反滲透凈水器的改進設計與應用*

余偉良

(深圳安吉爾飲水產業集團有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

近年來,人們越來越關注飲用水的安全健康。反滲透作為一種以高于滲透壓的壓力作為推動力，利用選擇性膜只能透過水而不能透過溶質的選擇透過性，從水體中將水分子與溶質相分離的過程，已成為許多消費者們爭相追逐的對象。然而，在傳統設計理念中，反滲透凈水器結構復雜、漏水點多，為生產和維護帶來不便，因此，需引入全新的集成設計理念，升級凈水器產品，才能提高其性能和可靠性。

1 集成濾芯設計

傳統反滲透凈水器集成濾芯可分為粗過濾pp棉濾芯、壓縮活性炭濾芯、精過濾PP棉濾芯、RO反滲透膜濾芯及后置顆粒活性炭濾芯五種。粗過濾pp棉濾芯，其作用為過濾水中固體雜質，包括：鐵銹、泥沙、膠體以及懸浮物等；壓縮活性炭濾芯其主要進行有機物以及存在異色、異味物質的過濾；精過濾作用的pp棉濾芯主要作用在于水中細小顆粒物質的過濾； RO反滲透膜濾芯主要進行有害物質的過濾，如，農殘、細菌、重金屬離子以及病毒等；后處理濾芯其作用是有效改善水質口感，將異味有效去除。上述五種過濾單元中，粗過濾pp棉濾芯、壓縮活性炭濾芯、精過濾PP棉濾芯為預處理濾芯，后置顆粒活性炭通常稱為后處理濾芯。如圖1所示為反滲透凈水器水路原理。

圖1 水路原理圖

以上不同功能的濾芯可相互組合，進而形成各不一致的集成方法，若預處理與后處理功能濾芯相組合，會形成預、后處理濾芯集成，若預處理與后處理與RO反滲透功能的濾芯相組合，會形成預、后與反滲透膜集成等。實際生產環節，應將實際設計需求作為依據，進行不同集成濾芯的應用[1]，下文對幾種常見集成進行闡述。

1.1 預處理濾芯集成

這一集成方式，是通過結構組合的形式實現，其中的預處理濾芯有三支，所有濾芯呈圓筒形狀，并且中間是中空的，三支濾芯直徑不一，套裝在一起，最里面一層為精PP棉，中間位置處為活性炭棒，最外一層為粗PP棉，在三層濾芯組合下，形成一根集成濾芯。為達到良好的過濾效果，對所有過濾孔徑進行合理設計，具體是實現過濾精度從低至高，空洞從外向內逐漸變小，詳見圖2。

為使其余水接觸表面積得以增加，使濾芯達到最佳效果，可將粗PP棉設置為折疊狀，也會有效延長濾芯使用時間。詳見圖3。

圖2 剖視圖 圖3 折疊樣式圖

除了上述形式，新吸附材料碳纖維亦可作為濾芯，原材料經碳化及放絲會形成碳纖維，在碳纖維中，大多數碳原子都集中于表面，大概80%，進而具備較強的吸附性，同時也較為柔軟，可進行再次加工。與實際過濾功能相結合，將無紡布與碳纖維相互配合，形成預處理集成濾芯[2]，具體是最內側用高精度的無紡布，最外側用低精度的無紡布，將碳纖維置于中間，將其卷成圓柱狀即完成。應用碳纖維，具備較多優勢，第一，過濾效果好，第二，形成的集成濾芯極為緊湊，詳見圖4。

圖4 碳纖維集成濾芯圖

1.2 預處理及后處理濾芯集成

這一形式，其實際上是將預處理集成濾芯與后置顆粒活性炭濾芯相結合，在兩者有效集成下，最終形成。通過串聯這一形式，將前、后處理濾芯進行結合，詳見圖5。

圖5 集成濾芯圖

實際工作環節，原水會經過前處理濾片，在過濾后，水會通過內、外中心管夾層位置，直接到達RO膜濾芯位置，通過再次過濾流出來的水，會通過后處理器濾芯，在活性炭過濾后，到達內中心管處，直至通過內中心管流出完成所有過濾環節的水，即純水。將后置顆粒活性炭與前處理集成濾芯連接成一體，共同進行原水過濾，卻又是具備獨立水路的過濾裝置，兩個單位各自有較高的密封度，相互不會竄水[3]。

1.3 預及后處理濾芯與RO反滲透膜集成

將結構及水路進行優化設計，組合反滲透凈水器全部過濾單元，最終得到具備復合功能的濾芯，實現這一組合，有較多可行性方案，在此不一一細說，僅將兩種常見的方案列舉出來，第一，圓形集成，在反滲透膜的外部位置，卷上一層前處理集成濾芯，并將后處理濾芯與其一端相連，最終構成具備復合型功能的濾芯，詳見圖6。

圖6 圓形濾芯圖

如圖6所示，在前處理集成濾芯側面位置處，原水進入該裝置，通過實際過濾到達反滲透膜外側位置處，在該位置過濾后，分成兩路水，其中，一路水通過膜中心管流出，進入后處理濾芯一端，在這一位置由活性炭進行過濾，最終在后置中心管中流出純水。第二路水為廢水，會通過反滲透膜端部排除。第二，扁形集成，這一形式主要是講圓柱形濾芯，變為橢圓形，通過結構形式轉變，將機器厚度有效減少，詳見圖7。

圖7 扁形濾芯圖

如圖7所示，該形式的濾芯，中心管為橢圓形，其中存在兩個圓形孔洞，將前、后處理濾芯分別放在該位置處，同時在橢圓中心管外部位置，卷上一層反滲透膜。實際過濾環節，原水流經內部孔洞，直至前處理集成濾芯位置處，經裝置過濾后，經膜端蓋水路流至膜濾芯，最后通過反滲透某實施過濾，形成兩路水，其中一路為純水，一路為廢水，對于純水而言，會流至后處理濾芯位置，通過活性炭進行過濾，最終經后置中心管流出，而對于廢水而言，會經反滲透膜，最終排除。

以上介紹的兩個常見設計方案，均具備傳統五級濾芯過濾功能，但實際使用過程中，在使用場景上存在差異，在實際選擇中應以現存情況為出發點進行應用。第一種形式的復合濾芯，會產生較大的濾芯流量，機器有較大的厚度，外徑較粗，因此，不易安裝，通常躋身于小流量機器上，而后一種扁形形式的復合濾芯而言，流量較大，同時不會嚴重影響到機器厚度，這一形式更加適合用于大流量機器中。

2 集成水路設計

集成水路設計主要是將化繁為簡作為主要原則，去除裝置中存在的復雜接頭及管線等，應用水路板，將大部分零件統一整理，達到水路聯連通的效果模具抽芯整體成型以及熱板焊接是集成水路中兩種較為普遍應用的技術。前者主要是通過抽出模具芯桿，最終形成孔道，所有孔道相互關聯，最終形成集成水路。將塑料件作為基礎，設計水路，在塑料件六個面上，設置連接孔口位，在芯桿抽出后，會有較多孔洞，這些孔洞會作為不見連接孔，也會存在一些不需要的孔，將其封死即可，最終形成水路板。這種形式對成型材質要求較低，不用投入過多的焊接設備，所需支出較少，一般的水路功能都可實現。后者是利用金屬熱板，對焊接面進行加熱，融化后將熱板拿走，將兩個塑板件合二為一，形成水路板。這一技術在設備及焊接上會存在較大的資金投入，存在較高的前期成本。

3 集成設計與傳統設計效果比較

凈水器采用集成設計后，與傳統設計效果進行比較如表1所列。

表1 與傳統設計效果比較

通過集成設計后，發現產品性能、生產、售后維護以及用戶體驗上，均存在較為明顯的優勢，因此，本文的集成設計具備一定的參考價值及意義。

4 結 語

綜上所述，集成濾芯和集成水路是凈水器在設計上的創新，集成濾芯設計，能夠有效的改進當前產品的使用性能以及體驗感，對產品行業的快速發展具有推動作用。通過本次反滲透凈水器集成設計，機器漏水明顯減少，使用成本明顯降低，有效的提高了產品的可靠性。經過產品實踐，該設計創新可以在凈水器設計中大力推廣和應用。