一种小型反渗透海水淡化装置 |
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| 申请号 | CN201610929246.6 | 申请日 | 2016-10-31 | 公开(公告)号 | CN106428504A | 公开(公告)日 | 2017-02-22 |
| 申请人 | 河北科技大学; 石家庄海阔捷能科技有限公司; | 发明人 | 薛树旗; 张新书; 杨守志; 刘永强; 李姝娟; 纪运广; 刘璐; 徐洋洋; 刘彤; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种小型 反渗透 海 水 淡化 装置，包括供料 泵 、 过滤器 、 反渗透膜 组件和 淡水 储箱，反渗透膜组件设有浓水口和淡水口，供料泵连接到过滤器。装置设有 活塞 泵、电磁三通 阀 和微处理 控制器 ，电磁三通阀与微处理控制器通信连接。过滤器通过 活塞泵 连接到反渗透膜组件，反渗透膜组件的淡水口通过电磁三通阀连接到淡水储箱，电磁三通阀的另一出口连接到排放口。反渗透膜组件的浓水口通过活塞泵连接到排放口。本发明通过加设活塞泵，利用浓水的压 力 能与 电机 共同驱动活塞泵为 海水 增压 ，回收反渗透 海水淡化 过程的 能量 ，有利于降低海水淡化过程的能耗，适应中小型海水淡化设备使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种小型反渗透海水淡化装置，包括供料泵（1）、过滤器、反渗透膜组件（4）和淡水储箱（21），反渗透膜组件（4）设有浓水口和淡水口，所述供料泵连接到过滤器，其特征是：所述装置设有活塞泵（14）、电磁三通阀（19）和微处理控制器（25），所述电磁三通阀与微处理控制器通信连接；所述过滤器通过活塞泵连接到反渗透膜组件，所述反渗透膜组件的淡水口通过电磁三通阀连接到淡水储箱（21），电磁三通阀的另一出口连接到排放口（18）；所述反渗透膜组件的浓水口通过活塞泵连接到排放口。 |
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| 说明书全文 | 一种小型反渗透海水淡化装置技术领域背景技术[0002] 反渗透海水淡化技术已广泛应用于海岛、船舶和海上作业平台中。反渗透海水淡化过程可概括为海水由高压泵加压至大于膜的渗透压时，海水透过反渗透膜形成淡水，盐被阻隔在浓水侧随浓水排出，从而使海水得到脱盐淡化。反渗透海水淡化系统的操作压力一般在5.0Mpa～6.0Mpa，从膜组件中排放的浓海水压力仍高达4.8Mpa～5.8Mpa，如果按照通常40%的水回收率计算，浓海水中还有60%的进料压力能量，具有巨大的回收价值和意义。反渗透海水淡化装置的能量回收设备分为水力透平式和功交换式两种。水力透平式效率较低，低流量时效率更低，不适合用于中小型的海水淡化设备中。 [0003] 反渗透海水淡化装置分为不带能量回收的反渗透海水淡化和带能量回收的反渗透海水淡化两种，传统的小型装置无能量回收装置，反渗透高压泵驱动电机配置功率大，能耗普遍过高。现有的小型无能量回收反渗透海水淡化装置，高压海水透过反渗透膜组件至膜的低压侧形成淡水，相当一部分高压浓水通过调压阀进行泄压排放。高压浓水具有的余压能量没有被有效的利用，造成电机输出的功率很大，并且回收率不固定。现有的大型的带能量回收的反渗透海水淡化装置，回收率不固定，并配有供料泵、增压泵、高压泵以及各种精密阀门仪表，体积过于庞大，控制系统复杂，自动化程度低，可操作性差，适用于大型或中型的陆用海水淡化工厂使用，不适合船用、岛用以及远洋航行使用。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种小型反渗透海水淡化装置，充分回收反渗透海水淡化过程中浓水的压力能，降低海水淡化过程的能耗，适应中小型海水淡化的设备使用。 [0005] 本发明的技术方案是：小型反渗透海水淡化装置，包括供料泵、过滤器、反渗透膜组件和淡水储箱，反渗透膜组件设有浓水口和淡水口，供料泵连接到过滤器。装置设有活塞泵、电磁三通阀和微处理控制器，电磁三通阀与微处理控制器通信连接。过滤器通过活塞泵连接到反渗透膜组件，反渗透膜组件的淡水口通过电磁三通阀连接到淡水储箱，电磁三通阀的另一出口连接到排放口。反渗透膜组件的浓水口通过活塞泵连接到排放口。 [0006] 活塞泵包括缸体、曲轴和电机，电机与微处理控制器通信连接。缸体设有上低压入口、上高压出口、下高压入口和下低压出口，上低压入口、上高压出口、下高压入口和下低压出口分别设有单向阀，缸体内设有活塞。电机通过传动皮带与曲轴连接，曲轴通过柱塞杆与活塞连接。过滤器通过上低压入口和上高压出口连接到反渗透膜组件，反渗透膜组件的浓水口通过下高压入口和下低压出口连接到排放口。装置设有变频器，变频器与电机电气连接。 [0007] 装置设有反冲洗泵，反冲洗泵与微处理控制器通信连接，淡水储箱通过反冲洗泵连接到活塞泵的上低压入口。装置设有低压压力传感器和高压压力传感器，低压压力传感器和高压压力传感器与微处理控制器通信连接。低压压力传感器位于活塞泵的入口，高压压力传感器位于活塞泵的出口。过滤器包括10μ精密过滤器和5μ精密过滤器，10μ精密过滤器和5μ精密过滤器串联设置。系统设有电导率传感器，电导率传感器安装在反渗透膜组件的淡水口。微处理控制器为PLC或单片机控制器。 [0008] 本发明小型反渗透海水淡化装置采用活塞泵作为系统的增压设备，活塞泵集高压泵、压力交换器和增压泵三种功能于一体。活塞泵有两个驱动力，一个来自电机驱动，一个来自反渗透膜的高压浓水直接推动活塞做功产生的驱动力，回收浓水的压力能能量。回收率由活塞泵的面积比确定，不需要调整，反渗透膜的膜浓水/膜淡水比例恒定，反渗透膜的产水率是固定的。系统配备多个单向阀和反冲洗泵，自动保持膜内充满淡水，保护反渗透膜以及系统元件。系统配备了压力传感器分别监控过滤器进入活塞泵的海水压力，避免泵抽空，监控反渗透膜内的压力不高于系统的最高压力，从而保护反渗透膜和系统安全。电磁三通阀和电导率传感器控制产水的质量。电机配备有变频器，根据过滤器和膜的渗透压等自动调节泵转速，调整产水量。配备电控仪表可通过PLC或单片机控制器实现系统的全自动控制。本发明适用于中小型反渗透脱盐装置。 [0009] 反冲洗泵和单向阀的配合使用，保证系统在定时冲洗和闲置不使用时内部充满淡水，保护反渗透膜与系统元件运行安全。低压压力传感器用于监控过滤器和来水的压力不低于0.1MPa，避免活塞泵抽空，保护活塞泵运行安全。高压压力传感器用于监控反渗透膜组件膜的压力不高于8MPa，保护膜以及系统的安全运行。电磁三通阀和电导率传感器用于控制海水淡化的质量，当反渗透膜的产水电导率高于生活饮用水的电导率时，电磁三通阀不通电，不合格产水经电磁三通阀到排放口排放。当反渗透膜的产水电导率低于生活饮用水的电导率时，电磁三通阀通电，产水经电磁三通阀进入淡水储箱。变频器根据过滤器和反渗透膜的渗透压等工况运行，自动调整带能量回收的活塞泵的转速，进而调整产水量。 [0010] 本发明小型反渗透海水淡化装置通过在反渗透海水淡化的流程中加设活塞泵，利用海水经反渗透膜组件反渗透淡化过程分出浓水的压力能与电机共同驱动活塞泵为海水增压，回收反渗透海水淡化过程的能量，有利于降低海水淡化过程的能耗，最高可节电70%。本发明流程简单，设备制作成本低，适用于船舶、海岛等场合的反渗透海水淡化。 附图说明 [0011] 图1 为小型反渗透海水淡化装置的流程示意图；图2 为反渗透海水淡化反冲洗过程的流程示意图； 图3为能量回收活塞泵的原理示意图； 图4为现有技术不带能量回收小型反渗透海水淡化装置的流程图； 图5为现有技术大型带能量回收的反渗透海水淡化装置的流程示意图。 [0012] 其中：1—供料泵、2—过滤器、3—高压泵、4—反渗透膜组件、5—调压阀、6—压力交换式能量回收设备、7—增压泵、8—单向阀、9—10μ精密过滤器、10—5μ精密过滤器、11—取样阀、12—曲轴、13—低压压力传感器、14—活塞泵、15—高压压力传感器、16—电导率传感器、17—柱塞杆、18—排放口、19—电磁三通阀、20—流量传感器、21—淡水储箱、22—缸体、23—阀门、24—三通阀、25—微处理控制器、26—反冲洗泵、27—下低压出口、28—上低压入口、29—活塞、30—上高压出口、31—变频器、32—电机、33—下高压入口、34—传动皮带、F1—电机驱动力、F2—浓水驱动力、F3—总驱动力。 具体实施方式[0014] 本发明小型反渗透海水淡化装置如图1所示，包括供料泵1、10μ精密过滤器9、5μ精密过滤器10、变频器31、反渗透膜组件4、活塞泵14、电磁三通阀19、微处理控制器25、淡水储箱21、反冲洗泵26、低压压力传感器13、高压压力传感器15、流量传感器20和电导率传感器16，反渗透膜组件设有浓水口和淡水口。供料泵通过单向阀8依次与10μ精密过滤器和5μ精密过滤器连接， 5μ精密过滤器出口处设有取样阀11。5μ精密过滤器通过单向阀、低压压力传感器连接到活塞泵14，活塞泵14通过单向阀和高压压力传感器连接到反渗透膜组件4。反渗透膜组件的淡水口通过电导率传感器连接到电磁三通阀，电磁三通阀通过流量传感器连接到淡水储箱21，淡水储箱通过管路连接到淡水用户，连接管路上设有阀门23。电磁三通阀的另一出口通过单向阀连接到排放口18。反渗透膜组件的浓水口通过活塞泵连接到排放口。反渗透海水淡化装置的反冲洗流程如图2所示，淡水储箱下部出口通过三通阀24、反冲洗泵26和单向阀连接到低压压力传感器的入口前。如图3所示，活塞泵包括缸体22、曲轴12和电机32。缸体设有上低压入口28、上高压出口30、下高压入口33和下低压出口27，上低压入口、上高压出口、下高压入口和下低压出口分别设有单向阀，缸体内设有活塞29。变频器与电机32电气连接，电机通过传动皮带34与曲轴连接，曲轴通过柱塞杆17与活塞连接。5μ精密过滤器通过上低压入口和上高压出口连接到反渗透膜组件，反渗透膜组件的浓水口通过下高压入口和下低压出口连接到排放口18。微处理控制器25为PLC，通过PLC实现小型反渗透海水淡化装置自动运行和数据监测。PLC分别与电磁三通阀、低压压力传感器、高压压力传感器、电导率传感器和反冲洗泵控制器通信连接。 [0015] 本发明小型反渗透海水淡化装置的运行过程是，海水经供料泵1和单向阀8依次进入10μ精密过滤器9和5μ精密过滤器10进行过滤，通过取样阀11检测过滤质量，过滤后的低压海水经单向阀到低压压力传感器13进行压力检测，压力必须大于0.1MPa，否则会致使活塞泵14抽空。过滤后的海水经低压压力传感器13和上低压入口28进入活塞泵14的缸体22上部原水腔进行增压，高压的海水经上高压出口30和高压压力传感器15到反渗透膜组件4进行海水淡化分离处理，进入反渗透膜组4的压力由高压压力传感器15检测，最高压力不可超过8MPa。高压海水透过反渗透膜在膜低压侧形成淡水，淡水经淡水口、电导率传感器16、电磁三通阀19和流量传感器20到淡水储箱21，淡水储箱通过出水管路到淡水用户。电导率传感器16检测产水中的电导率，当反渗透膜产水电导率高于生活饮用水的电导率时，电磁三通阀19不通电，不合格产水通过排放口18排放。当反渗透膜产水电导率低于生活饮用水的电导率时，电磁三通阀19通电，产水进入淡水储箱21。膜组4排放的高压浓水经浓水口和下高压入口33进入缸体22下部的浓水腔，与电机一起为海水增压提供驱动力，做功后的低压浓水经下低压出口27到排放口18排放。 [0016] 反渗透膜组件4因为长期使用会导致细菌杂质、微生物等吸附在膜壁上，继而导致反渗透膜性能下降。反渗透膜组件4必须定期进行反冲洗，否则会使膜堵塞，影响其反渗透性能以及在闲置未使用时要使反渗透膜与系统内充满淡水，保护反渗透膜与系统。反冲洗过程反冲洗泵26和活塞泵14处于开启状态，淡水储箱21中的淡水流经三通阀24由反冲洗泵26加压经过单向阀进入活塞泵14，淡水不断进入活塞泵14加压后经高压出口进入反渗透膜组件4，膜高压侧浓水通过高压入口被回收到活塞泵中，最终通过低压浓水出口27和排放口 18排放，运行2～5分钟后，膜高压侧和活塞泵14中都充满淡水，整个反渗透装置都处于淡水环境下，反冲洗过程完成。 [0017] 活塞泵14工作原理是：电机32通过传动皮带34带动曲轴12旋转推动三个活塞29依次循环往复运动。每个柱塞缸被柱塞分为两个腔，分别为原水腔和浓水腔。低压原水由上低压入口28进入活塞泵14的原水腔，通过柱塞杆17将活塞29推到液压缸的一端。曲轴通过柱塞杆带动柱塞反方向运动对低压原水加压，同时反渗透过程中形成的高压浓水由下高压入口33进入活塞泵14的浓水腔推动活塞29与低压原水进行能量交换，活塞29由曲轴12和回收利用的高压浓水同时推动，可降低电机32的输出功率，达到余压能量回收的作用。低压原水继续流入原水腔推动活塞29反方向运动到另一侧，浓水通过活塞泵14的低压出口27由排放口18排放。三个活塞的非同步往复运动可连续完成原水加压、浓水排放过程。 [0018] 反渗透膜回收率是固定的，小型装置回收率在20%～40%，由活塞泵的面积比确定，不需要调整。膜浓水/膜产水比例恒定，但是反渗透膜的压力随着进水温度、含盐量和膜的产水阻力变化而发生变化。活塞泵集供料泵、增压泵、能量回收三种功能于一体，驱动由两部分组成，一部分来自电机的电机驱动力F1，另一部分来自反渗透膜组件的浓水直接推动活塞29的浓水驱动力F2，总驱动力F3=F1+F2，其中电机32提供的较小，最高可节电70%。 |
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