CN110092495A - 虹吸式复合过滤组件及净水装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及饮用水处理技术领域，尤其是一种虹吸式复合过滤组件及净水装置，包括自外而内依次为紧密复合成虹吸压管状结构的网筛式外防护层、微滤层、碳纤维吸附层、网栅式内支撑层和超滤层，微滤层和超滤层均为超亲水材料，超滤层为内孔径大于外孔径的梯度孔径结构，端部安装有仅限超滤层出水的出水端口，该虹吸式复合过滤组件内置于净水装置箱体的液面下方，箱体高度为虹吸式复合过滤组件外径3～10倍，箱体内液面高度为虹吸式复合过滤组件外径2～8倍。本发明的虹吸式复合过滤组件通过形成多层紧密梯度过渡的虹吸压结构，在无需外部能源驱动的情况下对水体进行多重处理，其组成的净水装置可避免过滤结构表面形成过于紧密的滤饼层，稳定性高。

Description

虹吸式复合过滤组件及净水装置

技术领域

本发明涉及饮用水处理技术领域，尤其是一种虹吸式复合过滤组件及由该过滤结构组成的净水装置。

背景技术

由于受到人类活动的影响，地表水、地下水和雨水大多存在不同程度的水体污染，不经过深度净化处理无法直接饮用，优质的天然水源可遇不可求。尤其在极端恶劣环境中(如高原、高寒、高盐、高湿度或一些突发情况下)，人们往往只能就地取水，而这些水源大多存在细菌菌落总数过量、藻类、虫卵、微生物等超标水质问题，严重威胁广大人民群众的身体健康。另外，用水问题同样也是我国军人长期需要面临的突出问题，部队在跨地区执行任务时，往往要迅速集结大量人员，而离开营区后，可供大量人员饮用的水源非常有限。例如，2014年云南鲁甸地震，曾出现救灾官兵只能用浑水煮泡面的情况。因此，对于没有电力供应、经济条件差和成本要求低的欠发达地区或野外特殊环境，有必要开发无需电力供能的净化水装备以解决应急饮用水健康安全问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有净水装置需要电力供能，无法在户外环境长时间过滤水源的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种虹吸式复合过滤组件，包括平均孔径处于毫米级的网筛式外防护层和网栅式内支撑层、孔径处于微米级的微滤层和碳纤维吸附层以及孔径处于纳米级的超滤层，微滤层的平均孔径尺寸大于碳纤维吸附层的平均孔径尺寸，微滤层和超滤层均为超亲水材料，超滤层为内孔径尺寸大于外孔径尺寸的梯度孔径结构，网筛式外防护层、微滤层、碳纤维吸附层、网栅式内支撑层和超滤层自外而内依次为相互紧密复合成具有虹吸压差的管状结构，管状结构的端部安装有仅限超滤层出水的出水端口。

作为优选，网栅式内支撑层的材质可以为PVC、ABS、PP或PE中的一种或多种，网栅式内支撑层的平均孔径尺寸在1～20mm之间。

作为优选，网筛式外防护层的材质可以为PVC、ABS、PP或PE中的一种或多种，网筛式外防护层的平均孔径尺寸在1～20mm之间。

作为优选，所述微滤层的材质为超亲水PP棉，微滤层的平均孔径尺寸在2～200μm之间。

作为优选，碳纤维吸附层由直径范围在1～100μm之间的抗菌改性碳纤维复合而成，碳纤维吸附层的孔隙孔径为在1～50μm之间，孔隙率为40～90％。

作为优选，超滤层可以为聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯或聚丙烯腈中的一种或多种，所述超滤层的外孔径尺寸在0.01～1.0μm之间，内孔径尺寸与外孔径尺寸之比在10:1～200:1之间，孔隙率在40～80％之间，纯水通量不小于4000L·m^-2·h^-1。

本发明还提供一种净水装置，包括箱体以及上述的虹吸式复合过滤组件，虹吸式复合过滤组件内置于箱体的液面下方，箱体一侧设有对应于上述出水端口的出水阀。

作为优选，箱体的一侧设有用于控制箱体内液位范围的液位控制阀，液位控制阀设有用于检测液位的浮子。

进一步的，浮子的高度范围是虹吸式复合过滤组件外径2～8倍。

作为优选，箱体的底部设有用于排出剩余污物的排污阀。

本发明的有益效果：

(1)过滤结构自外至内的孔径由毫米级、微米级到纳米级的逐步缩小，形成紧密梯度过渡的虹吸压结构，待过滤水源受虹吸效应驱动自动进入过滤结构内部，无需外部能源或电力驱动，即可对水体进行多重吸附-过滤处理；

(2)优化设计水箱高度、水位高度与滤组件外径比值，在保障净化过滤效率和供水量的同时，避免过滤结构表面形成过于紧密厚实的滤饼层，大幅减少装备的清洗、维护频次，提高过滤结构稳定性。

附图说明

图1：本发明虹吸式复合过滤组件的结构示意图。

图2：本发明净水装置的结构示意图。

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晰，下面将结合实施例和附图，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，不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种虹吸式复合过滤组件，请参照图1所示，虹吸式复合过滤组件包括平均孔径处于毫米级的网筛式外防护层1和网栅式内支撑层4、孔径处于微米级的微滤层2和碳纤维吸附层3以及孔径处于纳米级的超滤层5，微滤层2的平均孔径尺寸大于碳纤维吸附层3的平均孔径尺寸，微滤层2和超滤层5均为超亲水材料，超滤层5为内孔径尺寸大于外孔径尺寸的梯度孔径结构，网筛式外防护层1、微滤层2、碳纤维吸附层3、网栅式内支撑层4和超滤层5自外而内依次为相互紧密复合成具有虹吸压差的管状结构，管状结构的一端安装有出水端口6，该出水端口6仅限超滤层5出水并阻挡其他层的水源从侧部漏出。

上述虹吸式复合过滤组件通常用于净水装置内，现有净水装置在对水体进行过滤的过程中，净水装置内的过滤材料表面不可避免会发生截留沉积和水体污染物自然沉降等现象，从而形成滤饼层，滤饼层的厚实度或紧密度与过滤材料表面受到的水位压力成正比，滤饼层的厚实度和紧密度对过滤材料的过滤效果与效率产生显著的影响，因此，净水装置的结构和过滤材料在净水装置内的位置均需要严谨设置。

请参照图2所示(图2中X为虹吸式复合过滤组件)，本发明提供一种用于防止滤饼层过于厚实或紧密的净水装置，包括箱体以及上述的虹吸式复合过滤组件，该虹吸式复合过滤组件内置于箱体的液面下方，箱体一侧设有对应于上述出水端口6的出水阀7，可选的，出水阀7表侧设有固定法兰，箱体的底部设有用于排出剩余污物的排污阀9。箱体的一侧设有用于控制箱体内液位范围的液位控制阀8，液位控制阀8设有用于检测液位的浮子81，浮子81的高度范围是虹吸式复合过滤组件外径2～8倍。具体地，浮子81的高度范围反映了箱体内的液位范围，箱体内液位范围优选为虹吸式复合过滤组件外径2～8倍，原因在于当液位低于虹吸式复合过滤组件外径2倍时，虹吸性能减弱，导致虹吸出水量小，当液位高于虹吸式复合过滤组件外径8倍时，水中压强容易导致水中杂质形成紧密的滤饼层。

净化装备的净水过程具体为：待过滤水源经过液位控制阀8进入箱体，水箱中储水水位由液位控制阀8进行自动开关控制，安置在箱体内液面以下的虹吸式复合过滤组件由于其由外至内孔径梯度逐渐变小而形成天然的的虹吸压差，箱体内待过滤水源受虹吸压差作用实现自发驱动过滤效果，经虹吸式复合过滤组件的多次深度吸附和过滤，净化水从出水阀7水口流出供人取用；安置在桶式水箱锥形底部的排污控制阀用于定期清洗排出水箱长期截流、沉淀的污染物。其中，液位控制阀8通过自带的浮子81检测箱体内的实时液位情况，液位控制阀8可以设定浮子81的最低液面高度，当浮子81的实时高度低于最低液面高度时，液面控制阀打开，引入外部水源。

下面结合实际应用设计，对本发明内容作进一步证明。

实施例一

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表1：

表1

实施例二

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表2：

表2

实施例三

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表3：

表3

实施例四

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表4：

表4

实施例五

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表5：

表5

实施例六

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表6：

表6

实施例七

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表7：

表7

实施例八

虹吸式复合过滤组件各层及箱体的材料和参数设定如下表8：

表8

实施例1-8的过滤效果如表9所示，此处评定过滤效果具体包括单位膜面积的滤水通量、滤水中有机溶出物COD和细菌截留率三个参数，其中，

1、虹吸式复合过滤组件单位膜面积纯水通量的测定：环境温度25℃，测试时保持水位在组件上方0.5米，测试组件60min内的出水量，换算成单位膜面积出水量，单位：L/m².h。

2、有机溶出物COD的测定：环境温度25℃，过滤结构浸泡纯水中30分钟，过滤出水有机溶出物增量，测试标准：GB/T5750.7-2006《生活饮用水标准检验方法有机物综合指标》

3、细菌截留率的测定：

测定公式：R＝100％×(B－A)/B

式中：R为细菌菌落减少百分率；

B为空白样中的菌落个数；

A为测试样中的菌落个数。

4、滤饼层含水率(％)可以反映过滤组件表面污堵层紧密、疏松程度。

测定公式：W＝100％×(C-D)/D

式中：W滤饼层含水率(％)；

C为含水滤饼总质量；

D为完全干燥脱水滤饼总质量。

表9

参照表9可知，一般情况下，每平方米截面的过滤结构每小时内至少可以处理大约110升待过滤水，有机溶出物COD可以控制在0.9～1.5ppm之间，且细菌截留率达到99.9999％，滤饼层含水率均在70％以上，因此，滤出水均可达到安全饮用标准，滤饼层紧密程度均比对比例滤饼层的紧密程度小。

与现有技术相比，本发明提供的虹吸式复合过滤组件以虹吸原理为基础，通过形成多层紧密梯度过渡的虹吸压结构，在无需外部能源或电力驱动的情况下对水体进行多重吸附-过滤处理，其组成的净水装置经过优化设计，避免过滤结构表面形成过于紧密厚实的滤饼层，滤饼层含水率均可达到70％以上，过滤组件表面污堵层较为疏松，长期出水稳定性高，具有显著的进步意义。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种虹吸式复合过滤组件，其特征在于，包括平均孔径尺寸处于毫米级的网筛式外防护层和网栅式内支撑层、孔径尺寸处于微米级的微滤层和碳纤维吸附层以及孔径尺寸处于纳米级的超滤层，微滤层和超滤层均为超亲水材料，超滤层为内孔径尺寸大于外孔径尺寸的梯度孔径结构，所述网筛式外防护层、微滤层、碳纤维吸附层、网栅式内支撑层和超滤层自外至内依次紧密复合成具有虹吸压差的管状结构，虹吸式复合过滤组件的端部安装有仅限超滤层出水的出水端口。

2.根据权利要求1所述的虹吸式复合过滤组件，其特征在于，所述网栅式内支撑层的材质可以为PVC、ABS、PP或PE中的一种或多种，网栅式内支撑层的平均孔径尺寸在1～20mm之间。

3.根据权利要求1所述的虹吸式复合过滤组件，其特征在于，所述网筛式外防护层的材质可以为PVC、ABS、PP或PE中的一种或多种，网筛式外防护层的平均孔径尺寸在1～20mm之间。

4.根据权利要求1所述的虹吸式复合过滤组件，其特征在于，所述微滤层的材质为超亲水PP棉，微滤层的平均孔径尺寸在2～200μm之间。

5.根据权利要求1所述的虹吸式复合过滤组件，其特征在于，所述碳纤维吸附层由直径范围在1～100μm之间的抗菌改性碳纤维复合而成，碳纤维吸附层的孔隙孔径为在1～50μm之间，孔隙率为40～90％。

6.根据权利要求1所述的虹吸式复合过滤组件，其特征在于，所述超滤层可以为聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯或聚丙烯腈中的一种或多种，所述超滤层的外孔径尺寸在0.01～1.0μm之间，内孔径尺寸与外孔径尺寸之比在10:1～200:1之间，孔隙率在40～80％之间，纯水通量不小于4000L·m^-2·h^-1。

7.一种净水装置，包括箱体和由权利要求1-6任意一项所述的虹吸式复合过滤组件，其特征在于，所述虹吸式复合过滤组件内置于箱体的液面下方，箱体一侧设有对应于所述出水端口的出水阀。

8.根据权利要求7所述的净水装置，其特征在于，所述箱体的一侧设有用于控制箱体内液位范围的液位控制阀，液位控制阀设有用于检测液位的浮子。

9.根据权利要求8所述的净水装置，其特征在于，所述浮子的高度范围是虹吸式复合过滤组件外径2～8倍。

10.根据权利要求7所述的净水装置，其特征在于，所述箱体的底部设有用于排出剩余污物的排污阀。