一种防生物污堵滤芯及保安过滤器制造技术

本发明专利技术公开了一种防生物污堵滤芯及保安过滤器，所述滤芯为中空圆柱体结构，包括从内到外层叠的多孔支撑层和电极过滤层，多孔支撑层呈圆筒状，电极过滤层包覆在支撑层外圆周，包括从内到外层叠的多孔阳极、多孔电极隔层和多孔阴极，多孔阳极和多孔阴极分别与电源的正极和负极连接，多孔阳极和多孔阴极均由导电材料制成，多孔支撑层、多孔电极隔层由绝缘材料制成；所述保安过滤器采用上述滤芯。本发明专利技术可以有效杀灭水中的微生物，不需要投加任何化学试剂，仅需极低的电压即可实现高标准消毒，杀毒效率高，可有效解决保安过滤器易受生物污堵的问题，并保护后端的反渗透单元免受生物污堵。

An anti-biofouling plugging filter element and security filter

The invention discloses an anti-biofouling plugging filter core and a security filter. The filter core is a hollow cylindrical structure, comprising a porous support layer and an electrode filter layer stacked from inside to outside. The porous support layer is cylindrical, and the electrode filter layer is coated on the outer circumference of the support layer, including a porous anode, a porous electrode separator and a porous cathode stacked from inside to outside, a porous anode and a porous cathode. The porous anode and the porous cathode are both made of conductive materials, and the porous supporting layer and the porous electrode separator are made of insulating materials. The security filter adopts the filter core. The invention can effectively kill microorganisms in water without adding any chemical reagents, and can achieve high standard disinfection with very low voltage. The disinfection efficiency is high. It can effectively solve the problem that the security filter is vulnerable to biological fouling and protect the reverse osmosis unit at the back end from biological fouling.

【技术实现步骤摘要】
一种防生物污堵滤芯及保安过滤器
本专利技术涉及水处理领域，尤其涉及一种防生物污堵滤芯以及具有该滤芯的保安过滤器。
技术介绍
膜污堵导致的膜通量下降、产水水质下降等现象是限制反渗透工艺稳定运行的主要问题。研究表明，微生物导致的生物污堵是造成反渗透污堵的重要原因，反渗透装置之前通常设有保安过滤器，用于截留水中的颗粒物等污染物以保护反渗透膜，然而，现有的保安过滤器的滤芯对于微生物几乎没有截留作用，不能保护反渗透系统免受生物污堵，同时，保安过滤器的滤芯本身也常常发生生物污堵现象。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种可以有效杀灭微生物、防止生物污堵的滤芯以及具有该滤芯的保安过滤器。第一方面，本专利技术提供的防生物污堵滤芯，包括滤芯为中空圆柱体结构，包括从内到外层叠的多孔支撑层和电极过滤层，多孔支撑层呈圆筒状，电极过滤层包覆在支撑层外圆周，包括从内到外层叠的多孔阳极、多孔电极隔层和多孔阴极，多孔阳极和多孔阴极分别与电源的正极和负极连接，多孔阳极和多孔阴极均由导电材料制成，多孔支撑层、多孔电极隔层由绝缘材料制成。上述技术方案中的防生物污堵滤芯可以有效杀灭水中的微生物，本专利技术采用阳极后置的方式使水流先接触多孔阴极，发生电极反应，生成氢氧根离子，水流中的微生物带负电，更容易接触阳极，当水流再接触多孔阳极时，水中的微生物与阳极接触失去电子，被氧化灭活，并且阳极产生的H+可以中和前置阴极产生的OH-，进一步促进阳极反应，从而进一步降低能耗并提高电流利用效率，实现更低电压、低停留时间下微生物高效灭活和有机物的迅速降解，同时减少消毒副产物(活性氯副产物)的生成。优选地，电源的输出电压为1-5V。优选地，制成多孔阳极和多孔阴极所用导电材料的孔隙率≥90％、孔径≥100μm。优选地，多孔阳极和多孔阴极的厚度均为4-6mm，多孔电极隔层的厚度为0.1-0.3mm；所述滤芯的高度为1-1.2m，多孔支撑层的中空内径为5-15cm。优选地，多孔支撑层外圆周包覆有1-4组电极过滤层，相邻两组电极过滤层由多孔电极隔层隔开。利用上述任一种滤芯的过滤方法为：控制待处理水样流量在40-60L/min之间，使水样先接触电极过滤层的多孔阴极，发生电极反应，生成过氧化氢和氢氧根离子，然后接触多孔阳极，杀灭水中的微生物，最后形成产水由多孔支撑层中空部位流出。第二方面，本专利技术提供一种保安过滤器，所述保安过滤器包括第一方面所述的任一种滤芯。进一步地，所述保安过滤器包括壳体和水平安装在壳体内侧下部的多孔管板，多孔管板上方和下方的壳体空间分别形成过滤空间和储水空间，多孔管板上竖直固定若干上述滤芯，所述滤芯通过由绝缘层包裹的导线与壳体外侧的电源连接；过滤空间的壳体外壁开设进水口，储水空间的壳体外壁开设出水口。进一步地，多孔管板上设有若干滤芯座，滤芯座中心竖向开设有产水口，所述滤芯底部固定在滤芯座上，滤芯顶部与壳体内侧上部设置的固定压板连接，固定压板与管板之间形成过滤空间；或者，多孔管板上固定若干多孔结构的出水导流管，滤芯套装在出水导流管外侧。利用上述保安过滤器进行过滤时的过滤方法为：控制待处理水样的流量为40-60L/min，水样由进水口进入保安过滤器的过滤空间内，由滤芯四周流入滤芯内，依次经过滤芯的多孔阳极、多孔电极隔层和多孔阴极的过滤作用将微生物灭火后，进入多孔支撑层的中空空间内，并从多孔支撑层的底端流出，经多孔管板上的孔洞流入下方的储水空间，最终从出水口流出。本专利技术提供的防生物污堵滤芯及保安过滤器，具有以下有益效果：(1)结构简单，使用方便；(2)微生物杀灭效果较好，对水中常见的病原微生物有良好的灭火效果；(3)不需要投加任何化学试剂，仅需极低的电压即可实现高标准消毒，杀毒效率高，可有效解决保安过滤器易受生物污堵的问题，并保护后端的反渗透单元免受生物污堵。附图说明图1为本专利技术提供的防生物污堵滤芯的结构示意图；图2为滤芯采用多阴极配对单阳极时的局部结构示意图；图3为滤芯采用多层电极过滤层时的结构示意图；图4为保安过滤器的结构示意图；图5为滤芯套装在出水导流管外侧的结构示意图。其中，1、滤芯；11、多孔支撑层；12、电极过滤层；121、多孔阳极；122、多孔电极隔层；123、多孔阴极；2、端盖；21、上端盖；211、导线孔A；22、下端盖；221、安装轴；222、通孔；3、壳体；31、进水口；32、出水口；33、上壳体；331、导线孔C；34、中壳体；35、下壳体；4、多孔管板；41、滤芯座；42、产水口；5、固定压板；51、安装孔；52、导线孔B；6、出水导流管；7、盒体。具体实施方式为了使本专利技术的滤芯及保安过滤器的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图和具体实施例，对本专利技术做进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1如图1所示，本专利技术提供的防生物污堵滤芯1为中空圆柱体结构，包括从内到外层叠的多孔支撑层11和电极过滤层12，多孔支撑层11呈圆筒状，电极过滤层12包覆在支撑层外圆周，包括从内到外层叠的多孔阳极121、多孔电极隔层122和多孔阴极123压制而成，多孔阳极和多孔阴极分别通过导线与电源的正极和负极连接，电源的电压为1-5V，优选2-3V，多孔阳极121和多孔阴极123均由导电材料制成，多孔支撑层11、多孔电极隔层122由绝缘材料制成。具体地，可将导线固定在滤芯的上端或下端，导线由绝缘层包裹。在具体使用时，使进水依次经过电极过滤层12和多孔支撑层11，经电极过滤层12杀菌后，最终从多孔支撑层12端口流出；阴阳电极表面进行电化学反应时，最常见的是H+和OH-的累积，会严重抑制反应进行，在本专利技术中，由于与电源正极连接的多孔阳极121位于内侧，与电源负极连接的多孔阳阴极123位于外侧，这种采用阳极后置的结构，使水流先接触多孔阴极123，发生电极反应，生成氢氧根离子，使溶液pH值升高，水流中的微生物带负电，从而使微生物更容易接触阳极，当水流再接触多孔阳极121时，水中的微生物与阳极接触失去电子，被氧化灭活，并且阳极产生的H+可以中和前置阴极产生的OH-，进一步促进阳极反应，从而进一步降低能耗并提高电流利用效率，实现更低电压、低停留时间下微生物高效灭活和有机物的迅速降解，同时减少消毒副产物(活性氯副产物)的生成。同时，当阴极发生电极反应产生过氧氢根(HO2-)时，由于过氧氢根具有较强的氧化性，能对微生物直接氧化灭活，进一步提高微生物氧化灭活的程度，实现高效灭活。采用这种阳极后置的方式，其有机物的去除率相较于阴极后置的方式高出30-40％。本专利技术提供的防生物污堵滤芯是使水流从电极内部通过的电极内过滤电化学氧化结构，其可提高反应效率，降低能耗，提高电极的使用寿命，电化学对有机物降解和微生物灭活主要在于阳极的氧化作用，实现低电压下微生物灭活和有机物降解。较佳地，作为一种可实施方式，制成多孔阳极和多孔阴极所用导电材料的孔隙率≥90％、孔径≥100μm，该孔径的设置远大于一般微滤或超滤膜孔径，不需要太高的运行压力，通电之后，即可灭活因孔径太大而无法截留的细菌，从而起到消毒的作用，孔隙率的设置可以提高水通量，满足消毒要求。具体地，多孔阳极121和多孔阴极123可由金属泡沫(银纳米线、钛泡沫、氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防生物污堵滤芯，其特征在于，所述滤芯(1)为中空圆柱体结构，包括从内到外层叠的多孔支撑层(11)和电极过滤层(12)，多孔支撑层呈圆筒状，电极过滤层(12)包覆在支撑层外圆周，包括从内到外层叠的多孔阳极(121)、多孔电极隔层(122)和多孔阴极(123)，多孔阳极和多孔阴极分别与电源的正极和负极连接，多孔阳极和多孔阴极均由导电材料制成，多孔支撑层、多孔电极隔层由绝缘材料制成。

【技术特征摘要】
1.一种防生物污堵滤芯，其特征在于，所述滤芯(1)为中空圆柱体结构，包括从内到外层叠的多孔支撑层(11)和电极过滤层(12)，多孔支撑层呈圆筒状，电极过滤层(12)包覆在支撑层外圆周，包括从内到外层叠的多孔阳极(121)、多孔电极隔层(122)和多孔阴极(123)，多孔阳极和多孔阴极分别与电源的正极和负极连接，多孔阳极和多孔阴极均由导电材料制成，多孔支撑层、多孔电极隔层由绝缘材料制成。2.根据权利要求1所述的防生物污堵滤芯，其特征在于，电极过滤层中的多孔阳极为1层，多孔阴极为1-3层，相邻两多孔阴极之间由多孔电极隔层隔离。3.根据权利要求1所述的防生物污堵滤芯，其特征在于，电源的输出电压为1-5V。4.根据权利要求1所述的防生物污堵滤芯，其特征在于，多孔阳极和多孔阴极所用导电材料的孔隙率≥90％、孔径≥100μm。5.根据权利要求1所述的防生物污堵滤芯，其特征在于，多孔阳极和多孔阴极的厚度均为4-6mm，多孔电极隔层的厚度为0.1-0.3mm；所述滤芯的高度为1-1.2m，多孔支撑层的中空内径为5-15cm。6.根据权利要求1所述的防生物污堵滤芯，其特征在于，多孔支撑层外圆周包覆有1-4组电极过滤层，相邻两组电极过滤层由多孔电极隔层隔开。7.一种利用权利要求1-6任一所述滤芯的过滤方法，其特征在于，所述过滤方法为：控制待处理水样流量在40-60L/min之间，使水...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫寅虎，胡洪营，刘海，倪欣业，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11