一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统

摘要

本发明公开了一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，属于海水淡化领域。本发明的饮用水生产供应系统，包括海水淡化机构、储水中转缸和大型水仓，位于海里的海水淡化机构把海水淡化后经过储水中转缸输送到地面上的大型水仓内；海水淡化机构是由至少3个海水淡化装置并列设置而成，且海水淡化装置之间通过牵引绳相互连接；大型水仓上连接有离子过滤箱，该离子过滤箱内部设置有离子过滤机构，经过离子过滤机构净化后的水存储在净水储水箱中。本发明通过反渗透作用进行海水淡化，并把淡化的水通入离子过滤箱内进行化学过滤，去除了大量的有害离子，过滤后的水可直接饮用，适合在岛礁上进行发展利用。

说明书

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，更具体地说，涉及一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统。

背景技术

水是生命之源，是经济和社会发展的基础，随着经济的发展和社会的进步，对淡水资源的需求和质量将会不断的提高。我国有长达1.8万公里的海岸线，其中面积达500平方米以上的海岛有6961个，它们不仅是海洋捕捞，近海养殖和海洋资源保护的基地，有的还是具有国防战略意义的军队基地和边防哨所。这其中的绝大多数海岛淡水资源匮乏，且常常出现水质不符合卫生标准的情况；有些海岛根本就没有淡水，主要依靠补给船补给淡水，费用大且较容易受天气情况的影响。有些非常偏远的海岛还存在着电力不足和无法供应的情况，利用传统的矿物燃料(煤、油)解决海水淡化能源问题，这不仅容易破坏海岛的生态系统，而且运行和维护成本较高。

我国南海作为重要的海上战略基地，需要不断的完善各种基建工作，但由于淡水资源的匮乏，需要从内陆运输水资源满足岛上的用水需求。如上所述，如果采用其他能源来进行海水淡化，容易破坏海岛上的生态平衡，而且各种资源仍然需要从内陆运输，而不能就地取材进行海水淡化，该问题是各岛礁普遍存在的问题。

中国专利申请号：201010198014.0，公开了一种风、光及海潮流清洁能源海水淡化装置，包括依次连接的发电装置、蓄电池组和海水淡化装置，发电装置包括风力发电机组、太阳能电池板和海潮流发电装置；海水淡化装置包括提取泵、前置过滤器、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、水质检测表和淡水箱。海潮流发电装置包括摇摆采能器、浮球连杆、传动齿轮箱、直流发电机和锚链；摇摆采能器通过浮球连杆与传动齿轮箱连接，传动齿轮箱和直流发电机连接并通过锚链连接固定于海底。本发明对陆地依赖性较大，不能够直接设置在海上独立使用。

中国专利号：201510736223.9，公开了一种垂直球式深海中小型海水淡化器，包括：按方阵排列的9个预过滤球通过铰链、加压杠杆与加压缸连接，结构上部主要由蓄水箱、增压泵与杀菌器等重要部分组成。整体结构在海面下三十米深的位置，在该深度的海水压力作用下，海水进入预过滤球，经过预处理的海水进入加压缸，同时由海浪推动预过滤球波动，即带动加压缸摆动加压，加压后进入蓄水箱，再通过增压泵进入反渗透膜过滤器，实施反渗透淡化，最后经过杀菌器杀菌后输出淡水。该申请案只在海底设置海水淡化装置，而没有储水缸，淡水输送到水面上较为繁琐，不便于使用。

此外，目前经过反渗透淡化的海水内存在较多的金属离子，该离子无法直接通过物理法过滤去除，因此需要配合目前的化工技术进行有效的整合，使淡化的海水可直接饮用。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中海水淡化装置不能在海面独立使用以及淡化水不能直接饮用的不足，提供了一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统。本发明通过反渗透作用进行海水淡化，淡化效率高，并把淡化的水通入离子过滤箱内进行化学过滤，去除了大量的有害离子，过滤后的水可直接饮用，适合在岛礁上进行发展利用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，包括海水淡化机构、储水中转缸和大型水仓，位于海里的海水淡化机构把海水淡化后经过储水中转缸输送到地面上的大型水仓内；其中，海水淡化机构是由至少3个海水淡化装置并列设置而成，且海水淡化装置之间通过牵引绳相互连接；所述大型水仓上连接有离子过滤箱，该离子过滤箱内部设置有离子过滤机构，经过离子过滤机构净化后的水存储在净水储水箱中。

作为本发明更进一步的改进，所述储水中转缸的进水口通过汇流总管接收各个海水淡化装置的淡化水，在储水中转缸中设置水位检测器，当检测到水满信号后，通过高压泵把储水中转缸内淡水排放到大型水仓中。

作为本发明更进一步的改进，所述离子过滤机构中沿通水管道依次设置有活性炭过滤器、阳离子树脂交换柱、除炭器、中间水箱、阴离子树脂交换柱、混合离子交换柱、除盐处理机和除氧器，除氧器的出水口连接至净水储水箱。

作为本发明更进一步的改进，所述的海水淡化装置包括储水缸、反渗透机构、排水机构和电力系统，所述的反渗透机构是由过滤网包裹至少3个反渗透球组成，反渗透机构设置在水面5米以下位置，并通过回流管与水面的储水缸连接；所述排水机构用于把储水缸内淡化水排出，电力系统用于为排水机构提供电能。

作为本发明更进一步的改进，所述反渗透机构包括回流管、过滤网、支架体流管和反渗透球，回流管通过支路回流管与支架体流管连通，在支架体流管上连接有至少三个反渗透球，并通过过滤网将反渗透球罩住，反渗透球所过滤的淡水通过回流管输送到储水缸。

作为本发明更进一步的改进，与支架体流管相连的反渗透球下方还设置有附加的反渗透球，纵向相邻的两个反渗透球之间通过管道连接头相连接。

作为本发明更进一步的改进，所述反渗透球由外向内包括滤袋、活性炭层、反渗透膜和球形骨架，球形骨架围成中心腔，外部海水通过反渗透作用进入到中心腔。

作为本发明更进一步的改进，排水机构包括抽水泵、控制器、上水位检测器和下水位检测器，所述上水位检测器和下水位检测器设置在储水缸的不同高度处以检测储水缸中的水位信息，并将检测信号传递给控制器，通过控制器控制抽水泵的动作将淡水抽出。

作为本发明更进一步的改进，所述电力系统包括设置在储水缸上的风力发电机和水流发电机，所述风力发电机固定在储水缸上方，水流发电机设置在储水缸底部，所产生的电力均存储在蓄电模块中，该蓄电模块与大型水仓上设置的蓄电池电连接。

作为本发明更进一步的改进，所述储水缸上部设置有透气管，该透气管由竖直段和倾斜段组成，所述倾斜段沿水平方向向下倾斜。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，在海面设置海水淡化机构，能够直接进行海水淡化，并把淡化的水存储在陆地上的大型水仓中，能够持续供水，淡化装置不需要占用陆地空间，使资源得到合理的利用；此外，把淡化的水通入离子过滤箱内进行化学过滤，去除了大量的有害离子，过滤后的水可直接饮用，适合在海岛上发展利用；

(2)本发明的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，在海面上布置储水缸，在海水内设置反渗透机构，结构上下结合，反渗透机构具有一定的重力，保证了储水缸的稳定性，结构设计合理，还能够自行发电提供排水动力，而且不会产生污染，节能环保；通过牵引绳进行把海水淡化装置间相互连接，单个的海水淡化装置可以自由波动，减小了波浪对整个储备站的影响；

(3)本发明的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，反渗透机构包含过滤网和反渗透球，反渗透球由外向内包括滤袋、活性炭层、反渗透膜和球形骨架，过滤网可以过滤掉海水中的水草或其他水生物，防止其附着在反渗透球外部，滤袋用于过滤小生物，活性炭层用于过滤微生物，反渗透膜用于过滤盐分子，球形骨架用于提供支撑强度；反渗透机构所处的深度越大，压强越大，过滤效率越高。

附图说明

图1为本发明的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统的结构示意图；

图2为本发明中储水缸、排水机构和电力系统的结构示意图；

图3为本发明中光伏发电模块的结构示意图；

图4为本发明中反渗透机构的内部结构示意图；

图5为本发明中反渗透球的内部结构示意图；

图6为本发明中离子过滤机构的结构示意图。

示意图中的标号说明：101、储水缸；102、耳环；103、连接底座；104、透气管；105、牵引绳；201、水流发电机；202、风力发电机；203、蓄电模块；301、光伏组件；302、旋转底座；303、伸缩杆；304、支杆；401、抽水管；402、抽水泵；403、排水管；404、控制器；405、上水位检测器；406、下水位检测器；501、回流管；502、支路回流管；503、过滤网；504、支架体流管；505、管道连接头；506、反渗透球；5061、滤袋；5062、活性炭层；5063、反渗透膜；5064、球形骨架；5065、中心腔；601、汇流总管；602、储水中转缸；603、中转缸耳环；604、高压泵；701、大型水仓；702、蓄电池；703、报警器；704、水龙头；8、离子过滤箱；801、管道阀；802、转换水箱；803、活性炭过滤器；804、过滤抽水泵；805、阳离子再生池；806、阳离子树脂交换柱；807、第一排污管；808、除炭器；809、中间水箱；810、阴离子树脂再生池；811、阴离子树脂交换柱；812、第二排污管；813、阴阳离子树脂再生池；814、混合离子交换柱；815、第三排污管；816、除盐处理机；817、抽验泄水管；818、除氧器；9、净水储水箱。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，包括海水淡化机构、储水中转缸602和大型水仓701，位于海里的海水淡化机构把海水淡化后经过储水中转缸602输送到地面上的大型水仓701内；其中，海水淡化机构是由至少3个海水淡化装置并列设置而成，且海水淡化装置之间通过牵引绳105相互连接。

把海水淡化机构直接设置在海里，能够直接进行海水淡化，而且不占用陆地资源，把大型水仓701设置在陆地或者浅水滩上，用于储备淡水。储水中转缸602的进水口通过汇流总管601接收各个海水淡化装置的淡化海水，储水中转缸602可依附于海水淡化机构设置，也是通过牵引绳连接在海水淡化装置上，在储水中转缸602中设置水位检测器，当检测到水满信号后，通过高压泵604把储水中转缸602内淡水排放到大型水仓701中。在每个海水淡化装置上都设置有抽水泵，用于排出淡化的海水，一般的设置，可能会直接用海水淡化装置中的抽水泵把淡水排入到大型水仓701，但在海水淡化时，海水淡化装置距离岸边可能较远，直接排水难以有足够的水压，通过储水中转缸602上的高压泵604能够进一步保证排水的顺利进行。大型水仓701上还设置有水龙头704和报警器703，当大型水仓701上的水位到达一定高度后，报警器703开始鸣笛报警，提醒大型水仓701内淡水水位足够，可通过水龙头704把淡水排出。

经过反渗透淡化的海水内还存在大量的离子，需要经过加热等过程才能饮用。为了能够生产出可直接饮用的水，本实施例在岸上设置有离子过滤箱8，离子过滤箱8与大型水仓701的连接管路上设置有抽水泵，用于向离子过滤箱8内抽水进行过滤。该离子过滤箱8内部设置有离子过滤机构，经过离子过滤机构净化后的水存储在净水储水箱9中。如图6所示，具体地，离子过滤机构中沿通水管道依次设置有活性炭过滤器803、阳离子树脂交换柱806、除炭器808、中间水箱809、阴离子树脂交换柱811、混合离子交换柱814、除盐处理机86和除氧器818，除氧器818的出水口连接至净水储水箱9。

在过滤时，打开管道上的管道阀801，抽水泵将水注入到转换水箱802，并流经活性炭过滤器802，在通过过滤抽水泵804把水注入到阳离子树脂交换柱806，在阳离子树脂交换柱806上连接有阳离子再生池805，用于阳离子树脂的再生，并由第一排污管807定期排放阳离子树脂交换柱806内污水；过滤的水由除炭器808去除炭以后经由中间水箱809注入到阴离子树脂交换柱811，在阴离子树脂交换柱811上连接有阴离子再生池810，用于阴离子树脂的再生，并由第二排污管812定期排放阴离子树脂交换柱811内的污水；然后把过滤后的水注入混合离子交换柱814，对阴阳离子再次进行交换，其内部的阴阳离子树脂的再生由阴阳离子树脂再生池813定期进行，通过第三排污管815把污水排掉；过滤水经过抽水泵注入到除盐处理机816，再经过除氧器818的过滤后进入到净水储水箱9，完成离子过滤过程。在除盐处理机816与除氧器818之间的管路上设置有抽验泄水管817，通过该抽验泄水管817可定期对过滤水进行检验，使用方便。经过该离子过滤机构过滤后，大量金属离子被过滤掉，可直接饮用。

本实施例中的海水淡化装置主要由储水缸101、反渗透机构、排水机构和电力系统等组成，反渗透机构是由过滤网503包裹至少3个反渗透球506组成，反渗透机构设置在水面10米以下位置，并通过回流管501与水面的储水缸101连接，在储水缸101底部中心设置有连接底座103，回流管501上端固定在连接底座103上。

参看图4，反渗透机构包括回流管501、过滤网503、支架体流管504和反渗透球506，回流管501通过支路回流管502与支架体流管504连通，在支架体流管504上连接有至少三个反渗透球506，并通过过滤网503将反渗透球506罩住，反渗透球506所过滤的淡水通过回流管501输送到储水缸101。

本实施例中支架体流管504是由两纵三横的管道组成的框架，回流管501通过三根支路回流管502与支架体流管504相连通，在支架体流管504上连接有至少三个反渗透球506，该反渗透球506在组成支架体流管504的管道上阵列排布。为了提高海水淡化效率，需要设置较多的反渗透球506，因此，在与支架体流管504相连的反渗透球506下方还设置有附加的反渗透球506，即沿纵向排布多个反渗透球506，纵向相邻的两个反渗透球506之间通过管道连接头505相连接。为了结构的稳定性，还可在最底层反渗透球506下方设置支架体流管504。

需要说明的是，管道连接头505通过螺纹与各个反渗透球506连接，在管道连接头505上设置有管道阀，如若有反渗透球506坏掉，既方便更换，又不会造成外部海水流入到反渗透球506内部。

阵列排布的反渗透球506形成规则的矩形体，使用过滤网503将反渗透球506罩住，本实施例中该滤网是由直径5mm的不锈钢丝围成的孔径不大于1cm的立体网格，用于防止外部的水草或水生物破坏反渗透球506，而影响其正常使用。反渗透球506所过滤的淡水通过回流管501输送到储水缸101。为了使淡化水能够快速进入到储水缸101中，在储水缸101上部设置有透气管104，该透气管104由竖直段和倾斜段组成，所述倾斜段沿水平方向向下倾斜，一方面，可保证气体的流通，另一方面，能够避免海水进入。该透气管104也可设置为倒U形，具有同样的透气、防水功能。

储水缸101的上表面为平面结构，储水缸101下部为椭球形，储水缸101的过中心点的直径大于其高度，即截面上的宽度大于高度，确保重心的稳定性。在海面上会有较大的波浪，如果是单独漂浮在海面上的储水缸，很容易翻倒，而反渗透机构具有较大的重力，使储水缸101下沉一定水位，进一步保证了结构的稳定性。

当储水缸101中蓄满水后，通过排水机构把储水缸101内淡化水排出。排水机构中设置有水泵，该水泵所需电能由电力系统提供，且电力系统中的电能依靠自身发电获得。可以是光伏发电、风能发电和水力发电等，没有具体限制。储水缸101侧壁上对称设置有两个耳环102，在耳环102中穿插牵引绳105以限定储水缸101的位置，防止被水浪冲走。储水中转缸602上设置有中转缸耳环603，在中转缸耳环603中也穿插牵引绳105，并与储水缸101连接在一起。

大部分与外部相通海域都有波浪，虽然反渗透机构具有一定的重力可以避免单个的储水缸101不摇晃，但如果储水缸101之间是刚性连接，多个储水缸101的波动性存在时间差，一定时间的冲击很容易导致连接装置损坏，而通过牵引绳连接时，单个储水缸101的上下波动不会对与其相邻的储水缸101有太大的影响，可活动性更好，连接件不容易损坏，具有更长的使用寿命。

排水机构和电力系统可以设置在储水缸上的平面结构上，在平面结构上便于固定。在海面上布置储水缸，在海水内设置反渗透机构，结构上下结合，位置空间得到较大的应用，能够直接进行海水淡化；此外，该系统直接设置在海里，不需要占用陆地空间，还能够自行发电提供排水动力，使资源得到合理的利用，而且不会产生污染，节能环保；此外，反渗透机构具有一定的重力，保证了储水缸的稳定性，结构设计合理，原理简单。

实施例2

结合图5，本实施例的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：本实施例中的反渗透球506由外向内包括滤袋5061、活性炭层5062、反渗透膜5063和球形骨架5064，球形骨架5064围成中心腔5065，外部海水通过反渗透作用进入到中心腔5065。滤袋5061用于过滤海里的小生物，活性炭层5062具有较强的吸附作用，形成较小的流通空间，用于过滤微生物；反渗透膜5063用于过滤盐分子，球形骨架5064用于提供支撑强度，球形骨架5064上阵列排布着水流孔，该水流孔尺寸为0.6～2mm，壁厚为5～10mm，可采用不锈钢材料制作，以保证强度。海水过滤模块所处的深度越大，压强越大，过滤效率越高，可以下放至100米深度的海水中，依靠海水的压力进行海水淡化。

实施例3

结合图2，本实施例的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：本实施例中的电力系统包括设置在储水缸101上的光伏发电模块、风力发电机202和水流发电机201，也可单独只采用风力发电机202和水流发电机201结合进行发电，为了保证有充足的电源，本实施例中将三者同时设置在系统中。光伏发电模块、风力发电机202固定在储水缸101上方，光伏发电模块设置在储水缸101上表面的中心位置处，风力发电机202固定在储水缸101外沿，并沿储水缸101周向等间隔分布有8个，易于接受各个方向的来风。其具体个数根据需要设定，没有具体限制。

水流发电机201设置在储水缸101底部，同样是沿储水缸101周向均匀分布有4个。需要说明的是，水流发电机201设置在储水缸101底面以下位置，即水流发电机201的叶轮所处水位低于储水缸101底面水位。因为储水缸101会阻碍水流流动，而设置在其下部使水流发电机201获得较好的水流冲击效果，易于提高发电效率。此外，为了防止电线被海水腐蚀，电线均被电路包装管包裹。

光伏发电模块、风力发电机202和水流发电机201所产生的电力均存储在蓄电模块203中，通过蓄电模块为排水机构提供电能。储水中转缸602上相关电力部件也是通过蓄电模块所产的电能进行供电。

实施例4

结合图3，本实施例的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，其基本结构与实施例3相同，其不同之处在于：所述光伏发电模块包括光伏组件301、旋转底座302、伸缩杆303和支杆304，旋转底座302设置在储水缸101的上表面，光伏组件301通过伸缩杆303和支杆304支撑在旋转底座302上方，两个支杆304并列设置，伸缩杆303与两个支杆304所在点组成等腰三角结构，且支杆304和伸缩杆303上端均和光伏组件301底面铰接，通过伸缩杆303的长度变化来调节光伏组件301的倾斜角度。旋转底座302可相对储水缸101转动，根据所在纬度信息和当地太阳方位，手动设置好旋转底座302的角度和伸缩杆303的高度，适于获得较大的发电效率。

同样地，在大型水仓701上也设置相同结构的光伏发电模块，并设置有蓄电池702，大型水仓701上光伏发电模块所产生电力存储在蓄电池702上，海水淡化装置上各个蓄电模块所产生的富余的电能也存储在蓄电池702中，可用于为陆地上用电设备提供电能。

此外，作为进一步地改进，也可在光伏组件301上设置光强跟踪器，伸缩杆303和旋转底座302由对应的电机驱动，光强跟踪器和电机均与旋转底座302内的处理器电连接，处理器根据接收的光强跟踪器的信号来控制伸缩杆303和旋转底座302的动作。该设置可使光伏组件301始终处于较大的发电功率状态，发电效率有很大的提高。

实施例5

本实施例的一种基于反渗透和离子过滤技术的饮用水生产供应系统，其基本结构与实施例4相同，其不同之处在于：本实施例中排水机构用于把储水缸101内淡化水排出，排水机构包括抽水泵402、控制器404、上水位检测器405和下水位检测器406，所述上水位检测器405和下水位检测器406设置在储水缸101的不同高度处以检测储水缸101中的水位信息。上水位检测器405设置在储水缸101内部腔体的上部，当检测到水位信号时，把信号传递给控制器404，控制器404控制抽水泵402启动，开始向外部排水，淡水经过汇流总管601进入到储水中转缸。当水位下降到下水位检测器406位置时，把检测的水位信号传递给控制器404，控制器404控制抽水泵402停止排水。储水中转缸上的水位检测器与排水机构中的水位检测功能相同。

该海水淡化装置设置在海面上，不会占用陆地空间，而且整个海水淡化过程不需要人为干涉，自动化程度高；由于整个系统的动力靠自行发电，也不会排放任何污染物，不会影响海水内的生态环境，环保节能。

本发明中把储水缸与反渗透机构相结合，利用反渗透机构的重力及受到的水阻力来保证储水缸的稳定性，即便有相对较大的风浪，储水缸一般只会随波浪上下起伏，而不会左右晃动，在相对较为平静的海面具有较好的稳定效果，满足海水淡化的使用需求。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。