一种便携式饮用水净化装置及其使用方法.pdf

本发明涉及一种便携式饮用水净化装置及其使用方法，属于饮用水处理领域。所述处理装置将自来水倒入装置，自流进入过滤单元，有机物和余氯等被吸附，重金属和部分盐类通过离子交换树脂吸附，然后进入电吸附单元，重金属和高氯酸跟、硝酸根等盐类进一步净化，从而得到净化水；由于滤芯过滤速度较快，重金属和盐类主要通过电吸附脱除，使得滤芯的使用周期远远高于传统滤水壶，同时使用锂电池驱动电吸附脱盐，可以脱附反复使用，使得成本较低；本发明提供了一种便携式的饮用水净化装置与方法，与现有反渗透等净水器相比，设备投资极低，便于携带，成本极低，与现有过滤水壶相比，处理成本更低，滤芯使用寿命长得多，处理水质好得多。

权利要求书
1.  一种便携式饮用水净化装置，其特征在于，所述装置分为进水单元(1)、过滤净化单元(2)、电吸附净化单元(4)和净化水储仓(6)组成；打开进水口盖，将原水通过进水口加入进水单元(1)，自留进入过滤净化单元(2)，所述过滤净化单元(2)安装有可拆卸更换的滤芯，滤芯里从上之下分别装填颗粒活性炭、大孔型阳离子交换树脂、大孔型阴离子交换树脂、大孔型有机物吸附树脂；过滤净化单元出水进入中间水仓(3)，自留均匀进入电吸附净化单元(4)；电吸附净化单元(4)净化后出水自流进入净化水储仓(6)。

2.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，净化水储仓(6)通过电吸附净化单元(4)出水口与电吸附净化单元(4)相连通，并与进水单元(1)和过滤净化单元(2)隔离密封。

3.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的滤芯上部具有拉环，可用手指勾住拉环将滤芯提出更换；滤芯上部均匀分布进水孔，进水孔径3-5mm，下部有出水孔，孔径1mm；滤芯内装有聚丙烯网袋，网袋孔径0.5mm，所述的颗粒活性炭、大孔型阳离子交换树脂、大孔型阴离子交换树脂、大孔型有机物吸附树脂都装在网袋中，并包扎封口置于滤芯中；所述的颗粒活性炭粒径为20-40目。

4.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的电吸附单元(4)包括电吸附单元和电池单元组成；电吸附单元分别由11片碳电极(12)组成，相邻的碳电极(12)之间用塑料丝网(13)隔开，组成10个过水通道，10个过水通道两端使用二个塑料绝缘板(11)进行压紧密封，防止水从通道外流出；所述的过水通道宽度由塑料丝网(13)决定，塑料丝网(13)厚度为0.8-1.5mm；电池单元有锂电池(5)、极性倒换开关(7)和充电口(8)组成，第一块碳电极(12)和最后一块碳电极(12)使用导线连接在一起做成一个输入端，第6块碳电极(12)作为另一个输入端，二个输入端通过极性倒换开关(7)与锂电池(5)的正负极相连接，锂电池(5)正负极同时与充电口(8)通过导线连接，充电口(8)包含电池均衡和保护电路，使用标准USB口输入充电；所述的锂电池(5)的电压输出范围为2.5-3.7V；所述的极性倒换开关(7)具有四档，分别为正档、反档、短路档和关闭档，正档和反档是二个碳电极输入端分别与锂电池(5)正负极接通，反档是使得二个碳电极输入端与正档时相反；短路档是将二个输入端连接，同时与锂电池(5)正负极断开；关闭档是二个碳电极输入端不短接，并同时与锂电池(5)正负极断开。

5.  一种利用权利要求书1-5中任一所述装置进行饮用水净化的方法，其特征在于，所述吸附单元的滤芯吸附饱和以后，直接更换滤芯；电吸附单元饱和以后，将滤芯取出，通过进水口倒入干净自来水，通过极性倒换开关(7)置于短路档30-60min进行脱附再生，然后将极性倒换开关(7)置于原来工作时的反向档位保持10min进行脱附再生，如果原来工作是正档，则极性倒换开关(7)置于反档，如果原来工作是反档，则极性倒换开关(7)置于正档；然后将净化水储仓(6)中反洗再生水倒掉并使用自来水冲洗干净，放入滤芯，将极性倒换开关(7)置于正档或反档，可以重新从进水口倒入自来水进行净化。

6.  如权利要求5所述的方法，其特征在于，使用净化水时，将进水口盖(9)关闭，通过出水口(10)倒出净化水。

说明书一种便携式饮用水净化装置及其使用方法
技术领域
本发明属于饮用水处理领域，具体地说涉及一种便携式饮用水净化装置及其使用方法。
背景技术
由于工业发展和人口增长，排放的工业与生活污水使得地面水和地下水均受到严重污染，饮用水中含有有机物、重金属等污染物，超过了饮用水标准。另一方面，自来水常用的含氯消毒剂，会与水中微量有机物反应生成氯代乙烯等致癌性的消毒副产物，即使使用绿色消毒剂臭氧，也会产生有害的氯酸盐和溴酸盐等消毒副产物。所以，常规水厂供应的自来水难以满足生活饮用要求，饮用水的安全问题比较突出，必须进行净化。
常规的饮用水装置主要有臭氧活性炭、超滤和反渗透等。臭氧活性炭对有机物去除较好，但是不能去除水中的重金属和一些有害离子如硝酸根等。超滤膜可以去除细菌和病毒，仍然不能脱盐，也就是不能去除水中的重金属和其它有害离子，反渗透能实现脱盐得到较好的水质，但是对硝酸根、氟离子等一价离子的去除率相对较低，这些离子可能超标，同时反渗透装置投资相对较高，需要使用高压泵，能耗较高。这些技术配套的装置一般投资较大，处理成本相对较高，特别是难以做成便携式装备，无法满足应急或户外使用。对于广大农村和一般市民家庭，需要价格低廉、处理成本低的饮用水净化装置，特别是一些供电不正常无法使用反渗透等技术的偏远农村，更是急需便携式的净化装置。对于户外活动，一方面可能缺少电或加压设备使得无法使用臭氧活性炭、超滤和反渗透等技术，另一方面，户外应急场景也只能使用一些使携式的净化设备。
基于这些需求，近几年来国内外出现了以熔喷滤芯过滤、活性炭吸附和凝胶型离子交换树脂吸附离子为核心的滤水壶。尽管这些滤水壶使用较方便，但是这些滤芯很容易吸附饱和，处理成本高，特别是由于过滤速度较快，出水水质难以满足要求，如果将过滤速度做得很慢，由于自流压力较小，将会使得产水量太低达不到实用要求，同时虽然保证了水质，但是会使得滤芯快速饱和，从而处理成本较高。所以，需要一种能提高滤芯使用寿命，并能保证水质的净化新技术。
发明内容
本发明针对现有饮用水净化装置处理成本高等问题，提出了一种锂电池驱动电吸附脱盐与滤芯结合的便携式饮用水净化装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种便携式饮用水净化装置，分为进水单元、过滤净化单元、电吸附净化单元和净化水储仓组成；打开进水口盖，将原水通过进水口加入进水单元，自留进入过滤净化单元，过滤净化单元安装有可拆卸更换的滤芯，滤芯里从上之下分别装填颗粒活性炭、大孔型阳离子交换树脂、大孔型阴离子交换树脂、大孔型有机物吸附树脂；过滤净化单元出水进入中间水仓，自留均匀进入电吸附净化单元；电吸附净化单元净化后出水自流进入净化水储仓。
净化水储仓通过电吸附净化单元出水口与电吸附净化单元(4)相连通，并与进水单元和过滤净化单元分隔密封，防止净化水受到进水污染。
滤芯上部具有拉环，可用手指勾住拉环将滤芯提出更换；滤芯上部均匀分布进水孔，进水孔径3-5mm，下部有出水孔，孔径1mm；滤芯内装有聚丙烯网袋，网袋孔径0.5mm，所述的颗粒活性炭、大孔型阳离子交换树脂、大孔型阴离子交换树脂、大孔型有机物吸附树脂都装在网袋中，并包扎封口置于滤芯中；所述的颗粒活性炭粒径为20-40目。
电吸附单元包括电吸附单元和电池单元组成；电吸附单元分别由11片碳电极组成，相邻的碳电极之间用塑料丝网隔开，组成10个过水通道，10个过水通道两端使用二个塑料绝缘板进行压紧密封，防止水从通道外流出；所述的过水通道宽度由塑料丝网决定，塑料丝网厚度为0.8-1.5mm；电池单元有锂电池、极性倒换开关和充电口组成，第一块碳电极和最后一块碳电极使用导线连接在一起做成一个输入端，第6 块碳电极作为另一个输入端，二个输入端通过极性倒换开关与锂电池的正负极相连接，锂电池正负极同时与充电口通过导线连接，充电口包含电池均衡和保护电路，使用标准USB口输入充电；所述的锂电池的电压输出范围为2.5-3.7V；所述的极性倒换开关具有四档，分别为正档、反档、短路档和关闭档，正档和反档是二个碳电极输入端分别与锂电池正负极接通，反档是使得二个碳电极输入端与正档时相反；短路档是将二个输入端连接，同时与锂电池正负极断开；关闭档是二个碳电极输入端不短接，并同时与锂电池正负极断开。
使用这个装置进行饮用水净化，滤芯吸附饱和以后，直接更换滤芯；电吸附单元饱和以后，将滤芯取出，通过进水口倒入干净自来水，通过极性倒换开关置于短路档30-60min进行脱附再生，然后将极性倒换开关置于原来工作时的反向档位保持10min进行脱附再生，如果原来工作是正档，则极性倒换开关置于反档，如果原来工作是反档，则极性倒换开关置于正档；然后将净化水储仓中反洗再生水倒掉并使用自来水冲洗干净，放入滤芯，将极性倒换开关置于正档或反档，可以重新从进水口倒入自来水进行净化。
使用净化水时，将进水口盖关闭，通过出水口倒出净化水。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
通过滤芯中活性炭吸附，自来水中余氯和有机物得到净化，通过大孔有机物吸附树脂吸附，有机物得到深度脱除，从而避免了后续电吸附装置电极的有机物污染；高浓度的高价离子容易被离子交换吸附，避免在电吸附单元电极析出污染电极，同时离子交换树脂不容易被吸附的低价离子(如氟离子、硝酸根等)会很快被电吸附单元驱动得到高效去除，从而提高了水质。另一方面，离子交换树脂过滤速度较快，使得大部分离子交给电吸附单元处理，大幅度提高了滤芯的使用寿命，电吸附单元成本较低，使得总体成本较低；同时离子交换和电吸附相结合，使得处理水质较好，达到了少量电吸附电极对就可以实现高水质产水，大幅度降低装置投资。
附图说明
图1是本发明提供的一种便携式饮用水净化装置示意图。
图中：1-进水单元；2-过滤净化单元；3-中间水仓；4-电吸附净化单元；5-锂电池；6-净化水储仓；7-极性倒换开关；8-充电口；9-进水口盖；10-出水口。
图2是本发明提供的一种便携式饮用水净化装置中的电吸附单元示意图。
图中：11-塑料绝缘板；12-碳电极；13-塑料丝网。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
如图1所示，一种便携式饮用水净化装置，分为进水单元1、过滤净化单元2、电吸附净化单元4和净化水储仓6组成；打开进水口盖，将原水通过进水口加入进水单元1，自留进入过滤净化单元2，所述过滤净化单元2安装有可拆卸更换的滤芯，滤芯里从上之下分别装填颗粒活性炭、大孔型阳离子交换树脂、大孔型阴离子交换树脂、大孔型有机物吸附树脂；过滤净化单元出水进入中间水仓3，自留均匀进入电吸附净化单元4；电吸附净化单元4净化后出水自流进入净化水储仓6。
净化水储仓6通过电吸附净化单元4出水口与电吸附净化单元4相连通，并与进水单元1和过滤净化单元2隔离密封。
所述的滤芯上部具有拉环，可用手指勾住拉环将滤芯提出更换；滤芯上部均匀分布进水孔，进水孔径3-5mm，下部有出水孔，孔径1mm；滤芯内装有聚丙烯网袋，网袋孔径0.5mm，所述的颗粒活性炭、大孔型阳离子交换树脂、大孔型阴离子交换树脂、大孔型有机物吸附树脂都装在网袋中，并包扎封口置于滤芯中；所述的颗粒活性炭粒径为20-40目。
如图1和图2所示，所述的电吸附单元4包括电吸附单元和电池单元组成；电吸附单元分别由11片碳电极12组成，相邻的碳电极12之间用塑料丝网13隔开，组成10个过水通道，10个过水通道两端使用 二个塑料绝缘板11进行压紧密封，防止水从通道外流出；所述的过水通道宽度由塑料丝网13决定，塑料丝网13厚度为0.8-1.5mm；电池单元有锂电池5、极性倒换开关7和充电口8组成，第一块碳电极12和最后一块碳电极12使用导线连接在一起做成一个输入端，第6块碳电极12作为另一个输入端，二个输入端通过极性倒换开关7与锂电池5的正负极相连接，锂电池5正负极同时与充电口8通过导线连接，充电口8包含电池均衡和保护电路，使用标准USB口输入充电；所述的锂电池5的电压输出范围为2.5-3.7V；所述的极性倒换开关7具有四档，分别为正档、反档、短路档和关闭档，正档和反档是二个碳电极输入端分别与锂电池5正负极接通，反档是使得二个碳电极输入端与正档时相反；短路档是将二个输入端连接，同时与锂电池5正负极断开；关闭档是二个碳电极输入端不短接，并同时与锂电池5正负极断开。
实施例1
处理对象对湖南某城市郊区井水，水中砷含量2ppm，CODMn为8ppm，电导率为450us/cm。
将极性倒换开关7置于正档，放入滤芯，打开进水口盖9，将井水倒入井水单元1，并中途补水，进行净化，净化水储仓6装有一定水量后，停止工作，将极性倒换开关7置于关闭档。通过出水口倒出净化后水，进行分析，砷含量为0.03ppm，CODMn为2ppm，电导率为160us/cm。
连续使用三次后，砷含量为0.05ppm，CODMn为2ppm，电导率为380us/cm，进行电吸附单元再生，将滤芯取出，通过进水口倒入干净自来水，通过极性倒换开关7置于短路档30-60min进行脱附再生，然后将极性倒换开关7置于原来工作时的反向档位保持10min进行脱附再生，如果原来工作是正档，则极性倒换开关7置于反档，如果原来工作是反档，则极性倒换开关7置于正档；然后将净化水储仓6中反洗再生水倒掉并使用自来水冲洗干净，放入滤芯，将极性倒换开关7置于正档或反档，可以重新从进水口倒入自来水进行净化。重现监测出水，砷含量为0.03ppm，CODMn为2ppm，电导率为150us/cm。
连续使用二个月后，出水监测到砷含量为0.05ppm，CODMn为8ppm，电导率为240us/cm。说明滤芯饱和，更换滤芯，并进行电吸附再生，产水水质为，砷含量为0.03ppm，CODMn为2ppm，电导率为160us/cm。
实施例2
处理对象对北方某城市自来水，水中铬含量0.6ppm，CODMn为4ppm，硝酸根为25mg/L，电导率为520us/cm。
将极性倒换开关7置于正档，放入滤芯，打开进水口盖9，将自来水倒入井水单元1，并中途补水，进行净化，净化水储仓6装有一定水量后，停止工作，将极性倒换开关7置于关闭档。通过出水口倒出净化后水，进行分析，铬含量为0.05ppm，CODMn为1ppm，硝酸根为5mg/L，电导率为180us/cm。
连续使用三次后，铬含量为0.05ppm，CODMn为1ppm，硝酸根为18mg/L，电导率为410us/cm，进行电吸附单元再生，将滤芯取出，通过进水口倒入干净自来水，通过极性倒换开关7置于短路档30-60min进行脱附再生，然后将极性倒换开关7置于原来工作时的反向档位保持10min进行脱附再生，如果原来工作是正档，则极性倒换开关7置于反档，如果原来工作是反档，则极性倒换开关7置于正档；然后将净化水储仓6中反洗再生水倒掉并使用自来水冲洗干净，放入滤芯，将极性倒换开关7置于正档或反档，可以重新从进水口倒入自来水进行净化。重现监测出水，铬含量为0.05ppm，CODMn为1ppm，硝酸根为5mg/L，电导率为180us/cm。
连续使用二个月后，出水监测到铬含量为0.05ppm，CODMn为4ppm，电导率为290us/cm。说明滤芯饱和，更换滤芯，并进行电吸附再生，产水水质为，砷含量为0.03ppm，CODMn为2ppm，硝酸根为5mg/L，电导率为160us/cm。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。