[發明專利]一種天然過濾裝置及其制作方法

有效

• 申請號: 201410167357.9
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103922480A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 陳教料;胥芳;張立彬;艾青林;譚大鵬
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

技術領域

????本發明涉及一種天然過濾裝置及其制作方法，屬于環境保護處理與人類健康飲用水處理技術領域。

背景技術

水是人類賴以生存的重要條件之一，我國由于受到水質環境污染等問題，飲用水安全問題非常嚴峻。由致病性細菌、病毒、原蟲或寄生蟲引起的傳染性疾病都與飲用水相關的最常見、最普遍的健康風險。水消毒處理的常見技術包括氯化、?過濾、紫外線消毒、巴氏消毒或煮沸和臭氧處理。氯化處理是有效的大規模水處理，但對于小城鎮和村莊規模就變得非常昂貴。終端用戶水質量控制往往是更有效的因為問題的微生物再生，副產品的消毒劑，管道腐蝕和污染分布系統中。煮沸是一種水消毒的有效方法，但是煮沸消毒水需要消耗能源。紫外線消毒是終端用戶最有前途的可用技術，但需要電力和維護的UV?燈或足夠陽光。砂過濾方法可以去除病原體，但需要較大面積和專業的維護知識。同時消除病原生物膜過濾器成本高，導致其難以大面積推廣應用。

目前沒有一種理想的技術，采用小和低廉過濾方法及裝置解決使用終端用戶的水過濾方法。本發明采用價格便宜、容易獲得、一次性的和有效地去除病原體效果的膜材料，提出一種新的膜材料過濾制作方法。

發明內容

為了克服現有的過濾方法及裝置價格昂貴且耗能，本發明提供一種天然過濾裝置及其制作方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種天然過濾裝置的制作方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）截取一段裸子植物的木質部作為過濾材料，并制為圓臺狀；

2）采用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡獲取植物結構特征，采用光學圖像計算方法獲取植物管胞與紋孔的幾何結構數據；并結合蒙特卡羅數理概率統計方法，得到該段材料的平均管胞、紋孔分布數據；

3）根據步驟1）、2）中取得的數據，用式I、II、III計算該段過濾材料的壓力：

?????????（I）

???（II）?

????????????????（III）

式中，為紋孔膜兩邊壓力差，y為引起的位置偏移量，為紋孔膜中徑向微纖維開口數；為微纖維開口的彈性模量；為偏移的應力數；為微纖維開口的橫截面積；是紋孔膜偏離后產生的半徑；為紋孔膜的直徑；為紋孔塞直徑；?為圓臺狀過濾材料的高，?為單位長度（1mm）條件下水過濾經過紋孔數，為安全系數，根據設計要求確定，π為圓周率；

4）根據使用環境的壓力要求，選取多段圓臺狀過濾材料，令所選取的過濾材料壓力之和大于使用環境的壓力要求；將多段過濾材料串聯使用。

一種上述制作方法所制作的天然過濾裝置，以裸子植物的木質部作為過濾材料，其特征在于：按上述的方法將多段過濾材料串聯使用。

本發明采用裸子植物木質部作為去除病原體等過濾膜材料，根據膜材料幾何結構特點，對飲用水進行過濾。裸子植物是原始的種子植物，其發生發展歷史悠久。裸子植物多數種類為常綠喬木，除買麻藤綱植物以外。裸子植物很多為重要林木，尤其在北半球，大的森林80%以上是裸子植物。木質部是裸子植物的運輸組織，負責將根吸收的水分及溶解于水里面的離子往上運輸，以供其他器官組織使用，另外它還具有支持植物體的作用。

裸子植物木質部中只有管胞而無導管和纖維，管胞徑向壁上具裸子植物特有的具緣紋孔。木質部管胞間通過這些紋孔相連通，紋孔中有一層較薄的且有孔隙的紋孔膜，膜的兩邊是紋孔腔。管胞的紋孔膜是具高度透性的，水分和溶解在水中的無機鹽可通過紋孔膜。紋孔膜中心圓凸為紋孔塞，其細胞壁結構保持較完好。而它周圍的壁結構大多消失，剩下網狀的纖維束，稱之為紋孔緣。紋孔緣為納米級微孔（最大孔為幾十納米）纖維束構成的多孔介質材料，可滲透水分子團。由于管胞上排布著大量的紋孔，可有效放大過濾膜的面積，因而提高了過濾水的流量。

本發明的優越性主要表現在：

1、本發明的過濾裝置價格低廉、取材方便；采用裸子植物木質部作為去除病原體等過濾膜材料，根據膜材料幾何結構特點，對飲用水進行過濾；

2、本發明的過濾方法具有天然、無毒害的特點；可有效去除泥沙、鐵銹、細菌、病毒、大分子有機物等有害物質，保留水中的礦物質和微量元素；

3、本發明的過濾方法及裝置無須電力供應；可應用在城鎮家庭等飲用水終端，以及無安全飲用水的野外和偏遠鄉村地區使用等。

?附圖說明

以下結合附圖和本發明的實施方式來做進一步詳細的說明。

圖1為本發明的制作方法流程圖。

圖2為本發明的紋孔顯微結構圖。