納米基優質供水淨化系統的製作方法

2023-08-08 04:57:51

專利名稱：納米基優質供水淨化系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及自來水淨化領域，尤其是指一種能夠獲得直飲水的自來水供水淨化系統。
技術背景自來水水質的好壞直接關係到人們的身體健康，但是，自來水供水系統中存在有細菌、病毒、熱原和「三致物(致癌、致畸、致突變)」，形成飲用水水質對人體構成威脅的微生物風險(一般是急性的)和化學物風險(一般是慢性的)。
微生物風險是由於飲用水中致病菌引起的。目前沿用的給水處理觀念，即採用沉澱、過濾、消毒的方法，就可以解決致病菌問題。即使較大城市的長距離給水管網，只要維持管網末梢一定的餘氯就可以保證飲用水的安全。但近幾十年隨著科學的發展和分析技術的進步，發現即使保持一定餘氯，給水管道中仍檢出幾十種細菌，除少數鐵細菌和硫細菌外，主要是以有機物為營養基質的異養菌。管網水中細菌和大腸桿菌檢出數比出廠水增加的事例也時有報導。而且，目前自來水的消毒不能有效地解決自來水供水系統的病毒汙染、熱原汙染。
避免微生物風險的有效措施是不直接飲用自來水，而是把自來水煮沸，但煮沸無法解決飲用水的化學物風險。除了許多人工合成的有機物如殺蟲劑、除草劑、農藥等對人體健康極有威脅的微量汙染物通過各種方式進入飲用水源水體外，70年代發現氯消毒產生的消毒副產物對人體健康同樣有較大的影響。越來越多的消毒副產物如三滷甲烷、滷乙酸、滷代腈、滷代醛等在飲用水中被發現。其中三滷甲烷和滷乙酸是有強烈的致癌性。
從以上的分析可知，水源汙染使我國眾多城鎮供水水質受到影響。而隨著生活水平的提高，居民對飲用水水質日益關注，從而提出了「分質供水」概念。所謂的「分質供水」是指另設管網供應少量專供飲用(食)用的「純淨水」，而將城市供水作為「一般用水」。目前流行的分質供水的工藝系統主要以反滲透膜處理技術為應用基礎。反滲透處理後的水屬純淨水範疇，由於水中也不存在人們不可缺少的微量營養元素，如鈣、鎂、碘等，醫學專家不主張人們長期飲用純水、蒸餾水，而且我國目前的「分質供水」方式在設備投資、運行成本、噸水造價、水質、用途等方面均存在自身的局限性。

發明內容
本實用新型正是為了克服上述不足，提供一種納米基優質供水淨化系統，它以超濾膜過程和納米科學為應用基礎，與傳統的以反滲透、電滲析、納濾等技術為主的分質供水淨化技術相比，在設備投資、制出水長期飲用的安全性等方面具有獨特的綜合優勢和效果；同時，由於制水成本、噸水造價極低，使系統能很方便地實現50％以上的分率，可作為自來水終端淨化的理想解決方案。
本方案是這樣來實施的納米基優質供水淨化系統，包括超濾膜濾元，其特徵在於系統中設置有功能性濾元，所述的功能性濾元內的濾料為活性炭和滅菌性納米材料或/和負離子素無機顆粒的混合物。本系統中超濾膜濾元和功能性濾元的次序可任意設計，以超濾膜濾元在先，功能性濾元在後的設計順序為最佳。
本系統中超濾膜濾元內的操作壓力為0.1-0.5MPa左右，超濾膜的微孔孔徑在0.005-1um之問，經超濾處理過的水，不僅去除了水中大量的懸浮物、膠體和微粒，使水變得清澈透明，而且也除掉了有機物、細菌、病毒、熱原等物質，但保留了對人體有益的微量礦物質元素；功能性濾元濾料內的滅菌性納米材料能緩慢釋放於水體中，並在與水中微量病菌接觸的過程中起到殺滅病菌的作用。同時，由於水體中溶入了微量的納米材料，使制出水中保留了類似於「餘氯」的、我們稱之為「餘納」的抗菌物，「餘納」的存在可有效地抑制管道水中病菌的生長和繁殖。
對於活性炭內部環境來講在傳統的結構中，當設備處於靜置狀態時，活性炭內部是最有利於微生物的繁殖和生長的。現在，由於滅菌性納米材料的加入，而這種材料可在活性炭的內部環境中任意「穿梭」和「游離」，所以，即使水中有微量的微生物存在，也將在納米材料的作用下得到有效的殺滅和抑制。這樣，可充分發揮活性炭去除水中餘氯、三致物、部分重金屬離子等對人體有害物質的功能，同時保留了水體中對人體有益的微量礦物質元素。制出水清澈、透明、無菌，能達到甚至超過發達國家的飲水水平，可安全生飲。
功能性濾元濾料內活性炭與滅菌性納米材料的體積配比設計在4-9∶1之間，納米量過少，起不到有效的殺滅和抑制病菌的作用；納米量過大，將會減少活性炭在濾床內的裝填量，從而縮短二級濾元內濾料的運行更換周期。這種滅菌性納米材料本身對人體無任何毒副作用，可以是一些納米無機抗菌材料，如納米氧化鋅、納米銀及其它們的複合物等，以納米氧化鋅為例，其抗菌機理為當納米氧化鋅在與細菌接觸時，鋅離子緩慢釋放出來，由於鋅離子具有氧化還原性，並能與有機物(硫代基、羧基、羥基)反應，能與細菌細胞膜及膜蛋白結合，破壞其結構，進入細胞後破壞電子傳遞系統的酶並於DNA反應，達到殺菌目的。在殺滅細菌後，鋅離子可從細胞內游離出來，重複上述過程，這也是氧化鋅抗菌持久性的原因。與一般的無機抗菌材料相比，其優點為1比表面積大，抗菌活性較強。
2納米粒子的表面原子數量大大多於傳統粒子，表面原子由於缺少鄰近的配位原子而具備很高能量，可增強氧化鋅與細菌的親和力，提高殺菌的效率。
3對氧化鋅而言，納米級顆粒可大大提高光催化效應，在光照條件下產生電子躍遷，並將能量傳遞，在離子表面產生電子和空穴，與環境中的水和氧接觸時，生成負氧離子和OH-離子，負氧離子具有很強殺菌力，而OH-離子可與大多數有機物反應，促使其分解，可增強殺菌力。
功能性濾元濾料內的負離子素無機顆料，是一些稀有礦石(寶石、玉石等)組成的一種無機顆粒狀物質，它除了具有抗菌作用外，還能保證較好的飲水口感以及調節制出水的某些功能。功能性濾元濾料內的活性炭與負離子素無機顆粒在濾床內的體積比大致為5-9∶1。由於這種負離子素的微電極特性，當這種顆粒與水體接觸時，瞬間就會放電，周圍的水分子立即發生電解，水分子就會分解成帶有正電的氫離子(H+)和帶有負電的羥基(OH-)。而氫離子馬上就與負離子素放出的電子(e)相結合而中和。成為氫氣。剩下的氫氧基(羥基，OH-)與周圍的水分子結合成為羥離子(H3O2-)，即為帶負電荷的離子。由於這種負離子素的存在，可對人體健康產生一些直接的效應，例如1.調節水的PH值趨於7.2-8.2，呈弱鹼性。而人體體液恆定的酸鹼平衡是保持細胞正常代謝的重要條件。血液PH恆定在7.38-7.44這個範圍內，平均為7.4，呈弱鹼性。
2.抗菌抑菌、抑制黴菌負離子素具有永久自發電極性，在這種永久電極所產生的電場中，細菌及黴菌將在微電流作用下被殺死或抑制其繁殖。抗菌抑菌率＞97％。
3.增加水中溶解氧永久電極減少了水中耗氧物質，另外水的滲透性增強、表面能力下降，界面活性提高，使氧易溶於水中。
4.遠紅外線輻射率＞0.91(2-18um波長範圍)。人體吸收遠紅外線最佳波長為9.6um，而負離子素輻射遠紅外線的波長是2-18um，並且輻射功率發射密度為0.04w/cm2，比人體吸附輻射功率密度0.03w/cm2略高，所以，負離子素輻射的遠紅外線與人體協調很好，可被人體全部吸收。
人體吸收紅外線後可使皮膚溫度升高，血流量增加2-3倍，遠紅外線的能量又被人體水分子共振吸收，產生變角振動，可以促進血液循環，增強新陳代謝。
5.分子集團變小由於遠紅外線作用，切斷了結合水分子的鏈，由幾十個變成了幾個。這種水的活性和滲透力更強，可促進人體的血液循環，增強人體抵禦各種疾病的免疫力。
為了進一步防止病菌入口，本系統在上述濾元後增設了消毒單元，一般為紫外消毒，它包括獨立的紫外消毒器和帶紫外燈的儲水箱。這一級的作用是即使從二級濾元裡出來的微量漏過菌，也將在紫外燈的照射下得到徹底的殺滅。紫外燈能夠高效殺滅病原微生物的優良性能，同時對水體沒有產生任何副作用。
本實用新型所述的淨化系統中置有變頻供水控制單元，主要作用是保證以恆壓水供向各樓層的居民。
本實用新型所述的淨化系統中設置有微循環管道，所述的微循環管道連接樓體和儲水箱。它的作用是即使是管道水處於靜置狀態(所有用戶都不用水時的狀態)，系統將會定期使管道中的水進行回流循環，這樣可有效保證水在靜置時痕量微生物的繁殖。
經過以上的處理系統，制出水清撤、透明、無菌，同時保留了水體中原有的對人體有益的微量礦物質，可達到真正理想的直飲水效果，本系統同目前推行的「1-2％分質供水系統」相比，它具有如下特點1.在活性炭與超濾技術的組合結構中，與傳統的處理方式相比，調整了二者的處理程序，即把超濾放在了活性炭之前。活性炭能夠吸附水中的部分有機物、加氯消毒「三致物」、及部分有害的重金屬元素等，為了充分地發揮活性炭的這種效能，最大限度地延長活性炭濾料的更換周期，必須提前去除掉水體中含有的、容易堵塞活性炭微孔從而使吸附值急劇下降的懸浮物、膠體、細菌、病毒等，而超濾膜對這些物質有著良好的去除作用。
2.在淨水方法中引入滅菌性納米材料。基於某些納米材料的滅菌活性和對人體的無毒副作用，可充分保證微生物在水體中、在活性炭濾床中的繁殖。
3.二級濾元同時引入了「負離子」素顆粒材料。其應用可適當調節飲水的口感，並對水體的某些指標有著有利的微調作用。
4.處理同樣的水量，本設備的投資是傳統設備投資的30％以下。
5.本實用新型處理的噸水造價極低，可在基本不影響居民月水費的情況下方便地實現50％以上飲用水的安全。這一點是目前的以反滲透為主的分質供水設備所無法比擬的。
6.從制出水的性質來看，本淨化系統的制出水是更符合健康的直飲水。因為它同時保留了水體中對人體有益的微量礦物質元素。


附圖為本實用新型的流程示意圖。
具體實施方式
實施例1，納米基優質供水淨化系統，包括超濾膜濾元(1)、功能性濾元(2)和其後的紫外消毒單元(3)組成，其中功能性濾元(2)的濾料由活性炭和納米氧化鋅以8∶1的體積比組成。
實施例2，參考實施例1，其中功能性濾元(2)的濾料由活性炭和納米銀以5∶1的體積比組成。
實施例3，參考實施例1，其中功能性濾元(2)的濾料由活性炭和負離子素無機顆粒以6∶1的體積比組成。
實施例4，納米基優質供水淨化系統，超濾膜濾元(1)、功能性濾元(2)、紫外消毒器(31)、帶紫外燈的儲水箱(32)、變頻控制單元(4)和樓體(5)依次管道相連，樓體(5)和儲水箱(32)之間另設有微循環管道(6)，其中功能性濾元(2)的濾料由活性炭、納米氧化鋅、負離子素無機顆粒以能8∶1的體積比組成。
權利要求1.納米基優質供水淨化系統，包括超濾膜濾元，其特徵在於系統中設置有功能性濾元，所述的功能性濾元內的濾料為活性炭和滅菌性納米材料或/和負離子素無機顆粒的混合物。
2.根據權利要求1所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於負離子素無機顆料是一些稀有礦石(寶石、玉石等)組成的無機顆粒狀物質。
3.根據權利要求1所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於滅菌性納米材料是納米氧化鋅或納米銀或者它們的複合物等納米無機抗菌材料。
4.根據權利要求1所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於系統中超濾膜濾元設計在功能性濾元之前。
5.根據權利要求1或4所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於功能性濾元濾料內活性炭與滅菌性納米材料的體積配比設計在4-9∶1之間。
6.根據權利要求1或4所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於功能性濾元濾料內的活性炭與負離子素無機顆粒在濾床內的體積比大致為5-9∶1。
7.根據權利要求1或4所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於系統中濾元後增設紫外消毒單元。
8.根據權利要求7所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於紫外消毒單元由獨立的紫外消毒器和帶紫外燈的儲水箱組成。
9.根據權利要求8所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於系統中置有變頻供水控制單元。
10.根據權利要求7或8所述的納米基優質供水淨化系統，其特徵在於系統中樓體和儲水箱間設置有微循環管道。
專利摘要一種能夠獲得直飲水的納米基優質供水淨化系統，屬於自來水淨化領域，包括超濾膜濾元，系統中另設置有功能性濾元，所述的功能性濾元內的濾料為活性炭和滅菌性納米材料或/和負離子素無機顆粒的混合物，與傳統的以反滲透、電滲析、納濾等技術為主的分質供水淨化技術相比，在設備投資、制出水長期飲用的安全性等方面具有獨特的綜合優勢和效果，同時，由於制水成本、噸水造價極低，使系統能很方便地實現50％以上的分率，可作為自來水終端淨化的理想解決方案。
文檔編號B01D39/00GK2619931SQ03221489
公開日2004年6月9日 申請日期2003年4月23日 優先權日2003年4月23日
發明者王建軍, 季亦強, 王志華 申請人:宜興市瑞盛水處理設備有限公司