CN113522033A - 一种滤芯的自清洗方法、滤芯及水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滤芯的自清洗方法，其特征在于：获取水的TDS值x与滤芯的冲洗周期C1的关系C1＝f1(x)，在水的TDS值与滤芯的冲洗周期的关系的基础上，获取净水量对滤芯的冲洗周期的修正值k1以及获取水的COD值对滤芯的冲洗周期的修正值k2，获取滤芯的优化清洗周期计算公式C＝k1*k2*C1；滤芯工作过程中，根据获取滤芯的工作数据以计算滤芯的优化清洗周期C，按照滤芯的优化清洗周期C对滤芯进行自清洗。该滤芯的自清洗方法清洗效果好，延长了滤芯的寿命。本发明还涉及一种滤芯，包括壳体及嵌设在壳体内的至少一对电极片。该滤芯使用寿命长。本发明还涉及一种水处理装置，包括前述的滤芯，净水效果高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及滤芯技术领域，具体涉及一种滤芯的自清洗方法，本发明还涉及一种滤芯及应用有该滤芯的水处理装置。
背景技术
现在的净水机中使用的过滤滤芯有纳滤膜滤芯、RO滤芯等，为了提高滤芯的使用寿命，通常过滤系统会设置自动冲洗结构及功能，进而对滤芯进行定时的自动冲洗，冲洗周期及冲洗时间固定，如果滤芯使用到设定时间，则进行更换。在进行自动冲洗时通常只用水进行冲洗滤芯表面。如公开号为CN106823809A(申请号为201710240855.5)的中国发明专利申请《一种反渗透滤芯自清洗系统和方法以及净水机》，其中公开的自清洗方法即通过进水电磁阀和自吸式增压泵的共同作用，利用净水对反渗透滤芯进行自动清洗，有效降低RO滤芯两端的TDS差值。但是该过程仅用净水进行冲洗，水对滤芯膜上的离子结垢冲力有限，使得清洁效果很难得到有效的保证。
授权公告号为CN205042214U(申请号为201520733936.5)的中国实用新型专利《一种用于饮水机的净水装置》，其中公开的圆柱体状的滤芯，滤芯中间设有通孔，通孔内设有电极片，电极片的断面呈十字型，电极片与电源的正极连接，圆柱体状的滤芯外周设有电极环，电极环包围住滤芯，电极环与电源的负极连接，通孔底部连接有水管，水管的另一端连接储水式水泵，用于向滤芯中间的通孔内通入水，电极片和电极环采用铝合金制成，电极片的长度与滤芯的高度相同。该净水装置通过在滤芯内、外设置电极片和电极环，电极片和电极环之间通电，可以清理掉附着在滤芯上的杂质。通过电极片和电极环的作用提高对滤芯的清洁程度，但是现有技术中仍然采用固定周期进行的方式进行滤芯的自清洗。
由于全国水质分布复杂，而且随着滤芯的使用，膜的堵死情况也逐渐加重，所以采用固定的冲洗周期和固定的单次冲洗时间，并不能产生很好的效果。同时，随着膜的使用，不可避免膜的表面会堵塞，而且随着使用时间的增加，膜的堵塞速度也越来越快。进入滤芯的有机物的含量也不尽相同。随着膜的使用，膜表面会形成一种生物层，会使得膜两侧的压差升高，加强浓差极化现象，导致膜的寿命迅速减少。因此采用固定的自清洗周期以及每次采用固定的清洗时间无法保证膜的清洗效果，相应滤芯的使用寿命无法达到较长的时间。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够根据水质情况、滤芯的状态自动调整清洗周期的滤芯的自清洗方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够有效延长使用寿命的滤芯。
本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述现有技术提供一种净水效果好、使用寿命长的水处理装置。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种滤芯的自清洗方法，其特征在于：获取水的TDS值x与滤芯的冲洗周期C1的关系C1＝f1(x)，在水的TDS值与滤芯的冲洗周期的关系的基础上，获取净水量Q对滤芯的冲洗周期的修正值k1以及获取水的COD值y对滤芯的冲洗周期的修正值k2，获取滤芯的优化清洗周期计算公式C＝k1*k2*C1；
滤芯工作过程中，实时获取滤芯的中水的TDS值x、净水量Q、水的COD值y，进而根据按照C＝k1*k2*C1计算滤芯的优化清洗周期C，按照滤芯的优化清洗周期C对滤芯进行自清洗。
优选地，针对不同TDS值的水在相同净水量、相同COD值的条件下分别进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在相同净水量、相同COD值条件下的滤芯的第一冲洗周期值C1，进而获取C1与水的TDS值x的关系C1＝f1(x)；
对于各TDS值的水，在水的COD值相同的基础上，针对相同TDS值的水在不同净水量的条件下进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在不同净水量Q条件下的滤芯的第二冲洗周期C2，针对各TDS值的水，计算不同净水量Q下第二冲洗周期C2相对于第一冲洗周期值C1的变化系数k1，k1＝C2/C1，进而获取变化系数k1与净水量Q的关系k1＝f2(Q)；
对于各TDS值的水，在相同净水量的基础上，针对具有相同TDS值和不同COD值y的水进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在具有不同COD值y的条件下滤芯的第二冲洗周期C2，针对各TDS值的水，计算不同COD值y水的第三冲洗周期C3相对于第一冲洗周期值C1的变化系数k2，k1＝C3/C1，进而获取变化系数k2与水的COD值y的关系k2＝f3(y)；
获取滤芯的优化清洗周期计算公式C＝k1*k2*C1＝f2(Q)*f3(y)*f1(x)；
滤芯使用过程中，根据实时采集的滤芯的中水的TDS值x、净水量Q、水的COD值y，计算的滤芯的优化清洗周期C，按照滤芯的优化清洗周期对滤芯进行自清洗。
为了保证滤芯的自清洗效果，在滤芯的冲洗周期测试和实际工作过程中，在滤芯上施加电场促使水中离子进行运动的同时，向滤芯内通水冲洗。
优选地，在滤芯内沿周向嵌设至少一对电极片，对电极片通电并向滤芯内通水冲洗。
为了增加电场方向的多样化，提高对水中离子的驱动能力，所述滤芯内嵌设有至少两对电极片，对两对电极片交替通电。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种采用前述的滤芯的自清洗方法中的优化清洗周期进行自清洗的滤芯，包括壳体，其特征在于：还包括沿周向嵌设在壳体内且相对设置的至少一对电极片。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种采用前述的滤芯的自清洗方法中的优化清洗周期进行自清洗的滤芯，包括壳体，其特征在于：所述壳体的中心设置有与壳体底面相连接的安装柱，所述安装柱内嵌设有径向截面呈环形的第一电极片，所述壳体内沿周向嵌设有第二电极片。
优选地，所述第二电极片包括至少两个，各第二电极片沿周向均匀且间隔的嵌设在壳体内。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种水处理装置，包括控制电路板、连接在供水源和出水器之间的进水流道，所述进水流道上设置有上游净水组件和下游净水组件，其特征在于：所述进水流道上还设置有如权利要求7或8所述的滤芯，所述上游净水组件设置在滤芯的上游，所述进水流道上在上游净水组件和滤芯之间设置有与控制电路板电连接第一电磁阀和水泵；
所述下游净水组件设置在滤芯的下游，所述滤芯还通过管体与废水流道相连接，所述管体上设置能导通和关闭管体的第二电磁阀，所述第二电磁阀与控制电路板电连接。
优选地，所述上游净水组件包括沿水流方向依次设置的PP棉滤芯、活性炭滤芯；所述下游净水组件包括沿水流方向依次设置的活性炭滤芯、紫外杀菌灯。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的滤芯的自清洗方法，根据实际的水质情况(TDS值和COD值)及滤芯的净水量情况，自动调整冲洗周期，避免了自清洗频率过高，也避免了周期过程而导致滤芯结垢严重的情况，对滤芯的自清洗能力的提高具有针对性，能有效延长滤芯寿命。
本发明中的滤芯，通过电极片对滤芯施加电场，在水进行冲洗的同时，带走滤芯表面离子，增强冲洗效果，避免结垢。
本发明中的水处理装置，采用了具有电极片的滤芯，对滤芯的自冲洗效果好，相应提高了水处理装置的过滤效果，也延长了水处理装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中第一冲洗周期值C1与水的TDS值x的关系的拟合曲线图。
图2为本发明实施例中变化系数k1与净水量Q的关系的拟合曲线图。
图3为本发明实施例中变化系数k2与水的COD值y的关系的拟合曲线图。
图4为本发明实施例一中滤芯的剖视图。
图5为本发明实施例中水处理装置的结构示意图。
图6为本发明实施例二中滤芯的剖视图。
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。
实施例一
本实施例中的滤芯的自清洗方法为：
S1、获取水的TDS值x与滤芯的冲洗周期C1的关系C1＝f1(x)；具体地，针对不同TDS值的水在相同净水量、相同COD值的条件下分别进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在相同净水量、相同COD值条件下的滤芯的第一冲洗周期值C1，进而获取C1与水的TDS值x的关系C1＝f1(x)。
本实施例经过测试，利用获取的测试数据得到第一冲洗周期值C1与水的TDS值x的关系的拟合曲线如图1所示，进而获得C1与水的TDS值x的关系式为C1＝-1E-9x4+2E-6x3+0.018x+18，其中C1的单位为小时，x的单位为mg/L。
S2、在水的TDS值与滤芯的冲洗周期的关系的基础上，获取净水量对滤芯的冲洗周期的修正值k1以及获取水的COD值对滤芯的冲洗周期的修正值k2。
具体地，对于各TDS值的水，在水的COD值相同的基础上，针对相同TDS值的水在不同净水量的条件下进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在不同净水量Q条件下的滤芯的第二冲洗周期C2，针对各TDS值的水，计算不同净水量Q下第二冲洗周期C2相对于第一冲洗周期值C1的变化系数k1，k1＝C2/C1，进而获取变化系数k1与净水量Q的关系k1＝f2(Q)；
本实施例经过测试，利用获取的测试数据得到变化系数k1与净水量Q的关系的拟合曲线如图2所示，进而获得变化系数k1与净水量Q的关系式为k1＝-0.008*Q2+1，Q的单位为吨。
充分考虑滤芯使用过程中随着净水总量的增加，滤芯也越来越容易堵塞，将数据拟合后，修正冲洗周期时间；对于各TDS值的水，在相同净水量的基础上，针对具有相同TDS值和不同COD值y的水进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在具有不同COD值y的条件下滤芯的第二冲洗周期C2，针对各TDS值的水，计算不同COD值y水的第三冲洗周期C3相对于第一冲洗周期值C1的变化系数k2，k1＝C3/C1，进而获取变化系数k2与水的COD值y的关系k2＝f3(y)。
本实施例经过测试，利用获取的测试数据得到变化系数k2与水的COD值y的关系的拟合曲线如图3所示，进而获得变化系数k2与水的COD值y的关系式为k2＝2-0.4y，其中y的单位为mg/L。
S3、获取滤芯的优化清洗周期计算公式C＝k1*k2*C1，即C＝k1*k2*C1＝f2(Q)*f3(y)*f1(x)＝Q2*2-0.4y*(8E-13x4-1.6E-8x3+1.44E-4x+0.14)-1E-9x4+2E-6x3+0.018x+18；
S4、滤芯使用过程中，根据实时采集的滤芯的中水的TDS值x、净水量Q、水的COD值y，计算的滤芯的优化清洗周期C，按照滤芯的优化清洗周期对滤芯进行自清洗。
在滤芯的冲洗周期测试和实际工作过程中，在滤芯上施加电场促使水中离子进行运动的同时，向滤芯内通水冲洗，如此可以避免游离的金属离子在滤网进行结垢，降低冲洗难度，也提高了滤芯的冲洗效果。
本实施例中，在滤芯上施加电场的结构可以在滤芯内沿周向嵌设至少一对电极片，对电极片通电并向滤芯内通水冲洗，进行冲洗工作时，在电极片通电，进而在电极片产生的电场的作用加强对滤芯的清洁。
如图4所示，具体地，本实施例中的滤芯包括壳体1以及沿周向嵌设在壳体1内且相对设置的至少一对电极片2。根据需要可以设置至少两对电极片2，本实施例中，在壳体1内嵌设两对电极片2，即四片电极片，四片电极片2均匀间隔设置且两两相对设置。进行冲洗工作时，交替对两对电极片2进行通电，使得相对的两个电极片2之间形成电场，作用于滤芯的过滤膜上，促使滤芯上的金属离子发生运动，并在冲洗水的带动作用下排出，进而提高对滤芯的清洁程度，有限延长了滤芯的使用寿命。而交替导通两对电极片2可以改变作用在滤芯上的电场方向，从更多方向上对滤芯上的金属离子进行作用，使其自滤芯的过滤膜上脱落，避免在滤芯上进行结垢，清洁效果更好。
为了方便进行描述，本实施例中的两对电极片2分别命名为A1、A2、B1、B2，其中A1、A2相对设置，B1、B2相对设置。自动清洗时，对电极片A1施加电压V1＝0.15*φ*sin0.5t；对电极片A2施加电压V2＝0.15*φ*sin(0.5t+π)，其中φ为滤芯内两电极片2之间的径向距离，单位为mm。对电极A1-A2通电6s后，对电极B1-B2通电，即对电极片B1施加电压V1＝0.15*φ*sin0.5t；对电极片B2施加电压V2＝0.15*φ*sin(0.5t+π)，两对电极片2交替通电6s，通电两个循环，即每次冲洗持续24s。
本实施例中的滤芯的则按照前述的滤芯的优化清洗周期C自动进行自清洗工作，相应前述的滤芯的自清洗方法也采用该结构的滤芯进行测试，进而获取计算数据。
前述的每次清洗设定时长，按照优化后的清洗周期C每次清洗设定时长可有效保障滤芯的清洁程度，延长滤芯的使用寿命。
如图5所示，应用该滤芯的水处理装置则包括控制电路板、连接在供水源和出水器之间的进水流道5，出水器可以为水龙头、花洒等。进水流道5上沿进水方向依次设置有上游净水组件、前述具有电极片的滤芯100以及下游净水组件。本实施例中上游净水组件包括沿水流方向依次设置的PP棉滤芯201、活性炭滤芯202，其中PP棉滤芯用于对水中的棉絮物、大颗粒物进行初步的过滤，而活性炭滤芯则对水中的游离颗粒物以及异味分子水锈进行过滤。
进水流道上在上游净水组件和滤芯100之间设置有与控制电路板电连接第一电磁阀6、水泵7以及TDS传感器9。第一电磁阀6实现进水流道5的导通与否，水泵7用于为进水流道5内的进水提供动力，第一电磁阀6、水泵7均在控制电路板的控制下进行动作，而TDS传感器9则用于检测进水流道5内水的TDS值，以供控制电路板获取以实现控制。
下游净水组件包括沿水流方向依次设置的活性炭滤芯203、紫外杀菌灯204，紫外杀菌灯204根据需要与控制电路板电连接。如果紫外杀毒灯204不与控制电路板电连接，则在紫外杀毒灯204上设置开关，如果紫外杀毒灯204与控制电路板电连接，则在控制电路板的控制进行开关动作。活性炭滤芯203对水中的游离颗粒物进行进一步的过滤，而紫外杀菌灯204对水中滋生的细菌进行杀菌处理。为了避免进水流道5内留存的水在下游净水组件内滋生细菌，可以定时对下游净水组件进行冲洗，如此可以设置下游净水组件的冲洗流道300，该冲洗流道300一端连接进水流道5位于紫外杀菌灯204下游的位置处，另一端与外部的废水流道相连接，在冲洗流道300上还可以设置与控制电路板电连接的第三电磁阀301以及第一逆止阀302。
具有电极片的滤芯100的底部还可以通过管体101与外部的废水流道相连接，管体101上设置能导通和关闭管体的第二电磁阀8，第二电磁阀8与控制电路板电连接。管体101上还可以设置第二逆止阀102避免废水流道内的废水回流。
进行下游净水组件的冲洗时，控制打开第一电磁阀6、第三电磁阀301，关闭第二电磁阀8，进行滤芯100的冲洗时，控制打开第一电磁阀6、第二电磁阀8，关闭第三电磁阀301。
实施例二
如图6所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：本实施例中的滤芯，在壳体1的中心沿壳体1的轴线设置有与壳体底面相连接的安装柱11，该安装柱11的长度与壳体1的长度相同，在安装柱11内嵌设径向截面呈环形的第一电极片3，在壳体1内沿周向嵌设有第二电极片4。第二电极片4包括可以包括至少两个，各第二电极片4沿周向均匀且间隔的嵌设在壳体1内。本实施例中的第二电极片4设置有四片，两两相对设置，工作时，第一电极片3和其中一组相对的两个第二电极片4同时通电工作，间隔设定的时间周期，则控制该组相对的两个第二电极片4停止供电，另外一组相对的两个第二电极片4通电工作，如此能够使得作用在冲洗水上的电场方向发生变化，更全方位的实现对滤芯上的离子进行作用，提高对滤芯的清洁程度,长时间保持滤芯的高效过滤。
自动清洗时，对一组第二电极片4施加电压U1(t)，对另一组第二电极片4施加电压U2(t)，对第一电极片3施加电压U3(t+4)，即第一电极,3的电压相位落后第二电极片4四秒。自动冲洗启动后，会进行2个通电周期的冲洗，每个通电周期16s，通电周期内，每个周期中0-8s第一电极片3和一组第二电极片4同时通电4s，另一组第二电极片不通电；8-16s第一电极片3和另一组第二电极片4通电4s，一组第二电极片4不通电。
Claims (10)
1.一种滤芯的自清洗方法，其特征在于：获取水的TDS值x与滤芯的冲洗周期C1的关系C1＝f1(x)，在水的TDS值与滤芯的冲洗周期的关系的基础上，获取净水量Q对滤芯的冲洗周期的修正值k1以及获取水的COD值y对滤芯的冲洗周期的修正值k2，获取滤芯的优化清洗周期计算公式C＝k1*k2*C1；
滤芯工作过程中，实时获取滤芯的中水的TDS值x、净水量Q、水的COD值y，进而根据按照C＝k1*k2*C1计算滤芯的优化清洗周期C，按照滤芯的优化清洗周期C对滤芯进行自清洗。
2.根据权利要求1所述的滤芯的自清洗方法，其特征在于：针对不同TDS值的水在相同净水量、相同COD值的条件下分别进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在相同净水量、相同COD值条件下的滤芯的第一冲洗周期值C1，进而获取C1与水的TDS值x的关系C1＝f1(x)；
对于各TDS值的水，在水的COD值相同的基础上，针对相同TDS值的水在不同净水量的条件下进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在不同净水量Q条件下的滤芯的第二冲洗周期C2，针对各TDS值的水，计算不同净水量Q下第二冲洗周期C2相对于第一冲洗周期值C1的变化系数k1，k1＝C2/C1，进而获取变化系数k1与净水量Q的关系k1＝f2(Q)；
对于各TDS值的水，在相同净水量的基础上，针对具有相同TDS值和不同COD值y的水进行滤芯的冲洗周期测试，进而获取各TDS值的水在具有不同COD值y的条件下滤芯的第二冲洗周期C2，针对各TDS值的水，计算不同COD值y水的第三冲洗周期C3相对于第一冲洗周期值C1的变化系数k2，k1＝C3/C1，进而获取变化系数k2与水的COD值y的关系k2＝f3(y)；
获取滤芯的优化清洗周期计算公式C＝k1*k2*C1＝f2(Q)*f3(y)*f1(x)；
滤芯使用过程中，根据实时采集的滤芯的中水的TDS值x、净水量Q、水的COD值y，计算的滤芯的优化清洗周期C，按照滤芯的优化清洗周期对滤芯进行自清洗。
3.根据权利要求1或2所述的滤芯的自清洗方法，其特征在于：在滤芯的冲洗周期测试和实际工作过程中，在滤芯上施加电场促使水中离子进行运动的同时，向滤芯内通水冲洗。
4.根据权利要求3所述的滤芯的自清洗方法，其特征在于：在滤芯内沿周向嵌设至少一对电极片，对电极片通电并向滤芯内通水冲洗。
5.根据权利要求4所述的滤芯的自清洗方法，其特征在于：所述滤芯内嵌设有至少两对电极片，对两对电极片交替通电。
6.一种采用权利要求1至5任一权利要求所述的滤芯的自清洗方法中的优化清洗周期进行自清洗的滤芯，包括壳体(1)，其特征在于：还包括沿周向嵌设在壳体(1)内且相对设置的至少一对电极片(2)。
7.一种采用权利要求1至5任一权利要求所述的滤芯的自清洗方法中的优化清洗周期进行自清洗的滤芯，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)的中心设置有与壳体(1)底面相连接的安装柱(11)，所述安装柱(11)内嵌设有径向截面呈环形的第一电极片(3)，所述壳体(1)内沿周向嵌设有第二电极片(4)。
8.根据权利要求7所述的滤芯，其特征在于：所述第二电极片(4)包括至少两个，各第二电极片(4)沿周向均匀且间隔的嵌设在壳体(1)内。
9.一种水处理装置，包括控制电路板、连接在供水源和出水器之间的进水流道(5)，所述进水流道(5)上设置有上游净水组件和下游净水组件，其特征在于：所述进水流道上还设置有如权利要求7或8所述的滤芯(100)，所述上游净水组件设置在滤芯(100)的上游，所述进水流道(5)上在上游净水组件和滤芯(100)之间设置有与控制电路板电连接第一电磁阀(6)和水泵(7)；
所述下游净水组件设置在滤芯(100)的下游，所述滤芯(100)还通过管体(101)与废水流道相连接，所述管体(101)上设置能导通和关闭管体的第二电磁阀(8)，所述第二电磁阀(8)与控制电路板电连接。
10.根据权利要求9所述的水处理装置，其特征在于：所述上游净水组件包括沿水流方向依次设置的PP棉滤芯(201)、活性炭滤芯(202)；所述下游净水组件包括沿水流方向依次设置的活性炭滤芯(203)、紫外杀菌灯(204)。
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