适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置制造方法
【专利摘要】一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，包括预处理模块、脱盐模块、自动清洗模块和控制模块，脱盐模块的浓水主管经电动流量调节阀后分成浓水排放支管和浓水回流支管两个管路，并通过调节两个管路上的相关阀门控制浓盐水流量分配，进而实现针对不同使用地点原水水质对设备整体回收率进行灵活调控的目的，在保证产水水质和装置使用寿命的同时，提高设备的经济性和对不同水质的适用性；高压泵上连有变频器，配合浓水主管上电动流量调节阀的自动调节，可实现装置随新能源独立发电输出功率波动自动变负荷运行，维持新能源独立电网的稳定可靠运行，显著降低对独立微网储能设备容量的需求。本实用新型可广泛应用于不同水质苦咸水的淡化。
【专利说明】适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型专利涉及苦咸水淡化装置，特别涉及一种适用于新能源独立供电的苦 咸水淡化设备。
【背景技术】
[0002] 我国是淡水资源严重匮乏国家之一，西北地区有一亿左右农牧民饱受苦咸水和高 氟水的危害。这些地区一般经济发展缓慢，人口密度低，供电供水基础设施建设滞后，城镇 化的集中供水方式既不经济也难以实现有效管理。目前，为解决偏远落后地区居民生活饮 用水和生产用水问题，比较可行的措施是采用新能源离网发电进行苦咸水淡化。
[0003] 但是，常规苦咸水淡化设备对供电的可靠性要求高，而新能源发电的输出功率存 在的波动性和间歇性，在相应的缺少变负荷调节设备的情况下，为保证苦咸水淡化设备的 稳定运行，必须要配置大容量的储能设备，这样不仅导致设备投资高、设备运行维护工作量 大，而且频繁充放电也会造成对新能源的利用率偏低。
[0004] 另外，现有技术中，由于苦咸水淡化装置没有设计相关的回收率调节管路和设备， 设备结构一旦确定，其回收率不能根据现场的水质条件进行调节。如将此类装置用于水质 不同的不同地区的苦咸水淡化，容易发生回收率过高或过低所带来的膜组件易于结垢或浓 水的排量大、水资源得不到充分等问题，对不同苦咸水水质的适应性较差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置， 要解决常规苦咸水淡化装置在新能源独立发电直接驱动时无变负荷调节设备、为保证其稳 定运行必须配置大容量储能设备、导致设备投资高、设备维护量大和新能源利用率偏低的 问题；同时解决现有技术中苦咸水淡化装置不能根据进水水质灵活调节装置整体的回收 率、对苦咸水进水水质的适应性较差、致使装置回收率与进水水质不匹配、且装置需要频繁 维护或过量废水排放影响环境等技术问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
[0007] -种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，包括有预处理模块、脱 盐模块、化学清洗模块和控制模块：
[0008] 所述预处理模块由经预处理管路依次连接的原水水箱、原水泵、过滤器一、UF超滤 设备、紫外线杀菌设备和UF产水水箱组成，并且UF超滤设备和UF产水水箱之间有一条设 有反冲洗泵的UF反冲洗管路，超滤设备还通过预处理管路与UF反冲洗排水管连通；
[0009] 所述脱盐模块包括与UF产水水箱连通的高压泵和与高压泵出口连接的RO反渗透 膜组件，所述RO反渗透膜组件通过设有流量计一和电导率表的淡水管路与RO产水水箱连 通，并且RO反渗透膜组件还与一设有压力变送器和电动流量调节阀的浓水主管连通，浓水 主管又通过设有流量计三的浓水排放支管与浓水池连通，浓水主管还通过设有流量计二的 浓水回流支管与UF产水水箱连通；
[0010] 所述化学清洗模块包括化学清洗水箱、清洗泵、过滤器二、化学清洗供水管路和化 学清洗回水管路组成，所述化学清洗供水管路RO反渗透膜组件和化学清洗回水管路顺次 连通形成RO清洗循环回路；所述化学清洗供水管路、UF超滤设备和化学清洗回水管路顺次 连通形成UF清洗循环回路。
[0011] 所述控制模块包括用于对变频器和电动流量调节阀进行联动调节、同时控制预处 理模块的产水和反冲洗流程的PLC。
[0012] 作为本实用新型的优选技术方案，所述高压泵的电动机通过变频器与电源连接， 可以通过调节变频器输出频率动态调节高压泵的供水流量和压力。
[0013] 作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述UF超滤设备和UF产水水箱之间连 有一条设有反冲洗泵的UF反冲洗管路，所述UF超滤设备通过预处理管路与UF反冲洗排水 管连通。反冲洗水从UF产水水箱内被反冲洗泵打入UF超滤设备中进行反冲洗，之后经过 预处理管路从UF反冲洗排水管中流出。
[0014] 进一步优选的，所述UF清洗循环回路中的化学清洗供水管路的一端与化学清洗 水箱连通，另一端与过滤器一和UF超滤设备之间的预处理管路连通；所述UF清洗循环回路 中的化学清洗回水管路的一端与UF超滤设备连通，另一端与与化学清洗水箱连通。
[0015] 更进一步优选的，所述RO清洗循环回路中的化学清洗供水管路的一端与化学清 洗水箱连通，另一端与高压泵与RO反渗透膜组件之间的管路连通；所述RO清洗循环回路中 的化学清洗回水管路的一端与压力变送器和电动流量调节阀之间的浓水主管连通，另一端 与与化学清洗水箱连通。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的技术优势在于：
[0017] 1、变负荷调节功能
[0018] 设置变频器和浓水流量电动调节阀，控制模块接到新能源独立电网能源管理系统 发出的系统负荷调节指令后，通过调节变频器输出频率调节高压泵的工作负荷，与此同时， 通过调节浓水流量电动调节阀开度，实现在保证RO膜壳及高压管路内压力的平稳缓慢变 化条件下的苦咸水淡化装置的变负荷运行。具体实现方案为，变负荷调节过程中，控制模块 根据在线监测反渗透膜组件膜壳内的压力和进水/产水流量，采用PI闭环调节算法控制浓 水流量电动阀的开度连续缓慢变化，实现膜组件在整个调节过程中保持稳定的回收率和膜 壳内压力在无明显波动情况下平缓过渡到指定工作状态，避免由于新能源发电系统发电量 的不稳定带来的产水装置频繁起停给设备造成损害，实现装置根据新能源独立供电条件的 自动变负荷运行，有利于维持新能源独立电网的稳定可靠运行，并显著降低对独立微网储 能设备容量的需求。
[0019] 2、回收率调节功能
[0020] 为保证产水质量和避免反渗透膜结垢，不同进水水质（主要包括含盐量和硬度两 项指标）的苦咸水需要不同的回收率，为此本实用新型设置了相应的回收率调节管路及设 备，浓水主管连接浓水排放支管和浓水回流支管，其中排放支管与废水池连通，该支管上 设有流量调节阀二和流量计三，回流支管与UF产水水箱连通且其上设有用于调节设备整 体回收率的流量调节阀一和流量计二，运行时根据原水水质调节流量调节阀一和流量调 节阀二实现对苦咸水的整体回收率的调节，提高了装置对苦咸水水质的适应能力，可以 避免进水硬度高带来的膜结垢、需要进行频繁化学清洗的问题，或低含盐量苦咸水设备回 收率过低造成水资源浪费严重、废水过量排放等问题，可以在不同苦咸水含盐量（1000? 20000ppm)的不同地区进行推广应用。
[0021] 本实用新型充分发挥苦咸水淡化装置的整体性能，实现苦咸水的高效利用，降低 装置产水能耗和成本，降低环境污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本实用新型涉及的适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置的 总工艺图。
[0023] 图2是本实用新型涉及的适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置的 淡化过程的水流方向示意图。
[0024] 图3是本实用新型涉及的适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置的 超滤设备4的反冲洗过程水流方向示意图。
[0025] 图4是本实用新型涉及的适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置的 超滤设备4的化学清洗过程的水流方向示意图。
[0026] 图5是本实用新型涉及的适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置的 反渗透膜组件9的化学清洗过程的水流方向示意图。
[0027] 附图标记：1-原水水箱、2-原水泵、3-过滤器一、4-化学清洗泵、5-化学清洗水 箱、6-预处理管路、7-化学清洗供水管路、8-过滤器二、9-UF超滤设备、10-UF反冲洗管路、 11-反冲洗泵、12- UF产水水箱、13-UF产水水箱排水管路、14-高压泵、15-变频器、16-R0反 渗透膜组件、17-R0产水管、18-流量计一、19-电导率表、20-R0产水水箱、21-压力变送器、 22-电动流量调节阀、23-浓水主管、24-化学清洗回水管路、25-紫外线杀菌设备、26-浓水 回流支管、27-流量计二、28-流量调节阀一、29-流量调节阀二、30-流量计三、31-浓水排放 支管、32-浓水池、33-UF反冲洗排水管。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本实用新型内容作进一步的解释说明。图1是装置的总体图；图 2是淡化过程水流方向示意图；图3清洗过程水流方向示意图，图4和图5是化学清洗过程 的水流方向示意图。
[0029] 如图1和图2所示，一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，包括 预处理模块、脱盐模块、化学清洗模块和控制模块，其中原水水箱1通过预处理模块与UF产 水水箱7连通，UF产水水箱7通过脱盐模块与淡水水箱13连通，所述自动清洗模块包括清 洗水箱26,所述清洗水箱26通过设有清洗泵27、清洗水过滤器28的清洗循环水路与超滤 设备4、反渗透膜组件9连通。
[0030] 所述预处理模块包括连通原水水箱1与UF产水水箱7的预处理管路29,以及设置 在预处理管路29上的、沿水流方向顺序设置的原水水箱1、原水泵2、过滤器一 3、UF超滤设 备9、紫外线杀菌设备25和UF产水水箱12。预处理模块用于该装置的原水预处理，产水作 为RO反渗透膜组件16的进水。所述UF超滤设备9和UF产水水箱12之间连有一条设有 反冲洗泵11的UF反冲洗管路10,所述UF超滤设备9通过预处理管路6与UF反冲洗排水 管33连通。反冲洗水从UF产水水箱内被反冲洗泵打入UF超滤设备中进行反冲洗，之后经 过预处理管路从UF反冲洗排水管中流出。UF超滤设备9反冲洗过程中的水流方向如图3 所示。
[0031] 所述脱盐模块包括与UF产水水箱12连通的高压泵14和与高压泵出口连接的RO 反渗透膜组件16,所述RO反渗透膜组件16通过设有流量计一 18和电导率表19的RO产 水管17与RO产水水箱20连通，RO反渗透膜组件16还与一设有压力变送器21和电动流 量调节阀22的浓水主管23连通，浓水主管23又通过设有流量计三30的浓水排放支管31 与废水池32连通，浓水主管23还通过设有流量计二27的浓水回流支管26与UF产水水箱 12连通。高压泵14的两侧进水管和出水管上都各设有一个阀门，高压泵14与RO反渗透膜 组件16之间的管路上设有一个压力变送器，透过RO的符合要求的淡水通过RO产水管17 流入淡水水箱20,浓水则从浓水主管23经浓水排放支管31排放或经浓水回流支管26回 收。脱盐模块将经过预处理后符合RO进水水质要求的苦咸水淡化为符合饮用水要求的淡 水。淡化过程中的水流方向如图2所示。
[0032] 清洗模块包括UF超滤设备9的的化学清洗模块以及RO反渗透膜组件16的化学 清洗模块，通过切换阀门分别对UF和RO进行化学清洗：
[0033] I、UF超滤设备9化学清洗模块：清洗设备主要包括通过清洗水供水管路7连接的 化学清洗水箱5、清洗泵4和过滤器二8等，过滤器二8通过UF的清洗水供水管路7与预处 理管路6上UF超滤设备9与过滤器一 3之间的管路连接，UF超滤设备9的上端口与化学清 洗水箱5通过UF超滤设备9的清洗水回水管路24连接。清洗时，启动清洗泵4,将清洗水 从化学清洗水箱5中泵出，通过过滤器二8过滤后，沿UF的清洗水供水管路通过预处理管 路6进入UF超滤设备9的进水口进行UF超滤设备9的化学清洗，然后清洗水从上端出水 口流出，通过UF超滤设备9的清洗水回水管路24返回清洗水箱5。水流方向如图4所示。
[0034] 2、RO反渗透膜组件16化学清洗模块：用清洗水供水管路7将过滤器二8和高压 泵14与RO反渗透膜组件16之间的管路连接，并且在压力变送器21和电动流量调节阀22 之间的浓水主管23管路上引出RO的清洗水回水管路24与化学清洗水箱5连通。在其他 参数不变情况下，当RO反渗透膜组件16的内压力上升超过设定值、回收率下降超过设定值 或装置连续运行超过设计推荐值时，就需要进行RO反渗透膜组件16的化学清洗。清洗时， 启动清洗泵4,将清洗水从化学清洗水箱5中泵出，通过过滤器二8过滤后，沿反渗透膜组件 的清洗水供水管路7从RO的进水口进入RO反渗透膜组件16,然后从RO的浓水管路进入清 洗水回水管路24,回到化学清洗水箱5。如图1所示，RO的清洗水回水管路24与浓水的排 放支管31基于设备管路配置需要有一段重合。每次开停机，自动执行反渗透膜组件9的清 洗，降低膜内含盐量，保证产水水质，防止停机期间膜结垢。水流方向如图5所示。
[0035] 控制模块由PLC、继电器、接触器和开关按钮等组成，用于根据现场使用条件和设 计参数控制装置的变负荷运行、回收率和系统清洗流程。由于是现有常规技术，本实用新型 图中未标示。
[0036] 本实用新型设备具有变负荷调节功能和回收率调节功能：
[0037] 1、变负荷调节：主要通过变频器15和电动流量调节阀22实现进行变负荷调节，新 能源独立电网能源管理系统发出的系统负荷调节指令传达到控制模块后，控制模块通过变 频器15调节高压泵14转速即工作负荷，与此同时，调节电动流量调节阀22对应改变浓水 主管流量，实现装置的平稳变负荷运行。变负荷调节过程中，装置的控制模块根据在线监测 RO反渗透膜组件16膜壳内的压力和进水/产水流量，采用PI闭环调节算法控制浓水电动 流量调节阀的开度连续缓慢变化，保证膜组件在调节过程中的回收率基本稳定和膜壳内压 力平缓过渡到指定工作状态，避免由于新能源发电系统输出功率不稳定给淡化管路设备造 成损伤，实现该装置根据新能源独立供电微网能源管理系的指令自动变负荷运行，有利于 维持新能源独立电网的稳定可靠运行，显著降低对独立微网储能设备容量的需求。如本装 置接到指令需进行变负荷运行时，控制模块根据需要调节的负荷幅度，确定变频器15频率 调节大小及调节速度，采用PI闭环控制算法根据相关流量计和压力表的监测数据相应调 节阀门。
[0038] 2、回收率调节：浓水主管23管路在电动流量调节阀22之后分成浓水回流支管26 和排放支管31，其中排放支管31与废水池32连通，该支管上设有流量调节阀二29和流量 计30,浓水回流支管26与UF产水水箱12连通且其上设有用于调节装置整体回收率的流量 调节阀一 28和流量计二27。若苦咸水的水质不同则需要设置不同的整体回收率，通过对浓 水回流支管31和浓水排放支管26的设置，使装置可以根据原水水质调节流量调节阀二28 和流量调节阀三29,控制浓水的回流比例，从而调控苦咸水的整体回收率，提高了对苦咸水 进水水质的适应性，对含盐量在1000?20000ppm范围内的苦咸水都能很好适应，可以避 免回收率不合理带来的膜结垢、需要进行频繁化学清洗的问题，以及水资源浪费严重、废水 过量排放等问题。如进水水质变化，或因其他原因需要调节装置整体回收率，则联动调节流 量调节阀二28和流量调节阀三29的开度，直到根据流量计一 18、流量计二30上所测流量 计算得到的装置回收率满足要求为止。
【权利要求】
1. 一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，包括有预处理模块、脱盐 模块、化学清洗模块和控制模块，其特征在于： 所述预处理模块由经预处理管路（6)依次连接的原水水箱（1)、原水泵（2)、过滤器一 (3)、UF超滤设备（9)、紫外线杀菌设备（25)和UF产水水箱（12)组成； 所述脱盐模块包括与UF产水水箱（12)连通的高压泵（14)和与高压泵出口连接的RO 反渗透膜组件（16)，所述RO反渗透膜组件（16)通过设有流量计一（18)和电导率表（19)的 淡水管路（17)与RO产水水箱（20)连通，并且RO反渗透膜组件（16)还与一设有压力变送 器（21)和电动流量调节阀（22)的浓水主管（23)连通，浓水主管（23)又通过设有流量计三 (30 )的浓水排放支管（31)与浓水池（32 )连通，浓水主管（23 )还通过设有流量计二（27 )的 浓水回流支管（27)与UF产水水箱（12)连通； 所述化学清洗模块包括化学清洗水箱（5)、清洗泵（4)、过滤器二（8)、化学清洗供水管 路（7)和化学清洗回水管路（24)组成，所述化学清洗供水管路（7)、RO反渗透膜组件（16) 和化学清洗回水管路（24)顺次连通形成RO清洗循环回路；所述化学清洗供水管路（7)、UF 超滤设备（9)和化学清洗回水管路（24)顺次连通形成UF清洗循环回路； 所述控制模块包括用于对变频器（15)和电动流量调节阀（22)进行联动调节、同时控 制预处理模块的产水和反冲洗流程的PLC。
2. 根据权利要求1所述的一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，其 特征在于：所述高压泵（14)的电动机通过变频器（15 )与电源连接，可以通过调节变频器输 出频率动态调节高压泵的供水流量和压力。
3. 根据权利要求1所述的一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，其 特征在于：所述UF超滤设备（9)和UF产水水箱（12)之间连有一条设有反冲洗泵（11)的 UF反冲洗管路（10 )，所述UF超滤设备（9 )通过预处理管路（6 )与UF反冲洗排水管（33 )连 通。
4. 根据权利要求1所述的一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，其 特征在于：所述UF清洗循环回路中的化学清洗供水管路（7 )的一端与化学清洗水箱（5 )连 通，另一端与过滤器一（3)和UF超滤设备（9)之间的预处理管路（6)连通；所述UF清洗循 环回路中的化学清洗回水管路（24)的一端与UF超滤设备（9)连通，另一端与与化学清洗水 箱（5)连通。
5. 根据权利要求1所述的一种适用于新能源独立供电的高回收率苦咸水淡化装置，其 特征在于：所述RO清洗循环回路中的化学清洗供水管路（7)的一端与化学清洗水箱（5)连 通，另一端与高压泵（14)与RO反渗透膜组件（16)之间的管路连通；所述RO清洗循环回路 中的化学清洗回水管路（24)的一端与压力变送器（21)和电动流量调节阀（22)之间的浓水 主管（23 )连通，另一端与与化学清洗水箱（5 )连通。
【文档编号】C02F9/08GK204022608SQ201420466627
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】冯宾春, 莫为泽, 张子皿 申请人:中国水利水电科学研究院