一种可分级利用水处理器设计

尹若军 张孟凡 杜 旭 赵骁扬

(河南科技大学机电工程学院，河南 洛阳 471003)

1 净水方案设计

本设计采用净化反冲洗系统实现水资源的分级利用，将市政用水通过不同级别的过滤，分别用到生活的方方面面，从而实现水资源的高效利用以及滤芯的合理使用。该水处理器的整体模型图如图1所示。

该分质净水系统采用离子交换技术，通过树脂功能基团中的Na+置换水中的Ca2+、Mg2+等，防止后续用水过程中，在热水器、电水壶等加热时产生水垢(CaCO3、MgCO3等)。并根据分质净水系统流量计设定的流量，树脂罐达到设定流量时自动完成阀门的开与关，从而实现软化、反洗、再生、补水、正洗等工艺过程，该过程全自动智能化运行。该水处理器水路原理图如图2所示。

软化：市政供水以一定压力、流速流经本设备后，水中Ca2+、Mg2+等被附着在树脂上，使树脂罐中钙镁离子含量提高，此时需进行加盐置换，加盐程序会自动按加盐比例(盐水比1∶4)进行喷淋，在一定时间内完成置换工作，恢复树脂功能。

图1 整体模型图

图2 水路原理图

反洗：离子交换树脂饱和软化失效后，再生之前需进行反洗，其目的是冲洗去除树脂表层截留、结聚的悬浮杂质和一些破碎树脂，同时利用反向水流使被压紧的树脂层松动，利用树脂颗粒与再生液进行充分接触，为离子交换树脂再生提供良好条件。

再生：一定浓度的盐溶液与水混合流经整个树脂层时，附着在树脂层的Ca2+、Mg2+等被再生盐溶液中的钠离子置换，树脂再生将失效，使其恢复原有的软化能力。

补水：向盐箱中补充溶解盐块，生成饱和盐溶液供下一次再生使用。

正洗：清除树脂层中残留的再生废液及置换下来的Ca2+、Mg2+等，正向水流清洗树脂层，以达到最佳软化效果。

2 净化制取

2.1 制取洗用水

市政供水依次通过供水主管路、第一PP棉过滤器、压力传感器、洗用用水出口形成的管路不断流出。其中，供水主管路上设置的第一PP棉过滤器能有效去除水质中的泥沙、铁锈、化学污染物质，以避免伤害后续各管路、过滤器、电气设备等。

2.2 制取饮用水

市政水依次通过供水主管路、第一PP棉过滤器、压力传感器、第三电磁阀、第一流量计、树脂罐、第二单向阀、第二PP棉过滤器、超滤膜过滤器、电子阀开关或与电子阀开关并联的增压泵、饮用水出口形成的管路流出。第一流量计用于记录经过树脂罐的水流量。第二PP棉过滤器可以避免树脂罐和多介质罐中的细小杂质进入超滤膜过滤器中，影响其过滤效率与使用寿命。

2.3 制取软水

市政水依次通过供水主管路、第一PP棉过滤器、压力传感器、第三电磁阀、第一流量计、树脂罐、第三单向阀、软水用水出口形成的管路不断流出。其中的树脂罐能够吸附市政水中的大量钙镁离子，使其中的钙盐和镁盐含量降到1.0～50mg/L达到软化的程度，用于清洗日常衣物和洗浴。

2.4 制取纯净水

市政水依次通过供水主管路、第一PP棉过滤器、压力传感器、第三电磁阀、第一流量计、树脂罐、第二单向阀、第二PP棉过滤器、超滤膜过滤器、活性炭过滤器、电子阀开关或与电子阀开关并联的增压泵、RO膜过滤器、第二流量计、净水出口形成的管路流出。第二流量计用于记录经过超滤膜过滤器、活性炭过滤器、RO膜过滤器的水流量。RO膜能够有效地去除市政水中钙、镁、细菌、有机物、无机物、金属离子和放射性物质等，对市政水净化产生的水，能够满足用户对纯净水的需求。

3 更换维修

3.1 树脂的更换与维修

当树脂罐内的水流量达到额定值时，树脂吸附能力减弱，软化水不达标时，需要手动更换树脂。首先，第三电磁阀关闭，停止树脂罐进水，第四电磁阀打开，第一气阀开启，气压把树脂罐内的软水依次通过第二单向阀、第四电磁阀、排污出口经管路排出，此时树脂罐内只有树脂没有水。随后打开树脂罐的上端口进行树脂的更换或者维修。

3.2 超滤膜过滤器的更换与维修

当经过超滤膜过滤器内的水流量达到额定值时，超滤膜的净化效果明显降低，此时就需要更换超滤膜或维修。首先第三电磁阀关闭停止超滤膜过滤器进水，随后第六电磁阀与第一气阀打开，利用气压将多介质罐内的水顺着第六电磁阀、排污出口经管路排至清洁水箱，然后打开超滤膜过滤器上端口进行更换滤料或者进行维修。

3.3 RO膜过滤器的更换与维修

当经过RO膜过滤器内的水流量达到额定值时，RO膜无法有效地对无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质过滤，就需要更换RO膜或维修。首先第三电磁阀关闭，停止RO膜过滤器进水，关闭第四、第五与第六电子阀，同时打开第一气阀与第三单向阀，利用气压将RO膜过滤器的水顺着第四单向阀、排污出口经管路排出，此时RO膜过滤器中没有水。随后打开RO膜过滤器的上端口进行RO膜的更换或者维修，以便恢复净水机的正常工作状态。

3.4 盐罐的加盐与维修

当流量计测得盐罐水流量到达额定值时，盐罐内的精制盐则需要补充，这时显示模块将发出警报，提醒人们添加。首先第一电磁阀与第三电磁阀关闭、第四电磁阀与第一气阀打开，气压将盐罐内的盐水依次通过第一单向阀、树脂罐、第二单向阀、第四电磁阀、排污出口形成的管路排到下水道，最后打开盐罐的上端口，添加新的精制盐即可。

4 结语

本设计打破传统净水模式，采用分质净水技术进行分级用水，创新点科学先进，符合人们高品质生活追求，具有较高的可行性和长远的市场前景。