申请日2014.11.14
公开(公告)日2015.02.18
IPC分类号G05D27/02; C02F1/44
摘要
本发明涉及一种智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系统，包括反渗透水处理器、电流温度调节器、超声波调节器、脉动式高压进水器和水样中央处理器;反渗透水处理器包括反渗透卷式膜、电致发热SiC多孔陶瓷管、温度传感器、水压力传感器、超声波换能器及变幅杆、压力容器;水样中央处理器根据检测结果，具体确定水样中的离子类型、离子浓度、水样电导率、水样粘度后，分别给脉动式高压进水器、电流温度调节器、超声波调节器发出调控指令。本发明反渗透水处理系统能够产生热膜耦合效应，提高产水量;本系统还可以产生协同效应并形成湍流，能够减小浓差极化，抑制膜污染形成，并能实现在线调温和对膜的即时有效清洗，特别适用于低温环境。
权利要求书
1.一种智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系统，其特征在于， 包括反渗透水处理器、电流温度调节器、超声波调节器、脉动式高压进水器 和水样中央处理器;
所述反渗透水处理器包括反渗透卷式膜、电致发热SiC多孔陶瓷管、温 度传感器、水压力传感器、超声波换能器及变幅杆、压力容器;所述反渗透 卷式膜卷在电致发热SiC多孔陶瓷管外侧，并置于压力容器中;所述电致发 热SiC多孔陶瓷管与所述电流温度调节器连接;所述温度传感器置于压力容器 中，并与所述水样中央处理器连接;所述水压力传感器置于压力容器中，并与 所述水样中央处理器连接，所述超声波换能器及变幅杆置于压力容器中，并与 所述超声波调节器连接;所述水样中央处理器分别与所述脉动式高压进水器及 原水取样口相连接，与产出淡水取样口相连接，并且分别与电流温度调节器 和超声波调节器相连接;
所述水样中央处理器根据原水进水取样或部分产出淡水取样的分析检测 结果，具体确定水样中的离子类型、离子浓度、水样电导率、水样粘度，水 样中央处理器根据温度传感器传输的系统温度信息、水压力传感器传输的系 统压力信息，以及反渗透水处理器所设计的产品水标准，分别给脉动式高压泵 进水器发出工作参数调控指令，给电流温度调节器发出工作参数调控指令， 给超声波调节器发出工作参数调控指令。
2.根据权利要求1所述的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系 统，其特征在于，所述反渗透卷式膜包括由两侧的反渗透膜与中间的透过水 隔离件形成的袋状膜，袋状膜的两侧分别依次布置原水隔离件和反渗透膜形 成整个的膜层结构，膜层结构呈螺旋状卷绕在电致发热SiC多孔陶瓷管的外 侧面，所述电致发热SiC多孔陶瓷管是反渗透处理器的淡水收集与排出管。
3.根据权利要求2所述的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系 统，其特征在于，所述电致发热SiC多孔陶瓷管具有主透孔与蜂窝状的小孔 道，小孔道呈三维贯通网络状结构;原水通过原水隔件所形成流道在压力作 用下透过反渗透膜，形成透过水流，在透过水隔离件汇集，通过电致发热 SiC多孔陶瓷管的主透孔，流入电致发热SiC多孔陶瓷管内。
4.根据权利要求3所述的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系 统，其特征在于，所述电致发热SiC多孔陶瓷管采用多次浸渍Al2O3胶液，管 内外侧与管孔道表面均形成Al2O3涂层结构。
5.根据权利要求3所述的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系 统，其特征在于，所述电致发热SiC多孔陶瓷管没有卷反渗透膜的两边有均 匀致密绝缘层，所述电致发热SiC多孔陶瓷管的两端设有外接电极导线端及 产出淡水输出接口，所述产出淡水输出接口连接具有绝缘性能的淡水输出管 道。
6.根据权利要求1所述的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系 统，其特征在于，超声波调节器包括超声波发生器、时间继电器;超声波换 能器及变幅杆通过主体支撑材料固定并装配在反渗透水处理器的压力容器 中;超声波换能器及变幅杆的前端配置有金属板和侧面支撑网;超声波调节 器的输出端与超声波换能器及变幅杆相连接;超声波调节器的信息输入端与 水样处理器的信息输出端相连接;水样中央处理器根据对原水进水或部分产 出淡水的检测分析结果，调控超声波调节器的时间继电器，实现超声波发生 器的工作输出的通断及通断时间控制，以及调控实现超声波输出功率、输出 频率的控制。
7.根据权利要求1所述的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系 统，其特征在于，所述变幅杆形状为：圆棒形、圆台形、锥形、椭圆柱形、 阶梯形或链状形。
8.根据权利要求1所述的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系 统，其特征在于，所述脉动式高压泵进水器内包括给水高压泵、高压泵调控 器和原水进水取样口;所述高压泵调控器与给水高压泵相连接，所述脉动式 高压泵进水器分别与水样中央处理器和反渗透水样处理器相连接;在水样中 央处理器的调控下，给水高压泵在不同时间间隔条件下向反渗透处理器输进 不同流速、不同流量以及不同压力的原水。
说明书
一种智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系统
技术领域
本发明涉及水处理领域，更具体地说，涉及一种智能调温、调压与超声作 用的反渗透水处理系统。
背景技术
世界大部分地区都缺乏人类消耗和农业灌溉所需的淡水。在直布罗陀半 岛，阿鲁巴岛和中东地区非常干旱的卡塔尔，阿联酋和沙特阿拉伯，以及仅由 河流供应有限水资源的国家，例如南非，西班牙，纳米比亚，西西里岛和以色 列，这些国家都存在淡水供应短缺问题。中国被联合国列为世界上13个最贫 水的国家之一，人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，并且水资源分布不均。 目前，中国有400多个城市缺水，其中110个城市严重缺水，饮用苦咸水的农 村人口达3855万人。饮用水供应不足的问题在未来十年将加剧，这些应用水 供应不足的国家和地区大多靠近大洋、海湾或内海。由于海水盐含量过高，人 们无法得到大量可直接使用的淡水。海水的平均盐含量为35000ppmwt NaCl (质量分数为3.5%)，通常应降至500ppmwt NaCl或更低才能适于人类使用(氯 含量小于250ppmwt)。
反渗透技术广泛地应用于净化水的领域。在反渗透中，例如半咸水或不纯 水、海水等的供给溶液以高于供给水的渗透压的压力流经半透膜，在半透膜的 另一侧获得人们所需的净化水。
反渗透装置对进水水温与水压力有一定要求，水温对膜的产水量和产水水 质有一定影响。有文献研究表明，滤膜组件中反渗透膜属于有机膜范畴，其内 部孔隙有热胀冷缩的特性，温度降低时孔隙缩小，产水率较低;温度升高时孔 隙放大，产水率较高。一般25℃是临界点，当水温低于25℃时，每下降1℃， 膜系统产水率下降3%;当温度超过50℃后，膜片则会不可逆的损坏。当反渗 透水处理系统操作压力一定时，水温升高，产水量增加，除盐率略有下降。有 学者通过建立理论模型，计算结果表明提高反渗透进水温度，可以降低水处理 成本，并且还认为对反渗透进行预加热是反渗透处理的一种新方法。因此，可 以在满足产水量和产水水质的条件下对反渗透的操作参数进行优化：适当提高 进水温度，在达到饮用水水质标准的条件下提高产水量;或在稳定产水量的情 况下降低系统的运行压力及水泵的动力消耗，同时对提高设备运行的安全性和 可靠性具有重要作用。
目前在反渗透过程中基本都采用汽水换热器对生水进行加热，因而整个 设备装置较复杂。在整个反渗透水处理过程中，还缺乏有效的调温、调压与 超声波协同作用的高效水处理系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种智能调温、调压与超声作用的反 渗透水处理系统，能够产生热膜耦合效应，提高产水量;能够减小反渗透水处 理系统在运行过程中发生的浓差极化，提高离子的迁移速率，延缓反渗透过程 中膜污染的形成，并通过适当调控反渗透系统水压力，提高反渗透水处理系统 的工作效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能调温、调压与 超声作用的反渗透水处理系统，包括反渗透水处理器、电流温度调节器、超声 波调节器、脉动式高压进水器和水样中央处理器;所述反渗透水处理器包括反 渗透卷式膜、电致发热SiC多孔陶瓷管、温度传感器、水压力传感器、超声波 换能器及变幅杆、压力容器;所述电致发热SiC多孔陶瓷管与所述电流温度调 节器连接;所述温度传感器置于压力容器中，并与所述水样中央处理器连接; 所述水压力传感器置于压力容器中，并与所述水样中央处理器连接;所述超声 波换能器及变幅杆置于压力容器中，并与超声波调节器连接;所述水样中央处 理器分别与所述脉动式高压进水器及原水取样口相连接，与产出淡水取样口相 连接，并且分别与电流温度调节器和超声波调节器相连接。
上述方案中，所述水样中央处理器根据原水样进水取样或部分产出淡水取 样的分析检测结果，具体确定水样中的离子类型、离子浓度、水样电导率、水 样粘度，水样中央处理器根据温度传感器传输的系统温度信息、水压力传感器 传输的系统压力信息，以及此次反渗透水处理所设计的产品水标准，分别给脉 动式高压泵进水器发出工作参数调控指令，给电流温度调节器发出工作参数调 控指令，给超声波调节器发出工作参数调控指令。
上述方案中，所述反渗透水处理器中的1个或多个反渗透卷式膜分别卷在 电致发热SiC多孔陶瓷管外，并且置于压力容器中;所述反渗透卷式膜包括反 渗透膜、原水分隔件和透过水隔离件。
上述方案中，所述电致发热SiC多孔陶瓷管是反渗透处理器的淡水收集与 排出管，其具有高气孔率，低电阻率，耐高温、耐磨损，良好的化学稳定性， 良好的抗热震性，并具有较大的主透孔与蜂窝状的小孔道，小孔道呈三维贯通 网络状结构;所述电致发热SiC多孔陶瓷管采用多次浸渍Al2O3胶液，管内外 侧与孔道表面均形成Al2O3涂层结构，具有良好的绝缘性;所述电致发热SiC 多孔陶瓷管具有的较大的主透孔道与三维贯通小孔道相结合，易增强形成反渗 透水处理过程的湍流;反渗透膜组件包括由两侧的反渗透透膜与中间的透过水 隔离件(现有可市购)形成的袋状膜;袋状膜的两侧分别依次布置原水隔件和 反渗透膜形成整个的膜层结构，膜层结构呈螺旋状卷状绕在透过水集水管，即 本发明的电致发热SiC多孔陶瓷管的外侧面上，原水通过原水隔件所形成流道 在压力作用下透过反渗透膜，形成透过水流，在透过水隔离件汇集，通过电致 发热SiC多孔陶瓷管的主透孔，流入电致发热SiC多孔陶瓷管内，最终排出产 品水。由于电致发热SiC多孔陶瓷管内主透孔与三维贯通小孔之间的渗透作 用，能够提高湍流作用，能够减缓反渗透膜表面的结垢现象，能够有效提高反 渗透膜的工作效率。
上述方案中所述电致发热SiC多孔陶瓷管没有卷反渗透膜的两边有均匀致 密绝缘层，防止原水未经反渗透膜处理而渗漏，影响水处理产品水质量;所述 电致发热SiC多孔陶瓷管的两端有外接电极导线端及产出淡水输出接口;产出 淡水输出接口与绝缘材料制作的淡水输出管道相连接;外接电极导线端与电流 温度调节器相连接;反渗透水处理器的压力容器内的温度传感器以及电流温度 调节器均与水样中央处理器相连接;电流温度调节器通过接收水样中央处理器 的指令，通过外接电极导线给电致发热SiC多孔陶瓷管提供一定大小的工作加 热电流，反渗透水处理器系统温度升高;并通过与温度传感器的配合来调控反 渗透水处理器系统的工作温度。由于反渗透膜卷在电致发热SiC多孔陶瓷管外 侧，因而具有热膜耦合效应，即系统在一定范围内水温每升高1摄氏度，膜通 量上升2-3%。
上述方案中，所述超声波换能器及变幅杆置于反渗透水处理器的压力容器 中，包括主体支撑材料、金属板材料、外侧支撑网材料;变幅杆形状为：圆棒 形、圆台形、锥形、椭圆柱形、阶梯形或链状形。
上述方案中，所述超声波调节器内包括超声波发生器、时间继电器;超声 波发生器与时间继电器相连接;超声波发生器和时间继电器与水样中央处理器 相连接;超声波调节器与超声波换能器及变幅杆相连接;根据水样中央处理器 对原水进水或部分产出淡水的检测分析结果，以及此次反渗透水处理操作所设 计的产品水标准，水样中央处理器调控超声波调节器的时间继电器，实现超声 波发生器的工作输出的通断及通断时间控制，以及调控实现超声波输出功率、 输出频率的控制。
上述方案中，所述脉动式高压泵进水器内包括给水高压泵、高压泵调控器 和原水进水取样口;所述高压泵调控器与给水高压泵相连接;所述脉动式高压 泵进水器分别与水样中央处理器和反渗透水样处理器相连接;在水样中央处理 器的调控下，给水高压泵在不同时间间隔条件下向反渗透处理器输进不同流 速、不同流量以及不同压力的原水。
上述方案中，由于脉动式高压泵进水器与超声波的协同作用产生了强烈的 脉动水流与湍流效应，能够有效延缓反渗透膜的结垢现象，提高反渗透膜的工 作质量与效率;也有利于反渗透膜的清洗与再生。
本发明提供的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系统的工作过程 如下：
原水经脉动式高压水泵进水器的控制进入反渗透水处理器，原水一小部分 也进入水样中央处理器的原水样分析入口;水样中央处理器对原水样的离子种 类、离子浓度、水样电导率、水样粘度等进行综合分析后，然后结合此次反渗 透水处理操作所设计的产品水标准，分别通过水样中央处理器的指令输出端给 电流温度调节器的指令输入端发出调控工作电流参数信息;由电流温度调节器 的电流输出端对反渗透水处理器中的电致发热SiC多孔陶瓷管提供电加热工 作电流;由于反渗透水处理器的压力容器中的1个或多个反渗透卷式膜分别卷 在电致发热SiC多孔陶瓷管外，因而具有热膜耦合效应，即系统在一定范围内 水温每升高1摄氏度，膜通量上升2-3%;在电致发热SiC多孔陶瓷管没有卷 反渗透膜的两边有均匀致密绝缘层防止原水未经反渗透膜处理而渗漏，防止影 响水处理质量;由于反渗透膜卷在电致发热SiC多孔陶瓷管区间的主透孔与三 维贯通小孔之间渗透作用而增强湍流作用，能够减缓反渗透膜表面的结垢现 象，能够有效提高反渗透膜表面的工作效率。电致发热SiC多孔陶瓷管在电流 作用下，反渗透水处理器系统的工作温度升高;反渗透水处理的压力容器中的 温度传感器将工作温度大小信息反馈至水样中央处理的输入端;水样中央处理 器根据反渗透水处理器已经设计此次系统操作工作温度，由水样中央处理器的 指令端给电流温度调节器的信息输入端发出进一步调控工作参数信息;电流温 度调节器的电流输出端改变并调整对反渗透水处理的电致发热SiC多孔陶瓷 管提供电加热工作电流大小，达到调控反渗透水处理器的系统工作温度。
水样中央处理器对原水样综合分析后，也通过指令输出端口向超声波调节 器的信息输入端口发出调控超声波工作参数信息;由超声波调节器的输出端向 反渗透水处理器的容器内装配的超声波换能器及变幅杆发出工作参数信息，超 声波工作参数信息包括：时间继电器(装配在超声波调节器中)可实现0.01 秒-999分范围通断控制，超声波间断输出工作时间、超声波输出频率、超声波 输出功率。
水样中央处理器对原水样综合分析后，并结合反渗透水处理器的压力容器 内装配的水压力传感器传输给水样中央处理器信息输入端口信息，水样中央处 理器依据此次反渗透水处理操作所设计的产品水标准，进一步调控脉动高压泵 将原水输进反渗透水处理器的时间间隔，原水输进的脉动式流量及流速信息， 以达到调控反渗透水处理器的容器内反渗透膜上的工作压力的目的;由于脉动 式高压进水器与超声波的协同作用产生了强烈的脉动水流与湍流效应，能够有 效延缓反渗透膜的结垢现象，从而提高反渗透水处理器的工作质量与工作效 率。
反渗透水处理器的产出淡水的一小部分传输给水样中央处理器的端口;经 水样中央处理器对产出淡水的离子种类、离子浓度、水样电导率、水样粘度等 综合分析，并且对比已经设计的此次操作产出淡水的标准参数，然后再由水样 中央处理器分别对电流温度调节器、超声波调节器和脉动式高压泵进水器发出 进一步修改调整反渗透水处理器系统的工作参数信息，以确保达到产出淡水的 设计标准，因而反渗透水处理器系统输出合格的产出淡水;反渗透水处理器系 统的产出浓水回收或另行处理。
本发明的智能调温、调压与超声作用的反渗透水处理系统与现有技术相比 较具有以下优点：
a.本发明提供的反渗透水处理系统采用结合智能调温、调压与超声作用， 达到系统工作温度、系统水压力、超声功能的协同效应，优化了反渗透水处理 装置的工作环境，提高了反渗透水处理装置的工作效率与工作质量。
b.本发明提供的反渗透水处理系统，反渗透卷式膜螺旋卷在电致发热SiC 多孔陶瓷管外侧，并结合温度传感器、电流温度调节器等实现智能调温，可根 据水样中央处理器对原水样或产出淡水样的综合分析，智能调整供给电致发热 SiC多孔陶瓷管的不同大小电加热电流，从而实现反渗透水处理装置的工作温 度调控，因此特别适用于在高纬度地区冬季环境(接近零摄氏度，或低于零摄 氏度)的反渗透水处理。
c.本发明提供的反渗透水处理系统，可根据不同种类、不同来源、不同离 子浓度的液体，其反渗透装置工作参数可以实现设计多样化，水处理质量监控 自动化，水处理系统操作智能化;由于系统采用了电致发热SiC多孔陶瓷管与 反渗透卷式膜相结合，具有热膜耦合效应，即系统在一定范围内水温每升高1 摄氏度，膜通量上升2-3%，可以提高反渗透水处理装置工作效率。
d.本发明提供的反渗透水处理系统，在反渗透装置内采用超声波功能并结 合脉动式高压泵进水器，在水处理系统产生协同效应并形成湍流，能够有效地 抑制、延缓反渗透卷式膜的污染形成，并能实现在线调温对反渗透卷式膜的即 时有效清洗。
因此本发明系统可使用于排水再利用、纯水制造、浓盐水淡水化、海水淡 水化等。