本公開(kāi)涉及一種過(guò)濾存在于原水中的病毒以提供凈化水的過(guò)濾器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

各種過(guò)濾器被用于凈化水的過(guò)濾器系統(tǒng)。過(guò)濾器的典型示例包括反滲透膜過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器。

反滲透膜過(guò)濾器指反向地使用滲透現(xiàn)象的過(guò)濾器。在由半滲透膜彼此隔開(kāi)的重?fù)诫s溶液和輕摻雜溶液中，水自然地通過(guò)穿過(guò)半滲透膜而從輕摻雜溶液移向重?fù)诫s溶液。這種現(xiàn)象將被稱為滲透現(xiàn)象，此時(shí)，重?fù)诫s溶液與輕摻雜溶液之間的水位差將被稱為滲透壓。如果大于滲透壓的壓力被提供給重?fù)诫s溶液，則與自然現(xiàn)象相反，水通過(guò)穿過(guò)半滲透膜從重?fù)诫s溶液移向輕摻雜溶液。這種現(xiàn)象將被稱為反滲透現(xiàn)象，此時(shí)，輕摻雜溶液與重?fù)诫s溶液之間的水位差將被稱為反滲透壓。包括反滲透膜過(guò)濾器，從而通過(guò)允許水分子僅僅穿過(guò)半滲透膜來(lái)凈化水。

中空過(guò)濾膜過(guò)濾器基于其中心部分是空的線狀過(guò)濾器(諸如竹子)?？仔纬稍谥锌者^(guò)濾膜過(guò)濾器中以過(guò)濾與水混合的待去除的目標(biāo)材料，并且使水分子穿過(guò)。如果通過(guò)使用水壓力使水穿過(guò)中空過(guò)濾膜過(guò)濾器，則比孔大的待去除的目標(biāo)材料無(wú)法穿過(guò)孔，并且比孔小的水分子可以穿過(guò)中空過(guò)濾膜過(guò)濾器。包括中空過(guò)濾膜過(guò)濾器，從而通過(guò)使用上述原理來(lái)凈化原水。然而，已知的是，與反滲透膜過(guò)濾器相比，中空過(guò)濾膜過(guò)濾器不能過(guò)濾較細(xì)小的材料。

待從原水去除的目標(biāo)材料的病毒形成為肉眼不可見(jiàn)的細(xì)小尺寸。具體地，如果在飲用水包含對(duì)人的身體產(chǎn)生不利影響的病毒，諸如Noro病毒，則這樣的病毒引起胃痛，由此從過(guò)濾器系統(tǒng)去除這些病毒是非常必要的。然而，由于病毒形成為細(xì)小尺寸，通常反滲透膜過(guò)濾器比中空纖維膜過(guò)濾器能更有效地去除細(xì)小材料。因此，反滲透膜過(guò)濾器已經(jīng)被普遍用于從原水中去除病毒。

然而，通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)中空纖維膜，申請(qǐng)人已經(jīng)設(shè)想出可以去除病毒的中空纖維膜。由于可以去除病毒的中空纖維膜具有尺寸小于病毒尺寸的孔，所以隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)了排放容量由于存在于水中的納米顆粒而快速減少的問(wèn)題。

因此，可以考慮一種過(guò)濾器系統(tǒng)，其可以解決當(dāng)使用用于去除病毒的中空纖維膜時(shí)排放容量因納米顆粒而快速減少的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的是提供一種過(guò)濾器系統(tǒng)，包括所述過(guò)濾器系統(tǒng)來(lái)避免當(dāng)具有其尺寸可以去除病毒的孔的中空纖維膜應(yīng)用于過(guò)濾器時(shí)發(fā)生的排放容量的快速減少。

詳細(xì)描述的另一方面提供一種過(guò)濾器系統(tǒng)，其可以消除使中空纖維膜的更換周期短的因素。

詳細(xì)描述的其它方面提供一種可以通過(guò)使用靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維過(guò)濾器而應(yīng)用于多級(jí)的過(guò)濾器系統(tǒng)。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文體現(xiàn)的和廣泛地描述的，提供一種過(guò)濾器系統(tǒng)，其包括：具有孔的中空纖維膜過(guò)濾器；以及靜電吸附過(guò)濾器，部分地或整體地具有正電荷，以通過(guò)靜電吸引與負(fù)電荷的納米顆粒進(jìn)行離子吸附，納米顆粒存在于水中，并且靜電吸附過(guò)濾器被配置為預(yù)先從將供給至中空纖維膜過(guò)濾器的水中去除納米顆粒，以防止中空纖維膜過(guò)濾器的通水量快速減少。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述孔中的每個(gè)可以形成以小于25nm的尺寸形成，以從水中去除平均尺寸為25nm或更大的病毒。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，靜電吸附過(guò)濾器可以包括：中空部分，形成水的流路，以使從其中去除了納米顆粒的水供給至中空纖維膜過(guò)濾器；以及離子吸附部分，被形成為圍繞中空部分，以允許水穿過(guò)離子吸附部分并流至中空部分，并且在中空部分周圍形成褶皺外表面以增大與水接觸的表面積。

作為示例，離子吸附部分可以包括：無(wú)紡布支撐部；玻璃纖維，附著到無(wú)紡布支撐部的表面；以及離子吸附材料，通過(guò)接枝形成在玻璃纖維的表面上，以提供正電荷，從而與存在于穿過(guò)無(wú)紡布支撐部的水中的負(fù)電荷的納米顆粒進(jìn)行離子吸附。

作為另一示例，離子吸附部分可以包括：無(wú)紡布支撐部；纖化的纖維素，附著到無(wú)紡布支撐部的表面；以及離子吸附材料，通過(guò)接枝形成在纖維素的表面上，以提供正電荷，從而與存在于穿過(guò)無(wú)紡布支撐部的水中的負(fù)電荷的納米顆粒進(jìn)行離子吸附。

離子吸附材料可以包括氧化鋁，氧化鋁在水中離解成正離子AlO⁺和負(fù)離子OH^-，并且通過(guò)使用正離子AlO⁺提供離子吸附所需的正電荷。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，過(guò)濾器系統(tǒng)還可以包括用于在其中容納中空纖維膜過(guò)濾器和靜電吸附過(guò)濾器以形成單個(gè)模塊的殼體，其中，殼體的內(nèi)流路包括：原水供給流路，用于使原水流至靜電吸附過(guò)濾器；連接流路，從靜電吸附過(guò)濾器連接到中空纖維膜過(guò)濾器的外表面，以使在穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器時(shí)從其中首先去除了納米顆粒的水流至中空纖維膜過(guò)濾器；以及排放流路，使在穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器時(shí)從其中其次去除了病毒的水流至殼體的外部。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，過(guò)濾器系統(tǒng)還可以包括用于在其中容納中空纖維膜過(guò)濾器的第一殼體和用于在其中容納靜電吸附過(guò)濾器的第二殼體，從而中空纖維膜過(guò)濾器和靜電吸附過(guò)濾器分別構(gòu)建在它們的殼體中。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，過(guò)濾器系統(tǒng)還可以包括碳?jí)K過(guò)濾器，包括碳?jí)K過(guò)濾器，從而通過(guò)使水穿過(guò)碳?jí)K來(lái)去除留在水中的殘留氯，其中，碳?jí)K過(guò)濾器被布置為凈化下述水中的至少之一：在穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器時(shí)從其中去除了納米顆粒的水；以及在穿通過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器時(shí)從其中去除了病毒的水。

碳?jí)K過(guò)濾器可以圍繞碳?jí)K的外表面，以預(yù)先從將供給至碳?jí)K的水中去除納米顆粒。

碳?jí)K過(guò)濾器可以包括吸附材料，以額外地去除重金屬或有機(jī)化合物，并且其中，吸附材料通過(guò)與碳?jí)K的原材料以及粘合劑一起混合并通過(guò)經(jīng)歷壓模工藝(按壓)來(lái)形成碳?jí)K過(guò)濾器。

有益效果

根據(jù)如上包括的本發(fā)明，根據(jù)尺寸排除機(jī)制，可以使用靜電吸附過(guò)濾器預(yù)先去除導(dǎo)致用于去除病毒的中空纖維膜過(guò)濾器的流速減小的納米顆粒。因此，存在于水中的納米顆粒在穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器之前被預(yù)先去除，由此可以防止中空纖維膜過(guò)濾器的流速減小。

此外，根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器的有機(jī)組合去除病毒，并且沒(méi)有必要提早將過(guò)濾器與另一個(gè)交換，由此可以改善過(guò)濾器系統(tǒng)的性能。

此外，根據(jù)本發(fā)明，過(guò)濾器系統(tǒng)包括靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器作為基本元件，并且可以形成為單級(jí)，或者必要時(shí)可以被擴(kuò)大到多級(jí)。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的過(guò)濾器系統(tǒng)的流程圖；

圖2a是示出根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用于過(guò)濾器系統(tǒng)的中空纖維膜過(guò)濾器的立體圖；

圖2b是中空纖維膜的放大照片；

圖3a是示出根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用于過(guò)濾器系統(tǒng)的靜電吸附過(guò)濾器的立體圖；

圖3b是示出離子吸附部分的詳細(xì)構(gòu)造的概念視圖；

圖3c是示出離子吸附部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)概念視圖；

圖4a是示出圖3b所示離子吸附部分的照片；

圖4b是示出被離子吸附到圖4a的離子吸附部分的納米顆粒的機(jī)制的概念視圖；

圖5是示出通過(guò)應(yīng)用靜電吸附過(guò)濾器防止排放容量減少的效果的曲線圖；

圖6是示出通過(guò)應(yīng)用靜電吸附過(guò)濾器去除納米顆粒的效果的圖；

圖7是示出離子吸附部分結(jié)合到碳?jí)K的概念視圖；

圖8是示出中空纖維膜過(guò)濾器和靜電吸附過(guò)濾器被構(gòu)建在單個(gè)殼體中的剖視圖；

圖9是示出中空纖維膜過(guò)濾器和靜電吸附過(guò)濾器被分別構(gòu)建在它們各自的殼體中的概念視圖；

圖10是示出過(guò)濾器系統(tǒng)被擴(kuò)大到三級(jí)的概念視圖；以及

圖11是示出過(guò)濾器系統(tǒng)被擴(kuò)大到四級(jí)的概念視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)地給出對(duì)示例性實(shí)施例的描述。為了參照附圖描述簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，相同或等同的組件將被賦予相同的附圖標(biāo)記，并且將不再重復(fù)其描述。應(yīng)該理解的是，除非在上下文被不同地限定，否則本說(shuō)明書(shū)中使用的單數(shù)表述包括復(fù)數(shù)表述。

可以理解的是，雖然在本文中可使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等來(lái)描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一個(gè)元件區(qū)別開(kāi)。

在本說(shuō)明書(shū)中，可以理解的是，諸如“包括”和“具有”的術(shù)語(yǔ)旨在表明本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、部件或其組合，并且旨在不預(yù)先排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、部件或其組合的存在或可選可能性。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的過(guò)濾器系統(tǒng)100的流程圖。

過(guò)濾器系統(tǒng)100包括中空纖維膜過(guò)濾器110和靜電吸附過(guò)濾器120。為了凈化原水或?qū)⒂糜趦艋南到y(tǒng)(凈水器)實(shí)施為產(chǎn)品，將需要比圖1所示的元件更多的元件。然而，圖1中僅示出與本發(fā)明的技術(shù)精神相關(guān)的基本元件，并且省略了其它元件。

包括中空纖維膜過(guò)濾器110來(lái)去除病毒。中空纖維膜過(guò)濾器110設(shè)置有平均尺寸小于病毒尺寸的孔，以去除存在于水中的病毒。

設(shè)置在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的中空纖維膜過(guò)濾器中的孔的平均尺寸在大約100nm的范圍內(nèi)。然而，由于病毒的平均尺寸在25nm至27nm的范圍之內(nèi)，所以相關(guān)技術(shù)的中空纖維膜過(guò)濾器不能去除病毒。相關(guān)技術(shù)的中空纖維膜過(guò)濾器具有比病毒大的孔的原因在于，相關(guān)技術(shù)的中空纖維膜過(guò)濾器的功能與病毒的去除無(wú)關(guān)。

與相關(guān)技術(shù)的中空纖維膜過(guò)濾器不同，本發(fā)明的中空纖維膜過(guò)濾器110旨在去除病毒。為此，本發(fā)明中提出的中空纖維膜過(guò)濾器110具有平均尺寸小于病毒尺寸的孔以去除病毒。由于待從水中去除的病毒的平均尺寸在25nm至27nm的范圍內(nèi)，所以中空纖維膜過(guò)濾器110的孔的平均尺寸形成為25nm或更小。優(yōu)選地，為了獲得去除病毒的可靠性，中空纖維膜過(guò)濾器110的孔的平均尺寸形成為大約20nm。

根據(jù)尺寸排除機(jī)制，具有平均尺寸小于大約25nm的孔的中空纖維膜過(guò)濾器110可以去除存在于水中的病毒。特別地，優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)尺寸排除機(jī)制的用于去除病毒的中空纖維膜過(guò)濾器110可以不考慮原水的種類而去除病毒。在相關(guān)技術(shù)中，已經(jīng)提出一種以非尺寸排除機(jī)制的另一種方式去除病毒的過(guò)濾器。然而，相關(guān)技術(shù)的過(guò)濾器具有其性能取決于原水的條件(諸如pH等)的問(wèn)題。

因?yàn)楸景l(fā)明的中空纖維膜過(guò)濾器110基于尺寸排除機(jī)制，所以優(yōu)點(diǎn)在于，中空纖維膜過(guò)濾器110不受原水的條件影響。然而，具有大約200nm或更小尺寸的納米顆粒以及病毒存在于諸如自來(lái)水的原水中。如果允許中空纖維膜過(guò)濾器110使原水穿過(guò)以從包括納米顆粒的原水中去除病毒，則中空纖維膜過(guò)濾器110的孔隨著時(shí)間的流逝而被納米顆粒阻塞。由于這個(gè)原因，出現(xiàn)了中空纖維膜過(guò)濾器110的排放容量快速減少的問(wèn)題。

在相關(guān)技術(shù)的中空纖維膜過(guò)濾器具有大約100nm的平均尺寸的孔，沒(méi)有明顯地發(fā)現(xiàn)排放容量因納米顆粒而快速地減少的現(xiàn)象。因此，在相關(guān)技術(shù)的中空纖維膜過(guò)濾器中因納米顆粒減少的排放容量的問(wèn)題不影響過(guò)濾器系統(tǒng)的性能。然而，在如本發(fā)明中的使用具有平均尺寸小于大約25nm的孔的中空纖維膜過(guò)濾器110的過(guò)濾器系統(tǒng)100中，因納米顆粒減少的排放容量極大地影響過(guò)濾器系統(tǒng)的性能。

目前，通常使用的過(guò)濾器系統(tǒng)的過(guò)濾器與另一些過(guò)濾器定期地交換。然而，因納米顆粒減少的排放容量使中空纖維膜過(guò)濾器110的交換周期縮短。此外，排放容量的減少導(dǎo)致提供給用戶的凈化水的量減少，從用戶的角度來(lái)看，排放容量的減少充當(dāng)著過(guò)濾器系統(tǒng)的品質(zhì)被低水平評(píng)估的因素。

本發(fā)明提出一種過(guò)濾器系統(tǒng)100，其使用靜電吸附過(guò)濾器120和中空纖維膜過(guò)濾器110一起來(lái)解決因?yàn)閼?yīng)用具有可去除病毒的尺寸的孔的中空纖維膜過(guò)濾器110而會(huì)減少的排放容量的問(wèn)題。

靜電吸附過(guò)濾器120部分地或整體地具有正電荷，從而通過(guò)靜電吸引與負(fù)電荷的納米顆粒(即，存在于水中的納米顆粒)離子吸附。在飲用水的pH范圍內(nèi)存在于水中的大部分顆粒材料具有負(fù)電荷，并且通過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120將被去除的納米顆粒也具有負(fù)電荷。因此，納米顆粒可以通過(guò)靜電吸引與正電荷離子吸附。

靜電吸附過(guò)濾器120從將供給至中空纖維膜過(guò)濾器110的水中預(yù)先去除納米顆粒，從而防止中空纖維膜過(guò)濾器110的排放容量因納米顆粒而快速減少?？紤]到水的穿過(guò)次序，靜電吸附過(guò)濾器120布置在中空纖維膜過(guò)濾器110之前。因此，由過(guò)濾器系統(tǒng)100凈化的水首先穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120，并且其次穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器110。

因?yàn)殪o電吸附過(guò)濾器120從將供給至中空纖維膜過(guò)濾器110的水中預(yù)先去除納米顆粒，所以病毒可能存在于已經(jīng)穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120的水B中。然而，導(dǎo)致排放容量減少的納米顆粒被靜電吸附過(guò)濾器120去除。因此，如果已經(jīng)穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120的水B被供給至中空纖維膜過(guò)濾器110，則可以防止在中空纖維膜過(guò)濾器110中發(fā)生排放容量的減少。

在過(guò)濾器系統(tǒng)100中凈化的水C可以被分為原水A、初級(jí)凈化水B和次級(jí)凈化水C。原水A表示穿過(guò)過(guò)濾器系統(tǒng)100之前的水，并且指完全未經(jīng)凈化的水。例如，原水A包括自來(lái)水。

初級(jí)水B表示已經(jīng)穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120的水。如果原水A穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120，則納米顆粒從原水A中去除，并且原水A變成初級(jí)凈化水B。初級(jí)凈化水B可以被理解為從原水A去除納米顆粒的水。病毒可能存在于初級(jí)凈化水B中。

次級(jí)凈化水C表示水已經(jīng)以預(yù)期順序穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120和中空纖維膜過(guò)濾器110。如果初級(jí)凈化水B穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器110，則從初級(jí)凈化水B中去除病毒，并且初級(jí)凈化水B變成次級(jí)凈化水C。次級(jí)凈化水C可以被理解為從初級(jí)凈化水B去除病毒的水。因?yàn)榧{米顆粒被靜電吸附過(guò)濾器120去除并且病毒被中空纖維膜過(guò)濾器110去除，所以次級(jí)凈化水C中幾乎沒(méi)有納米顆粒和病毒。

根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器110去除存在于原水A中的病毒。另外，可以通過(guò)靜電吸附過(guò)濾器120去除導(dǎo)致排放容量減少的納米顆粒。具體地，包括靜電吸附過(guò)濾器120以預(yù)先從將供給至中空纖維膜過(guò)濾器110的水中去除納米顆粒，而不從已經(jīng)穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器110的水中去除納米顆粒。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以使用尺寸排除機(jī)制來(lái)去除病毒并且防止中空纖維膜過(guò)濾器110的排放容量減少。

下文中，將描述中空纖維膜過(guò)濾器110和靜電吸附過(guò)濾器120的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖2a是示出根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用于過(guò)濾器系統(tǒng)100(參見(jiàn)圖1)的中空纖維膜過(guò)濾器110的立體圖，圖2b是中空纖維膜的放大照片。

通過(guò)將圖2b的中空纖維膜112的束聚集來(lái)形成圖2a的中空纖維膜過(guò)濾器110。中空纖維膜過(guò)濾器110的下端由諸如聚氨酯的樹(shù)脂灌封以阻擋水流，隨著在灌封后將樹(shù)脂切去，其上端朝著中空纖維膜的中心噴水。中空纖維膜112指其中心部分為空的線狀膜。中空纖維膜112設(shè)置有孔(未示出)，每個(gè)孔具有25nm或更小的尺寸以去除病毒。優(yōu)選的是，孔被形成為具有大約20nm的平均尺寸，以更明確地去除病毒。

可以排放水的流路111形成在中空纖維膜過(guò)濾器110的中心部分中。水被供給到中空纖維膜過(guò)濾器110的外表面。當(dāng)水穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器110時(shí)，存在于水中的病毒不能穿過(guò)孔，從而從水中去除病毒。圖2a中的箭頭表示水的流動(dòng)。水通過(guò)形成在中空纖維膜過(guò)濾器110的中心部分處的流路111排出。

圖3a是示出根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用于過(guò)濾器系統(tǒng)100(參見(jiàn)圖1)的靜電吸附過(guò)濾器120的立體圖。

靜電吸附過(guò)濾器120包括中空部分121和離子吸附部分122。

中空部分121形成可以排出水的流路。例如，中空部分121可以形成水的流路，其將已經(jīng)從其中去除了納米顆粒的水供給至中空纖維膜過(guò)濾器110。

離子吸附部分122形成在中空部分121周圍，以允許水流動(dòng)至中空部分121。水通過(guò)形成在靜電吸附過(guò)濾器120的外表面上的離子吸附部分122而被供給至中空部分121。在水穿過(guò)離子吸附部分122的同時(shí)，存在于水中的負(fù)電荷的納米顆粒通過(guò)靜電吸引被吸附至離子吸附部分122。已經(jīng)從其中去除了納米顆粒的水通過(guò)在中空部分121中形成的流路而排出。圖3a的箭頭表示水的流動(dòng)。

離子吸附部分122在中空部分121周圍形成褶皺外表面，以增大與水接觸的表面積。由于離子吸附部分122通過(guò)靜電吸引去除存在于水中的納米顆粒，所以如果離子吸附部分122具有與納米顆粒的更多的接觸機(jī)會(huì)，則離子吸附部分122可以去除更多的納米顆粒。因此，如果離子吸附部分122形成如圖3a所示的褶皺外表面，則與水接觸的表面積增加?？梢钥刂岂薨櫟臄?shù)量(或山丘的數(shù)量)來(lái)控制表面積。與具有平坦外表面的離子吸附部分122相比，具有褶皺外表面的離子吸附部分122可以去除更多的納米顆粒。

圖3b是示出離子吸附部分122的詳細(xì)構(gòu)造的概念視圖。

包括離子吸附部分122，從而通過(guò)使用靜電吸引來(lái)去除存在于水的負(fù)電荷的納米顆粒。離子吸附部分122包括無(wú)紡布支撐部122a、玻璃纖維122b和離子吸附材料122c。

無(wú)紡布支撐部122a形成靜電吸附過(guò)濾器120的外表面。具體地，無(wú)紡布支撐部122a制成片狀，并且可以通過(guò)處理形成靜電吸附過(guò)濾器120的褶皺外表面。無(wú)紡布支撐部122a支撐玻璃纖維122b。無(wú)紡布支撐部122a設(shè)置有水穿過(guò)的孔。

玻璃纖維122b附著到無(wú)紡布支撐部122a的表面。玻璃纖維122b將固定離子吸附材料122c。纖化的玻璃纖維122b隨機(jī)地布置在無(wú)紡布支撐部122a的表面上并且纏結(jié)在一起?？梢栽诓ＡЮw維122b之間形成大約2μm至3μm的間隙，并且水可以穿過(guò)間隙。根據(jù)尺寸排除機(jī)制，大于間隙的顆?？梢詮乃腥コ?。

通過(guò)在玻璃纖維122b的表面上進(jìn)行接枝來(lái)形成離子吸附材料122c。接枝指用于將離子吸附材料122c固定至玻璃纖維122b的表面的方法，并且包括通過(guò)物理軋制(rolling)將離子吸附材料122c固定至玻璃纖維122b的步驟。離子吸附材料122c提供將與存在于穿過(guò)毛氈(felt)的水中的負(fù)電荷的納米顆粒進(jìn)行離子吸附的正電荷。

離子吸附材料122c包括氧化鋁AlOOH。AlOOH在水中離解成正離子AlO⁺和負(fù)離子OH^-。離子吸附材料122c通過(guò)使用正離子AlO⁺提供離子吸附所需的正電荷。正電荷可以具有大約+80mV的大小。

具有負(fù)電荷的納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)離子吸附材料122c提供的正電荷與離子吸附部分122離子吸附。

圖3c是示出離子吸附部分122'的詳細(xì)構(gòu)造的另一個(gè)概念視圖。

無(wú)紡布支撐部122a'與圖3b中描述的無(wú)紡布支撐部122a相同。因此，將用圖3b的描述代替無(wú)紡布支撐部122a'的描述。

離子吸附部分122'包括纖維素122b'而不是圖3b中使用的玻璃纖維122b。纖維素122b'附著到無(wú)紡布支撐部122a'的表面。纖維素122b'也意圖固定離子吸附材料122c'。原纖化的纖維素122b'隨機(jī)地布置在無(wú)紡布支撐部122a'的表面上并且纏結(jié)在一起?？梢栽诶w維素122b'之間形成大約0.5μm至1μm的間隙，并且水可以穿過(guò)間隙。大于間隙的顆?？梢愿鶕?jù)尺寸排除機(jī)制從水中去除。

與玻璃纖維122b(參見(jiàn)圖3b)相比，纖維素122b'具有若干優(yōu)點(diǎn)。

首先，纖維素122b'對(duì)人體無(wú)害。由于靜電吸附過(guò)濾器120(參見(jiàn)圖3a)是形成飲用水的過(guò)濾器系統(tǒng)100(參見(jiàn)圖1)的元件，所以纖維素不應(yīng)對(duì)人體有害。由于與玻璃纖維122b相比(參見(jiàn)圖3b)，纖維素122b'的無(wú)害性是被證實(shí)的，所以纖維素122b'適合用于處理飲用水的靜電吸附過(guò)濾器120(參見(jiàn)圖1)的元件。

另外，由于在纖維素122b'之間形成比玻璃纖維122b(參見(jiàn)圖3b)之間的間隙更小的間隙，所以根據(jù)尺寸排除機(jī)制去除存在于水中的雜質(zhì)的性能與玻璃纖維122b(參見(jiàn)圖3b)的性能相比可以進(jìn)一步改善。

通過(guò)在纖維素122b'的表面上進(jìn)行接枝來(lái)形成離子吸附材料122c'。將用圖3b的描述代替離子吸附材料122c'的描述。

圖3b和圖3c中的箭頭表示水的流動(dòng)方向。

圖4a是示出圖3b中示出的離子吸附部分122的照片。在照片中，左下端和右上端處的亮色部分對(duì)應(yīng)于無(wú)紡布支撐部，并且從左上端到右下端的黑色纖維對(duì)應(yīng)于玻璃纖維。布置在玻璃纖維的表面上的顆粒對(duì)應(yīng)于氧化鋁。

圖4b是示出離子吸附到圖4a的離子吸附部分的納米顆粒的機(jī)制的概念視圖。

參照?qǐng)D4a，三個(gè)玻璃纖維被布置為纏結(jié)在一起。在三個(gè)玻璃纖維之間形成三角形間隙，并且水可以穿過(guò)間隙。固定至玻璃纖維的表面的氧化鋁提供離子吸附所需的正離子。因此，在玻璃纖維的表面上產(chǎn)生正電荷。由于存在于水中的納米顆粒具有負(fù)電荷，所以當(dāng)水穿過(guò)玻璃纖維時(shí)，納米顆粒與存在于玻璃纖維的表面上的正離子進(jìn)行離子吸附。圖4b中的箭頭表示水的流動(dòng)。

下文中，將參照曲線圖和圖表來(lái)描述根據(jù)靜電吸附過(guò)濾器120(參見(jiàn)圖1)以及中空纖維膜過(guò)濾器110(參見(jiàn)圖1)的應(yīng)用來(lái)去除納米顆粒的效果和防止排放容量減少的效果。

圖5是示出通過(guò)應(yīng)用靜電吸附過(guò)濾器防止排放容量減少的效果的曲線圖。

橫軸表示累積排放容量(單位L)，縱軸表示流速(單位升/分鐘)。流速根據(jù)累積排放容量的增加而減小意味著中空纖維膜過(guò)濾器的孔被納米顆粒阻塞，并且意味著中空纖維膜過(guò)濾器的交換周期短。

在圖5中，線X為僅僅中空纖維膜過(guò)濾器而無(wú)靜電吸附過(guò)濾器的結(jié)果，線Y是靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器的結(jié)果。

首先，參照在無(wú)靜電吸附過(guò)濾器的情況下僅使用中空纖維膜過(guò)濾器來(lái)凈化水的情形，注意到流速根據(jù)累積排放容量的增加而連續(xù)地減小。初始流速為大約1.4升/分鐘，而當(dāng)累積排放容量達(dá)到大約1000L時(shí)，流速僅為0.5升/分鐘。因此，如果在無(wú)靜電吸附過(guò)濾器的情況下僅使用中空纖維膜過(guò)濾器來(lái)凈化水，則中空纖維膜過(guò)濾器的孔被納米顆粒阻塞，并且中空纖維膜過(guò)濾器應(yīng)提早與另一個(gè)交換。

接下來(lái)，參照在線Y中靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器一起使用的情形，注意到即使累積排放容量增大，初始流速仍然保持不變。即使累積排放容量達(dá)到大約2000L，流速也幾乎不變。如果一起使用靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器，則由于納米顆粒被靜電吸附過(guò)濾器去除，所以可以防止中空纖維膜過(guò)濾器的孔被阻塞，并且可以防止中空纖維膜過(guò)濾器的流速(排放容量)減小。

圖6是示出通過(guò)應(yīng)用靜電吸附過(guò)濾器120(參見(jiàn)圖1)去除納米顆粒的效果的圖。

橫軸表示納米顆粒的尺寸(單位：μm)，縱軸表示每單位流速的納米顆粒的數(shù)目(計(jì)數(shù)/ml)。通過(guò)分為0.05μm或更小的顆粒、0.1μm或更小的顆粒以及0.2μm或更小的顆粒來(lái)測(cè)量每單位流速的納米顆粒的數(shù)目。在表1中示出與靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器一起使用的情形相比，僅使用自來(lái)水(原水)和靜電吸附過(guò)濾器的情形。

[表1]

在每尺寸的自來(lái)水中存在多個(gè)納米顆粒。具體地，大部分的自來(lái)水充有0.05μm或更小的納米顆粒以及0.1μm或更小的納米顆粒。從圖6的圖和表1中可以看出，靜電吸附過(guò)濾器可以去除存在于自來(lái)水中的90％或更多的納米顆粒。從圖6和表1注意到，靜電吸附過(guò)濾器可以去除納米顆粒，并且減輕由納米顆粒引起的中空纖維膜過(guò)濾器的排放容量的減少。

下文中，將描述通過(guò)修改或應(yīng)用如上所述的靜電吸附過(guò)濾器和中空纖維膜過(guò)濾器形成的過(guò)濾器系統(tǒng)。

圖7是示出離子吸附部分22結(jié)合到碳?jí)K231的概念視圖。

過(guò)濾器系統(tǒng)(未示出)還可以包括碳?jí)K過(guò)濾器231、232a和232b，包括后者以通過(guò)允許水穿過(guò)碳?jí)K231來(lái)去除留在水中的殘留氯。碳?jí)K過(guò)濾器231、232a和232b以蓋232a和232b分別結(jié)合到碳?jí)K231的上端和下端的方式來(lái)形成。中空部分可以形成在碳?jí)K231的中心部分處，蓋232a和232b設(shè)置有被形成為對(duì)應(yīng)于碳?jí)K231的中空部分的孔。

離子吸附部分222可以與碳?jí)K231結(jié)合以形成復(fù)合過(guò)濾器230。離子吸附部分222圍繞碳?jí)K231以從將由碳?jí)K231供給的水中預(yù)先提供納米顆粒。優(yōu)選地，離子吸附部分222形成為一層，以防止流速減小。水被供給到復(fù)合過(guò)濾器230的外表面，存在于水中的納米顆粒通過(guò)離子吸附部分222被去除。已經(jīng)從其中去除了納米顆粒的水穿過(guò)碳?jí)K231，并且留在水的殘留氯由碳?jí)K231去除。另外，設(shè)置在碳?jí)K231中的吸附材料可以額外地去除存在于水中的重金屬或有機(jī)化合物。過(guò)濾器系統(tǒng)100(參見(jiàn)圖1)可以僅由復(fù)合過(guò)濾器230和中空纖維膜過(guò)濾器110(參見(jiàn)圖1)組成。

碳?jí)K過(guò)濾器(未示出)或復(fù)合過(guò)濾器230可以設(shè)置有吸附材料(未示出)，以額外地去除重金屬或有機(jī)化合物。吸附材料可以與碳?jí)K231的材料以及粘合劑(未示出)一起混合并經(jīng)歷壓模工藝(按壓)，由此可以形成碳?jí)K過(guò)濾器。

例如，吸附材料包括水合鐵和二氧化硅材料。包括水合鐵以去除存在于水中的砷(As)，并且包括二氧化硅材料以去除存在于水中的鉛。另外，吸附材料可以包括去除作為存在于水中的主要有機(jī)化合物的氯仿的材料。

圖8是示出中空纖維膜過(guò)濾器310和靜電吸附過(guò)濾器320構(gòu)建在單個(gè)殼體的剖視圖。

過(guò)濾器系統(tǒng)300可以形成為單級(jí)過(guò)濾器，其是靜電吸附過(guò)濾器320和中空纖維膜過(guò)濾器310的組合類型。過(guò)濾器系統(tǒng)300包括中空纖維膜過(guò)濾器310、靜電吸附過(guò)濾器320和殼體310。

靜電吸附過(guò)濾器320和中空纖維膜過(guò)濾器310布置在殼體310內(nèi)部。靜電吸附過(guò)濾器320和中空纖維膜過(guò)濾器310可以預(yù)期順序設(shè)置在殼體310內(nèi)部，如圖8所示。殼體310設(shè)置有入口301a和出口301b，入口301a形成原水的入口流路，出口301b形成用于排出凈化水的流路。

殼體301的內(nèi)流路包括原水供應(yīng)流路302a、連接流路302b和排放流路302c。

原水供給流路302a從入口301a連接到靜電吸附過(guò)濾器320的外表面，以使原水流至靜電吸附過(guò)濾器320。通過(guò)殼體301的入口301a供給的原水沿著原水供給流路302a被供給至靜電吸附過(guò)濾器320的外表面。被供給到靜電吸附過(guò)濾器320的水穿過(guò)布置在靜電吸附過(guò)濾器320的外表面上的離子吸附部分122(參見(jiàn)圖3a)，并且流至靜電吸附過(guò)濾器320的中空部分121(參見(jiàn)圖3a)。

連接流路302b從靜電吸附過(guò)濾器320連接到中空纖維膜過(guò)濾310的外表面，以使在穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器320時(shí)從其中首先去除了納米顆粒的水流至中空纖維膜過(guò)濾器310。通過(guò)靜電吸附過(guò)濾器320的中空部分121(參見(jiàn)圖3a)排放的水沿著連接流路302b流至中空纖維膜過(guò)濾器310的外表面。存在于水中的病毒通過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器310去除。

排放流路302c連接到出口301b，以使在穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器310時(shí)從其中其次去除了病毒的水流至殼體301的外部。供給至殼體301的入口301a的水通過(guò)穿過(guò)原水供給流路302a、靜電吸附過(guò)濾器320、連接流路302b、中空纖維膜過(guò)濾器310和排放流路302c而排放到殼體301的出口301b。在這個(gè)過(guò)程中，存在于水中的納米顆粒和病毒分別由靜電吸附過(guò)濾器320和中空纖維膜過(guò)濾器310以預(yù)期順序去除。

如果靜電吸附過(guò)濾器320和中空纖維膜過(guò)濾器310布置在單個(gè)殼體301中并且原水供給流路302a、連接流路302b和排放流路302c如上所述進(jìn)行連接，則過(guò)濾器系統(tǒng)300可以形成為一個(gè)模塊。與分別包括靜電吸附過(guò)濾器320和中空纖維膜過(guò)濾器310的過(guò)濾器系統(tǒng)300相比，作為一個(gè)模塊包括的過(guò)濾器系統(tǒng)300可以減小其尺寸。因此，如果使用作為一個(gè)模塊包括的過(guò)濾器系統(tǒng)300，則可以獲得小尺寸的凈水器。

圖9是示出中空纖維膜過(guò)濾器410和靜電吸附過(guò)濾器420分別構(gòu)建在它們各自的殼體401和401'中的概念視圖。

過(guò)濾器系統(tǒng)400包括用于在其中容納中空纖維膜過(guò)濾器410的第一殼體401以及用于在其中容納靜電吸附過(guò)濾器420的第二殼體401'，從而中空纖維膜過(guò)濾器410和靜電吸附過(guò)濾器420被分別構(gòu)建在它們各自的殼體401和401'中。中空纖維膜過(guò)濾器410和靜電吸附過(guò)濾器420形成為它們各自的模塊。水首先穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器420，然后穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器410。

如果中空纖維膜過(guò)濾器410和靜電吸附過(guò)濾器420形成為如圖9所示的單獨(dú)模塊，則模塊的尺寸與如圖8中描述的單個(gè)模塊的尺寸相比進(jìn)一步增加。但是，由于中空纖維膜過(guò)濾器410和靜電吸附過(guò)濾器420依賴于它們各自的交換周期，所以優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)兩個(gè)過(guò)濾器410和420中的任何一個(gè)不執(zhí)行其功能時(shí)，不必交換這兩個(gè)過(guò)濾器410和420。

如圖9所示，過(guò)濾器系統(tǒng)400可以包括中空纖維膜過(guò)濾器410和靜電吸附過(guò)濾器420。此外，過(guò)濾器系統(tǒng)400'可以包括圖7中描述的復(fù)合過(guò)濾器430以及中空纖維膜過(guò)濾器410。與在前的過(guò)濾器系統(tǒng)400相比，后面的過(guò)濾器系統(tǒng)400'可以額外地去除存在于水中的殘留氯、重金屬或有機(jī)化合物。

圖10是示出過(guò)濾器系統(tǒng)500被擴(kuò)大到三級(jí)的概念視圖。

過(guò)濾器系統(tǒng)500包括靜電吸附過(guò)濾器520、中空纖維膜過(guò)濾器510和碳?jí)K過(guò)濾器540。靜電吸附過(guò)濾器520、中空纖維膜過(guò)濾510和碳?jí)K過(guò)濾器540形成為它們各自的模塊。靜電吸附過(guò)濾器520、中空纖維膜過(guò)濾器510和碳?jí)K過(guò)濾器540中每個(gè)的功能將由其前面的描述代替。

參照?qǐng)D10，當(dāng)水以預(yù)期順序穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器520、中空纖維膜過(guò)濾器510和碳?jí)K過(guò)濾器540時(shí)，水被凈化。靜電吸附過(guò)濾器520去除納米顆粒，中空纖維膜過(guò)濾器510去除病毒，碳?jí)K過(guò)濾器540去除殘留氯。如果碳?jí)K過(guò)濾器540包括吸附材料，則碳?jí)K過(guò)濾器540可以額外地去除重金屬或有機(jī)化合物。

碳?jí)K過(guò)濾器540被布置為凈化下述水中的至少之一：在穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器520時(shí)從其中去除了納米顆粒的水；以及在穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器510時(shí)從其中去除了病毒的水。因此，如圖10所示，碳?jí)K過(guò)濾器540可以從中空纖維膜過(guò)濾器510的后側(cè)移動(dòng)到靜電吸附過(guò)濾器520的后側(cè)。然而，在中空纖維膜過(guò)濾510之前布置的靜電吸附過(guò)濾器520的布置不變。

圖11是示出過(guò)濾器系統(tǒng)600被擴(kuò)大到四級(jí)的概念視圖。

過(guò)濾器系統(tǒng)600包括靜電吸附過(guò)濾器620、第一碳?jí)K過(guò)濾器631、中空纖維膜過(guò)濾器610和第二碳?jí)K過(guò)濾器640。第一碳?jí)K過(guò)濾器631和第二碳?jí)K過(guò)濾器640中的至少一個(gè)可以包括吸附材料(未示出)。

參見(jiàn)圖11，當(dāng)水以預(yù)期順序穿過(guò)靜電吸附過(guò)濾器620、第一碳?jí)K過(guò)濾器631、中空纖維膜過(guò)濾器610和第二碳?jí)K過(guò)濾器640時(shí)，水被凈化。靜電吸附過(guò)濾器620去除納米顆粒，中空纖維膜過(guò)濾器510去除病毒，并且第一個(gè)碳?jí)K過(guò)濾器631和第二碳?jí)K過(guò)濾器640去除殘留氯。第一碳?jí)K過(guò)濾器631和第二碳?jí)K過(guò)濾器640中的至少一個(gè)包括吸附材料(未示出)，從而可以額外地去除重金屬或有機(jī)化合物。

各個(gè)過(guò)濾器的順序可以改變。但是，在中空纖維膜過(guò)濾器610之前布置的靜電吸附過(guò)濾器620的布置不變。過(guò)濾器系統(tǒng)600包括作為基本元件的靜電吸附過(guò)濾器620和中空纖維膜過(guò)濾器610，并且可以擴(kuò)大到多級(jí)。

根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)尺寸排除機(jī)制，可以使用靜電吸附過(guò)濾器預(yù)先去除引起用于去除病毒的中空纖維膜過(guò)濾器的流速減小的納米顆粒。因此，存在于水中的納米顆粒在穿過(guò)中空纖維膜過(guò)濾器之前被預(yù)先去除，從而可以防止中空纖維膜過(guò)濾器的流速減小。

如上所述的過(guò)濾器系統(tǒng)不限于上述實(shí)施例的構(gòu)造和方法，可以以組合方式選擇性地包括全部或一些實(shí)施例，從而可以在實(shí)施例中進(jìn)行各種修改。

前述實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)僅是示例性的，且不應(yīng)被認(rèn)為限制本公開(kāi)。本教導(dǎo)可以容易地應(yīng)用于其它類型的設(shè)備。本描述旨在是說(shuō)明性的，并且不限制權(quán)利要求的范圍。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，許多替換、修改和變化將是顯而易見(jiàn)的。在此描述的示例性實(shí)施例的特征、結(jié)構(gòu)、方法和其它特性可以以各種方式組合，以獲得附加的和/或替代的示例性實(shí)施例。

由于當(dāng)前特征可以在不脫離其特性的情況下以若干形式體現(xiàn)，所以還應(yīng)該理解的是，除非另有說(shuō)明，否則上述實(shí)施例不受前述描述的任何細(xì)節(jié)限制，而是應(yīng)當(dāng)被視為廣泛地在所附權(quán)利要求限定的其范圍內(nèi)，因此落入權(quán)利要求的界限內(nèi)的所有改變和修改或者這種界限的等同物都因此意圖由所附權(quán)利要求涵蓋。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明可以用于各種工業(yè)領(lǐng)域，例如凈水器。