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无电无泵零废水反渗透净水器实现

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无电无泵零废水反渗透净水器实现

以下所有的反渗透进水口,都假设经过了以下三级过滤,分别是

  • PP PP棉,主要过滤泥沙、铁锈、虫卵等较大颗粒物
  • UDF 椰壳活性炭,算是吸附孔径较大的活性炭
  • CTO 复合活性炭,算是吸附孔径较小的活性炭

这三级过滤能够去掉水源中的颗粒物、有机物、余氯等物质,特别是城市自来水中的余氯,能显著降低反渗透膜寿命,无论当地水质如何,请保证在反渗透膜前至少串接一个活性炭

          +----+     +-----+     +-----+
INPUT --> | PP | --> | UDF | --> | CTO | --> OUTPUT
          +----+     +-----+     +-----+

如果当地水质很好(参考标准是 TDS 值在 50 以下),比如两广地区、长江中下游地区,大部分家庭厨房用水只要经过这三级过滤即可,无需反渗透膜已经足够过滤得到很好的水质,但是要注意尽量使用至少 4 分接口的滤瓶,单纯厨房用水建议使用 10 寸 4 分滤瓶,搭配 10 寸通用滤芯,整套 DIY 花费在 100 元左右,滤芯每个季度换一遍花费 30 元左右,费用很低,且省事省心

想要实现无泵反渗透净水,需要保证反渗透膜前具备一定压力,理论上最好有 0.4Mbar 左右的压力较好。收集网络上网友的评论,有尝试 0.2MBar 仍然能使用的,但是 RO 膜的出水会极其缓慢

使用四面阀控制(可选带压力桶)

使用四面阀控制净水器的启停,根据四面阀的安装位置,有以下几种方案

四面阀接反渗透膜出水口+废水口实现控制(可选带压力桶)

如下图所示,四面阀接反渗透膜出水口+废水口实现控制,当净水出水关闭或者压力桶满(带压力桶情况下)的时候,会自动闭合四面阀,同时关闭废水出口

                                                                        (Optional)   +---------------+     +---------------+
                                             +-------------+           /-----------> | One-way Valve | --> | Pressure Tank |
          +-------------+                    |             |           |             +---------------+     +---------------+
INPUT --> | RO Membrane | --> Pure Water --> |             | --> (Pure Water OUTPUT/Swith)
          +-------------+                    | 4-Way Valve |
                |                            |             |     +--------------------------+
                \----------> Waste Water --> |             | --> | Waste Valve/Flow Control | --> Waste Water OUTPUT
                                             +-------------+     +--------------------------+

优点:

  • 这种方案结构简单
  • 设备很少,只要一个四面阀就能控制整套系统

缺点:

  • 四面阀控制废水出口导致陈水停留太久,纯水出口的陈水较多,尤其是早上第一杯水,四舍五入等于完全就是全部陈水
  • 如果带压力桶,需要接受陈水停留太久入桶,被桶内纯水稀释的问题
  • 反渗透膜没有冲洗机会,影响使用寿命

四面阀接反渗透膜进水口+出水口实现控制(可选带压力桶)

如下图所示,四面阀接反渗透膜进水口+出水口实现控制,当压力桶满(可选带压力桶)的时,会自动闭合四面阀,同时关闭进水口

                                                                   +--------------------------+
                                    /------------> Waste Water --> | Waste Valve/Flow Control | --> Waste Water OUTPUT
          +-------------+           |                              +--------------------------+
          |             |     +-------------+
INPUT --> |             | --> | RO Membrane |
          | 4-Way Valve |     +-------------+                       (Optional) 
          |             |        |                                 +---------------+
    /---- |             | <------/          /-----> Pure Water --> | Pressure Tank |
   |      +-------------+                   |                      +---------------+
    \---------------------------------------+
                                            |
                                            \-----> (Pure Water OUTPUT/Swith)

优点:

  • 架构较为简单
  • 四面阀直接控制反渗透膜进水端,陈水的量得到有效的控制

缺点:

  • 尽管结构简单,但要注意四面阀 IN/OUT 不要接错,特别是控制端 IN/OUT
  • 如果带压力桶,则尽量选择 50G/75G 的反渗透膜,降低长时间不用纯水带来的陈水入桶的问题
  • 反渗透膜没有冲洗机会,影响使用寿命

关于无电无泵净水器的一些思考

为什么要使用四面阀?

使用四面阀控制净水器的启停,本质上是因为净水器通常放置在台下或者橱柜内部,使用时候只能通过台面水龙头控制净水器的启停

由于只能是无电无泵实现,只能使用四面阀进行根据出水水龙头的开或者关 智能同步 反渗透膜的开或者关

理论上,如果你不是通过台面水龙头控制反渗透膜启停,你大可直接在反渗透膜进水口装个开关,直接控制整个膜开或者关,更简单也更省事

为什么可选压力桶

压力桶本身不是整套系统的必备组件,它存在的意义是为了改善整套系统的使用体验,因为反渗透膜的通量太小,每分钟制水可能不到 1L 因此可选压力桶来缓存已经制好的纯水

但是选择压力桶又可能带来压力桶污染、陈水入桶的问题,这是个两难的选择

为什么需要排废水

这是反渗透膜的工作原理决定的,在高压下,把水分子强行“压”过半透膜,而盐分、重金属、细菌等杂质被膜拦截下来,这些被拦截的杂质会在膜的进水侧不断浓缩,形成浓缩水(废水)

如果一直不排放废水(需要强调这个一直不排放废水),则盐分会原来越高导致渗透压急剧上升,膜表面结垢堵塞,通量下降,寿命缩短

反渗透膜的废水必须要排,但是不用一直都在排废水,又或者说,一段时间不排废水仍然可以正常制水

思考总结

从上述两中带四面阀的方案优缺点可以看到,反渗透膜都没有冲洗机会,如果带压力桶的话,又需要考虑长时间不用纯水带来的陈水入桶的问题

事实上,从系统简单可用的角度,我既不希望使用四面阀,也不愿意使用压力桶

并且仔细观察上述管路,你可以看到,净水器的纯水出口和废水出口,你可以发现以下事实

  • 反渗透膜的进水,已经经过 PP+CTO+UDF 三级过滤
  • 反渗透膜的废水,只是比纯水浓度稍高的废水,理论上与进水水质相同/近似

所以,不如找个方法将反渗透膜处理出来的废水用起来,直接按生活用水使用即可

无电无泵零废水反渗透净水器

再三对比过系列实现方案,得到以下精简实现:

                /---> Pure Water -----------------------------------------------------------------> (Pure Water OUTPUT/Switch)  
                |                                                                    
          +-------------+                                            /----------------------------> (Waste Water Direct OUTPUT/Switch)
INPUT --> | RO Membrane |                                            |
  |       +-------------+                                            |
  |             |                     +--------------------------+   |    +---------------+
  |             \---> Waste Water --> | Waste Valve/Flow Control | --+--> | One-way Valve |---\
  |                                   +--------------------------+        +---------------+   |
  |                                                                                           + --> (Regular Water OUTPUT/Switch)
  |                                   +-------------------------+                             |
  \---------------------------------- | Pressure Reducing Valve | ----------------------------/
                                      +-------------------------+

这种方案下,反渗透膜出来的废水经过 流量阀和单向阀(止回阀),直出生活水龙头即可,而三级 PP+CTO+UDF 出来水源经过 减压阀 也是直通生活水龙头,稍微牺牲少少生活水龙头的水压,换来的是整套系统零废水运行

我自己的方案是为了避免引入四面阀和压力桶,一来降低系统搭建的复杂度保证系统工作稳定,二来直接节省成本,直接在纯水出口加了个带有浮球阀的纯净水桶(或者系列相关的产品,比如蓄水宝、聪明壶、自由壶等能通过浮球阀自动断开水源的产品),工作过程如下:

  • 当生活用水打开时
    • 浮球阀没有水满时,反渗透膜会自动制水
    • 浮球阀已经水满时,反渗透膜停止制水,生活用水相当于一直在冲洗反渗透膜
  • 当生活用水关闭时
    • 浮球阀没有水满时,反渗透膜会自动制水
      • 没有废水排出反渗透膜也能制水,此时比较费膜
      • 日常使用生活用水相当于间接清洗反渗透膜
    • 浮球阀已经水满时,反渗透膜停止制水

此种方案同样无法避免水桶被陈水污染,但是水桶可以随时清洗,或者可以选择每天早上第一桶直接倒掉,这是压力桶不具备的(尽管压力桶的密闭也避免了空气中的细菌污染)

为了降低陈水污染的影响,建议选择 50G/75G 的反渗透膜,小流量的膜理论上在陈水污染上会小很多,如果整套系统每天都能使用的话,理论上陈水污染极小,只有长时间不用(比如出差一个星期回来)需要重新清洗水桶并且将第一桶水倒掉

另外,改动一下这个方案,可选的四面阀以方便生活水龙头关闭的时,反渗透膜可以通过四面阀开启废水排出

四面阀的位置可以安装在反渗透膜净水出口+废水出口处

                                                                            (Optional)
                                                                           +-------------+
                /---> Pure Water ----------------------------------------> |             | --> (Pure Water OUTPUT/Switch)  
                |                                                          | 4-Way Valve |     
          +-------------+                                            /---> |             | --> Waste Water Direct OUTPUT           
INPUT --> | RO Membrane |                                            |     +-------------+
  |       +-------------+                                            |
  |             |                     +--------------------------+   |    +---------------+
  |             \---> Waste Water --> | Waste Valve/Flow Control | --+--> | One-way Valve |---\
  |                                   +--------------------------+        +---------------+   |
  |                                                                                           + --> (Regular Water OUTPUT/Switch)
  |                           +-------------------------+                                     |
  \-------------------------- | Pressure Reducing Valve | ------------------------------------/
                              +-------------------------+

另外,四面阀也可以挪到反渗透膜进水口+净水出口处实现,此处就不再一一画示意图了,整套系统也能加上压力桶实现,可以自由裁剪实现,我喜欢精简,暂时就是这样了

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