CN211813838U - 一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，属于饮用水处理技术领域。该净水反应器包括进出水部和除氟部；所述除氟部包括外壳体、第一砂芯、螺旋反应器和第二砂芯，螺旋反应器包括支撑杆、内螺旋板、反应器内壳、外螺旋板；支撑杆、内螺旋板和反应器内壳之间形成螺旋结构的内螺旋通道，反应器内壳、外螺旋板和外壳体之间形成螺旋结构的外螺旋通道，内螺旋通道和外螺旋通道中装有净水填料；进出水部上设置有进水管和出水管，进水管上设置有水泵，出水管上设置有出水阀。本实用新型的净水反应器能够增加水与复合纳米填料的接触时间，提高反应程度，从而提高除氟深度，并且填料利用率高，体积小，便于拆卸，易于普及和推广。

Description

一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器

技术领域

本实用新型属于饮用水处理技术领域，具体涉及一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器。

背景技术

在我国，除上海以外，其他几乎每一个省都存在着氟中毒的问题。中国氟中毒分成饮水型、燃煤型和饮茶型三种类型，其中，饮水型氟中毒是最为广泛且严重的问题，当区域地质层中为高氟矿石时，饮用水中氟含量一般就会超标。长期摄入氟含量超标的水会引起不可逆转的氟斑牙、氟骨病等问题，对身体造成严重损伤。据统计，全国氟中毒地区人口约有四个多亿，其中氟斑牙患者有一亿多人，氟骨症患者有三四千万人。

然而，目前集中式供水中少有针对性去除氟污染的工艺，较为常见的是通过混凝沉淀法去除。但由于氟离子水合能大且受沉淀溶度积常数限制，难以对氟离子进行深度去除，这就对集中式供水的末端处理提出了极高的要求。但目前市场上大多数的末端饮用水净水设备主要采用的水处理工艺，一种为无选择性、全吸附的活性炭，其难以对污染物做出有效的筛分，难以针对性的降低氟浓度，因而去除效果不理想。另一种为直通内压式的膜结构，以反渗透技术为代表，通过制造压差使得水从污染物浓度高的一侧向浓度低的一侧渗透。其优点是处理深度高，但膜容易被污染堵塞，需要多步骤的前处理，工序繁琐；如果水压过大会造成净水器漏水，降低净水器使用寿命；产水率低。最重要的一点是此类的整机净水器价格高昂，在处理微污染进水时，会因某类污染物浓度过高而导致相应部件快速失效，无法针对性的解决氟污染问题且需要整机拆换，消耗成本过大，以我国目前国民经济水平，难以承担。

此外，现有技术中，还提供了一些可用于除氟的净水装置，申请号为201720451349.6的中国专利公开了一种基于纳米技术的便携式可拆卸水处理装置，该水处理装置包括进水部分、水处理部分和出水部分，其中水处理部分分为多个净水模块，可以用来除去水中不同的污染物，对于每个净水模块，其结构是由压入式砂芯、嵌入式砂芯和外壳组成一个空腔，然后在空腔装入各类净水填料，对于除氟模块，装有阴离子交换树脂基纳米水合氧化锆复合材料。但对于这种结构，从进水部分进入的水，会迅速从除氟模块中流过，水与净水填料接触的时间很短，因此很难进行深度除氟，要想深度除氟，需要净水模块的长度，从而增大了净水装置的体积，不便于家庭使用，从而不易于推广。

发明内容

技术问题：本实用新型提供了一种体积小的、能够增加水与净水填料接触时间的、提高除氟深度的基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器。

技术方案：本实用新型一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，包括进出水部和与所述进出水部连接的除氟部；所述除氟部包括外壳体、由内到外依次设置在所述外壳体中的第一砂芯、螺旋反应器和第二砂芯，所述螺旋反应器包括由内到外依次设置的支撑杆、内螺旋板、反应器内壳、外螺旋板；所述支撑杆、内螺旋板和反应器内壳之间形成螺旋结构的内螺旋通道，所述反应器内壳、外螺旋板和外壳体之间形成螺旋结构的外螺旋通道，所述内螺旋通道和外螺旋通道中装有净水填料，所述第一砂芯与外壳体之间形成水换向室，所述内螺旋通道、水换向室和外螺旋通道连通。

进一步地，所述的进出水部包括进出水部外壳和设置在进出水部外壳中的进出水部内壳，进出水部内壳中为进水腔，所述进水腔通过第二砂芯与所述内螺旋通道连通，所述进出水部内壳与进出水部外壳之间形成出水腔，所述出水腔通过第二砂芯与外螺旋通道连通。

进一步地，所述的进出水部上设置有进水管，所述进水管与所述进水腔连通。

进一步地，所述的进出水部上设置有出水管，所述出水管与所述出水腔连通。

进一步地，所述第一砂芯、螺旋反应器和第二砂芯均可拆卸。

进一步地，所述净水填料为负载有纳米无机功能颗粒的有机骨架复合纳米填料。

进一步地，还包括设置在所述进水管上的水泵。

进一步地，所述出水管上设置有出水阀。

进一步地，所述外壳体的端部设置有外螺纹，所述进出水部外壳的端部设置有内螺纹，所述进出水部与除氟部螺纹连接。

进一步地，所述进出水部外壳为半球形。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本实用新型基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，除氟部中设置有螺旋反应器，螺旋反应器的支撑杆、内螺旋板和反应器内壳之间形成螺旋结构的内螺旋通道，所述反应器内壳、外螺旋板和外壳体之间形成螺旋结构的外螺旋通道，所述内螺旋通道和外螺旋通道中装有净水填料，由于内螺旋通道和外螺旋通道均为螺旋形，并且通过两个螺旋通道，延长了水在净水反应器中的流动路径，增加了水与复合纳米填料的接触时间，提高反应程度，使得水中的氟能够被进一步的吸附，从而充分地去除了水中的氟，增加了净水反应器的除氟深度，有效地降低了水中氟的浓度，从而提高了水的质量，利于饮用者的身体健康。同时增加填料利用率，降低填料更换的频率，并且外螺旋通道位于内螺旋通道的外侧，通过这种结构形式，有效地降低了净水反应器的体积，更方便家庭使用，易于普及和推广。

(2)本实用新型基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，第一砂芯、螺旋反应器和第二砂芯均可拆卸，因为净水反应器在长时间使用后，内部的复合纳米填料吸附氟的能力下降，因此需要进行更换，并且长时间使用，在净水反应器中也会沉淀很多杂质，从而会对水产生污染，采用可拆卸更换的结构，便于拆卸，使得复合纳米填料更方便更换，同时还便于对净水反应器进行拆卸清洗。

(3)本实用新型基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，净水填料为负载有纳米无机功能颗粒的有机骨架复合纳米填料，具体为树脂基纳米水合氧化锆复合材料，这种净水填料能够深度吸附水中的氟，从而有效地降低了水中氟的浓度，提高了水的净化质量。

(4)本实用新型基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，还包括设置在所述进水管上的水泵，水泵能够给水流加压，是水能够顺利通过净水反应器完成净化，从而使得本实用新型的净水反应器也能够适用于无自来水的地区，使得新型的净水反应器更易于普及和推广。

(6)本实用新型基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，进出水部与除氟部螺纹连接，从而使得净水反应器更易于拆卸，从而便于维修、清洗，以及更换净水填料，使得使用者能够自行维修、清洗净水反应器，以及更换净水填料。

附图说明

图1为本实用新型基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器的结构图；

图2为本实用新型的螺旋反应器的立体图(局部剖开)。

图中有：100、进出水部；110、进出水部外壳；120、进出水部内壳；130、进水腔；140、出水腔；150、进水管；160、出水管；

200、除氟部；210、外壳体；220、第一砂芯；230、螺旋反应器；231、支撑杆；232、内螺旋板；233、反应器内壳；234、外螺旋板；235、内螺旋通道；236、外螺旋通道；240、第二砂芯；250、水换向室；

300、水泵；400、出水阀。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本实用新型作进一步的说明。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

结合图1所示，本实用新型基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，包括进出水部100和与所述进出水部100连接的除氟部200；所述除氟部200包括外壳体210、由内到外依次设置在所述外壳体210中的第一砂芯220、螺旋反应器230和第二砂芯240。如图2所示，所述螺旋反应器230包括由内到外依次设置的支撑杆231、内螺旋板232、反应器内壳233、外螺旋板234；所述支撑杆231、内螺旋板232和反应器内壳233之间形成螺旋结构的内螺旋通道235，所述反应器内壳233、外螺旋板234和外壳体210之间形成螺旋结构的外螺旋通道236，所述内螺旋通道235和外螺旋通道236中设置有复纳米合填料，所述第一砂芯220与外壳体210之间形成水换向室250，内螺旋通道235、水换向室250和外螺旋通道236连通。在具体的实施例中，外壳体210整体形状为圆筒形，外壳体210底部为半球形。

第一砂芯220和第二砂芯240都具有透水功能，因此水能够通过第一砂芯220和第二砂芯240，因此能够使内螺旋通道235、水换向室250和外螺旋通道236连通。经过第二砂芯240的水进入内螺旋通道235，内螺旋通道235中的净水填料能够吸附水中的氟，然后水从内螺旋通道235出来的水进入水换向室250，在水换向室250水的流向改变，进入外螺旋通道236，外螺旋通道236中的净水填料进一步吸附水中的氟，因为内螺旋通道235和外螺旋通道236均为螺旋结构，因此通过两个螺旋通道，延长了水在净水反应器中的流动路径，增加了水与净水填料的接触时间，使得水中的氟能够被进一步的吸附，从而充分地去除了水中的氟，增加了净水反应器的除氟深度，有效地降低了水中氟的浓度，从而提高了水的质量，利于饮用者的身体健康。同时，内螺旋通道235和外螺旋通道236均为螺旋结构，并且外螺旋通道236位于内螺旋通道235的外侧，采用这种结构形式，有效地降低了净水反应器的体积，避免了像现有技术中，要延长水与净水填料的接触时间，必须通过增加净水模块的长度，从而增大净水反应器的问题。本实用新型的净水反应器，体积小，更方便家庭使用，易于普及和推广。

进一步地，所述的进出水部100包括进出水部外壳110和设置在进出水部外壳110中的进出水部内壳120，进出水部内壳120中为进水腔130，所述进水腔130通过第二砂芯240与所述内螺旋通道235连通，所述进出水部内壳120与进出水部外壳110之间形成出水腔140，所述出水腔140通过第二砂芯240与外螺旋通道236连通。因此水从进水腔130进入内螺旋通道235，然后进入水换向室250，然后进入外螺旋通道236，然后进入出水腔140。或者，可以谁也可以先从出水腔140进入外螺旋通道236，然后进入水换向室250，然后进入内螺旋通道235，然后进入进水腔230。

在具体实施例中，进水腔130的内径要与反应器内壳233的内径相同，从而保证了进水腔130中的水能够全部进入内螺旋通道235，同时还便于密封，避免因密封不严，使得进水腔130中的水进入出水腔140，造成已经净化的水被污染。

进一步地，所述的进出水部100上设置有进水管150，所述进水管150与所述进水腔130连通。在本实用新型的一种实施例中，进水管150可采用硅胶管，硅胶管延展契合度好，从而便于与家庭自来水管严密接合，此外还具有优良的耐腐蚀性能和抗氧化性能，从而能够在潮湿的水环境情况下避免出现腐蚀和老化，避免出现使用时因水管腐蚀老化造成漏水。

进一步地，所述的进出水部100上设置有出水管160，所述出水管160与所述出水腔140连通。在本实用新型的一种实施例中，进水管150同样可采用硅胶管，从而便于与自来水管，同时避免腐蚀老化。

值得说明的是，在本实用新型的另一种实施例中，进水管150与所述出水腔140连通，出水管160与所述进水腔130连通，此时水会从先出水腔140进入外螺旋通道236，然后进入水换向室250，然后进入内螺旋通道235，然后进入进水腔230，然后流出。

进一步地，所述第一砂芯220、螺旋反应器230和第二砂芯240均可拆卸。因为净水反应器在长时间使用后，内部的复合纳米填料吸附氟的能力下降，因此需要进行更换，并且长时间使用，在净水反应器中也会沉淀很多杂质，从而会对水产生污染，将第一砂芯220、螺旋反应器230和第二砂芯240均设计成可拆卸更换的结构，便于拆卸，使得复合纳米填料更方便更换，同时还便于对净水反应器进行拆卸清洗和维修。

进一步地，净水填料为负载有纳米无机功能颗粒的有机骨架复合纳米填料，在本实用新型的实施例中，纳米复合填料采用的是发明专利ZL201210524428.7中所述的树脂基纳米水合氧化锆复合材料，该材料由聚苯乙烯为有机骨架，负载有无机功能颗粒，无机功能颗粒为纳米水合氧化锆。这种净水填料能够深度吸附水中的氟，从而有效地降低了水中氟的浓度，提高了水的净化质量。在本实用新型的实施例中，在内螺旋通道235和外螺旋通道236中装满该树脂基纳米水合氧化锆复合材料，将模拟氟微污染水体(水体pH约为6.5，氟的浓度为5ppm)以40mL/h的流量通过，处理量为250BV，出水氟浓度降到1mg/L以下，符合国家饮用水安全标准。

进一步地，本实用新型的一种实施例中，还包括设置在所述进水管150上的水泵300，当净水反应器不直接接在自来水管中时，水的压力可能会较低，不能自行从净水反应器从流动，因此通过水泵300给水流加压，是水能够顺利通过净水反应器完成净化，从而使得本实用新型的净水反应器也能够适用于无自来水的地区，使得新型的净水反应器更易于普及和推广。

进一步地，在出水管160上设置有出水阀400，一方面能够限制水在净水反应器中的流量，另一方面，还可以在不使用时，关闭出水阀400，避免水资源浪费。

进一步地，外壳体210的端部设置有外螺纹，所述进出水部外壳110的端部内侧设置有内螺纹，所述进出水部100与除氟部200螺纹连接。采用螺纹连接的方式，使得本实用新型的净水反应器更易于拆卸，从而便于维修、清洗，以及更换复合纳米填料，使得使用者能够自行维修、清洗净水反应器，以及更换净水填料。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中，进出水部外壳110为半球形，使得水在其中流动更加顺畅。

值得说明的是，本实用新型的净水反应器，并不局限与除氟，当更换了净水反应器中的净水填料时，也可用于水中其他污染物的净化。

综上，本实用新型的基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，能够延长水在净水反应器中的流动路径，从而增加了水与净水填料的接触时间，从而提高了除氟深度，有效地降低了水中氟的浓度，从而使饮用水符合国家饮用水标准，保证了人的饮水健康。并且，该净水反应器，体积下、易于普及和推广。

上述实施例仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本实用新型权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，包括进出水部(100)和与所述进出水部(100)连接的除氟部(200)；所述除氟部(200)包括外壳体(210)、由内到外依次设置在所述外壳体(210)中的第一砂芯(220)、螺旋反应器(230)和第二砂芯(240)，所述螺旋反应器(230)包括由内到外依次设置的支撑杆(231)、内螺旋板(232)、反应器内壳(233)、外螺旋板(234)；所述支撑杆(231)、内螺旋板(232)和反应器内壳(233)之间形成螺旋结构的内螺旋通道(235)，所述反应器内壳(233)、外螺旋板(234)和外壳体(210)之间形成螺旋结构的外螺旋通道(236)，所述内螺旋通道(235)和外螺旋通道(236)中装有净水填料，所述第一砂芯(220)与外壳体(210)之间形成水换向室(250)，所述内螺旋通道(235)、水换向室(250)和外螺旋通道(236)连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述的进出水部(100)包括进出水部外壳(110)和设置在进出水部外壳(110)中的进出水部内壳(120)，进出水部内壳(120)中为进水腔(130)，所述进水腔(130)通过第二砂芯(240)与所述内螺旋通道(235)连通，所述进出水部内壳(120)与进出水部外壳(110)之间形成出水腔(140)，所述出水腔(140)通过第二砂芯(240)与外螺旋通道(236)连通。

3.根据权利要求2所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述的进出水部(100)上设置有进水管(150)，所述进水管(150)与所述进水腔(130)连通。

4.根据权利要求2所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述的进出水部(100)上设置有出水管(160)，所述出水管(160)与所述出水腔(140)连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述第一砂芯(220)、螺旋反应器(230)和第二砂芯(240)均可拆卸。

6.根据权利要求1所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述净水填料为负载有纳米无机功能颗粒的有机骨架复合纳米填料。

7.根据权利要求3所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，还包括设置在所述进水管(150)上的水泵(300)。

8.根据权利要求4所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述出水管(160)上设置有出水阀(400)。

9.根据权利要求2、3、4、7或8所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述外壳体(210)的端部设置有外螺纹，所述进出水部外壳(110)的端部设置有内螺纹，所述进出水部(100)与除氟部(200)螺纹连接。

10.根据权利要求2所述的一种基于复合纳米填料的深度除氟净水反应器，其特征在于，所述进出水部外壳(110)为半球形。

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