一種反滲透凈水裝置

摘 要：目前市場上的家用凈水機(jī)的凈水效率較低，凈化后余下的濃水大多直接被當(dāng)作廢水排放，造成水資源嚴(yán)重浪費(fèi)，即使是在凈水機(jī)市場占據(jù)主導(dǎo)地位的反滲透凈水機(jī)也不例外。為此，該作者設(shè)計(jì)了一款內(nèi)循環(huán)式反滲透凈水裝置，即在原有凈水機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加內(nèi)循環(huán)裝置，使?jié)馑芡ㄟ^內(nèi)循環(huán)裝置再次進(jìn)入凈水機(jī)實(shí)現(xiàn)再次凈化，以達(dá)到提高凈水機(jī)效率的效果。在循環(huán)裝置中，TDS水質(zhì)檢測筆的使用能靈敏地檢測水中溶解性總固體含量以使自來水能在凈水機(jī)中多次凈化，電磁三通閥的使用使循環(huán)裝置自動(dòng)運(yùn)行，省去人工操作的繁瑣步驟。

關(guān)鍵詞：RO裝置；內(nèi)循環(huán)；反滲透；凈水裝置

1 研制背景及意義

目前市面上的凈水機(jī)主要分為超濾凈水、納濾凈水和反滲透凈水，其中反滲透膜技術(shù)因其過濾孔徑為0.0001微米，能夠去除水中的所有雜質(zhì)成為市面上凈水機(jī)的主流技術(shù)。反滲透膜技術(shù)相比其它的膜分離技術(shù)具有無相變、流程簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。以反滲透膜為主要過濾介質(zhì)制作的反滲透凈水機(jī)，可以去除水垢，改善苦咸水的口感，去除細(xì)菌和病毒，去除大部分的重金屬，明顯改善家庭飲用水水質(zhì)，因此在家庭飲用水處理系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

通常的RO反滲透凈水機(jī)凈水效率較低，余下的大量濃水很多被當(dāng)作廢水排放掉，且目前國內(nèi)少有對提高RO反滲透凈水機(jī)效率進(jìn)行系統(tǒng)的研究。結(jié)合上述情況，本人設(shè)計(jì)了一款小型RO反滲透內(nèi)循環(huán)式凈水裝置，使產(chǎn)水率由25%提高到75%，較大程度上減少了水資源的浪費(fèi)。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 設(shè)計(jì)思路

結(jié)合目前我國水資源匱乏的現(xiàn)狀和市面上家用凈水機(jī)的“廢水”浪費(fèi)現(xiàn)象，通過觀察和調(diào)查市場上現(xiàn)有的凈水器，從而萌發(fā)了改進(jìn)現(xiàn)有凈水器的想法。本組發(fā)明了一種新型節(jié)水型內(nèi)循環(huán)反滲透裝置，以RO反滲透凈水機(jī)為研究對象，對其進(jìn)行二次改造，即在其原有系統(tǒng)上加入自循環(huán)裝置，實(shí)現(xiàn)濃水的多次凈化。此外，在自循環(huán)裝置中，設(shè)有TDS探頭檢測濃水的溶解性總固體含量及可控電磁三通閥以實(shí)現(xiàn)循環(huán)裝置的自動(dòng)化。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)原理

2.2.1 整體結(jié)構(gòu)

裝置整體分為濃水回流收集部分、濃水增壓混合部分和RO機(jī)凈水部分，由層流管，增壓泵，TDS探測器，RO機(jī)，管道，電動(dòng)球閥，止回閥，三通，附屬部件（包括儲水箱進(jìn)出水口、芯片等）組成。

2.2.2 部分結(jié)構(gòu)

（1）層流管。層流管是濃水收集裝置，通過連通管與RO機(jī)相連。其作用是將RO膜產(chǎn)生的濃水收集儲存起來，以備回流利用。為簡化結(jié)構(gòu)，增大儲水箱容積，層流管設(shè)計(jì)為圓柱體。其上部、下部均有孔口，其間有多層圓孔導(dǎo)流板。隨著清水的產(chǎn)生，濃水也從層流管下方不斷流入，同時(shí)層流管上方連續(xù)出水，以保持濃水的進(jìn)出平衡，從而維持層流管的水量較小且恒定。

（2）TDS感應(yīng)裝置。TDS感應(yīng)裝置用于測定層流管頂部濃水的TDS值，以判斷濃水的污染程度。TDS值的大小反映了水中可溶解性固體的多少，是衡量水的純凈程度的一個(gè)重要指標(biāo)。水越純凈，含鹽量越少，電阻越大，電導(dǎo)率越小，超純水幾乎不能導(dǎo)電。TDS感應(yīng)裝置安裝在層流管頂部與可控電磁三通閥相連，通過測定濃水的TDS值與設(shè)定的TDS界限值比較，從而控制濃水的回流與排出。

（3）電動(dòng)球閥。電動(dòng)球閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，當(dāng)TDS感應(yīng)裝置感應(yīng)到TDS值小于限定值時(shí)，自動(dòng)接通電源，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；當(dāng)TDS感應(yīng)裝置感應(yīng)到TDS大于等于限定值時(shí)，自動(dòng)斷電，電磁閥關(guān)閉。

（4）RO機(jī)。原水從RO膜左側(cè)進(jìn)入，由于具有一定壓力，使原水中水分子透過RO膜。而把原水中的細(xì)微雜質(zhì)、過多的無機(jī)鹽、有機(jī)物、重金屬離子、細(xì)菌、病毒、農(nóng)藥、三氯甲烷廢物等有害物質(zhì)全部截留下來，并通過連續(xù)排放濃水，將這些有害異物及鹽分排出，得到的是十分潔凈的飲用水。它的孔徑只有0.0001微米，它對水中粒徑最小的無機(jī)鹽離子的去除率在9096%以上，對細(xì)菌、病毒等有害物的去除率在99.9%以上。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

①本裝置的TDS水質(zhì)檢測筆和電磁三通閥的聯(lián)合使用使整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，解決了目前市場上部分家用凈水裝置需用戶人工取出濃水的不連續(xù)問題。

②TDS水質(zhì)檢測筆和電導(dǎo)率顯示表的聯(lián)合使用可設(shè)定一個(gè)最佳的濃水回流至水箱內(nèi)與原水混合時(shí)的配比值，以解決濃水或混合水積攢過多造成水箱體積過大或無法全部儲存的問題。

③本裝置可使?jié)馑腡DS值積累直至達(dá)到一個(gè)上限數(shù)值后，自動(dòng)排放。

3 創(chuàng)新特色

①裝置連續(xù)性提高：電動(dòng)球閥和TDS感應(yīng)器的結(jié)合使用，在實(shí)現(xiàn)濃水的多次凈化的同時(shí)，也讓濃水的回收利用過程具有很高的連續(xù)性。

②產(chǎn)水率提高：裝置將產(chǎn)水率從現(xiàn)有凈水機(jī)的25%提高至75%。

4 應(yīng)用前景

4.1 大規(guī)模節(jié)水

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國在用的反滲透凈水機(jī)（以家用機(jī)1500萬臺、商用機(jī)500萬臺計(jì)），每年約浪費(fèi)10億噸凈水，直接經(jīng)濟(jì)成本損失高達(dá)35億元人民幣（以3.5元/噸計(jì)），本設(shè)備將產(chǎn)水率從25%提高至75%，每年約可節(jié)省31億元人民幣。而在中國，按人口分為4億個(gè)家庭來算，現(xiàn)在凈水器普及安裝率還不到10%，未來隨著凈水器普及安裝率的提高，效益將更為可觀。

4.2 自動(dòng)化運(yùn)行

本設(shè)備成本低，操作簡便，在安裝之后不需要用戶自行進(jìn)行調(diào)節(jié)與維護(hù)，不需要采用人工方式將濃水取出便可實(shí)現(xiàn)濃水的回收再利用和廢水的排除。

綜上所述，本裝置結(jié)構(gòu)簡易，可有效降低飲水成本，擁有良好的生產(chǎn)推廣前景，具有很大的節(jié)能減排現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳觀文.我國分離膜市場的現(xiàn)狀與展望[J].膜分離技術(shù)，1999，19（6）：5255.

[2]顧久傳.家用及商用反滲透凈水機(jī)節(jié)水方案綜述[J].家電科技中國清潔器具年會暨技術(shù)論壇?？?，2014：2629.

[3]張彥魯，王新魁.反滲透凈水器的凈化效果分析[J].廣東化工，2016， 43（17）：170171.

作者簡介：何自翔（1997），男，漢族，福建福州人，本科，研究方向：水處理。