反滲透凈水器的改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

余偉良

(深圳安吉爾飲水產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

近年來,人們?cè)絹碓疥P(guān)注飲用水的安全健康。反滲透作為一種以高于滲透壓的壓力作為推動(dòng)力，利用選擇性膜只能透過水而不能透過溶質(zhì)的選擇透過性，從水體中將水分子與溶質(zhì)相分離的過程，已成為許多消費(fèi)者們爭(zhēng)相追逐的對(duì)象。然而，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念中，反滲透凈水器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、漏水點(diǎn)多，為生產(chǎn)和維護(hù)帶來不便，因此，需引入全新的集成設(shè)計(jì)理念，升級(jí)凈水器產(chǎn)品，才能提高其性能和可靠性。

1 集成濾芯設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)反滲透凈水器集成濾芯可分為粗過濾pp棉濾芯、壓縮活性炭濾芯、精過濾PP棉濾芯、RO反滲透膜濾芯及后置顆粒活性炭濾芯五種。粗過濾pp棉濾芯，其作用為過濾水中固體雜質(zhì)，包括：鐵銹、泥沙、膠體以及懸浮物等；壓縮活性炭濾芯其主要進(jìn)行有機(jī)物以及存在異色、異味物質(zhì)的過濾；精過濾作用的pp棉濾芯主要作用在于水中細(xì)小顆粒物質(zhì)的過濾； RO反滲透膜濾芯主要進(jìn)行有害物質(zhì)的過濾，如，農(nóng)殘、細(xì)菌、重金屬離子以及病毒等；后處理濾芯其作用是有效改善水質(zhì)口感，將異味有效去除。上述五種過濾單元中，粗過濾pp棉濾芯、壓縮活性炭濾芯、精過濾PP棉濾芯為預(yù)處理濾芯，后置顆?；钚蕴客ǔ７Q為后處理濾芯。如圖1所示為反滲透凈水器水路原理。

圖1 水路原理圖

以上不同功能的濾芯可相互組合，進(jìn)而形成各不一致的集成方法，若預(yù)處理與后處理功能濾芯相組合，會(huì)形成預(yù)、后處理濾芯集成，若預(yù)處理與后處理與RO反滲透功能的濾芯相組合，會(huì)形成預(yù)、后與反滲透膜集成等。實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)將實(shí)際設(shè)計(jì)需求作為依據(jù)，進(jìn)行不同集成濾芯的應(yīng)用[1]，下文對(duì)幾種常見集成進(jìn)行闡述。

1.1 預(yù)處理濾芯集成

這一集成方式，是通過結(jié)構(gòu)組合的形式實(shí)現(xiàn)，其中的預(yù)處理濾芯有三支，所有濾芯呈圓筒形狀，并且中間是中空的，三支濾芯直徑不一，套裝在一起，最里面一層為精PP棉，中間位置處為活性炭棒，最外一層為粗PP棉，在三層濾芯組合下，形成一根集成濾芯。為達(dá)到良好的過濾效果，對(duì)所有過濾孔徑進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，具體是實(shí)現(xiàn)過濾精度從低至高，空洞從外向內(nèi)逐漸變小，詳見圖2。

為使其余水接觸表面積得以增加，使濾芯達(dá)到最佳效果，可將粗PP棉設(shè)置為折疊狀，也會(huì)有效延長(zhǎng)濾芯使用時(shí)間。詳見圖3。

圖2 剖視圖 圖3 折疊樣式圖

除了上述形式，新吸附材料碳纖維亦可作為濾芯，原材料經(jīng)碳化及放絲會(huì)形成碳纖維，在碳纖維中，大多數(shù)碳原子都集中于表面，大概80%，進(jìn)而具備較強(qiáng)的吸附性，同時(shí)也較為柔軟，可進(jìn)行再次加工。與實(shí)際過濾功能相結(jié)合，將無紡布與碳纖維相互配合，形成預(yù)處理集成濾芯[2]，具體是最內(nèi)側(cè)用高精度的無紡布，最外側(cè)用低精度的無紡布，將碳纖維置于中間，將其卷成圓柱狀即完成。應(yīng)用碳纖維，具備較多優(yōu)勢(shì)，第一，過濾效果好，第二，形成的集成濾芯極為緊湊，詳見圖4。

圖4 碳纖維集成濾芯圖

1.2 預(yù)處理及后處理濾芯集成

這一形式，其實(shí)際上是將預(yù)處理集成濾芯與后置顆?；钚蕴繛V芯相結(jié)合，在兩者有效集成下，最終形成。通過串聯(lián)這一形式，將前、后處理濾芯進(jìn)行結(jié)合，詳見圖5。

圖5 集成濾芯圖

實(shí)際工作環(huán)節(jié)，原水會(huì)經(jīng)過前處理濾片，在過濾后，水會(huì)通過內(nèi)、外中心管夾層位置，直接到達(dá)RO膜濾芯位置，通過再次過濾流出來的水，會(huì)通過后處理器濾芯，在活性炭過濾后，到達(dá)內(nèi)中心管處，直至通過內(nèi)中心管流出完成所有過濾環(huán)節(jié)的水，即純水。將后置顆粒活性炭與前處理集成濾芯連接成一體，共同進(jìn)行原水過濾，卻又是具備獨(dú)立水路的過濾裝置，兩個(gè)單位各自有較高的密封度，相互不會(huì)竄水[3]。

1.3 預(yù)及后處理濾芯與RO反滲透膜集成

將結(jié)構(gòu)及水路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，組合反滲透凈水器全部過濾單元，最終得到具備復(fù)合功能的濾芯，實(shí)現(xiàn)這一組合，有較多可行性方案，在此不一一細(xì)說，僅將兩種常見的方案列舉出來，第一，圓形集成，在反滲透膜的外部位置，卷上一層前處理集成濾芯，并將后處理濾芯與其一端相連，最終構(gòu)成具備復(fù)合型功能的濾芯，詳見圖6。

圖6 圓形濾芯圖

如圖6所示，在前處理集成濾芯側(cè)面位置處，原水進(jìn)入該裝置，通過實(shí)際過濾到達(dá)反滲透膜外側(cè)位置處，在該位置過濾后，分成兩路水，其中，一路水通過膜中心管流出，進(jìn)入后處理濾芯一端，在這一位置由活性炭進(jìn)行過濾，最終在后置中心管中流出純水。第二路水為廢水，會(huì)通過反滲透膜端部排除。第二，扁形集成，這一形式主要是講圓柱形濾芯，變?yōu)闄E圓形，通過結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)變，將機(jī)器厚度有效減少，詳見圖7。

圖7 扁形濾芯圖

如圖7所示，該形式的濾芯，中心管為橢圓形，其中存在兩個(gè)圓形孔洞，將前、后處理濾芯分別放在該位置處，同時(shí)在橢圓中心管外部位置，卷上一層反滲透膜。實(shí)際過濾環(huán)節(jié)，原水流經(jīng)內(nèi)部孔洞，直至前處理集成濾芯位置處，經(jīng)裝置過濾后，經(jīng)膜端蓋水路流至膜濾芯，最后通過反滲透某實(shí)施過濾，形成兩路水，其中一路為純水，一路為廢水，對(duì)于純水而言，會(huì)流至后處理濾芯位置，通過活性炭進(jìn)行過濾，最終經(jīng)后置中心管流出，而對(duì)于廢水而言，會(huì)經(jīng)反滲透膜，最終排除。

以上介紹的兩個(gè)常見設(shè)計(jì)方案，均具備傳統(tǒng)五級(jí)濾芯過濾功能，但實(shí)際使用過程中，在使用場(chǎng)景上存在差異，在實(shí)際選擇中應(yīng)以現(xiàn)存情況為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用。第一種形式的復(fù)合濾芯，會(huì)產(chǎn)生較大的濾芯流量，機(jī)器有較大的厚度，外徑較粗，因此，不易安裝，通常躋身于小流量機(jī)器上，而后一種扁形形式的復(fù)合濾芯而言，流量較大，同時(shí)不會(huì)嚴(yán)重影響到機(jī)器厚度，這一形式更加適合用于大流量機(jī)器中。

2 集成水路設(shè)計(jì)

集成水路設(shè)計(jì)主要是將化繁為簡(jiǎn)作為主要原則，去除裝置中存在的復(fù)雜接頭及管線等，應(yīng)用水路板，將大部分零件統(tǒng)一整理，達(dá)到水路聯(lián)連通的效果模具抽芯整體成型以及熱板焊接是集成水路中兩種較為普遍應(yīng)用的技術(shù)。前者主要是通過抽出模具芯桿，最終形成孔道，所有孔道相互關(guān)聯(lián)，最終形成集成水路。將塑料件作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)水路，在塑料件六個(gè)面上，設(shè)置連接孔口位，在芯桿抽出后，會(huì)有較多孔洞，這些孔洞會(huì)作為不見連接孔，也會(huì)存在一些不需要的孔，將其封死即可，最終形成水路板。這種形式對(duì)成型材質(zhì)要求較低，不用投入過多的焊接設(shè)備，所需支出較少，一般的水路功能都可實(shí)現(xiàn)。后者是利用金屬熱板，對(duì)焊接面進(jìn)行加熱，融化后將熱板拿走，將兩個(gè)塑板件合二為一，形成水路板。這一技術(shù)在設(shè)備及焊接上會(huì)存在較大的資金投入，存在較高的前期成本。

3 集成設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)效果比較

凈水器采用集成設(shè)計(jì)后，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行比較如表1所列。

表1 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)效果比較

通過集成設(shè)計(jì)后，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品性能、生產(chǎn)、售后維護(hù)以及用戶體驗(yàn)上，均存在較為明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，本文的集成設(shè)計(jì)具備一定的參考價(jià)值及意義。

4 結(jié) 語

綜上所述，集成濾芯和集成水路是凈水器在設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新，集成濾芯設(shè)計(jì)，能夠有效的改進(jìn)當(dāng)前產(chǎn)品的使用性能以及體驗(yàn)感，對(duì)產(chǎn)品行業(yè)的快速發(fā)展具有推動(dòng)作用。通過本次反滲透凈水器集成設(shè)計(jì)，機(jī)器漏水明顯減少，使用成本明顯降低，有效的提高了產(chǎn)品的可靠性。經(jīng)過產(chǎn)品實(shí)踐，該設(shè)計(jì)創(chuàng)新可以在凈水器設(shè)計(jì)中大力推廣和應(yīng)用。