具有反向冲洗清洁功能的家用净水装置的设计

袁 权，牟泓锦

（1.四川大学附属中学2017 级17 班，四川 成都 610100；2.成都市树德中学光华校区2018级3班，四川 成都 610100）

水是生命之源，是不可替代的自然资源和经济资源，据调查显示，人类疾病80%与水有关。近年来，饮用水随着生活质量的提高和健康意识的增强，人们对生活饮用水的关注度越来越高了，家用净水器因此得到了广泛的应用。净水器产品主要是基于对城市自来水的再净化、达到生活饮用水卫生标准的目的而设计的，净化后达到中华人民共和国生活饮用水卫生标准，成为直接饮用水的目的。

家庭自来水由净水装置的入口进入，家用净水器是给水做深度处理的小型装置，其主要处理对象是自来水中的浊度、色度、异嗅和有机物等[1]，在各项过滤器层层过滤下过滤成为干净的饮用水，但长时间后，杂质、重金属、细菌等在滤芯、滤膜等地方集结，形成过滤杂质层。如果不及时清洗或者更换，就会对饮用水造成二次污染，饮用后危害身体健康，目前，过滤杂质多通过排污和冲洗的方式进行冲洗，但是排污较难排除夹杂在滤芯处的杂物；冲洗多通过正向冲洗的方式，浪费较多水资源，且冲洗效果较差，易于损坏滤芯、滤膜。

另外，这种一体化滤芯脏了需要人工清洗时，拆卸也极不方便，如果滤芯有一点破损后，则需要更换整组滤芯，大大增加以后的维护成本。

出于以上几方面的考虑，并广泛调查城市家庭的饮用水实际情况，研发了一种具有反向冲洗清洁功能的家庭用净水装置，利用反向冲洗技术高效迅速洗净膜表面污染物，恢复滤芯的水通量和过滤精度，恢复率达97%，延长了净水产品滤膜滤芯的寿命；通过滤芯和RO 反渗透膜过滤水中的杂质及污物，通过反冲洗装置引入纯净水，实现对滤芯和反渗透膜的清洗冲刷，避免饮用水的二次污染，减少滤芯及反渗透膜的更换频率，节约使用成本。

1 总体结构设计

具有反向冲洗功能的家庭用净水装置原理如图1 所示。

图1 具有反向冲洗功能的家庭用净水装置原理图

如图1 所示，具有反向冲洗清洁功能的家庭用净水器包括进水阀1、第一级过滤器2、第二级过滤器4、第三级过滤器6、出水阀7、第一级反冲洗阀8、第二级反冲洗阀9、第三级反冲洗阀10、反冲洗总阀11、储水箱12 和电动水泵13 组成，当自来水由进水阀进入到第一级过滤器进行初级过滤后，再经过第二级过滤器进行二次过滤，最后经过第三级过滤器实现三级过滤，达到国家饮用水标准；在进行反冲洗操作时，由用户根据需要将反冲洗总阀打开，储水箱储满水进行冲洗，当第一级反冲洗阀、第二级反冲洗阀、第三级反冲洗阀分别打开时，可以单独清洗第一级过滤器、第二级过滤器、第三级过滤器，从而实现对滤芯和RO 反渗透膜的清洗冲刷。其中第一级过滤器的滤芯内嵌着PP 棉，第二级过滤器的滤芯内装满活性炭，第三级过滤器内装有RO 反渗透膜。

储水箱12 用于定量储存精滤水，用于冲洗过滤器，在储水箱的左上角安装有溢流口，当水箱水位高于溢流口时，将通过溢流口排出到下水道，在储水箱的右下角安装有水龙头，便于清洁水箱，排掉污物。

2 净水装置的工作原理

自来水由第一级进水阀进入到第一级过滤器，通过嵌有PP 棉的过滤器进行初级过滤后，可以过滤掉泥沙、铁锈、悬浮物等杂质，再经过装有活性炭的第二级过滤器过滤，去除了水中的悬浮物及异味，最后经过装有RO 反渗透膜的第三级过滤器，去除了水中的无机盐、重金属、有机物、胶体、细菌、病毒等，得到了符合国家标准的饮用纯净水。

在进行反向冲洗操作时，将图1 中所示的反冲洗总阀11打开，储水箱12 储满水进行冲洗，将第一级反冲洗阀8、第二级反冲洗阀9、第三级反冲洗阀10 分别打开时，可以清洗第一级过滤器2、第二级过滤器4、第三级过滤器6，在系统正常工作时，第一级进水阀1、第二级进水阀3、第三级进水阀5 打开，各反冲洗阀均为关闭状态，从而方便实现定期清洗。当进行反向冲洗操作时，关闭出水阀，打开反冲洗总阀，洁净水进入储水箱储存，当需要清洗第一级过滤器时，打开第一级反冲洗阀，在电动水泵的作用下，可以对第一级过滤器进行反向冲洗；为避免污水倒流，此时第一级进水阀、第二级进水阀、第二级反冲洗阀、第三级反冲洗阀均关闭，排污螺塞需要打开，其中第一级过滤器是污染最严重的，因此应增加清洗次数，以得到符合国家标准的饮用水。

当需要清洗第二级过滤器时，打开第二级反冲洗阀，在电动水泵的作用下，可以对第二级过滤器进行反向冲洗；为了避免污水倒流，此时，第一级反冲洗阀、第二级进水阀、第三级进水阀、第三级反冲洗阀均关闭，排污螺塞需要打开。当需要清洗第三级过滤器时，打开第三级反冲洗阀，在电动水泵的作用下，可以对第三级过滤器进行反向冲洗；为避免污水倒流，此时第一级反冲洗阀、第二级反冲洗阀、第三级进水阀均关闭，排污螺塞需要打开。

3 过滤器的结构及工作原理

过滤器的结构及工作原理如图2 所示。

图2 过滤器结构图

从自来水到饮用水一共经过了三级过滤，自来水由第一级进水阀进入到第一级过滤器后，水中的杂质通过第一级过滤器过滤，过滤器的结构由第一外壳2-2 和第一滤芯2-4 组成，第一滤芯内嵌着PP 棉，用于过滤泥沙、铁锈、悬浮物等杂质，水从第一级过滤器进水口2-1 进入，经第一外腔2-3、第一滤芯过滤后，由第一级过滤器出水口2-6 排出，出水口与第一级过滤器内腔2-5 相连，过滤后的杂质积存在外腔底部，通过旋动第一排污螺塞2-7，可以定期清理污物，PP 棉只有在破损的时候才更换，节约了成本。

第二级过滤器的结构由第二外壳4-2 和第二滤芯4-4 组成，第二滤芯内装满活性炭，水中的杂质通过内腔的活性炭进行吸附，用于去除水中的异味、色度和残余氯离子，水从第二级过滤器进水口4-1 进入，经第二外腔4-3、第二滤芯过滤后，由第二级过滤器出水口4-6 排出，第二级过滤器出水口与第二级过滤器内腔4-5 相连，过滤后的杂质积存在外腔底部，通过旋动排污螺塞4-7，可以定期清理污物，也可以根据需要将滤芯拔出，更换活性碳。

第三级过滤器的结构由外壳和RO 反渗透膜6-4 组成，用于去除水中的无机盐、重金属、有机物、胶体、细菌、病毒等，得到饮用纯净水，水从第三级过滤器进水口6-1 进入，经第三外腔6-3、RO 反渗透膜过滤后，由第三级过滤器出水口6-6 排出，第三级过滤器出水口与第三过滤器内腔6-5 相连，过滤后的杂质积存在第三外腔底部，通过旋动第三排污螺塞6-7，可以定期清理污物。

自来水经过装PP 棉的第一级过滤器、装活性炭的第二级过滤器、装RO 反渗透膜的第三级过滤器后，得到符合国家标准的饮用水，当需要清洗某级过滤器时，可以很方便地打开对应的反冲洗阀门，实现定期清洗，避免饮用水被二次污染，也减少更换滤芯的次数，节约成本。

4 具有反向冲洗清洁功能的净水装置的实用性

自来水由进水阀进入到第一级过滤器、第二级过滤器、第三级过滤器、出水阀实现三级精确过滤，达到国家饮用水标准。

第一级过滤器的滤芯内嵌着PP 棉，用于过滤泥沙、铁锈、悬浮物等杂质，过滤后的杂质积存在外腔底部，通过旋动排污螺塞，可以定期清理污物。

第二级过滤器的滤芯内装满了活性炭，用于去除水中的异味。

第三级过滤器的滤芯内装有RO 反渗透膜，用于去除水中的无机盐、重金属、有机物、胶体、细菌、病毒等，得到饮用纯净水，过滤后的杂质积存在外腔底部，通过旋动排污螺塞，可以定期清理污物。

在进行反冲洗操作时，将反冲洗总阀打开，储水箱储满水，可以分别对第一级、第二级、第三级过滤器进行反冲洗，在系统正常工作时，各反冲洗阀均为关闭状态，从而方便实现定期清洗。储水箱用于定量储存精滤水，用于冲洗过滤器，在储水箱的左上角安装有溢流口，当水箱水位高于溢流口时，将通过溢流口排出到下水道，在储水箱的右下角安装有水龙头，便于清洁水箱，排掉污物。

5 总结与展望

健康已经成为这个时代的主题，但水资源的匮乏与污染已严重威胁到人们的健康生活，普通净化技术即日常生活中的自来水不适合饮用，人们需要一种净水器对自来水进行二次处理，达到可以直接饮用的目的，也需要一种装置能方便、可靠地对经过层层过滤后的滤芯进行清洗，节约更换成本，因此，反向冲洗清洁功能的家用净水装置就应运而生了。但由于在处理过程中，如果自来水杂质过多，对滤芯堵塞后，会导致水通量不足，以及在使用过程中，什么时候对滤芯进行反向冲洗，怎样才算清洗干净，还需要人为控制，相信在不久的将来，具有自动冲洗和控制的净水器将面市。

具有反向冲洗功能的家用净水器是社会发展环保和人们健康所必需的，其发展及社会需求速度很快。根据经济、技术性能及需求分析认为净水器在当前及今后相当长时间内，都将发挥重要作用，很有发展前景。