专利名称：纳米基优质供水净化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自来水净化领域，尤其是指一种能够获得直饮水的自来水供水净化系统。
技术背景自来水水质的好坏直接关系到人们的身体健康，但是，自来水供水系统中存在有细菌、病毒、热原和“三致物(致癌、致畸、致突变)”，形成饮用水水质对人体构成威胁的微生物风险(一般是急性的)和化学物风险(一般是慢性的)。
微生物风险是由于饮用水中致病菌引起的。目前沿用的给水处理观念，即采用沉淀、过滤、消毒的方法，就可以解决致病菌问题。即使较大城市的长距离给水管网，只要维持管网末梢一定的余氯就可以保证饮用水的安全。但近几十年随着科学的发展和分析技术的进步，发现即使保持一定余氯，给水管道中仍检出几十种细菌，除少数铁细菌和硫细菌外，主要是以有机物为营养基质的异养菌。管网水中细菌和大肠杆菌检出数比出厂水增加的事例也时有报道。而且，目前自来水的消毒不能有效地解决自来水供水系统的病毒污染、热原污染。
避免微生物风险的有效措施是不直接饮用自来水，而是把自来水煮沸，但煮沸无法解决饮用水的化学物风险。除了许多人工合成的有机物如杀虫剂、除草剂、农药等对人体健康极有威胁的微量污染物通过各种方式进入饮用水源水体外，70年代发现氯消毒产生的消毒副产物对人体健康同样有较大的影响。越来越多的消毒副产物如三卤甲烷、卤乙酸、卤代腈、卤代醛等在饮用水中被发现。其中三卤甲烷和卤乙酸是有强烈的致癌性。
从以上的分析可知，水源污染使我国众多城镇供水水质受到影响。而随着生活水平的提高，居民对饮用水水质日益关注，从而提出了“分质供水”概念。所谓的“分质供水”是指另设管网供应少量专供饮用(食)用的“纯净水”，而将城市供水作为“一般用水”。目前流行的分质供水的工艺系统主要以反渗透膜处理技术为应用基础。反渗透处理后的水属纯净水范畴，由于水中也不存在人们不可缺少的微量营养元素，如钙、镁、碘等，医学专家不主张人们长期饮用纯水、蒸馏水，而且我国目前的“分质供水”方式在设备投资、运行成本、吨水造价、水质、用途等方面均存在自身的局限性。
发明内容
本实用新型正是为了克服上述不足，提供一种纳米基优质供水净化系统，它以超滤膜过程和纳米科学为应用基础，与传统的以反渗透、电渗析、纳滤等技术为主的分质供水净化技术相比，在设备投资、制出水长期饮用的安全性等方面具有独特的综合优势和效果；同时，由于制水成本、吨水造价极低，使系统能很方便地实现50％以上的分率，可作为自来水终端净化的理想解决方案。
本方案是这样来实施的纳米基优质供水净化系统，包括超滤膜滤元，其特征在于系统中设置有功能性滤元，所述的功能性滤元内的滤料为活性炭和灭菌性纳米材料或/和负离子素无机颗粒的混合物。本系统中超滤膜滤元和功能性滤元的次序可任意设计，以超滤膜滤元在先，功能性滤元在后的设计顺序为最佳。
本系统中超滤膜滤元内的操作压力为0.1-0.5MPa左右，超滤膜的微孔孔径在0.005-1um之问，经超滤处理过的水，不仅去除了水中大量的悬浮物、胶体和微粒，使水变得清澈透明，而且也除掉了有机物、细菌、病毒、热原等物质，但保留了对人体有益的微量矿物质元素；功能性滤元滤料内的灭菌性纳米材料能缓慢释放于水体中，并在与水中微量病菌接触的过程中起到杀灭病菌的作用。同时，由于水体中溶入了微量的纳米材料，使制出水中保留了类似于“余氯”的、我们称之为“余纳”的抗菌物，“余纳”的存在可有效地抑制管道水中病菌的生长和繁殖。
对于活性炭内部环境来讲在传统的结构中，当设备处于静置状态时，活性炭内部是最有利于微生物的繁殖和生长的。现在，由于灭菌性纳米材料的加入，而这种材料可在活性炭的内部环境中任意“穿梭”和“游离”，所以，即使水中有微量的微生物存在，也将在纳米材料的作用下得到有效的杀灭和抑制。这样，可充分发挥活性炭去除水中余氯、三致物、部分重金属离子等对人体有害物质的功能，同时保留了水体中对人体有益的微量矿物质元素。制出水清澈、透明、无菌，能达到甚至超过发达国家的饮水水平，可安全生饮。
功能性滤元滤料内活性炭与灭菌性纳米材料的体积配比设计在4-9∶1之间，纳米量过少，起不到有效的杀灭和抑制病菌的作用；纳米量过大，将会减少活性炭在滤床内的装填量，从而缩短二级滤元内滤料的运行更换周期。这种灭菌性纳米材料本身对人体无任何毒副作用，可以是一些纳米无机抗菌材料，如纳米氧化锌、纳米银及其它们的复合物等，以纳米氧化锌为例，其抗菌机理为当纳米氧化锌在与细菌接触时，锌离子缓慢释放出来，由于锌离子具有氧化还原性，并能与有机物(硫代基、羧基、羟基)反应，能与细菌细胞膜及膜蛋白结合，破坏其结构，进入细胞后破坏电子传递系统的酶并于DNA反应，达到杀菌目的。在杀灭细菌后，锌离子可从细胞内游离出来，重复上述过程，这也是氧化锌抗菌持久性的原因。与一般的无机抗菌材料相比，其优点为1比表面积大，抗菌活性较强。
2纳米粒子的表面原子数量大大多于传统粒子，表面原子由于缺少邻近的配位原子而具备很高能量，可增强氧化锌与细菌的亲和力，提高杀菌的效率。
3对氧化锌而言，纳米级颗粒可大大提高光催化效应，在光照条件下产生电子跃迁，并将能量传递，在离子表面产生电子和空穴，与环境中的水和氧接触时，生成负氧离子和OH-离子，负氧离子具有很强杀菌力，而OH-离子可与大多数有机物反应，促使其分解，可增强杀菌力。
功能性滤元滤料内的负离子素无机颗料，是一些稀有矿石(宝石、玉石等)组成的一种无机颗粒状物质，它除了具有抗菌作用外，还能保证较好的饮水口感以及调节制出水的某些功能。功能性滤元滤料内的活性炭与负离子素无机颗粒在滤床内的体积比大致为5-9∶1。由于这种负离子素的微电极特性，当这种颗粒与水体接触时，瞬间就会放电，周围的水分子立即发生电解，水分子就会分解成带有正电的氢离子(H+)和带有负电的羟基(OH-)。而氢离子马上就与负离子素放出的电子(e)相结合而中和。成为氢气。剩下的氢氧基(羟基，OH-)与周围的水分子结合成为羟离子(H3O2-)，即为带负电荷的离子。由于这种负离子素的存在，可对人体健康产生一些直接的效应，例如1.调节水的PH值趋于7.2-8.2，呈弱碱性。而人体体液恒定的酸碱平衡是保持细胞正常代谢的重要条件。血液PH恒定在7.38-7.44这个范围内，平均为7.4，呈弱碱性。
2.抗菌抑菌、抑制霉菌负离子素具有永久自发电极性，在这种永久电极所产生的电场中，细菌及霉菌将在微电流作用下被杀死或抑制其繁殖。抗菌抑菌率＞97％。
3.增加水中溶解氧永久电极减少了水中耗氧物质，另外水的渗透性增强、表面能力下降，界面活性提高，使氧易溶于水中。
4.远红外线辐射率＞0.91(2-18um波长范围)。人体吸收远红外线最佳波长为9.6um，而负离子素辐射远红外线的波长是2-18um，并且辐射功率发射密度为0.04w/cm2，比人体吸附辐射功率密度0.03w/cm2略高，所以，负离子素辐射的远红外线与人体协调很好，可被人体全部吸收。
人体吸收红外线后可使皮肤温度升高，血流量增加2-3倍，远红外线的能量又被人体水分子共振吸收，产生变角振动，可以促进血液循环，增强新陈代谢。
5.分子集团变小由于远红外线作用，切断了结合水分子的链，由几十个变成了几个。这种水的活性和渗透力更强，可促进人体的血液循环，增强人体抵御各种疾病的免疫力。
为了进一步防止病菌入口，本系统在上述滤元后增设了消毒单元，一般为紫外消毒，它包括独立的紫外消毒器和带紫外灯的储水箱。这一级的作用是即使从二级滤元里出来的微量漏过菌，也将在紫外灯的照射下得到彻底的杀灭。紫外灯能够高效杀灭病原微生物的优良性能，同时对水体没有产生任何副作用。
本实用新型所述的净化系统中置有变频供水控制单元，主要作用是保证以恒压水供向各楼层的居民。
本实用新型所述的净化系统中设置有微循环管道，所述的微循环管道连接楼体和储水箱。它的作用是即使是管道水处于静置状态(所有用户都不用水时的状态)，系统将会定期使管道中的水进行回流循环，这样可有效保证水在静置时痕量微生物的繁殖。
经过以上的处理系统，制出水清撤、透明、无菌，同时保留了水体中原有的对人体有益的微量矿物质，可达到真正理想的直饮水效果，本系统同目前推行的“1-2％分质供水系统”相比，它具有如下特点1.在活性炭与超滤技术的组合结构中，与传统的处理方式相比，调整了二者的处理程序，即把超滤放在了活性炭之前。活性炭能够吸附水中的部分有机物、加氯消毒“三致物”、及部分有害的重金属元素等，为了充分地发挥活性炭的这种效能，最大限度地延长活性炭滤料的更换周期，必须提前去除掉水体中含有的、容易堵塞活性炭微孔从而使吸附值急剧下降的悬浮物、胶体、细菌、病毒等，而超滤膜对这些物质有着良好的去除作用。
2.在净水方法中引入灭菌性纳米材料。基于某些纳米材料的灭菌活性和对人体的无毒副作用，可充分保证微生物在水体中、在活性炭滤床中的繁殖。
3.二级滤元同时引入了“负离子”素颗粒材料。其应用可适当调节饮水的口感，并对水体的某些指标有着有利的微调作用。
4.处理同样的水量，本设备的投资是传统设备投资的30％以下。
5.本实用新型处理的吨水造价极低，可在基本不影响居民月水费的情况下方便地实现50％以上饮用水的安全。这一点是目前的以反渗透为主的分质供水设备所无法比拟的。
6.从制出水的性质来看，本净化系统的制出水是更符合健康的直饮水。因为它同时保留了水体中对人体有益的微量矿物质元素。
附图为本实用新型的流程示意图。
具体实施方式
实施例1，纳米基优质供水净化系统，包括超滤膜滤元(1)、功能性滤元(2)和其后的紫外消毒单元(3)组成，其中功能性滤元(2)的滤料由活性炭和纳米氧化锌以8∶1的体积比组成。
实施例2，参考实施例1，其中功能性滤元(2)的滤料由活性炭和纳米银以5∶1的体积比组成。
实施例3，参考实施例1，其中功能性滤元(2)的滤料由活性炭和负离子素无机颗粒以6∶1的体积比组成。
实施例4，纳米基优质供水净化系统，超滤膜滤元(1)、功能性滤元(2)、紫外消毒器(31)、带紫外灯的储水箱(32)、变频控制单元(4)和楼体(5)依次管道相连，楼体(5)和储水箱(32)之间另设有微循环管道(6)，其中功能性滤元(2)的滤料由活性炭、纳米氧化锌、负离子素无机颗粒以能8∶1的体积比组成。
权利要求1.纳米基优质供水净化系统，包括超滤膜滤元，其特征在于系统中设置有功能性滤元，所述的功能性滤元内的滤料为活性炭和灭菌性纳米材料或/和负离子素无机颗粒的混合物。
2.根据权利要求1所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于负离子素无机颗料是一些稀有矿石(宝石、玉石等)组成的无机颗粒状物质。
3.根据权利要求1所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于灭菌性纳米材料是纳米氧化锌或纳米银或者它们的复合物等纳米无机抗菌材料。
4.根据权利要求1所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于系统中超滤膜滤元设计在功能性滤元之前。
5.根据权利要求1或4所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于功能性滤元滤料内活性炭与灭菌性纳米材料的体积配比设计在4-9∶1之间。
6.根据权利要求1或4所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于功能性滤元滤料内的活性炭与负离子素无机颗粒在滤床内的体积比大致为5-9∶1。
7.根据权利要求1或4所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于系统中滤元后增设紫外消毒单元。
8.根据权利要求7所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于紫外消毒单元由独立的紫外消毒器和带紫外灯的储水箱组成。
9.根据权利要求8所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于系统中置有变频供水控制单元。
10.根据权利要求7或8所述的纳米基优质供水净化系统，其特征在于系统中楼体和储水箱间设置有微循环管道。
专利摘要一种能够获得直饮水的纳米基优质供水净化系统，属于自来水净化领域，包括超滤膜滤元，系统中另设置有功能性滤元，所述的功能性滤元内的滤料为活性炭和灭菌性纳米材料或/和负离子素无机颗粒的混合物，与传统的以反渗透、电渗析、纳滤等技术为主的分质供水净化技术相比，在设备投资、制出水长期饮用的安全性等方面具有独特的综合优势和效果，同时，由于制水成本、吨水造价极低，使系统能很方便地实现50％以上的分率，可作为自来水终端净化的理想解决方案。
文档编号B01D39/00GK2619931SQ03221489
公开日2004年6月9日 申请日期2003年4月23日 优先权日2003年4月23日
发明者王建军, 季亦强, 王志华 申请人:宜兴市瑞盛水处理设备有限公司