CN109081477A - 一种节能减排的农村分质供净水一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，包括预处理系统（2）、重金属离子处理系统（5）、水质软化系统（9）和超滤处理系统（14），水质软化系统（9）包括活性炭过滤层（10）和树脂软化过滤层（12），重金属离子系统（5）由吸附主体（6）、过滤网（7）和载体（8）组成，吸附主体（6）由至少3层依次叠放连接的吸附层组成或一体式的圆柱体结构，吸附材料由KDF55合金或者KDF55合金以及氧化石墨烯、活性炭、凹土和聚丙烯酸中的一种或几种组成。本发明能够实现分质供水，有效去除水中的重金属离子、微生物及其它杂质，将水源净化分级为灌溉用水、冲厕用水、洗涤用水、饮用水，操作简单、成本低、节约资源。
Description
技术领域
本发明涉及水净化领域，特别涉及一种节能减排的农村供净水一体化系统。
背景技术
水是生命之源，是人和动物体液重要构成部分，是动植物生长的必要条件。随着农村经济的发展，废弃电池、工业废水、生活污水和农药的滥用使日常生活用水、饮用水、灌溉用水受到不同程度的污染，导致农产品中的有毒物质不断富集，危害人体健康。由于农村水源的污染，灌溉用水也受到不同程度的污染，导致农产品中的重金属，如铬、铂、铅等有毒物质的富集，间接危害了消费者的健康。
目前，我国市面上销售的纯水机，大多数是纯水与净化浓缩水的比例，大型机为1：1，小型机为1：4，多数纯水机的净化浓缩水被排掉，造成水资源浪费，纯水成本高。大多数净水器均以自来水为水源，水质较好且水压稳定，而农村的水压得不到保障，普通净水器在农村使用成本高、适用性较差，且通过该净水器后只能得到一种饮用水，而日常生活用水和灌溉用水中仍然含有许多有毒物质，这些缺点使得普通净水器在农村得不到广泛的应用。
因此，对于现阶段水资源短缺，农村饮用水安全问题，设计有效的净水系统进行水质软化、去除水中重金属和微生物，对于提高人类的生存质量、缓解水资源不足、助力农村饮水安全工程、实现农村分质供水具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种使用简单、成本低廉、节能减排的农村分质供净水一体化系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，包括由通过管道依次连接的预处理系统、重金属离子处理系统、水质软化系统和超滤处理系统，所述水质软化系统包括由通过管道依次连接的活性炭过滤层和树脂软化过滤层，所述重金属离子系统由吸附主体、过滤网和载体组成，所述吸附主体的吸附材料由KDF55合金或者KDF55合金以及氧化石墨烯、活性炭、凹土和聚丙烯酸中的一种或几种组成。
进一步，所述吸附主体由至少3层依次叠放连接的吸附层组成或一体式的圆柱体结构，每层吸附层的底部均设有滤板，所述吸附层之间通过法兰盘可拆卸连接，便于吸附层中的材料能够随时更换，延长系统的使用寿命，法兰盘通过螺栓连接。
优选，所述吸附主体由第一吸附层、第二吸附层和第三吸附层组成，所述第一吸附层的吸附材料为氧化石墨烯，所述第二吸附层的吸附材料为活性炭，所述第三吸附层的吸附材料为KDF55合金。
吸附主体从上到下的吸附材料吸附重金属的强弱次序为强、弱、强，水源进入吸附层，先经过第一吸附层的强吸附材料迅速吸附重金属离子，再经过第二吸附层的弱吸附材料进一步吸附，由于吸附后的重金属会沉淀至吸附层的底部，因而将第三吸附层采用强吸附性的材料进一步吸附重金属离子。经过吸附处理后的水会渗出吸附层，由下至上充满重金属离子处理系统，当处理后的水上升至重金属离子系统的出口前，其又经过了第一吸附层的吸附，进一步再吸附重金属离子，当处理后水充满重金属离子处理系统时，重金属离子处理系统出口流出。
优选，所述吸附主体由第一吸附层、第二吸附层、第三吸附层、第四吸附层、第五吸附层、和第六吸附层组成，所述第一吸附层的吸附材料从左至右依次为活性炭、FDF55合金、氧化石墨烯，所述第二吸附层的吸附材料为活性炭，所述第三吸附层的吸附材料为KDF55合金，所述第四层吸附层的吸附材料为氧化石墨烯，所述第五层吸附层的吸附材料为KDF55合金和活性炭，所述第六层吸附层的吸附材料为KDF55和氧化石墨烯。
经过预处理系统处理后的水从重金属离子处理系统顶部左侧的进水口流进，从上至下依次经过吸附主体进行吸附，由于吸附后的重金属逐步沉积至吸附主体的底部，因而从上至下采用吸附性逐渐增强的吸附材料；经过吸附处理后的水会渗出吸附层，当去充满重金属离子处理系统时，从重金属离子处理系统顶部右侧的出水口流出，在重金属离子处理系统顶部右侧采用吸附性强的氧化石墨烯进一步吸附，以减少重金属离子流入下一个处理系统。
进一步，所述载体的外壳上部为不锈钢材料，所述载体的外壳下部为透明聚丙烯塑料，便于观察在反冲洗过程中重金属离子处理系统中的杂质是否冲洗完全。
进一步，所述预处理系统与水源出水口连接，所述重金属离子处理系统与活性炭过滤层之间的管件上连接灌溉用水出水口，所述活性炭过滤层和树脂软化过滤层之间的管件上连接冲厕用水出水口，所述树脂软化过滤层与超滤处理系统之间的管件上连接洗涤用水出水口，所述超滤处理系统的出水口与饮用水出水口连接。
预处理系统的进水口和出水口分别设置在其顶部两侧，由于处理后的杂质会沉淀至底部，为了防止进入的水源将处理后的杂质冲散后混入处理后的水中，将进水口设置在预处理系统的顶部；同时为了得到较纯净的水，将预处理系统的出水口设置在其顶部。
重金属离子处理系统能够有效去除水中的重金属离子。重金属离子处理系统的进水口和出水口分别设置在其顶部两侧，由于重金属离子被处理后产生的重金属会沉淀至载体底部，为了防止进入的水源将重金属冲散后混入处理后的水中，将进水口设置在重金属离子处理系统的顶部；同时为了得到较纯净的水，将重金属离子处理系统的出水口设置在其顶部。
活性过滤层和树脂软化过滤层分开设置，由于带有电荷的有机物质会受到离子交换树脂的吸附，使离子交换树脂很容易受到有机物质的污染，因而将经过重金属离子处理系统处理后的水先通过活性炭过滤层，再经过树脂软化过滤层净化。
活性炭过滤层能够吸附水中大部分的有机物和无机物，树脂软化过滤层能够去除水中的钙镁等离子，活性炭过滤层和树脂软化过滤层的进水口设置在底部，出水口设置在顶部，水从活性炭过滤层和树脂软化过滤层的往上渗入，能够使其与活性炭和离子交换树脂充分接触，提高吸附效率，活性炭过滤层和树脂软化过滤层处理后的水从顶部出水口流出。
进一步，所述活性炭过滤层的滤芯为活性炭，所述树脂软化过滤层的滤芯为钠离子交换树脂。
进一步，所述预处理系统为PP棉线圈，所述PP棉线圈由缠绕在支撑骨架上的PP棉构成，所述支撑骨架为中空圆筒。预处理系统采用PP棉线圈，能有效去除水中的颗粒杂质，不会产生二次污染。
进一步，所述超滤处理系统由UF中空纤维超滤膜构成，所述超滤处理系统的底部连接反冲洗阀。UF中空纤维超滤膜只允许水分子、水中的矿物质和微量元素通过，能够进一步截留微生物、重金属、悬浮颗粒等杂质，最终得到能够直接饮用的水。
进一步，所述重金属离子处理系统（5）的底部两侧连接排污口（20）和反冲洗阀（21），所述重金属离子系统与活性炭过滤层之间的管件上还连接球阀、排污口，所述活性炭过滤层和树脂软化过滤层之间的管件上还连接球阀、排污口，所述树脂软化过滤层与超滤处理系统之间的管件上还连接球阀、排污口。
本发明的有益效果：本发明的重金属离子处理系统通过采用至少3层或者一体成型的圆柱体结构的吸附主体，其吸附材料由KDF55合金或者KDF55合金以及氧化石墨烯、活性炭、凹土和聚丙烯酸中的一种或几种组成，吸附重金属离子，能够提高重金属离子的吸附效率，能够根据吸附材料的不同使用寿命随时更换，降低了吸附成本。本系统通过依次设有预处理系统、重金属离子处理系统、水质软化系统和超滤处理系统，将水净化处理后分质为灌溉用水、冲厕用水、洗涤用水和饮用水。采用本发明的农村分质供水一体化系统，能够有效去除水中的重金属离子、颗粒物、微生物等杂质，按照农村居民对不同用途水的需要，实现分质供水，使不同用途的水达到能够使用的标准，且该系统操作简单、成本低、使用方便、水资源利用率高、减少了净化废水的排放，节约了成本和资源。
附图说明
图1—为实施例1的结构示意图；
图2—为实施例2的吸附主体的结构示意图；
图3—为A-A处的剖面图；
图4—实施例3的吸附主体的结构示意图。
上述附图标记：1-水源出水口，2-预处理系统，3-PP棉线圈，4-支撑骨架，5-重金属离子处理系统，6-吸附主体，61-第一吸附层，62-第二吸附层，63-第三吸附层，64-第一吸附层，65-第二吸附层，66-第三吸附层，67-滤板，68-法兰盘，7-食品级不锈钢过滤网，8-载体，9-水质软化系统，10-活性炭过滤层，11-活性炭，12-树脂软化过滤层，13-钠离子交换树脂，14-超滤处理系统，15-UF中空纤维超滤膜，16-灌溉用水出水口，17-冲厕用水出水口，18-洗涤用水出水口，19-饮用水出水口，20-排污口，21-反冲洗阀，22-球阀。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明，但这些具体实施方案不以任何方式限制本发明的保护范围。
实施例1
一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，包括由通过管道依次连接的预处理系统2、重金属离子处理系统5、水质软化系统9和超滤处理系统14。
预处理系统2的进水口连接水源出水口1，预处理系统2的出水口连接重金属离子处理系统5的进水口。预处理系统2为PP棉线圈3，PP棉线圈3由PP棉缠绕在支撑骨架4构成，支撑骨架4为中空圆筒，用以去除水中的颗粒物质。
重金属离子处理系统5的底部两侧连接排污口20和反冲洗阀21，重金属离子处理系统5的出水口与活性炭过滤层10的进水口连接，重金属离子处理系统5与活性炭过滤层10之间的管件上依次连接有灌溉用水出水口16、球阀22、排污口20。重金属离子系统由吸附主体6、过滤网7和载体8组成，用于去除水中的重金属离子，防止重金属离子危害人体健康，使处理后的水达到灌溉用水的标准。吸附主体6为一体式的圆柱体结构，吸附主体6的吸附材料为KDF55合金。载体8外壳的上部为不锈钢材料，下部为透明聚丙烯塑料，便于观察重金属离子处理系统5在反冲洗过程中杂质是否冲洗完全。
水质软化系统9包括由通过管道依次连接的活性炭过滤层10和树脂软化过滤层12，活性炭过滤层10和树脂软化过滤层12之间的管件上依次连接有冲厕用水出水口17、球阀22、排污口20，活性炭过滤层10和树脂软化过滤层12的底部都连接有反冲洗阀21。活性炭过滤层10的滤芯为活性炭11，去除水中的大部分有机物和无机物，使处理后的水达到冲厕用水的标准；树脂软化过滤层12的滤芯为钠离子交换树脂13，去除水中的钙镁等离子，使处理后的水达到洗涤用水的标准。
树脂软化过滤层12的出水口与超滤处理系统14的进水口连接，水质软化系统9与超滤处理系统14之间的管件上依次连接有洗涤用水出水口18、球阀22、排污口20，超滤处理系统14的底部连接有反冲洗阀21。
超滤处理系统14的出水口与饮用水出水口19连接，超滤处理系统14由UF中空纤维超滤膜15构成，用以去除水中的有害微生物、颗粒物、重金属等杂质，使处理后的水达到引用水的标准。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于，吸附主体6由第一吸附层61、第二吸附层62和第三吸附层63组成，第一吸附层61的吸附材料为氧化石墨烯，第二吸附层62的吸附材料为活性炭，第三吸附层63的吸附材料为KDF55合金，第一吸附层61、第二吸附层62、第三吸附层63的底部均设有滤板67，第一吸附层61、第二吸附层62、第三吸附层63通过法兰盘68可拆卸连接，便于吸附层中的材料能够随时更换，延长系统的使用寿命，法兰盘65通过螺栓连接。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于，吸附主体由第一吸附层61、第二吸附层62、第三吸附层63、第四吸附层64、第五吸附层65、和第六吸附层66组成，第一吸附层61的吸附材料从左至右依次为活性炭、FDF55合金、氧化石墨烯，第二吸附层62的吸附材料为活性炭，第三吸附层63的吸附材料为KDF55合金，第四层吸附层64的吸附材料为氧化石墨烯，第五层吸附层65的吸附材料为KDF55合金和活性炭，第六层吸附层66的吸附材料为KDF55和氧化石墨烯，各吸附层的底部均设有滤板67，各吸附层通过法兰盘65可拆卸连接，便于吸附层中的材料能够随时更换，延长系统的使用寿命，法兰盘65通过螺栓连接。
本发明的工作原理及使用方法：通过设计预处理系统2、重金属离子处理系统5、水质软化系统9和超滤处理系统14净化水源，水源经过预处理系统2进行预过滤，去除水中的颗粒物质等杂质；预处理系统2处理后的水进入重金属离子处理系统5中，通过吸附主体6的吸附，去除水中的重金属离子，得到灌溉用水；重金属离子处理系统5处理后的水进入水质软化系统9，先通过活性炭过滤层10，利用活性炭10吸附水中的大部分有机物和无机物，得到冲厕用水，再通过树脂软化过滤层12，利用钠离子交换树脂13进一步去除水中钙镁等离子，达到水质软化的效果，得到洗涤用水；水质软化系统9处理后的水进入超滤处理系统14，UF中空纤维超滤膜15进一步去除水中的颗粒物、微生物、重金属等物质，最终得到饮用水。
当工作一段时间后，可以分别对重金属离子处理系统5、水质软化系统9、超滤处理系统14单独进行反冲洗，延长整个系统的使用寿命。其反冲洗的过程为：关闭球阀22，防止在反冲洗过程中的水进入下一个系统中，导致下一个系统受到污染，再打开反冲洗阀21，从反冲洗阀21进水，对系统进行反冲洗，冲洗一段时间后将污水从系统底端的排污口20排出，若排出的水中无明显杂质，此时已冲洗完全，关闭反冲洗阀21，反冲洗完成。
下面对本发明对水净化的效果进一步说明。
表1实施例1处理水后各项指标的变化
表2 实施例2处理水后各项指标的变化
表3 实施例3处理水后各项指标的变化
表4 实施例1-3处理后除菌率的变化
通过表1-4可知，该系统对Ca、Mg、Cr、Pb、Cd及微生物质有显著的去除效果，在一定程度上降低了自来水的硬度，经过四级系统处理后Ca、Mg、Cr、Pb、Cd的去除率接近100%，微生物去除率为100%。
Claims (10)
1.一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，包括由通过管道依次连接的预处理系统（2）、重金属离子处理系统（5）、水质软化系统（9）和超滤处理系统（14），所述水质软化系统（9）包括由通过管道依次连接的活性炭过滤层（10）和树脂软化过滤层（12），所述重金属离子系统（5）由吸附主体（6）、过滤网（7）和载体（8）组成，所述吸附主体（6）的吸附材料由KDF55合金或者KDF55合金以及氧化石墨烯、活性炭、凹土和聚丙烯酸中的一种或几种组成。
2.根据权利要求1所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述吸附主体由至少3层依次叠放连接的吸附层组成或一体式的圆柱体结构，每层吸附层的底部均设有滤板（67），所述吸附层之间通过法兰盘（68）可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述吸附主体由第一吸附层（61）、第二吸附层（62）和第三吸附层（63）组成，所述第一吸附层（61）的吸附材料为氧化石墨烯，所述第二吸附层（62）的吸附材料为活性炭，所述第三吸附层（63）的吸附材料为KDF55合金。
4.根据权利要求2所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述吸附主体由第一吸附层（61）、第二吸附层（62）、第三吸附层（63）、第四吸附层（64）、第五吸附层（65）、和第六吸附层（66）组成，所述第一吸附层（61）的吸附材料从左至右依次为活性炭、FDF55合金、氧化石墨烯，所述第二吸附层（62）的吸附材料为活性炭，所述第三吸附层（63）的吸附材料为KDF55合金，所述第四层吸附层（64）的吸附材料为氧化石墨烯，所述第五层吸附层（65）的吸附材料为KDF55合金和活性炭，所述第六层吸附层（66）的吸附材料为KDF55和氧化石墨烯。
5.根据权利要求1所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述载体（8）的外壳上部为不锈钢材料，所述载体（8）的外壳下部为透明聚丙烯塑料。
6.根据权利要求1所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述预处理系统（2）与水源出水口（1）连接，所述重金属离子处理系统（5）与活性炭过滤层（10）之间的管件上连接灌溉用水出水口（16），所述活性炭过滤层（10）和树脂软化过滤层（12）之间的管件上连接冲厕用水出水口（17），所述树脂软化过滤层（12）与超滤处理系统（14）之间的管件上连接洗涤用水出水口（18），所述超滤处理系统（14）的出水口与饮用水出水口（19）连接。
7.根据权利要求1所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述活性炭过滤层（10）的滤芯为活性炭（11），所述树脂软化过滤层（12）的滤芯为钠离子交换树脂（13）。
8.根据权利要求1所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述预处理系统（2）为PP棉线圈（3），所述PP棉线圈（3）由缠绕在支撑骨架（4）上的PP棉构成，所述支撑骨架（4）为中空圆筒。
9.根据权利要求1所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述超滤处理系统（14）由UF中空纤维超滤膜（15）构成，所述超滤处理系统（14）的底部连接反冲洗阀（21）。
10.根据权利要求1-9任一项所述一种节能减排的农村分质供净水一体化系统，其特征在于，所述重金属离子处理系统（5）的底部两侧连接排污口（20）和反冲洗阀（21），所述重金属离子系统（5）与活性炭过滤层（10）之间的管件上还连接球阀（22）、排污口（20），所述活性炭过滤层（10）和树脂软化过滤层（12）之间的管件上还连接球阀（22）、排污口（20），所述树脂软化过滤层（12）与超滤处理系统（14）之间的管件上还连接球阀（22）、排污口（20）。
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