CN107879509A - 一种净水装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种净水装置及系统，属于水资源利用领域。净水装置被用于在使水在重力作用下依次经过不同的净化区而被逐级净化。净水装置包括本体以及设置在本体的净水空腔内多个功能层。多个功能层包括第一过滤板、天然砂砾、活性炭、离子交换树脂、净化填料。净水装置具有更低的制作和使用成本，并且还能够对待净化水起到好的净化效果，非常适合家庭少量日常用水的净化处理。

Description

一种净水装置及系统

技术领域

本发明涉及水资源利用领域，具体而言，涉及一种净水装置及系统。

背景技术

在全球很多地区，尤其是欠发达地区或片源山区和农村等，想获得足量的清洁饮用水是一个严重问题。另外，一些地区的人们还面临着地下水资源不可用的问题，为了获得可以供日常使用的水必须从附近的地表水和被去除致病污染物的水中获得。当前，全球有近十亿人生活在没有安全的饮用水环境中。

由受污染的水传播的疾病有霍乱，腹泻和寄生虫感染等，并且导致每年约150万人死亡。其中生活在发展中国家的儿童占的比例较高。虽然在世界大部分地区自然“过滤”地下水是首选的水源，然而，一些地区地下水的良好来源是不可利用的，并且由于过度损耗，往往需要使用地表水体，如河流。

人们亟需一种成本低、容易实现的净水手段。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供了一种净水装置及系统，实现在饮用水资源利用不便的地区以低成本地化的方式生产饮用水。

本发明是这样实现的：

在本发明的第一方面，提供了一种净水装置。

净水装置用于在使水在重力作用下依次经过不同的净化区而被逐级净化。

净水装置包括：

由第一端至第二端延伸而成的本体，本体限定净水空腔，净水空腔具有由第一端至第二端依次排布的第一层、第二层、第三层、第四层、第五层、第六层，第一层被构造来暂时蓄积待净化水；

第一过滤板，第一过滤板贯穿设置有板孔，第一过滤板被布置在第二层，第一过滤板被构造成对待净化水中的包括漂浮物、颗粒物质、水生物和浮游生物的杂物进行过滤并对待净化水进行分流；

颗粒状的天然砂砾，天然砂砾被布置于第三层，天然砂砾表面具有粘性的滤膜，粘性的滤膜通过将洁净的天然砂砾预先用于经渗透滤水而形成于天然砂砾的表面；

活性炭，活性炭被布置于第四层；

离子交换树脂，离子交换树脂被布置于第五层；

净化填料，净化填料包括相互匹配结合的纱网和第二过滤板，第二过滤板具有滤孔，第二过滤板被包裹在纱网内，纱网的网孔的孔径小于离子交换树脂中的树脂颗粒的粒径。

在其他的一个或多个示例中，离子交换树脂包括阴离子交换树脂和/或阳离子交换树脂。

在其他的一个或多个示例中，本体呈由第一端至第二端的逐渐收缩状结构。

在其他的一个或多个示例中，本体是圆台形。

在其他的一个或多个示例中，本体的高度为430毫米、上底直径为270毫米、下底直径为370毫米，第三层的厚度为230毫米，且第三层在中部的直径为310毫米，第四层、第五层以及第六层的厚度总和为100毫米。

在其他的一个或多个示例中，在由第一端至第二端的方向，第三层的厚度>五层的厚度>第四层的厚度>第二层的厚度、第六层的厚度。

在其他的一个或多个示例中，第一过滤板、第二过滤板的材质相同，且均为高分子聚合物，高分聚合物包括聚丙烯。

在其他的一个或多个示例中，纱网的网孔的孔径为大于100目，第二过滤板的滤孔直径小于0.25毫米。

在其他的一个或多个示例中，净水装置还包括排水器，排水器的取水口位于第六层中，排水器的出水口位于本体外。

在本发明的第二方面，提供了一种供水单元、如前述的净水装置。供水单元被构造来向净水装置的本体的第一层提供待净化的水。

净水系统包括如前述的净水装置。

有益效果：

本发明实施例提供的净水装置具有不同的净化功能区，通过合理地配置各个功能区的空间位置关系以及布置顺序，起到了更好的水体净化效果。此外，本发明中的净水装置还具有结构简单、制作成本地，使用方便等优点，有利于大范围推广使用。

其次，净水装置中的活性炭对水体中有机物的吸附。活性炭含有大量微孔，具有巨大无比的表面积，能有效地去除色度、臭味，同时可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。

净水装置中的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂对水体中重金属阳离子和部分阴离子的交换处理。其中，阴离子树脂可以采用为氢氧根型；阳离子树脂可以是氢型。阴离子树脂中含被可置换的氢氧根离子，水溶液中能离解出阴离子OH－，能与水中的酸根离子交换，阳离子树脂是将水中的钙镁离子交换成氢离子使水软化，即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来，同时使用阴离子树脂和氢型阳离子树脂可以将水变为纯净水。

净水装置中的过滤板对水源漂浮物(小虫、树叶、杂草等)进行简单过滤除渣。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的净水装置中使用的天然砂砾的在第一放大倍数下的扫描电镜图；

图2为本发明实施例提供的净水装置中使用的天然砂砾的在第二放大倍数下的扫描电镜图；

图3为本发明实施例提供的净水装置中本体的结构示意图；

图4示出了图3提供的本体内的不同层的排布结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种净水装置的结构示意图。

图标：102-本体；301-第一端；302-第二端；303-净水空腔；201-第一层；202-第二层；203-第三层；204-第四层；205-第五层；206-第六层；600-净水装置；501-供水单元；401-排水器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

在一些欠发达地区和水资源不充分的地区，饮用水的正常供应往往面对巨大的困难。同时，在这样的地区或者区域，兴建大型的净水设备也是难以被实现的，因此，人们迫切需求一种实现成本低、便利使用的净水设备，以便能够被用来解决人们的日常用水问题。

基于此，本发明提供了一种适合于偏远地区使用的低成本净水装置600及系统。所述的净水装置600是一种低速过滤水的装置，在过滤水的过程中，水在重力作用下逐层地渗透经过不同净化水的功能区，并在相应的层内完成对应的净化功能。利用所提供的净水装置600可过滤混浊原水中绝大部分的悬浮物和胶体，混浊原水中的肉眼可见物几乎全部被去除，浊度大幅下降，饮用水水质有很大的提高。

另外，本发明提供的净水装置600非常适合在没有饮用水净化处理设备的农村家庭使用，其最大的特点是成本非常低廉，适合贫困地区家庭使用。另外净水装置600还具有出水量多、出水的水质好、可靠性高、占地面积小、不需供电和投药、操作维护简单、安装方便等特点，非常适合在没有饮用水净化处理设施的农村地区推广使用。净水装置600可以用在一些小型区域或者基础设施不完善的地区。

以下结合附图，对本发明提供净水装置600及系统进行详细阐述。

参阅图1至图5。

本实施例提供了一种净水装置600。所述的净水装置600用于在使水在重力作用下依次经过不同的净化区而被逐级净化。另外，净水装置600还具有现有的净水设备所不具有的对水体中有机物的吸附、重金属阳离子和部分阴离子的处理等等功能，使得净化的水的品质更高。

净水装置600包括本体102以及设置在本体102内的第一过滤板、天然砂砾、活性炭、离子交换树脂以及净化填料。

本体102是作为一个用于限制功能材料和结构体的装置。本体102提供了一个局域的空间，以便容纳前述的功能材料和结构体。本体102通常具有一定的强度以稳定地维持其外形结构。因此，本体102一般可以使用硬质材料制作而成，例如硬质树脂、塑料等。或者，本体102也可以是采用硬质金属材料或者陶瓷材料制作而成。由于陶瓷一般具有质地较脆、且易碎的特定，优选采用金属材料制作本体102。另外，当采用金属制作本体102时，一些金属材料容易发生氧化、锈蚀等情况，因此，可以在本体102的表面进行钝化处理。钝化方法可以化学方法，或者，在本体102表面附着上一层橡胶、塑料等材料。作为一种更优选的实现方案，本体102采用不同的材料组合而成，例如，其具有金属的外壳以及在内部通过其他耐酸碱、耐腐蚀的材料形成持久层。

本实施中，本体102由第一端301至第二端302延伸而成，且大体上呈柱状结构。本体102可以是各种形状，例如，立方体、长方体、棱柱体等。在本发明其他实施例中，本体102还可以是圆柱体。另外，柱状的本体102还可以呈由第一端301至第二端302的逐渐收缩状结构。进一步地，本体102是圆台形。在其他示例中，本体102也可以根据需要被制作为各种其他形状。此外，本体102的内部形状和外部形状不同。例如，本体102大体上呈圆柱体，但是其内部为棱柱体(如四棱柱孔)；或者，本体102大体上呈棱柱体(如五棱柱)，但是其内部为圆柱体(柱形孔)。换言之，在这样的示例中，本体102的横截面具有内部和外部不同的轮廓形状。

如前所述，本体102被用来局域限制不同的净化功能材料和结构体。作为一种具体的可替代实现方式，本体102设置有净水空腔303。通常净水空腔303被设置在本体102的内部的大部分。或者，为了提高本体102的结构强度，净水空腔303的设置以本体102具有适当的侧壁厚度和底壁厚度，避免本体102壁厚太小而出现被磕破、损坏的问题。

本体102的净水空腔303内的具有不同功能的材料和结构体是以层状方式分布的。在本发明的大部分示例中，前述的不同功能的材料和结构体都是在同一竖直方向相对地布置的，并且在水平方向可以存在一定的偏移。但是，在一些示例中，不同功能的材料和结构体在竖直方向未相对，而是在水平方向出现大尺度的偏移。

本实施例中，净水空间是一个中心对称的圆台结构。不同功能的材料和结构体以其对称中心轴为中轴，在中轴上依次层叠布置。净水空腔303被根据不同的需求和功能布置而设置有由第一端301至第二端302依次排布的第一层201、第二层202、第三层203、第四层204、第五层205、第六层206。其中，第一层201可以起到沉降作用；第二层202以及设置的材料或结构体可以起到过滤漂浮物的作用；第三层203以及设置的材料或结构体可以通过净砂净化作用；第四层204以及设置的材料或结构体可以通过活性炭起到吸附有机物的作用；第五层205以及设置的材料或结构体可以通过阴阳离子交换树脂去除重金属离子；第六层206以及设置的材料或结构体可以通过进一步地避免其他水中的杂质被排出。

其中，第一层201被构造来暂时蓄积待净化水。换言之，在净水装置600中，第一层201可以是一个未设置材料和功能结构体的空间。在配置好的净水装置600中，待净化水是被注入到第一层201的。被蓄积在第一层201的待净化水在重力作用(静压力)下逐渐地向下浸润、渗透。第一层201的厚度(沿中轴线的延伸长度)可以被特别地设计，以便在净水空腔303内提供适当的水净化速度，避免水的净化速度过快而未被净化得更彻底。

本发明中，在本体102的净水空腔303内的材料和功能结构体包括第一过滤板、天然砂砾、活性炭、离子交换树脂以及净化填料。在净水空腔303内，第一过滤板、天然砂砾、活性炭、离子交换树脂以及净化填料一一对应被设置于第二层202、第三层203、第四层204、第五层205、第六层206内。其中，第一过滤板、天然砂砾、活性炭、离子交换树脂以及净化填料优选为洁净的，或者存在少量的杂质或容易被清楚的污染，从而可以在被使用为净化水时通过前期的净化水作用而去除。

其中，第一过滤板贯穿设置有板孔。第一过滤板被布置在第二层202，且被构造成对待净化水中的包括漂浮物、颗粒物质、水生物和浮游生物的杂物进行过滤并对待净化水进行分流。第一过滤板可以起到减缓水体流速，使其能够更自然地、充分地被净化。同时，第一过滤板的板孔还可以对净水装置600的出水速度(出水量)起到一定的调节作用。另外，第一过滤板的板孔对漂浮物、颗粒物质、水生物和浮游生物进行过滤，从而将待净化水中尺寸、体积更大的进行初步的滤过。

第一过滤板可以去除水中的一些漂浮物、大颗粒物质、水生物和浮游生物，起到过滤的作用，同时保证灌水时水流不会冲击破坏沙层，影响净水效果。

颗粒状的天然砂砾被布置于第三层203。进一步地，本发明中使用的天然砂砾可以具有均匀的粒径分布。更进一步地，天然砂砾的粒径大致为0.3毫米、0.5毫米。优选地，天然砂砾的粒径为0.1～1毫米。

特别地，在本发明实施例中，天然砂砾表面具有粘性的滤膜。所述的粘性滤膜可以是通过将洁净的天然砂砾预先用于经渗透滤水而形成于天然砂砾的表面。粘性滤膜主要包括藻类、原生动物等对人体无害的微生物。

当天然砂砾颗粒具有粘性滤膜时，颗粒之间的缝隙被粘性滤膜填充，从而可以过滤和粘附经过第一过滤板过滤的水中还可能存在的悬浮物、胶体以及一部分的溶解性有机物。另一方面，滤膜内的微生物可以氧化分解一部分溶解性有机物，进而起到净化水质的作用。因此，在本发明中的净水装置600中，可以同时使用的物理和生物学过程去除水体中的污染物。另外，天然砂砾具有表明多孔的结构，更易于吸附其他杂质。

天然砂砾的堆积方式可以是松散的，或者也可以是紧密堆积的。在具体布置天然砂砾时，天然砂砾的堆积密度可以被适当地选择，以便在控制水体流速的同时，获得更适当的水体净化效果。

堆积的天然砂砾可以模拟天然地下水中砂层对地下水的过滤原理，利用沙子巨大的表面积截留水中的固体悬浮物质和胶体，使水澄清，在过滤间歇利用水中天然存在的细菌等微生物对溶解性有机物进行氧化分解，从而将溶解性有机物降解成二氧化碳和水等无机小分子。

活性炭被布置于第四层204。活性炭含有大量微孔，具有巨大无比的表面积，能有效地去除色度、臭味，同时可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。

另外，通常地活性炭的是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，也有排列规整的晶体碳。活性炭的质地一般相对较脆，破损为粉末而进入水体中。因此，活性炭可以用纱布其他能透水的物质来包裹。

离子交换树脂被布置于第五层205。离子交换树脂包括阴离子交换树脂和/或阳离子交换树脂。更好的选择的是，同时布置阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。例如，阳离子树脂(氢型)是将水中的钙镁离子交换成氢离子使水软化，阴离子树脂(氢氧根型)中含被可置换的氢氧根离子，水溶液中能离解出阴离子OH^-，能与水中的酸根离子交换，即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来，同时使用阴离子树脂和氢型阳离子树脂可以将水变为纯净水。

净化填料包括相互匹配结合的纱网和第二过滤板。第二过滤板具有滤孔，且第二过滤板被包裹在纱网内。纱网的网孔的孔径小于离子交换树脂中的树脂颗粒的粒径。纱网的尺寸可以是100目或大于100目，且是多孔材质网。第二过滤板可以是聚丙烯(PP)材质的。PP材质的过滤板被一层PP材料构成的多孔材质网，网格小于0.25mm(如0.2mm、0.1mm、0.06mm等等)，以保证树脂不会进入网内部包裹，而且防止树脂进入管内造成堵塞，吸附与解析达到平衡，水净化完成。另外，第一过滤板、第二过滤板的材质也可以是相同的，且优选为高分子聚合物。所述的高分聚合物包括聚丙烯、聚乙烯、橡胶、树脂等。

作为一种更好的选择，对所用净水装置600中的砂子、活性炭、离子交换树脂和进、出水量进行量化。例如，净水装置600中砂子的质量约为30kg，阴、阳离子树脂的质量约为1kg，活性炭的质量约为450g。桶中大约可以蓄水17kg，经实验测定，净化8小时候效果最佳，一次可流出约水7kg。它不需要电，成本较低，砂子和待净化水可以就地取材，砂子只需要简单筛选即可，对于解决地震、灾害等原因造成的缺水问题具有应急作用。

在一些具体可选的示例中，净水装置600中各个组件具有以下尺寸：本体102的高度为430毫米、上底直径为270毫米、下底直径为370毫米，第三层203的厚度为230毫米，且第三层203在中部的直径为310毫米，第四层204、第五层205以及第六层206的厚度总和为100毫米。进一步地，在由第一端301至第二端302的方向，第三层203的厚度>五层的厚度>第四层204的厚度>第二层202的厚度、第六层206的厚度。

本发明提供的净水装置600还可以根据需要设置排水器401。排水器401被用来将净化后的水排出以供使用。本实施例中，排水器401的取水口位于第六层206中，排水器401的出水口位于本体102外。

作为一种可选的示例，排水器401是中空的管体。管体的一端的开口插入到位于第六层206的净化填料中；管体的另一端的开口从第三层203的天然砂砾中穿出到本体102外。或者，在其他的示例中，排水器401是一个管道在本体102底壁的水龙头。水龙头通过本体102的底壁设置的通孔接纳经过净化、渗漏下水。

本实施例提供的净水装置无耗能、不需要用电，且实用简便、无二次污染，可以很好地利用当地的自然材料。

基于此，本发明实施例中，还提供了一种净水系统。净水系统包括供水单元501、如前述的净水装置600。供水单元501被构造来向净水装置600的本体102的第一层201提供待净化的水。供水单元501可以是水泵、或者其他水容器。另外，为了避免提供的待净化水中被进一步污染或掺入杂质，供水单元501具有封闭的管道输运通路，并通过管道输运通路向本体102的第一层201供水。更好地，供水单元501是水桶，水桶连接管道，管道的另一末端结合在盖体上，并可以输出水。盖体还与本体102结合，以便封闭其邻近第一端301的开口，从而使得待净化水可以在更封闭、无干扰的条件下被输送至第一层201。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种净水装置，其特征在于，用于在使水在重力作用下依次经过不同的净化区而被逐级净化，所述净水装置包括：

由第一端至第二端延伸而成的本体，所述本体限定净水空腔，所述净水空腔具有由第一端至第二端依次排布的第一层、第二层、第三层、第四层、第五层、第六层，所述第一层被构造来暂时蓄积待净化水；

第一过滤板，所述第一过滤板贯穿设置有板孔，所述第一过滤板被布置在所述第二层，所述第一过滤板被构造成对所述待净化水中的包括漂浮物、颗粒物质、水生物和浮游生物的杂物进行过滤并对所述待净化水进行分流；

颗粒状的天然砂砾，所述天然砂砾被布置于所述第三层，所述天然砂砾表面具有粘性的滤膜，所述粘性的滤膜通过将洁净的所述天然砂砾预先用于经渗透滤水而形成于所述天然砂砾的表面；

活性炭，所述活性炭被布置于所述第四层；

离子交换树脂，所述离子交换树脂被布置于所述第五层；

净化填料，所述净化填料包括相互匹配结合的纱网和第二过滤板，所述第二过滤板具有滤孔，所述第二过滤板被包裹在所述纱网内，所述纱网的网孔的孔径小于所述离子交换树脂中的树脂颗粒的粒径。

2.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述离子交换树脂包括阴离子交换树脂和/或阳离子交换树脂。

3.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述本体呈由第一端至第二端的逐渐收缩状结构。

4.根据权利要求3所述的净水装置，其特征在于，所述本体是圆台形。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的净水装置，其特征在于，所述本体的高度为430毫米、上底直径为270毫米、下底直径为370毫米，所述第三层的厚度为230毫米，且所述第三层在中部的直径为310毫米，第四层、第五层以及第六层的厚度总和为100毫米。

6.根据权利要求5所述的净水装置，其特征在于，在由所述第一端至第二端的方向，所述第三层的厚度>所述五层的厚度>所述第四层的厚度>所述第二层的厚度、所述第六层的厚度。

7.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述第一过滤板、所述第二过滤板的材质相同，且均为高分子聚合物，所述高分聚合物包括聚丙烯。

8.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述纱网的网孔的孔径为大于100目，所述第二过滤板的滤孔直径小于0.25毫米。

9.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述净水装置还包括排水器，所述排水器的取水口位于所述第六层中，所述排水器的出水口位于所述本体外。

10.一种净水系统，其特征在于，包括供水单元、如根据权利要求1～9中任一项所述的净水装置，所述供水单元被构造来向所述净水装置的所述本体的所述第一层提供所述待净化水。