一种可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒
技术领域
本发明涉及浴器用品技术领域，更具体地，涉及一种可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒。
背景技术
近年来，学者们针对沐浴用水水质特征开展了水质改善方法的研究。其中，针对沐浴用水中硬度问题，现有净水花洒应用的技术一般使用滤料过滤的方法(截留作用)，包括拦截过滤网、PET(Polyethylene terephthalate)无纺布、活性炭纤维等，但是拦截过滤网、PET无纺布只能去除粒径较大的悬浮颗粒，过滤效果较差；活性炭纤维虽然可以去除已经形成碳酸钙和碳酸镁沉淀的硬度，但是并不能将水中溶解性的钙/镁硬度去除，无法实现水的软化；因此，需要找寻一种方法将碳酸钙和碳酸镁沉淀的硬度和溶解性的钙/镁硬度同时去除。
针对沐浴用水中的余氯问题，现有技术主要通过添加还原性物质的方法(氧化还原反应)去除沐浴水中的余氯，常用的还原性物质有二氧化硫、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、活性炭、KDF(高纯铜/锌合金)和活性炭等。二氧化硫、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠可以与余氯发生氧化还原反应而被去除，但是余氯与二氧化硫、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠等发生氧化反应时会生成大量的硫酸根(SO42-)，有可能无法满足饮用水中最高允许SO42-浓度的规定。KDF滤料，可通过电化学氧化—还原(电子转移)反应有效地减少或除去水中的氯，但是余氯与KDF发生化学反应时会释放铜离子(Cu2+)和锌离子(Zn2+)，有可能无法满足饮用水中最高允许含铜、锌量的规定。而活性炭滤料作为一种多孔材料，同时具有吸附作用、截留作用和还原作用，能有效截留水中悬浮物质，吸附水中有机污染物和重金属，通过氧化还原反应去除余氯。但是，由于活性炭材料为多孔材料，具有大量的孔道结构，可吸附大量的有机污染物，这为微生物的滋生提供了有利条件——丰富的碳源，微生物在活性炭材料上滋生会产生微生物泄漏的风险，尤其是致病微生物发生泄漏会使淋浴用水存在安全隐患。因此，还需要保证淋浴用水余氯去除的同时水中不含有存在安全隐患物质(Cu2+、Zn2+、SO42-及微生物等)的再释放。
针对沐浴用水中致病微生物问题，根据国家标准要求，现有技术是用水中余氯来控制微生物的再生，但是淋浴装置中连接喷头的软管部分长期存留温水，温水环境中余氯的存在会加速软管中含碳物质释放，成为细菌和病原菌的营养物质，当余氯消耗殆尽时软管中细菌会再次繁殖，软管中这些细菌会随着下一次淋浴出水流出，直接与人接触，或者随蒸汽漂浮在空气中，随呼吸进入人体，存在细菌感染的致病风险。因此，需要将淋浴用水中微生物截留去除。
然而，目前现有的净水花洒或者淋浴净水装置仅针对水中余氯和悬浮物质进行控制，并没有考虑到淋浴用水中微生物再生的风险以及钙镁硬度对皮肤的伤害，例如，飞利浦(Philips)家用除氯淋浴花洒主要的滤芯采用的是KDF滤料，可通过电化学氧化—还原(电子转移)反应有效地减少或除去水中的氯和重金属，但是余氯与KDF发生化学反应时会释放铜离子(Cu2+)和锌离子(Zn2+)，有可能无法满足饮用水中最高允许含铜、锌量的规定。日本进口TOCLAS净水花洒采用“PET无纺布-活性炭纤维-亚硫酸钙”三重净化方式，但是余氯将亚硫酸钙氧化会生成大量的硫酸根(SO42-)，有可能无法满足饮用水中最高允许SO42-浓度的规定。此外，活性炭材料具有吸附作用、截留作用和还原作用，能有效截留水中悬浮物质，吸附水中有机污染物和重金属，通过氧化还原反应去除余氯。但是，由于颗粒活性炭具有粗糙的表面，表面吸附了大量的有机物，为微生物的滋生提供了有利条件，容易引发活性炭滤料中微生物滋生的现象。因此，单独使用活性炭作为淋浴净水花洒的滤料而后续没有消毒环节是存在安全风险的。总而言之，目前的研究和市面上净水花洒产品的研发大多以去除沐浴用水中悬浮物质、余氯和重金属为目的，关于控制沐浴用水中余氯、钙镁硬度(Ca2+、Mg2+)、以及病原微生物等综合指标方面的研究甚少，缺少可以同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的淋浴净水花洒装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒；所述花洒装置可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物，并且不会释放出存在安全隐患物质(Cu2+、Zn2+、SO42-及微生物等)，在保障水量的前提下，实现家庭用户的淋浴用水水质的改善，保障淋浴用水水质安全，具有重大的健康意义和经济价值。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
一种可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒，包括花洒头部和与之可拆卸连接的手柄部，花洒头部和手柄部内部设有连通的通水腔；所述花洒头部包括花洒头主体和与之可拆卸连接的喷水盖；所述花洒头部主体设有头部过滤腔，手柄部设有手柄过滤腔，手柄过滤腔用于填装复合滤料Ⅰ，头部过滤腔用于填装复合滤料Ⅱ；所述花洒头部主体和喷水盖之间设有可更换的低压微滤膜；所述复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ为质量比相同或不同的颗粒活性炭和阳离子交换树脂的混合物。
本发明在已有的花洒基础上首次提出了“颗粒活性炭-阳离子交换树脂-低压微滤膜”的耦合工艺，构建一种可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒。本发明设计的新型淋浴净水花洒通过颗粒活性炭的还原性和吸附作用去除水中的余氯及微量有机物，利用阳离子交换树脂的离子交换作用控制水中的钙镁硬度(可以根据水质情况调整颗粒活性炭和阳离子交换树脂的配比)，最后采用低压微滤膜的物理截留作用拦截水中微生物，在保障水量的前提下，实现家庭用户的淋浴用水水质的改善，保障淋浴用水水质安全。
首先手柄部里面的复合滤料Ⅰ利用阳离子交换树脂可以有效的把水中钙镁离子硬度交换并吸附；而颗粒活性炭利用其吸附特性吸附水中有机污染物和重金属等大颗粒物质，利用其还原性去除水中余氯，并有效截留水中悬浮物质和微生物。然后，淋浴用水进一步经过复合滤料Ⅱ，对余氯、悬浮物、微生物以及钙镁硬度进行第二次高效地的去除，此时的水质已经有了很明显的改善。最后，在花洒喷水盖处的低压微滤膜可以把复合滤料Ⅰ和Ⅱ没能处理的水中一些微生物和大于0.45微米的杂质进行高效截留，从而实现同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的目的。同时，本发明的新型淋浴净水花洒可以根据用户的水质和用水需求，灵活地对复合滤料Ⅰ、复合滤料Ⅱ和低压微滤膜进行组合使用。例如：根据用户用水需求，可包括只填装复合滤料Ⅱ、安装低压微滤膜不填装复合滤料Ⅰ；填装复合滤料Ⅰ、安装低压微滤，不填装复合滤料Ⅱ；只安装低压微滤膜，不填装复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ等情况。
优选地，所述喷水盖包括花洒配水板和花洒头部螺纹固定圈，花洒头部螺纹固定圈将花洒配水板固定在花洒头部上。
优选地，所述头部过滤腔内设有可更换滤料盒，滤料盒两侧设有配水孔，滤料盒用于填装复合滤料Ⅱ；所述可更换滤料盒与花洒头部后盖之间设有滤料盒支撑柱。滤盒支撑柱为可更换滤料盒装入花洒头部时能够预留一部分的空间，如此设置，一是可以稳定可更换滤料盒，二是可以保证水流均匀的充满整个滤料盒配水孔以方便水流通过复合滤料Ⅱ。
优选地，所述喷水盖还包括垫圈，垫圈一侧将低压微滤膜压实并固定在花洒配水板上，另一侧将可更换滤料盒压实并固定在花洒头部内部。将低压微滤膜装于花洒配水板和垫圈中间，如此设置，是防止低压微滤膜当水流过时松动而影响处理效果。即：花洒头部装有可更换滤料盒、垫圈、低压微滤膜、花洒配水板和花洒头部螺纹固定圈；所述的花洒头部内可更换滤料盒前端依次放置垫圈、低压微滤膜、花洒配水板。
优选地，所述可更换滤料盒配水孔两端设有复合滤料Ⅱ隔网；将复合滤料Ⅱ固定于可更换滤料盒中。
优选地，所述配水孔为2.3×2.3mm的矩形配水孔，如此设置，有利于水流快速流过复合滤料Ⅱ。
优选地，所述手柄部两端设有复合滤料Ⅰ隔网。
优选地，所述花洒头部与手柄部通过螺纹连接；所述的复合滤料Ⅰ隔网分别置于螺纹连接可更换手柄部两端，将复合滤料Ⅰ固定在螺纹连接可更换手柄部中；螺纹构造设置，能够方便用户当复合滤料Ⅰ饱和时方便拆卸更换。
优选地，所述低压微滤膜为0.45微米的醋酸纤维膜或0.22微米孔径微滤膜。
具体地，所述复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ可以根据水质情况调整颗粒活性炭和阳离子交换树脂的配比。例如：质量比7：1、8：1、6：2等比例。
优选地，所述低压微滤膜为圆形平板膜。
优选地，所述手柄部材质为内径为10mm的不锈钢或耐热塑料材质的圆管。
优选地，所述的花洒头部和花洒头部螺纹固定圈材质为不锈钢或耐热塑料材质。
优选地，所述的可更换滤料盒和滤盒支撑柱为耐热塑料制成。
优选地，所述的复合滤料Ⅰ隔网和复合滤料Ⅱ隔网材质为不锈钢，网孔孔径为60目，能够防止复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ泄漏随水流跑出。
优选地，所述的垫圈材质为耐热硅胶。
优选地，所述的花洒配水板材质为不锈钢，孔径大小为0.3毫米。
优选地，所述的滤盒支撑柱共3根，直径为6mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过“颗粒活性炭-阳离子交换树脂-低压微滤膜”的耦合工艺，构建一种可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒；通过仅在淋浴花洒装置内部设置耦合工艺即可实现对余氯、硬度以及微生物三类污染物质的同步、高效去除，并且不会释放出存在安全隐患物质(Cu2+、Zn2+、SO42-及微生物等)，在保障水量的前提下，实现家庭用户的淋浴用水水质的改善，保障淋浴用水水质安全，具有重大的健康意义和经济价值。同时，本发明新型淋浴净水花洒还可根据水质情况和用水需求，调整颗粒活性炭和阳离子交换树脂的配比，灵活地对复合滤料Ⅰ、复合滤料Ⅱ和低压微滤膜进行组合使用。
附图说明
图1为可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒装置的正面示意图。
图2为可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒装置的俯视图。
图3为可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒装置的侧视图。
图4为可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒装置中滤料和I-I断面和II-II断面。
图5为可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒装置的可更换滤料盒。
图注：1-手柄部，2-复合滤料Ⅰ，3-复合滤料Ⅰ隔网，4-花洒头部，5-可更换滤料盒，6-滤料盒支撑柱，7-复合滤料Ⅱ，8-垫圈，9-低压微滤膜，10-花洒配水板，11-花洒头部螺纹固定圈，12-滤料盒配水孔，13-复合滤料Ⅱ隔网。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
如图1、2、3所示，一种可同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的新型淋浴净水花洒，包括手柄部(1)、复合滤料Ⅰ(2)、复合滤料Ⅰ隔网(3)、花洒头部(4)、可更换滤料盒(5)、滤料盒支撑柱(6)、复合滤料Ⅱ(7)、垫圈(8)、低压微滤膜(9)、花洒配水板(10)、花洒头部螺纹固定圈(11)、滤料盒配水孔(12)、复合滤料Ⅱ隔网(13)。所述花洒头部(4)和手柄部(1)之间螺纹连接，花洒头部(4)和手柄部(1)内部设有连通的通水腔；所述花洒头部包括花洒头主体和与之螺纹连接的喷水盖，喷水盖包括花洒配水板(10)和花洒头部螺纹固定圈(11)，花洒头部螺纹固定圈(11)将花洒配水板(10)固定在花洒头部上。所述花洒头部(4)主体设有头部过滤腔，过滤腔中设有可更换滤料盒(5)，滤料盒两侧设有滤料盒配水孔(12)，滤料盒中填装复合滤料Ⅱ(2)，可更换滤料盒配水孔两端设有复合滤料Ⅱ隔网(13)，将复合滤料Ⅱ(7)固定于可更换滤料盒(5)中，同时在可更换滤料盒(5)与花洒头部后盖之间设有滤料盒支撑柱(6)，为可更换滤料盒(5)装入花洒头部时能够预留一部分的空间，如此设置，一是可以稳定可更换滤料盒(5)，二是可以保证水流均匀的充满整个滤料盒配水孔以方便水流通过复合滤料Ⅱ(7)；所述的花洒头部(4)内可更换滤料盒(5)前端依次放置垫圈(8)、低压微滤膜(9)、花洒配水板(10)，垫圈(8)一侧将低压微滤膜压实并固定在花洒配水板上，另一侧将可更换滤料盒压实并固定在花洒头部(4)内部。所述手柄部(1)设有手柄过滤腔，手柄过滤腔填装复合滤料Ⅰ(2)，手柄部(1)两端设有复合滤料Ⅰ隔网(3)，复合滤料Ⅰ隔网(3)分别置于螺纹连接可更换手柄(1)两端，将复合滤料Ⅰ(2)固定在螺纹连接可更换手柄(1)中。所述复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ为质量比相同或不同的颗粒活性炭和阳离子交换树脂的混合物；可根据水质情况调整颗粒活性炭和阳离子交换树脂的配比。
在本实施例中，复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ中颗粒活性炭和阳离子交换树脂的质量比均为7：1。
在本实施例中，所述颗粒活性炭为煤质活性炭，所述低压微滤膜(9)为圆形平板膜，为0.45微米孔径的醋酸纤维膜。所述的滤料盒配水孔(12)为2.3×2.3mm的矩形配水孔(如图4)。所述的螺纹连接可更换手柄部(1)材质为内径为10mm的不锈钢或耐热塑料材质的圆管。所述复合滤料Ⅰ隔网(3)和复合滤料Ⅱ隔网(13)的孔径为60目，如此设置，能够防止复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ泄漏随水流跑出。所述的花洒头部(4)和花洒头部螺纹固定圈(11)材质为不锈钢或耐热塑料材质。所述的可更换滤料盒(5)和滤盒支撑柱(6)为耐热塑料制成。所述的垫圈(8)材质为耐热硅胶。所述的花洒配水板(10)材质为不锈钢，孔径大小为0.3毫米。所述的滤盒支撑柱(6)共3根，直径为6mm(如图4、5)。
所述新型淋浴净水花洒工作时，首先手柄部里面的复合滤料Ⅰ利用阳离子交换树脂可以有效的把水中钙镁离子硬度交换并吸附；而颗粒活性炭利用其吸附特性吸附水中有机污染物和重金属等大颗粒物质，利用其还原性去除水中余氯，并有效截留水中悬浮物质和微生物。然后，淋浴用水进一步经过复合滤料Ⅱ，对余氯、悬浮物、微生物以及钙镁硬度进行第二次高效地的去除，此时的水质已经有了很明显的改善。最后，在花洒喷水盖处的低压微滤膜可以把复合滤料Ⅰ和Ⅱ没能处理的水中一些微生物和大于0.45微米的杂质进行高效截留，从而实现同步去除水中硬度、余氯及致病微生物的目的。
实施例2
本实施例与实施1不同点是：所述的螺纹连接可更换的手柄部(1)有装填复合滤料Ⅰ(2)和花洒头部(4)装有低压微滤膜(9)，而可更换滤料盒(5)没有填有复合滤料Ⅱ(7)。其他设置与实施例1相同。本实施方式如此设置是用户淋浴的水质只需该方案时就能有效的控制水中杂质。
实施例3
本实施例与实施例1-2之一不同点是：所述的可更换滤料盒(5)有装填复合滤料Ⅱ(7)和花洒头部(4)装有低压微滤膜(9)，而螺纹连接可更换的手柄部(1)没有装填复合滤料Ⅰ(2)。其他设置与实施例1-2相同。
实施例4
本实施例与实施例1-3不同点是：所述的螺纹连接可更换手柄部(1)和可更换滤料盒(5)装有复合滤料Ⅰ(2)和复合滤料Ⅱ(7)，但花洒头部(4)没有装低压微滤膜(9)的情况。其他设置与实施例1-3相同。本实施方式如此设置是用户的水质指标已经达到了无需用低压微滤膜(9)处理的过程。
实施例5
本实施例与实施例1-4不同点是：所述的螺纹连接可更换手柄部(1)和可更换滤料盒(5)没有装复合滤料Ⅰ(2)和复合滤料Ⅱ(7)。只在花洒头部(4)装低压微滤膜(9)。其他设置与实施例1-4相同。
本实施方式如此设置是用户的水质指标只需用低压微滤膜(9)处理就能淋浴的情况。
实施例6
本实施例与实施例1-5不同点是：所述的螺纹连接可更换的手柄部(1)装有复合滤料Ⅰ(2)，可更换滤料盒(5)没有装复合滤料Ⅱ(7)和花洒头部(4)没装低压微滤膜(9)的情况。其他设置与实施例1-5相同。
本实施方式如此设置是用户可以根据水压和水质来决定淋浴时用水情况。
实施例7
本实施例与实施例1-6不同点是：所述的可更换滤料盒(5)有装复合滤料Ⅱ(7)，但螺纹连接可更换的手柄部(1)没装复合滤料Ⅰ(2)和洒头部(4)没装低压微滤膜(9)的情况。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
实施例8
本实施例与实施例1-7不同点是：所述的螺纹连接可更换的手柄部(1)和可更换滤料盒(5)的复合滤料Ⅰ(2)和复合滤料Ⅱ(7)不能很好处理用户的水质时或者是当地的水质不适用该原始7:1的比例时，可以按其它配比配制该复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ，例如8：1、6：2等比例。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：低压微滤膜(9)为0.22微米孔径微滤膜；所述颗粒活性炭为椰壳活性炭或竹炭。
性能测试
以实施例1所述新型净水花洒为例，所述新型净水花洒的复合滤料Ⅰ和复合滤料Ⅱ均是颗粒活性炭和阳离子交换树脂按质量比7：1混合而成。分别在常温自来水(23摄氏度)和温自来水(40摄氏度)两种条件下，考察了新型净水花洒对家庭淋浴用水(自来水)中细菌、余氯和硬度的去除效果，具体见表1和表2。
表1 新型净水花洒对常温自来水(23℃)中污染物的去除效果
表2 新型净水花洒对温自来水(40℃)中污染物的去除效果
上述结果显示，常温自来水(23℃)经过新型净水花洒中复合滤料Ⅰ和Ⅱ的过滤，可去除60％的细菌总数、62.5％的余氯以及43.5％总硬度，然后通过新型净水花洒中的微滤膜过滤之后，净水花洒对细菌总数、余氯和总硬度的去除率可分别达到100％、62.5％和43.5％。温自来水(40℃)经过新型净水花洒中复合滤料Ⅰ和Ⅱ的过滤，可去除33.3％的细菌总数、100％的余氯以及49.1％总硬度，然后通过新型净水花洒中的微滤膜过滤之后，净水花洒对细菌总数、余氯和总硬度的去除率可分别达到100％、100％和49.1％。表明本发明的新型淋浴花洒装置可实现对余氯、硬度以及致病微生物三类污染物质的同步、高效去除，具有较大的应用前景。
