具有反向沖洗清潔功能的家用凈水裝置的設計

袁 權，牟泓錦

（1.四川大學附屬中學2017 級17 班，四川 成都 610100；2.成都市樹德中學光華校區2018級3班，四川 成都 610100）

水是生命之源，是不可替代的自然資源和經濟資源，據調查顯示，人類疾病80%與水有關。近年來，飲用水隨著生活質量的提高和健康意識的增強，人們對生活飲用水的關注度越來越高了，家用凈水器因此得到了廣泛的應用。凈水器產品主要是基于對城市自來水的再凈化、達到生活飲用水衛生標準的目的而設計的，凈化后達到中華人民共和國生活飲用水衛生標準，成為直接飲用水的目的。

家庭自來水由凈水裝置的入口進入，家用凈水器是給水做深度處理的小型裝置，其主要處理對象是自來水中的濁度、色度、異嗅和有機物等[1]，在各項過濾器層層過濾下過濾成為干凈的飲用水，但長時間后，雜質、重金屬、細菌等在濾芯、濾膜等地方集結，形成過濾雜質層。如果不及時清洗或者更換，就會對飲用水造成二次污染，飲用后危害身體健康，目前，過濾雜質多通過排污和沖洗的方式進行沖洗，但是排污較難排除夾雜在濾芯處的雜物；沖洗多通過正向沖洗的方式，浪費較多水資源，且沖洗效果較差，易于損壞濾芯、濾膜。

另外，這種一體化濾芯臟了需要人工清洗時，拆卸也極不方便，如果濾芯有一點破損后，則需要更換整組濾芯，大大增加以后的維護成本。

出于以上幾方面的考慮，并廣泛調查城市家庭的飲用水實際情況，研發了一種具有反向沖洗清潔功能的家庭用凈水裝置，利用反向沖洗技術高效迅速洗凈膜表面污染物，恢復濾芯的水通量和過濾精度，恢復率達97%，延長了凈水產品濾膜濾芯的壽命；通過濾芯和RO 反滲透膜過濾水中的雜質及污物，通過反沖洗裝置引入純凈水，實現對濾芯和反滲透膜的清洗沖刷，避免飲用水的二次污染，減少濾芯及反滲透膜的更換頻率，節約使用成本。

1 總體結構設計

具有反向沖洗功能的家庭用凈水裝置原理如圖1 所示。

圖1 具有反向沖洗功能的家庭用凈水裝置原理圖

如圖1 所示，具有反向沖洗清潔功能的家庭用凈水器包括進水閥1、第一級過濾器2、第二級過濾器4、第三級過濾器6、出水閥7、第一級反沖洗閥8、第二級反沖洗閥9、第三級反沖洗閥10、反沖洗總閥11、儲水箱12 和電動水泵13 組成，當自來水由進水閥進入到第一級過濾器進行初級過濾后，再經過第二級過濾器進行二次過濾，最后經過第三級過濾器實現三級過濾，達到國家飲用水標準；在進行反沖洗操作時，由用戶根據需要將反沖洗總閥打開，儲水箱儲滿水進行沖洗，當第一級反沖洗閥、第二級反沖洗閥、第三級反沖洗閥分別打開時，可以單獨清洗第一級過濾器、第二級過濾器、第三級過濾器，從而實現對濾芯和RO 反滲透膜的清洗沖刷。其中第一級過濾器的濾芯內嵌著PP 棉，第二級過濾器的濾芯內裝滿活性炭，第三級過濾器內裝有RO 反滲透膜。

儲水箱12 用于定量儲存精濾水，用于沖洗過濾器，在儲水箱的左上角安裝有溢流口，當水箱水位高于溢流口時，將通過溢流口排出到下水道，在儲水箱的右下角安裝有水龍頭，便于清潔水箱，排掉污物。

2 凈水裝置的工作原理

自來水由第一級進水閥進入到第一級過濾器，通過嵌有PP 棉的過濾器進行初級過濾后，可以過濾掉泥沙、鐵銹、懸浮物等雜質，再經過裝有活性炭的第二級過濾器過濾，去除了水中的懸浮物及異味，最后經過裝有RO 反滲透膜的第三級過濾器，去除了水中的無機鹽、重金屬、有機物、膠體、細菌、病毒等，得到了符合國家標準的飲用純凈水。

在進行反向沖洗操作時，將圖1 中所示的反沖洗總閥11打開，儲水箱12 儲滿水進行沖洗，將第一級反沖洗閥8、第二級反沖洗閥9、第三級反沖洗閥10 分別打開時，可以清洗第一級過濾器2、第二級過濾器4、第三級過濾器6，在系統正常工作時，第一級進水閥1、第二級進水閥3、第三級進水閥5 打開，各反沖洗閥均為關閉狀態，從而方便實現定期清洗。當進行反向沖洗操作時，關閉出水閥，打開反沖洗總閥，潔凈水進入儲水箱儲存，當需要清洗第一級過濾器時，打開第一級反沖洗閥，在電動水泵的作用下，可以對第一級過濾器進行反向沖洗；為避免污水倒流，此時第一級進水閥、第二級進水閥、第二級反沖洗閥、第三級反沖洗閥均關閉，排污螺塞需要打開，其中第一級過濾器是污染最嚴重的，因此應增加清洗次數，以得到符合國家標準的飲用水。

當需要清洗第二級過濾器時，打開第二級反沖洗閥，在電動水泵的作用下，可以對第二級過濾器進行反向沖洗；為了避免污水倒流，此時，第一級反沖洗閥、第二級進水閥、第三級進水閥、第三級反沖洗閥均關閉，排污螺塞需要打開。當需要清洗第三級過濾器時，打開第三級反沖洗閥，在電動水泵的作用下，可以對第三級過濾器進行反向沖洗；為避免污水倒流，此時第一級反沖洗閥、第二級反沖洗閥、第三級進水閥均關閉，排污螺塞需要打開。

3 過濾器的結構及工作原理

過濾器的結構及工作原理如圖2 所示。

圖2 過濾器結構圖

從自來水到飲用水一共經過了三級過濾，自來水由第一級進水閥進入到第一級過濾器后，水中的雜質通過第一級過濾器過濾，過濾器的結構由第一外殼2-2 和第一濾芯2-4 組成，第一濾芯內嵌著PP 棉，用于過濾泥沙、鐵銹、懸浮物等雜質，水從第一級過濾器進水口2-1 進入，經第一外腔2-3、第一濾芯過濾后，由第一級過濾器出水口2-6 排出，出水口與第一級過濾器內腔2-5 相連，過濾后的雜質積存在外腔底部，通過旋動第一排污螺塞2-7，可以定期清理污物，PP 棉只有在破損的時候才更換，節約了成本。

第二級過濾器的結構由第二外殼4-2 和第二濾芯4-4 組成，第二濾芯內裝滿活性炭，水中的雜質通過內腔的活性炭進行吸附，用于去除水中的異味、色度和殘余氯離子，水從第二級過濾器進水口4-1 進入，經第二外腔4-3、第二濾芯過濾后，由第二級過濾器出水口4-6 排出，第二級過濾器出水口與第二級過濾器內腔4-5 相連，過濾后的雜質積存在外腔底部，通過旋動排污螺塞4-7，可以定期清理污物，也可以根據需要將濾芯拔出，更換活性碳。

第三級過濾器的結構由外殼和RO 反滲透膜6-4 組成，用于去除水中的無機鹽、重金屬、有機物、膠體、細菌、病毒等，得到飲用純凈水，水從第三級過濾器進水口6-1 進入，經第三外腔6-3、RO 反滲透膜過濾后，由第三級過濾器出水口6-6 排出，第三級過濾器出水口與第三過濾器內腔6-5 相連，過濾后的雜質積存在第三外腔底部，通過旋動第三排污螺塞6-7，可以定期清理污物。

自來水經過裝PP 棉的第一級過濾器、裝活性炭的第二級過濾器、裝RO 反滲透膜的第三級過濾器后，得到符合國家標準的飲用水，當需要清洗某級過濾器時，可以很方便地打開對應的反沖洗閥門，實現定期清洗，避免飲用水被二次污染，也減少更換濾芯的次數，節約成本。

4 具有反向沖洗清潔功能的凈水裝置的實用性

自來水由進水閥進入到第一級過濾器、第二級過濾器、第三級過濾器、出水閥實現三級精確過濾，達到國家飲用水標準。

第一級過濾器的濾芯內嵌著PP 棉，用于過濾泥沙、鐵銹、懸浮物等雜質，過濾后的雜質積存在外腔底部，通過旋動排污螺塞，可以定期清理污物。

第二級過濾器的濾芯內裝滿了活性炭，用于去除水中的異味。

第三級過濾器的濾芯內裝有RO 反滲透膜，用于去除水中的無機鹽、重金屬、有機物、膠體、細菌、病毒等，得到飲用純凈水，過濾后的雜質積存在外腔底部，通過旋動排污螺塞，可以定期清理污物。

在進行反沖洗操作時，將反沖洗總閥打開，儲水箱儲滿水，可以分別對第一級、第二級、第三級過濾器進行反沖洗，在系統正常工作時，各反沖洗閥均為關閉狀態，從而方便實現定期清洗。儲水箱用于定量儲存精濾水，用于沖洗過濾器，在儲水箱的左上角安裝有溢流口，當水箱水位高于溢流口時，將通過溢流口排出到下水道，在儲水箱的右下角安裝有水龍頭，便于清潔水箱，排掉污物。

5 總結與展望

健康已經成為這個時代的主題，但水資源的匱乏與污染已嚴重威脅到人們的健康生活，普通凈化技術即日常生活中的自來水不適合飲用，人們需要一種凈水器對自來水進行二次處理，達到可以直接飲用的目的，也需要一種裝置能方便、可靠地對經過層層過濾后的濾芯進行清洗，節約更換成本，因此，反向沖洗清潔功能的家用凈水裝置就應運而生了。但由于在處理過程中，如果自來水雜質過多，對濾芯堵塞后，會導致水通量不足，以及在使用過程中，什么時候對濾芯進行反向沖洗，怎樣才算清洗干凈，還需要人為控制，相信在不久的將來，具有自動沖洗和控制的凈水器將面市。

具有反向沖洗功能的家用凈水器是社會發展環保和人們健康所必需的，其發展及社會需求速度很快。根據經濟、技術性能及需求分析認為凈水器在當前及今后相當長時間內，都將發揮重要作用，很有發展前景。