无电无泵零废水反渗透净水器实现
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
PPPP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
- 浮球阀没有水满时，反渗透膜会自动制水
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