專利名稱：深海海水淡化機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種深海海水淡化裝置。
現(xiàn)有的CN2368833Y公開了一種“海水淡化及抽取裝置”，其使用的淡化凈化管工作時，膜表面的海水處于半靜止狀態(tài)，隨著淡化水的不斷生成，勢必造成貼近膜表面的海水濃度逐漸增高，膜表面裹覆的凈化層又限制了海水的自然稀釋作用，要繼續(xù)維持不斷增高濃度的海水反滲透功能，只能不斷加大海水壓力，這恰恰與深海處具有穩(wěn)定的高壓并用以海水淡化的設(shè)計思路相矛盾。對淡水的輸送，采用的是借助高壓泵直接抽取深海淡水，這樣盡管比對海水直接加壓而淡化所需的能耗小，但畢竟還是增加了昂貴的高壓泵的成本及能耗。其對海洋生物的危害未作防護，如海洋動物對膜表面的直接損傷，海洋微生物、殼類生物在膜表層的附著繁衍等。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型對現(xiàn)有技術(shù)進行改進，解決了現(xiàn)有海水淡化裝置中高壓、高能耗的問題，使深海應(yīng)用成為現(xiàn)實。
本實用新型深海海水淡化機，包括海水過濾預(yù)處理器、功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)、淡化水自動浮升系統(tǒng)；海水過濾預(yù)處理器包括依次設(shè)在機架內(nèi)的粗柵欄、細柵欄、沙濾器、精濾器，沙濾器內(nèi)的沙濾器托網(wǎng)上裝有卵石墊料和石英沙，精濾器內(nèi)的精濾器托網(wǎng)上裝有纖維球；功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括設(shè)在機架內(nèi)精濾器后邊的組合閥滑塊、裝在組合閥滑塊尾桿的組合閥液壓缸、連接在組合閥液壓缸上的組合閥液壓泵；利用組合閥液壓泵推拉組合閥滑塊前后移動；組合閥滑塊內(nèi)腔帶有上下貫穿的孔，組合閥滑塊向后移動時，其內(nèi)腔上貫穿的孔將設(shè)在機架內(nèi)的潛水泵室與由精濾器送來的精濾水連通，進行海水淡化；當組合閥滑塊向前滑動時，組合閥滑塊上貫穿的孔將設(shè)在機架內(nèi)的濃海水通道與精濾器貫通，進行反沖洗；海水淡化系統(tǒng)包括潛水泵室、深海潛水泵、保安過濾器、濾芯、反滲透膜組件、淡水管堵頭、淡水嘴、淡水管、集水器水嘴、淡水集水管，潛水泵室內(nèi)裝有深海潛水泵，深海潛水泵連有保安過濾器，保安過濾器內(nèi)裝有濾芯，在濃海水通道與保安過濾器之間裝有反滲透膜組件，反滲透膜組件上靠濃海水通道的一端裝有淡水管堵頭，另一端裝有淡水嘴，并通過淡水管、集水器水嘴，匯入淡水集水管；淡化水自動浮升系統(tǒng)包括與淡水集水管連接的減壓室、設(shè)置在減壓室內(nèi)的水位開關(guān)、大氣連通管、淡水輸水泵、淡水輸送器等，減壓室由橡膠密封圈密封，淡水輸水泵上裝有輸水管，淡水輸水泵外設(shè)有隔離套，輸水管連接淡水輸送器。
本實用新型采用反滲透膜分離技術(shù)，反滲透膜組件直接采用商購，利用深海壓力進行海水淡化。把整機完全置于深海中，利用深海壓強作為反滲透膜動力，取代了昂貴的高壓泵，采用深海潛水泵不斷輸入潔凈海水流過膜表面以更新置換濃海水，來保持膜面穩(wěn)定的反滲透功能，推動海水在反滲透膜表面進行水質(zhì)置換，減輕了濃差極化，有效的降低了能耗和設(shè)備造價。由于直接取用深海海水，降低了預(yù)處理水質(zhì)要求和動力消耗。整機不占或少占陸地面積，降低了基建成本；避免了濃海水的排放處理，既節(jié)約成本又符合環(huán)保要求，特別是將淡水回收率控制在20％左右，不會對周邊海洋生物產(chǎn)生影響。又由于采用多路預(yù)處理器循環(huán)工作及利用潔凈的廢棄濃海水對預(yù)處理器進行反沖洗，既保證了RO進口水質(zhì)，又避免了水下操作，同時還避免了反沖洗用水和能耗。本機不僅設(shè)置了柵欄以阻擋海底生物的直接損傷和附著，且增設(shè)了紫外燈滅菌器，以徹底消除用常規(guī)過濾方法未能清除的微生物繁衍活力，既減少了RO膜的沖洗頻率，又延長了膜的使用壽命并保證深海設(shè)備在水下長期運行的可靠性和水下工作的周期；避免了傳統(tǒng)的加藥滅菌，在水下加藥排放而對周邊生物的危害。利用淡化水與海水的比重不同，將隔膜泵的性能與深海壓力巧妙的結(jié)合起來，充分利用，使淡化水自動浮升，不需高揚程設(shè)備，降低能耗。采用敞開式設(shè)計，使裝置內(nèi)外與深海壓強相同，避免了深海壓強對構(gòu)件的高抗壓要求，極大地簡化了整體裝置的抗壓設(shè)計要求。構(gòu)件以玻璃鋼制造，不存在海水浸蝕問題。采用換向的組合閥，可實現(xiàn)水面遙控。將機上減壓室與海面大氣聯(lián)通，使深海高壓與大氣壓差在反滲透膜組件的膜表面形成膜分離動力，利用潔凈的海水，在膜表面生成海水濃縮液而在膜背面獲得反滲透液一淡化水。本機取代了高壓高能耗的海水淡化裝置，實現(xiàn)了低壓低能耗的海水淡化目的。從大幅度降低淡水生產(chǎn)成本上，為海水淡化提供了更大的實際應(yīng)用空間。
圖2是本實用新型的海水過濾預(yù)處理器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型的海水淡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實用新型的淡化水自動浮升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實用新型的淡水輸送器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖5的側(cè)視圖。
圖7是本實用新型近岸應(yīng)用示意圖。
圖8是本實用新型遠岸應(yīng)用示意圖。
本實用新型深海海水淡化機，包括海水過濾預(yù)處理器54、功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)57、淡化水自動浮升系統(tǒng)58；海水過濾預(yù)處理器54包括依次設(shè)在機架19內(nèi)的粗柵欄1、細柵欄2、沙濾器4、精濾器5、精濾器7，沙濾器4內(nèi)的沙濾器托網(wǎng)16上裝有卵石墊料17和石英沙18，精濾器4、5內(nèi)的精濾器托網(wǎng)14上裝有纖維球15；功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括設(shè)在機架19內(nèi)精濾器7后邊的組合閥滑塊9、裝在組合閥滑塊9尾桿的組合閥液壓缸10、連接在組合閥液壓缸10上的組合閥液壓泵11；利用組合閥液壓泵11推拉組合閥滑塊9前后移動；組合閥滑塊9內(nèi)腔帶有上下貫穿的孔，組合閥滑塊9向后移動時，其內(nèi)腔上貫穿的孔將設(shè)在機架19內(nèi)的潛水泵室12與由精濾器7送來的精濾水連通，進行海水淡化；當組合閥滑塊9向前滑動時，組合閥滑塊9上貫穿的孔將設(shè)在機架19內(nèi)的濃海水通道8與精濾器7貫通，進行反沖洗；海水淡化系統(tǒng)57包括潛水泵室12、深海潛水泵28、保安過濾器27、濾芯26、反滲透膜組件21、淡水管堵頭20、淡水嘴22、淡水管23、集水器水嘴29、淡水集水管25，潛水泵室12內(nèi)裝有深海潛水泵28，深海潛水泵28連有保安過濾器27，保安過濾器27內(nèi)裝有濾芯26，在濃海水通道8與保安過濾器27之間裝有反滲透膜組件21，反滲透膜組件21上靠濃海水通道8的一端裝有淡水管堵頭20，另一端裝有淡水嘴22，并通過淡水管23、集水器水嘴29，匯入淡水集水管25；淡化水自動浮升系統(tǒng)58包括與淡水集水管25連接的減壓室24、設(shè)置在減壓室24內(nèi)的水位開關(guān)36、大氣連通管30、淡水輸水泵35、淡水輸送器33等，減壓室24由橡膠密封圈34密封，淡水輸水泵35上裝有輸水管31，淡水輸水泵35外設(shè)有隔離套32，輸水管31連接淡水輸送器33。
精濾器7與組合閥滑塊9之間裝有紫外燈滅菌器13，精濾器5與精濾器7之間裝有備用紫外燈6。淡水輸送器33為帶球節(jié)可收張的扁平形柔性囊束。


圖1示出了三組預(yù)處理器(54、55、56)、海水淡化系統(tǒng)57、淡化水自動浮升系統(tǒng)58的功能組合及流程預(yù)處理(過濾)—制水(提取反滲透液即淡水)—反沖洗(清除過濾層中污垢)—濃水排放—淡化水浮升的循環(huán)過程。
圖2示出了一組預(yù)處理器從防護至精濾的功能組合。
如圖所示，工作時，把整機安裝在深海中，將機上減壓室24與海面大氣聯(lián)通，使深海高壓與大氣壓差在反滲透膜組件21的膜表面形成膜分離動力，采用深海潛水泵28向反滲透膜組件21注入潔凈的海水，在膜表面生成海水濃縮液而在膜背面獲得反滲透液—淡化水。
如圖2、圖3所示，海水預(yù)處理過程為在本機深海潛水泵28的抽水作用下，海水經(jīng)粗柵欄1、細柵欄2進入沙濾器4，在沙濾器4內(nèi)經(jīng)過石英沙18的過濾后，進入精濾器5和精濾器7，在精濾器內(nèi)經(jīng)過蝌蚪形纖維球15精濾后，流過紫外燈滅菌器13時，進行滅菌處理后，通過組合閥滑塊9內(nèi)腔進入潛水泵室12，由深海潛水泵28抽取并注入保安過濾器27，由濾芯26除去浮游生物殘骸及殘余微小懸浮物，以潔凈的海水狀態(tài)注入反滲透膜組件21，在深海與大氣壓差的推動下，在膜背面滲出脫鹽水—淡化水，在膜表面形成海水濃縮液，并流入濃海水通道8。此過程占全設(shè)備預(yù)處理器的2/3(
圖1示出了3組預(yù)處理器)，另外預(yù)處理器的1/3(1組預(yù)處理器)已由組合閥液壓泵11推動組合閥滑塊9向前滑移，使組合閥滑塊9內(nèi)腔與濃海水通道8聯(lián)通，組合閥滑塊9內(nèi)腔與潛水泵室12的通道同時截止。由反滲透膜組件21提取淡水后產(chǎn)生的海水濃縮液在深海潛水泵28的推動下，依次對精濾器7、精濾器5、沙濾器4進行自下向上的反沖洗，并攜帶沖洗下來的污物，對細柵欄2、粗柵欄1也進行了反沖洗，最后排入大海。當萬一出現(xiàn)水草等雜物對粗柵欄1大面積阻塞時，設(shè)在機架19與粗柵欄1之間的鉸鏈3可減緩反沖阻力，對裝置起保護作用。至此形成預(yù)處理(過濾)—淡水制取(提取反滲透液即淡水)—反沖洗(清除過濾層中污垢)—濃水排放—淡化水浮升的循環(huán)過程。反滲透產(chǎn)生的淡化水經(jīng)淡水嘴22、淡水管23、集水器水嘴29匯入淡水集水管25，由淡水集水管25自動導(dǎo)入減壓室24。
如圖4、圖5、圖6所示，當?shù)鄣揭欢ㄋ粫r，推動水位開關(guān)36，啟動淡水輸水泵35(隔膜泵)，由輸水管31向淡水輸送器33輸水。扁平的淡水輸送器33內(nèi)腔在水壓作用下，呈現(xiàn)稍張即合波動式向上擠壓輸水至最近的一個水泡；水泡稍有充盈，則在外部壓力作用下繼續(xù)向上送水。當送水阻力足以使某段水泡產(chǎn)生一定充盈時，充盈水泡則受到比重較大的海水對其作用的浮力，而水泡受護套46和小錨鏈47的限制不能上浮，于是只能有淡水輸送器33內(nèi)的淡水上浮。其實質(zhì)也就是淡水在淡水輸送器33內(nèi)腔約束下，由高壓區(qū)(深海底)向低壓區(qū)(海平面)的流動，從而實現(xiàn)淡水自動浮升。淡水輸水泵35選用隔膜泵，運用了隔膜泵脈動輸出，輸出性能與外部壓力無關(guān)且有停機自動阻止液體倒流等性能。當減壓室24內(nèi)水位下降至設(shè)定點，推動水位開關(guān)36使淡水輸水泵35停機，淡水輸水泵35內(nèi)逆止閥阻止淡水輸送器33內(nèi)淡水回流。至此淡水輸送完成一個循環(huán)。
如圖7所示，在近岸應(yīng)用時，整機安裝在海底錨座43上，海底錨座43上裝有吊環(huán)44用于起吊安裝，機上大氣聯(lián)通管30、淡水輸送器33及電纜45由護套46維護，用小錨鏈47貼著海岸分段固定。淡水室41外加裝橡膠護欄42主要起防止淡水室41在海浪中與海岸的碰撞和磨損。在淡水室41內(nèi)裝有水位開關(guān)39和輸水泵40，解決了制水、輸水的不同步問題，并由輸水管38送入水廠37。為防止水資源浪費，建議采用分質(zhì)供水，即將淡化水再經(jīng)一次反滲透，分為可供生飲的純凈水和洗滌用水(即反滲透濃縮液)，而廁所沖洗用水則直接抽取海水使用。
如圖8所示，在遠離海岸應(yīng)用時，應(yīng)配備柴油發(fā)電機50為整機提供電力供應(yīng)，并用錨鏈52、護環(huán)53，將淡水輸送器33末端淡水室41置于海平面下一定深度，可減弱海面風浪的影響，并可實現(xiàn)淡水自動注入船臺51上的淡水箱49內(nèi)。另外還應(yīng)加裝水下警示器具，以防潛水器具的損傷。
為防止大氣聯(lián)通管30被深海高壓海水擠扁，造成減壓室24失效(輕則影響產(chǎn)水，重則造成反滲透膜復(fù)合部開裂報廢)。大氣聯(lián)通管30采用厚壁空心纖維編織成繩結(jié)構(gòu)，并與水上氣室48聯(lián)通，即保證了大氣聯(lián)通管30的通氣性，又保留其柔軟性能。
為防止海水對設(shè)備的浸蝕，機架19、減壓室24、組合閥滑塊9、組合閥液壓缸10等主要構(gòu)件均選用玻璃鋼制造。
淡水輸送器亦可應(yīng)用于海底氣、液、油的輸送。
預(yù)測設(shè)備運行周期1、預(yù)處理過濾—反沖洗過程為每4小時轉(zhuǎn)換1/3，即每組預(yù)處理系統(tǒng)連續(xù)過濾8小時后反沖洗4小時，每晝夜轉(zhuǎn)換2次。2、整機水面檢修每年進行一次，即更換濾芯和紫外燈滅菌器；用藥物清洗反滲透膜組件和蝌蚪形纖維球；檢修、保養(yǎng)組合閥液壓泵、深海潛水泵、淡水輸出泵及水位開關(guān)等。3、三年更換全部泵組件及膜組件。全部更換件經(jīng)清洗測試仍有使用價值的，不得再在水下使用，檢修保養(yǎng)后入庫，供陸上分質(zhì)供水設(shè)備使用。
權(quán)利要求1.一種深海海水淡化機，包括海水過濾預(yù)處理器、功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)、淡化水自動浮升系統(tǒng)；其特征在于海水過濾預(yù)處理器(54)包括依次設(shè)在機架(19)內(nèi)的粗柵欄(1)、細柵欄(2)、沙濾器(4)、精濾器(5)、精濾器(7)，沙濾器(4)內(nèi)的沙濾器托網(wǎng)(16)上裝有卵石墊料(17)和石英沙(18)，精濾器(4、5)內(nèi)的精濾器托網(wǎng)(14)上裝有纖維球(15)；功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括設(shè)在機架(19)內(nèi)精濾器(7)后邊的組合閥滑塊(9)、裝在組合閥滑塊(9)尾桿的組合閥液壓缸(10)、連接在組合閥液壓缸(10)上的組合閥液壓泵(11)；利用組合閥液壓泵(11)推拉組合閥滑塊(9)前后移動；組合閥滑塊(9)內(nèi)腔帶有上下貫穿的孔，組合閥滑塊(9)向后移動時，其內(nèi)腔上貫穿的孔將設(shè)在機架(19)內(nèi)的潛水泵室(12)與由精濾器(7)送來的精濾水連通，進行海水淡化；當組合閥滑塊(9)向前滑動時，組合閥滑塊(9)上貫穿的孔將設(shè)在機架(19)內(nèi)的濃海水通道(8)與精濾器(7)貫通，進行反沖洗；海水淡化系統(tǒng)(57)包括潛水泵室(12)、深海潛水泵(28)、保安過濾器(27)、濾芯(26)、反滲透膜組件(21)、淡水管堵頭(20)、淡水嘴(22)、淡水管(23)、集水器水嘴(29)、淡水集水管(25)，潛水泵室(12)內(nèi)裝有深海潛水泵(28)，深海潛水泵(28)連有保安過濾器(27)，保安過濾器(27)內(nèi)裝有濾芯(26)，在濃海水通道(8)與保安過濾器(27)之間裝有反滲透膜組件(21)，反滲透膜組件(21)上靠濃海水通道(8)的一端裝有淡水管堵頭(20)，另一端裝有淡水嘴(22)，并通過淡水管(23)、集水器水嘴(29)，匯入淡水集水管(25)；淡化水自動浮升系統(tǒng)(58)包括與淡水集水管(25)連接的減壓室(24)、設(shè)置在減壓室(24)內(nèi)的水位開關(guān)(36)、大氣連通管(30)、淡水輸水泵(35)、淡水輸送器(33)等，減壓室(24)由橡膠密封圈(34)密封，淡水輸水泵(35)上裝有輸水管(31)，淡水輸水泵(35)外設(shè)有隔離套(32)，輸水管(31)連接淡水輸送器(33)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海海水淡化機，其特征在于所述精濾器(7)與組合閥滑塊(9)之間裝有紫外燈滅菌器(13)，精濾器(5)與精濾器(7)之間裝有備用紫外燈(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海海水淡化機，其特征在于所述淡水輸送器(33)為帶球節(jié)可收張的扁平形柔性囊束。
專利摘要本實用新型公開了一種深海海水淡化機，解決了現(xiàn)有海水淡化裝置中高壓、高能耗的問題。它包括海水過濾預(yù)處理器、功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)、淡化水自動浮升系統(tǒng)；海水過濾預(yù)處理器包括粗柵欄、細柵欄、沙濾器、精濾器，功能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括組合閥滑塊、組合閥液壓缸、組合閥液壓泵，海水淡化系統(tǒng)包括深海潛水泵、保安濾芯、反滲透膜組件、淡水管堵頭、淡水嘴、淡水管、集水器水嘴、淡水集水管，淡化水自動浮升系統(tǒng)包括淡水集水管、減壓室、水位開關(guān)、大氣連通管、淡水輸水泵、輸水管、隔離套，淡水輸送器等。實現(xiàn)了深海預(yù)處理—淡水制取(提取反滲透液即淡水)—反沖洗—濃水排放—淡化水浮升的循環(huán)過程。使深海應(yīng)用成為現(xiàn)實。
文檔編號C02F1/44GK2561780SQ0224707
公開日2003年7月23日 申請日期2002年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月2日
發(fā)明者劉繼中 申請人:劉繼中