具有反向沖洗清潔功能的家用凈水裝置的設(shè)計(jì)

袁 權(quán)，牟泓錦

（1.四川大學(xué)附屬中學(xué)2017 級17 班，四川 成都 610100；2.成都市樹德中學(xué)光華校區(qū)2018級3班，四川 成都 610100）

水是生命之源，是不可替代的自然資源和經(jīng)濟(jì)資源，據(jù)調(diào)查顯示，人類疾病80%與水有關(guān)。近年來，飲用水隨著生活質(zhì)量的提高和健康意識的增強(qiáng)，人們對生活飲用水的關(guān)注度越來越高了，家用凈水器因此得到了廣泛的應(yīng)用。凈水器產(chǎn)品主要是基于對城市自來水的再凈化、達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的目的而設(shè)計(jì)的，凈化后達(dá)到中華人民共和國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，成為直接飲用水的目的。

家庭自來水由凈水裝置的入口進(jìn)入，家用凈水器是給水做深度處理的小型裝置，其主要處理對象是自來水中的濁度、色度、異嗅和有機(jī)物等[1]，在各項(xiàng)過濾器層層過濾下過濾成為干凈的飲用水，但長時間后，雜質(zhì)、重金屬、細(xì)菌等在濾芯、濾膜等地方集結(jié)，形成過濾雜質(zhì)層。如果不及時清洗或者更換，就會對飲用水造成二次污染，飲用后危害身體健康，目前，過濾雜質(zhì)多通過排污和沖洗的方式進(jìn)行沖洗，但是排污較難排除夾雜在濾芯處的雜物；沖洗多通過正向沖洗的方式，浪費(fèi)較多水資源，且沖洗效果較差，易于損壞濾芯、濾膜。

另外，這種一體化濾芯臟了需要人工清洗時，拆卸也極不方便，如果濾芯有一點(diǎn)破損后，則需要更換整組濾芯，大大增加以后的維護(hù)成本。

出于以上幾方面的考慮，并廣泛調(diào)查城市家庭的飲用水實(shí)際情況，研發(fā)了一種具有反向沖洗清潔功能的家庭用凈水裝置，利用反向沖洗技術(shù)高效迅速洗凈膜表面污染物，恢復(fù)濾芯的水通量和過濾精度，恢復(fù)率達(dá)97%，延長了凈水產(chǎn)品濾膜濾芯的壽命；通過濾芯和RO 反滲透膜過濾水中的雜質(zhì)及污物，通過反沖洗裝置引入純凈水，實(shí)現(xiàn)對濾芯和反滲透膜的清洗沖刷，避免飲用水的二次污染，減少濾芯及反滲透膜的更換頻率，節(jié)約使用成本。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

具有反向沖洗功能的家庭用凈水裝置原理如圖1 所示。

圖1 具有反向沖洗功能的家庭用凈水裝置原理圖

如圖1 所示，具有反向沖洗清潔功能的家庭用凈水器包括進(jìn)水閥1、第一級過濾器2、第二級過濾器4、第三級過濾器6、出水閥7、第一級反沖洗閥8、第二級反沖洗閥9、第三級反沖洗閥10、反沖洗總閥11、儲水箱12 和電動水泵13 組成，當(dāng)自來水由進(jìn)水閥進(jìn)入到第一級過濾器進(jìn)行初級過濾后，再經(jīng)過第二級過濾器進(jìn)行二次過濾，最后經(jīng)過第三級過濾器實(shí)現(xiàn)三級過濾，達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)；在進(jìn)行反沖洗操作時，由用戶根據(jù)需要將反沖洗總閥打開，儲水箱儲滿水進(jìn)行沖洗，當(dāng)?shù)谝患壏礇_洗閥、第二級反沖洗閥、第三級反沖洗閥分別打開時，可以單獨(dú)清洗第一級過濾器、第二級過濾器、第三級過濾器，從而實(shí)現(xiàn)對濾芯和RO 反滲透膜的清洗沖刷。其中第一級過濾器的濾芯內(nèi)嵌著PP 棉，第二級過濾器的濾芯內(nèi)裝滿活性炭，第三級過濾器內(nèi)裝有RO 反滲透膜。

儲水箱12 用于定量儲存精濾水，用于沖洗過濾器，在儲水箱的左上角安裝有溢流口，當(dāng)水箱水位高于溢流口時，將通過溢流口排出到下水道，在儲水箱的右下角安裝有水龍頭，便于清潔水箱，排掉污物。

2 凈水裝置的工作原理

自來水由第一級進(jìn)水閥進(jìn)入到第一級過濾器，通過嵌有PP 棉的過濾器進(jìn)行初級過濾后，可以過濾掉泥沙、鐵銹、懸浮物等雜質(zhì)，再經(jīng)過裝有活性炭的第二級過濾器過濾，去除了水中的懸浮物及異味，最后經(jīng)過裝有RO 反滲透膜的第三級過濾器，去除了水中的無機(jī)鹽、重金屬、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等，得到了符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用純凈水。

在進(jìn)行反向沖洗操作時，將圖1 中所示的反沖洗總閥11打開，儲水箱12 儲滿水進(jìn)行沖洗，將第一級反沖洗閥8、第二級反沖洗閥9、第三級反沖洗閥10 分別打開時，可以清洗第一級過濾器2、第二級過濾器4、第三級過濾器6，在系統(tǒng)正常工作時，第一級進(jìn)水閥1、第二級進(jìn)水閥3、第三級進(jìn)水閥5 打開，各反沖洗閥均為關(guān)閉狀態(tài)，從而方便實(shí)現(xiàn)定期清洗。當(dāng)進(jìn)行反向沖洗操作時，關(guān)閉出水閥，打開反沖洗總閥，潔凈水進(jìn)入儲水箱儲存，當(dāng)需要清洗第一級過濾器時，打開第一級反沖洗閥，在電動水泵的作用下，可以對第一級過濾器進(jìn)行反向沖洗；為避免污水倒流，此時第一級進(jìn)水閥、第二級進(jìn)水閥、第二級反沖洗閥、第三級反沖洗閥均關(guān)閉，排污螺塞需要打開，其中第一級過濾器是污染最嚴(yán)重的，因此應(yīng)增加清洗次數(shù)，以得到符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水。

當(dāng)需要清洗第二級過濾器時，打開第二級反沖洗閥，在電動水泵的作用下，可以對第二級過濾器進(jìn)行反向沖洗；為了避免污水倒流，此時，第一級反沖洗閥、第二級進(jìn)水閥、第三級進(jìn)水閥、第三級反沖洗閥均關(guān)閉，排污螺塞需要打開。當(dāng)需要清洗第三級過濾器時，打開第三級反沖洗閥，在電動水泵的作用下，可以對第三級過濾器進(jìn)行反向沖洗；為避免污水倒流，此時第一級反沖洗閥、第二級反沖洗閥、第三級進(jìn)水閥均關(guān)閉，排污螺塞需要打開。

3 過濾器的結(jié)構(gòu)及工作原理

過濾器的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2 所示。

圖2 過濾器結(jié)構(gòu)圖

從自來水到飲用水一共經(jīng)過了三級過濾，自來水由第一級進(jìn)水閥進(jìn)入到第一級過濾器后，水中的雜質(zhì)通過第一級過濾器過濾，過濾器的結(jié)構(gòu)由第一外殼2-2 和第一濾芯2-4 組成，第一濾芯內(nèi)嵌著PP 棉，用于過濾泥沙、鐵銹、懸浮物等雜質(zhì)，水從第一級過濾器進(jìn)水口2-1 進(jìn)入，經(jīng)第一外腔2-3、第一濾芯過濾后，由第一級過濾器出水口2-6 排出，出水口與第一級過濾器內(nèi)腔2-5 相連，過濾后的雜質(zhì)積存在外腔底部，通過旋動第一排污螺塞2-7，可以定期清理污物，PP 棉只有在破損的時候才更換，節(jié)約了成本。

第二級過濾器的結(jié)構(gòu)由第二外殼4-2 和第二濾芯4-4 組成，第二濾芯內(nèi)裝滿活性炭，水中的雜質(zhì)通過內(nèi)腔的活性炭進(jìn)行吸附，用于去除水中的異味、色度和殘余氯離子，水從第二級過濾器進(jìn)水口4-1 進(jìn)入，經(jīng)第二外腔4-3、第二濾芯過濾后，由第二級過濾器出水口4-6 排出，第二級過濾器出水口與第二級過濾器內(nèi)腔4-5 相連，過濾后的雜質(zhì)積存在外腔底部，通過旋動排污螺塞4-7，可以定期清理污物，也可以根據(jù)需要將濾芯拔出，更換活性碳。

第三級過濾器的結(jié)構(gòu)由外殼和RO 反滲透膜6-4 組成，用于去除水中的無機(jī)鹽、重金屬、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等，得到飲用純凈水，水從第三級過濾器進(jìn)水口6-1 進(jìn)入，經(jīng)第三外腔6-3、RO 反滲透膜過濾后，由第三級過濾器出水口6-6 排出，第三級過濾器出水口與第三過濾器內(nèi)腔6-5 相連，過濾后的雜質(zhì)積存在第三外腔底部，通過旋動第三排污螺塞6-7，可以定期清理污物。

自來水經(jīng)過裝PP 棉的第一級過濾器、裝活性炭的第二級過濾器、裝RO 反滲透膜的第三級過濾器后，得到符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，當(dāng)需要清洗某級過濾器時，可以很方便地打開對應(yīng)的反沖洗閥門，實(shí)現(xiàn)定期清洗，避免飲用水被二次污染，也減少更換濾芯的次數(shù)，節(jié)約成本。

4 具有反向沖洗清潔功能的凈水裝置的實(shí)用性

自來水由進(jìn)水閥進(jìn)入到第一級過濾器、第二級過濾器、第三級過濾器、出水閥實(shí)現(xiàn)三級精確過濾，達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

第一級過濾器的濾芯內(nèi)嵌著PP 棉，用于過濾泥沙、鐵銹、懸浮物等雜質(zhì)，過濾后的雜質(zhì)積存在外腔底部，通過旋動排污螺塞，可以定期清理污物。

第二級過濾器的濾芯內(nèi)裝滿了活性炭，用于去除水中的異味。

第三級過濾器的濾芯內(nèi)裝有RO 反滲透膜，用于去除水中的無機(jī)鹽、重金屬、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等，得到飲用純凈水，過濾后的雜質(zhì)積存在外腔底部，通過旋動排污螺塞，可以定期清理污物。

在進(jìn)行反沖洗操作時，將反沖洗總閥打開，儲水箱儲滿水，可以分別對第一級、第二級、第三級過濾器進(jìn)行反沖洗，在系統(tǒng)正常工作時，各反沖洗閥均為關(guān)閉狀態(tài)，從而方便實(shí)現(xiàn)定期清洗。儲水箱用于定量儲存精濾水，用于沖洗過濾器，在儲水箱的左上角安裝有溢流口，當(dāng)水箱水位高于溢流口時，將通過溢流口排出到下水道，在儲水箱的右下角安裝有水龍頭，便于清潔水箱，排掉污物。

5 總結(jié)與展望

健康已經(jīng)成為這個時代的主題，但水資源的匱乏與污染已嚴(yán)重威脅到人們的健康生活，普通凈化技術(shù)即日常生活中的自來水不適合飲用，人們需要一種凈水器對自來水進(jìn)行二次處理，達(dá)到可以直接飲用的目的，也需要一種裝置能方便、可靠地對經(jīng)過層層過濾后的濾芯進(jìn)行清洗，節(jié)約更換成本，因此，反向沖洗清潔功能的家用凈水裝置就應(yīng)運(yùn)而生了。但由于在處理過程中，如果自來水雜質(zhì)過多，對濾芯堵塞后，會導(dǎo)致水通量不足，以及在使用過程中，什么時候?qū)V芯進(jìn)行反向沖洗，怎樣才算清洗干凈，還需要人為控制，相信在不久的將來，具有自動沖洗和控制的凈水器將面市。

具有反向沖洗功能的家用凈水器是社會發(fā)展環(huán)保和人們健康所必需的，其發(fā)展及社會需求速度很快。根據(jù)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)性能及需求分析認(rèn)為凈水器在當(dāng)前及今后相當(dāng)長時間內(nèi)，都將發(fā)揮重要作用，很有發(fā)展前景。