CN222593619U - 一种除铅除菌滤芯及饮用水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及饮用水过滤技术领域。一种除铅除菌滤芯及饮用水装置，滤芯包括：滤芯壳体，滤芯壳体具有进水口和出水口，过滤空间连通所述进水口和出水口，所述过滤空间内设置活性炭结构层、阳离子交换纤维层和电晶膜过滤结构层。饮用水装置，包括上述的除铅除菌滤芯。本申请通过活性炭吸附、阳离子交换纤维交换吸附和电晶膜吸附的三重吸附组合，实现了对铅离子、细菌、微生物及有机物的有效吸附去除，过滤后的饮用水可达到NSF饮用水安全与健康标准，获得了有益的技术效果，并且还具有使用成本低，无需外接电源，使用场景广泛的优点，具有一定的进步。

Description

一种除铅除菌滤芯及饮用水装置

技术领域

本实用新型涉及水过滤技术领域，具体涉及饮用水滤芯技术。

背景技术

随着工农业和社会经济的发展，大量的工业废水、化肥农药和生活污水以及表面径流排入天然水体环境中，使得城市饮用水水源受污染程度日益严重，成为微污染水源。尤其是水源中的重金属以及各种有机污染物、病毒和细菌类微生物的存在导致饮用水中可产生的消毒副产物和病原微生物危害的风险显著增大。特别是铅离子，城镇自来水输水管多是选自含铅的金属管，自来水厂用氯作为灭菌消毒剂又加速了含铅水管的侵蚀和老化，如果长期饮用铅污染水，铅不易排出，长期积淀在人体内，会导致高血压、心脏病、肾脏和免疫系统疾病等众多方面。目前大多城市水厂依旧采用传统的原水-混凝-沉淀-过滤-消毒的工艺，此工艺对铅离子和较原生动物和细菌类微生物体积更小的病毒类微生物去除效果的不理想，使出水的铅离子含量和微生物安全性得不到保障。在水过滤技术领域，微滤法、超滤法水处理工艺对铅的处理效果不好，不能有效的去除铅；反渗透法、纳滤法水处理工艺使用麻烦，费水费电，成本高，排放的浓缩液不易处理，易造成二次污染；而沉淀法同样会出现处理难的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种除铅除菌滤芯及饮用水装置，以解决上述技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种除铅除菌滤芯，包括滤芯壳体，其具有进水口和出水口，过滤空间连通所述进水口和出水口，其特征在于：所述过滤空间，从进水口到出水口，依次设置有：活性炭结构层、阳离子交换纤维层和电晶膜过滤结构层。

活性炭是一种较为常用的过滤材料，其多用本质、煤质、果壳(核)等含碳物质通过化学法或物理活化法制成。它有非常多的微孔和比表面积，普通活性炭的比表面积在500～1700m²/g间，因而具有很强的吸附能力，能有效地吸附水中的有机污染物。此外在活化过程中，活性碳表面的非结晶部位形成一些含氧官能团，这些基团使活性碳具有化学吸附和催化氧化、还原性能，能有效去除水中一些金属离子。

进一步，所述活性炭结构层采用活性炭颗粒层；活性炭结构层上方用滤水材料层进行封住，滤水材料层称为前置过滤层；活性炭结构层下方用滤水材料层进行封住，该滤水材料层称为后置过滤层；所述活性炭颗粒层填充在一滤芯壳体内。

进一步优选，所述前置过滤层，采用最小过滤为5μm的PP棉；所述后置过滤层，采用最小过滤为1μm到0.5μm的PP棉、偏硅酸钠陶瓷中的一种。

活性炭层采用颗粒和粉末混合的方式，这种结构相对不致密，可以加大滤水行程而又不易堵塞，提高了吸附质量。活性炭层之前用前置过滤层对大颗粒杂质进行过滤，使得大颗粒杂质不至于占用活性炭颗粒的过滤使用寿命，在活性炭颗粒后方，用后置过滤层进行了一次后置过滤，以滤除散落的微小的活性炭粉末，解决出水变黑的问题。

进一步优选，所述活性炭颗粒采用颗粒和粉末混合，称为活性炭混合体，颗粒活性炭间的缝隙被粉末活性炭填充，颗粒活性炭与粉末活性炭的质量比重为，一比三至一比五之间；活性炭混合体经过5kg/cm²以上，20kg/cm²以下的压力压实后填充到一管体，将管体装配在滤芯壳体内。

活性炭颗粒由于颗粒间较大的缝隙，使得活性炭和水流接触不充分，影响过滤。本专利中，活性炭颗粒和活性炭粉末混合后进行压实，压力限制在20kg/cm²以内，避免压力过高致使活性炭颗粒和粉末之间过于致密，解决了活性炭和水流接触不充分，影响过滤的问题。

所述压力是指在封装活性炭颗粒到容纳空间过程中，使用的压紧压力，因为活性炭颗粒弹性不大，所以前置过滤层、后置过滤层封口前可以在压紧后再封口。

进一步，所述阳离子交换纤维层中的阳离子交换纤维为短纤维结构；阳离子交换纤维选用：纤度为1.2dtex，纤维长度为38mm，离子交换纤维比表面积大于等于60m²/g，阳离子交换纤维的比表面积大于等于63m²/g，此规格的阳离子交换纤维。

阳离子交换纤维在水净化过程中通过吸附、交换、过滤等结构，对于水中的重金属离子、氟化物、硝酸盐等物质起到很好的去除作用。

进一步地，所述电晶膜过滤结构层，设置在过滤空间下方，有电晶膜围绕成中空的管状，称为电晶膜管，所述电晶膜管和所述滤芯壳体的内壁，设置有大于0.3mm小于1.5mm的间隔；所述过滤空间中设置有自电晶膜管外壁进水，经过电晶膜管内壁到电晶膜管中空部分，然后从电晶膜管中空部分向下流出的水路。

电晶膜被泡到水里之后，在其表面就会产生一个“电膜”。纤维表面附着的矿物晶体结构可以产生天然的AL+++电动电位，构成53微伏的正电压，就像磁铁的N、S极一样，相互接近就会产生引力。电晶膜通过电荷吸附有机、无机和病原污染物，所具有的正电荷不仅直接抑制病毒、细菌的滋生，而且还具有主动抓取和叠加吸附的能力，当水中的有害物质靠近电晶膜时就会被它主动吸附，这些被吸附的杂质经过电荷传导作用又成为新的向外扩张的吸附物，对水中的有害物质进一步过滤，因此电晶膜同时具有大通量(2微米孔径)和高去除能力双重优势。

进一步优选，所述电晶膜管上方有上盖，所述电晶膜管下方有下盖，所述电晶膜管两端黏合固定上盖和下盖；所述上盖，中心部分不开进水口，周边开若干进水口，和电晶膜管黏合后，电晶膜管中空部分被所述上盖封闭；所述下盖，在中心处开有下盖出水口，和电晶膜管黏合后，电晶膜管中空部分和下盖出水口联通，下盖出水口直径小于中空部分直径，下盖出水口联通所述滤芯壳体的出水口。

上盖封闭电晶膜管中空部分后，待过滤水首先从周边进入，透过电晶膜外壁、内壁进入中空部分，这一过程完成对杂质的吸附，过滤后的水从中空部分流出。

下盖出水口和电晶膜管中空部分联通，只允许吸附过滤后的水从中空部分流出，未吸附过滤的待处理水则不能通过下盖流出。

进一步优选，所述滤芯壳体的出水口，开口在中心处，直径控制在2-3mm。

滤芯壳体出水口开口直径尺寸可以保持待处理水流速控制在一定范围，让待处理水在本滤芯内和活性炭、阳离子交换纤维和电晶膜之间有充分的吸附时间。

本申请还提出了一种饮用水装置，包括如上述的除铅除菌滤芯。进一步地，所述除铅除菌滤芯可拆卸地安装在饮用水装置的外壳内。

铅离子在水中的大小通常在0.5nm，本领域技术人员，通常认为尽量提高过滤精度才能过滤掉铅离子和细菌、微生物以及有机物，例如过滤精度在1-0.1nm的纳滤膜或过滤精度在0.1nm的反渗透膜等。

但是本实用新型的发明人，却克服了现有技术偏见，放弃了物理孔径过滤方案，采用了吸附方案，通过活性炭吸附、阳离子交换纤维交换吸附和电晶膜吸附的三重吸附组合，实现了对铅离子、细菌、微生物及有机物的有效吸附去除，过滤后的饮用水可达到NSF饮用水安全与健康标准，获得了有益的技术效果，并且还具有使用成本低，无需外接电源，使用场景广泛的优点，具有一定的进步。

附图说明

图1是滤芯壳体的透视图；

图2是滤芯壳体的纵剖视图；

图3是滤芯壳体内填充层的结构图；

图4是活性炭层结构图；

图5是电晶膜结构图。

符号说明

1 滤芯壳体

11 进水口

12 出水口

2 过滤空间

3 活性炭结构层

31 塑料滤网盖

32 前置过滤层

33 活性炭颗粒

34 后置过滤层

4 阳离子交换纤维层

5 电晶膜过滤结构层

51 上盖

52 电晶膜管

53 下盖

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、具体结构、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图进一步阐述本实用新型。

参照图1、图2、图3所示，一种除铅除菌滤芯，包括滤芯壳体1，其具有进水口11和出水口12，过滤空间2连通所述进水口11和出水口12，所述过滤空间2，从进水口11到出水口12，依次设置有：活性炭结构层3、阳离子交换纤维层4和电晶膜过滤结构层5。

如图1所示，所述进水口11开设在滤芯壳体1凸盖上，为凸盖顶面的环形透水槽和侧壁的栅栏式过水栅，环形透水槽和栅栏式过水栅进水方式，可以防止水流直接冲刷到活性炭结构层3，导致已经吸附的杂质脱离。

如图4所示，所述活性炭结构层3采用活性炭颗粒层；活性炭结构层3上方用滤水材料层进行封住，滤水材料层称为前置过滤层32；活性炭结构层3下方用滤水材料层进行封住，该滤水材料层称为后置过滤层34；所述活性炭颗粒层填充在一滤芯壳体1内。

活性炭颗粒可以采用载银活性炭材料，或者添加其他辅助过滤材料。

活性炭棒是一种常用的活性炭过滤装置，但是因为结构相对过于致密，使用中滤水行程不能太长，所以生产上一般是做成空心的管状结构，但是这种单一的结构，一是使用中存在局限性；二是因滤水行程短，难以发挥吸附作用，因此吸附效果不佳。

本实施例中，采用的是封装活性炭颗粒，降低活性炭颗粒的致密度，从而增长滤水行程，更有效的提高吸附效果。

所述前置过滤层32，采用最小过滤为5μm的PP棉；所述后置过滤层34，采用最小过滤为1μm到0.5μm的PP棉、偏硅酸钠陶瓷中的一种。

前置过滤层32的作用是优先过滤水中直径在5μm以上的泥沙、铁锈、虫卵等大颗粒的杂质，以延长活性炭颗粒的使用寿命。使用中可以将PP棉滤装置、陶瓷过滤装置、置换型树脂滤装置作为活性炭结构层3的前置过滤装置。

后置过滤层34可以进一步过滤直径在1-5μm之间的水中颗粒和异物，主要作用是滤除散落的微小的活性炭粉末，防止出水变黑。使用中可以将PP棉滤装置、陶瓷过滤装置、置换型树脂滤装置作为活性炭结构层3的后置过滤装置。

还可以用塑料滤网盖31压实前置过滤层32和后置过滤层34，进而保证填充的活性炭颗粒的压实密度。

进一步的，所述活性炭颗粒采用颗粒和粉末混合，称为活性炭混合体，颗粒活性炭间的缝隙被粉末活性炭填充，颗粒活性炭与粉末活性炭的质量比重为，一比三至一比五之间；活性炭混合体经过5kg/cm²以上，20kg/cm²以下的压力压实后填充到一管体，将管体装配在滤芯壳体内，管体可以是不透水的塑料管，用于引导水流。

活性炭颗粒由于颗粒间较大的缝隙，使得活性炭和水流接触不充分，影响过滤。本实施例中，活性炭颗粒和活性炭粉末混合后进行压实，压力限制在20kg/cm²以内，避免压力过高致使活性炭颗粒和粉末之间过于致密，解决了活性炭和水流接触不充分，影响过滤的问题。

所述压力是指在封装活性炭颗粒到容纳空间过程中，使用的压紧压力，因为活性炭颗粒弹性不大，所以前置过滤层32、后置过滤层34封口前可以在压紧活性炭颗粒后再封口。

如图3所示，所述阳离子交换纤维层4中的阳离子交换纤维为短纤维结构；阳离子交换纤维选用：纤度为1.2dtex，纤维长度为38mm，离子交换纤维比表面积大于等于60m²/g，阳离子交换纤维的比表面积大于等于63m²/g，此规格的阳离子交换纤维。

阳离子交换纤维在水净化过程中通过吸附、交换、过滤等结构，对于水中的重金属离子、氟化物、硝酸盐等物质起到很好的去除作用。

如图5所示，所述电晶膜过滤结构层5，设置在过滤空间2下方，有电晶膜围绕成中空的管状，称为电晶膜管52，所述电晶膜管52和所述滤芯壳体1的内壁，设置有大于0.3mm小于1.5mm的间隔；所述过滤空间2中设置有自电晶膜管52外壁进水，经过电晶膜管52内壁到电晶膜管52中空部分，然后从电晶膜管52中空部分向下流出的水路。

电晶膜是一种基于玻璃纤维基层，表面附着正电荷矿物晶体的过滤材料，具有很高的过滤能力、低压降和较大的比表面积，也是一种具有主动吸附能力的净水材料。当电晶膜被泡到水里之后，在其表面就会产生一个“电膜”，纤维表面附着的矿物晶体结构可以产生天然的AL+++电动电位，构成53微伏的正电压，就像磁铁的N、S极一样，相互接近就会产生引力。电晶膜通过电荷吸附有机、无机和病原污染物，可以去除多糖体、胶质体，所具有的正电荷不仅直接抑制病毒、细菌的滋生，而且还具有主动抓取和叠加吸附的能力，当水中的有害物质靠近电晶膜时就会被它主动吸附，这些被吸附的杂质经过电荷传导作用又成为新的向外扩张的吸附物，对水中的有害物质进一步过滤，因此电晶膜同时具有大通量(2微米孔径)和高去除能力双重优势。

进一步优选，所述电晶膜管52上方有上盖51，所述电晶膜管52下方有下盖53，所述电晶膜管52两端黏合固定上盖51和下盖53；所述上盖51，中心部分不开进水口，周边开若干进水口，和电晶膜管52黏合后，电晶膜管52中空部分被所述上盖51封闭；所述下盖53，在中心处开有下盖出水口，和电晶膜管52黏合后，电晶膜管52中空部分和下盖出水口联通，下盖出水口直径小于中空部分直径，下盖出水口联通所述滤芯壳体1的出水口12。

上盖51封闭电晶膜管52中空部分后，待过滤水首先从周边进入，透过电晶膜管52外壁、内壁后进入中空部分，这一过程完成对杂质的吸附，过滤后的水从中空部分流出。

下盖出水口和电晶膜管52中空部分联通，只允许吸附过滤后的水从中空部分流出，未吸附过滤的待处理水则不能通过下盖53流出。

进一步优选，所述滤芯壳体1的出水口12，开口在中心处，直径控制在2-3mm。

滤芯壳体1出水口12开口直径尺寸，可以将待处理水流速控制在一定范围，让待处理水在本实施例的滤芯内和活性炭颗粒、阳离子交换纤维和电晶膜膜壁之间有充分的吸附时间。

本申请还提出了一种饮用水装置，包括如上述的除铅除菌滤芯，其中，所述除铅除菌滤芯可拆卸地安装在饮用水装置内。当上述除铅除菌滤芯需要更换上，即可通过上述可拆卸方式进行更换，操作比较方便。

在本实施例中，上述饮用水装置包括但不限于，滤水壶、咖啡机、净水机等产品。

以上显示和描述了本实用新型的技术方案和思路、主要特征和本实用新型的优点。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种除铅除菌滤芯，包括滤芯壳体，其具有进水口和出水口，过滤空间连通所述进水口和出水口，其特征在于：所述过滤空间，从进水口到出水口，依次设置有：活性炭结构层、阳离子交换纤维层和电晶膜过滤结构层。

2.根据权利要求1所述的除铅除菌滤芯，其特征在于：

所述活性炭结构层采用活性炭颗粒层；

活性炭结构层上方用滤水材料层进行封住，滤水材料层称为前置过滤层；

活性炭结构层下方用滤水材料层进行封住，该滤水材料层称为后置过滤层；

所述活性炭颗粒层填充在一滤芯壳体内。

3.根据权利要求2所述的除铅除菌滤芯，其特征在于：所述前置过滤层，采用最小过滤为5μm的PP棉；所述后置过滤层，采用最小过滤为1μm到0.5μm的PP棉、偏硅酸钠陶瓷中的一种。

4.根据权利要求2所述的除铅除菌滤芯，其特征在于：所述活性炭颗粒采用颗粒和粉末混合，称为活性炭混合体，颗粒活性炭间的缝隙被粉末活性炭填充，颗粒活性炭与粉末活性炭的质量比重为，一比三至一比五之间；活性炭混合体经过5kg/cm²以上，20kg/cm²以下的压力压实后填充到一管体，将管体装配在滤芯壳体内。

5.根据权利要求1所述的除铅除菌滤芯，其特征在于：所述阳离子交换纤维层中的阳离子交换纤维为短纤维结构；

阳离子交换纤维选用：纤度为1.2dtex，纤维长度为38mm，离子交换纤维比表面积大于等于60m²/g，阳离子交换纤维的比表面积大于等于63m²/g，此规格的阳离子交换纤维。

6.根据权利要求1所述的除铅除菌滤芯，其特征在于：

所述电晶膜过滤结构层，设置在过滤空间下方，有电晶膜围绕成中空的管状，称为电晶膜管，所述电晶膜管和所述滤芯壳体的内壁，设置有大于0.3mm小于1.5mm的间隔；

所述过滤空间中设置有自电晶膜管外壁进水，经过电晶膜管内壁到电晶膜管中空部分，然后从电晶膜管中空部分向下流出的水路。

7.根据权利要求6所述的除铅除菌滤芯，其特征在于：

所述电晶膜管上方有上盖，所述电晶膜管下方有下盖，所述电晶膜管两端黏合固定上盖和下盖；

所述上盖，中心部分不开进水口，周边开若干进水口，和电晶膜管黏合后，电晶膜管中空部分被所述上盖封闭；

所述下盖，在中心处开有下盖出水口，和电晶膜管黏合后，电晶膜管中空部分和下盖出水口联通，下盖出水口直径小于中空部分直径，下盖出水口联通所述滤芯壳体的出水口。

8.根据权利要求1所述的除铅除菌滤芯，其特征在于：所述滤芯壳体的出水口，开口在中心处，直径控制在2-3mm。

9.一种饮用水装置，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的除铅除菌滤芯。

10.根据权利要求9所述的饮用水装置，其特征在于，所述除铅除菌滤芯可拆卸地安装在饮用水装置的外壳内。