[0001] 本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种组装式净水装置，尤其适应于不同种类污水的处理。

[0002] 在自来水中含有漂浮物、重金属、细菌、病毒、余氯、泥沙、铁锈、微生物等，其中在工业废水中污染更为明显，处理水资源与环境和人类生活息息相关。目前，我国主要的水处理方法都存在一定的问题和局限性，如：普通净水装置净水后，水量大量减少并成为废水排出、滤芯需定时更换耗资较大且难以降解等，易造成二次污染。

[0003] 污水分有生活污水和工业污水两大类，不同种类的污水中含有的污染物不相同，传统净水装置处理污水具有一定的局限性，容易造成浪费和环境污染，且其组装方式单一、灵活性差(如图1所示)，无法适应不同种类污水的处理。实用新型内容

[0004] 为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种组装式净水装置，多种吸附材料可根据需要适当组合，尤其适应于不同种类污水的处理。

[0005] 具体地，本实用新型采用以下技术方案：

[0006] 一种组装式净水装置，包括外壳和多个滤芯单元，所述滤芯单元能够组装在所述外壳内并且分别包含不同的吸附材料，每个滤芯单元具有密闭的腔体，所述腔体中容纳所述吸附材料且包括进水口和出水口，每个滤芯单元的进水口能够与另一个滤芯单元的出水口连接。

[0007] 在一些实施例中，所述进水口和出水口通过卡槽或螺纹连接。

[0008] 一种组装式净水装置，包括外壳和多个滤芯单元，所述滤芯单元能够组装在所述外壳内并且分别包含不同的吸附材料，每个滤芯单元具有容纳所述吸附材料的腔体，所述腔体的外壁由透水材料制成，所述腔体的上端具有法兰，所述法兰固定在所述外壳内，用于将所述外壳的内部分割为多个独立的空间。

[0009] 一种组装式净水装置，包括外壳、第一滤芯单元和第二滤芯单元，所述第一滤芯单元和第二滤芯单元能够组装在所述外壳内并且分别包含不同的吸附材料，

[0010] 其中，第一滤芯单元具有密闭的腔体，所述腔体中容纳所述吸附材料且包括进水口和出水口，第一滤芯单元的进水口能够与另一个第一滤芯单元的出水口连接，所述腔体的上端具有法兰，所述法兰固定在所述外壳内，用于将所述外壳的内部分割为多个独立的空间；

[0011] 第二滤芯单元具有容纳所述吸附材料的腔体，所述腔体的上端具有法兰，用于将所述外壳的内部分割为多个独立的空间，所述腔体的外壁由透水材料制成。

[0012] 在一些实施例中，所述进水口和出水口通过卡槽或螺纹连接。

[0013] 在一些实施例中，所述透水材料为滤网或者透水膜。

[0014] 在一些实施例中，所述吸附材料选自甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖和活性炭。

[0015] 在一些实施例中，所述外壳由两段以上组成，并根据滤芯单元的数量能够选择适当的长度。

[0016] 在一些实施例中，每段外壳的长度与滤芯单元的长度相同，且内侧均设置有凸缘，用于固定所述滤芯单元。

[0017] 在一些实施例中，包含不同吸附材料的滤芯单元的外表面以不同颜色、不同符号或不同文字进行标记。

[0018] 与现有技术中的净水装置相比，本实用新型的组装式净水装置具有以下有益的技术效果：

[0019] 各个滤芯单元分别包含甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖和活性炭等吸附填料，且各个滤芯单元可自由组合，与传统滤芯结构相比可以在净化不同污水时选择利用不同的填料进行装填，此净水装置易于更换吸附后的滤芯，净水效果也更加优良。

[0020] 在吸附材料上，滤芯是利用黄粉虫中提取获得的甲壳素/壳聚糖，并依据甲壳素、壳聚糖的理化性质对其进行靶向设计和修饰，提高其吸附性能。利用甲壳素、壳聚糖制作成的生物基滤芯相对来说更易降解，对于环境无负担，且其对水体污染物的吸附能力较强。

[0031] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

[0032] 在本实用新型的说明书中，提及“一个实施例”时均意指在该实施例中描述的具体特征或者结构等至少包含在根据本实用新型的一个实施例中。因而，在本实用新型的说明书中，若采用了诸如“根据本实用新型的一个实施例”、“在一个实施例中”等用语并不用于特指在同一个实施例中，若采用了诸如“在另外的实施例中”、“根据本实用新型的不同实施例”、“根据本实用新型另外的实施例”等用语，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的实施例中。本领域的技术人员应该理解，在本实用新型说明书的一个或者多个实施例中公开的各具体特征或者结构等可以以任何合适的方式组合。

[0033] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0034] 图2为本实用新型实施例中的滤芯单元1，各个滤芯单元1具有密闭(即不透水)的腔体，腔体中容纳吸附材料且包括进水口2和出水口3，每个滤芯单元1分别包含不同的吸附材料，其进水口2能够与另一个滤芯单元的出水口3连接。进水口2和出水口3可以与腔体一体成型，也可以通过卡槽或者螺纹等可拆卸地连接到腔体上。

[0035] 如图3所示，多个滤芯单元1的进水口和出水口可以通过卡槽或螺纹连接，并组装于外壳4内，以形成本实用新型的组装式净水装置(如图4所示)。

[0036] 如图5所示，在本实用新型的另一个实施例中，滤芯单元1中腔体的外壁由透水材料制成，透水材料可以为滤网或者透水膜等。腔体的上端具有法兰5，法兰5固定在外壳4内，用于将外壳4的内部分割为多个独立的空间。在该实施例中，污水进入净水装置后，经位于上游的滤芯单元1中的吸附材料吸附后，从其外壁流出并进入下游的滤芯单元1中。

[0037] 如图6所示，在本实用新型的另一个实施例中，组装式净水装置两种类型的滤芯单元，其中一种滤芯单元具有密闭(即不透水)的腔体，另一种滤芯单元中腔体的外壁由透水材料制成，两种滤芯单元均通过法兰固定在外壳内。

[0038] 在本实用新型的实施例中，滤芯单元的数量和类型可以根据实际需要适当调整，相应地，其外壳可由两段或更多段组成，并能够根据滤芯单元的数量选择适当的长度。例如，在一个实施例中，每段外壳的长度与滤芯单元的长度相同，各段外壳之间可以通过卡槽或者螺纹连接，并且在其内侧均设置有凸缘，用于固定滤芯单元。这样，确定滤芯单元的数量后，选择相同数量的外壳即可进行组装。

[0039] 本实用新型中，包含不同吸附材料的滤芯单元的外表面可以用不同颜色、不同符号或不同文字进行标记。由于基于生物基制作的滤芯对于环境无二次污染且易于降解，制作成本低廉，对环境的压力远小于普通材料制作的滤芯，对环境非常友好，因此，在本实用新型的实施例中，采用从新鲜黄粉虫中提取获得的甲壳素、壳聚糖和改性壳聚糖等作为滤芯的吸附材料。需要强调的是，本实用新型中的吸附材料并不仅限于实施例中的甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖和活性炭等材料，具有净水效果的其它吸附材料均可用于本实用新型的净水装置中。

[0040] 壳聚糖是一种高效的阳离子型絮凝剂，能有效地沉淀溶液中的有机物，并能抑制细菌生长发育，其净水效果优于活性炭。

[0041] 壳聚糖大分子链上分布着很多羟基、氨基，使壳聚糖可借氢键或盐键形成具有类似网状结构的笼形分子，从而对重金属离子有着稳定的吸附作用。在壳聚糖分子结构中存在大量游离氨基，是天然多糖中少见的带正电荷的高分子化合物。依据甲壳素、壳聚糖的理化特点对天然的甲壳素、壳聚糖进行靶向设计、修饰，从而增强吸附效果，在保证吸附率的同时确保装置不会堵塞。生物基净水装置相较传统净水方法对环境污染更小，使用后的滤芯可以作为植物生长的基质，且浪费水资源更少。

[0042] 实施例1.甲壳素的制备及鉴定

[0043] ①新鲜黄粉虫处死后，放入60℃烘箱中烘干24h。

[0044] ②用打碎机将黄粉虫打成粉末，得到黄粉虫粉末。将10％NaOH溶液倒入粉末中，100℃磁力搅拌3h。

[0045] ③将处理好的黄粉虫溶液倒入离心管中，趁热3500r/min离心15min，弃去上清保留沉淀，用预热好的蒸馏水反复洗涤沉淀至中性。

[0046] ④将洗涤好的沉淀加入10％柠檬酸中搅拌，浸泡13h。

[0047] ⑤将溶液倒入离心管，于3500r/min离心15min，收集沉淀水洗至中性，加入10％H2O2 80℃磁力搅拌2h。

[0048] ⑥离心分离出沉淀，于60℃烘箱中烘干，即甲壳素样品。

[0049] 如图7所示，制备出的甲壳素红外光谱与甲壳素标准品的红外光谱一致，说明转化获得了甲壳素。

[0050] 实施例2.壳聚糖、改性壳聚糖的制备及分析

[0051] ①称适量甲壳素置于40％NaOH溶液中，90℃磁力搅拌4h。

[0052] ②3500r/min离心15分钟。

[0053] ③将沉淀水洗至中性。

[0054] ④使用烘箱60℃烘干，得到壳聚糖样品粉末。

[0055] ⑤称取适量壳聚糖，加入5％戊二醛没过壳聚糖，常温震荡过夜进行修饰。

[0056] 如图8所示，制备出的壳聚糖外光谱与壳聚糖标准品红外光谱一致，且改性后的壳聚糖上的氨基与戊二醛发生了反应。

[0057] 实施例3.滤芯吸附性能测试

[0058] 该实施例中利用活性炭、甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖作为吸附材料，填充于各个滤芯单元中，然后分别进行对于蛋白、糖色、离子、乙酸的吸附和净水程度实验。

[0059] 1.滤芯吸附蛋白实验

[0060] N含量过多易使水体富营养化，导致水生态系统物种分布失衡，藻类及其他浮游生物疯长，溶解氧量下降，水质恶化。为了研究生物基净水装置对水体中N的净化效果，以蛋白质为样品进行蛋白质的吸附实验。

[0061] 称取0.1g牛血清蛋白加入100ml水混匀，配置为1mg/ml牛血清蛋白溶液，置于4℃冰箱保存，用于蛋白吸附的定量实验。

[0062] 分别称取100mg活性炭、甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖依次加入5ml离心管中，分别量取1mg/mL小牛血清蛋白溶液3ml加入离心管中，常温震荡吸附4h，利用考马斯亮蓝G‑250法测定蛋白含量。考马斯亮蓝G‑250法作标准曲线。

[0063] 表1填料吸附蛋白指标测定

[0064]

[0065] 结果表明，甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖对蛋白质具有吸附效果，对蛋白质吸附效果为壳聚糖＞甲壳素＞改性壳聚糖。

[0066] 2.滤芯吸附糖色实验

[0067] 大部分污水中含有色素，为了研究生物基净水装置对污水中色素的净化效果，以糖色作为实验材料进行吸附实验观察结果。配置2％的糖色溶液，在460nm下测OD值制得标准曲线，以100mg甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖吸附后再测OD值。

[0068] 表2填料吸附糖色指标测定

[0069]

[0070] 结果表明，甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖对糖色具有吸附效果，对糖色吸附效果为壳聚糖＞甲壳素＞改性壳聚糖。

[0071] 3.滤芯吸附乙酸实验：

[0072] 工业生产中会排出酸碱废水，酸碱废水具有较强的腐蚀性，会对环境造成污染和破坏。为了研究生物基净水装置对酸性废水的净化效果，以乙酸溶液测PH值，100mg甲壳素、壳聚糖、活性炭、改性壳聚糖吸附后，测吸附后乙酸溶液pH值。

[0073] 表3填料吸附乙酸指标测定

[0074]

[0075] 结果表明，甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖对乙酸具有吸附效果，对乙酸吸附效果为壳聚糖＞改性壳聚糖＞甲壳素。

[0076] 4.电导度实验

[0077] 水的电导率反映了其中电解质的含量，水中的电导高表明其含盐量、含离子程度较高。越纯净的水，电导度越低。为了研究生物基净水装置对污水中电导度的净化能力，以微生物培养后经纳滤处理的污水为样本，用甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖处理吸附，测量其电导度的变化情况。

[0078] 表4填料净化电导度指标测定

[0079]

[0080] 结果表明，甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖对离子具有吸附效果，对离子吸附效果为甲壳素＞改性壳聚糖＞壳聚糖。

[0081] 5.菌体吸附实验

[0082] 污水中含有大量微生物、细菌等污染物，为了研究生物基净水装置对污水中菌体的净化效果，以大肠杆菌菌液为样本，用100mg甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖处理3mL菌液，测定其对菌体的抑制效果。

[0083] 表5填料净化菌体指标测定

[0084]

[0085] 结果表明，甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖对菌体具有吸附效果，对菌体吸附效果为改性壳聚糖＝壳聚糖＞甲壳素。

[0086] 6.苯酚吸附实验

[0087] 苯酚是一种有毒物质，工业生产中会排出含有苯酚的污水，为了研究生物基净水装置对污水中苯酚的净化效果，用甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖、活性炭处理苯酚溶液，测定其对苯酚的吸附效果。苯酚检测条件：液相色谱系统分离柱为Agilent SB‑C18 4.6×150mm，5μm，色谱检测为PDA检测器，检测波长270nm，色谱柱温度30℃，流动相流速0.8mL·‑1
min ，分析注入样品体积10μL。流动相采用水(A相)和乙腈(B相)，按照乙腈∶水＝3∶7进行洗脱，洗脱时间为10min。图9为不同浓度苯酚液相色谱保留时间，苯酚出峰保留时间为
5.02min。

[0088] 表6填料净化苯酚指标测定

[0089]

[0090] 结果表明，甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖对苯酚具有吸附效果，对苯酚吸附效果为改性壳聚糖＞壳聚糖＞甲壳素。

[0091] 结论与分析

[0092] 滤芯吸附性能测试以活性炭作为阳性对照，设置甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖、空白对照五个样本进行实验，如图10所示，甲壳素、壳聚糖、改性壳聚糖对不同指标吸附效果不尽相同，因此本实用新型设计了可拆卸拼装的滤芯，针对不同污水可以使用不同的滤芯拼装，从而达到高效净水的目的。

[0093] 本实用新型的净水装置相较传统净水装置而言对环境的负担较小，可进行降解，不会造成环境的二次污染；甲壳素与壳聚糖制作成本较低廉，且自身对环境与生物也没有影响。此装置原理简单，在工业中易于大规模生产。在对水质要求较高的家庭中可选择使用小型的生物基净水装置，而在各类工厂中可选择地安装大型生物基净水装置，对于污水的净化提供一种新型解决方法。

[0094] 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。