專利名稱：反滲透淡水設(shè)備(方案)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于海水凈化和脫鹽的反滲透淡水設(shè)備。
背景技術(shù)：
水脫鹽是一種用于處理水的方法，其目的是將其中溶解鹽類的濃度降 低到一定含 量范圍(通常，降到1克/升)，在這種濃度下水變得適合于飲用和家庭使用。水能脫鹽或是通過改變水的聚集狀態(tài)(蒸餾或凍結(jié))，或是通過不改變其聚集狀 態(tài)(電滲析、超濾或反滲透、離子交換、用有機(jī)溶劑萃取水、以結(jié)晶水或結(jié)晶水合物的形式 萃取水、將水加熱到一定溫度、使離子吸著在多孔電極上、利用某些藻類在光中吸收鹽類而 在暗中將其釋放的能力的生物法等)。滲透是物質(zhì)穿過半透膜的擴(kuò)散作用，該半透膜將溶液與純?nèi)軇蛘邔煞N不同 濃度的溶液分開。半透膜是隔板，該隔板使小的溶劑分子通過，但對(duì)溶解物質(zhì)的較大分子不 可透過。在這種膜的兩側(cè)上的濃度僅能在溶劑單向擴(kuò)散的情況下才等同。由于這個(gè)原因， 所以滲透總是從純?nèi)軇┺D(zhuǎn)到溶液或者從稀溶液轉(zhuǎn)到濃溶液。溶劑在滲透壓的作用下流過膜。滲透壓等于從溶液側(cè)施加的外部過壓，以使?jié)B透 停止，也就是說，產(chǎn)生滲透平衡條件。超過滲透壓的過壓可使?jié)B透反向，或者促使溶劑的反 向擴(kuò)散。滲透效應(yīng)偶而在工業(yè)中使用，例如，用于通過液體的反滲透凈化高度礦化水。膜通常是用微孔無機(jī)材料或動(dòng)物源制品制成板(片)或圓柱形(燭狀物)的形式， 但最常用人造和合成聚合物(纖維素酯類、聚酰胺類等)制成。粒子(分子)通過膜的最 大尺寸在幾微米到數(shù)百分之一微米的范圍內(nèi)。膜的分離能力(選擇性)取決于其結(jié)構(gòu)和理 化性質(zhì)、壓力、溫度、待過濾的液體組分、及其它外部因素。相當(dāng)大量的反滲透設(shè)備用來處理地下水源的微咸水。極大型設(shè)備被運(yùn)用來處理大 量的廢水。較少量的設(shè)備被運(yùn)用海水脫鹽。反滲透設(shè)備包括高壓泵(產(chǎn)生50到lOOkg/cm2壓力)，迫使含鹽水穿過平膜或管 狀膜、或者用醋酸纖維素或聚酰胺樹脂制的空心纖維，所述膜或空心纖維在高于滲透壓的 壓力下能通過水分子，但不能通過溶于水中的鹽類的水合離子。通常，許多公司制造的設(shè)備在組件的類型和單元及管線數(shù)量上不同，所用的單元 及管線取決于各個(gè)組件所需的效率和輸出。它們之間的差別在于它們對(duì)于低濃度(最高達(dá) 1. 5% )和高濃度(4. 5% )的水脫鹽的適用性?，F(xiàn)代化設(shè)備設(shè)計(jì)成定期地或連續(xù)地運(yùn)行。 連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備僅在海水脫鹽的應(yīng)用場(chǎng)合使用。各設(shè)備單元能串聯(lián)或并聯(lián)相互連接，或者 能采用組合連接。脫鹽系統(tǒng)被開發(fā)成將熱部件和反滲透部件組合，它們的組合影響水的最 終成本和分離過程的成本。利用反滲透原理的設(shè)備對(duì)輸入水的純度提出很高要求，因?yàn)樗须s質(zhì)引起膜的滲 透性和選擇性的快速退化。由于這個(gè)原因，這種類型的設(shè)備設(shè)計(jì)包括大量與脫鹽過程無關(guān) 的裝置。尤其是，這適用于一些滿足高標(biāo)準(zhǔn)的凈化和過濾元件。
現(xiàn)有技術(shù)脫鹽設(shè)備以4500m3的日產(chǎn)量使用海水(參見V. N. Slesarenko, “脫鹽設(shè) 備”，DVGMA，海參崴，1999，第212-214頁)。進(jìn)入的鹽濃度4. 5%和溫度29°C的海水流入第 一凈化單元。水下泵被置于為此而設(shè)置的井中，該水下泵通過管道將海水輸送到沉淀槽中， 該沉淀槽具有活動(dòng)格柵和清除污泥和泥漿沉積物的裝置。在這種粗凈化之后，將水抽送到 水制備單元中，在這里通過計(jì)量裝置將硫酸和凝結(jié)劑添加到水中，并使水流過粗凈化沙濾 器。然后將水收集到蓄水池中，該蓄水池裝有泵，以將沉積物從過濾器中排出并泵送海水穿 過紙板過濾器。在水收集到蓄水池中之前，再次將水脫酸。在完成這個(gè)準(zhǔn)備工作時(shí)，高壓泵 通過管道將水輸送到脫鹽膜單元中，該脫鹽膜單元是根據(jù)兩級(jí)原理設(shè)計(jì)的。四級(jí)使海水的 原始濃度降低大約一半，而泵通過管道輸送海水經(jīng)過三級(jí)則其中海水的濃度達(dá)到0. 5%。因 為留在這些單元中的鹽水具有較高壓力，所以該鹽水的壓力被用來驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)，所述水輪 機(jī)又用來驅(qū)動(dòng)高壓泵。淡水被循環(huán)泵輸送到聚積泵中，再從該聚積泵流到一單元，在這里通 過脫碳和氯化使淡水達(dá)到飲用級(jí)。然后，水被浸灰并被收集用于長(zhǎng)期貯存。從上述說明可以得出，設(shè)備包括相當(dāng)大量的水的制備設(shè)備，因?yàn)橐笏璧乃畠?化度至少5微米。在大多數(shù)反滲透淡水制備設(shè)備中的脫鹽膜單元由于它們的特殊設(shè)計(jì)而水平地布 置。德國一些公司已研制出一種單級(jí)設(shè)備，該單級(jí)設(shè)備具有豎直的脫鹽膜單元，并能日產(chǎn) 1500m3飲用級(jí)水(參見V. N. Slesarenko, “脫鹽設(shè)備”，DVGMA,海參崴，1999，第220頁)。各單元的不同位置和配置產(chǎn)生有利的技術(shù)維修條件，但在有大量單元的情況下需 要大量的連接管線。
由挪威Aqualyng公司生產(chǎn)的現(xiàn)有技術(shù)反滲透脫鹽設(shè)備用于海水和硬水脫鹽。它 們包括很靈活設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化RO水脫鹽設(shè)備(參見Aqualyng設(shè)備，網(wǎng)址廁.lyng. com/ lyng/aqua/defalt. aspx)。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備包括1.脫鹽膜單元；2.咸水輸送槽；3.咸水初步凈化過濾器單元；4.同流換熱器；5.增壓泵；6.高壓泵；禾口7.控制單元Aqnalyng公司還能提供下列類型的其它設(shè)備-沙濾系統(tǒng)；-輔助過濾系統(tǒng)；-清洗/清潔系統(tǒng)；和-化學(xué)過濾系統(tǒng)。所有這些單元都可以各自安裝在它們自己的建筑物中或浮動(dòng)平臺(tái)上。下列標(biāo)準(zhǔn)組件單元適合于本發(fā)明的目的-500-700m3/24 小時(shí)；-1000-1500m3/24 小時(shí)；
-2000-2500m3/24 小時(shí)；-4000-5000m3/24 小時(shí)；和-η X 5000m3/24 小時(shí)。這些標(biāo)準(zhǔn)組件單元的組合能用來建造任何尺寸的反滲透設(shè)備。由咸水供應(yīng)泵、高壓多活塞泵、脫鹽膜單元、增壓泵、和同流換熱器組成的現(xiàn)有的 反滲透淡水制備設(shè)備具有下列設(shè)計(jì)缺點(diǎn)1.高壓泵在運(yùn)行時(shí)可靠性低；2.高壓泵的摩擦面由于與咸水接觸而快速磨損；3.對(duì)要進(jìn)行的修理和技術(shù)維護(hù)來說，高壓泵的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；和4.高壓泵和同流換熱器成本高。所保護(hù)的淡水制備設(shè)備的技術(shù)任務(wù)是改善其運(yùn)行可靠性、和通過用所保護(hù)設(shè)計(jì)的 高壓隔膜泵代替高壓多活塞水泵來簡(jiǎn)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作，該高壓隔膜泵同時(shí)完成同流換 熱器的功能。另外，隔膜泵沒有任何旋轉(zhuǎn)件和摩擦件，因此在運(yùn)行中整體地改善了設(shè)備的耐 磨性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
上述技術(shù)任務(wù)在反滲透淡水制備設(shè)備中完成，該反滲透淡水制備設(shè)備包括脫鹽 膜單元；至少一個(gè)在高壓下供應(yīng)咸水的組件，所述組件包含高壓泵、同流換熱器、和流出脫 鹽膜單元的鹽水升壓裝置；并還有控制單元，按照本發(fā)明的第一方案，所述咸水供應(yīng)組件還 包括鹽水分配器和油壓傳動(dòng)裝置，而高壓泵是隔膜泵，該隔膜泵的內(nèi)部空間被柔性隔膜分 成三個(gè)隔離部分，中心部分適合于接受咸水，并在超過滲透壓的壓力下將咸水排入脫鹽膜 單元中；一個(gè)側(cè)部分連接到油壓傳動(dòng)裝置上，用于在超過滲透壓的壓力下周期性地供油，而 另一個(gè)起到同流換熱器作用的側(cè)部分連接到鹽水分配器上，該鹽水分配器又通過鹽水升壓 裝置連接到脫鹽膜單元的鹽水出口上。在一具體示例中，咸水可以在2. 3kg/cm2到2. 5kg/cm2壓力下流入隔膜泵的中心部 分中；咸水可以在59kg/cm2到60kg/cm2壓力下從隔膜泵的中心部分流入脫鹽膜單元中；而 油可以在59kg/cm2到60kg/cm2壓力下周期性地供應(yīng)到隔膜泵的側(cè)部分中。反滲透淡水設(shè)備可以裝有多個(gè)組件，這些組件并聯(lián)布置，以在高壓下供應(yīng)咸水。淡水設(shè)備可以裝有電子控制單元作為控制單元。上述技術(shù)任務(wù)也在反滲透淡水設(shè)備中完成，該反滲透淡水制備設(shè)備包括脫鹽膜 單元；至少一個(gè)在高壓下供應(yīng)咸水的組件，所述組件具有高壓泵、同流換熱器、和流出脫鹽 膜單元的鹽水升壓裝置；所述設(shè)備還裝有控制單元，按照本發(fā)明的第二方案，所述咸水供應(yīng) 組件還具有鹽水分配器和油壓傳動(dòng)裝置，而高壓泵是隔膜泵，該隔膜泵的內(nèi)部空間被柔性 隔膜分成三個(gè)隔離部分，中心部分適合于接受水，并在超過滲透壓的壓力下將水排入脫鹽 膜單元中，一個(gè)側(cè)部分連接到油壓傳動(dòng)裝置上，以在超過滲透壓的壓力下周期性地供油，而 另一個(gè)起到同流換熱器作用的側(cè)部分連接到鹽水分配器上，并具有輔助隔膜和倍增器，該 倍增器起到鹽水升壓裝置的作用。在本發(fā)明的第二方案所設(shè)計(jì)的淡水制備設(shè)備的具體實(shí)施例中，咸水可以在2. 3kg/ cm2到2. 5kg/cm2壓力下流入隔膜泵的中心部分中；咸水可以在59kg/cm2到60kg/cm2壓力下從隔膜泵的中心部分流出進(jìn)入脫鹽膜單元中；而油可以在59kg/cm2到60kg/cm2壓力下周 期性地被供應(yīng)到隔膜泵的側(cè)部分中。在本發(fā)明的第二方案所設(shè)計(jì)的淡水設(shè)備的另一個(gè)具體實(shí)施例中，隔膜泵的中心部 分可以被隔板分成兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分通過設(shè)在隔板中的通道相互連通。本發(fā)明的第二方案的淡水設(shè)備可以裝有若干組件，這些組件并聯(lián)布置，以在高壓 下供應(yīng)咸水。本發(fā)明的第二方案的淡水制備設(shè)備可以裝有電子控制單元，用作該淡水制備設(shè)備 的控制單元。


本發(fā)明的概念在下面附圖中示出。圖1是方案1 (具有一個(gè)在高壓下供應(yīng)咸水的組件)的所保護(hù)的反滲透淡水制備 設(shè)備的示意圖；和圖2是方案2 (具有一個(gè)在高壓下供應(yīng)咸水的組件)的所保護(hù)的反滲透淡水制備 設(shè)備的示意圖。方案1 (圖1)的反滲透淡水制備設(shè)備包括在大約2. 3到2. 5kg/cm2壓力下供應(yīng)咸 水的裝置1、止回閥2、具有兩個(gè)柔性隔膜4的隔膜泵3，所述兩個(gè)柔性隔膜4將泵殼的內(nèi)部 空間分成三個(gè)隔離部分中心部分A及側(cè)面部分B和C。中心部分A在泵的入口處通過止 回閥2連接到咸水供應(yīng)裝置1上，并在泵的出口處通過止回閥5連接到脫鹽膜單元6的入 口上。側(cè)面部分B連接到油壓傳動(dòng)裝置7上，用于周期性地供油，而側(cè)面部分C連接到鹽水 分配器8上，該鹽水分配器8通過增壓泵10連接到脫鹽膜單元6的鹽水出口 11上，并具有 鹽水排放管線9。增壓泵用作鹽水升壓裝置。所述設(shè)備還包括管線12和電子控制單元(圖 中未示出)，所述管線12用于從脫鹽膜單元6排放淡水。方案2(圖2)的反滲透淡水制備設(shè)備包括咸水供應(yīng)裝置1，止回閥2、具有三個(gè)柔 性隔膜4的隔膜泵3，所述三個(gè)柔性隔膜4將泵的內(nèi)部空間分成隔離部分A、B、C和D。中 心部分在泵的入口處通過止回閥2連接到咸水供應(yīng)裝置1上，并在泵的出口處通過止回閥 5連接到脫鹽膜單元6的入口上。側(cè)面部分B連接到油壓傳動(dòng)裝置7上，用于周期性地供 油，而側(cè)面部分C連接到鹽水分配器8上，該鹽水分配器8又連接到脫鹽膜單元6的鹽水出 口 11上，并具有鹽水排放管線9。中心部分A被隔板13分成兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分通過通 道14相互連接。隔板13用來防止隔膜在工作循環(huán)結(jié)束時(shí)延伸。部分D裝有倍增器12的 活塞，該倍增器12在兩個(gè)充滿高粘度液體的空腔之間。設(shè)備還具有淡水出口管線12和電子控制單元(圖中未示出)，該淡水出口管線12 從脫鹽膜單元6引出。
具體實(shí)施例方式例 1本發(fā)明的第一方案(圖1)的淡水設(shè)備包括脫鹽膜單元、多個(gè)組件、和電子控制單元，所述多個(gè)組件并聯(lián)布置，以在高壓下供應(yīng)咸水，所述淡水制備設(shè)備運(yùn)行如下在2. 3kg/cm2到2. 5kg/cm2壓力下通過泵將咸水輸送到每個(gè)組件的隔膜泵3的中心部分A (通過咸水供應(yīng)管線1和止回閥2)。結(jié)果，隔膜4向外彎曲。在中心部分A已充滿咸水之后，在超過滲透壓(59到60kg/cm2)的壓力下將油從油壓傳動(dòng)裝置7供應(yīng)到側(cè)部分B。 同時(shí)，來自以前循環(huán)留在淡水制備設(shè)備中的鹽水通過增壓泵10和分配器8被供應(yīng)到側(cè)部分 C。增壓泵10將流出脫鹽膜單元6的鹽水的壓力升高到側(cè)面部分B中油的壓力。在隔膜泵 的側(cè)面部分中超過滲透壓(59到60kg/cm2)的油和鹽水的壓力使咸水從中心部分A經(jīng)由止 回閥5流到脫鹽膜單元6，淡水沿著管線12從該脫鹽膜單元6流出，而鹽水沿著管線11從 脫鹽膜單元6流出。然后周期性地重復(fù)該過程。過程通過電子控制單元同步。例 2本發(fā)明的第二方案(圖2)的淡水設(shè)備包括脫鹽膜單元、多個(gè)組件、和電子控制單 元，所述多個(gè)組件并聯(lián)布置，以在高壓下供應(yīng)咸水，所述淡水制備設(shè)備運(yùn)行如下在2. 3到2. 5kg/cm2壓力下通過泵將咸水輸送到每個(gè)組件的隔膜泵3的中心部分 A(通過咸水供應(yīng)管線1和止回閥2)。因?yàn)椴糠諥裝有隔板13，所以咸水經(jīng)由隔板中的通 道14流入。結(jié)果，部分A的兩個(gè)隔膜4向外彎曲。在部分A已充滿咸水之后，在超過滲透 壓(59到60kg/cm2)的壓力下將油從油壓傳動(dòng)裝置7輸送到側(cè)腔B，而側(cè)腔C用以前循環(huán)隔 留在淡水設(shè)備中的鹽水從分配器8供應(yīng)。鹽水將壓力施加到膜4、粘性液體、和倍增器15的 活塞上。倍增器活塞的較大直徑和較小直徑的平方值之比等于脫鹽膜單元6的入口處的咸 水壓力與所述單元6的出口處的鹽水壓力之比<formula>formula see original document page 7</formula>用于中等含鹽量的海水式中D是倍增器活塞的較大直徑；d是倍增器活塞的較小直徑；P咸$是施加到反滲透膜的咸水的壓力；和P鹽水是反滲透膜施加的鹽水壓力。倍增器活塞將部分D中的壓力升高到59kg/cm2到60kg/cm2之間，以與部分B中的 油壓一致。側(cè)部分B中的油壓和側(cè)部分D中的粘性液體壓力都超過滲透壓使咸水從部分A 經(jīng)過止回閥5流到脫鹽膜單元6，而淡水12從該膜鹽膜單元6流出。然后周期地重復(fù)該過 程。所述過程通過電子控制單元同步。反滲透淡水設(shè)備包括所保護(hù)設(shè)計(jì)的組件，以在高壓下供應(yīng)咸水，因此，該反滲透淡 水設(shè)備非?？煽俊⒕S護(hù)簡(jiǎn)單、和易于修理。這些優(yōu)點(diǎn)源于設(shè)備中所用的隔膜泵沒有旋轉(zhuǎn)件和 摩擦件。倘若隔膜損壞，便能輕易地用新隔膜替換。此外，由于隔膜泵同時(shí)起到高壓泵和同 流換熱器的作用，所以使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。不用昂貴的高壓活塞水泵有助于降低淡水設(shè)備的制造 成本。
權(quán)利要求
一種反滲透淡水設(shè)備，其包括脫鹽膜單元；至少一個(gè)在高壓下供應(yīng)咸水的組件，所述組件具有高壓泵、同流換熱器、流出脫鹽膜單元的鹽水升壓裝置；及控制單元，其中，咸水供應(yīng)組件還包含鹽水分配器和油壓傳動(dòng)裝置，高壓泵設(shè)計(jì)成隔膜泵，該隔膜泵的內(nèi)部空間被柔性隔膜分成三個(gè)隔離部分，中心部分適合于接受咸水，并在超過滲透壓的壓力下將咸水排放到脫鹽膜單元中，一個(gè)側(cè)部分連接到油壓傳動(dòng)裝置上，用于在超過滲透壓的壓力下周期性地供油，而起到同流換熱器作用的另一個(gè)側(cè)部分連接到鹽水分配器上，該鹽水分配器又通過鹽水升壓裝置連接到脫鹽膜單元的鹽水出口上。
2.如權(quán)利要求1所述的淡水設(shè)備，其中，咸水在2.3kg/cm2到2. 5kg/cm2壓力下流入隔 膜泵的中心部分中；咸水在59kg/cm2到60kg/cm2壓力下從隔膜泵的中心部分流出到脫鹽膜 單元中；而油在59kg/cm2到60kg/cm2壓力下被周期性地供應(yīng)到隔膜泵的側(cè)部分中。
3.如權(quán)利要求1所述的淡水設(shè)備，其中，在該設(shè)備內(nèi)設(shè)置有多個(gè)并聯(lián)布置的組件，以在 高壓下供應(yīng)咸水。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的淡水設(shè)備，其中，在該設(shè)備內(nèi)設(shè)置有電子控制單元。
5.一種反滲透淡水設(shè)備，其包括脫鹽膜單元；至少一個(gè)在高壓下供應(yīng)咸水的組件，所 述組件包含高壓泵、同流換熱器、和流出脫鹽膜單元的鹽水升壓裝置；及控制單元，其中，咸 水供應(yīng)組件還包含鹽水分配器和油壓傳動(dòng)裝置，高壓泵是隔膜泵，該隔膜泵具有它們內(nèi)部 空間，所述內(nèi)部空間被柔性隔膜分成三個(gè)隔離部分，中心部分設(shè)計(jì)成在其中接受咸水，并在 超過滲透壓的壓力下將咸水排放到脫鹽膜單元中；一個(gè)側(cè)部分連接到油壓傳動(dòng)裝置上，用 于在超過滲透壓的壓力下周期性地供油，而起到同流換熱器作用的另一個(gè)側(cè)部分連接到鹽 水分配器上，并具有另一個(gè)隔膜和作為鹽水升壓裝置的液壓倍增器。
6.如權(quán)利要求5所述的淡水設(shè)備，其中，咸水在2.3kg/cm2到2. 5kg/cm2壓力下流入隔 膜泵的中心部分中；咸水在59kg/cm2到60kg/cm2壓力下從隔膜泵的中心部分流入脫鹽膜單 元中；油在59kg/cm2到60/cm2壓力下被周期性地供應(yīng)到隔膜泵的側(cè)部分中。
7 如權(quán)利要求5所述的淡水設(shè)備，其中，隔膜泵的中心部分被隔板分成兩個(gè)部分，這兩 個(gè)部分通過設(shè)置在隔板中的通道相互連通。
8.如權(quán)利要求5所述的淡水設(shè)備，其中，在該設(shè)備內(nèi)設(shè)置有多個(gè)并聯(lián)布置的組件，以在 高壓下供應(yīng)咸水。
9.如權(quán)利要求5、6、7或8所述的淡水設(shè)備，其中，在該設(shè)備內(nèi)設(shè)置有電子控制單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使海水脫鹽的反滲透設(shè)備。所發(fā)明的設(shè)備包括脫鹽膜單元(6)，控制單元和用來在高壓下供水的組件，且每個(gè)組件包括隔膜泵(3)、油壓傳動(dòng)裝置(7)、用于鹽水增壓的裝置(10)和鹽水分配器(8)。隔膜泵的內(nèi)腔被柔性隔膜分成三個(gè)隔離部分。中心部分(A)以這種方式設(shè)計(jì)，即在高于滲透壓的壓力下將咸水供應(yīng)到該中心部分(A)并從其中排出到脫鹽膜單元。側(cè)面部分(B)連接到在高于滲透壓的壓力下周期性供油的油壓傳動(dòng)裝置(7)上，而側(cè)面部分(C)連接到鹽水分配器(8)上，該鹽水分配器(8)從脫鹽膜單元(6)連接到鹽水輸出端(11)上。在設(shè)備的第二設(shè)計(jì)中，隔膜泵的部分(C)包括輔助隔膜和呈鹽水增壓裝置形式的液壓倍增器(15)。所述發(fā)明使有可能提高淡水制備設(shè)備的運(yùn)行可靠性，并簡(jiǎn)化了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用。
文檔編號(hào)B01D61/06GK101821203SQ200880009721
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者弗拉迪米爾·弗約多洛維奇·福明 申請(qǐng)人:弗拉迪米爾·弗約多洛維奇·福明