CN110947303A - 一种净水装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于净水机领域，半透膜供给管路2、由两个或两个以上由进水格网、产水格网、分离膜卷制而成的半透膜元件组成的半透膜元件系统1、产水供给管路4、浓缩水供给管路3、控制装置15，该净水装置中的部分半透膜元件采用膜面高流速构成，可在净水装置停机和停机再启动时进行冲洗/置换/过滤步骤，保证净水装置在高回收率下的产水量回复和稳定运行，节水、节能，同时可有效降低停机再启动后半透膜产水的TDS值，保障用水水质安全。

Description

一种净水装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及净水机领域，具体而言，涉及可净化自来水、地表水、地下水等的净水装置及净水装置的运行方法。

背景技术

为了将自来水，地表水，地下水等水中含有的杂质、微生物等去除，从而得到干净的可饮用的以及作为生活用水直接使用的纯净水，分离膜尤其是其中的半透膜，如纳滤(NF)膜或反渗透(RO)膜净水器被广泛使用。

NF膜以及RO膜，具有将处理对象的水中含有的溶质浓度降到可作为再生水利用的浓度以下的性能。具体说，NF膜以及RO膜，具有将盐分及矿物质等，如镁离子、钙离子、硫酸根离子等二价离子，钠离子、钾离子、氯离子等一价离子，还有腐殖酸(分子量Mw≧100,000)、富里酸(分子量Mw＝100～1,000)、醇类、醚类、糖类等溶解性有机物分离的性能。

半透膜有耐氯性能是最理想的状态。但是一般情况下，半透膜的耐氯性能较差，故需要在半透膜前面将氯去除，而氯具有杀菌作用，故在半透膜前面将氯去除后，半透膜内部以及产水供给管路中会存在微生物污染发生的可能性。虽然供给管路的清洗，杀菌剂或酸等药剂的添加可降低或抑制供给管路，半透膜内部以及产水供给管路中可能发生的污染，但这会引入相关的化学药剂，使得半透膜产水作为饮用水存在一定的风险。同时停机清洗时间较长、操作繁琐，清洗后的膜元件再冲洗较长时间后才可保证水质的安全性。

同时在半透膜净水器停机再启动后，由于半透膜供给侧和透过侧的浓度差产生的渗透作用会导致透过侧产水质变差，从而影响水质安全性从而影响用户身体健康，这也就是所谓的宿水问题。

因此，提供一种既可提高半透膜元件运行稳定性能又可降低停机再启动时产水水质变差风险的净水装置及净水装置的运行方法，对节能、半透膜寿命的延长以及用水的安全性具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

针对半透膜随运行时间增加产水流量下降以及半透膜在停机再启动时产水水质变差的问题，提供一种半透膜净水装置及净水装置的运行方法，通过半透膜元件系统构成以及半透膜元件构成有效降低运行时的产水量衰减问题，在高回收率的前提下提高运行安定性，同时在运行停止以及再启动时的冲洗/置换操作可进一步降低膜面污染，延长半透膜的使用寿命，并且由于膜表面溶液浓度降低，供给侧及产水侧的浓度差降低，可有效抑制停机再启动时产水TDS增加的问题，提升整体水质安全。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

本发明公开了一种净水装置，包括半透膜供给管路2、由两个或两个以上的半透膜元件系统1、产水供给管路4、浓缩水供给管路3、控制装置15，所述两个或两个以上半透膜元件包含第一半透膜元件和第二半透膜元件，所述第一半透膜元件垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，所述第二半透膜元件沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上，含有原水供给侧或浓缩水排出侧，所述至少一个第一半透膜元件置于第二半透膜元件的前段，第一半透膜元件浓缩侧流速为A，第二半透膜元件浓缩侧流速为B，B/A为2-15。进一步优选B/A为5-10。当B/A过高时，第二半透膜元件流速过高会引起第二半透膜元件的压差增加从而导致第二半透膜元件的产水量降低以及望远镜现象等，当B/A过低时，第二半透膜元件膜面流速过低，无法显著起到通过增加膜面流速降低膜污染的效果。因此，B/A为2-15，进一步优选B/A为5-10。第一半透膜元件浓缩侧流速A为水在第一半透膜元件浓缩水出口处的膜面流速，而第二半透膜元件浓缩侧流速B为水在第二半透膜元件浓缩水出口处的膜面流速。

前述半透膜元件系统1中的第一半透膜元件和第二半透膜元件是纳滤膜元件或反渗透膜元件中的一种或多种，优选反渗透膜元件。

半透膜元件可以是2英寸、2.5英寸、3英寸、4英寸、或8英寸。

前述第一半透膜元件和第二半透膜元件的面积比优选1.5-3，第一半透膜元件作为第二半透膜元件的前段，第一半透膜元件供给水量大于第二半透膜元件供给水量，但由于第二半透膜元件面积降低且沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上含有原水供给侧或浓缩水排出侧，这样可有效提高第二半透膜元件表面流速，使得其浓水侧表面流速B大于第一半透膜元件浓水测表面流速A，B/A为2-15。

并且半透膜元件的原水供给侧流路格网是提供原水流道的媒介，原水供给侧流路格网越厚，相同进水量的情况下，膜面流速越低，水在膜面的阻力越低。当原水供给侧流路格网越薄或供给口变小的情况下，相同进水量的情况下，膜面流速提高，但水在膜面的阻力越高，膜面压力损失越大，压差越高，越容易发生望远镜现象或格网冲出现象从而导致膜元件物理损伤的发生。因此半透膜表面流速并非越高越好。第一半透膜元件因其进水流路宽，其原水供给侧流路格网厚度优选为0.15mm-0.50mm，进一步优选0.15mm-0.3mm。同时，为降低格网变薄带来的膜面阻力增加的问题，供给侧流路格网的丝交点密度为15-210个/100mm²，丝交点密度为单位面积格网上的交点个数，交点个数越少，阻力越小，但考虑到交点个数太少会降低格网强度等问题，优选供给侧流路格网的丝交点密度为15-210个/100mm²，进一步优选供给侧流路格网的丝交点密度为20-150个/100mm²。第二半透膜元件因其进水流道窄，膜面流速高，优选可降低膜面阻力的交点少的格网。因此，第二半透膜元件浓缩侧流速B与第一半透膜元件浓缩侧流速A的比值为2-15，优选5-10。

优选半透膜元件的纯水透水性>0.7m³/m²/day。进一步优选半透膜元件的纯水透水性>1.4m³/m²/day。纯水透水性是反映膜性能的直接指标之一，在采用200mg/L的氯化钠溶液作为测试溶液，测试水温25℃，测试压力0.55MPa条件下进行测试的数据。纯水透水性代表单位时间内单位膜面积的产水量，当纯水透水性越高时，膜面流速越高，膜面无机物及有机物浓度越低，可降低膜污染，延长膜寿命。高纯水透水性可通过膜配方和生产工艺的调整而达成。

优选半透膜元件的透过侧流路格网为条形流道构造。优选纵向宽度变动系数为0.00-0.10。半透膜元件的透过侧流路格网的纵向为水流方向。由于原水侧流路格网阻力、膜阻力以及透过侧流路格网阻力的存在，半透膜元件在过滤时会产生压力损失，原水侧流路格网采用丝交点密度减少的方法可有效降低原水侧的压力损失，从而提高有效压，有效的利用泵等的能源，提高能源利用率。为降低透过侧流路格网阻力，优选透过侧流路格网采用纵向条形流道构造的格网。透过水流动时可沿条形流道流动，从而降低流动时的阻力，在进水压力相同(能耗相同)的情况下，提高膜两侧的有效压，增大产水量，从而可提高过滤时的膜面流速，提高膜面冲刷力度，降低膜污染从而提高膜寿命。也可在保证膜寿命和有效压的情况下，降低进水压力，从而降低能耗，提高能源利用率。纵向条纹结构的相邻流道之间的间距称之为透过侧流路格网的纵向宽度，将各纵向宽度的标准偏差与平均值的比值定义为纵向宽度变动系数，优选纵向宽度变动系数为0.00-0.10。纵向宽度变动系数影响着透过水流动的均匀程度，当纵向宽度变动系数越大时，透过侧流路格网的流路分布越不均匀，透过侧各位置的阻力分布不均一，会导致膜负荷和膜污染的差异。理想状态是纵向宽度变动系数是0.00，即各纵向宽度的标准偏差为零，此时透过侧格网均匀分布。但纵向宽度的变动系数涉及生产工艺及生产偏差，故优选半透膜元件的透过侧流路格网的纵向宽度变动系数为0.00-0.10，进一步优选0.00-0.05。

所述半透膜元件系统中的第二半透膜元件采用进水流道窄、膜面流速高的构成，优选其与中心管垂直的部分密封端面的密封膜长度是全端面膜长度的70％-90％。当密封长度过短时，供给水或浓缩水流道与传统半透膜元件相似，膜面流速提高不显著，当密封长度过长时，流道太窄，容易造成压差过大导致膜元件望远镜现象以及物理损伤等。故本申请中的第二半透膜元件与中心管垂直的部分密封端面的密封膜长度是全端面膜长度的70％-90％。

优选所述半透膜元件系统中的膜面高流速构成的第二半透膜元件的与中心管垂直的有效膜长L与与中心管平行的有效膜长W的比L/W为2.0-10.0。当L/W比过低时，L和W长度较为接近，不管供给水流道还是浓缩水流道在与中心管平行的侧面时，膜元件内进水流道宽度都较宽，无法达到显著提高膜面流速的效果，而当L/W比过高时，进水流道过长，容易造成压差过大导致膜元件望远镜现象以及物理损伤等。故本申请中的第二半透膜元件的与中心管垂直的有效膜长L与与中心管平行的有效膜长W的比L/W优选2.0-10.0。

该净水装置的原水可为自来水、地表水、地下水或海水中的一种或多种，优选自来水。

优选该净水装置还包括平行于第一半透膜元件浓缩水阀门7的冲洗阀门11。

当原水中污染物质较多时，相同回收率下运行时，蓄积在膜表面的污染物质浓度增加，堵塞进水流道和膜孔，产水流量下降速率增加，膜污染越加剧烈，此时可通过开启冲洗阀门11达到对第一半透膜元件膜面污染物进行冲刷的目的。同时由于将膜元件内浓水置换成了浓度更低的原水，可降低进水侧和产水侧的浓度差，从而可有效抑制停机再启动后产水侧TDS(总溶解性固体)增加的问题。

优选该净水装置还包括位于第一半透膜元件产水侧和第二半透膜元件供给水侧的管路和冲洗阀门12。

第二半透膜元件为第一半透膜元件的后段，用于处理第一半透膜元件的浓缩水，其供给水的污染物质更多，停机后的膜元件内溶液浓度更高。故在第一半透膜元件产水侧和第二半透膜元件供给水侧增设管路和冲洗阀门12，在半透膜元件系统运行停止时，进行延时过滤和冲洗，开启第一半透膜元件的冲洗阀门11和冲洗阀门12，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，关闭第一半透膜元件的浓缩水阀门7，产水流量控制阀门9，第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，采用第一半透膜元件的产水对第二半透膜元件进行冲洗，由于第二半透膜元件的特殊高流速构造使得其膜面流速高于传统半透膜元件，使其冲洗效果增加，有效降低膜污染，提高运行安定性能和膜寿命。反之，在其冲洗效果和传统膜元件冲洗效果相同(膜面流速相同)时，第二半透膜元件的冲洗水用量大幅降低，甚至可以在无泵情况下，仅采用自来水压就可达成，有着节能和节水的作用。同时由于将第二半透膜元件内浓水置换成了浓度非常低的第一半透膜元件的产水，可降低进水侧和产水侧的浓度差，从而大幅抑制停机再启动后产水侧TDS(总溶解性固体)增加的问题。

当装置停止运行时，根据运行时间S1通过控制装置15来开启冲洗阀门11和冲洗阀门12对第一半透膜元件和第二半透膜元件进行冲洗，冲洗时间为S3；所述时间S3根据运行时间S1的长短来控制，当运行时间S1较长时，冲洗时间S3较长，当运行时间S1较短时，冲洗时间S3也相应缩短，S3可为0。

当装置重新开始运行时，根据停机时间S2通过控制装置15，开启第一半透膜元件的浓缩水阀门7和冲洗阀门12，第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，关闭第一半透膜元件的产水流量控制阀门9和冲洗阀门11，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，使得第一半透膜元件的浓缩水和产水进入第二半透膜元件进行冲洗和过滤，冲洗和过滤的时间为S4。所述时间S4根据停机时间S2的长短来控制，当停机时间S2较长时，冲洗和过滤时间S4较长，当停机时间S2较短时，冲洗和过滤时间S4也相应缩短，S4可为0。

优选所述半透膜元件系统中的第二半透膜元件在使用第一半透膜元件产水作为原水时的供给侧膜面流速为0.08m/s-0.50m/s。也即采用第一半透膜元件产水冲洗/置换第二半透膜元件时，由于第二半透膜元件的膜面高流速构成，使得第二半透膜元件的膜面流速相比传统半透膜元件提高，但同样的过高流速仍然会导致膜元件受损，故此时第二半透膜元件供给侧膜面流速为0.08m/s-0.50m/s。第一半透膜元件采用上述优选的纯水透水性和透过侧流路格网也可提高第一半透膜元件的产水量从而提高用其产水对第二半透膜元件进行冲洗时的第二半透膜元件膜表面流速，提高冲洗效果。

优选半透膜元件系统中的第一半透膜元件膜面冲洗流速均在0.08m/s以上。半透膜元件系统中的第一半透膜元件采用上述优选的供给水侧格网、纯水透水性、透过侧流路格网均可有效提高膜产水量和膜面流速，使得其冲洗流速提高，在用水量相同的前提下提高冲洗效果，从而提高半透膜元件的运行安定性和寿命，换言之，也可在保证冲洗效果的前提下，降低用水量，从而提高系统的整体回收率。

该净水装置中的第一半透膜元件和第二半透膜元件可同时冲洗或单独冲洗。

优选半透膜元件回收率为60％-100％。回收率是产水流量占总进水量的比例，回收率越低，水资源越浪费，而回收率越高，水资源利用率增加，节水效果越好，但是由于水中含有无机物，如硬度成分钙、镁等，以及有机物，如腐殖酸、蛋白质等，在回收率提高的时候会在半透膜元件表面富集，浓度增加，引起膜元件的无机结垢和有机污染，从而导致半透膜元件的产水流量下降，达不到用水需求，回收率越高，这种趋势越明显，产水流量下降越明显。本发明中采用含有第一半透膜元件和第二半透膜元件的半透膜元件系统以及半透膜元件构成、对各个半透膜元件进行冲洗的方法，可有效抑制无机结垢和有机物污染，使得半透膜元件回收率超过60％，进一步优选70％-95％。

本发明还公开了一种净水装置的运行方法，原水通过半透膜供给管路供给给含有两个或两个以上的半透膜元件的半透膜元件系统分离成产水和浓缩水，所述两个或两个以上半透膜元件包含第一半透膜元件和第二半透膜元件，所述第一半透膜元件垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，所述第二半透膜元件沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上，含有原水供给侧或浓缩水排出侧，所述至少一个第一半透膜元件置于第二半透膜元件的前段，第一半透膜元件浓缩侧流速为A，第二半透膜元件浓缩侧流速为B，B/A为2-15。进一步优选B/A为5-10。当B/A过高时，第二半透膜元件流速过高会引起第二半透膜元件的压差增加从而导致第二半透膜元件的产水量降低以及望远镜现象等，当B/A过低时，第二半透膜元件膜面流速过低，无法显著起到通过增加膜面流速降低膜污染的效果。因此，B/A为2-15，进一步优选B/A为5-10。第一半透膜元件浓缩侧流速A为水在第一半透膜元件浓缩水出口处的膜面流速，而第二半透膜元件浓缩侧流速B为水在第二半透膜元件浓缩水出口处的膜面流速。

前述第一半透膜元件和第二半透膜元件的面积比优选1.5-3，第一半透膜元件作为第二半透膜元件的前段，第一半透膜元件供给水量大于第二半透膜元件供给水量，但由于第二半透膜元件面积降低且沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上含有原水供给侧或浓缩水排出侧，这样可有效提高第二半透膜元件表面流速，使得其浓水侧表面流速B大于第一半透膜元件浓水测表面流速A，B/A为2-15。

并且半透膜元件的原水供给侧流路格网是提供原水流道的媒介，原水供给侧流路格网越厚，相同进水量的情况下，膜面流速越低，水在膜面的阻力越低。当原水供给侧流路格网越薄或供给口变小的情况下，相同进水量的情况下，膜面流速提高，但水在膜面的阻力越高，膜面压力损失越大，压差越高，越容易发生望远镜现象和格网冲出现象从而导致膜面物理损伤的发生。因此半透膜表面流速并非越高越好。第一半透膜元件因其进水流路宽，其原水供给侧流路格网厚度优选为0.15mm-0.50mm，进一步优选0.15mm-0.3mm。同时，为降低格网变薄带来的膜面阻力增加的问题，供给侧流路格网的丝交点密度为15-210个/100mm²，丝交点密度为单位面积格网上的交点个数，交点个数越少，阻力越小，但考虑到交点个数太少会降低格网强度等问题，优选供给侧流路格网的丝交点密度为15-210个/100mm²，进一步优选供给侧流路格网的丝交点密度为20-150个/100mm²。第二半透膜元件因其进水流道窄，膜面流速高，优选可降低膜面阻力的交点少的格网。因此，第二半透膜元件浓缩侧流速B与第一半透膜元件浓缩侧流速A的比值为2-15，优选5-10。

优选半透膜元件的纯水透水性>0.7m³/m²/day。进一步优选半透膜元件的纯水透水性>1.4m³/m²/day。纯水透水性是反映膜性能的直接指标之一，在采用200mg/L的氯化钠溶液作为测试溶液，测试水温25℃，测试压力0.55MPa条件下进行测试的数据。纯水透水性代表单位时间内单位膜面积的产水量，当纯水透水性越高时，膜面流速越高，膜面无机物及有机物浓度越低，可降低膜污染，延长膜寿命。高纯水透水性可通过膜配方和生产工艺的调整而达成。

优选半透膜元件的透过侧流路格网为条形流道构造。优选纵向宽度变动系数为0.00-0.10。半透膜元件的透过侧流路格网的纵向为水流方向。由于原水侧流路格网阻力、膜阻力以及透过侧流路格网阻力的存在，半透膜元件在过滤时会产生压力损失，原水侧流路格网采用丝交点密度减少的方法可有效降低原水侧的压力损失，从而提高有效压，有效的利用泵等的能源，提高能源利用率。为降低透过侧流路格网阻力，优选透过侧流路格网采用纵向条形流道构造的格网。透过水流动时可沿条形流道流动，从而降低流动时的阻力，在进水压力相同(能耗相同)的情况下，提高膜两侧的有效压，增大产水量，从而可提高过滤时的膜面流速，提高膜面冲刷力度，降低膜污染从而提高膜寿命。也可在保证膜寿命和有效压的情况下，降低进水压力，从而降低能耗，提高能源利用率。纵向条纹结构的相邻流道之间的间距称之为透过侧流路格网的纵向宽度，将各纵向宽度的标准偏差与平均值的比值定义为纵向宽度变动系数，优选纵向宽度变动系数为0.00-0.10。纵向宽度变动系数影响着透过水流动的均匀程度，当纵向宽度变动系数越大时，透过侧流路格网的流路分布越不均匀，透过侧各位置的阻力分布不均一，会导致膜负荷和膜污染的差异。理想状态是纵向宽度变动系数是0.00，即各纵向宽度的标准偏差为零，此时透过侧格网均匀分布。但纵向宽度的变动系数涉及生产工艺及生产偏差，故优选半透膜元件的透过侧流路格网的纵向宽度变动系数为0.00-0.10，进一步优选0.00-0.05。

所述半透膜元件系统中的第二半透膜元件采用进水流道窄、膜面流速高的构成，优选其与中心管垂直的部分密封端面的密封膜长度是全端面膜长度的70％-90％。当密封长度过短时，供给水或浓缩水流道与传统半透膜元件相似，膜面流速提高不显著，当密封长度过长时，流道太窄，容易造成压差过大导致膜元件望远镜现象以及物理损伤等。故本申请中的第二半透膜元件与中心管垂直的部分密封端面的密封膜长度是全端面膜长度的70％-90％。

优选所述半透膜元件系统中的膜面高流速构成的第二半透膜元件的与中心管垂直的有效膜长L与与中心管平行的有效膜长W的比L/W为2.0-10.0。当L/W比过低时，L和W长度较为接近，不管供给水流道还是浓缩水流道在与中心管平行的侧面时，膜元件内进水流道宽度都较宽，无法达到显著提高膜面流速的效果，而当L/W比过高时，进水流道过长，容易造成压差过大导致膜元件望远镜现象以及物理损伤等。故本申请中的第二半透膜元件的与中心管垂直的有效膜长L与与中心管平行的有效膜长W的比L/W优选2.0-10.0。

优选该净水装置在冲洗时，第一半透膜元件采用原水冲洗，第二半透膜元件采用第一半透膜元件的产水冲洗。

当原水中污染物质较多时，相同回收率下运行时，蓄积在膜表面的污染物质浓度增加，堵塞进水流道和膜孔，产水流量下降速率增加，膜污染越加剧烈，此时可通过开启冲洗阀门11达到对第一半透膜元件膜面污染物进行冲刷的目的。同时由于将膜元件内浓水置换成了浓度更低的原水，可降低进水侧和产水侧的浓度差，从而可有效抑制停机再启动后产水侧TDS(总溶解性固体)增加的问题。

第二半透膜元件为第一半透膜元件的后段，用于处理第一半透膜元件的浓缩水，其供给水的污染物质更多，停机后的膜元件内溶液浓度更高。故在第一半透膜元件产水侧和第二半透膜元件供给水侧增设管路和冲洗阀门12，在半透膜元件系统运行停止时，进行延时过滤和冲洗，开启第一半透膜元件的冲洗阀门11和冲洗阀门12，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，关闭第一半透膜元件的浓缩水阀门7，产水流量控制阀门9，第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，采用第一半透膜元件的产水对第二半透膜元件进行冲洗，由于第二半透膜元件的特殊高流速构造使得其膜面流速高于传统半透膜元件，使其冲洗效果增加，有效降低膜污染，提高运行安定性能和膜寿命。反之，在其冲洗效果和传统膜元件冲洗效果相同(膜面流速相同)时，第二半透膜元件的冲洗水用量大幅降低，甚至可以在无泵情况下，仅采用自来水压就可达成，有着节能和节水的作用。同时由于将第二半透膜元件内浓水置换成了浓度非常低的第一半透膜元件的产水，可降低进水侧和产水侧的浓度差，从而大幅抑制停机再启动后产水侧TDS(总溶解性固体)增加的问题。

优选所述半透膜元件系统中的第二半透膜元件在使用第一半透膜元件产水作为原水时的供给侧膜面流速为0.08m/s-0.50m/s。也即采用第一半透膜元件产水冲洗/置换第二半透膜元件时，由于第二半透膜元件的膜面高流速构成，使得第二半透膜元件的膜面流速相比传统半透膜元件提高，但同样的过高流速仍然会导致膜元件受损，故此时第二半透膜元件供给侧膜面流速为0.08m/s-0.50m/s。第一半透膜元件采用上述优选的纯水透水性和透过侧流路格网也可提高第一半透膜元件的产水量从而提高用其产水对第二半透膜元件进行冲洗时的第二半透膜元件膜表面流速，提高冲洗效果。

优选半透膜元件系统中的第一半透膜元件膜面冲洗流速均在0.08m/s以上。半透膜元件系统中的第一半透膜元件采用上述优选的供给水侧格网、纯水透水性、透过侧流路格网均可有效提高膜产水量和膜面流速，使得其冲洗流速提高，在用水量相同的前提下提高冲洗效果，从而提高半透膜元件的运行安定性和寿命，换言之，也可在保证冲洗效果的前提下，降低用水量，从而提高系统的整体回收率。

当装置停止运行时，根据运行时间S1通过控制装置15来开启冲洗阀门11和冲洗阀门12对第一半透膜元件和第二半透膜元件进行冲洗，冲洗时间为S3；所述时间S3根据运行时间S1的长短来控制，当运行时间S1较长时，冲洗时间S3较长，当运行时间S1较短时，冲洗时间S3也相应缩短。

在半透膜元件系统再启动时，优选第一半透膜元件的浓缩水和产水供给给第二半透膜元件。当装置重新开始运行时，根据停机时间S2通过控制装置15，开启第一半透膜元件的浓缩水阀门7和冲洗阀门12，第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，关闭第一半透膜元件的产水流量控制阀门9和冲洗阀门11，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，使得第一半透膜元件的浓缩水和产水进入第二半透膜元件进行冲洗和过滤，冲洗和过滤的时间为S4。所述时间S4根据停机时间S2的长短来控制，当停机时间S2较长时，冲洗和过滤时间S4较长，当停机时间S2较短时，冲洗和过滤时间S4也相应缩短。由于第一半透膜元件在停机时采用原水浸泡，第二半透膜元件在停机时采用第一半透膜元件的产水浸泡，第一半透膜元件采用的原水浓度虽小于过滤停止时不采取任何行动的浓水浸泡浓度，当和产水仍有一定的浓度差，再启动时的产水TDS仍会有所增加，影响用户体验。故在再启动时优选第一半透膜元件的浓缩水和产水供给给第二半透膜元件进行时间S4的过滤，一方面可对第二半透膜元件进行冲洗，同时可以保证时间S4后第一半透膜元件出水水质提升，保障安全。并且第一半透膜元件的浓缩水和产水均供给给第二半透膜元件可节省用水量，提高半透膜元件系统的整体回收率。

优选半透膜元件回收率为60％-100％。回收率是产水流量占总进水量的比例，回收率越低，水资源越浪费，而回收率越高，水资源利用率增加，节水效果越好，但是由于水中含有无机物，如硬度成分钙、镁等，以及有机物，如腐殖酸、蛋白质等，在回收率提高的时候会在半透膜元件表面富集，浓度增加，引起膜元件的无机结垢和有机污染，从而导致半透膜元件的产水流量下降，达不到用水需求，回收率越高，这种趋势越明显，产水流量下降越明显。本发明中采用含有第一半透膜元件和第二半透膜元件的半透膜元件系统以及半透膜元件构成、对各个半透膜元件进行冲洗的方法，可有效抑制无机结垢和有机物污染，使得半透膜元件回收率超过60％，进一步优选70％-95％。

本发明公开了一种回收率高寿命长的净水装置，通过本发明中的特殊构造和设计，可在高回收率情况下抑制半透膜元件的产水量下降率，从而延长半透膜元件的寿命。并且通过本发明中的运行方法提高半透膜元件的产水量回复率，并抑制净水装置在停机再启动时由于浓度差影响导致的净水TDS升高的问题，有效改善水质和用水安全。具体效果如下：

由于第一半透膜元件的格网构造和膜性能，以及第二半透膜元件的特殊高流速构造，可提高膜面流速，降低污染发生从而降低半透膜元件的产水量下降率，延长半透膜寿命。同时第二半透膜元件高流速构造可使得第二半透膜元件在使用较低冲洗水量的前提下得到较高的膜面流速和冲洗效果，提高系统总体回收率。

在半透膜元件系统运行停止时，进行延时过滤和冲洗，采用第一半透膜元件的产水对第二半透膜元件进行冲洗，由于第二半透膜元件的特殊高流速构造使得其膜面流速高于传统半透膜元件，使其冲洗效果增加，有效降低膜污染，提高运行安定性能和膜寿命。反之，在其冲洗效果和传统膜元件冲洗效果相同(膜面流速相同)时，第二半透膜元件的冲洗水用量大幅降低，甚至可以在无泵情况下，仅采用自来水压就可达成，有着节能和节水的作用。同时由于将第二半透膜元件内浓水置换成了浓度非常低的第一半透膜元件的产水，可降低进水侧和产水侧的浓度差，从而大幅抑制停机再启动后产水侧TDS(总溶解性固体)增加的问题。

当装置重新开始运行时，由于第一半透膜元件在停机时采用原水浸泡，第二半透膜元件在停机时采用第一半透膜元件的产水浸泡，第一半透膜元件采用的原水浓度虽小于过滤停止时不采取任何行动的浓水浸泡浓度，当和产水仍有一定的浓度差，再启动时的产水TDS仍会有所增加，影响用户体验。故在再启动时优选第一半透膜元件的浓缩水和产水供给给第二半透膜元件进行时间S4的过滤，一方面可对第二半透膜元件进行冲洗，同时可以保证时间S4后第一半透膜元件出水水质提升，保障安全。并且第一半透膜元件的浓缩水和产水均供给给第二半透膜元件可节省用水量，提高半透膜元件系统的整体回收率。

附图说明

图1是净水装置的流程图

图2是普通净水装置的流程图

图3第二半透膜元件的构成之一

其中，1-半透膜元件系统 2-半透膜供给管路 3-浓缩水供给管路

4-产水供给管路 5-TDS测定装置 6-流量计

7-浓缩水阀门A 8-浓缩水阀门B 9-产水阀门A

10-产水阀门B 11-冲洗阀门A 12-冲洗阀门B

13-原水管路阀门 14-原水控制装置(泵) 15-控制装置

16-水龙头 17-止回阀 18-产水流量控制阀门

A-第一半透膜元件 B-第二半透膜元件

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

结合图1所示，本发明的一种净水装置，原水通过半透膜供给管路2流入半透膜元件系统，水经过半透膜元件系统处理后，经过半透膜元件产水流量控制阀门18，进入水龙头16，供日常使用。为了控制产水水质和延长膜寿命，加入控制装置15，以控制阀门开关，进行半透膜元件的冲洗浸泡等。

实施例中各参数测试方法以及意义如下所示：回收率为产水量占整个供给水量的比例，L/W为膜元件内单页膜片垂直于有孔集水管方向的膜长L与沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的膜长W的比值，产水量为单位面积单位时间内的产水量，流速为水经过该膜面时的水流速度，脱盐率为截留的TDS与供给水TDS的比值，采用哈希公司的台式TDS仪测试。

实施例1

如图1所示的净水装置的膜元件回收率为75％，进水TDS为300mg/L，运行压力为0.55MPa，第一半透膜元件和第二半透膜元件的供给侧格网厚度为0.56mm，第一半透膜元件的L/W比为3.0，第二半透膜元件的L/W比为5.0，膜片产水量为0.9m/d(0.55MPa下测定)，第一半透膜元件产水量为0.8m/d，第一半透膜元件垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，第二半透膜元件产水量为0.7m/d(卷制膜元件由于压力损失问题，产水量均会略低于膜片产水量)，第二半透膜元件与中心管垂直的部分密封端面的密封膜长度是全端面膜长度的80％，第二半透膜元件沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上，含有原水供给侧，第一半透膜元件和第二半透膜元件的膜面积比为2，此时，第二半透膜元件浓缩侧流速B与第一半透膜元件浓缩侧流速A的比值为5，第一半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为0.5％/m²/吨，第二半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为0.85％/m²/吨。第二半透膜元件产水流量在到达更换膜元件前的极限值得总产水量达到不采用膜面高流速构造膜元件产水量的1.15倍，第一半透膜元件的脱盐率为90.0％，第二半透膜元件的脱盐率为90.0％。

实施例2

如图1所示的净水装置的膜元件回收率为75％，进水TDS为300mg/L，运行压力为0.55MPa，第一半透膜元件和第二半透膜元件的供给侧格网厚度为0.56mm，第一半透膜元件的L/W比为3.0，第二半透膜元件的L/W比为5.0，膜片产水量为0.9m/d(0.55MPa下测定)，第一半透膜元件产水量为0.8m/d，第一半透膜元件垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，第二半透膜元件产水量为0.7m/d(卷制膜元件由于压力损失问题，产水量均会略低于膜片产水量)，第二半透膜元件与中心管垂直的部分密封端面的密封膜长度是全端面膜长度的80％，第二半透膜元件沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上，含有原水供给侧，第一半透膜元件和第二半透膜元件的膜面积比为2，此时，第二半透膜元件浓缩侧流速B与第一半透膜元件浓缩侧流速A的比值为5，第一半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为0.5％/m²/吨，第二半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为0.85％/m²/吨。运行停止时，开启第一半透膜元件的冲洗阀门11和冲洗阀门12，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，关闭第一半透膜元件的浓缩水阀门7，产水流量控制阀门9，第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，第一半透膜元件采用流量为10L/min的原水进行冲洗，同时第一半透膜元件的产水对第二半透膜元件进行冲洗和浸泡，此时第一半透膜元件的膜面供给侧冲洗流速为0.09m/s，第二半透膜的膜面供给侧冲洗流速为0.08m/s，冲洗一定时间后，关闭原水控制装置14和原水管路阀门13。停机一段时间再启动运行时，在之前停机的基础上，开启第一半透膜元件的浓缩水阀门7和第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，关闭第一半透膜元件的冲洗阀门11，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，使得第一半透膜元件的产水和浓缩水均进入第二半透膜元件中，第二半透膜元件的产水经产水流量控制阀门18进入水龙头16供用户使用，在经过一定时间的冲洗和过滤后，开启第一半透膜元件的产水阀门9，关闭冲洗阀门12，使得第一半透膜元件的产水经产水阀门9和第二半透膜元件的产水混合供使用，此时第一半透膜的产水量回复率为25.5％，可使第一半透膜元件产水流量在到达更换膜元件前的极限值得总产水量达到不清洗产水量的1.3倍，第二半透膜元件的产水量回复率为25.5％，可使第二半透膜元件产水流量在到达更换膜元件前的极限值得总产水量达到不清洗产水量的1.3倍，第一半透膜元件的脱盐率为92.5％，第二半透膜元件的脱盐率为92％。

实施例3

如图1所示的净水装置的膜元件回收率为75％，进水TDS为300mg/L，运行压力为0.55MPa，第一半透膜元件和第二半透膜元件的供给侧格网厚度为0.56mm，第一半透膜元件的L/W比为3.0，第二半透膜元件的L/W比为5.0，膜片产水量为0.9m/d(0.55MPa下测定)，第一半透膜元件产水量为0.8m/d，第一半透膜元件垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，第二半透膜元件产水量为0.7m/d(卷制膜元件由于压力损失问题，产水量均会略低于膜片产水量)，第二半透膜元件与中心管垂直的部分密封端面的密封膜长度是全端面膜长度的80％，第二半透膜元件沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上，含有浓缩水排出侧，第一半透膜元件和第二半透膜元件的膜面积比为2，此时，第二半透膜元件浓缩侧流速B与第一半透膜元件浓缩侧流速A的比值为5，第一半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为0.5％/m²/吨，第二半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为0.8％/m²/吨。运行停止时，开启第一半透膜元件的冲洗阀门11和冲洗阀门12，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，关闭第一半透膜元件的浓缩水阀门7，产水流量控制阀门9，第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，第一半透膜元件采用流量为10L/min的原水进行冲洗，同时第一半透膜元件的产水对第二半透膜元件进行冲洗和浸泡，此时第一半透膜元件的膜面供给侧冲洗流速为0.09m/s，第二半透膜的膜面供给侧冲洗流速为0.08m/s，冲洗一定时间后，关闭原水控制装置14和原水管路阀门13。停机一段时间再启动运行时，在之前停机的基础上，开启第一半透膜元件的浓缩水阀门7和第二半透膜元件的产水流量控制阀门10，关闭第一半透膜元件的冲洗阀门11，第二半透膜元件的浓缩水阀门8，使得第一半透膜元件的产水和浓缩水均进入第二半透膜元件中，第二半透膜元件的产水经产水流量控制阀门18进入水龙头16供用户使用，在经过一定时间的冲洗和过滤后，开启第一半透膜元件的产水阀门9，关闭冲洗阀门12，使得第一半透膜元件的产水经产水阀门9和第二半透膜元件的产水混合供使用，此时第一半透膜的产水量回复率为25.5％，可使第一半透膜元件产水流量在到达更换膜元件前的极限值得总产水量达到不清洗产水量的1.3倍，第二半透膜元件的产水量回复率为25.5％，可使第二半透膜元件产水流量在到达更换膜元件前的极限值得总产水量达到不清洗产水量的1.3倍，第一半透膜元件的脱盐率为93.8％，第二半透膜元件的脱盐率为93.2％。

实施例4

对比实施例3，实施例中的原始参数仅产水量不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例5

对比实施例3，实施例中的原始参数仅进水格网不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例6

对比实施例5，实施例中的原始参数仅第二半透膜元件的密封百分比不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例7

对比实施例5，实施例中的原始参数仅第二半透膜元件的密封百分比不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例8

对比实施例7，实施例中的原始参数仅回收率不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例9

对比实施例5，实施例中的原始参数仅回收率不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例10

对比实施例5，实施例中的原始参数仅第一半透膜元件和第二半透膜元件的面积比不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例11

对比实施例5，实施例中的原始参数仅第一半透膜元件和第二半透膜元件的面积比不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例12

对比实施例2，实施例中的原始参数仅第二半透膜元件的L/W不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

实施例13

对比实施例2，实施例中的原始参数仅第二半透膜元件的L/W不同，其他原始参数均相同，其具体数值如表1所示。

表1

对比例1

如图2所示，一种净水装置，原水通过进水泵14和半透膜元件供给管路2流入半透膜元件，水经过半透膜元件处理后，经过半透膜元件产水流量控制阀门9，进入水龙头16，供日常使用，而浓水侧经过浓水供给管路3排出。净水装置的膜元件回收率为75％，进水TDS为300mg/L，运行压力为0.55MPa，第一半透膜元件和第二半透膜元件的供给侧格网厚度为0.56mm，第一和第二半透膜元件均是垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，第一半透膜元件和第二半透膜元件的膜面积比为2，此时，第二半透膜元件浓缩侧流速B与第一半透膜元件浓缩侧流速A的比值为1.0，第一半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为0.5％/m²/吨，第二半透膜元件的单位面积(每平方米)单位产水量(每吨)的产水量下降率为1.0％/m²/吨。再启动时第一半透膜元件的脱盐率为90.0％，第二半透膜元件的脱盐率为86.0％。产水量下降率高，同时由于停机时膜面的浓度差引起的产水TDS增加，影响用水安全。

经实施例和对比例的对比可以看出，采用本申请的净水装置，由于膜面的高流速可有效降低产水量下降率，同时通过运行停止时和再启动时的操作，提高半透膜元件的产水量回复率从而进一步延长膜寿命，并且由于运行停止时和再启动时的操作可有效降低膜两侧浓度差从而抑制高浓度差带来的TDS增加，提高用水水质和用水安全。具体从实施例2-9，12-13可以看出，实施例4的一段二段产水量比实施例2高，过滤时膜面流速高，两者产水量下降率均下降，同时冲洗时二段膜面流速高，二段回复率高，脱盐率都提高。从实施例5和3可以看出，实施例5进水格网比实施例3薄，冲洗时膜面流速高，所有效果都比实施例3好。实施例6开口变大，密封百分比降低，进水流道变宽，压损减小虽可增加二段产水量但冲洗膜面流速降低，二段产水量低下率下降，但回复略降低。实施例7开口变小，密封百分比增加，进水流道变窄，虽可增加二段冲洗膜面流速但压损增加导致二段产水量降低，二段产水量低下率增加。实施例8相比实施例7回收率增加，造水量低下率增加，冲洗回复效果比实施例4降低，再启动时脱盐率下降，比实施例6略差，但回收率提高，节水。实施例9相比实施例5回收率降低，造水量低下率降低，冲洗回复效果比实施例4增加，再启动时脱盐率增加。二段L/W降低，页数越多，膜面流速增加不明显，但比对比例1好，介于对比例和实施例1中间。二段L/W升高，页数越少，膜面流速虽增加但阻力越大，同时卷制难度增加。实施例12与实施例5相比，一段/二段面积比增加，一段和二段膜面流速均增加，但相同回收率下一段回收率增加，二段进水浓度增加，一段和二段的产水量下降率增加，但冲洗回复率也增加，相比实施例5各有优劣。实施例13与实施例5相比，一段/二段面积比下降，二段膜面流速下降，但相同回收率下一段回收率下降，二段进水浓度下降，但二段回收率增加，一段产水量下降率下降，冲洗回复率上升，二段基本持平，但冲洗回复率也下降，相比实施例5各有优劣。

Claims (10)

1.一种净水装置，包括半透膜供给管路2、由两个或两个以上的半透膜元件系统1、产水供给管路4、浓缩水供给管路3、控制装置15，其特征在于：所述半透膜元件系统1包含第一半透膜元件和第二半透膜元件，所述第一半透膜元件垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，所述第二半透膜元件沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上，含有原水供给侧或浓缩水排出侧，所述至少一个第一半透膜元件置于第二半透膜元件的前段；所述第一半透膜元件浓缩侧流速为A，第二半透膜元件浓缩侧流速为B，B/A为2-15。

2.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于：该净水装置还包括平行于第一半透膜元件浓缩水阀门7的冲洗阀门11。

3.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于：该净水装置还包括位于第一半透膜元件产水侧和第二半透膜元件供给水侧的管路和冲洗阀门12。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的净水装置，其特征在于：当所述净水装置停止运行时，根据运行时间S1通过控制装置15来开启冲洗阀门11和冲洗阀门12对第一半透膜元件和第二半透膜元件进行冲洗，冲洗时间为S3；当所述净水装置重新开始运行时，根据停机时间S2通过流量·水质控制装置15来开启浓缩水阀门7和冲洗阀门12使得第一半透膜元件的浓缩水和产水进入第二半透膜元件进行冲洗和过滤，冲洗和过滤的时间为S4。

5.根据权利要求4所述的净水装置，其特征在于：所述半透膜元件系统1中的第二半透膜元件在使用第一半透膜元件产水作为原水时的供给侧膜面流速为0.08m/s-0.50m/s。

6.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于：该净水装置中的第一半透膜元件和第二半透膜元件，可同时冲洗或单独冲洗。

7.一种净水装置的运行方法，原水通过半透膜供给管路供给给含有两个或两个以上的半透膜元件系统分离成产水和浓缩水，其特征在于：所述两个或两个以上半透膜元件包含第一半透膜元件和第二半透膜元件，所述第一半透膜元件垂直于有孔集水管的两个端面上，含有原水供给侧和浓缩水排出侧，所述第二半透膜元件沿垂直于有孔集水管方向延伸的平行于有孔集水管的侧面上，含有原水供给侧或浓缩水排出侧，所述至少一个第一半透膜元件置于第二半透膜元件的前段，第一半透膜元件浓缩侧流速为A，第二半透膜元件浓缩侧流速为B，B/A为2-15。

8.根据权利要求7所述的净水装置的运行方法，其特征在于：该净水装置在冲洗时，第一半透膜元件采用原水冲洗，第二半透膜元件采用第一半透膜元件的产水冲洗。

9.根据权利要求7所述的净水装置的运行方法，其特征在于：所述半透膜元件系统1中的第二半透膜元件在使用第一半透膜元件产水作为原水时的供给侧膜面流速为0.08m/s-0.50m/s。

10.根据权利要求7所述的净水装置的运行方法，其特征在于：在所述半透膜元件系统1再启动时，第一半透膜元件的浓缩水和产水供给给第二半透膜元件。

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