本發(fā)明屬于海水淡化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種小型反滲透海水淡化裝置。

背景技術(shù)：

反滲透海水淡化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海島、船舶和海上作業(yè)平臺(tái)中。反滲透海水淡化過程可概括為海水由高壓泵加壓至大于膜的滲透壓時(shí)，海水透過反滲透膜形成淡水，鹽被阻隔在濃水側(cè)隨濃水排出，從而使海水得到脫鹽淡化。反滲透海水淡化系統(tǒng)的操作壓力一般在5.0Mpa～6.0Mpa，從膜組件中排放的濃海水壓力仍高達(dá)4.8Mpa～5.8Mpa，如果按照通常40%的水回收率計(jì)算，濃海水中還有60%的進(jìn)料壓力能量，具有巨大的回收價(jià)值和意義。反滲透海水淡化裝置的能量回收設(shè)備分為水力透平式和功交換式兩種。水力透平式效率較低，低流量時(shí)效率更低，不適合用于中小型的海水淡化設(shè)備中。

反滲透海水淡化裝置分為不帶能量回收的反滲透海水淡化和帶能量回收的反滲透海水淡化兩種，傳統(tǒng)的小型裝置無能量回收裝置，反滲透高壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)配置功率大，能耗普遍過高?，F(xiàn)有的小型無能量回收反滲透海水淡化裝置，高壓海水透過反滲透膜組件至膜的低壓側(cè)形成淡水，相當(dāng)一部分高壓濃水通過調(diào)壓閥進(jìn)行泄壓排放。高壓濃水具有的余壓能量沒有被有效的利用，造成電機(jī)輸出的功率很大，并且回收率不固定?，F(xiàn)有的大型的帶能量回收的反滲透海水淡化裝置，回收率不固定，并配有供料泵、增壓泵、高壓泵以及各種精密閥門儀表，體積過于龐大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，自動(dòng)化程度低，可操作性差，適用于大型或中型的陸用海水淡化工廠使用，不適合船用、島用以及遠(yuǎn)洋航行使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種小型反滲透海水淡化裝置，充分回收反滲透海水淡化過程中濃水的壓力能，降低海水淡化過程的能耗，適應(yīng)中小型海水淡化的設(shè)備使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：小型反滲透海水淡化裝置，包括供料泵、過濾器、反滲透膜組件和淡水儲(chǔ)箱，反滲透膜組件設(shè)有濃水口和淡水口，供料泵連接到過濾器。裝置設(shè)有活塞泵、電磁三通閥和微處理控制器，電磁三通閥與微處理控制器通信連接。過濾器通過活塞泵連接到反滲透膜組件，反滲透膜組件的淡水口通過電磁三通閥連接到淡水儲(chǔ)箱，電磁三通閥的另一出口連接到排放口。反滲透膜組件的濃水口通過活塞泵連接到排放口。

活塞泵包括缸體、曲軸和電機(jī)，電機(jī)與微處理控制器通信連接。缸體設(shè)有上低壓入口、上高壓出口、下高壓入口和下低壓出口，上低壓入口、上高壓出口、下高壓入口和下低壓出口分別設(shè)有單向閥，缸體內(nèi)設(shè)有活塞。電機(jī)通過傳動(dòng)皮帶與曲軸連接，曲軸通過柱塞桿與活塞連接。過濾器通過上低壓入口和上高壓出口連接到反滲透膜組件，反滲透膜組件的濃水口通過下高壓入口和下低壓出口連接到排放口。裝置設(shè)有變頻器，變頻器與電機(jī)電氣連接。

裝置設(shè)有反沖洗泵，反沖洗泵與微處理控制器通信連接，淡水儲(chǔ)箱通過反沖洗泵連接到活塞泵的上低壓入口。裝置設(shè)有低壓壓力傳感器和高壓壓力傳感器，低壓壓力傳感器和高壓壓力傳感器與微處理控制器通信連接。低壓壓力傳感器位于活塞泵的入口，高壓壓力傳感器位于活塞泵的出口。過濾器包括10μ精密過濾器和5μ精密過濾器，10μ精密過濾器和5μ精密過濾器串聯(lián)設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)有電導(dǎo)率傳感器，電導(dǎo)率傳感器安裝在反滲透膜組件的淡水口。微處理控制器為PLC或單片機(jī)控制器。

本發(fā)明小型反滲透海水淡化裝置采用活塞泵作為系統(tǒng)的增壓設(shè)備，活塞泵集高壓泵、壓力交換器和增壓泵三種功能于一體。活塞泵有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力，一個(gè)來自電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)來自反滲透膜的高壓濃水直接推動(dòng)活塞做功產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，回收濃水的壓力能能量。回收率由活塞泵的面積比確定，不需要調(diào)整，反滲透膜的膜濃水/膜淡水比例恒定，反滲透膜的產(chǎn)水率是固定的。系統(tǒng)配備多個(gè)單向閥和反沖洗泵，自動(dòng)保持膜內(nèi)充滿淡水，保護(hù)反滲透膜以及系統(tǒng)元件。系統(tǒng)配備了壓力傳感器分別監(jiān)控過濾器進(jìn)入活塞泵的海水壓力，避免泵抽空，監(jiān)控反滲透膜內(nèi)的壓力不高于系統(tǒng)的最高壓力，從而保護(hù)反滲透膜和系統(tǒng)安全。電磁三通閥和電導(dǎo)率傳感器控制產(chǎn)水的質(zhì)量。電機(jī)配備有變頻器，根據(jù)過濾器和膜的滲透壓等自動(dòng)調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整產(chǎn)水量。配備電控儀表可通過PLC或單片機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。本發(fā)明適用于中小型反滲透脫鹽裝置。

反沖洗泵和單向閥的配合使用，保證系統(tǒng)在定時(shí)沖洗和閑置不使用時(shí)內(nèi)部充滿淡水，保護(hù)反滲透膜與系統(tǒng)元件運(yùn)行安全。低壓壓力傳感器用于監(jiān)控過濾器和來水的壓力不低于0.1MPa，避免活塞泵抽空，保護(hù)活塞泵運(yùn)行安全。高壓壓力傳感器用于監(jiān)控反滲透膜組件膜的壓力不高于8MPa，保護(hù)膜以及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。電磁三通閥和電導(dǎo)率傳感器用于控制海水淡化的質(zhì)量，當(dāng)反滲透膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率高于生活飲用水的電導(dǎo)率時(shí)，電磁三通閥不通電，不合格產(chǎn)水經(jīng)電磁三通閥到排放口排放。當(dāng)反滲透膜的產(chǎn)水電導(dǎo)率低于生活飲用水的電導(dǎo)率時(shí)，電磁三通閥通電，產(chǎn)水經(jīng)電磁三通閥進(jìn)入淡水儲(chǔ)箱。變頻器根據(jù)過濾器和反滲透膜的滲透壓等工況運(yùn)行，自動(dòng)調(diào)整帶能量回收的活塞泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整產(chǎn)水量。

本發(fā)明小型反滲透海水淡化裝置通過在反滲透海水淡化的流程中加設(shè)活塞泵，利用海水經(jīng)反滲透膜組件反滲透淡化過程分出濃水的壓力能與電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)活塞泵為海水增壓，回收反滲透海水淡化過程的能量，有利于降低海水淡化過程的能耗，最高可節(jié)電70%。本發(fā)明流程簡(jiǎn)單，設(shè)備制作成本低，適用于船舶、海島等場(chǎng)合的反滲透海水淡化。

附圖說明

圖1 為小型反滲透海水淡化裝置的流程示意圖；

圖2 為反滲透海水淡化反沖洗過程的流程示意圖；

圖3為能量回收活塞泵的原理示意圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)不帶能量回收小型反滲透海水淡化裝置的流程圖；

圖5為現(xiàn)有技術(shù)大型帶能量回收的反滲透海水淡化裝置的流程示意圖。

其中：1—供料泵、2—過濾器、3—高壓泵、4—反滲透膜組件、5—調(diào)壓閥、6—壓力交換式能量回收設(shè)備、7—增壓泵、8—單向閥、9—10μ精密過濾器、10—5μ精密過濾器、11—取樣閥、12—曲軸_、13—低壓壓力傳感器、14—活塞泵、15—高壓壓力傳感器、16—電導(dǎo)率傳感器、17—柱塞桿、18—排放口、19—電磁三通閥、20—流量傳感器、21—淡水儲(chǔ)箱、22—缸體、23—閥門、24—三通閥、25—微處理控制器、26—反沖洗泵、27—下低壓出口、28—上低壓入口、29—活塞、30—上高壓出口、31—變頻器、32—電機(jī)、33—下高壓入口、34—傳動(dòng)皮帶、F1—電機(jī)驅(qū)動(dòng)力、F2—濃水驅(qū)動(dòng)力、F3—總驅(qū)動(dòng)力。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明保護(hù)范圍不限于實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)做出任何改動(dòng)也屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明小型反滲透海水淡化裝置如圖1所示，包括供料泵1、10μ精密過濾器9、5μ精密過濾器10、變頻器31、反滲透膜組件4、活塞泵14、電磁三通閥19、微處理控制器25、淡水儲(chǔ)箱21、反沖洗泵26、低壓壓力傳感器13、高壓壓力傳感器15、流量傳感器20和電導(dǎo)率傳感器16，反滲透膜組件設(shè)有濃水口和淡水口。供料泵通過單向閥8依次與10μ精密過濾器和5μ精密過濾器連接， 5μ精密過濾器出口處設(shè)有取樣閥11。5μ精密過濾器通過單向閥、低壓壓力傳感器連接到活塞泵14，活塞泵14通過單向閥和高壓壓力傳感器連接到反滲透膜組件4。反滲透膜組件的淡水口通過電導(dǎo)率傳感器連接到電磁三通閥，電磁三通閥通過流量傳感器連接到淡水儲(chǔ)箱21，淡水儲(chǔ)箱通過管路連接到淡水用戶，連接管路上設(shè)有閥門23。電磁三通閥的另一出口通過單向閥連接到排放口18。反滲透膜組件的濃水口通過活塞泵連接到排放口。反滲透海水淡化裝置的反沖洗流程如圖2所示，淡水儲(chǔ)箱下部出口通過三通閥24、反沖洗泵26和單向閥連接到低壓壓力傳感器的入口前。如圖3所示，活塞泵包括缸體22、曲軸12和電機(jī)32。缸體設(shè)有上低壓入口28、上高壓出口30、下高壓入口33和下低壓出口27，上低壓入口、上高壓出口、下高壓入口和下低壓出口分別設(shè)有單向閥，缸體內(nèi)設(shè)有活塞29。變頻器與電機(jī)32電氣連接，電機(jī)通過傳動(dòng)皮帶34與曲軸連接，曲軸通過柱塞桿17與活塞連接。5μ精密過濾器通過上低壓入口和上高壓出口連接到反滲透膜組件，反滲透膜組件的濃水口通過下高壓入口和下低壓出口連接到排放口18。微處理控制器25為PLC，通過PLC實(shí)現(xiàn)小型反滲透海水淡化裝置自動(dòng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。PLC分別與電磁三通閥、低壓壓力傳感器、高壓壓力傳感器、電導(dǎo)率傳感器和反沖洗泵控制器通信連接。

本發(fā)明小型反滲透海水淡化裝置的運(yùn)行過程是，海水經(jīng)供料泵1和單向閥8依次進(jìn)入10μ精密過濾器9和5μ精密過濾器10進(jìn)行過濾，通過取樣閥11檢測(cè)過濾質(zhì)量，過濾后的低壓海水經(jīng)單向閥到低壓壓力傳感器13進(jìn)行壓力檢測(cè)，壓力必須大于0.1MPa，否則會(huì)致使活塞泵14抽空。過濾后的海水經(jīng)低壓壓力傳感器13和上低壓入口28進(jìn)入活塞泵14的缸體22上部原水腔進(jìn)行增壓，高壓的海水經(jīng)上高壓出口30和高壓壓力傳感器15到反滲透膜組件4進(jìn)行海水淡化分離處理，進(jìn)入反滲透膜組4的壓力由高壓壓力傳感器15檢測(cè)，最高壓力不可超過8MPa。高壓海水透過反滲透膜在膜低壓側(cè)形成淡水，淡水經(jīng)淡水口、電導(dǎo)率傳感器16、電磁三通閥19和流量傳感器20到淡水儲(chǔ)箱21，淡水儲(chǔ)箱通過出水管路到淡水用戶。電導(dǎo)率傳感器16檢測(cè)產(chǎn)水中的電導(dǎo)率，當(dāng)反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)率高于生活飲用水的電導(dǎo)率時(shí)，電磁三通閥19不通電，不合格產(chǎn)水通過排放口18排放。當(dāng)反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)率低于生活飲用水的電導(dǎo)率時(shí)，電磁三通閥19通電，產(chǎn)水進(jìn)入淡水儲(chǔ)箱21。膜組4排放的高壓濃水經(jīng)濃水口和下高壓入口33進(jìn)入缸體22下部的濃水腔，與電機(jī)一起為海水增壓提供驅(qū)動(dòng)力，做功后的低壓濃水經(jīng)下低壓出口27到排放口18排放。

反滲透膜組件4因?yàn)殚L(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌雜質(zhì)、微生物等吸附在膜壁上，繼而導(dǎo)致反滲透膜性能下降。反滲透膜組件4必須定期進(jìn)行反沖洗，否則會(huì)使膜堵塞，影響其反滲透性能以及在閑置未使用時(shí)要使反滲透膜與系統(tǒng)內(nèi)充滿淡水，保護(hù)反滲透膜與系統(tǒng)。反沖洗過程反沖洗泵26和活塞泵14處于開啟狀態(tài)，淡水儲(chǔ)箱21中的淡水流經(jīng)三通閥24由反沖洗泵26加壓經(jīng)過單向閥進(jìn)入活塞泵14，淡水不斷進(jìn)入活塞泵14加壓后經(jīng)高壓出口進(jìn)入反滲透膜組件4，膜高壓側(cè)濃水通過高壓入口被回收到活塞泵中，最終通過低壓濃水出口27和排放口18排放，運(yùn)行2～5分鐘后，膜高壓側(cè)和活塞泵14中都充滿淡水，整個(gè)反滲透裝置都處于淡水環(huán)境下，反沖洗過程完成。

活塞泵14工作原理是：電機(jī)32通過傳動(dòng)皮帶34帶動(dòng)曲軸12旋轉(zhuǎn)推動(dòng)三個(gè)活塞29依次循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)柱塞缸被柱塞分為兩個(gè)腔，分別為原水腔和濃水腔。低壓原水由上低壓入口28進(jìn)入活塞泵14的原水腔，通過柱塞桿17將活塞29推到液壓缸的一端。曲軸通過柱塞桿帶動(dòng)柱塞反方向運(yùn)動(dòng)對(duì)低壓原水加壓，同時(shí)反滲透過程中形成的高壓濃水由下高壓入口33進(jìn)入活塞泵14的濃水腔推動(dòng)活塞29與低壓原水進(jìn)行能量交換，活塞29由曲軸12和回收利用的高壓濃水同時(shí)推動(dòng)，可降低電機(jī)32的輸出功率，達(dá)到余壓能量回收的作用。低壓原水繼續(xù)流入原水腔推動(dòng)活塞29反方向運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)，濃水通過活塞泵14的低壓出口27由排放口18排放。三個(gè)活塞的非同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)可連續(xù)完成原水加壓、濃水排放過程。

反滲透膜回收率是固定的，小型裝置回收率在20%～40%，由活塞泵的面積比確定，不需要調(diào)整。膜濃水/膜產(chǎn)水比例恒定，但是反滲透膜的壓力隨著進(jìn)水溫度、含鹽量和膜的產(chǎn)水阻力變化而發(fā)生變化。活塞泵集供料泵、增壓泵、能量回收三種功能于一體，驅(qū)動(dòng)由兩部分組成，一部分來自電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)力F1，另一部分來自反滲透膜組件的濃水直接推動(dòng)活塞29的濃水驅(qū)動(dòng)力F2，總驅(qū)動(dòng)力F3=F1+F2，其中電機(jī)32提供的較小，最高可節(jié)電70%。