无需储罐的纳滤膜基家用净水器 【技术领域】
本发明涉及一种无需储罐的纳滤(nanofiltration)膜基家用净水器(waterpurifier)，更具体是涉及一种纳滤膜基的家用净水器，它无需用储罐来容纳净水，与之相反，传统的水净化系统则需将净水储存在其储罐中以便需要时使用。
背景技术
随着工业的发展，水污染和水资源缺乏作为严重问题出现。由于工业进步、人口增长和生活标准提高，人们对高质量的水的需求快速增加。然而，因家用废水或者工业污水导致的水污染已经成为一个严重的问题，因此，可用的水已经变得缺乏。为了有效利用有限的水资源，除了消除水污染源之外，在饮用天然饮用水之前进行净化处理是完全有必要的。
传统的净水器根据过滤器类型而采用不同种类的净化系统。目前，人们认为采用过滤膜的净化系统是最有效的，因为它能够除去包括诸如细菌和重金属等微小物质(minute substance)在内的杂质。
作为用于净水器的有代表性的过滤膜，存在有一种超滤膜(ultrafiltrationmembrane)，一种纳滤膜(nanofiltration membrane)和一种反渗透膜。其中，超滤膜主要用于除去胶体大小地物质。尽管由于它的微孔大小(pore size)比纳滤膜和反渗透膜的要大从而能够提供高的流动速率，但是，对于除去象细菌和重金属这样的微小物质就存在局限性。
同时，反渗透膜能够除去象细菌和重金属的几乎所有微小物质，因而近来已经被广泛应用。这种反渗透膜基的净水系统在包括美国专利4,626,346和6,190,558等几篇文献中已被公开。然而，这种反渗透膜基的净水系统大多数都设有储罐用于储存净水，原因是其流速不足。因而存在这样的问题，由于安装了储罐就增加了净水器的体积，而且，由于储存时间延长而使微生物繁殖从而导致二次污染。
【发明内容】
因此，鉴于上述问题而进行本发明，本发明的目的是提供一种纳滤膜基的家用净水器，它能够除去包括细菌和重金属的几乎所有杂质，而且无需安装用于储存净水的储罐。
根据本发明，本发明的上述和其它目的可以通过提供一种无需储罐的纳滤膜基的家用净水器而实现的，该净水器包括预处理过滤部分，主过滤部分和后处理过滤部分，所述预处理过滤部分包括预处理过滤器和预处理炭层过滤器(carbon filter)，其特征在于，在所述主过滤部分采用具有适当流速的纳滤膜过滤器。
优选的是，本发明采用的纳滤膜的微孔大小范围为约0.1～10nm，其相当于在所述反渗透膜与所述超滤膜之间的平均微孔大小(mean pore size)。有利的是，这种纳滤膜基的净水器能够选择地通过一些不会影响人体健康的一价离子并除去几乎所有多价离子、低分子量有机物和细菌。具体地说，当纳滤膜具有比反渗透膜大的微孔大小时，通过调节泵压或者有效膜面积，就能够从净水排出阀立即获得所需量的净化水。而且，纳滤膜能够根据如纳滤膜中的微孔大小提供一种筛分效果(sieving effect)，并且通过将离子吸附到膜表面而除去约30～60％的一价离子和钙离子。特别是，能够除去90％或者更多的多价离子和盐比如硫酸盐，从而提供含有适量矿物质的饮用水。
根据纳滤膜的制造方法，纳滤膜可以分为螺旋缠绕型膜和中空纤维型膜，在本发明中两者都可以使用。也可以根据膜材料将纳滤膜分为聚酰胺基膜和聚乙烯醇基膜。假设膜的微孔大小范围为0.1～10nm，本发明中可以使用所述纳滤膜而与膜材料无关。通常，通过将多价胺比如哌嗪和间苯二胺(methaphenylendiamine)与1，3，5-苯三甲酰氯(trimesoylchloride)在多微孔载体上进行界面聚合作用就能够制得聚酰胺基膜。通过将聚乙烯醇施加在一多微孔载体上，然后进行固化处理，就能够制得聚乙烯醇基膜。
优选的是，为了使进水体积的范围为约1.0～3.5升/分，所采用的纳滤膜组件(module)具有约8至50平方英尺的有效膜面积，1.5～4.5英寸的外径，和8～1 8英寸的长度。对于没有储罐的净水器来说，小于1.0升/分的进水体积是不足的。另一方面，如果进水体积超过3.5升/分，则泵的容量必须增大，因而所述组件的大小也大大增加。
【附图说明】
通过下面结合附图所进行的详细描述，将对本发明的上述目的和其它目的、特征及优点理解得更加清楚，其中：
图1为根据本发明的净水器的净水系统的示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明的净水系统包括供水管3，预处理过滤器4，预处理炭层过滤器6，起主过滤部分作用的纳滤膜过滤器7，逆流防止阀8，后处理过滤器9和净水排出阀10。在净水期间，来自纳滤膜过滤器7的集中水(concentrate water)通过集中水管13由流量控制阀11排出。
所述预处理过滤器4可以是金属或者塑料材质的微沉积物过滤器(microsediment filter)和炭层过滤器，所述炭层过滤器例如为颗粒状活性炭过滤器、粉末状活性炭过滤器和杆状活性炭过滤器，所述过滤器单独使用或者组合使用。所述后处理过滤器9可以是紫外线消毒过滤器、活性炭过滤器、陶瓷过滤器、含银的活性炭过滤器、超滤膜过滤器和磁化过滤器(magnetizationfilter)，所述过滤器单独使用或者组合使用。
所述纳滤膜过滤器7是本发明的净水系统中的主过滤部分，它使用了一种微孔大小在约0.1～10nm范围内的纳滤膜。小于0.1nm的微孔大小对于没有使用储罐的净水器来说是不合适的，因为其流速不足。另一方面，如果微孔大小超过10nm，则诸如重金属和细菌等杂质就不能被完全除去。在所述主过滤部分中的净水通过逆流防止阀8被泵送到后处理过滤器9以便进行最后的净水处理。需要的时候，最终净化的水被直接从净水排出阀(purified waterdischarge valve)10排出。
设计本发明的水压或压力泵5以选择地调节未净化水的输入速率(inputrate)，在约15～120psi(磅/平方英寸)范围内的操作压力条件下，其输入速率在约1.0～12升/分钟的范围内。
下文将通过非限制性的实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
图1所示的净水系统的压力泵5的操作压力为30psi，使用的纳滤膜组件的微孔大小为1.5nm，有效膜面积为23平方英尺，外径为3.5英寸，长度为12英寸。测量其流速和脱盐率，结果列于下表1中。
在未净化水中，NaCl和MgSO4的浓度分别为500ppm和2,000ppm。
实例2-6
进行与上述实施例1相同的步骤，只是采用表1所示的操作压力。对其净水效率进行评价，结果列于下面表1中。
表1 实施例 操作压力 (psi)流速(gpd)流速(毫升/ 分钟) NaCl除去率 (％) MgSO4除去 率(％) 实施例1 30 390 1027 62.0 98.1 实施例2 15 214 564 58.9 97.6 实施例3 45 570 1498 63.8 98.3 实施例4 60 729 1916 64.4 98.5 实施例5 90 1014 2666 64.6 98.7 实施例6 120 1335 3510 64.6 98.7
从上述实施例可以看出，采用本发明的净水系统的净水器能够除去一价离子达到一合理的程度，并能够除去几乎所有二价或多价盐。结果是，保持了水的本来味道，并除去了诸如重金属和细菌等杂质，从而能够提供好质量的饮用水。而且，当需要的时候，能够以约1.0～3.5升/分钟的进水体积直接从本发明的净水器得到饮用水，无需储存。
尽管已经对本发明的优选实施方案进行了解释性描述，但是，应当知道，本领域的技术人员在不背离所附的权利要求书所披露的本发明的范围和精神的条件下可以进行各种修改、增加和替换。