集成式中央水处理系统

我国占地辽阔，水资源丰富，能够占到世界淡水总量的6%，但我国的人口总量大，人均淡水量仅是世界平均水平的25%，再加上水资源分布不均，使我国水资源的利用十分困难[1]。目前，水资源的合理利用已成为政府重点关注的内容。

目前国内净水系统存在以下问题：一方面是，自来水经过常规处理后，含有少量重金属离子以及杀菌剂所残留的氯，在自来水输送过程中，需经过输水管网、水塔、水箱等设施，由于我国自来水网管建设落后，在输送过程中，水中的一些化合物分解后与管材发生化学作用而且水中残存的细菌可能会再次繁殖，形成管内腐蚀，沉淀以及结垢，使自来水发生二次污染，二次污染使居民用水发生水质变化，水质量也大打折扣[2]，国内现有的净水器很难做到清除二次污染带来的有害物质；另一方面是，国内一进两出式的净水器不能做到分级合理利用水资源，且废水量大。

目前欧美日德国家净水技术发达，净水机性能比较完善，普及率较高，但是由于中国的水资源情况复杂，国外性能完善的净水机用于国内却达不到预期效果。基于以上分析，集成式中央水处理器才是日后的发展趋势[3]。

1 设计方案

1.1 机械部分

该处理器的外壳上设有市政自来水入口、饮用水出口、厨房洗刷用水出口、洗澡洗衣用水出口、卫厕用水出口及智能控制模块，内部设有供水主管路、洗用水支路、饮用水支路、卫厕用水支路、树脂罐反冲洗支路、多介质罐反冲洗支路，如图1所示。

1.2 智能控制模块

中央水处理器控制核心为arduino控制器，与处理器的相关模块连接，包括显示模块、按键模块、无线WIFI模块，通过内部的水流量传感器和水压传感器传回的信息综合分析中央水处理器的工作状态及工作模式，并实时的反映在实体控制面板和手机APP上。

1.3 杀菌部分

该集成式中央水处理器经过四级过滤，保证饮用水质量。一级过滤为5微米一体高精度PP滤芯，二级利用树脂过滤，采用食品级树脂，三级进行高精度超滤膜筛分，四级通过紫外线杀菌器进行杀菌。

图1 整体模型图

图2 电子阀及水泵

2 工作原理及性能分析

2.1 制取卫厕用水过程

卫厕用水从脂罐、第二单向阀、电子阀开关或与电子阀开关并联的增压泵、压力传感器、卫厕用水出口形成的管路不断流出。供水主管路上第一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、设备等；通过树脂罐将市政水进一步软化可用于洗浴。

2.2 制取饮用水过程

市政水依次通过供水主管路、第二电磁阀、树脂罐、第二单向阀、电子阀开关或与电子阀开关并联的增压泵、压力传感器、第三电磁阀、多介质罐、第二PP棉过滤器、超滤膜过滤器、紫外线杀菌器，从形成的管路流出。多介质罐采用麦饭石、活性炭、KDF等滤料，紫外线杀菌器还连接有开水器，由于开水器在加热过程中，内部压力升高，所以通过泄压开关经管路与排污出口所在管路连接。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 树脂罐反冲洗过程

该处理器以流量来控制树脂罐反冲洗过程，当流量计测得水流量达到额定值时，智能控制模块将启动相应的程序，进行反冲洗树脂罐。首先，第二电磁阀关闭，停止树脂罐进水，第八电磁阀打开，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、第八电磁阀、排污出口经管路排出。然后第一电磁阀关闭、第一气阀开启，同时第八电磁阀关闭、第四电磁阀开启，气压将盐罐内盐水压入树脂罐后第一气阀关闭，这时第二气阀利用气压搅动树脂，使盐水与树脂充分搅拌，树脂罐内的顶部和底部设置的布水器可使盐水与树脂充分接触，在此过程中可彻底清除树脂上的钙粒子、镁粒子等。最后第二气阀关闭、第六电磁阀打开，利用水压冲击将钙离子、镁离子从树脂罐中排出，排出的废水通过第四电磁阀排至污水出口并流入下水道，自此完成树脂罐的反冲洗。

2.4 多介质罐的反冲洗过程

该处理器以流量来控制多介质罐的反冲洗过程，当流量计测得水流量到达额定值时，智能控制模块将启动相应的指令，进行反冲洗多介质罐。首先第三电磁阀关闭，停止多介质罐进水，第三气阀与第五电磁阀同时开启，气压冲动多介质罐内的滤料，把滤料中的细小树脂与滤料中的杂质吹到多介质罐顶部，这时第三气阀关闭、第七电磁阀打开，利用水压把滤料上端的杂质通过第五电磁阀排至排污出口，最终流入下水道。这样达到两个目的：一是通过气冲、水洗，松动了滤料，增强了水的流量、流速：二是及时清除了滤料中的杂质，保证了后端用水质量。

图3 控制水路图

3 更换与维修

树脂罐、多介质罐以及盐罐的更换与维修步骤相似，以树脂罐为例，当树脂罐内的水流量达到额定值时，罐内介质吸附能力降低，软化水的效果达不到要求时，则需要更换。首先第十电磁阀与第二电磁阀关闭、第八电磁阀与第二气阀打开，利用气压将树脂罐的软水顺着第二单向阀、第八电磁阀、排污出口经管路排至下水道，随后打开树脂罐的上端口进行树脂的跟换或维修。

4 创新点及应用

“不是你想的那样，我……”被我误解，秦风的眼中，突然涌起了泪花。“你怎么哭了？有什么困难可以告诉我，我们是好朋友，我会帮你的。你需要多少钱？”在我的逼问下，秦风忍了很久，泪水终是夺眶而出。在他哽咽的诉说中我才明白，原来秦风是想帮助在老家的同桌，那男孩生病了，病得很重，他想捡空瓶子卖，攒钱寄回去……

4.2 盐罐采用hdpe材料，防止盐水腐蚀高温融化，自带提手，便于携带。

4.3 所有管路均为四分管，一进四出，水流量大，可在保证水压的前提下供多个用水设施同时使用。

4.4 市政供水口与超滤膜过滤器处均安装有PP棉过滤器，使得市政水得到多层过滤，完全满足饮用水的水质要求。

4.5 采用智能控制系统，通过监控水流量来控制自动转化、反冲洗、净化、分质供水等工艺，改变以往净化模式与工艺，达到安全用水的目的。

4.6 市政供水口处增加减压阀以减小市政水高压冲击本水处理器，在各个用水出口前增加增压泵，实现了自动平衡高低压以适合任何城乡居民用水需求。