新型微排放纯水机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型微排放纯水机，属于饮用水终端水质处理技术领域。
【背景技术】
[0002]当前，水环境加剧恶化，饮用水质卫生安全事故频发，已经严重危及人的生存。水污染主要是由人类活动产生的污染物造成，它包括工业污染源，农业污染源和生活污染源三大部分。日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据世界权威机构调查，每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡，因此，水污染被称作〃世界头号杀手〃。
[0003]国内外大多数自来水厂至今仍采用沉淀、过滤、加氯消毒的陈旧工艺方法，将江河水或地下水简单加工成可饮用水。然而，面对工业污水、农业污水和生活污水猖獗泛滥涌入生活水源，自来水厂已经不堪重负无能为力。再加上自来水从水厂经输水管网及高层储水箱到达饮用水终端所带来的附加污染，市政自来水已不敢说是卫生的了。尤其是，自来水加氯虽然可有效杀除病菌，但同时也会产生较多的卤代烃化合物，这些含氯有机物的含量成倍增加，是引起人类患各种疾病的重大根源。即使是把自来水煮沸了，上述残留物仍驱之不去，还会使亚硝酸盐与三氯甲烷等致癌物增加。亦即，即便饮用开水的安全系数也是不高的。
[0004]现有水质净化产品或涉水产品，主要为介质吸附或采用各种孔径的过滤膜将水中的有害物加以拦截滤除的物理方式处理工艺。由于活性炭类吸附材料很容易饱和失效，而各种过滤膜又很容易被细菌污染或有机物阻塞或破损，因此实际情况是并不能如理论设计所期望那样作到对水中污染物的充分净化。面对日益严重的源水污染，现有的物理方式处理工艺已经远远不能保证水质达标。但物理方式水处理工艺也有一个优点，就是不会生成毒副产物。因此传统的RO膜反渗透过滤方法生产的水质最为安全，但为保安全所换取的代价则是高达40%_70%甚至更多的逆反浓水被白白浪费排入下水管道，造成巨大的水资源和电能浪费，而且RO膜堵塞后更换的成本非常高。为减少乃至达到零废水排放，节约水资源，迄今已研发出各种专利技术。例如，将逆反浓水储存它用，或将浓水中的污染物先经分子筛等过滤后循环回用，或调整废水比例，或通过电气控制减少清洗排污时间，或经逆止阀直接返回自来水主管路中稀释，或以“双膜双水”模式，分质用水，等等。这些技术的共同不足，一是未从系统整体设计考虑，只是局部单一措施，往往使系统整体工作失衡;其二是均未考虑从改善膜元件的进水工况入手，减轻膜元件的工作负荷，可以说是“治标不治本”，故而迄今还未见真正实用商品化的产品问世。
[0005]相比而言，化学水处理工艺虽然具有廉价简单高效等诸多优点，是一种优良的高级氧化工艺，但电化学处理本身存在一系列问题，不宜在民用终端生活饮用水处理场合单独使用，迄今尚未见有在日常生活用水处理场合广泛应用。究其原因，一是化学水处理工艺需要足够的反应时间，而在日常生活用水场合，净水器从开机到出水仅仅数秒钟，污染物在净水器中停留时间太短，根本来不及完成相关化学反应处理;其二是，化学水处理工艺有可能伴随一定的毒副作用。例如，尽管化学氧化反应工艺可强效灭活细菌，深度降解有机物，去除水中的各种有害物质，但化学氧化法所生成的各类强氧化因子基本是无选择性、不可控的，若处理不当极可能产生源水中没有的新物质，反而危及饮水安全;正因为如此，在民众日常生活饮用水净化处理场合，对于化学水处理工艺的应用可以说是慎之又慎。
[0006]然而，在水环境前所未有严重污染、传统物理净水器已力不从心的今天，重新审视关注化学水处理在生活饮用水净化处理应用的可能性，创新开发一种既能高效除去水中污染物又无毒副产物、高度安全的化学氧化水质净化方法与装置，将物理吸附-过滤处理工艺与电化学处理工艺联用，发挥各自优势，取长补短，确保民众生活饮用水质安全，具有十分重要的现实意义。
[0007]目前市售的电解离子水机水处理系统本质上虽然可视为将物理吸附-过滤处理工艺与电化学处理工艺联用，但是其系统结构为物理吸附-膜过滤前置处理与电解制水单元后置的组合。遗憾的是，就水质净化而言，这种“本末倒置”结构方式，没有克服单纯物理吸附-膜过滤处理能力的不足，例如通常用于前处理的活性炭，其多孔性高比表面积非极性吸附特性，具有较好的除臭、脱色、去除余氯、过滤悬浮物，以及滤除分子量大于3000的有机物效果。然而，对过滤膜的保护不够，一些有机物吸附在过滤膜上不能分解造成膜失效，活性炭极易受细菌污染而饱和失效，甚至变成细菌滋生的温床从而进一步堵塞过滤膜，等等。前处理不合格，使得反渗透膜或超滤膜受严重污染而破损失效。后置电化学处理工艺也会带来诸多新问题，例如阴极还原会生成亚硝酸盐、重金属离子不能过滤掉而导致重金属超标等，最终导致净水器不达标。
【发明内容】
[0008]本发明要解决技术问题是:提供一种废水排放量少、净水指标好、工作可靠且使用寿命长的纯水机。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是:一种新型微排放纯水机，包括电解单元、反渗透膜处理单元和成品水箱;所述电解单元包括至少一对阴阳电极、为所述阴阳电极供电的电解电源和源水箱，成对的阴电极和阳电极之间设有非导电材料制成的透水性隔膜;所述源水箱上设有第一进水口和第一出水口，所述透水性隔膜将阳电极与所述源水箱隔绝，所述阴电极位于源水箱内；所述反渗透膜处理单元设有第二进水口、纯水出口和浓水出口，所述第一出水口与第二进水口连通，所述反渗透膜处理单元的纯水出口与成品水箱连通，所述反渗透膜处理单元的浓水出口与源水箱连通;在使用时，所述阴电极与所述源水箱内的水直接接触，所述阳电极仅与所述源水箱通过透水性隔膜渗出的渗透水接触。
[0010]本发明所述透水性隔膜优选微滤-纳滤等非导电材质过滤膜。
[0011]需要说明的是，本发明处理的对象是市供自来水，正如【背景技术】中所述，现在水污染日益严重，市供自来水已经成为一种微污染水(或者说是特殊污染水)，其污染源包括环境污染(如农药残留等)、氯消毒产生的污染以及管道二次污染等。
[0012]上述本发明的工作机理及有益效果具体陈述如下:
所述源水箱以透水性隔膜为分界，成对的阴电极和阳电极分设在透水性隔膜两侧，所述阴电极在源水箱内，所述阳电极在源水箱外。当然，如源水箱内部设有空腔，透水性隔膜设置在空腔壳体上，则设置在空腔内的阳电极视为设置在源水箱外。
[0013]本发明中所述阳电极仅与源水箱内渗透通过透水性隔膜的渗透水接触(阳电极不与源水箱的水直接接触)，把阳极直接氧化反应转移到源水箱外进行，阳极反应产物在容器外排走，不致再返回容器内污染水质。同时，水中的阴性污染物例如余氯、各种有害阴离子等，受阳电极电压作用，也可以从容器内水中透过透水性隔膜，迀移到源水箱外随渗透水排出。
[0014]因此，在使用时源水中的各种阴阳离子在电解反应过程中，从源水箱内穿过透水性隔膜，迀移到源水箱外排掉。而水中的阴阳离子是构成水的TDS(即溶解性固体总量)的主要因素，在电解作用下，水中的阴阳离子主要透过阴、阳电极间的透水性隔膜随外排废水排出，这样，源水箱中水的TDS就得以下降，从而维持了系统中水的TDS相比市供自来水源水没有显著升高。以中国大连地区为例，市供自来水的TDS为100~150mg/L，而浓缩外排废水的TDS 高达 14000mg/L。
[0015]本发明中透水性隔膜的结构在微观上表现为无数透水微孔的过水通道区域，由于透水性隔膜是非导电性材料制成，因而在透水微孔的过水通道内产生电压降，即当电解电源的电解电压施加于外电极(阳电极)和内电极(阴电极)后，形成如下的电压降落关系:透水性隔膜外阳电极(+)—阳电极与透水性隔膜之间水膜的电压降U1—透水性隔膜自身阻抗产生的压降U2—透水性隔膜与源水箱内的阴电极之间水阻抗产生的电压降U3。
[0016]而阳电极仅与透水性隔膜的渗透水接触，即阳电极贴近透水性隔膜，这样电解时的析氢、析氧反应生成的气体很容易进入透水微孔的过水通道内并在过水通道内的水中生成气泡，在透水性隔膜的透水微孔的过水通道内的狭小环境中气泡很容易破碎从而产生局部高温高压，进而以极小电压激发出高效的水体等离子放电，在透水性隔膜中及透水性隔膜周边区域水中生成羟基自由基类暂态氧化因子的等离子体(等离子体是和固态、液态、气态处于同一层次的物质第四态，低温等离子体富含电子、离子、自由基和激发态分子，电子与离子有很高的反应活性，可以使通常条件下难以进行或速度很难的化学反应变得十分迅速，通过水体放电生成等离子群，可以大大提高水体中污染物的降解效率)，该羟基自由基暂态氧化因子的氧化性极强(超过臭氧)，同时在水中的存在时间又极短，因此可以在产生后迅速对水中有机物(如细菌)等污染物形成极强的降解作用并自身迅速氧化后直接还原为水，不留任何毒副作用。
[0017]本发明在使用时，源水首先经所述电解单元进行电化学处理，灭活细菌，深度降解去除源水中的有机物等主要污染物，然后经所述反渗透膜处理单元进一步物理拦截滤除水中残