CN201959724U - 一种可用于高硬水的节水型反渗透净水机 - Google Patents

Abstract

一种可用于高硬水的节水型反渗透净水机，其特征是：将第一支反渗透膜的浓水出口与第二支膜的进水口连接，再将第二支膜的浓水出口与第三支膜进水口连接，以实现双膜或多膜串联；将尾膜浓水分流一部分进入增压泵进口，进行浓水循环，以提高回收率、节水，并可调节矿物质含量。在装有缓释阻垢剂的滤筒进水口安装进水电磁阀，滤筒的上端安装排气电磁阀，下端安装排水电磁阀，与中间继电器和压力开关组成自动控制系统。制水时，进水电磁阀打开，排气和排水电磁阀关闭，将阻垢剂释放于水中；停止制水时，进水电磁阀关闭，排水和排气电磁阀打开，放掉滤筒里的水，阻垢剂停止释放。缓释阻垢可用于高硬水处理。

Description

一种可用于高硬水的节水型反渗透净水机

所属技术领域

一种饮用水水质处理器，特别是涉及一种可用于高硬水的节水型反渗透净水机。

背景技术

根据国家卫生部2001年颁布的《生活饮用水水质处理器卫生规范》和相关标准，家庭和集团用水质处理器按功能评价标准划分为直饮型和非直饮型两大类。膜分离单元是直饮型水质处理器的核心，按截留物质精度等级分主要有：微滤(MF)＜超滤(UF)＜纳滤(NF)＜反渗透(RO)。各类净水机中，反渗透截留物质的精度等级最高，可高效去除微生物、有机物、重金属等有害物质，还具有脱盐功能，对处理高硬水、苦涩水，去除多余的矿物盐、硬度、改善口感具有独特的优势，欧美日韩等国反渗透净水机占各类净水机总数的70％以上，现已成为家用净水设备的主流。

根据2003年国家地下水资源评估资料，我国地下水资源占全国水资源总量的1/3，其中适宜饮用的水占80％。地下水通常污染小，但矿物盐含量高、硬度高。按国际标准划分水质硬度200～300mg/L为高硬水，＞300mg/L为极硬水，可溶性总固体(矿化度、TDS)＞500mg/L为高矿化度水。这类水感官舒适性差，有苦涩味，严重影响饭菜味道和质量；沐浴时头发干涩，伤害皮肤；洗涤时浪费肥皂，损坏衣物；由于水垢重，增加热耗，堵塞管道，损伤生产和生活设施，未经处理不宜饮用。各国饮用水硬度标准：世界卫生组织(WHO)推荐饮水标准＜100mg/L、优质水＜50mg/L；美国供水工程协会80～100mg/L；日本自来水＜300mg/L，舒适水10～100mg/L；欧盟60～200mg/L；中国≤450mg/L，大大超过发达国家标准。我国可饮用的地下水中，硬度大于300mg/L的极硬水占可饮用地下水的70％以上。东北、华北(包括北京)、西北和西南地区有50％城市自来水的硬度已接近甚至超过450mg/L标准限值，降水充沛的南方和沿海地区，饮用高硬水的居民也为数不少。不良饮水造成的困扰已成为社会关注的焦点，开发推广适宜处理高硬水、苦涩水的反渗透净水机是改善饮水质量的有效途径。

据调查，目前我国家用反渗透净水机市场基本以美式产品为主。主要用于自来水终端净化制备水质较纯口感较好的饮用水，因此国内将其定名为纯水机。迄今我国尚无家用净水机国家标准，国家卫生部“涉水卫生许可批件”将纯水机使用范围定为“以市政自来水为原水”，对出水水质卫生指标作出了规定，但无水质纯度指标的内容(硬度、矿化度、电导率等)，而生产企业大多将纯净水标准作为纯水机水质标准。美式净水机基本上是采用一级单膜反渗透结构，由于制水流程短，水质纯度要求较高，因此产品水回收率低，仅15～20％，废水排放占80～85％。在美国，自来水硬度低，用一级反渗透制备纯净水是没有问题的，但在我国高硬水占的比例很大，即使用符合标准的自来水，也不一定能产出纯净水。根据国家标准纯净水电导率为≤10μs/cm(水质纯度、矿物盐含量的表征性指标)，电导率的高低取决于反渗透脱盐率的高低。目前进口和国产家用反渗透膜脱盐率大多在98％，按照纯净水电导率要求可计算出原水电导率应小于500μs/cm；按电导率同矿化度、硬度的比例关系计算，矿化度大致 在360mg/L、硬度在220mg/L左右。以上数据表明我国可饮用地下水中，有70％以上不适合用传统纯水机生产纯净水。用高硬水制备纯净水不仅质量难以保证，而且会造成反渗透膜的结垢污堵，使设备无法正常运行。根据技术规范，一级反渗透只适用于可溶性总固体≤500mg/L，硬度≤220mg/L的原水生产纯净水，超过这一限值，应采用经二次渗透过滤的二级反渗透，并需对原水进行软化处理，才能达到纯净水的工艺要求。二级反渗透比一级反渗透技术结构复杂，使用维护难度大，成本为一级反渗透的3.5倍，由于技术经济原因，迄今尚未发现有家用二级反渗透净水机产品。按照国际水质标准电导率小于2μs/cm的水才可称为纯水，截止目前无论是用多少级反渗透都难以达到纯水标准，反渗透只是作为制备纯水的前置工艺。只有一级反渗透的纯水机无论如何也无法制出真正意义上的纯水，纯水机之说缺乏科学依据，值得商榷。

优质饮用水不仅要求不得含有危害人体健康的有害物质，而且要有适量的健康因子。饮用水不是越纯越好，纯度高水中缺乏人体需要的矿物质和微量元素，不仅不利于健康，而且回收率低，浪费水资源，生产效率低，适用范围窄。因此从国情出发适当降低水的纯度将脱盐率控制在合理水平，是扩大反渗透适用范围，提高回收率的前提条件。

美式反渗透净水机通常不配软化装置，即使有也多是树脂软化，这种工艺使用周期短，再生频繁，操作麻烦，耗费食盐，质量不易控制，难以在家庭使用。

发明内容

为了克服传统反渗透纯水机水质纯，水中缺乏人体所需的矿物质，回收率低、浪费水资源，适用范围窄，不能用于高硬水、苦涩水净化之不足，本实用新型提供一种可用于高硬水净化和矿物质调节的节水型反渗透净水机。其特征是：

①以符合集中式生活饮用水水源标准的水为原水，产品水执行GB19298瓶(桶)装饮用水卫生标准，并参照世卫组织(WHO)、美、日等优质饮用水国际标准中与健康和感官舒适性有关的指标，以低硬度、低矿化度为特征，新增和修订了部分水质指标，作为本净水机的水质标准。本实用新型产品定名为“反渗透净水机”，与传统纯水机在使用范围，产品性能上有实质性区别：(表一)

国际优质饮用水与本实用新型新增、修订部分指标对比(表一)

②以多膜串联的长流程、浓水循环、系统减阻增流等高回收低排放技术替代传统的单膜短流程、浓水全排放、动力损耗大的低回收高排放工艺；

③用可调式浓水、废水调节阀取代传统固定式废水比，以调控矿物质含量和运行参数；

④用可调时冲洗电磁阀替代传统的不可调时冲洗电磁阀，以改善设备运行工况；

⑤用自动控制缓释阻垢技术替代适用性差的树脂软化工艺，为处理高硬水、苦涩水扩大水源适用范围创造条件。

本实用新型解决技术问题采用以下方案：

①.多膜串联反渗透装置。膜的串联使给水流程增加，回收率高。工业反渗透系统一个膜壳可串联六只膜，由于膜元件多，流程长，回收率高达75％或更高。家用反渗透膜串联回收率尚无相关资料。膜的串联在增加回收率的同时，也会增加水中盐的浓缩度，使脱盐率下降，渗透压增加，加重设备负荷。膜数越多浓缩度越高，如果难溶盐浓度超过饱和值，就会在膜的表面沉积结垢，造成污堵。因此在系统设计时，必须对盐的饱和度(朗格里尔指数LSI)及运行参数进行测试，以判断盐的沉积结垢倾向，为确定膜的配置方式和回收率提供依据。根据膜生产厂家提供的参数和长时间强化运行试验结果，得出家用反渗透膜回收率(表二)。

不同条件下家用反渗透膜串联产品水回收率(表二)

说明：

a、膜生产厂家标准回收率以产品水98％脱盐率计算；测试回收率以90～98％计算。

b、测试方法：原水水温25℃，TDS和硬度：不加阻垢剂TDS500mg/L，硬度220mg/L；加阻垢剂TDS1500mg/L，硬度500mg/L，PH值7.5，操作压力0.45～0.5MPa。

c、运行试验时间：365小时。

试验结果表明由于采取了浓水循环、高强度定时冲洗等措施，当脱盐率控制在90～98％时，水中保留有2～8％的天然矿物质，不会因矿物质浓度增加而影响设备正常运行。多膜串联既适用于新产品开发也适用现有设备改造：利用现有净水机富余能力，在基本配置不变，不增大设备动力前提下再新增加一支串联膜，以实现增产、节水、降耗；将单膜净水机按膜的出力一分为二或一分为三，将单支大膜改成数支小膜加以串联，以提高回收率；

②浓水循环。将反渗透装置的浓水只排放一部分，其余部分输入增压泵的入口，以增大给水流量，保证膜表面有足够的横向流速，保持水流紊动状态，既可减少膜的结垢倾向，又可以调节补充水中矿物盐含量，单支膜回收率由无浓水循环的20％提高到55％。由于浓水已经过预处理，比原水更清洁，可延长滤芯使用寿命。

③采用浓水和废水调节阀取代传统纯水机的废水比。可以根据不同水质和季节性水温变化对水通量的影响，调节浓水与废水比例、净水流量、回收率、脱盐率(矿物质含量)、操 作压力、改善设备运行工况。当需要提高回收率，降低脱盐率增加水中矿物质含量时可增加浓水比例；增加浓水回流量，可降低操作压力，减轻设备负荷，解决了废水比只有固定的限流作用而无调节功能之不足。通常将废水流量与循环浓水流量控制在1∶1～2.5，压力控制在0.45～0.5MPa；

④将不可调时冲洗电磁阀改为可调时冲洗电磁阀，可以根据不同水质、不同工况设定冲洗时间，加大冲洗力度；

⑤减阻增流技术。采用通径与管径一致的快接头替代传统的管塞接头、将滤筒弯头改成直通接头、扩大进水电磁阀膜片孔径、加大进水管管径等措施，水泵出力由原来的50％左右提高到80％以上，为增效节水创造条件；

⑥自动控制缓释阻垢技术。缓释阻垢剂是以聚磷酸盐和聚硅酸盐为主要成分的球状晶体。阻垢机理是聚磷酸盐与水中钙、镁、铁等金属离子形成络合物，再通过过滤截留随废水排放。难溶盐饱和值(LSI)达到2.5的高浓度水，经阻垢处理后仍不致结垢。

本实用新型的有益效果是：与传统纯水机相比，产品水回收率由15～20％提高到55～75％；原水适用范围由传统纯水机的硬度≤220mg/L、矿化度≤500mg/L的市政自来水扩大到以符合集中式生活饮用水标准的水源为原水，可用于净化硬度≤500mg/L、矿化度≤1500mg/L的高硬水、极硬水、苦涩水处理；水中矿物质含量适中，既去除了多余的矿物盐，消除硬水危害，又适量保留了人体需要的矿物质成分，满足了健康感官舒适性需要，比人工添加矿物质好。

附图说明

图1是反渗透膜的串联方式图。图中A为同规格膜串联，图中B为不同大小膜串联。

图2是净水机工艺流程图。图中1、3、4反渗透膜，2、单项阀，5、浓水汇集三通，6、带锁紧螺母的浓水调节阀，7、带锁紧螺母的废水调节阀，8、可调时冲洗电磁阀，9、出水龙头，10、后置活性炭，11、高压开关，12、带阀门的压力贮水罐，13、低压开关，14、进水电磁阀，15、阻垢滤筒(或一级PP棉滤筒)，16、排气电磁阀，17、排水电磁阀，18、活性炭滤筒，19、二级PP棉滤筒，20、Y型三通，21、增压泵。

图3是电路原理图。图中S1、低压开关，S2、高压开关，K、中间继电器，Y1、进水电磁阀，Y2、可调时冲洗电磁阀，Y3、排水电磁阀，Y4、排气电磁阀，M、增压泵。

具体实施方式

反渗透膜的串联排列按以下方式：如果是数支同规格的膜(图1.A)则将第一支膜(图2.1)进口用管道与与增压泵(图2.21)出口连接，浓水出口用管道与第二支膜(图2.3)进口连接，再将第二支膜浓水出口用管道与第三支膜(图2.4)进口连接；如果是不同规格的膜(图1.B)则按先大后小的顺序以同样方式连接。浓水经最后一支反渗透尾膜流出后用管道与浓水汇集三通(图2.5)连接、汇集三通将浓水分为两路：一路为废水排放管路，另一路为循环浓水管路。废水管路上串联一支带锁紧螺母的废水调节阀(图2.7)，浓水管路上也串联一支带锁紧螺母的浓水调节阀(图2.6)，浓水调节阀出口用管道与Y型三通(图2.20)进口 连接，经过预处理的原水管道也与Y型三通进口连接，浓水与原水在Y型三通汇集后加大流量，进入增压泵吸程入口，构成浓水循环和运行参数调控系统。

反渗透膜的净水出口装有一支单向阀(图2.2)将各串联膜净水汇集在一根管道，通过串联的高压开关(图2.11，图3.S2)再分成两路：一路进入带阀门的压力贮水罐(图2.12)，另一路通过串联的后置活性炭(图2.10)接出水龙头(图2.9)。

可调时冲洗电磁阀(图2.8，图3.Y2)的进口与带锁紧螺母的浓水调节阀进口前端的浓水管道连接，出口与带锁紧螺母的废水调节阀出口后端的废水管道连接，冲洗电磁阀与增压泵电源并联，受低压开关(图2.13，图3.S1)和高压开关控制，构成电器联动系统。通过调时旋钮，在60秒/次范围内可调节冲洗时间。

自动控制缓释阻垢系统

①阻垢剂添加量：

A.添加浓度：原水硬度200～450mg/L为3mg/L；451～550mg/L为5mg/L；

B.首次添加量(g)＝年用水量(t)×添加浓度(g/m²)×365天/1000；

C.补充添加量(g)每3～4个月按首次添加量的1/4左右补充添加1次。

②、阻垢剂应符合国家相关卫生标准要求。

③、用净水机标准滤筒作为阻垢滤筒(图2.15)，滤筒内装有缓释阻垢剂，阻垢滤筒的进水口与进水电磁阀(图2.14，图3.Y1)出口连接，出口与活性炭滤筒(图2.18)进口连接；滤筒下端装有排水电磁阀(图2.17，图3.Y3)，上端装有排气电磁阀(图2.16，图3.Y4)，两支电磁阀电源与DC24V电源相接，由同一个中间继电器(图3.K)控制，中间继电器、进水电磁阀与增压泵电源并联，受低压开关和高压开关控制。

净水机工作过程及操作步骤实施例

制水时首先接上电源，打开进水阀门和出水龙头，水压推动低压开关常开触点闭合，此时高压开关水压处于释放状态常闭触点闭合，电流经低压开关、高压开关同时启动进水电磁阀、增压泵、中间继电器和冲洗电磁阀。中间继电器启动后常闭触点分断，阻垢滤筒排气和排水电磁阀电源断开、阀门处于关闭状态；冲洗电磁阀开启后，大量水流通过反渗透膜表面进行冲洗，从废水管道排放，数十秒钟后自动关闭。进水电磁阀开通后，水流经阻垢滤筒(如果是非阻垢型净水机则是一级PP棉滤筒)活性炭滤筒、二级PP棉滤筒(图2.19)反渗透装置，再分成两路：一路为浓水，另一路为净水。浓水经浓水汇集三通又分成两路：一路经带锁紧螺母的废水调节阀通过废水管排放；另一路经带锁紧螺母的浓水调节阀通过Y型三通与原水混合后进入增压泵吸程入口，进行浓水循环。水流通过阻垢滤筒时将阻垢剂释放于水中。

由各支反渗透膜净水出口流出的净水经单向阀汇集在一根管道，经过串联的高压开关再分两路：一路进入带阀门的压力贮水罐，另一路通过串联的后置活性炭，从出水龙头流出。压力贮水罐与后置活性炭连通，罐内存水经气囊加压后也通过后置活性炭向水龙头汇集。

停止制水时，关闭出水龙头，反渗透膜净水出口单向阀和出水龙头之间管道里的水被堵死，增压泵继续工作，水压上升，同时压力贮水罐里的气囊膨胀也推动压力上升，将高压开 关常闭触点分开、断电，进水电磁阀、冲洗电磁阀和中间继电器同时断电，中间继电器常闭触点闭合；受中间继电器控制的阻垢滤筒上的排水和排气电磁阀通电、阀门打开，滤筒里的水往外排放。进水电磁阀关闭后，阻垢滤筒的排水和排气电磁阀处于开通状态，滤筒内无积水，阻垢剂停止释放。

净水机的开机、停机、冲洗、阻垢全部由出水龙头控制：水满和缺水自动停机，用水自动开机，制水过程全自动化。实施例(表三、表四)

利用现有纯水机富余能力改造成可用于高硬水的节水型反渗透净水机(表三)

传统RO-50G纯水机与实用新型反渗透净水机指标对比(表四)

说明：1、传统美式RO-50G纯水机为目前市场覆盖面最大的机型。

2、本实用新型净水机产品分阻垢型和非阻垢型两种。

Claims (5)

1.一种可用于高硬水的节水型反渗透净水机，其特征是：产品结构由二支或三支反渗透膜串联的反渗透装置、浓水循环系统、可调时冲洗电磁阀及缓释阻垢装置构成。

2.根据权利要求1所述的可用于高硬水的节水型反渗透净水机，其特征是：反渗透膜的串联方式是将第一支膜(1)进口用管道与与增压泵(21)出口连接、浓水出口用管道与第二支膜(3)进口连接、再将第二支膜浓水出口用管道与第三支膜(4)进口连接，如果是不同规格的膜则按先大后小的顺序以同样方式连接。

3.根据权利要求1或2所述的可用于高硬水的节水型反渗透净水机，其特征是：浓水经最后一支反渗透尾膜流出后用管道与浓水汇集三通(5)连接，汇集三通将浓水分为两路：一路为废水排放管路、另一路为循环浓水管路，废水管路上串联一支带锁紧螺母的废水调节阀(7)，浓水管路上串联一支带锁紧螺母的浓水调节阀(6)，浓水调节阀出口用管道与Y型三通(20)进口连接，经过预处理的原水管道也与Y型三通进口连接，浓水与原水在Y型三通汇集后进入增压泵吸程入口，构成浓水循环系统。

4.根据权利要求1所述的可用于高硬水的节水型反渗透净水机，其特征是：可调时冲洗电磁阀(8)的进口与带锁紧螺母的浓水调节阀进口前端的浓水管道连接、出口与带锁紧螺母的废水调节阀出口后端的废水管道连接，冲洗电磁阀上安装有调时旋钮，冲洗电磁阀与增压泵电源并联、受低压开关(13)和高压开关(12)控制。

5.根据权利要求1所述的可用于高硬水的节水型反渗透净水机，其特征是：用净水机标准滤筒作为阻垢滤筒(15)，滤筒内装有缓释阻垢剂，阻垢滤筒的进口与进水电磁阀出口连接、出口与活性炭滤筒(18)进口连接，滤筒下端装有排水电磁阀(17)，上端装有排气电磁阀(16)，两支电磁阀电源与DC24V电源相接，由同一个中间继电器控制，中间继电器、进水电磁阀与增压泵电源并联，受低压开关和高压开关控制。 

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