一种便携式海水淡化制水设备及工艺的制作方法

本发明属于水处理设备及方法技术领域，具体涉及为一种便携式海水淡化制水设备及工艺。

背景技术：

中国作为世界第二大经济体，对海洋依赖日益加深。但随着海上作业频率的加大，自然灾害、机械故障等因素引起的海上事故屡有发生，而救生设施携带的淡水有限，无法长时间满足救生需要。因此应急海水水处理设备的研制对海上应急救援意义重大。

海岸工业废弃物排放、生活垃圾堆放、海上石油开采及交通运输过程中污染物排放等，使得近海海域污染逐渐加重。根据国家海洋局《2012年中国海洋环境状况公报》显示，我国近岸海域海水污染严重且污染成分多样。黄海北部、辽东湾、渤海湾、莱州湾、江苏沿岸、长江口、杭州湾、珠江口的近岸海域水质更是劣于第四类海水水质标准，而这些经济发达地区是我国进行海上作业的重点区域，在发生突发事件时这些区域也是水源采集地。因此，能适应于多种污染海水的便携式海水淡化制水设备对于应急供水及远洋营运意义更甚。

传统的海水淡化处理装置主要为砂滤+反渗透，砂滤对悬浮物去除率低，易堵塞，影响后续反渗透工艺，出水水质较差，反冲洗消耗净水水量较大；反渗透出水无后处理单元，二次污染难以控制，反渗透出水水质不稳定，影响后续管路设备安全，且淡化水营养元素缺失，长期饮用对人体健康存在威胁。

专利号为200720187858.9的实用新型公布了一种应急供水处理系统，采用增压泵-膜净化器-紫外线消毒器-活性炭消毒器-膜超净化器-RO除盐器-臭氧消毒器-饮水分装机/软体水罐为主体工艺，可获得稳定的应急供水。但前置紫外线消毒器处理效果有限，后置臭氧消毒器存在残留臭氧影响，对饮用者有安全影响，配置的RO除盐器仅适用于地表水处理无法适应海水环境。

可见传统工艺对水质适应性较差，出水水质不稳定，因此急需一种水质适应性强，淡化水水质稳定且易操作的海水淡化设备以及海水淡化制水工艺。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便携式海水淡化制水设备，适用于污染海水水源水质，淡化水饮用口感好，占地面积小，操作简单。

本发明的另一目的在于提供采用上述设备的海水淡化制水工艺。

本发明实现其技术目的采用的技术方案如下。

一种便携式海水淡化制水设备，包括依次相连的取水模块、超滤模块、反渗透模块、调质模块和消毒模块；所述超滤模块包括一组相互并接的超滤单元；所述超滤单元包括外壳、膜封盖、膜丝和中心管；所述膜封盖置于外壳内部，且将外壳内腔分隔出上产水腔和下过滤腔；所述外壳顶部开设有与中心管连通的排放口，上部开设有与上产水腔连通的产水口，下端开设有与下过滤腔连通的进水口；所述膜丝位于下过滤腔，膜丝两端固定于膜封盖并与上产水腔相连通；所述中心管穿设膜封盖且为中空结构，上端连接外壳的排放口，下端延伸至下过滤腔。

所述取水模块包括原水进管、清洗水进管、第一取水三通阀、取水管、第二取水三通阀、超滤进水管和超滤反洗水管；所述第一取水三通阀连接原水进管、清洗水进管和取水管；所述第二取水三通阀连接取水管、超滤进水管和超滤反洗水管；所述取水管一端连接第一取水三通阀，另一端连接第二取水三通阀，且取水管上依次安装有Y型过滤器、取水增压泵、取水取样阀和逆止阀；所述Y型过滤器安装于取水增压泵前方；所述取水取样阀安装于取水增压泵后方；所述逆止阀安装于第二取水三通阀前方。

超滤单元下端的进水口连接超滤进水管；超滤单元顶端的排放口连接浓水排放管；超滤单元上端的产水口连接超滤产水管；所述超滤产水管安装有超滤产水流量计，且超滤产水管连接超滤反洗水管；所述超滤产水管连接超滤清洗水管；所述超滤清洗水管安装超滤清洗排放阀。

所述反渗透模块包括第一反渗透三通阀、反渗透进水管、反渗透清洗水管、反渗透单元、反渗透产水管、在线盐度检测仪、反渗透产水流量计、第二反渗透三通阀、清洗水箱进水管、清洗水箱溢流管、清洗水箱、清洗水箱排放管、反渗透产水排放管、反渗透浓水管和反渗透排放管；所述第一反渗透三通阀连接超滤产水管、反渗透进水管和反渗透清洗水管；所述反渗透进水管一端连接第一反渗透三通阀，另一端连接反渗透单元，且反渗透进水管安装有高压泵和超滤进水取样阀；所述反渗透单元为由两支反渗透膜串联组成的一级两段反渗透装置，反渗透单元连接有反渗透产水管和反渗透浓水管；所述反渗透产水管一端与反渗透单元连接，另一端与第二反渗透三通阀连接，且反渗透产水管安装有在线盐度检测仪和反渗透产水流量计；所述第二反渗透三通阀连接调质进水管、反渗透产水管和反渗透产水排放管；所述反渗透浓水管安装有反渗透浓水调压阀；所述反渗透排放管一端连接反渗透产水排放管和反渗透浓水管，另一端连接浓水排放管；所述清洗水箱进水管一端连接清洗水箱，另一端连接反渗透产水管；所述清洗水箱溢流管一端连接清洗水箱，另一端连接反渗透产水管；所述反渗透清洗水管一端连接清洗水箱，另一端连接第一反渗透三通阀；所述清洗水箱排放管一端连接清洗水箱，另一端连接浓水排放管。

所述调质模块包括调质进水管、调质单元和调质出水管；所述调质进水管一端连接第二反渗透三通阀，另一端连接调质单元；所述调质出水管一端连接调质单元，另一端连接消毒模块；所述调质单元包括调质壳、调质芯管和矿化调质柱；所述调质壳中空设置，顶端开设有调质出口，底端开设有调质进口；所述矿化调质柱安装于调质壳内腔，底端固定于调质壳内腔，顶端通过调质芯管与调质出口相连通；所述调质芯管上端与调质出口连接，下端延伸至矿化调质柱内部。

所述消毒模块包括紫外线消毒器和消毒出水管；所述紫外线消毒器入口连接调质出水管，出口连接消毒出水管。

一种采用上述海水淡化制水设备的海水淡化制水工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述取水模块包括取水管，所述取水管安装有取水增压泵；所述取水模块抽取原水并通过取水增压泵将原水输送至超滤模块；

步骤2：所述超滤模块对原水进行过滤，原水从进水口进入到下过滤腔，经过膜丝过滤后的原水进入上产水腔并从产水口外排，膜丝外的浓水通过中心管流至排放口外排，产水口连接超滤产水管；超滤产水管安装超滤产水流量计检测产水流量；

步骤3：所述反渗透模块对步骤2所得的原水进行反渗透处理；

步骤4：所述调质模块对步骤3所得的原水进行调质处理；

步骤5：所述消毒模块对步骤4所得的原水进行消毒处理。

步骤2中，超滤模块正常工作时，第一取水三通阀连通原水进管和取水管，第二取水三通阀连通取水管和超滤进水管，原水流经原水进管、第一取水三通阀、取水管、第二取水三通阀和超滤进水管后从超滤单元下端的进水口进入到下过滤腔，膜丝对原水进行过滤；过滤后的水通过膜丝进入到上产水腔，然后从产水口流入到超滤产水管；过滤后剩下的浓水流入中心管内腔，然后通过排放口流入浓水排放管排出；所述浓水排放管安装有放气阀和超滤浓水调压阀；所述超滤产水管连接超滤清洗水管；所述超滤清洗水管安装超滤清洗排放阀；

本设备每运行60~120min后对超滤单元进行一次反洗，反洗时间在60s；超滤反洗采用超滤产水，反洗前，打开超滤清洗排放阀，超滤清洗水从超滤产水管和超滤清洗水管流出后积聚待用；反洗时，第一取水三通阀连通清洗水进管和取水管，第二取水三通阀连通取水管和超滤反洗水管，取水增压泵自动开启，清洗水流经清洗水进管、取水管、超滤反洗水管和超滤产水管从产水口进入到上产水腔，然后泵入膜丝内部，从膜丝内侧反向流入膜丝外部；清洗后，清洗水流入中心管内腔，然后通过排放口流入浓水排放管排出。

步骤3中，反渗透模块工作时，第一反渗透三通阀连通超滤产水管和反渗透进水管；超滤产水流经第一反渗透三通阀、反渗透进水管和高压泵之后进入反渗透单元，通过超滤进水取样阀取水，检测水样；反渗透单元的产水通过反渗透产水管流至第二反渗透三通阀；在线盐度检测仪对反渗透单元的产水的TDS进行检测，当反渗透单元的产水的TDS大于450mg/L，第二反渗透三通阀连通反渗透产水管和反渗透产水排放管，反渗透单元的产水经过第二反渗透三通阀和反渗透产水排放管流至反渗透排放管；当反渗透单元的产水的TDS小于450mg/L，第二反渗透三通阀连通反渗透产水管和调质进水管，反渗透单元的产水经过第二反渗透三通阀和调质进水管流入调质模块；反渗透单元的浓水经过反渗透浓水管、反渗透排放管和浓水排放管外排；

反渗透模块每天运行结束，对反渗透单元的反渗透膜进行淡水冲洗60S；淡水冲洗采用反渗透单元的产水；反渗透单元的产水通过清洗水箱进水管进入清洗水箱储存；清洗水箱满水后，多余的水通过清洗水箱溢流管回流至反渗透产水管；对反渗透模块进行冲洗时，第一反渗透三通阀连通反渗透清洗水管和反渗透进水管，清洗水箱中的水通过反渗透清洗水管、第一反渗透三通阀进入反渗透进水管，由高压泵泵入反渗透单元，反渗透浓水调压阀开度全开，反渗透单元产水经过第二反渗透三通阀进入反渗透排放管外排。

步骤4中，水从调质进水管通过调质进口进入到调质壳内腔，经过矿化调质柱的调质作用后，从调质芯管流至调质出口，最后通过调质出水管流往消毒模块。

本发明装置体积小、携带方便，系统适应性强，能满足污染海水进水下出水水质达到生活饮用水的要求。以超滤作为反渗透预处理，不仅可以节省占地面积，还可以增大RO通量，降低RO更换、清洗频率，使RO进水SDI<2.5，满足进水要求。对反渗透出水进行调质，改善了饮用口感，降低了饮用风险；后处理中通过紫外消毒可防止细菌滋生、固溶物析出造成二次污染；系统在进水、反渗透膜组件进出水口、淡水箱处设有在线监测系统，对出水水质实时监测，以利于及时发现问题，调整设备运行状况，保证优质达标的出水水质。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是超滤组件结构示意图；

图3是调质模块组件结构示意图；

图中：100-取水模块、101-原水进管、102-清洗水进管、 103-第一取水三通阀、104-取水管、105-Y型过滤器、106-取水增压泵、107-取水取样阀、108-逆止阀、109-第二取水三通阀、110-超滤进水管、111-超滤反洗水管、200-超滤模块、201-超滤单元、202-外壳、203-排放口、204-产水口、205-进水口、206-膜封盖、207-膜丝、208-中心管、209-上产水腔、210-下过滤腔、

211-浓水排放管、212-放气阀、213-超滤浓水调压阀、214-超滤产水管、215-超滤产水流量计、216-超滤清洗水管、217-超滤清洗排放阀、300-反渗透模块、301-第一反渗透三通阀、302-反渗透进水管、303-高压泵、304-超滤进水取样阀、305-反渗透清洗水管、306-反渗透单元、307-反渗透产水管、308-在线盐度检测仪、309-反渗透产水流量计、310-第二反渗透三通阀、311-清洗水箱进水管、312-清洗水箱溢流管、313-清洗水箱、314-清洗水箱排放管、315-反渗透产水排放管、316-反渗透浓水管、317-反渗透浓水调压阀、318-反渗透排放管、400-调质模块、401-调质进水管、402-调质单元、403-调质壳、404-调质出口、405-调质进口、406-调质芯管、407-矿化调质柱、408-调质出水管、

500-消毒模块、501-紫外线消毒器、502-消毒出水管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

一种便携式海水淡化制水设备，包括依次相连的取水模块100、超滤模块200、反渗透模块300、调质模块400和消毒模块500。本设备采用模块化设计，结构紧凑，易于组装和拆卸。

所述取水模块100包括原水进管101、清洗水进管102、 第一取水三通阀103、取水管104、第二取水三通阀109、超滤进水管110和超滤反洗水管111。

所述第一取水三通阀103连接原水进管101、清洗水进管102和取水管104。通过控制第一取水三通阀103，使得取水管104与原水进管101连通或取水管104与清洗水进管102连通。所述第二取水三通阀109连接取水管104、超滤进水管110和超滤反洗水管111。通过控制第二取水三通阀109，使得取水管104与超滤进水管110连通或取水管104与超滤反洗水管111连通。

所述取水管104一端连接第一取水三通阀103，另一端连接第二取水三通阀109，且取水管104上依次安装有Y型过滤器105、取水增压泵106、取水取样阀107和逆止阀108。所述Y型过滤器105安装于取水增压泵106前方，原水经过Y型过滤器105过滤后再通过取水增压泵106增压，改善了取水增压泵106的工作环境，延长了取水增压泵106的使用寿命。所述取水取样阀107安装于取水增压泵106后方，取水取样阀107用以调取原水样品。所述逆止阀108安装于第二取水三通阀109前方，起到防止水流逆行的作用。

所述超滤模块200包括一组相互并接的超滤单元201。所述超滤单元201包括外壳202、膜封盖206、膜丝207和中心管208。所述膜封盖206置于外壳202内部，且将外壳202内腔分隔出上产水腔209和下过滤腔210。所述外壳202顶部开设有与中心管208连通的排放口203，上部开设有与上产水腔209连通的产水口204，下端开设有与下过滤腔210连通的进水口205。所述膜丝207位于下过滤腔210，膜丝207两端固定于膜封盖206并与上产水腔209相连通。所述中心管208穿设膜封盖206且为中空结构，上端连接外壳202的排放口203，下端延伸至下过滤腔210。

超滤单元201下端的进水口205连接超滤进水管110。超滤单元201顶端的排放口203连接浓水排放管211。超滤单元201上端的产水口204连接超滤产水管214。所述超滤产水管214安装有超滤产水流量计215，且超滤产水管214连接超滤反洗水管111。

所述超滤产水管214连接超滤清洗水管216。所述超滤清洗水管216安装超滤清洗排放阀217。

超滤模块200正常工作时，第一取水三通阀103连通原水进管101和取水管104，第二取水三通阀109连通取水管104和超滤进水管110，原水流经原水进管101、第一取水三通阀103、取水管104、第二取水三通阀109和超滤进水管110后从超滤单元201下端的进水口205进入到下过滤腔210，膜丝207对原水进行过滤。过滤后的水通过膜丝207进入到上产水腔209，然后从产水口204流入到超滤产水管214。浓水流入中心管208内腔，然后通过排放口203流入浓水排放管211排出。所述浓水排放管211安装有放气阀212和超滤浓水调压阀213。

本设备每运行60~120min后对超滤单元201进行一次反洗，反洗时间在60s。超滤反洗采用超滤产水，反洗前，打开超滤清洗排放阀217，超滤清洗水从超滤产水管214和超滤清洗水管216流出后积聚待用。反洗时，第一取水三通阀103连通清洗水进管102和取水管104，第二取水三通阀109连通取水管104和超滤反洗水管111，取水增压泵106自动开启，清洗水流经清洗水进管102、取水管104、超滤反洗水管111和超滤产水管214后从产水口204进入到上产水腔209，然后泵入膜丝207内部，从膜丝207内侧反向流入膜丝207外部。压力的反向转换以及水流的反向冲刷使得膜丝207表面的污染滤饼层及吸附层脱落，减轻膜丝207表面污染。清洗后，清洗水流入中心管208内腔，然后通过排放口203流入浓水排放管211排出。

所述反渗透模块300包括第一反渗透三通阀301、反渗透进水管302、反渗透清洗水管305、反渗透单元306、反渗透产水管307、在线盐度检测仪308、反渗透产水流量计309、第二反渗透三通阀310、清洗水箱进水管311、清洗水箱溢流管312、清洗水箱313、清洗水箱排放管314、反渗透产水排放管315、反渗透浓水管316、反渗透排放管318。

所述第一反渗透三通阀301连接超滤产水管214、反渗透进水管302和反渗透清洗水管305。所述反渗透进水管302一端连接第一反渗透三通阀301，另一端连接反渗透单元306，且反渗透进水管302安装有高压泵303和超滤进水取样阀304。所述反渗透单元306为由两支反渗透膜串联组成的一级两段反渗透装置，反渗透单元306连接有反渗透产水管307和反渗透浓水管316。反渗透单元306进一步脱除盐分及其他污染物，可使产水TDS小于450mg/L。

所述反渗透产水管307一端与反渗透单元306连接，另一端与第二反渗透三通阀310连接，且反渗透产水管307安装有在线盐度检测仪308和反渗透产水流量计309。第二反渗透三通阀310连接调质进水管401、反渗透产水管307和反渗透产水排放管315。

所述反渗透浓水管316安装有反渗透浓水调压阀317。所述反渗透排放管318一端连接反渗透产水排放管315和反渗透浓水管316，另一端连接浓水排放管211。

反渗透模块300工作时，第一反渗透三通阀301连通超滤产水管214和反渗透进水管302。超滤产水流经第一反渗透三通阀301、反渗透进水管302和高压泵303之后进入反渗透单元306。反渗透单元306的产水通过反渗透产水管307流至第二反渗透三通阀310。在线盐度检测仪308对反渗透单元306的产水进行检测，当反渗透单元306的产水的TDS大于450mg/L，第二反渗透三通阀310连通反渗透产水管307和反渗透产水排放管315，反渗透单元306的产水经过第二反渗透三通阀310和反渗透产水排放管315流至反渗透排放管318；当反渗透单元306的产水的TDS小于450mg/L，第二反渗透三通阀310连通反渗透产水管307和调质进水管401，反渗透单元306的产水经过第二反渗透三通阀310和调质进水管401流入调质模块400。在线盐度检测仪308的设置，保证了产水的水质合格。反渗透单元306的浓水经过反渗透浓水管316、反渗透排放管318和浓水排放管211外排。

所述清洗水箱进水管311一端连接清洗水箱313，另一端连接反渗透产水管307；所述清洗水箱溢流管312一端连接清洗水箱313，另一端连接反渗透产水管307。所述反渗透清洗水管305一端连接清洗水箱313，另一端连接第一反渗透三通阀301。所述清洗水箱排放管314一端连接清洗水箱313，另一端连接浓水排放管211。

反渗透模块300每天运行结束，需要对反渗透单元306的反渗透膜进行淡水冲洗60S。淡水冲洗采用反渗透单元306的产水。反渗透单元306的产水通过清洗水箱进水管311进入清洗水箱313储存。清洗水箱313满水后，多余的水通过清洗水箱溢流管312回流至反渗透产水管307。对反渗透模块300进行冲洗时，第一反渗透三通阀301连通反渗透清洗水管305和反渗透进水管302，清洗水箱313中的水通过反渗透清洗水管305、第一反渗透三通阀301进入反渗透进水管302，由高压泵303泵入反渗透单元306，反渗透浓水调压阀317开度全开，反渗透单元306产水经过第二反渗透三通阀310进入反渗透排放管318外排。

所述调质模块400包括调质进水管401、调质单元402和调质出水管408。所述调质进水管401一端连接第二反渗透三通阀310，另一端连接调质单元402。所述调质出水管408一端连接调质单元402，另一端连接消毒模块500。所述调质单元402包括调质壳403、调质芯管406和矿化调质柱407。所述调质壳403中空设置，顶端开设有调质出口404，底端开设有调质进口405。所述矿化调质柱407内部填充改性白云石或饭麦石。

矿化调质柱407安装于调质壳403内腔，底端固定于调质壳403内腔，顶端通过调质芯管406与调质出口404相连通。所述调质芯管406上端与调质出口404连接，下端延伸至矿化调质柱407内部。

水从调质进水管401通过调质进口405进入到调质壳403内腔，经过矿化调质柱407的调质作用后，从调质芯管406流至调质出口404，最后通过调质出水管408流往消毒模块500。通过矿化模块400后，饮用水硬度、碱度等指标明显提高，富含钙、镁、铁、锌等对人体所必需的矿物元素。

所述消毒模块500包括紫外线消毒器501和消毒出水管502。紫外线消毒器501入口连接调质出水管408，出口连接消毒出水管502。本消毒模块500采用了紫外线消毒器501，也可以采用发挥同等效果的其他常规设备。

水从调质出水管408流至紫外线消毒器501，经过消毒后，从消毒出水管502外排。

本装置能适应污染海水水质，出水水质稳定，且长期饮用不会对饮用者健康产生威胁。

实施实例：

已知海水的温度20.9℃~26.0℃，海水的盐度为30800mg/L~31450mg/L，海水进反渗透的流量为2m³/h，在本试验系统中经过超滤和反渗透后研究持续运行情况下进水盐度和产水盐度的变化关系，试验结果见图3。从图3中可以看出，随着系统持续运行，系统运行稳定，产水盐度基本稳定在218mg/L左右，平均脱盐率在99.30%。