CN109987755B - 一种水过滤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水过滤系统，包括位于前端的前过滤装置，其特征在于：还包括设置在前过滤装置后方的重金属离子分离装置，该重金属离子分离装置包括分离流道、分离电场正极片、分离电场负极片；分离流道的出口设有N块与分离电场正极片平行间隔设置的分流隔板；将位于最中间的一个分流子出口或位于最中间两个分流子出口中任一个分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水，并检测其TDS值。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置重金属离子分离装置，对最有可能含有重金属离子的分流水进行检测，如果分流水中含有重金属离子，则将该部分分流水作为水过滤系统的废水强制排除。
Description
技术领域
本发明涉及一种水过滤系统。
背景技术
目前净水机的水处理方式主要是依靠膜的形式进行处理，一种膜依靠过滤的方式把污染物截留，如PP棉、活性炭等，另一种膜是过滤后分流，如反渗透、超滤等，把一部分过滤后的水作为净化后的水排出，另外一部分就带着污染物作为废水排出。净水机一般都是通过分多级过滤来完成整个水净化的过程。目前市场上主要的核心过滤膜分为超滤、反渗透这两种膜。超滤膜可以保留水中的矿物质但不能过滤水中的重金属离子，反渗透膜可以过滤掉绝大部分的离子，但没有矿物质离子，变成了或接近纯净水。有部分在使用纳滤，保留一定矿物质离子，但又可以过滤掉大部分重金属离子。但无论是哪一种膜，均具有如下几个共同的特性：
1、过滤的效果是固定的，即膜的孔径决定了膜的过滤效果，而膜一旦成型，也就固定了过滤的孔径，不能适应不同的场合；
2、膜的过滤效果随着膜使用时间会长，效率变得低，孔径变小，随着使用时间加长，可能还会堵塞，最后还可能导致膜失效，需要更换膜；
3、膜是通过微孔过滤的，微孔会形成一定的水阻，孔径越小、水阻越大，一般而言，反渗透膜能过滤全部的离子，形成纯净水，孔径最小，因而水阻也最大，反渗透净水机一般都需要增压泵对进水口进行增压，才能保证一定的出水量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能检测水中重金属离子含量并能将重金属离子进行分离排除的水过滤系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水过滤系统，包括位于前端的用于过滤不溶性杂质的前过滤装置，其特征在于：还包括设置在前过滤装置后方的重金属离子分离装置，该重金属离子分离装置包括
分离流道，分离流道具有入口和出口；
分离电场正极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与外部稳压电源的正极连接；
分离电场负极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与外部稳压电源的负极连接；
分离流道的入口设置在靠近分离电场负极片的前端部处；
分离电场正极片后端部和分离电场负极片后端部之间形成所述分离流道的出口，且分离流道的出口设有N块平行间隔设置的分流隔板，从而将分离流道的出口分为N+1个分流子出口，N的取值为大于等于2的自然数；
将位于最中间的一个分流子出口或位于最中间两个分流子出口中任一个分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水；
所述水过滤系统还包括用于检测第一出水中TDS值的TDS传感器，如果TDS传感器检测到的TDS值小于等于预设阈值，则将第一出水和第二出水混合后作为水过滤系统的正常出水；当TDS传感器检测到的TDS值大于预设阈值时，将第一出水作为水过滤系统的废水，将第二出水作为水过滤系统的正常出水。
N块分流隔板之间的距离可以相同，即N块分流隔板将分离流道的出口分为N+1个大小相同的分流子出口。
N块分流隔板之间的距离也可以不同，作为优选，所述N＝2，其中第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：
的范围为1/45～1/40；将从第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余两个分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水。这样，如果水中含有银离子、镉离子、钡离子、汞离子、铅离子等比荷在1/15～1/8至1/45～1/40之间的金属阳离子，则通过第一出水的TDS值就能检测到，如果TDS值大于预设阈值时，将第一出水作为净水器的废水，将第二出水作为净水器的正常出水。
作为另一种优选，所述N＝3，其中第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；/>的范围为1/15～1/8；第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：/>的范围为1/28～1/20；第三块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：
的范围为：1/45～1/40，将从第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余三个分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水。这样，汞离子、铅离子等比荷在1/28～1/20至1/45～1/40之间的金属阳离子，则通过第一出水的TDS值就能检测到，如果TDS值大于预设阈值时，将第一出水作为净水器的废水，将第二出水作为净水器的正常出水。
考虑到附集电场和分离电场的电压过大时，容易导致水的电解，为了不至于使水电解，所述外部稳压电源正负极之间的电压小于等于2V。
较好的，分离电场正极片长度相同。
作为改进，所述前过滤装置包括滤芯为PP棉的一级过滤单元，滤芯为活性炭的二级过滤单元，以及滤芯为超滤膜的三级过滤单元；一级过滤单元的入口与水过滤系统的进水口连通，一级过滤单元的出口与二级过滤单元的入口连通，二级过滤单元的出口与三级过滤单元的入口连通，三级过滤单元的出口与重金属离子分离装置中分离流道的入口连通。
再改进，所述三级过滤单元的出口与重金属离子分离装置中分离流道的入口之间设有流量计。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置重金属离子检测分离装置，将水中比荷不同的阳离子进行分离分流，再根据重金属离子比荷，对最有可能含有重金属的一个分流子出口的水进行TDS值检测，可以准确有效检测到水中是否含有重金属离子，如果含有重金属，还可以将该部分分流水作为废水强制排出，如果不含有重金属，则作为正常水流出。
附图说明
图1为本发明实施例一中净水器的过滤系统原理图。
图2为本发明实施例一中重金属离子检测分离装置的示意图。
图3为本发明实施例二中重金属离子检测分离装置的示意图。
图4为本发明实施例三中重金属离子检测分离装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示的水过滤系统，包括位于前端的前过滤装置，和设置在前过滤装置后方的重金属离子检测分离装置。所述前过滤装置包括滤芯为PP棉的一级过滤单元7，滤芯为活性炭的二级过滤单元8，以及滤芯为超滤膜的三级过滤单元9；一级过滤单元的入口与水过滤系统的进水口连通，一级过滤单元的出口与二级过滤单元的入口连通，二级过滤单元的出口与三级过滤单元的入口连通，三级过滤单元的出口与重金属离子检测分离装置中分离流道的入口连通；三级过滤单元的出口与重金属离子检测分离装置中分离流道的入口之间设有流量计10。
本实施例中，重金属离子检测分离装置包括，参见图2所示
分离流道1，分离流道具有入口和出口；
分离电场正极片2，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与外部稳压电源的正极连接；
分离电场负极片3，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与外部稳压电源的负极连接；分离电场负极片长度与分离电场正极片长度相同；
分离流道的入口设置在靠近分离电场负极片的前端部处；
分离电场正极片后端部和分离电场负极片后端部之间形成所述分离流道的出口，且分离流道的出口设有N块与分离电场正极片平行间隔设置的分流隔板6，从而将分离流道的出口分为N+1个分流子出口，N的取值为大于等于2的自然数；
将位于最中间的一个分流子出口或位于最中间两个分流子出口中任一个分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水；
所述水过滤系统还包括用于检测第一出水中TDS值的TDS传感器，如果TDS传感器检测到的TDS值小于等于预设阈值，则将第一出水和第二出水混合后作为水过滤系统的正常出水；当TDS传感器检测到的TDS值大于预设阈值时，将第一出水作为水过滤系统的废水，将第二出水作为水过滤系统的正常出水。
本实施例中，N＝3，将自分离电场负极片至分离电场正极片之间的分流隔板依次记为第一块分流隔板、第二块分流隔板、第三块分流隔板，将从第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水作为水过滤系统的的第一出水；将从其余分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水。
重金属离子分离装置的工作原理为：
水自分离流道的入口进入，在分离电场的作用下，水中的正离子向分离电场负极片移动，水中的负离子向在分离电场正极片移动。考虑过高电压容易导致水的电解，因此优先考虑输入的分离电场电压不能过大，一般应该低于2V以下。相同的电场对不同的离子迁移能力是不同的，主要是根据不同的荷电比来决定，在相同均匀电场下，离子在水流的带动下进入分离电场，分离流道的入口设置在靠近分离电场负极片的前端部处，使得所有阳离子的初始条件一致，在分离电场的作用下，水中的不同离子会在分离电场的作用下进行迁移，负离子向分离电场正极片运动，阳离子会向分离电场负极片运动，由于不同的离子具有不同的电荷和不同的原子量，正常水中主要的阳离子大部分为钙(Ca2+\原子量为20)、镁(Mg2+\离子原子量为20)、钠(Na+\原子量为11)，还有其他一些微量的阳离子；但对于一些污染的水中，特别是重金属污染的水中，包含了大量的重金属离子，如铅(Pb2+\原子量为82)、汞(Hg2+\原子量为80)、银(Ag2+\原子量为47)、钡(Ba2+\原子量为56)、镉(Cd2+\原子量为48)等。不同的离子具有不同的比荷，如钙离子比荷为2/20,镉离子为2/48，铅离子为2/82，因此重金属离子的比荷相对比较小，特别是铅、汞等，而一般水中常见的阳离子如钙镁钠等比荷相对比较大。因此，在相同的分离电场、相同初速度情况下，不同比荷的离子移动的距离关系与比荷比成比例关系，即移动的距离与q/m相关，相同电场下，比荷大的阳离子移动速度快，比荷小的阳离子移动速度慢；特别是重金属离子由于比荷比较小，移动速度慢；通过出水口的分流槽，对水进行分流，从而可以对水中不同的阴阳离子进行分离，通过将从第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余三个分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水；第一出水是最有可能含有重金属离子的分流水，通过检测第一出水的TDS值，就可以将大部分重金属离子检测出来，并进行分离。
实施例二
与实施例一不同的是，三块分流隔板并非均匀间隔分布，参见图3所示，其中
第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；/>的范围为1/15～1/8；这样，钙离子、钠离子等比荷在0至1/15～1/8之间的金属阳离子就可以从第一块分流隔板与分离流道内壁之间形成的分流子出口流出；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：的范围为1/28～1/20；这样，银离子、镉离子等比荷在1/15～1/8至1/28～1/20之间的金属阳离子就可以从第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口流出；
第三块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：的范围为：1/45～1/40；这样，钡离子、铅离子、汞离子等比荷在1/28～1/20至1/45～1/40之间的金属阳离子就可以从第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口流出。
此时，将从第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水，能更精确有效地检测并排除水中含有的重金属离子。
实施例三
与实施例二不同的是，分流隔板设有二块，参见图4所示，其中：第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：
的范围为1/45～1/40。
此时，将从第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水过滤系统的废水，也能较精确有效地检测并排除水中含有的重金属离子。
Claims (5)
1.一种水过滤系统，包括位于前端的用于过滤不溶性杂质的前过滤装置，其特征在于：还包括设置在前过滤装置后方的重金属离子分离装置，该重金属离子分离装置包括
分离流道，分离流道具有入口和出口；
分离电场正极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与外部稳压电源的正极连接；
分离电场负极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与外部稳压电源的负极连接；
所述分离电场负极片长度与分离电场正极片长度相同；
分离流道的入口设置在靠近分离电场负极片的前端部处；
分离电场正极片后端部和分离电场负极片后端部之间形成所述分离流道的出口，且分离流道的出口设有N块平行间隔设置的分流隔板，从而将分离流道的出口分为N+1个分流子出口，N的取值为大于等于2的自然数；
将位于最中间的一个分流子出口或位于最中间两个分流子出口中任一个分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水；
所述水过滤系统还包括用于检测第一出水中TDS值的TDS传感器，如果TDS传感器检测到的TDS值小于等于预设阈值，则将第一出水和第二出水混合后作为水过滤系统的正常出水；当TDS传感器检测到的TDS值大于预设阈值时，将第一出水作为水过滤系统的废水，将第二出水作为水过滤系统的正常出水；
所述N＝2，其中第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：
其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；/>的范围为1/15～1/8；第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：/> 的范围为1/45～1/40；将从第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余两个分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水。
2.根据权利要求1所述的水过滤系统，其特征在于：所述N＝3，其中第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：
的范围为1/28～1/20；第三块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：/> 的范围为：1/45～1/40，将从第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口流出的水作为水过滤系统的第一出水；将从其余三个分流子出口流出的水进行混合，作为水过滤系统的第二出水。
3.根据权利要求1所述的水过滤系统，其特征在于：所述外部稳压电源正负极之间的电压小于等于2V。
4.根据权利要求1或2或3所述的水过滤系统，其特征在于：所述前过滤装置包括滤芯为PP棉的一级过滤单元，滤芯为活性炭的二级过滤单元，以及滤芯为超滤膜的三级过滤单元；一级过滤单元的入口与水过滤系统的进水口连通，一级过滤单元的出口与二级过滤单元的入口连通，二级过滤单元的出口与三级过滤单元的入口连通，三级过滤单元的出口与重金属离子分离装置中分离流道的入口连通。
5.根据权利要求4所述的水过滤系统，其特征在于：所述三级过滤单元的出口与重金属离子分离装置中分离流道的入口之间设有流量计。
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