申请日2007.09.04
公开(公告)日2010.09.29
IPC分类号C02F1/00; B01D24/00
摘要
本发明涉及一种用于供水的水处理装置及其方法，本发明的水处理装置至少包括一个净水蓄水容器，和一个用于通过处理原水向该净水蓄水容器中注入处理过水的水质处理单元，它还特别地包括至少一个固定或联接于净水蓄水容器的器壁上的辅助漂浮部件，用于提供净水蓄水容器不沉没于水中所需之浮力;本发明还涉及使用上述水处理装置的水处理方法。本发明利用设备自重为驱动力，在水相中辅助提供水处理过程所需的水动力，来实现装置的水处理功能。特别适用于农村饮用水安全保障技术方面的小型分散式或家庭饮用水处理。
权利要求书
1.一种借助设备自重辅助驱动的水处理装置，至少包括一个净水蓄水容器(1)，和一个用于通过处理原水向净水蓄水容器(1)中注入处理过水的饮用水质处理单元(3)，所述的水处理装置的特征在于：还包括至少一个固定或联接于净水蓄水容器(1)的器壁的外侧或内侧的辅助漂浮部件(2)，用于提供净水蓄水容器(1)不沉没于水中所需之浮力;所述的净水蓄水容器(1)的底部有至少一个进水口;所述的饮用水质处理单元(3)具有至少一个进水口和一个出水口，且当该饮用水质处理单元(3)设置于净水蓄水容器(1)内腔时，其进水口与净水蓄水容器(1)的底部进水口连接;当其设置于净水蓄水容器(1)外侧时，其出水口与净水蓄水容器(1)的底部进水口直接连接或通过管路连接。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征是：所述的辅助漂浮部件(2)采用长期完全浸泡在水中时吸水后密度也小于待处理的液态水的密度的材料制造。
3.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征是：所述的辅助漂浮部件(2)为与净水蓄水容器(1)器壁联接或部分融合的空心容器型辅助漂浮部件。
4.根据权利要求1或2或3所述的水处理装置，其特征是：在净水蓄水容器(1)的底部固定或联接有配重(702)。
5.根据权利要求1或2或3所述的水处理装置，其特征是：所述的饮用水质处理单元(3)固定或联接于净水蓄水容器(1)的底部外侧，或安置于净水蓄水容器(1)的内侧底部。
6.根据权利要求1或2或3所述的水处理装置，其特征是：所述的饮用水质处理单元(3)包含或唯一包含一过滤器，该过滤器中添充有利用机械截留或物理吸附或非生物参与的化学反应或生物作用中的一种或多种作用来实现水相有害物去除或有益成份添加的滤料。
7.根据权利要求6所述的水处理装置，其特征是：所述的滤料包含颗粒活性炭、活性氧化铝、麦饭石、沸石、石英砂、骨炭、锰砂、纤维滤料、离子交换树脂中一种或数种组合。
8.根据权利要求1或2或3所述的水处理装置，其特征是：所述的饮用水质处理单元(3)包含或唯一包含紫外饮水消毒器、消毒药剂添加装置、电絮凝水处理器、电催化水处理装置中的一种。
9.利用权利要求1至8中任一项所述的水处理装置的水处理方法，其特征是：至少包括下列步骤，首先，提供需要净化的水体(5);然后，将本装置中包括净水蓄水容器(1)的部分，底部向下，借助设备重力和水浮力的平衡来放置于需要净化的水体的水面;经过一定时间，取用通过饮用水质处理单元(3)进入净水蓄水容器(1)内的处理后的水体(4)。
10.根据权利要求9所述的水处理方法，其特征是：所述的需要净化的水体(5)为储存于水缸、水箱、水柜这三类储水容器之一中的水，或蓄积于池塘或河道中的水。
说明书
一种借助设备自重辅助驱动的水处理装置及其方法
所属技术领域
本发明涉及一种用于供水处理的装置及其方法，尤其是小型分散式或家庭用水处理方面的装置及其方法。
背景技术
目前全球每6人中就有1人不能获得安全饮用水，发展中国家80%的发病及死亡与水有关。中国社科院2007年环境绿皮书指出，目前全国有8亿农民饮水安全受到威胁，有3.2亿人用水不安全，占农村人口的34%。同时国外亦有很多地区具有相似的环境情况，如东南亚地区、非洲、南美洲地区，受饮用水问题困扰的农村居民人数总量超过国内，所以寻找操作简单、运行可靠、性能稳定、成本低廉的水处理技术和方法是国内外普遍关注的问题。
目前，在水处理设备领域，已经有许多基于电能、机械能、化学能等转换的水处理装置，这些装置广泛应用于城镇居民饮用水、污水的处理。这些水处理装置总体的特点是处理效率高、工艺操作复杂、能量消耗大、建设费用高。在给水与饮用水处理技术的研究热点方面，针对不同的情况，主要的研究技术集中于传统技术和新技术的工艺与优化改造，有前途的技术包括：新型水处理功能材料合成、膜技术、电化学技术、缓释控施技术等。针对城市饮用水的深度处理，特别是分散于家庭中的自来水水质提升处理，这些技术及其组合工艺已经发挥了巨大作用。由于来水水质较优，处理负荷小，这些技术产品已经日臻完善。但是针对农村地区分散式用水情况，对水处理工艺的微型化及在此基础上的改进优化研究开展的较少，很多技术和产品是对成熟的城市应用产品的简单移植，基本上是不被当地用水条件所融合的。
水处理设备构型对水处理过程的效率和方便程度具有重要影响。饮用水处理设备的设计原则是需要解决水质提升和通过处理器的水动力两个基本问题，前者的严格运转是稳定长效的主导因素，后者是分散式水处理设备的成本和使用方便程度的决定部分。水处理器构型是国内外研究和开发的重点，通过对国内外、技术论文及专利文献的检索，对水动力的解决主要是利用有压水或能量转换的方式来实现的，对于无任何外在动力输入的情况，是通过设置相对位于高位的原水蓄水容器来实现的，很明显，这样的设置在设施规模、使用便利程度上是不优的。而在广大农村地区，经常无稳定的压力水源，有些地区甚至没有稳定的电力供应，这个因素是决定用水解决方案的一个重要问题。
在广大的农村地区，由于水质问题多样、居住分散、经济水平较低，现有的饮用水处理装置很难广泛推广，所以农村饮用水分散式处理领域急需操作方便、运行可靠、性能稳定、适用面广的水处理装置和方法。
发明的内容
本发明的目的在于提供一种借助设备自重为驱动力，来辅助实现水通过饮用水质处理单元实现处理功能的水处理装置和方法，且在大部分情况下可以不依靠能量转换的方式来提供水动能。可应用于高氟水、高砷水、污染水等多种水质处理的情况。
为实现这一目的，本发明依据物体在水中会因为自重而排开一部分水体，进而产生在物体外侧底部形成大于外界大气压的总压强的原理，利用此压强差，借助一定的装置来实现水的流动，而在实际应用中，漂浮在水面上的底部进水的物体，需要借助其本身或固定其上其它物体产生的浮力才能防止其最终沉入水底;不然，在沉入水底的情况下，进入物体中间的水的取用是比较困难的。
本发明的一种水处理装置，至少包括一个净水蓄水容器，和一个用于通过处理原水向净水蓄水容器中注入处理过水的饮用水质处理单元，所述的水处理装置的特征在于：还包括至少一个固定或联接于净水蓄水容器的器壁的外侧或内侧的辅助漂浮部件，用于提供净水蓄水容器不沉没于水中所需之浮力;所述的净水蓄水容器的底部有至少一个进水口;所述的饮用水质处理单元具有至少一个进水口和一个出水口，且当该饮用水质处理单元设置于净水蓄水容器内腔时，其进水口与净水蓄水容器的底部进水口连接;当其设置于净水蓄水容器外侧时，其出水口与净水蓄水容器的底部进水口直接连接或通过管路连接。在这种情况下，由于液体的连续，可以传导由于设备自重下沉排水而产生的内外水体的压力差。
本发明的水处理装置，其特征是：所述的辅助漂浮部件采用长期完全浸泡在水中时吸水后密度也小于待处理的液态水的密度的材料制造。有些材料，在水中长期浸泡，会吸收水分，导致密度变化，但是只要保证长期吸水后的密度仍小于待处理的液态水的密度，体积足够大，仍可以提供本发明的水处理装置漂浮不沉没，不会造成处理过的水与原水的混合。常见的情况下，所述的辅助漂浮部件采用泡沫塑料制造。便于集约生产的情况下，所述的辅助漂浮部件为与净水蓄水容器器壁联接或部分融合的空心容器型辅助漂浮部件，我们可以通过一体化成型，将辅助漂浮部件与净水蓄水容器器壁一次成型，所说的空心容器型只要保证在工作时水不易大量进入空心容器即可，而空心容器的排水量应该大于装置中包括净水蓄水容器的部分不沉没于水中所需之浮力。
本发明的水处理装置，在净水蓄水容器的底部固定或联接有配重。有时，只利用净水蓄水容器、辅助漂浮部件、饮用水质处理单元等所产生的驱动力还较小，这时可以利用增加配重的方法来加强驱动力。配重可以选用密度大、价廉及较洁净的材料制造。
本发明的水处理装置中，所述的饮用水质处理单元固定或联接于所述的净水蓄水容器的底部外侧，或安置于净水蓄水容器的内侧底部。
本发明的水处理装置在实现了一种提供水能的新方式后，就可以将这种解决方法引入到多种可结合的水处理技术中，即结合多种不同的水处理工艺，来实现对不同水质情况，不同使用方式的适应，而对能结合的饮用水质处理单元设备重要地是需要其能在水里正常工作，并能较好地利用本发明所揭示的水能提供方式。在这种情况下，由于水深较浅，机械强度上的要求比较低，需要有所调整的是饮用水质处理单元设备在水中的电路连接部分需要一些防水绝缘处理。而常见的饮用水处理方法，如过滤技术、消毒技术、电化学技术、催化技术、生物技术等，可以以合适的形式单独或组合应用于本发明的水处理装置。作为对本发明原理和特点的最佳适应，可结合的饮用水质处理单元应具有以下特点：
a、该饮用水质处理单元中处理水流经的空间，是一个除了在进水口和出水口处以外，不与外界大气相连通的空间，且包围这个空间的结构体可以沉浸于水中工作，而如果有配套电源或控制单元，则配套电源或控制单元可以延伸至水体外工作。
b、该饮用水质处理单元沉浸于水中工作时不需要外排废液。由于本发明的水处理装置利用了静水压力来作为辅助工作动力的原理特点，一些在工作过程中随时产生废液，或由于洗脱再生周期(此再生周期用能够生产出符合要求的净水的数量来衡量)很短而频繁产生废液的饮用水处理工艺，如电渗析技术、电吸附技术、膜分离技术等，一般情况下，所产生废液的排出需要有专门设置的管路及动力系统，虽能将此类水处理技术结合入本发明的水处理装置，但其解决方案较为繁琐，不具优势。这里的废液是指由水处理过程产生的水质明显劣于待处理原水的水液，例如污染物浓缩液、再生洗脱液等，这些水液一般情况下不适于直接排入待处理的原水。
本发明的水处理装置中，所述的饮用水质处理单元包含或唯一包含一过滤器，该过滤器中添充有利用机械截留或物理吸附或非生物参与的化学反应或生物作用中的一种或多种作用来实现水相有害物去除或有益成份添加的滤料。所述的滤料包含颗粒活性炭、活性氧化铝、麦饭石、沸石、石英砂、骨炭、锰砂、纤维滤料、离子交换树脂中一种或数种组合。
本发明的水处理装置中，所述的饮用水质处理单元包含或唯一包含紫外饮水消毒器、消毒药剂添加装置、电絮凝水处理器、电催化水处理装置中的一种。
本发明的水处理装置中，所述的固定是指设置止动结构或构件，或采用粘接方式，或一体化成型的方式，来防止被固定件与固定基础间的相对运动;所述的联接是指被联接件通过固定于可调节或不可调节的结构或构件上，然后此结构或构件再固定于固定基础上。
利用本发明的水处理装置的水处理方法，其特征是：至少包括下列步骤，首先，提供需要净化的水体;然后，将本装置中包括净水蓄水容器的部分，底部向下，借助设备重力和水浮力的平衡来放置于需要净化的水体的水面;如本装置还包括其它未与此部分固定在一起的部分，则将需要沉浸于水中工作的部分沉浸于水中;经过一定时间，取用通过饮用水质处理单元进入净水蓄水容器内的处理后的水体。一般，所述的需要净化的水体为储存于水缸、水箱、水柜这三类储水容器之一中的水，或蓄积于池塘或河道中的水。
本发明水处理装置，可通过调节辅助漂浮部件的结构、数量、位置来灵活改变通过饮用水质处理单元的水流条件。如图6中，a的情况下，辅助漂浮部件601(泡沫塑料)环绕沿净水储存容器器壁粘接一圈，在净水储存容器外壁向上的方向，辅助漂浮部件601的体积逐渐增加，相应的工作时通过饮用水质处理单元的水流速率会越来越减小;b的情况下，除在净水储存容器上口处的主要辅助漂浮部件外，如图在净水储存容器外侧粘贴有两个小块状泡沫塑料602，当设备下沉到约1/3处时，受到设于外壁的小辅助漂浮部件602的作用，相应的通过水质转换转换单元的水流速率将转变为一个较小的数值;也可以如c的情况，在净水储存容器内壁设置两个小块状辅助漂浮部件603，在平静的水体中，其效果与b的情况相似。
本发明与现有技术相比，具有如下优点及有益效果：
1、本装置置于需处理的水相中，可以利用自身重量驱动外部水通过饮用水质处理单元，实现装置功能，且在大部分情况下可以不依靠能量转换的方式来提供水动能。
2、本装置净水蓄水容器与辅助漂浮部件共同作用可以将容器内的净水量控制在一定范围，当容器内净水被部分或全部取用后，下部可恢复补充进来;而当水量达到时，通过饮用水质处理单元的水量基本为零，这样可以极大延长饮用水质处理单元的有效寿命。
3、本装置可以实现分质用水，用户做饭、喝水就用净水蓄水容器内处理过的水，洗菜、洗碗、洗漱、绿化就用净水蓄水容器外侧未处理的水，处理过的水会及时自动补充恢复，处理过的水与未处理的水仅一壁之隔，对用户的用水习惯影响极小。
4、本装置可通过组合具有不同功能的饮用水质处理单元，对高氟水、高砷水、污染水等不同水质进行处理，也可用于饮用水的微量元素补给及矿化水处理，具有很高的灵活性和适应性，可广泛应用于分散饮用水处理，特别是广大农村饮用水的安全保障。
