一种多级复合深层过滤的高水效纯水机及其工作方法与流程

1.本发明属于纯水机技术领域，具体涉及一种多级复合深层过滤的高水效纯水机及其工作方法。


背景技术：

2.随着人民生活水平的提高，也随着环境污染日趋严重导致饮用水质的恶化，人们对饮用水提出了更高的要求。饮水机、桶装水在90年代末进入普通百姓家庭，而作为一种新兴产品，纯水机的概念目前还不为广大中国消费者所熟悉。纯水机是一种终端净化水设备，一般以自来水为原水，过滤掉原水中的有害物质，加工出可直接饮用的纯净水。
3.现有技术中的纯水机，存在以下问题：1、在制取一杯纯水的同时要排掉3杯浓水，产水率(回收率)只有25％，甚至更低，是非常浪费水的，而且我国是一个水资源特别匮乏的国家，这么多的浓水白 白排掉是非常可惜的；2、缺乏监测制水质量的仪表因此，为了解决上述技术问题，需要研发出一种多级复合深层过滤的高水效纯水机及其工作方法。
4.中国专利申请号为cn200710124808.0公开了纯水机及纯水机工作方法，目的是通过对前处理装置的定时冲洗和对后处理装置的实时冲洗，来保持滤芯的清洁，没有解决纯水机浪费严重、缺乏监测制水质量的仪表的问题。


技术实现要素：

5.发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种多级复合深层过滤的高水效纯水机及其工作方法，结构设计合理，采用四级滤芯，可以有效的去除水体中的污染物，所出纯水达到国家饮用水标准，起到了内冲洗外排放的作用，避免了纯水流量和回收率过低，节约了水资源，可以实时对净化过滤后的水质的质量进行实时监测，工作方法简单，应用前景广泛。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：技术方案：一种多级复合深层过滤的高水效纯水机，包括第一级复合滤芯、第二级聚丙烯熔喷滤芯、第三级反渗透膜滤芯、第四级活性炭滤芯、储水桶、监测仪表系统，自来水进水管、第一级复合滤芯、水管一、第二级聚丙烯熔喷滤芯、水管二的一端依次连接，水管二的一端通过三通接头一分别与水管三的一端、水管四的一端连接，所述水管三的另一端、水泵、水管五、第三级反渗透膜滤芯依次连接，所述第三级反渗透膜滤芯的纯水端、水管六的一端依次连接，所述水管六的另一端通过三通接头二分别与水管七的一端、水管八的一端连接，所述水管七的另一端、第四级活性炭滤芯、水管九、监测仪表系统、纯水出水管依次连接，所述水管八的另一端、储水桶依次连接，所述第三级反渗透膜滤芯的浓水端、水管十的一端连接，所述水管十的另一端通过三通接头三分别与水管四的另一端、浓水出水管连接；其中，所述水管一上设置有低压开关，所述水管二上设置有进水电磁阀，所述水管四上依次设置有单回阀一、组合阀，所述水管六上设置有单回阀二，所述水管八上设置有高压开关，所述水管九上设置有出水电磁阀，所述浓水出水管上设置有组合电磁阀；控制器分
别与低压开关、进水电磁阀、组合阀、水泵、高压开关、出水电磁阀、监测仪表系统、组合电磁阀连接并且控制低压开关、进水电磁阀、组合阀、水泵、高压开关、出水电磁阀、监测仪表系统、组合电磁阀。
7.本发明所述的多级复合深层过滤的高水效纯水机，结构设计合理，采用四级滤芯，分别为第一级复合滤芯、第二级聚丙烯熔喷滤芯、第三级反渗透膜滤芯、第四级活性炭滤芯，可以有效的去除水体中的污染物，所出纯水达到国家饮用水标准，通过组合阀、组合电磁阀与进水电磁阀、水泵等组成的浓水回流管路，起到了内冲洗外排放的作用，内冲洗时组合电磁阀关闭，进水电磁阀和组合阀打开，水泵开始运行，自来水通过进水电磁阀、水泵、第三级反渗透膜滤芯，极少部分通过组合电磁阀排出，另一部分通过打开的组合阀回到水泵前，与自来水混合，再经过水泵到达第三级反渗透膜滤芯，对第三级反渗透膜滤芯进行冲刷，形成一个内冲洗循环，通过内冲洗方式防止第三级反渗透膜滤芯产生浓差极化现象，防止颗粒物和胶体沉积及盐分结晶，降低第三级反渗透膜滤芯前浓水浓度，部分污染物通过组合电磁阀随浓水排出，避免了纯水流量和回收率过低，节约了水资源。
8.通过设置监测仪表系统，可以实时对净化过滤后的水质的质量进行实时监测，从而判断纯水机中的第一级复合滤芯、第二级聚丙烯熔喷滤芯、第三级反渗透膜滤芯、第四级活性炭滤芯是否需要进行更换。
9.进一步的，上述的多级复合深层过滤的高水效纯水机，所述第一级复合滤芯包括第一级滤瓶体、颗粒活性炭、5微米pp棉，所述颗粒活性炭、5微米pp棉从下至上依次设置在第一级滤瓶体内部，所述颗粒活性炭的填充密度为85％
±
5％，目数为8～30目，灰分小于3，强度≥95%，活性炭碘吸附值≥900mg/g，亚甲蓝吸附值≥180mg/g。
10.自来水水流从靠近颗粒活性炭的第一级滤瓶体的进水口流入，经过颗粒活性炭的吸附后，进入5微米pp棉外腔，然后经过5微米pp棉的过滤后进入5微米pp棉内腔，再从第一级滤瓶体的出水口流出。第一级滤瓶体的进水口、出水口都采用分明杆结构，可以与快速接头对接。所述第一级复合滤芯额的第一级滤瓶体采用旋熔技术，即第一级滤瓶体的瓶体固定，瓶盖高速旋转下压瓶体，通过高速旋转瓶盖与瓶体摩擦产生高温，二者熔融为一体得到第一级滤瓶体。
11.进一步的，上述的多级复合深层过滤的高水效纯水机，所述第二级聚丙烯熔喷滤芯包括第二级滤瓶体、1微米pp棉滤芯，所述1微米pp棉滤芯设置在第二级滤瓶体内部。
12.经第一级复合滤芯过滤后的水流从第二级滤瓶体的进水口流入，进入1微米pp棉外腔，然后经过1微米pp棉的过滤后进入1微米pp棉内腔，再从第二级滤瓶体的出水口流出。第二级滤瓶体的进水口、出水口也都采用分明杆结构，可以与快速接头对接。所述第二级滤瓶体也采用旋熔技术。
13.进一步的，上述的多级复合深层过滤的高水效纯水机，所述第三级反渗透膜滤芯包括第三级滤瓶体、中心管、反渗透膜片，所述第三级滤瓶体内设置有中心管，绕所述中心管布置有反渗透膜片，所述中心管内设置有将中心管分隔成上中心管和下中心管的隔水板，所述下中心管管壁上设置有集水孔，所述下中心管内且位于集水孔下方设置有能够截断下中心管并且方向自上而下的第三级单向阀。
14.上中心管顶端为第三级反渗透膜滤芯的进水口，上中心管侧壁上设置有与反渗透膜片连通的过水口，下中心管底部为第三级反渗透膜滤芯的出水口。集水孔的数量可根据
实际需要设定，如反渗透膜滤芯的规格、需被过滤水的水质、水流量等。在集水孔下方设置起到单向密封作用的第三级单向阀，实现统一隔离，有效解决压力分散问题，达到隔离密封效果。通过第三级单向阀将过滤后的纯水与膜前能发生正渗透的纯水可以隔离开来，还可以通过第三级单向阀使得纯水侧正渗透力尽量小，而降低正渗和反渗透效应，继而有效减小在中心管内能够被正渗透的这部分水的tds值。
15.进一步的，上述的多级复合深层过滤的高水效纯水机，所述下中心管内并且位于第三级单向阀上方设置有排水杆，所述隔水板中部设置有凸台，所述排水杆顶部设有卡合在凸台上的卡槽；所述排水杆底部设置有向下开口的限位槽，所述中心管管壁上设置有与限位槽配合的限位销钉；所述排水杆下部且位于排水杆外壁上在有绕排水杆均匀布置的若干个凸点，所述凸点与中心管内壁之间留有间隙。
16.所述排水杆为中部空心、两端设有挡水板的空心杆，采用上述结构的排水杆，可以充分排除中心管内因纯水机停机时密闭的纯水，同时还能够减小排水杆重量，降低生产成本。由于该部分在中心管内的水处于第三级单向阀的上部分，因而其在纯水机停机后，仍然会被反渗透膜片内残留的tds值较高部分的水正渗透，从而使得该部分的水的tds值升高，因而在中心管内设置排水杆，以尽量减小该部分水量，使得纯水机停机后取水时即使取到该部分水，由于其量较小，因而也会被纯水中和，同时由于该部分水量较小，因而其在被正渗透时，该部分溶液易饱和，导致该部分纯水不能被长时间渗透，相对涞水也在一定程度上减小了最终取出水的tds值，使得取出的第一杯水的最tds值较小，保证纯水机的水质质量。
17.通过在排水杆的上下分别设置卡槽和限位槽，实现对排水杆位置的限制，凸台设置在隔水板中部，同时限位销钉也设置在中心管内相对中心管轴芯的中间位置处，同时排水杆下部且位于排水杆外壁上设有绕排水杆均匀布置的若干个凸点，凸点与中心管内壁之间留有间隙，排水杆下端才有双重限位，以使得排水杆1能够在中心管内处于中心位置，从而能够进一步提高排水杆处于中心管中间位置的稳定性。
18.进一步的，上述的多级复合深层过滤的高水效纯水机，所述第四级活性炭滤芯包括第四级滤瓶体、颗粒活性炭，所述颗粒活性炭设置在第四级滤瓶体内部，所述颗粒活性炭的填充密度为85％
±
5％，目数为30～50目，灰分小于3，强度≥95%，活性炭碘吸附值≥1000mg/g，亚甲蓝吸附值≥200mg/g。
19.第四级活性炭滤芯为最后一级滤芯，目的是进一步吸附水中异味，改善口感，填充的颗粒活性炭比第一级复合滤芯的颗粒活性炭颗粒更加细小，吸附更充分，活性炭滤芯不能填充过满，颗粒活性炭受到水浸泡后体积会发生膨胀。第二级滤瓶体的进水口、出水口也都采用分明杆结构，可以与快速接头对接。所述第二级滤瓶体也采用旋熔技术。
20.本发明还涉及到所述多级复合深层过滤的高水效纯水机的工作方法， 所述工作方法，包括浓水再利用、在线监测；其中，所述浓水再利用，包括如下步骤：从第三级反渗透膜滤芯3的浓水端302流出的浓水一分为二，一路是从浓水出水管9经150ml／min的组合电磁阀91排出，另一路是从水管四23经550ml／min的组合阀232、单回阀一231回流至水泵31前，经水泵31增压后从水管五32再次进入第三级反渗透膜滤芯3，实现浓水再利用。
21.进水电磁阀、组合电磁阀、组合阀、水泵等均通过控制器进行控制，控制器的运行逻辑中在制水程序中嵌入浓水再利用环节(即内冲洗环节)，由控制器的时间计数器进行时间判断，在制水达5分钟后，开启进水电磁阀、水泵、组合阀(起到内冲洗功能)，关闭组合电
磁阀(起到外排冲洗功能)，持续1分钟，结束后再进入制水程序，然后再计时，直到达到水满待机状态。如果在浓水再利用状态下，低压开关判断出现缺水，则控制器关闭进水电磁阀、水泵、组合阀和组合电磁阀，进入缺水状态，直至水压足够，高压开关、低压开关闭合，进入制水程序。
22.通过上述每制水5分钟冲洗1分钟模式，对第三级反渗透膜滤芯的反渗透膜多频次长时间冲洗，防止细小颗粒物与胶体富集、盐分凝结和水垢沉积，可以有效提高反渗透膜寿命，在纯水流量内，瞬时流量、脱盐率和回收率都合格。
23.进一步的，上述的多级复合深层过滤的高水效纯水机的工作方法，所述在线监测，包括如下步骤：所述监测仪表系统包括缓冲瓶、蠕动泵、在线电导率仪测量池、电导率检测仪、总有机碳检测池、总有机碳分析仪，从水管九流出的纯水经缓冲瓶的入口进入缓冲瓶内，当缓冲瓶内充满纯水后，缓冲瓶的溢流口有纯水排出，水泵阀自动打开，纯水通过蠕动泵调节流速后分别进入在线电导率仪测量池和总有机碳检测池，并且迅速充满在线电导率仪测量池和总有机碳检测池，待稳定后，在线电导率仪测量池的电导率检测仪和总有机碳检测池的总有机碳分析仪对纯水分别进行连续动态的电导率和 toc测试，并且将监测到的电导率和 toc数据实时传输至控制器，由控制器上传至上位机。
24.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：（1）本发明所述的多级复合深层过滤的高水效纯水机，结构设计合理，采用四级滤芯，分别为第一级复合滤芯、第二级聚丙烯熔喷滤芯、第三级反渗透膜滤芯、第四级活性炭滤芯，可以有效的去除水体中的污染物，所出纯水达到国家饮用水标准；（2）本发明所述的多级复合深层过滤的高水效纯水机的工作方法，工作方法简单，通过组合阀、组合电磁阀与进水电磁阀、水泵等组成的浓水回流管路，起到了内冲洗外排放的作用，形成一个内冲洗循环，通过内冲洗方式防止第三级反渗透膜滤芯产生浓差极化现象，防止颗粒物和胶体沉积及盐分结晶，降低第三级反渗透膜滤芯前浓水浓度，部分污染物通过组合电磁阀随浓水排出，避免了纯水流量和回收率过低，节约了水资源，减少能耗；通过设置监测仪表系统，可以实时对净化过滤后的水质的质量进行实时监测，具有较好的经济性，应用前景广泛。
附图说明
25.图1为本发明所述一种多级复合深层过滤的高水效纯水机的工艺原理图；图2为本发明所述一种多级复合深层过滤的高水效纯水机的构架图；图3为本发明所述一种多级复合深层过滤的高水效纯水机的第三级反渗透膜滤芯结构示意图；图4为本发明所述一种多级复合深层过滤的高水效纯水机的第三级反渗透膜滤芯中心管部分的结构示意图；图5为本发明所述一种多级复合深层过滤的高水效纯水机的图4的a部分的放大图；图6为本发明所述一种多级复合深层过滤的高水效纯水机的图4的b部分的放大图；图7为本发明所述一种多级复合深层过滤的高水效纯水机的监测仪表系统的原理
图；图中：第一级复合滤芯1、水管一11、低压开关111、第二级聚丙烯熔喷滤芯2、水管二21、三通接头一211、进水电磁阀212、水管三22、水管四23、单回阀一231、组合阀232、第三级反渗透膜滤芯3、纯水端301、浓水端302、第三级滤瓶体311、中心管312、上中心管3121、下中心管3122、隔水板3123、集水孔1324、凸台3125、卡槽3126、限位销钉3127、反渗透膜片313、第三级单向阀314、排水杆315、限位槽3151、凸点3152、水泵31、水管五32、水管六33、三通接头二331、单回阀二332、水管十34、三通接头三341、第四级活性炭滤芯4、水管七41、高压开关511、水管九42、出水电磁阀421、储水桶5、水管八51、监测仪表系统6、缓冲瓶61、入口611、溢流口612、水泵阀613、蠕动泵62、在线电导率仪测量池63、电导率检测仪64、总有机碳检测池65、总有机碳分析仪66、自来水进水管7、纯水出水管8、浓水出水管9、组合电磁阀91、控制器10、上位机101、a放流口、b在线电导率仪测量池入口、c总有机碳检测池入口、d在线电导率仪测量池出口、e总有机碳检测池出口、f排液管路。
具体实施方式
26.下面将结合具体实施例和附图1-7，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、
ꢀ“
内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.如图1-7所示，以下实施例提供了一种多级复合深层过滤的高水效纯水机，包括第一级复合滤芯1、第二级聚丙烯熔喷滤芯2、第三级反渗透膜滤芯3、第四级活性炭滤芯4、储水桶5、监测仪表系统6，自来水进水管7、第一级复合滤芯1、水管一11、第二级聚丙烯熔喷滤芯2、水管二21的一端依次连接，水管二21的一端通过三通接头一211分别与水管三22的一端、水管四23的一端连接，所述水管三22的另一端、水泵31、水管五32、第三级反渗透膜滤芯3依次连接，所述第三级反渗透膜滤芯3的纯水端301、水管六33的一端依次连接，所述水管六33的另一端通过三通接头二331分别与水管七41的一端、水管八51的一端连接，所述水管七41的另一端、第四级活性炭滤芯4、水管九42、监测仪表系统6、纯水出水管8依次连接，所述水管八51的另一端、储水桶5依次连接，所述第三级反渗透膜滤芯3的浓水端302、水管十34的一端连接，所述水管十34的另一端通过三通接头三341分别与水管四23的另一端、浓水出水管9连接；其中，所述水管一11上设置有低压开关111，所述水管二21上设置有进水电磁阀212，所述水管四23上依次设置有单回阀一231、组合阀232，所述水管六33上设置有单回阀二332，所述水管八51上设置有高压开关511，所述水管九42上设置有出水电磁阀421，所述浓水出水管9上设置有组合电磁阀91；控制器10分别与低压开关111、进水电磁阀212、组合阀232、水泵31、高压开关511、出水电磁阀421、监测仪表系统6、组合电磁阀91连接并且控制低压开关111、进水电磁阀212、组合阀232、水泵31、高压开关511、出水电磁阀421、监测仪表
系统6、组合电磁阀91。
28.进一步的，所述第一级复合滤芯1包括第一级滤瓶体、颗粒活性炭、5微米pp棉，所述颗粒活性炭、5微米pp棉从下至上依次设置在第一级滤瓶体内部，所述颗粒活性炭的填充密度为85％
±
5％，目数为8～30目，灰分小于3，强度≥95%，活性炭碘吸附值≥900mg/g，亚甲蓝吸附值≥180mg/g。
29.进一步的，所述第二级聚丙烯熔喷滤芯2包括第二级滤瓶体、1微米pp棉滤芯，所述1微米pp棉滤芯设置在第二级滤瓶体内部。
30.进一步的，所述第三级反渗透膜滤芯3包括第三级滤瓶体311、中心管312、反渗透膜片313，所述第三级滤瓶体311内设置有中心管312，绕所述中心管312布置有反渗透膜片313，所述中心管312内设置有将中心管312分隔成上中心管3121和下中心管3122的隔水板3123，所述下中心管3122管壁上设置有集水孔3124，所述下中心管内且位于集水孔1324下方设置有能够截断下中心管3122并且方向自上而下的第三级单向阀314。
31.进一步的，所述下中心管3122内并且位于第三级单向阀314上方设置有排水杆315，所述隔水板3123中部设置有凸台3125，所述排水杆315顶部设有卡合在凸台3125上的卡槽3126；所述排水杆315底部设置有向下开口的限位槽3151，所述中心管312管壁上设置有与限位槽3151配合的限位销钉3127；所述排水杆315下部且位于排水杆315外壁上在有绕排水杆315均匀布置的若干个凸点3152，所述凸点3152与中心管312内壁之间留有间隙。
32.实施例1 基于以上的结构基础，如图1-7所示。
33.本发明所述多级复合深层过滤的高水效纯水机的工作方法，包括浓水再利用；所述浓水再利用，包括如下步骤：从第三级反渗透膜滤芯3的浓水端302流出的浓水一分为二，一路是从浓水出水管9经150ml／min的组合电磁阀91排出，另一路是从水管四23经550ml／min的组合阀232、单回阀一231回流至水泵31前，经水泵31增压后从水管五32再次进入第三级反渗透膜滤芯3，实现浓水再利用。
34.进水电磁阀212、组合电磁阀91、组合阀232、水泵31等均通过控制器10进行控制，控制器10的运行逻辑中在制水程序中嵌入浓水再利用环节(即内冲洗环节)，由控制器10的时间计数器进行时间判断，在制水达5分钟后，开启进水电磁阀212、水泵31、组合阀232(起到内冲洗功能)，关闭组合电磁阀91(起到外排冲洗功能)，持续1分钟，结束后再进入制水程序，然后再计时，直到达到水满待机状态。如果在浓水再利用状态下，低压开关判断出现缺水，则控制器10关闭进水电磁阀212、水泵31、组合阀232和组合电磁阀91，进入缺水状态，直至水压足够，高压开关、低压开关闭合，进入制水程序。
35.通过上述每制水5分钟冲洗1分钟模式，对第三级反渗透膜滤芯3的反渗透膜片313多频次长时间冲洗，防止细小颗粒物与胶体富集、盐分凝结和水垢沉积，可以有效提高反渗透膜片313寿命，在纯水流量内，瞬时流量、脱盐率和回收率都合格。
36.通过组合阀232、组合电磁阀91与进水电磁阀212、水泵31等组成的浓水回流管路，起到了内冲洗外排放的作用，内冲洗时组合电磁阀关闭，进水电磁阀212和组合阀232打开，水泵31开始运行，自来水通过进水电磁阀212、水泵31、第三级反渗透膜滤芯3，极少部分通过组合电磁阀91排出，另一部分通过打开的组合阀232回到水泵31前，与自来水混合，再经过水泵31到达第三级反渗透膜滤芯3，对第三级反渗透膜滤芯3进行冲刷，形成一个内冲洗
循环，通过内冲洗方式防止第三级反渗透膜滤芯3产生浓差极化现象，防止颗粒物和胶体沉积及盐分结晶，降低第三级反渗透膜滤芯3前浓水浓度，部分污染物通过组合电磁阀91随浓水排出，避免了纯水流量和回收率过低，节约了水资源。
37.实施例2本发明所述多级复合深层过滤的高水效纯水机的工作方法，包括在线监测；所述在线监测，包括如下步骤：所述监测仪表系统6包括缓冲瓶61、蠕动泵62、在线电导率仪测量池63、电导率检测仪64、总有机碳检测池65、总有机碳分析仪66，从水管九42流出的纯水经缓冲瓶61的入口611进入缓冲瓶61内，当缓冲瓶61内充满纯水后，缓冲瓶61的溢流口612有纯水排出，水泵阀613自动打开，纯水通过蠕动泵62调节流速后分别进入在线电导率仪测量池63和总有机碳检测池65，并且迅速充满在线电导率仪测量池63和总有机碳检测池65，待稳定后，在线电导率仪测量池63的电导率检测仪64和总有机碳检测池65的总有机碳分析仪66对纯水分别进行连续动态的电导率和 toc测试，并且将监测到的电导率和 toc数据实时传输至控制器10，由控制器10上传至上位机101。
38.通过设置监测仪表系统6，可以实时对净化过滤后的水质的质量进行实时监测，从而判断纯水机中的第一级复合滤芯1、第二级聚丙烯熔喷滤芯2、第三级反渗透膜滤芯3、第四级活性炭滤芯4是否需要进行更换。
39.本发明具体工作方法途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。