专利名称：深海海水淡化机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种深海海水淡化装置。
现有的CN2368833Y公开了一种“海水淡化及抽取装置”，其使用的淡化净化管工作时，膜表面的海水处于半静止状态，随着淡化水的不断生成，势必造成贴近膜表面的海水浓度逐渐增高，膜表面裹覆的净化层又限制了海水的自然稀释作用，要继续维持不断增高浓度的海水反渗透功能，只能不断加大海水压力，这恰恰与深海处具有稳定的高压并用以海水淡化的设计思路相矛盾。对淡水的输送，采用的是借助高压泵直接抽取深海淡水，这样尽管比对海水直接加压而淡化所需的能耗小，但毕竟还是增加了昂贵的高压泵的成本及能耗。其对海洋生物的危害未作防护，如海洋动物对膜表面的直接损伤，海洋微生物、壳类生物在膜表层的附着繁衍等。
发明内容本实用新型对现有技术进行改进，解决了现有海水淡化装置中高压、高能耗的问题，使深海应用成为现实。
本实用新型深海海水淡化机，包括海水过滤预处理器、功能转换系统、海水淡化系统、淡化水自动浮升系统；海水过滤预处理器包括依次设在机架内的粗栅栏、细栅栏、沙滤器、精滤器，沙滤器内的沙滤器托网上装有卵石垫料和石英沙，精滤器内的精滤器托网上装有纤维球；功能转换系统包括设在机架内精滤器后边的组合阀滑块、装在组合阀滑块尾杆的组合阀液压缸、连接在组合阀液压缸上的组合阀液压泵；利用组合阀液压泵推拉组合阀滑块前后移动；组合阀滑块内腔带有上下贯穿的孔，组合阀滑块向后移动时，其内腔上贯穿的孔将设在机架内的潜水泵室与由精滤器送来的精滤水连通，进行海水淡化；当组合阀滑块向前滑动时，组合阀滑块上贯穿的孔将设在机架内的浓海水通道与精滤器贯通，进行反冲洗；海水淡化系统包括潜水泵室、深海潜水泵、保安过滤器、滤芯、反渗透膜组件、淡水管堵头、淡水嘴、淡水管、集水器水嘴、淡水集水管，潜水泵室内装有深海潜水泵，深海潜水泵连有保安过滤器，保安过滤器内装有滤芯，在浓海水通道与保安过滤器之间装有反渗透膜组件，反渗透膜组件上靠浓海水通道的一端装有淡水管堵头，另一端装有淡水嘴，并通过淡水管、集水器水嘴，汇入淡水集水管；淡化水自动浮升系统包括与淡水集水管连接的减压室、设置在减压室内的水位开关、大气连通管、淡水输水泵、淡水输送器等，减压室由橡胶密封圈密封，淡水输水泵上装有输水管，淡水输水泵外设有隔离套，输水管连接淡水输送器。
本实用新型采用反渗透膜分离技术，反渗透膜组件直接采用商购，利用深海压力进行海水淡化。把整机完全置于深海中，利用深海压强作为反渗透膜动力，取代了昂贵的高压泵，采用深海潜水泵不断输入洁净海水流过膜表面以更新置换浓海水，来保持膜面稳定的反渗透功能，推动海水在反渗透膜表面进行水质置换，减轻了浓差极化，有效的降低了能耗和设备造价。由于直接取用深海海水，降低了预处理水质要求和动力消耗。整机不占或少占陆地面积，降低了基建成本；避免了浓海水的排放处理，既节约成本又符合环保要求，特别是将淡水回收率控制在20％左右，不会对周边海洋生物产生影响。又由于采用多路预处理器循环工作及利用洁净的废弃浓海水对预处理器进行反冲洗，既保证了RO进口水质，又避免了水下操作，同时还避免了反冲洗用水和能耗。本机不仅设置了栅栏以阻挡海底生物的直接损伤和附着，且增设了紫外灯灭菌器，以彻底消除用常规过滤方法未能清除的微生物繁衍活力，既减少了RO膜的冲洗频率，又延长了膜的使用寿命并保证深海设备在水下长期运行的可靠性和水下工作的周期；避免了传统的加药灭菌，在水下加药排放而对周边生物的危害。利用淡化水与海水的比重不同，将隔膜泵的性能与深海压力巧妙的结合起来，充分利用，使淡化水自动浮升，不需高扬程设备，降低能耗。采用敞开式设计，使装置内外与深海压强相同，避免了深海压强对构件的高抗压要求，极大地简化了整体装置的抗压设计要求。构件以玻璃钢制造，不存在海水浸蚀问题。采用换向的组合阀，可实现水面遥控。将机上减压室与海面大气联通，使深海高压与大气压差在反渗透膜组件的膜表面形成膜分离动力，利用洁净的海水，在膜表面生成海水浓缩液而在膜背面获得反渗透液一淡化水。本机取代了高压高能耗的海水淡化装置，实现了低压低能耗的海水淡化目的。从大幅度降低淡水生产成本上，为海水淡化提供了更大的实际应用空间。
图2是本实用新型的海水过滤预处理器结构示意图。
图3是本实用新型的海水淡化系统结构示意图。
图4是本实用新型的淡化水自动浮升系统结构示意图。
图5是本实用新型的淡水输送器的结构示意图。
图6是图5的侧视图。
图7是本实用新型近岸应用示意图。
图8是本实用新型远岸应用示意图。
本实用新型深海海水淡化机，包括海水过滤预处理器54、功能转换系统、海水淡化系统57、淡化水自动浮升系统58；海水过滤预处理器54包括依次设在机架19内的粗栅栏1、细栅栏2、沙滤器4、精滤器5、精滤器7，沙滤器4内的沙滤器托网16上装有卵石垫料17和石英沙18，精滤器4、5内的精滤器托网14上装有纤维球15；功能转换系统包括设在机架19内精滤器7后边的组合阀滑块9、装在组合阀滑块9尾杆的组合阀液压缸10、连接在组合阀液压缸10上的组合阀液压泵11；利用组合阀液压泵11推拉组合阀滑块9前后移动；组合阀滑块9内腔带有上下贯穿的孔，组合阀滑块9向后移动时，其内腔上贯穿的孔将设在机架19内的潜水泵室12与由精滤器7送来的精滤水连通，进行海水淡化；当组合阀滑块9向前滑动时，组合阀滑块9上贯穿的孔将设在机架19内的浓海水通道8与精滤器7贯通，进行反冲洗；海水淡化系统57包括潜水泵室12、深海潜水泵28、保安过滤器27、滤芯26、反渗透膜组件21、淡水管堵头20、淡水嘴22、淡水管23、集水器水嘴29、淡水集水管25，潜水泵室12内装有深海潜水泵28，深海潜水泵28连有保安过滤器27，保安过滤器27内装有滤芯26，在浓海水通道8与保安过滤器27之间装有反渗透膜组件21，反渗透膜组件21上靠浓海水通道8的一端装有淡水管堵头20，另一端装有淡水嘴22，并通过淡水管23、集水器水嘴29，汇入淡水集水管25；淡化水自动浮升系统58包括与淡水集水管25连接的减压室24、设置在减压室24内的水位开关36、大气连通管30、淡水输水泵35、淡水输送器33等，减压室24由橡胶密封圈34密封，淡水输水泵35上装有输水管31，淡水输水泵35外设有隔离套32，输水管31连接淡水输送器33。
精滤器7与组合阀滑块9之间装有紫外灯灭菌器13，精滤器5与精滤器7之间装有备用紫外灯6。淡水输送器33为带球节可收张的扁平形柔性囊束。
图1示出了三组预处理器(54、55、56)、海水淡化系统57、淡化水自动浮升系统58的功能组合及流程预处理(过滤)—制水(提取反渗透液即淡水)—反冲洗(清除过滤层中污垢)—浓水排放—淡化水浮升的循环过程。
图2示出了一组预处理器从防护至精滤的功能组合。
如图所示，工作时，把整机安装在深海中，将机上减压室24与海面大气联通，使深海高压与大气压差在反渗透膜组件21的膜表面形成膜分离动力，采用深海潜水泵28向反渗透膜组件21注入洁净的海水，在膜表面生成海水浓缩液而在膜背面获得反渗透液—淡化水。
如图2、图3所示，海水预处理过程为在本机深海潜水泵28的抽水作用下，海水经粗栅栏1、细栅栏2进入沙滤器4，在沙滤器4内经过石英沙18的过滤后，进入精滤器5和精滤器7，在精滤器内经过蝌蚪形纤维球15精滤后，流过紫外灯灭菌器13时，进行灭菌处理后，通过组合阀滑块9内腔进入潜水泵室12，由深海潜水泵28抽取并注入保安过滤器27，由滤芯26除去浮游生物残骸及残余微小悬浮物，以洁净的海水状态注入反渗透膜组件21，在深海与大气压差的推动下，在膜背面渗出脱盐水—淡化水，在膜表面形成海水浓缩液，并流入浓海水通道8。此过程占全设备预处理器的2/3(
图1示出了3组预处理器)，另外预处理器的1/3(1组预处理器)已由组合阀液压泵11推动组合阀滑块9向前滑移，使组合阀滑块9内腔与浓海水通道8联通，组合阀滑块9内腔与潜水泵室12的通道同时截止。由反渗透膜组件21提取淡水后产生的海水浓缩液在深海潜水泵28的推动下，依次对精滤器7、精滤器5、沙滤器4进行自下向上的反冲洗，并携带冲洗下来的污物，对细栅栏2、粗栅栏1也进行了反冲洗，最后排入大海。当万一出现水草等杂物对粗栅栏1大面积阻塞时，设在机架19与粗栅栏1之间的铰链3可减缓反冲阻力，对装置起保护作用。至此形成预处理(过滤)—淡水制取(提取反渗透液即淡水)—反冲洗(清除过滤层中污垢)—浓水排放—淡化水浮升的循环过程。反渗透产生的淡化水经淡水嘴22、淡水管23、集水器水嘴29汇入淡水集水管25，由淡水集水管25自动导入减压室24。
如图4、图5、图6所示，当淡水集聚到一定水位时，推动水位开关36，启动淡水输水泵35(隔膜泵)，由输水管31向淡水输送器33输水。扁平的淡水输送器33内腔在水压作用下，呈现稍张即合波动式向上挤压输水至最近的一个水泡；水泡稍有充盈，则在外部压力作用下继续向上送水。当送水阻力足以使某段水泡产生一定充盈时，充盈水泡则受到比重较大的海水对其作用的浮力，而水泡受护套46和小锚链47的限制不能上浮，于是只能有淡水输送器33内的淡水上浮。其实质也就是淡水在淡水输送器33内腔约束下，由高压区(深海底)向低压区(海平面)的流动，从而实现淡水自动浮升。淡水输水泵35选用隔膜泵，运用了隔膜泵脉动输出，输出性能与外部压力无关且有停机自动阻止液体倒流等性能。当减压室24内水位下降至设定点，推动水位开关36使淡水输水泵35停机，淡水输水泵35内逆止阀阻止淡水输送器33内淡水回流。至此淡水输送完成一个循环。
如图7所示，在近岸应用时，整机安装在海底锚座43上，海底锚座43上装有吊环44用于起吊安装，机上大气联通管30、淡水输送器33及电缆45由护套46维护，用小锚链47贴着海岸分段固定。淡水室41外加装橡胶护栏42主要起防止淡水室41在海浪中与海岸的碰撞和磨损。在淡水室41内装有水位开关39和输水泵40，解决了制水、输水的不同步问题，并由输水管38送入水厂37。为防止水资源浪费，建议采用分质供水，即将淡化水再经一次反渗透，分为可供生饮的纯净水和洗涤用水(即反渗透浓缩液)，而厕所冲洗用水则直接抽取海水使用。
如图8所示，在远离海岸应用时，应配备柴油发电机50为整机提供电力供应，并用锚链52、护环53，将淡水输送器33末端淡水室41置于海平面下一定深度，可减弱海面风浪的影响，并可实现淡水自动注入船台51上的淡水箱49内。另外还应加装水下警示器具，以防潜水器具的损伤。
为防止大气联通管30被深海高压海水挤扁，造成减压室24失效(轻则影响产水，重则造成反渗透膜复合部开裂报废)。大气联通管30采用厚壁空心纤维编织成绳结构，并与水上气室48联通，即保证了大气联通管30的通气性，又保留其柔软性能。
为防止海水对设备的浸蚀，机架19、减压室24、组合阀滑块9、组合阀液压缸10等主要构件均选用玻璃钢制造。
淡水输送器亦可应用于海底气、液、油的输送。
预测设备运行周期1、预处理过滤—反冲洗过程为每4小时转换1/3，即每组预处理系统连续过滤8小时后反冲洗4小时，每昼夜转换2次。2、整机水面检修每年进行一次，即更换滤芯和紫外灯灭菌器；用药物清洗反渗透膜组件和蝌蚪形纤维球；检修、保养组合阀液压泵、深海潜水泵、淡水输出泵及水位开关等。3、三年更换全部泵组件及膜组件。全部更换件经清洗测试仍有使用价值的，不得再在水下使用，检修保养后入库，供陆上分质供水设备使用。
权利要求1.一种深海海水淡化机，包括海水过滤预处理器、功能转换系统、海水淡化系统、淡化水自动浮升系统；其特征在于海水过滤预处理器(54)包括依次设在机架(19)内的粗栅栏(1)、细栅栏(2)、沙滤器(4)、精滤器(5)、精滤器(7)，沙滤器(4)内的沙滤器托网(16)上装有卵石垫料(17)和石英沙(18)，精滤器(4、5)内的精滤器托网(14)上装有纤维球(15)；功能转换系统包括设在机架(19)内精滤器(7)后边的组合阀滑块(9)、装在组合阀滑块(9)尾杆的组合阀液压缸(10)、连接在组合阀液压缸(10)上的组合阀液压泵(11)；利用组合阀液压泵(11)推拉组合阀滑块(9)前后移动；组合阀滑块(9)内腔带有上下贯穿的孔，组合阀滑块(9)向后移动时，其内腔上贯穿的孔将设在机架(19)内的潜水泵室(12)与由精滤器(7)送来的精滤水连通，进行海水淡化；当组合阀滑块(9)向前滑动时，组合阀滑块(9)上贯穿的孔将设在机架(19)内的浓海水通道(8)与精滤器(7)贯通，进行反冲洗；海水淡化系统(57)包括潜水泵室(12)、深海潜水泵(28)、保安过滤器(27)、滤芯(26)、反渗透膜组件(21)、淡水管堵头(20)、淡水嘴(22)、淡水管(23)、集水器水嘴(29)、淡水集水管(25)，潜水泵室(12)内装有深海潜水泵(28)，深海潜水泵(28)连有保安过滤器(27)，保安过滤器(27)内装有滤芯(26)，在浓海水通道(8)与保安过滤器(27)之间装有反渗透膜组件(21)，反渗透膜组件(21)上靠浓海水通道(8)的一端装有淡水管堵头(20)，另一端装有淡水嘴(22)，并通过淡水管(23)、集水器水嘴(29)，汇入淡水集水管(25)；淡化水自动浮升系统(58)包括与淡水集水管(25)连接的减压室(24)、设置在减压室(24)内的水位开关(36)、大气连通管(30)、淡水输水泵(35)、淡水输送器(33)等，减压室(24)由橡胶密封圈(34)密封，淡水输水泵(35)上装有输水管(31)，淡水输水泵(35)外设有隔离套(32)，输水管(31)连接淡水输送器(33)。
2.根据权利要求1所述的深海海水淡化机，其特征在于所述精滤器(7)与组合阀滑块(9)之间装有紫外灯灭菌器(13)，精滤器(5)与精滤器(7)之间装有备用紫外灯(6)。
3.根据权利要求1所述的深海海水淡化机，其特征在于所述淡水输送器(33)为带球节可收张的扁平形柔性囊束。
专利摘要本实用新型公开了一种深海海水淡化机，解决了现有海水淡化装置中高压、高能耗的问题。它包括海水过滤预处理器、功能转换系统、海水淡化系统、淡化水自动浮升系统；海水过滤预处理器包括粗栅栏、细栅栏、沙滤器、精滤器，功能转换系统包括组合阀滑块、组合阀液压缸、组合阀液压泵，海水淡化系统包括深海潜水泵、保安滤芯、反渗透膜组件、淡水管堵头、淡水嘴、淡水管、集水器水嘴、淡水集水管，淡化水自动浮升系统包括淡水集水管、减压室、水位开关、大气连通管、淡水输水泵、输水管、隔离套，淡水输送器等。实现了深海预处理—淡水制取(提取反渗透液即淡水)—反冲洗—浓水排放—淡化水浮升的循环过程。使深海应用成为现实。
文档编号C02F1/44GK2561780SQ0224707
公开日2003年7月23日 申请日期2002年8月2日 优先权日2002年8月2日
发明者刘继中 申请人:刘继中