一种反渗透净水装置的制造方法
【技术领域】
[0001]一种反渗透净水装置，根据渗透膜溶解扩散原理设计，其特征是，装置有弹簧和空气混合储能、储压、稳压、储水结构。
【背景技术】
[0002]目前反渗透净水装置均是根据经典的反渗透理论设计:反渗透的两侧有不同浓度的溶液，淡溶液有较大化学势，溶剂会从较淡溶液透过半透膜向较浓侧转移，浓溶液侧液位升高，这是自然渗透，高度差就是渗透压，如果反向施加压力克服渗透压，浓溶液侧溶剂就会克服化学势动力向淡溶液侧转移，这是逆向渗透。
[0003]该原理设计需要反向加压，因此反渗透净水机都要一个增压泵，反渗透表面会产生浓差极化层，在一定的压力下层厚度会不断的增加，因此需要排废水。废水比例达到1:3,这个比例随温度下降急剧下降，冬天达到1:7.废水控制方面。目前针对废水方面有许多改进；如废水回流到水源，此技术对公共饮水具有不确定安全或心理因素，使该技术不具备市场接受度；专用废水桶接废水再利用技术，相关控制技术复杂，如需要专人跟踪水桶水位等，操作上有难度；水局部循环间歇排废水技术，因影响反渗透工作压力的因素多，使其产品性能很难做到工业标准的一致性，运行工况没有一致性。即使是标准反渗透净水机，其水源压力，泵性能，废水比例等相关因素复杂，变成每台机器运行条件差距巨大。另外根据该原理设计的反渗透净水机水分子透过反渗透膜的速度比可溶性矿物质分子速度快很多，造成产水矿物质含量几乎可以忽略。根据统计学方法的数据，自来水矿物质含量水高低与心血管疾病具有确切的相关性，山泉水源几乎没有矿物质，罹患中风的概率偏高.但在污染形势严峻的今天，反渗透又是不得不的最好选择。经典的反渗透理论(原理)只是表述了溶剂在压力驱动下，克服化学势动力从浓溶液侧向较淡溶液侧逆向渗透现象，并不是反渗透(半透膜)能分离溶质溶剂的选择性分离原理.选择性分离原理才是反渗透净水机分离纯水的真正原理.因此用“反渗透”命名半透膜(反渗透水质)处理机(技术)是不准确的。为叙述的方便，在此依旧延用“反渗透”这个名称。
[0004]反渗透选择性分离溶质溶剂分离原理经典理论有三种:
1.溶解-扩散模型
Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。他将反渗透的活性表面皮层看作为致密无孔的膜，并假设溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内，各自在浓度或压力造成的化学势推动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异影响着他们通过膜的能量大小。其具体过程分为:第一步，溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解；第二步，溶质和溶剂之间没有相互作用，他们在各自化学位差的推动下以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层；第三步，溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。
[0005]在以上溶质和溶剂透过膜的过程中，一般假设第一步、第三步进行的很快，此时透过速率取决于第二步，即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。由于膜的选择性，使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数，并且决定于其在膜中的溶解度。
[0006]2.优先吸附一毛细孔流理论
当液体中溶有不同种类物质时，其表面张力将发生不同的变化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有机物质，可使其表面张力减小，但溶入某些无机盐类，反而使其表面张力稍有增加，这是因为溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度和溶液内部浓度不同，这就是溶液的表面吸附现象。当水溶液与高分子多孔膜接触时，若膜的化学性质使膜对溶质负吸附，对水是优先的正吸附，则在膜与溶液界面上将形成一层被膜吸附的一定厚度的纯水层。它在外压作用下，将通过膜表面的毛细孔，从而可获取纯水。
[0007]3.氢键理论
在醋酸纤维素中，由于氢键和范德华力的作用，膜中存在晶相区域和非晶相区域两部分。大分子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域，而大分子之间完全无序的为非晶相区域，水和溶质不能进入晶相区域。在接近醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子会形成氢键并构成所谓的结合水。当醋酸纤维素吸附了第一层水分子后，会引起水分子熵值的极大下降，形成类似于冰的结构。在非晶相区域较大的孔空间里，结合水的占有率很低，在孔的中央存在普通结构的水，不能与醋酸纤维素膜形成氢键的离子或分子则进入结合水，并以有序扩散方式迀移，通过不断的改变和醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜。
[0008]在压力作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点一一羰基上的氧原子形成氢键，而原来水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之移到下一个活化点并形成新的氢键，于是通过一连串的氢键形成与断开，使水分子离开膜表面的致密活性层而进入膜的多孔层。由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能够畅通流出膜外。
[0009]以上三种理论均能找到相关的证据证明，真正的原理科学界也没有找到统一的说法，在微观的角度我们依旧可以把它设想成孔径过滤，本质上也是孔径过滤。其渗透孔径约0.0001微米，能透过分子量150以下的物质。液态分子的孔径过滤受构成孔径的物质分子的立体几何结构形状、化学势(吉布斯自由能)，化学键(原子核对电子吸引力)，材料电荷极性(范德华静电弱力)的影响，浓水侧施加压力是为克服这几种阻力。与统反渗透的克服单一化学势渗透压有微妙的不同，虽然均需要压力驱动。
[0010]在浓水侧施加压力后，水分子透过反渗透到达淡水侧，浓水侧膜表面形成浓差极化层，与原水形成浓度差；勒夏特列平衡原理，只要控制压力或产水的速率，较淡的原水有更大的化学势，水分子逐渐的补偿到浓差极化层，浓差极化层可溶矿物向淡原水扩散的速度远远大于原水矿物质向浓差极化层的速度(比例)，这样这两个浓度差层就会逐渐的趋向平衡，使之浓度相等，浓差极化层厚度并不持续增加。这很好的解释了为什么传统反渗透流程结构正常使用下，冲刷水流永远无法到达的角落无可溶矿物盐析出结晶的问题。
【发明内容】
[0011]根据以上的孔径渗透扩散原理及勒夏特列平衡原理，本发明通过储能、稳压、管路空间的可压缩性等提高增压泵的效能；通过控制压力方式控制产水的速度，进而控制浓差极化层的厚度，不需要持续的排废水；通过间歇排废水的方式排出浓缩后的废水，使原水的矿物质浓度保持在矿物盐解析浓度以下，使产水过程持续进行。通过延长膜与水接触时间的方法提高矿物质透过渗透膜的比例的方法使产水具有分子量150 —下的矿物质，且矿物质含量通过电子程序调节接触时间的方法调节。
[0012]本发明达到其要求的技术方案是:原理为孔径渗透扩散原理及勒夏特列平衡原理，装置带增压泵，弹簧空气混合储能、储压、稳压、储水结构，和压力控制装置；以压力来控制产水的流速度，间歇排废水装置使浓水侧水的矿物质浓度保持在矿物盐解析浓度以下，使产水持续进行。电子程序调节排废水时间间歇。
[0013]本发明装置的有益效果是:
节能，增加了储能结构，起到类似高压气筒储气罐的效果，运行功率约为传统反渗透85%，运行时间减少约3/1 ;运行功率降低、运行时间减少意味可靠性提高。因水的不可压缩性，造成传统反渗透效率低下，泵运行负荷大，本装置通过引入体积可压缩空气，通过体积空间的变换和能量的储存，和水的储存，达到提高增压泵的运行效率。
[0014]产水率高，通过电子程序调节反渗透膜与水的接触时间，进而提高产水率，废水少，产水率达到最低65%，在低TDS值地区如山泉地区接近95% ;节约水，用水不到传统反渗透的3/1。
[0015]滤芯寿命长，产水率高，废水少意