[发明专利]一种饮用水过滤装置及其制作方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种饮用水过滤装置及其制作方法，属于环境保护处理与人类健康饮用水处理技术领域。

背景技术

水是人类赖以生存的重要条件之一，我国由于受到水质环境污染等问题，饮用水安全问题非常严峻。由致病性细菌、病毒、原虫或寄生虫引起的传染性疾病都与饮用水相关的最常见、最普遍的健康风险。水消毒处理的常见技术包括氯化、 过滤、紫外线消毒、巴氏消毒或煮沸和臭氧处理。氯化处理是有效的大规模水处理，但对于小城镇和村庄规模就变得非常昂贵。终端用户水质量控制往往是更有效的因为问题的微生物再生，副产品的消毒剂，管道腐蚀和污染分布系统中。煮沸是一种水消毒的有效方法，但是煮沸消毒水需要消耗能源。紫外线消毒是终端用户最有前途的可用技术，但需要电力和维护的UV 灯或足够阳光。砂过滤方法可以去除病原体，但需要较大面积和专业的维护知识。同时消除病原生物膜过滤器成本高，导致其难以大面积推广应用。

目前没有一种理想的技术，采用小和低廉过滤方法及装置解决使用终端用户的水过滤方法。本发明采用价格便宜、容易获得、一次性的和有效地去除病原体效果的膜材料，提出一种新的膜材料过滤制作方法，可大幅度提高安全饮用水供应能力。

发明内容

为了克服现有的过滤方法及装置价格昂贵且耗能，本发明提供一种饮用水过滤装置及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种饮用水过滤装置及其制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）截取一段裸子植物的木质部作为过滤材料，并制为圆台状；

2）采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜获取植物结构特征，采用光学图像计算方法获取植物管胞与纹孔的几何结构数据；并结合蒙特卡罗数理概率统计方法，得到该段材料的平均管胞、纹孔分布数据；

3）根据步骤1）、2）中取得的数据，用式I、II、III计算该段过滤材料的压力：

          （I）

   （II） 

                （III）

式中，为纹孔膜两边压力差，y为引起的位置偏移量，为纹孔膜中径向微纤维开口数；为微纤维开口的弹性模量；为偏移的应力数；为微纤维开口的横截面积；是纹孔膜偏离后产生的半径；为纹孔膜的直径；为纹孔塞直径； 为圆台状过滤材料的高， 为单位长度（1mm）条件下水过滤经过纹孔数，为安全系数，根据设计要求确定，π为圆周率；

4)根据步骤1）、2）、3）中取得的数据，根据哈根-泊肃叶方程，建立木质部圆台的水动力阻力；用式Ⅳ ，Ⅴ ，Ⅵ，VII 计算该段过滤材料的流量；

    （Ⅳ）

            （V）

                       （VI）

式中，为木质部总的水流阻力；为管胞长度；为管胞直径；为水的粘度系数；π为圆周率；为纹孔膜阻力系数；为多孔介质的系数；为微纤维宽度；为平均孔的直径；为开口直径；为开口空腔长度；为纹孔膜的直径；为纹孔塞直径；为单管胞横截面积的平均速度；p为过滤材料的压力；Q为水过滤的流量；, 分别为圆台的上下圆直径；为管胞空腔所占木质部横截面积的比例系数；是木质部过滤圆台并联数目；

5）根据使用环境的流量要求，选取多段圆台状过滤材料，令所选取的过滤材料流量之和大于使用环境的压力要求；将多段过滤材料并联使用。

一种上述制作方法所制作的天然过滤装置，以裸子植物的木质部作为过滤材料，其特征在于：按上述的方法将多段过滤材料并联使用。

本发明采用裸子植物木质部作为去除病原体等过滤膜材料，根据膜材料几何结构特点，对饮用水进行过滤。裸子植物是原始的种子植物，其发生发展历史悠久。裸子植物多数种类为常绿乔木，除买麻藤纲植物以外。裸子植物很多为重要林木，尤其在北半球，大的森林80%以上是裸子植物。木质部是裸子植物的运输组织，负责将根吸收的水分及溶解于水里面的离子往上运输，以供其他器官组织使用，另外它还具有支持植物体的作用。