本發(fā)明涉及一種膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)，尤其涉及一種利用自然能源及自然物產(chǎn)生清洗劑的過濾膜清洗系統(tǒng)。

背景技術：

人們廣泛進行了利用疏水性過濾膜（如中空纖維膜）的膜過濾，以除去海水、排放水、壓艙水等中所包含的懸浮物。然而，在海水中，存在約1ppm至若干ppm的被稱作TEP（透明胞外聚合物顆粒）的粘性物質(zhì)，這種粘性物質(zhì)是由浮游生物和微生物分泌至細胞外的。TEP包含糖類作為其主要成分，并且為粒徑分別為約1μm至200μm的可變形顆粒。TEP等有機顆粒（即膠狀懸浮物）會發(fā)生變形。因此，在對含有這些膠狀懸浮物的待處理水進行膜過濾時，膠狀懸浮物會粘著于膜表面及孔的內(nèi)部并擴展，從而易于造成孔的污染（堵塞）。

在包含這種膠狀懸浮物的待處理水的膜過濾中，當使用由疏水性材料（如氟樹脂或聚乙烯）制成且孔徑為約1μm以上的過濾膜時，發(fā)生堵塞的可能性趨于降低，并且，處理流速隨時間延長而降低（或者過濾壓力隨時間延長而增加）的幅度較小。與親水性過濾膜相比，似乎膠狀懸浮物不易于粘著于具有大孔徑的疏水性過濾膜，因此堵塞得到了抑制。因而具有相對較大孔徑的疏水性過濾膜適合用于海水、排放水和壓艙水等的膜過濾。

然而，即使在使用這種過濾膜時，也無法充分地防止過濾膜的堵塞、處理流速的降低以及過濾壓力的升高。因此，需要在膜過濾期間 適時清洗過濾膜以恢復處理流速（或過濾壓力），并且需要清洗并除去將孔堵塞的懸浮物。

作為清洗過濾膜的方法，廣泛采用了使水沿著與過濾過程中的液流相反的方向通過濾膜的方法（下文中將其稱為“使液體通過膜而進行的逆洗”或“逆洗”）。此外，也采用了物理清洗等，如通過注射化學溶液來清洗膜的方法（化學溶液清洗）、手動清洗過濾膜的方法、使氣體沿與過濾期間的液流相反的方向通過過濾膜的清洗方法（空氣逆洗）、通過向膜施加超聲波的清洗方法（超聲波清洗）。為了進一步提高清洗效率，還已知將上述方法加以組合的清洗方法。

例如，現(xiàn)有技術中公開了一種使過濾組件再生的方法，其中，為了在對利用中空纖維膜的過濾組件施加機械振動的同時，使逆洗水通過所述過濾組件并搖動所述組件內(nèi)的水，由此將附著于過濾面的堆積物剝離并將所述堆積物沖出，適宜地在逆洗水的供給和排出之間進行切換，從而使所述組件中的水位沿中空纖維束發(fā)生改變”。當難以剝離附著的堆積物時，為了增強清洗效果，可將鹽酸、檸檬酸、草酸、次氯酸和合成去污劑的水溶液單獨或組合使用以作為逆洗水。然而上述物質(zhì)均從由海水淡化廠家購買，增加了生產(chǎn)成本。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術存在的缺點，本發(fā)明提供一種膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)及方法，其利用太陽能將濃海水進行電解，從而產(chǎn)生清過濾膜的化學制劑，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

為實現(xiàn)所述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)，其包括反滲透膜分離裝置和能量回收裝置，其特征在于，還包括太陽能電源系統(tǒng)、電解罐和水泵，其中，電解罐中設置有電極，太陽能電源系統(tǒng)給電極提供直流電能；反滲透膜分離裝置的濃海水排出口連接于能量回收裝置的濃海水輸入口，能量回收裝置的濃海水輸出口連接于電解罐，用于給電解罐提供濃海水；與水泵的入水口連接的管路伸入取電解罐用于汲取電解液；水泵的出水口連接于反滲透膜分離裝置淡水口。

優(yōu)選地，膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)還包括蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器設置于能量回收裝置的濃海水輸出口和電解罐之間，用于將濃海水進一步濃縮。

優(yōu)選地，膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)，還包括冷凝器，所述冷凝器用于對蒸發(fā)器所排出的水蒸氣進行冷凝成純凈水。

為實現(xiàn)所述發(fā)明目的，本明的另一方面提供一種膜法海水淡化中過濾膜清洗方法，其特征在于，利用電離裝置電離從反滲透膜分離裝置排出的濃海水，利用電解的電解液對反滲透膜分離裝置進行逆洗。

優(yōu)選地，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能以提供給電離裝置。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)及方法，其利用太陽能將濃海水進行電解，從而產(chǎn)生清過濾膜的化學制劑，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖；

圖2是本發(fā)明第一實施例提供的能量回收裝置的第一種組成的示意圖；

圖3是本發(fā)明第一實施例提供的能量回收裝置的第二種組成的示意圖；

圖4是本發(fā)明第二實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖；

圖5是本發(fā)明第三實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖;

圖6是本發(fā)明第四實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、 “豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“設置”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連接，對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

第一實施例

圖1是本發(fā)明第一實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖。如圖1所示，通過取水泵（未圖示）獲取的海水通過預處理裝置1進行預處理而調(diào)整為規(guī)定的水質(zhì)條件后，經(jīng)由海水供給管2向由電動機M驅(qū)動的高壓泵3供給。通過高壓泵3升壓的海水經(jīng)由排水管4供給到反滲透膜分離裝置5。反滲透膜分離裝置5將海水分離為鹽成分濃度高的濃海水和鹽成分濃度低的淡水而從海水獲得淡水。此時，鹽成分濃度高的濃海水從反滲透膜分離裝置5排出，但該濃海水仍然具有高壓力。從反滲透膜分離裝置5的濃海水排出口連接于電控換向閥11的第一端口，電控換向閥11的第二端口連接于能量回收裝置8的濃海水輸入端口，電控換向閥11的第三端口經(jīng)管路連接于污水池。經(jīng)預處理裝置1處理的海水的供給管2在高壓泵3的上游分支而經(jīng)由閥門10連接到能量回收裝置的海水入水口，所述閥門10為單向進水閥，海水經(jīng)閥門10只能流入能量回收裝置。能量回收裝置8能夠?qū)夂Ｋ哪芰哭D(zhuǎn)換為電能，并能使低壓海水升壓。

在能量回收裝置8中利用濃海水而被升壓的海水通過閥門9供給到升壓泵6，所述閥門9為單向排水閥，升壓的海水經(jīng)閥門9只能流出能量回收裝置。海水通過升壓泵6被進一步升壓為達到與高壓泵3的排水管4 相同水平的壓力，升壓后的海水經(jīng)由閥門7合流到高壓泵3的排水管4而被供給到反滲透膜分離裝置5。另一方面，對海水進行升壓并產(chǎn)生電能而失去能量的濃海水從能量回收裝置8經(jīng)濃海水排出管12排出。

本發(fā)明提供的海水淡化系統(tǒng)還包括穩(wěn)壓器13和DC/DC轉(zhuǎn)換器15，能量回收裝置產(chǎn)生的電能輸入穩(wěn)壓器13，穩(wěn)壓器13將能量回收裝置產(chǎn)生的直流電能進行穩(wěn)壓，而后輸出直流電壓U1，電壓U1的正極端連接二極管D1的正極，二極管極D1的負極連接DC/DC轉(zhuǎn)換器15的電源輸入端，設置二極管D1的目的是防止當穩(wěn)壓器輸出的電壓U1較低時，充電充電器Ec給穩(wěn)壓器提供能源。

本發(fā)明提供的海水淡化系統(tǒng)還包括太陽能電源Sc、可充電電池Ec、充電器14，其中，太陽能電源Sc將光伏能源轉(zhuǎn)換為電能，所述光伏能源為設置在海面上的漂浮式光伏能源系統(tǒng)，如此不僅可以充分利用自然能源，還可以節(jié)省陸地資源。充電器14利用太陽能電源給可充電電池Ec充電，從而將太陽能存儲到充電電池Ec。充電器14包括MPPT控制電路，設置MPPT控制電路是為了太陽能最大能量跟蹤。充電器14的正極輸出端連接于二極管D2的正極，二極管D2的負極連接于可充電電池Ec的正極，可充電電池Ec的正極連接二極管D3的正極，二極管D3的負極連接DC/DC轉(zhuǎn)換器的電源輸入端，可充電電池Ec的負極接公共端，可充電電池Ec的輸出電壓為U2，設置D2的目的是為了防止充電電池給充電器提供能源。設置D3的目的是為了在穩(wěn)壓器有穩(wěn)定的電壓輸出時，DC/DC轉(zhuǎn)換器將穩(wěn)壓器提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為需要的各種直流電能，在穩(wěn)壓器輸出的直流電壓不足時，DC/DC轉(zhuǎn)換器將可充電電池Ec提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為需要的各種直流電能，即，DC/DC轉(zhuǎn)換器將輸入的直流電能轉(zhuǎn)換為各種直流電能，如+24V、+48V、+110V、+220V、-24V、-48V、-110V、-220V等。本發(fā)明中，，如此，能量回收裝置產(chǎn)生的直流電經(jīng)穩(wěn)壓器輸出的電電壓在DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作范圍內(nèi)時，就利用能量回收裝置產(chǎn)生的電能供電，如果穩(wěn)壓器13輸出的電壓不在DC/DC轉(zhuǎn)換器15的工作范圍內(nèi)時，就用可充電電池Ec供電，如此節(jié)省了能源。

本發(fā)明提供的海水淡化系統(tǒng)還包括電解罐16，其內(nèi)設置有一對電極19，所述電極利用DC/DC轉(zhuǎn)換器15提供直流電能。能量回收裝置8濃海水排出口連接于電控換向閥18的進水口，電控換向閥18的第一排水口連接通于電解罐16的進液口，電控換向閥的第二排水口連接于外部排水管，如此，當電解罐16中的濃海水不滿時，將濃海水排入到電解罐16，當電解罐16中的海水充滿時，能量回收裝置排出的濃海水經(jīng)電控換向閥18的排出到外部。

當在電解罐16內(nèi)的電極19施加直流電能時，則在陰極電極發(fā)生如下的反應：

4H⁺+4e^-+(4OH^-)→2H₂+(4OH^-)

并在陽極電極發(fā)生如下的反應：

2H₂O→4H⁺+O₂+4e^-

同時，溶液中含有的氯離子發(fā)生如下的反應：

2Cl^-→Cl₂+2e^-

另外，該Cl₂與水進行如下反應：

Cl₂+H₂O→HClO+HCl。

由于濃海水中包含了非富的鈉離子，因此，通過向電極19通電而產(chǎn)生次氯酸鈉溶液。當需要對滲透膜分離裝置5進行清洗時，利用次氯酸鈉溶液對反滲透膜裝置進行逆洗，能夠容易地去掉難以剝離附著的堆積物。

第一實施例中，在電解罐16的較上部設置有閥門22，當電解罐16中的濃海水太滿時，可以通過閥門22可以排掉部分濃海水。

本發(fā)明提供的海水淡化系統(tǒng)還包括升壓泵20、電控換向閥17和電控閥21，其中，反滲透膜分離裝置5的淡水排水口經(jīng)管路連接于電控換向閥17第一端口；與升壓泵20的進液口連接的管路伸入到電解罐內(nèi)的底部；壓泵20的出液口經(jīng)管路連接于電控換向閥17的第二端口；三通閥17的第三端口經(jīng)管路連接于淡水儲水罐或者儲水池。當需要對反滲透膜分離裝置5進行清洗時，使電控換向閥17的第一端口和第二端口連接，使電控換向閥11的第一端口和第三端口連接，如此形成清洗通路。升壓泵20抽取電解罐內(nèi)的溶液，以對反滲透膜分離裝置5進行逆洗，逆洗后的污水排入取污水池中。

圖2是本發(fā)明第一實施例提供的能量回收裝置的第一種組成的示意圖，如圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的能量回收裝置8包括水輪機（圖中未示）、液缸807、活塞808、連桿806、曲桿805和圓輪802，其中，水輪機的進水口連接于電控換向閥11的第二端口；水輪機的排水口連接于濃海水排水管12；活塞808活動設置于液缸807內(nèi)；連桿806的一端與活塞808相固連；連桿的另一端與曲桿805的第一端相連；水輪機的軸803固定于圓輪802的中心以使水輪機旋轉(zhuǎn)時，圓輪也隨之旋轉(zhuǎn)；曲桿805的第二端活動連接于圓輪802的偏離圓心的連接件804上，液缸807的底部設置有海水進水口和高壓海水排水口，海水進水口處設置有閥門10，高壓海水排水口處設置有單向閥門9；液缸的排水口經(jīng)閥門9連接于高壓泵6的進水口，所述的圓輪802內(nèi)設置有鐵芯，圓輪內(nèi)的鐵芯上設置有轉(zhuǎn)子繞組，所述能量回收裝置8還包括包圍在圓輪外測且與圓輪之間有間隙的鐵芯801，圓輪外側(cè)的鐵芯801上設置有三組定子繞組。第一個定子繞組的第一個引出端U₁接到二極管D7的正極，并接到二極管D4的負極；第二個定子繞組的第一個引出端V₁接到二極管D8的正極，并接到二極管D5的負極；第三個定子繞組的第一個引出端W₁接到二極管D9的正極，并接到二極管D6的負極；二極管D7、D8和D9的負極連接在一起，二極管D4、D5和D6的正極連接在一起并接地，從而向外界提供正電壓。第一個定子繞組的第二個引出端U₂接、第二個定子繞組的第二個引出端V₂和第三個定子繞組的第三個引出端W₂連接在一起，從而三個定子繞組接成Y形連接。

本發(fā)明提供的能量回收裝置工作原理是這樣的，開始工作時，設活塞置于液缸的底部，這時給圓輪802內(nèi)的鐵芯上的轉(zhuǎn)子繞組加直流電壓，此時，轉(zhuǎn)子繞組，即線圈內(nèi)產(chǎn)生了磁場，根據(jù)左手定則，鐵芯的一端相當于N極，另一端相當于S極，此時，在當水輪機帶動圓輪逆時針旋轉(zhuǎn)，在定子的三個繞組（即線圈）上感應出了交流電壓， 第一個定子繞組上產(chǎn)生的交流電壓經(jīng)二極管D7和D4整流變成直流電壓；第二個定子繞組上產(chǎn)生的交流電壓經(jīng)二極管D8和D5整流變成直流電壓；第三個定子繞組上產(chǎn)生的交流電壓經(jīng)二極管D93和D5整流變成直流電壓；三個直流電壓并聯(lián)后向外界供電。能量回收裝置工作后，轉(zhuǎn)子繞組上所加的直流電可以由定子繞組上所產(chǎn)生的感應電壓經(jīng)整流后提供。當水輪機車帶動圓輪旋轉(zhuǎn)的同時，曲桿也跟著旋轉(zhuǎn)，曲桿帶動連桿向上移動，活塞808向液缸頂部移動，閥門10打開，海水注入液缸807，圓輪逆時針旋轉(zhuǎn)了180度時，活塞808移動到最上端，液缸807注滿了海水，接著，圓輪帶動曲桿繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，曲桿帶動連桿向下移動，活塞808向氣缸底部移動，閥門10關閉，閥門9打開，液缸9內(nèi)的海水加到高壓泵6的進水口；圓輪逆時針旋轉(zhuǎn)了360度時，活塞808移動到液缸的底端，液缸808內(nèi)的海水全部供給了高壓泵6。如此循環(huán)，在將海水升壓的同時，在三個定子繞組上產(chǎn)生了交流電，所述電能可以給高壓泵供給部分電能。

圖2是本發(fā)明第一實施例提供的能量回收裝置的第二種組成的示意圖，如圖3所示，本發(fā)明第一實施例提供的能量回收裝置的第二種組成與第一實施例提供的能量回收裝置的第一種組成所不同的僅是圓輪內(nèi)的鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組由永久磁鐵代替，如此，從反滲透膜分離裝置5排出的濃海水經(jīng)水輪機產(chǎn)生了機械能，水輪機的軸帶圓輪802旋轉(zhuǎn)，圓輪802帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)從而在三個定子繞組中產(chǎn)生了電能，所述電能可以給高壓泵供給部分電能，圓輪旋轉(zhuǎn)的同時，活塞808在液缸內(nèi)運行，使海水進行了升壓。

第二實施例

圖4是本發(fā)明第二實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖，如圖4所示，本發(fā)明提供的第二實施例提供的海水淡化系統(tǒng)與第一實施例所提供的海水淡化系統(tǒng)所不同的是：海水淡化系統(tǒng)還包括蒸發(fā)器22和冷凝器21，由能量回收裝置排出的失去能量的海水經(jīng)二位三通閥18連接于蒸發(fā)器22，蒸發(fā)器22內(nèi)設置有加熱電阻線圈（圖中未示），加熱電阻線圈由DC/DC轉(zhuǎn)換器15提供電能，蒸發(fā)器22將濃海水加熱蒸發(fā)，進一步提高海水的濃度。蒸發(fā)器22的排水管經(jīng)閥門23連接于電解罐16，蒸發(fā)器的蒸汽排出口連接于冷凝器21，冷凝器將水蒸氣冷卻得到純凈水。蒸發(fā)器22中的海水達到設定濃度后排入到電解罐16，電解罐利用DC/DC轉(zhuǎn)換器提供的電能進行電解，從而獲得次氯酸鈉溶液。電解罐16通過水管連接于升壓泵20的進水口，升壓泵20的排水口經(jīng)管路、二位三通閥17連接于反滲透膜分離裝置5的淡水出口，以利用次氯酸鈉溶液對反滲透膜分離裝置5進行逆洗。

第三實施例

圖5是本發(fā)明第三實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖，如圖5所示，本發(fā)明提供的第三實施例提供的海水淡化系統(tǒng)與第二實施例所提供的海水淡化系統(tǒng)所不同的是：海水淡化系統(tǒng)還包括過濾器24，所述過濾器的設置在二位三通閥18和蒸發(fā)器22之間，其主要用于過濾失去能量的海水中的雜質(zhì)。

第四實施例

圖6是本發(fā)明第四實施例提供的膜法海水淡化中過濾膜清洗系統(tǒng)的組成示意圖，如圖6所示，本發(fā)明第四實施例提供的海水淡化系統(tǒng)與第一實施提供的海水淡化系統(tǒng)不同的僅是，利用陽離子交換膜26和陰離子交換膜膜25將電解罐分成三個室，在第一個室內(nèi)設置陽極19A，其由DC/DC轉(zhuǎn)換器提供正極性電源；能量回收裝置的濃海水排水口通過換向閥連接于第二個室的入水口，第二個室下端設置有淡水輸出口；第三個室內(nèi)設置有陰極19B，其由DC/DC轉(zhuǎn)換器提供負極性電源。第一室和第三室通過閥門和管路連接于儲液槽24，與升壓泵入水口相連的管路伸入到儲液槽24內(nèi)用于抽取溶液以對反滲透膜分離裝置5進行逆洗。

以上結合附圖，詳細說明了本發(fā)明的工作原理。但是本領域的普通技術人員應當明白，說明書僅是用于解釋權利要求書。但本發(fā)明的保護范圍并不局限于說明書。任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明批露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或者替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。