一种无机中空陶瓷平板膜滤芯饮用水设备的制作方法

本发明是家庭和企业饮用水装置，具体涉及中小型无机中空陶瓷平板膜滤芯饮用水设备。

背景技术：

目前的净水器主要是RO反渗透，通过过滤材料将水过滤后产生纯净水，RO反渗透膜因为膜孔径过小，导致净水太过干净，所以也叫纯净水。而有些人体必需的矿物质和溶解氧也会被RO反渗透膜过滤掉，因此这种纯净水不能被长期饮用；其次RO膜的过滤材料寿命短；第三制水慢，浪费水(制水中产生大量浓缩水，通常生产1升水要排掉3升水)，能耗高，安装维护比较麻烦。活性炭净水器，能吸附异色异味，改善口感，不能滤除水垢、杂质、铁锈、细菌等并且容易造成细菌滋生的二次污染的头痛问题。另外硅藻泥的过滤芯因为未烧结，容易产生成份脱落(如制备过程添加的有机物或重金属超标脱落稀释)，存在较大安全隐患。

一般净水器，是指以活性炭、粗滤、微滤、超滤等不同滤芯来过滤水中杂质、大颗粒污染物、漂浮物等的饮水装置。如果滤芯等与水接触的零部件材料质量不佳，不仅起不到净化水的作用，还会反过来对与其接触的水造成二次污染。存在增加饮用水微生物的风险。

技术实现要素：

本发明的目的是为提供有一种抗微生物侵蚀等卓越的物理性能并能过滤掉大部分杂质及对细菌体全部拦截，使用安全，使用寿命长，低能耗或零能耗，无浓水排放，能产生适宜长期饮用的无机膜滤芯的安全健康饮用水设备。可实现不用电源(只有自来水压力严重不足地区需要增加压力泵)自动产水及自动反冲洗，经济性和实用性大大提高。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：所述无机中空陶瓷平板膜滤芯饮用水设备包括储水组件、活性炭过滤器和无机中空陶瓷平板膜过滤器，所述活性炭过滤器上端与自来水或井水管道连接、下端分别设置有一级净水出口和洗用水出口，一级净水出口通过中间管与无机中空陶瓷平板膜过滤器上端相连，无机中空陶瓷平板膜过滤器下端分别设置有二级净水出口和洗用水出口，二级净水出口通过净水管与饮用水管相连，洗用水出口与排水管相连，排水管与洗用水管相连，饮用水管一端与压力桶相连、另一端依次与后置活性炭滤层和净水出水阀相连，所述活性炭过滤器包括由ABS材料成型的膜壳罐体、设置在膜壳罐体内的U形陶瓷过滤芯以及设置在U形陶瓷过滤芯中的活性炭层，所述U形陶瓷过滤芯上端封闭、下端与陶瓷板密封相连，在陶瓷板下方间隔设有出水嘴II，所述出水嘴II具有与一级净水出口相连通的出水口和与陶瓷过滤芯下端密封相连的圈环；所述无机中空陶瓷平板膜过滤器包括膜壳罐体和间隔设置在膜壳罐体内的中空陶瓷平板膜片，所述中空陶瓷平板膜片下端通过下堵头与二级净水出口相连，二级净水出口通过净水管与饮用水管相连，膜壳罐体内腔与洗用水出口相连。

所述储水组件包括压力桶和压力桶球阀及后置活性炭芯，过滤组件具有自来水入口和净水出口以及洗用水出口，所述饮用水设备入口与自来水或井水管道连接以进水管道压力供给的自来水，所述洗用水出口通过排水管与洗用水管相连，洗用水管与厨房洗碗洗菜或洗手间洗衣机或冲水马桶等日用管道相连接，所述一级净水出口与无机中空陶瓷平板膜过滤器相连接。所述U形陶瓷过滤芯内部设有活性炭层，U形陶瓷过滤芯下端密封设有圆形的陶瓷板，下面设有密封用O型圈与陶瓷滤芯密封，所述U形陶瓷过滤芯由出水嘴II进行密封并与RO膜壳罐体上的出水口密封连接，所述陶瓷板与陶瓷过滤芯将活性炭密封在陶瓷过滤芯内部防止碳颗粒脱落到下一过滤器中；所述U形陶瓷过滤芯采用高纯AL2O3等无机材料经高温烧制而成，膜壁厚度从2～8mm，所述膜孔径为0.1～1um。所述中空陶瓷平板膜过滤器由ABS材料成型的RO膜壳罐体和无机中空陶瓷平板膜片过滤组件构成，所述膜壳罐体上有进水口5、二级净水出口14、洗用水出口21，所述洗用水出口通过排水管22和排水阀连接洗用水管13。所述无机中空陶瓷平板膜片为无机材料Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2等利用传统烧结工艺制备而成，膜片微孔孔径为0.01μm～0.2μm多种规格。所述过滤组件由若干片中空陶瓷平板膜片平行排列，膜片之间留有一定间距便于顶端进水口冲洗膜表面固体颗粒物或细菌体等污染物，达到错流洗(并可离线刮刷清洗)膜面的作用。活性炭过滤器下端的排水阀a和中空陶瓷平板膜过滤器下端的排水阀b交替开启，所述当阀门a开启时活性炭过滤器内部压力马上释放，压力桶内储存的水压通过中空陶瓷平板膜过滤器进水口和活性炭过滤器的净水口向活性炭过滤器的U形陶瓷过滤芯释放压力，将U形陶瓷过滤芯表面的污染物反向冲开，同时在活性炭过滤器进水口进入自来水的冲刷下将活性炭过滤器膜壳内腔的污染物通过阀门a排除做日常洗用。所述当阀门b开启时中空陶瓷平板膜过滤器内部压力马上释放，压力桶内储存的水压通过中空陶瓷平板膜过滤器净水口向中空陶瓷平板膜过滤器的中空陶瓷平板膜片释放压力，将中空陶瓷平板膜片表面上的污染物反向冲开，同时在中空陶瓷平板膜过滤器进水口进入水的冲击下将中空陶瓷平板膜过滤器膜壳内腔的污染物通过阀门b排除做日常洗用。所述储水组件包括压力桶和压力桶球阀及后置活性炭芯，所述压力桶包括压力罐体和气囊以及气囊气门芯，压力桶是用来储存纯净水而配置的，有铁制及塑料的，压力桶内部有气囊，当纯净水进入压力桶到达一定的量时，气囊会被压缩积蓄压力，此时压力罐水满。当净水口或排污口开启时净水在气囊这个压力作用下流出使用或对无机中空陶瓷平板膜和U形陶瓷膜滤芯进行反洗排除腔体内污水；所述球阀为3通球阀分别连接压力膜壳罐体和中空陶瓷平板膜出口及后置活性炭芯入口，后置活性炭芯为通用产品，具抑制细菌，改善口感功效。

本发明采用无机中空平板膜陶瓷作为滤芯，无机陶瓷膜的材料特点及优良性能体现为化学性能稳定性好，结构稳定，抗微生物侵蚀，不与微生物发生作用，安全可靠，温度适用范围广，机械强度高，耐污染能力强，对前端预处理要求相对较低；自来水通过压力的作用下，膜表面上密布的许多0.01um的微孔只允许水分子、有益矿物质和微量元素透过，而泥沙、铁锈、悬浮物、细菌等大分子有机物能100％拦截，能有效去除水中99.9％的胶体、水垢等物质；无机中空陶瓷平板膜有效膜面积大，水通量大，分离率高，跨膜压差小；寿命长是有机膜的5-10倍，容易再生，废弃物不破坏环境，节能环保。本发明陶瓷膜增加亲水性材料涂层，产水量增大。

为方便方便用户安装使用，以上组件采用模块化组装，整体有1个进水口，1个日常洗用排水口，1个净化水出口。所述进水口与市政自来水连接前端设有手动阀门，适用多种压力环境(0.02～3MPa)；所述日常洗用排水口连接家庭洗用水管，开启时即反洗和冲洗膜进行，大大延长陶瓷膜片使用周期，拆除简单刷洗周期可在6个月～2年，并长时间使用造成堵塞时可以进行离线药剂(食盐溶剂或弱碱性溶剂)清洗，恢复90％以上通量，日常只需更换活性炭滤芯即可；所述净水口用管道连接安装鹅颈阀供饮用。所述中空陶瓷平板膜组等过滤组件均采用整体封装，用快插方式的安装，取出调换或清理快捷方便。

本发明采用中空陶瓷平板膜过滤新技术，配合四级处理过滤，清除自来水中杂质；超滤微孔小于0.01微米，能彻底滤除水中的细菌、铁锈、胶体等有害物质，保留水中原有的微量元素和矿物质。

本发明原理：超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3x10000-1x10000的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于300-500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。

在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，这使得超滤的应用受到一定程度的限制。为此，通过试验进行研究，确定最佳的工艺和运行条件，进行在线实时反洗并错流清洗膜面，最大限度地减轻浓差极化的影响，使超滤成为一种可靠的饮用水处理方法。

本发明超滤膜元件采用世界著名膜公司产品，确保客户得到目前世界上最优质的无机膜元件，从而确保截留性能和膜通量，多方位确保系统长期稳定运行。

本发明处理过程无相变，可在食品行业提纯应用，对物料中组成成分无任何不良影响，且分离、纯化、浓缩过程中始终处于常温状态，特别适用于热敏性物质的处理，完全避免了高温对生物活性物质破坏这一弊端，有效保留原物料体系中的生物活性物质及营养成分。

本发明过滤膜根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径的不同，可分为微孔过滤、超滤两种。微孔过滤所用的操作压通常小于2×10^5Pa，膜的平均孔径为500埃～14微米，用于分离较大的微粒、细菌和污染物等。超滤所用操作压为1×10^5Pa～6×10^5Pa，膜平均孔径为10-100埃，用于分离大分子溶质。

本发明无机中空陶瓷平板膜饮水设备的核心元件采用中空陶瓷平板微孔膜，高纯(纯度在95％以上)Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2复合结构并添加亲水材料及抗菌材料等使膜片具有机械强度高、承压能力强、化学稳定性好、孔隙率分布均匀、水通量大、抗污染性好、易于清洗再生、使用寿命长、经济性高等特点，解决了有机膜元件运行中清洗困难、维护繁琐、不能反复反洗、更换频繁、使用环境要求高、使用寿命短、易受酸碱腐蚀、不耐有机溶剂、运行费用高，容易造成排污的困难等问题，有效提高了饮水设备的使用寿命和可靠性。并且使用过的无机中空陶瓷平板膜可以回收用于其他陶瓷制品，减少废弃物。在实际应用中可根据需要进行现场的需求将过滤组件的并联组装操作，形成整体的更大系统。

附图说明

图1本发明的组合结构剖视示意图，

图2是图1的A-A剖视结构示意图，

图3是图1的I-I结构放大示意图，

图4是图2的M-M结构放大示意图。

在图中，1、压力桶 2、膜壳盖体 3、进水嘴 4、饮用水管 5、一级进水口 6、进水孔 7、密封胶 8、后置活性炭滤层 9、净水放水阀 10、U形陶瓷滤芯 11、膜壳罐体 12、活性炭层 13、洗用出水管 14、二级净水出口 15、出水嘴I 16、出水槽 17、中间管 18、上堵头 19、净水管 20、下堵头 21、洗用水出口 22、排水管 23、中空陶瓷平板膜片 24、中束孔 25、分水孔 26、出水嘴II 27、蓄水池 28、陶瓷板 29、密封圈 30、出水口I 31、圈环 32、一级净水出口，33、二级进水口，34、出水口II。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4中，所述活性炭过滤器包括RO膜壳罐体11和U型陶瓷过滤芯10和膜壳盖体2组成。所述RO膜壳罐体上具有一级进水口5、洗用水出口21，一级净水出口32。所述U型陶瓷过滤芯下端密封连接有圆形的陶瓷板28，U型陶瓷过滤芯内部设置有活性炭层12，所述自来水从一级进水口5进入RO膜壳罐体内腔，通过外压，使水垢、杂质、铁锈及部分钙化物等留在U形陶瓷滤芯的外表面，净水通过U形陶瓷滤芯内腔，完成1级过滤。所述1级净化的水通过活性炭层12过滤，残留氯和重金属等物质被吸附，并吸附后微小颗粒经U型陶瓷滤芯口时被圆形的陶瓷板28和出水嘴II 26用密封圈29阻隔在蓄水池27，净水从该蓄水池经出水口II 34和一级净水出口32流出完成两级过滤。所述当洗用水出口21打开时，压力桶续存压力通过内腔气囊进行释放使净化水从一级净水出口32流入，对U形陶瓷滤芯表面进行反冲洗，并通过一级进水口5的水流冲刷作用将膜表面截留下的泥沙铁锈等杂质经日常洗用水口流出使用，达到了自动清洗膜面的作用。所述根据水质的不同污染程度不同，制定不同周期的离线清洗U形陶瓷滤芯表面泥沙污渍等，并进行活性炭棒的更换。

所述中空陶瓷平板膜过滤器包括RO膜壳罐体11和中空陶瓷平板膜滤芯和膜壳盖体组成。所述RO膜壳罐体上具有二级进水口33、洗用水出口21，二级净水出口14。所述中空陶瓷平板膜滤芯由多片具有中束孔24的中空陶瓷平板膜片23间隔排列组成，膜片之间的上堵头18上设置有分水孔25，分水孔用于均匀将水分配到膜片之间，通过膜片上堵头(封闭端)18和膜片下堵头(通槽端)20中间的凹槽定位，所述上下堵头凹槽数量与膜片数量对应，并同侧凹槽设有相通的槽口便于封胶时胶体流动，所述中空陶瓷平板膜与上、下堵头的凹槽部位均使用胶封密封，所述密封胶有聚氨酯类或环氧树脂类或无机胶类。所述中空陶瓷平板膜滤芯的膜片上的下堵头(通槽端)20与出水嘴I 15之间设置有出水槽16，出水嘴I 15上有出水口I 30，出水口I与二级净水出口14相连通，洗用水出口一端与膜壳罐体内腔相通、另一端与排水管22相通，所述中空陶瓷平板膜滤芯的膜片上堵头18通过密封胶7与进水嘴3密封，进水嘴上的进水孔6与膜壳盖体上的二级进水口33相通，所述中空陶瓷平板膜片下端通过下堵头与二级净水出口相连，二级净水出口通过净水管与饮用水管4相连，膜壳罐体内腔与洗用水出口相连。所述一级净化水通过中间管进入中空陶瓷平板膜滤芯的RO膜壳罐体内腔，在压力的驱使下将细菌等微生物拦截在膜表面，过滤水通过陶瓷平板膜中空净水通槽经下堵头(通槽端)从RO膜壳罐体二级净水出口14流出，完成3级过滤。

所述从自来水龙头进入的水经过活性炭过滤器的一级进水口5进入活性炭过滤器进行1级初滤和2级活性炭吸附过滤从活性炭过滤器一级净水出口32流出，经过中间管进入中空陶瓷平板膜过滤器并从二级净水出口14流出，进行3级精密过滤。再到压力桶1和后置活性炭滤层8进行4级过滤，需要饮用时，打开净水出水阀9时进水压力和压力桶释放压力作用下水自然流出供使用。

所述排水阀门a和排水阀门b交替间隔1周开启，所述当排水阀门a开启时活性炭过滤器内部压力马上释放，储水组件内储存的水压通过中空陶瓷平板膜过滤器二级净水出口14和活性炭过滤器的一级净水出口32向活性炭过滤器的U形陶瓷过滤芯10释放压力，将U形陶瓷过滤芯10表面的污染物反向冲开，同时在活性炭过滤器一级进水口5进入自来水的冲刷下将活性炭过滤器膜壳内腔的污染物通过阀门a排除做日常洗用。所述当阀门b开启时中空陶瓷平板膜过滤器内部压力马上释放，储水组件内储存的水压通过中空陶瓷平板膜过滤器净水口向中空陶瓷平板膜过滤器的中空陶瓷平板膜片23释放压力，将中空陶瓷平板膜滤芯表面的污染物反向冲开，同时在中空陶瓷平板膜过滤器二级进水口33进入水的冲击下将中空陶瓷平板膜过滤器膜壳内腔的污染物通过阀门排除做日常洗用。达到自动清洗膜面的作用。所述压力桶包括压力桶1和气囊以及气囊气门芯，压力罐体是用来储存纯净水配置的，有铁制及塑料的，压力罐内部有气囊，当纯净水进入压力桶到达一定的量时，气囊会被压缩积蓄压力，此时压力罐水满。当净水口开启时净水在气囊这个压力作用下流出使用，当排污口开启时对无机中空陶瓷平板膜和U形陶瓷膜进行反洗并排除腔体内污水日常使用；

所述各组件的连接部位均采用快速接头进行安装连接，根据水处理量的需求，可进行并列组合，一个组件内的膜片过滤总面积0.1、0.2、0.5、1、2、3、5、10平方米。

所述各组件膜壳均采用螺纹旋转加密封圈进行快速密封连接，拆卸方便快捷。所述各滤芯与膜壳连接均采用双密封圈快插式经连接，安全有效，安装和更换简单方便。

中空陶瓷平板膜片23上微孔的孔径为0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm 4种规格，膜通量从为0.01～2m3/(m²H)。这样能适应不同要求的场所。进一步提高水处理的效率，从而节俭能源和空间。中空陶瓷平板膜片的高度为100-500mm；中空陶瓷平板膜片并联设置。

所述连接水管内孔直径根据膜片通量的1.2倍以上设定。采用食品级PE管或尼龙。