1-过滤器原理及技术

3MPurification过滤器材质及原理ABC©3M2013.AllRightsReserved.IndustriousInnovativeEnduring刘永如3M技术服务工程师[e-mail]23MPurification3M全屋过滤过滤产品产品类型产品型号过滤机理过滤材料去除物质入户过滤器AP801/802/902入户过滤器中央净水机入户过滤器前置反冲洗过滤器软水系统软水机净水器活性炭净水器净水器带除铅功能过滤器净水器带阻垢功能过滤器净水器RO机33MPurification常见过滤介质及其工作原理家用净水器的常见类型不同过滤技术的常见问题通过本课程我们可以了解到43MPurification过滤定义利用过滤介质，从流体中去除不需要的杂质。流体：气态或液态杂质：细菌/胶体/纤维滤后清洁流体含杂质流体过滤介质53MPurification过滤介质的分类可按不同的杂质去除机制来分：1.物理分离（筛分，扩散，电渗析）2.物理吸附（活性炭）3.化学吸附（KDF，树脂，阻垢剂）微滤膜显微图活性炭吸附原理树脂离子交换原理63MPurification常用净水器过滤材料物理分离—深层滤芯—微滤膜/超滤膜—纳滤/反渗透—CEDI物理吸附—活性炭化学吸附—树脂—KDF—阻垢材料73MPurification深层滤芯PolyKLEANTMFilters(AP110)产品结构特性聚丙烯原材料深层过滤刚性结构渐紧式深层结构过滤面积大(沟槽设计)最大长度可达60”1-75micron过滤精度83MPurification膜分离技术93MPurification膜分离技术微滤超滤纳滤/ROCEDI分离物质孔径大于0.1um粒子相对分子量大于500分子相对分子量小于500分子相对分子量小于于500分子分离机理筛分筛分溶解-扩散电渗析膜结构多孔、不对称、复合不对称、复合不对称、复合电荷膜压差范围MPa少于0.20.1-0.52-100.2-0.7水通量L/m2.h100020-2004-104-10103MPurification微滤膜渐紧式或标准式滤芯材料多层复合结构式滤芯材料Betafine™,BetafineXL™,PPXL™，BevASSURE,LifeASSURE聚丙烯膜–粗过滤(3-20micron)尼龙膜–精细过滤(0.2micron)表面过滤芯通常包裹在活性炭滤芯外去除细菌及颗粒113MPurification超滤膜高容污量，常用作预过滤内压式/外压式亲水性/疏水性对氧化性物质敏感（余氯，0.1PPM）表膜丝机械强度差，容易断丝材料聚偏氟乙烯聚醚砜聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯PVDFPESPEPPPVC代表品牌DOW/TorayIngeMitsubishiHuamoLitree内压●●●●外压●●●123MPurification纳滤膜/RO膜有机高分子膜：聚酰胺膜（0.1PPM，余氯）浓差极化理论优先吸附毛细管流动理论溶解-扩散理论纳滤也称为低压反渗透133MPurificationContinuousElectrodeionization连续电去离子水处理系统CEDI电荷膜阳膜/阴膜：阳极室：酸性/阴极室：碱性电极：石墨/二氧化铝（阳）钛镀铂（阴阳）水质要求高143MPurification常用净水器过滤材料物理分离—深层滤芯—微滤膜/超滤膜—纳滤/反渗透—CEDI物理吸附—活性炭化学吸附—树脂—KDF—阻垢材料153MPurification物理吸附物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起，此力也称作范德华力。净水器常用的吸附剂为活性炭活性炭显微结构巨大的表面积复合烧结活性炭163MPurification活性炭过滤芯毡式活性炭滤芯活性炭浸渍的聚丙烯纤维而成避免碳粉泄漏适用于小流量，低成本滤芯；颗粒活性炭滤芯工艺成熟，成本低高密度孔隙结构易碳粉泄露，造成二次污染。复合活性炭棒173MPurification纤维活性炭技术复合烧结活性炭技术挤出成型活性炭技术•高去除性能•优良的流量•可整合各种活性物质•最优化学动力学•最优过滤效率•活性工程物料保证最佳性能•复合材质•最少化体积•最大表面积•可整合各种活性物质•最优化学动力学•最优过滤效率•活性工程物料保证最佳性能•复合材质•生产能力•低成本•可整合各种活性物质常见活性炭棒制作技术183MPurificationWhatIsActivatedCarbon?•活性炭有3000年的历史(于一战中首次用作防毒面具的过滤材料，被称作活性炭）•多孔性材料，具有丰富的原材料来源（木材，椰壳，煤，竹子，聚合材料）•空隙大小分布广泛（分子等级到微米等级）•巨大的内表面积3M公司消耗全球3%的活性炭，75%用于气体过滤，25%用于水过滤193MPurification活性炭结构石墨truedensity≈2.2g/cctruedensity=2.2g/cc10to100Ǻplatethickness1000to1,000,000platethickness3.3to1,000,000Ǻinter-plate3.3Ǻinter-plate25%porosity1%porosity80-99%carbon100%carbon10%CarbonatEdges1%Catedges活性炭203MPurification载银技术（自由基-OH/氧离子O2-）载银工艺：1.硝酸银水溶解浸泡法2.[Ag（NH3）2]+络合法3.Cartis载银法NSF标准：Cartis处理能力为普通活性炭109倍，1g活性炭可处理18200克，原水余氯是2PPM，去除率50%213MPurification过滤流程示意图3M融喷聚丙烯滤芯3M医疗级别尼龙打折膜3M黑色奇迹烧结活性炭棒3M定制无铅净水龙头终端直饮水系统223MPurification常用净水器过滤材料物理分离—深层滤芯—微滤膜/超滤膜—纳滤/反渗透—CEDI物理吸附—活性炭化学吸附—树脂—KDF—阻垢材料233MPurification化学吸附化学吸附的主要特点是：仅发生单分子层吸附；吸附热与化学反应热相当；有选择性；大多为不可逆吸附；吸附层能在较高温度下保持稳定等，离子交换/重金属吸附剂离子交换过程（用于软水机）阻垢材料（用于SCI-10）KDF滤料（POE/淋浴沐浴)243MPurification树脂材料离子交换树脂是指在聚合物骨架上带有活性基团的一种化学合成产物按骨架类型•苯乙烯系(85%的树脂)•丙烯酸系(10%)•酚醛系按功能基分类:阳离子交换树脂阴离子交换树脂鳌合树脂253MPurification苯乙烯阳离子交换树脂（钠型）苯乙烯阳离子交换树脂（氢型）2R-Na+Ca++－－－R2-Ca+2Na+2R-H+Ca(HCO3)2－－R2-Ca+H2CO3常用树脂263MPurification•水是常见的溶剂之一。•当水经过土壤、岩石渗透至地表下时，它会溶解接触到的金属矿物质成分。•钙，镁是主要的矿物质成分元素。•硬度高的饮用水会容易产生钙镁沉淀即水垢。饮用水的硬度水垢273MPurification示意图283MPurification物理方法阻止钙镁沉淀形成，水质硬度并无变化，并不进行水质软化处理，硬度不变化，无软水；实际运用中阻垢效果存在争议；容易在拐弯位置形成水垢适用于温度不高场合80ºC，高温加热后，阻垢效果不佳；通过离子交换树脂作用，水质硬度大幅降低50ppm，水质得到真正软化处理；软水硬度低，阻垢效果好；具有软水的诸多优点：－阻止加热部件的结垢，防止传热效率的降低。－完全避免洁具表面的垢斑；－淋浴时，头发皮肤滑爽的感观体验；－洗衣时，消耗更少的清洁剂。洗后，衣物柔软。适用用低温和高温运用中，如热水器，地暖，锅炉用水等。无盐软水机3M软水机重金属去除剂AmorphousTitaniumSilicate(ATS)•离子交换与分子筛•特异性吸附铅与汞.•不可逆性，仅对离子有吸附作用.•同时去除其他重金属阳离子(Cd,Cu,etc)BondedTitaniumOxide(Metsorb)•仅对离子有效.•特异性吸附铅与汞.•同时去除其他金属阳离子与部分阴离子，可去除砷©3M2013.AllRightsReserved.303MPurification常用重金属吸附剂水中的重金属在不同的PH下呈现不同状态，故对于重金属去除需要在PH6.5及PH8.5的条件下分别做测试。PH6.5条件下，水中的重金属以离子状态存在，主要使用吸附法去除。常用钛金属及其氧化物进行作为化学吸附剂。PH8.5条件下，水中重金属以氢氧化物沉淀形式存在，主要使用物理拦截方法去除重金属吸附剂为特异性化合物，仅对重金属有去除能力，在高硬度条件下仍可使用可用于去除其他常见重金属及放射物（汞，砷，铬，镉，铀）313MPurificationKDF原理：铜锌合金电化学氧化—还原（电子转移）反应去除余氯，去除重金属抑制细菌防止水垢KDF55：铜锌各50%，金黄色合金颗粒（普通型，粗粒型，超细型）KDF85：铜85%，锌15%，黑褐色，二价铁硫化氢323MPurification3M所采用的KDF处理介质通过美国国家标准化组织（ANSI）和NSF的饮用水42项标准高纯度稳定的KDF好处：有效置换余氯、重金属、以及抑菌，且过滤寿命长。不稳定的KDF在发生氧化还原反应的时候（即去除重金属的时候）释放到水中的铜锌离子量会超标，从而危害健康。且过滤效率差，过滤寿命短。关于KDF不同KDF对比333MPurification阻垢剂常用技术：苯烯类离子交换树脂•软水机反渗透膜技术•RO纯水机化学酸化法•PH酸性聚磷酸盐•对金属离子的封闭作用343MPurification水垢问题现状•国内习惯喝开水.•开水现象不能接受•所有含活性炭的过滤器都有同样的问题.•需要新的解决方案3Mmultiplexsolutions技术沉淀”水垢•Sequestering:PolyphosphateDropinCTGSQCFilterBypassCTGPOECTG缓慢释放3500Gallon.More…353MPurification磷酸盐的来源磷酸盐是人体不可缺少的物质，广泛存在于有机体内------世界卫生组织（饮用水添加剂）.面包6.0g/Kg坚果2.0g/Kg牛肉9.0g/Kg鳕鱼9.0g/Kg食品级聚磷酸盐，疾控编号：2009KF1065，3PPM363MPurification3M全屋过滤过滤机理产品类型产品型号过滤机理过滤材料去除物质入户过滤器AP801/802/902物理拦截聚丙烯滤芯大于5微米的颗粒入户过滤器中央净水机物理拦截+物理吸附+化学吸附活性炭+KDF大于25微米的颗粒及水中余氯入户过滤器前置反冲洗过滤器物理拦截不锈钢滤网大于100微米的颗粒物软水系统软水机化学吸附离子交换树脂钙镁离子净水器活性炭净水器物理吸附+物理拦截复合烧结活性炭+微滤膜水中颗粒物/细节及化学污染物净水器带除铅功能过滤器化学吸附特异性重金属去除剂去除水中重金属净水器带阻垢功能过滤器化学吸附阻垢剂/树脂去除水中钙镁离子及碱度净水器RO机物理拦截RO膜去除水中离子