中央凈水器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中央凈水器，具體為一種安裝在中小型用戶(例如家庭、別墅等)入戶總進(jìn)水端的水質(zhì)凈化裝置，屬于生活飲用水水質(zhì)深度處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，水環(huán)境加劇惡化，但國內(nèi)外大多數(shù)自來水廠至今仍采用沉淀、過濾、加氯消毒的陳舊工藝方法，將江河水或地下水簡單加工。然而，面對工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水和生活污水猖獗泛濫涌入生活水源并造成水源的一次污染，自來水廠已經(jīng)不堪重負(fù)無能為力。
[0003]氯化消毒是我國沿用多年且仍然普遍采用的自來水消毒技術(shù)，對于滅活水中微生物、病毒菌等起到關(guān)鍵作用。故國家標(biāo)準(zhǔn)要求市供自來水到達(dá)居民飲用水終端時水中仍應(yīng)保持適量的余氯。這不僅是為降低市供自來水經(jīng)輸水管網(wǎng)輸送過程中的二次污染，也是防止市供自來水到達(dá)居民飲用水終端后在家庭飲用水管路系統(tǒng)內(nèi)可能發(fā)生微生物、病毒菌的“三次污染”(注:“三次污染”系本發(fā)明為敘述方便所獨(dú)創(chuàng)的專有名詞)。
[0004]不幸的是，近二十年來人們逐漸發(fā)現(xiàn)，氯化消毒同時，氯還可與水中的有機(jī)物反應(yīng)生成一系列消毒副產(chǎn)物(強(qiáng)致癌物)，主要分為:(I)揮發(fā)性鹵代有機(jī)物。主要有三鹵甲烷類，包括氯仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和溴仿；(2)非揮發(fā)性鹵代有機(jī)物。主要有鹵代乙酸類，如氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、溴乙酸、二溴乙酸、三溴乙酸、溴氯乙酸、二溴一氯乙酸、二氯一溴乙酸等;此外還有鹵代醛、鹵代酚、鹵代腈，鹵代酮、鹵代羥基呋喃酮(如3-氯-4-二氯甲基-5-羥基-2 (5氫)呋喃，簡稱MX )等，對人體健康構(gòu)成潛在的危脅。另外，人體皮膚對氯幾乎是全部吸收，長期洗浴含氯水，容易誘發(fā)多種皮膚疾病乃至癌癥。因此，從健康角度考慮，市供自來水到達(dá)居民飲用水終端后，首先應(yīng)將水中余氯徹底除去，其通常做法是在入戶總進(jìn)水端安裝中央凈水器。
[0005]早期的中央凈水器僅僅是填充石英砂、活性炭等濾料，將水中肉眼可見物去除，同時吸附水中余氯，除色除臭。但隨著供水水質(zhì)嚴(yán)重惡化以及民眾飲用水安全意識的增強(qiáng)，對中央凈水器的水質(zhì)凈化性能要求越來越高，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，導(dǎo)致設(shè)備造價及制水成本越來越昂貴，還帶來資源的無謂消耗(例如，家庭用水中，沖廁水占據(jù)總水量消耗的相當(dāng)部分，完全可以利用家庭廢水)，故障頻發(fā)、維護(hù)難度加大。但最根本的還是:余氯去除后，如何防止家庭飲用水管路系統(tǒng)內(nèi)可能滋生的微生物、病毒菌“三次污染”，迄今尚未見有任何解決方案，或者說，這樣的中央凈水器尚未出現(xiàn)。
[0006]家庭用水的另一個問題是水的硬度。所謂水的硬度是指水中多價陽離子數(shù)量的總和，通常是指水中鈣、鎂離子的含量。飲水硬度高低也和健康息息相關(guān)。和飲水硬度關(guān)系最為密切的健康問題是心血管疾病，硬水也容易引起泌尿系統(tǒng)結(jié)石。除對健康的影響外，水的硬度過高，會給日常生活帶來多方面的不利影響。如用硬水泡茶，會使茶水變味；用以烹調(diào)食物，會降低營養(yǎng)價值;用以洗衣，會增加肥皂消耗，并影響紡織物的色澤和柔軟性;硬水煮沸，會在水壺和鍋爐內(nèi)沉積水垢，從而增加燃料消耗，并易使容器受損，等等。
[0007]現(xiàn)有中央凈水器基本沒有硬水軟化能力，目前家庭中欲解決水硬度的主要手段是購買基于離子(樹脂)交換技術(shù)的軟水機(jī)。其主要問題是，所軟化水只能用于洗滌，不宜飲用。因為離子交換除去水中鈣鎂離子的同時，向水中釋放大量鈉離子，不利健康。而且，軟水機(jī)需經(jīng)常用鹽(氯化鈉)反洗，費(fèi)時費(fèi)力費(fèi)錢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決技術(shù)問題是:提供一種能夠杜絕家庭飲用水管路系統(tǒng)的微生物和病毒菌等“三次污染”并可改善降低水的硬度的中央凈水器。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:一種中央凈水器，包括承壓容器、成對的陰電極和陽電極、為成對的陰電極和陽電極供電的電解電源，所述承壓容器包括豎直設(shè)置的金屬筒體以及設(shè)置在所述金屬筒體兩端的絕緣密封端蓋;所述承壓容器內(nèi)設(shè)有與金屬筒體兩端的端蓋均密封連接的絕緣隔套管，所述絕緣隔套管中部開有若干透水孔，所述陰電極設(shè)置在絕緣隔套管的底部;所述絕緣隔套管向外依次包裹有第一透水性隔膜和第二透水性隔膜，所述第一透水性隔膜和第二透水性隔膜之間填充有物理吸附濾芯，所述第一透水性隔膜和第二透水性隔膜均采用非導(dǎo)電材料制成的隔膜;所述金屬筒體頂部的端蓋上設(shè)有排污水口，所述金屬筒體底部的端蓋上設(shè)有進(jìn)水口，所述第二透水性隔膜和金屬筒體之間設(shè)有出水口 ；所述金屬筒體與陰電極電連接。
[0010]本發(fā)明中所述物理吸附濾芯優(yōu)選PP棉、多孔陶瓷微濾材料、顆粒活性炭、燒結(jié)活性炭或活性炭纖維制成的濾芯。
[0011 ]本發(fā)明裝置工作過程及凈化機(jī)理說明如下:
當(dāng)排污水口關(guān)閉情況下，市供自來水源水從進(jìn)水口進(jìn)入到本發(fā)明裝置，經(jīng)下述多重凈化處理后，從出水口供水至整個家庭管路系統(tǒng)。
[0012](I)絕緣隔套管內(nèi)軸向兩端的陽電極和陰電極構(gòu)成一個無膜電解池。市供自來水源水從進(jìn)水口進(jìn)入本發(fā)明裝置無膜電解池，源水中污染物質(zhì)在電極上直接被氧化或還原而從水中去除，或是利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì)。陰、陽電極間電壓場、以及電解電泳綜合作用，將處于電場內(nèi)的水中微生物、致病菌滅活。
[0013](2)上述無膜電解池中設(shè)置為陽電極在上、陰電極在下，主導(dǎo)反應(yīng)的主要是陰極反應(yīng)產(chǎn)物--氫氣。由于氫氣分子直徑小、逃逸速度快，相較陽電極-陰電極左右放置氧氣和氫氣共同參與電絮凝方式，具有更好的氣浮/絮凝效果。尤其向陰電極運(yùn)動的水中鈣鎂陽離子，與上浮氫氣流對沖，形成更充分絮凝沉淀下來，同時水中TDS總量下降。
[0014]經(jīng)上述無膜電解池初步凈化的水，從絕緣隔套管中部開孔處透過第一透水性隔膜—中間活性炭濾層—第二透水性隔膜，最后從出水口輸出，水中污染物基于物理吸附濾芯和第一、第二透水性隔膜的過濾物理處理進(jìn)一步得到凈化去除。
[0015](3)在絕緣隔套管內(nèi)電解電壓U，從陽極(上部)到陰極(底部)基本呈線性遞減，中部圓周開孔處的電壓(電位)值約為總電壓的1/2。由于金屬筒體與陰電極通過導(dǎo)線電連接即處于同電位，因此從絕緣隔套管中部開孔進(jìn)水—第一透水性隔膜—中間物理吸附濾芯—第一透水性隔膜—金屬筒體至出水，實(shí)際存在有一個電壓降=1/2U。
[0016]由于絕緣隔套管中部電位1/2U的存在，實(shí)際上在上述區(qū)間構(gòu)成一個隔膜電解方式的第二電解池，金屬筒體為第二陰極，塑料隔套管中部電位1/2U等效于第二陽極。經(jīng)無膜電解池處理后的水從絕緣隔套管中部開孔進(jìn)入第二電解池再次電化學(xué)反應(yīng)，且電化學(xué)處理與物理吸附濾芯附加上第一、第二透水性隔膜的膜過濾的物理吸附處理無縫對接有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)更深層次的水凈化。
[0017](4)本發(fā)明中第一、第二透水性隔膜的結(jié)構(gòu)在微觀上表現(xiàn)為無數(shù)透水微孔的過水通道區(qū)域，由于第一、第二透水性隔膜是非導(dǎo)電性材料制成，因而在透水微孔的過水通道內(nèi)產(chǎn)生電壓降，即當(dāng)電解電源的電解電壓施加于外電極(陽電極)和內(nèi)電極(陰電極)后，在第一、第二透水性隔膜的透水微孔內(nèi)形成電壓降落關(guān)系。
[0018]而水電解時的析氫、析氧反應(yīng)生成的氣體很容易進(jìn)入透水微孔的過水通道內(nèi)并在過水通道內(nèi)的水中生成氣泡，在第一、第二透水性隔膜的透水微孔的過水通道內(nèi)的狹小環(huán)境中氣泡很容易破碎從而產(chǎn)生局部高溫高壓，進(jìn)而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，在第一、第二透水性隔膜中及第一、第二透水性隔膜周邊區(qū)域水中生成羥基自由基類暫態(tài)氧化因子的等離子體(等離子體是和固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)處于同一層次的物質(zhì)第四態(tài)，低溫等離子體富含電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子，電子與離子有很高的反應(yīng)活性，可以使通常條件下難以進(jìn)行或速度很難的化學(xué)反應(yīng)變得十分迅速，通過水體放電生成等離子群，可以大大提高水體中污染物的降解效率)，該羥基自由基暫態(tài)氧化因子的氧化性極強(qiáng)(超過臭氧)，同時在水中的存在時間又極短，因此可以在產(chǎn)生后迅速對水中有機(jī)物(如細(xì)菌)等污染物形成極強(qiáng)的降解作用并自身迅速氧化后直接還原為水，不留任何毒副作用。
[0019]傳統(tǒng)的水體等離子放電技術(shù)，為產(chǎn)生水體等離子放電往往通過外部向水中導(dǎo)入氣體，并施以加高強(qiáng)度脈沖電壓或高溫條件。本發(fā)明則將等離子放電引導(dǎo)到第一、第二透水性隔膜的無數(shù)微小透水生孔內(nèi)進(jìn)行，依靠對水電解析氫、析氧反應(yīng)生成的氣體，進(jìn)入第一、第二透水性隔膜中誘發(fā)水體自身氣化，進(jìn)而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，即可激發(fā)出水體等離子放電，在水中生成極具殺菌能力的羥基自由基類暫態(tài)氧化因子。該羥基自由基暫態(tài)氧化因子的氧化性極強(qiáng)，具有非常好的殺菌效果，可以加入到出水中，同時在水中的存在時間又較短，可以直接還原為水從而在殺菌后不留任何毒副作用。
[0020]上述超低壓等離子放電過程，在第二透水性隔膜中進(jìn)行得尤為激烈，這是因為第二透水性隔膜與金屬筒體構(gòu)成的第二陰電極距離最近，可以吸收到陰電極釋放的大量高能電子。
[0021]由于超低壓等離子放電，從出水口向家庭飲用水管路系統(tǒng)內(nèi)釋放有相當(dāng)數(shù)量的等離子群。這些離子群具有極強(qiáng)的氧化或還原性，對水中有機(jī)污染物、細(xì)菌、微生物有極強(qiáng)的降解或滅活作用；同時，這些離子群在水中的衰減期又很快，不至于長時間累積，尤其是極少存在毒副作用。從而確保中央凈水器在除去水中作氯后，能夠確保家庭內(nèi)部的飲用水管路仍然徹底杜絕了發(fā)生微生物、病毒菌“三次污染”的可能。
[0022](5)本發(fā)明裝置排污水口的出水最優(yōu)化的利用方式是作為沖廁用水，即排污水口與馬桶的水箱相連接，由馬桶沖水閥控制；當(dāng)然排污水口的出水也可以用于家庭澆花或者拖地等。本發(fā)明的凈水器在正常工作時，源水中污染物質(zhì)會在陽電極附近聚集，因此將排污水口設(shè)置在陽電極處，這樣排污水口的每次出水都相當(dāng)于對凈水器的一次自動清洗維護(hù)，同時絕緣隔套管中沉淀的絮凝物也可以在自來水水壓的作用下從排污水口排出，既節(jié)約用水同時又實(shí)現(xiàn)了對本發(fā)明裝置自動清洗維護(hù)。
[0023]優(yōu)選的，所述第一透水性隔膜的透水微孔的孔徑大小和形狀基本相同，所述第二透水性隔膜的透水微孔的孔徑大小和形狀基本相同。
[0024]本發(fā)明中，如果第一、第二透水性隔膜的透水孔徑過大(即微孔空間過大)等