排出。
图3a是示出根据本发明的应用于过滤器系统100(参见图1)的静电吸附过滤器120的立体图。
静电吸附过滤器120包括中空部分121和离子吸附部分122。
中空部分121形成可以排出水的流路。例如，中空部分121可以形成水的流路，其将已经从其中去除了纳米颗粒的水供给至中空纤维膜过滤器110。
离子吸附部分122形成在中空部分121周围，以允许水流动至中空部分121。水通过形成在静电吸附过滤器120的外表面上的离子吸附部分122而被供给至中空部分121。在水穿过离子吸附部分122的同时，存在于水中的负电荷的纳米颗粒通过静电吸引被吸附至离子吸附部分122。已经从其中去除了纳米颗粒的水通过在中空部分121中形成的流路而排出。图3a的箭头表示水的流动。
离子吸附部分122在中空部分121周围形成褶皱外表面，以增大与水接触的表面积。由于离子吸附部分122通过静电吸引去除存在于水中的纳米颗粒，所以如果离子吸附部分122具有与纳米颗粒的更多的接触机会，则离子吸附部分122可以去除更多的纳米颗粒。因此，如果离子吸附部分122形成如图3a所示的褶皱外表面，则与水接触的表面积增加。可以控制褶皱的数量(或山丘的数量)来控制表面积。与具有平坦外表面的离子吸附部分122相比，具有褶皱外表面的离子吸附部分122可以去除更多的纳米颗粒。
图3b是示出离子吸附部分122的详细构造的概念视图。
包括离子吸附部分122，从而通过使用静电吸引来去除存在于水的负电荷的纳米颗粒。离子吸附部分122包括无纺布支撑部122a、玻璃纤维122b和离子吸附材料122c。
无纺布支撑部122a形成静电吸附过滤器120的外表面。具体地，无纺布支撑部122a制成片状，并且可以通过处理形成静电吸附过滤器120的褶皱外表面。无纺布支撑部122a支撑玻璃纤维122b。无纺布支撑部122a设置有水穿过的孔。
玻璃纤维122b附着到无纺布支撑部122a的表面。玻璃纤维122b将固定离子吸附材料122c。纤化的玻璃纤维122b随机地布置在无纺布支撑部122a的表面上并且缠结在一起。可以在玻璃纤维122b之间形成大约2μm至3μm的间隙，并且水可以穿过间隙。根据尺寸排除机制，大于间隙的颗粒可以从水中去除。
通过在玻璃纤维122b的表面上进行接枝来形成离子吸附材料122c。接枝指用于将离子吸附材料122c固定至玻璃纤维122b的表面的方法，并且包括通过物理轧制(rolling)将离子吸附材料122c固定至玻璃纤维122b的步骤。离子吸附材料122c提供将与存在于穿过毛毡(felt)的水中的负电荷的纳米颗粒进行离子吸附的正电荷。
离子吸附材料122c包括氧化铝AlOOH。AlOOH在水中离解成正离子AlO+和负离子OH-。离子吸附材料122c通过使用正离子AlO+提供离子吸附所需的正电荷。正电荷可以具有大约+80mV的大小。
具有负电荷的纳米颗粒可以通过离子吸附材料122c提供的正电荷与离子吸附部分122离子吸附。
图3c是示出离子吸附部分122'的详细构造的另一个概念视图。
无纺布支撑部122a'与图3b中描述的无纺布支撑部122a相同。因此，将用图3b的描述代替无纺布支撑部122a'的描述。
离子吸附部分122'包括纤维素122b'而不是图3b中使用的玻璃纤维122b。纤维素122b'附着到无纺布支撑部122a'的表面。纤维素122b'也意图固定离子吸附材料122c'。原纤化的纤维素122b'随机地布置在无纺布支撑部122a'的表面上并且缠结在一起。可以在纤维素122b'之间形成大约0.5μm至1μm的间隙，并且水可以穿过间隙。大于间隙的颗粒可以根据尺寸排除机制从水中去除。
与玻璃纤维122b(参见图3b)相比，纤维素122b'具有若干优点。
首先，纤维素122b'对人体无害。由于静电吸附过滤器120(参见图3a)是形成饮用水的过滤器系统100(参见图1)的元件，所以纤维素不应对人体有害。由于与玻璃纤维122b相比(参见图3b)，纤维素122b'的无害性是被证实的，所以纤维素122b'适合用于处理饮用水的静电吸附过滤器120(参见图1)的元件。
另外，由于在纤维素122b'之间形成比玻璃纤维122b(参见图3b)之间的间隙更小的间隙，所以根据尺寸排除机制去除存在于水中的杂质的性能与玻璃纤维122b(参见图3b)的性能相比可以进一步改善。
通过在纤维素122b'的表面上进行接枝来形成离子吸附材料122c'。将用图3b的描述代替离子吸附材料122c'的描述。
图3b和图3c中的箭头表示水的流动方向。
图4a是示出图3b中示出的离子吸附部分122的照片。在照片中，左下端和右上端处的亮色部分对应于无纺布支撑部，并且从左上端到右下端的黑色纤维对应于玻璃纤维。布置在玻璃纤维的表面上的颗粒对应于氧化铝。
图4b是示出离子吸附到图4a的离子吸附部分的纳米颗粒的机制的概念视图。
参照图4a，三个玻璃纤维被布置为缠结在一起。在三个玻璃纤维之间形成三角形间隙，并且水可以穿过间隙。固定至玻璃纤维的表面的氧化铝提供离子吸附所需的正离子。因此，在玻璃纤维的表面上产生正电荷。由于存在于水中的纳米颗粒具有负电荷，所以当水穿过玻璃纤维时，纳米颗粒与存在于玻璃纤维的表面上的正离子进行离子吸附。图4b中的箭头表示水的流动。
下文中，将参照曲线图和图表来描述根据静电吸附过滤器120(参见图1)以及中空纤维膜过滤器110(参见图1)的应用来去除纳米颗粒的效果和防止排放容量减少的效果。
图5是示出通过应用静电吸附过滤器防止排放容量减少的效果的曲线图。
横轴表示累积排放容量(单位L)，纵轴表示流速(单位升/分钟)。流速根据累积排放容量的增加而减小意味着中空纤维膜过滤器的孔被纳米颗粒阻塞，并且意味着中空纤维膜过滤器的交换周期短。
在图5中，线X为仅仅中空纤维膜过滤器而无静电吸附过滤器的结果，线Y是静电吸附过滤器和中空纤维膜过滤器的结果。
首先，参照在无静电吸附过滤器的情况下仅使用中空纤维膜过滤器来净化水的情形，注意到流速根据累积排放容量的增加而连续地减小。初始流速为大约1.4升/分钟，而当累积排放容量达到大约1000L时，流速仅为0.5升/分钟。因此，如果在无静电吸附过滤器的情况下仅使用中空纤维膜过滤器来净化水，则中空纤维膜过滤器的孔被纳米颗粒阻塞，并且中空纤维膜过滤器应提早与另一个交换。
接下来，参照在线Y中静电吸附过滤器和中空纤维膜过滤器一起使用的情形，注意到即使累积排放容量增大，初始流速仍然保持不变。即使累积排放容量达到大约2000L，流速也几乎不变。如果一起使用静电吸附过滤器和中空纤维膜过滤器，则由于纳米颗粒被静电吸附过滤器去除，所以可以防止中空纤维膜过滤器的孔被阻塞，并且可以防止中空纤维膜过滤器的流速(排放容量)减小。
图6是示出通过应用静电吸附过滤器120(参见图1)去除纳米颗粒的效果的图。
横轴表示纳米颗粒的尺寸(单位：μm)，纵轴表示每单位流速的纳米颗粒的数目(计数/ml)。通过分为0.05μm或更小的颗粒、0.1μm或更小的颗粒以及0.2μm或更小的颗粒来测量每单位流速的纳米颗粒的数目。在表1中示出与静电吸附过滤器和中空纤维膜过滤器一起使用的情形相比，仅使用自来水(原水)和静电吸附过滤器的情形。
[表1]
在每尺寸的自来水中存在多个纳米颗粒。具体地，大部分的自来水充有0.05μm或更小的纳米颗粒以及0.1μm或更小的纳米颗粒。从图6的图和表1中可以看出，静电吸附过滤器可以去除存在于自来水中的90％或更多的纳米颗粒。从图6和表1注意到，静电吸附过滤器可以去除纳米颗粒，并且减轻由纳米颗粒引起的中空纤维膜过滤器的排放容量的减少。
下文中，将描述通过修改或应用如上所述的静电吸附过滤器和中空纤维膜过滤器形成的过滤器系统。
图7是示出离子吸附部分22结合到碳块231的概念视图。
过滤器系统(未示出)还可以包括碳块过滤器231、232a和232b，包括后者以通过允许水穿过碳块231来去除留在水中的残留氯。碳块过滤器231、232a和232b以盖232a和232b分别结合到碳块231的上端和下端的方式来形成。中空部分可以形成在碳块231的中心部分处，盖232a和232b设置有被形成为对应于碳块231的中空部分的孔。
离子吸附部分222可以与碳块231结合以形成复合过滤器230。离子吸附部分222围绕碳块231以从将由碳块231供给的水中预先提供纳米颗粒。优选地，离子吸附部分222形成为一层，以防止流速减小。水被供给到复合过滤器230的外表面，存在于水中的纳米颗粒通过离子吸附部分222被去除。已经从其中去除了纳米颗粒的水穿过碳块231，并且留在水的残留氯由碳块231去除。另外，设置在碳块231中的吸附材料可以额外地去除存在于水中的重金属或有机化合物。过滤器系统100(参见图1)可以仅由复合过滤器230和中空纤维膜过滤器110(参见图1)组成。
碳块过滤器(未示出)或复合过滤器230可以设置有吸附材料(未示出)，以额外地去除重金属或有机化合物。吸附材料可以与碳块231的材料以及粘合剂(未示出)一起混合并经历压模工艺(按压)，由此可以形成碳块过滤器。
例如，吸附材料包括水合铁和二氧化硅材料。包括水合铁以去除存在于水中的砷(As)，并且包括二氧化硅材料以去除存在于水中的铅。另外，吸附材料可以包括去除作为存在于水中的主要有机化合物的氯仿的材料。
图8是示出中空纤维膜过滤器310和静电吸附过滤器320构建在单个壳体的剖视图。
过滤器系统300可以形成为单级过滤器，其是静电吸附过滤器320和中空纤维膜过滤器310的组合类型。过滤器系统300包括中空纤维膜过滤器310、静电吸附过滤器320和壳体310。
静电吸附过滤器320和中空纤维膜过滤器310布置在壳体310内部。静电吸附过滤器320和中空纤维膜过滤器310可以预期顺序设置在壳体310内部，如图8所示。壳体310设置有入口301a和出口301b，入口301a形成原水的入口流路，出口301b形成用于排出净化水的流路。
壳体301的内流路包括原水供应流路302a、连接流路302b和排放流路302c。
原水供给流路302a从入口301a连接到静电吸附过滤器320的外表面，以使原水流至静电吸附过滤器320。通过壳体301的入口301a供给的原水沿着原水供给流路302a被供给至静电吸附过滤器320的外表面。被供给到静电吸附过滤器320的水穿过布置在静电吸附过滤器320的外表面上的离子吸附部分122(参见图3a)，并且流至静电吸附过滤器320的中空部分121(参见图3a)。
连接流路302b从静电吸附过滤器320连接到中空纤维膜过滤310的外表面，以使在穿过静电吸附过滤器320时从其中首先去除了纳米颗粒的水流至中空纤维膜过滤器310。通过静电吸附过滤器320的中空部分121(参见图3a)排放的水沿着连接流路302b流至中空纤维膜过滤器310的外表面。存在于水中的病毒通过中空纤维膜过滤器310去除。
排放流路302c连接到出口301b，以使在穿过中空纤维膜过滤器310时从其中其次去除了病毒的水流至壳体301的外部。供给至壳体301的入口301a的水通过穿过原水供给流路302a、静电吸附过滤器320、连接流路302b、中空纤维膜过滤器310和排放流路302c而排放到壳体301的出口301b。在这个过程中，存在于水中的纳米颗粒和病毒分别由静电吸附过滤器320和中空纤维膜过滤器310以预期顺序去除。
如果静电吸附过滤器320和中空纤维膜过滤器310布置在单个壳体301中并且原水供给流路302a、连接流路302b和排放流路302c如上所述进行连接，则过滤器系统300可以形成为一个模块。与分别包括静电吸附过滤器320和中空纤维膜过滤器310的过滤器系统300相比，作为一个模块包括的过滤器系统300可以减小其尺寸。因此，如果使用作为一个模块包括的过滤器系统300，则可以获得小尺寸的净水器。
图9是示出中空纤维膜过滤器410和静电吸附过滤器420分别构建在它们各自的壳体401和401'中的概念视图。
过滤器系统400包括用于在其中容纳中空纤维膜过滤器410的第一壳体401以及用于在其中容纳静电吸附过滤器420的第二壳体401'，从而中空纤维膜过滤器410和静电吸附过滤器420被分别构建在它们各自的壳体401和401'中。中空纤维膜过滤器410和静电吸附过滤器420形成为它们各自的模块。水首先穿过静电吸附过滤器420，然后穿过中空纤维膜过滤器410。
如果中空纤维膜过滤器410和静电吸附过滤器420形成为如图9所示的单独模块，则模块的尺寸与如图8中描述的单个模块的尺寸相比进一步增加。但是，由于中空纤维膜过滤器410和静电吸附过滤器420依赖于它们各自的交换周期，所以优点在于，当两个过滤器410和420中的任何一个不执行其功能时，不必交换这两个过滤器410和420。
如图9所示，过滤器系统400可以包括中空纤维膜过滤器410和静电吸附过滤器420。此外，过滤器系统400'可以包括图7中描述的复合过滤器430以及中空纤维膜过滤器410。与在前的过滤器系统400相比，后面的过滤器系统400'可以额外地去除存在于水中的残留氯、重金属或有机化合物。
图10是示出过滤器系统500被扩大到三级的概念视图。
过滤器系统500包括静电吸附过滤器520、中空纤维膜过滤器510和碳块过滤器540。静电吸附过滤器520、中空纤维膜过滤510和碳块过滤器540形成为它们各自的模块。静电吸附过滤器520、中空纤维膜过滤器510和碳块过滤器540中每个的功能将由其前面的描述代替。
参照图10，当水以预期顺序穿过静电吸附过滤器520、中空纤维膜过滤器510和碳块过滤器540时，水被净化。静电吸附过滤器520去除纳米颗粒，中空纤维膜过滤器510去除病毒，碳块过滤器540去除残留氯。如果碳块过滤器540包括吸附材料，则碳块过滤器540可以额外地去除重金属或有机化合物。
碳块过滤器540被布置为净化下述水中的至少之一：在穿过静电吸附过滤器520时从其中去除了纳米颗粒的水；以及在穿过中空纤维膜过滤器510时从其中去除了病毒的水。因此，如图10所示，碳块过滤器540可以从中空纤维膜过滤器510的后侧移动到静电吸附过滤器520的后侧。然而，在中空纤维膜过滤510之前布置的静电吸附过滤器520的布置不变。
图11是示出过滤器系统600被扩大到四级的概念视图。
过滤器系统600包括静电吸附过滤器620、第一碳块过滤器631、中空纤维膜过滤器610和第二碳块过滤器640。第一碳块过滤器631和第二碳块过滤器640中的至少一个可以包括吸附材料(未示出)。
参见图11，当水以预期顺序穿过静电吸附过滤器620、第一碳块过滤器631、中空纤维膜过滤器610和第二碳块过滤器640时，水被净化。静电吸附过滤器620去除纳米颗粒，中空纤维膜过滤器510去除病毒，并且第一个碳块过滤器631和第二碳块过滤器640去除残留氯。第一碳块过滤器631和第二碳块过滤器640中的至少一个包括吸附材料(未示出)，从而可以额外地去除重金属或有机化合物。
各个过滤器的顺序可以改变。但是，在中空纤维膜过滤器610之前布置的静电吸附过滤器620的布置不变。过滤器系统600包括作为基本元件的静电吸附过滤器620和中空纤维膜过滤器610，并且可以扩大到多级。
根据本发明，根据尺寸排除机制，可以使用静电吸附过滤器预先去除引起用于去除病毒的中空纤维膜过滤器的流速减小的纳米颗粒。因此，存在于水中的纳米颗粒在穿过中空纤维膜过滤器之前被预先去除，从而可以防止中空纤维膜过滤器的流速减小。
如上所述的过滤器系统不限于上述实施例的构造和方法，可以以组合方式选择性地包括全部或一些实施例，从而可以在实施例中进行各种修改。
前述实施例和优点仅是示例性的，且不应被认为限制本公开。本教导可以容易地应用于其它类型的设备。本描述旨在是说明性的，并且不限制权利要求的范围。对本领域技术人员而言，许多替换、修改和变化将是显而易见的。在此描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其它特性可以以各种方式组合，以获得附加的和/或替代的示例性实施例。
由于当前特征可以在不脱离其特性的情况下以若干形式体现，所以还应该理解的是，除非另有说明，否则上述实施例不受前述描述的任何细节限制，而是应当被视为广泛地在所附权利要求限定的其范围内，因此落入权利要求的界限内的所有改变和修改或者这种界限的等同物都因此意图由所附权利要求涵盖。
工业实用性
本发明可以用于各种工业领域，例如净水器。

Claims (11)

1.一种过滤器系统，包括：
中空纤维膜过滤器，具有孔；以及
静电吸附过滤器，部分地或整体地具有正电荷，以通过静电吸引与负电荷的纳米颗粒进行离子吸附，所述纳米颗粒存在于水中，并且所述静电吸附过滤器被配置为预先从将供给至所述中空纤维膜过滤器的水中去除所述纳米颗粒，以防止所述中空纤维膜过滤器的通水量快速减少。
2.根据权利要求1所述的过滤器系统，其中，所述孔中的每个以小于25nm的尺寸形成，以从水中去除平均尺寸为25nm或更大的病毒。
3.根据权利要求1所述的过滤器系统，其中，所述静电吸附过滤器包括：
中空部分，形成所述水的流路，以将从其中去除了纳米颗粒的水供给至所述中空纤维膜过滤器；以及
离子吸附部分，被形成为围绕所述中空部分以使所述水穿过所述离子吸附部分并且流至所述中空部分，并且在所述中空部分周围形成褶皱的外表面以增大与所述水接触的表面积。
4.根据权利要求3所述的过滤器系统，其中，所述离子吸附部分包括：
无纺布支撑部；
玻璃纤维，附着到所述无纺布支撑部的表面；以及
离子吸附材料，通过接枝形成在所述玻璃纤维的表面上，以提供正电荷，从而与存在于穿过所述无纺布支撑部的水中的负电荷的纳米颗粒进行离子吸附。
5.根据权利要求3所述的过滤器系统，其中，所述离子吸附部分包括：
无纺布支撑部；
纤化的纤维素，附着到所述无纺布支撑部的表面；以及
离子吸附材料，通过接枝形成在所述纤维素的表面上，以提供正电荷，从而与存在于穿过所述无纺布支撑部的水中的负电荷的纳米颗粒进行离子吸附。
6.根据权利要求4或5所述的过滤器系统，其中，所述离子吸附材料包括氧化铝，所述氧化铝在水中离解成正离子AlO+和负离子OH-，并且通过使用所述正离子AlO+提供离子吸附所需的正电荷。
7.根据权利要求1所述的过滤器系统，还包括用于在其中容纳所述中空纤维膜过滤器和所述静电吸附过滤器以形成单个模块的壳体，
其中，所述壳体的内流路包括：
原水供给流路，用于使原水流至所述静电吸附过滤器；
连接流路，从所述静电吸附过滤器连接到所述中空纤维膜过滤器的所述外表面，以使在穿过所述静电吸附过滤器时从其中首先去除了纳米颗粒的水流至所述中空纤维膜过滤器；以及
排放流路，使在穿过所述中空纤维膜过滤器时从其中其次去除了病毒的水流至所述壳体的外部。
8.根据权利要求1所述的过滤器系统，还包括用于在其中容纳所述中空纤维膜过滤器的第一壳体和用于在其中容纳所述静电吸附过滤器的第二壳体，从而所述中空纤维膜过滤器和所述静电吸附过滤器分别构建在它们的壳体中。
9.根据权利要求1所述的过滤器系统，还包括碳块过滤器，包括所述碳块过滤器以通过使水穿过碳块来去除留在所述水中的残留氯，其中，所述碳块过滤器被布置为净化下述水中的至少之一：在穿过所述静电吸附过滤器时从其中去除了所述纳米颗粒的水；以及在穿过所述中空纤维膜过滤器时从其中去除了病毒的水。
10.根据权利要求9所述的过滤器系统，其中，所述碳块过滤器围绕所述碳块的外表面，以预先从将供给至所述碳块的水中去除所述纳米颗粒。
11.根据权利要求9所述的过滤器系统，其中，所述碳块过滤器包括吸附材料，以额外地去除重金属或有机化合物，并且
其中，所述吸附材料通过与所述碳块的原材料以及粘合剂一起混合并通过经历压模工艺来形成所述碳块过滤器。
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