一种反渗透净水装置

摘 要：目前市场上的家用净水机的净水效率较低，净化后余下的浓水大多直接被当作废水排放，造成水资源严重浪费，即使是在净水机市场占据主导地位的反渗透净水机也不例外。为此，该作者设计了一款内循环式反渗透净水装置，即在原有净水机系统的基础上增加内循环装置，使浓水能通过内循环装置再次进入净水机实现再次净化，以达到提高净水机效率的效果。在循环装置中，TDS水质检测笔的使用能灵敏地检测水中溶解性总固体含量以使自来水能在净水机中多次净化，电磁三通阀的使用使循环装置自动运行，省去人工操作的繁琐步骤。

关键词：RO装置；内循环；反渗透；净水装置

1 研制背景及意义

目前市面上的净水机主要分为超滤净水、纳滤净水和反渗透净水，其中反渗透膜技术因其过滤孔径为0.0001微米，能够去除水中的所有杂质成为市面上净水机的主流技术。反渗透膜技术相比其它的膜分离技术具有无相变、流程简单、操作方便等优点。以反渗透膜为主要过滤介质制作的反渗透净水机，可以去除水垢，改善苦咸水的口感，去除细菌和病毒，去除大部分的重金属，明显改善家庭饮用水水质，因此在家庭饮用水处理系统中得到广泛应用。

通常的RO反渗透净水机净水效率较低，余下的大量浓水很多被当作废水排放掉，且目前国内少有对提高RO反渗透净水机效率进行系统的研究。结合上述情况，本人设计了一款小型RO反渗透内循环式净水装置，使产水率由25%提高到75%，较大程度上减少了水资源的浪费。

2 设计原理

2.1 设计思路

结合目前我国水资源匮乏的现状和市面上家用净水机的“废水”浪费现象，通过观察和调查市场上现有的净水器，从而萌发了改进现有净水器的想法。本组发明了一种新型节水型内循环反渗透装置，以RO反渗透净水机为研究对象，对其进行二次改造，即在其原有系统上加入自循环装置，实现浓水的多次净化。此外，在自循环装置中，设有TDS探头检测浓水的溶解性总固体含量及可控电磁三通阀以实现循环装置的自动化。

2.2 结构设计及设计原理

2.2.1 整体结构

装置整体分为浓水回流收集部分、浓水增压混合部分和RO机净水部分，由层流管，增压泵，TDS探测器，RO机，管道，电动球阀，止回阀，三通，附属部件（包括储水箱进出水口、芯片等）组成。

2.2.2 部分结构

（1）层流管。层流管是浓水收集装置，通过连通管与RO机相连。其作用是将RO膜产生的浓水收集储存起来，以备回流利用。为简化结构，增大储水箱容积，层流管设计为圆柱体。其上部、下部均有孔口，其间有多层圆孔导流板。随着清水的产生，浓水也从层流管下方不断流入，同时层流管上方连续出水，以保持浓水的进出平衡，从而维持层流管的水量较小且恒定。

（2）TDS感应装置。TDS感应装置用于测定层流管顶部浓水的TDS值，以判断浓水的污染程度。TDS值的大小反映了水中可溶解性固体的多少，是衡量水的纯净程度的一个重要指标。水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导率越小，超纯水几乎不能导电。TDS感应装置安装在层流管顶部与可控电磁三通阀相连，通过测定浓水的TDS值与设定的TDS界限值比较，从而控制浓水的回流与排出。

（3）电动球阀。电动球阀是用来控制流体的自动化基础元件，当TDS感应装置感应到TDS值小于限定值时，自动接通电源，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；当TDS感应装置感应到TDS大于等于限定值时，自动断电，电磁阀关闭。

（4）RO机。原水从RO膜左侧进入，由于具有一定压力，使原水中水分子透过RO膜。而把原水中的细微杂质、过多的无机盐、有机物、重金属离子、细菌、病毒、农药、三氯甲烷废物等有害物质全部截留下来，并通过连续排放浓水，将这些有害异物及盐分排出，得到的是十分洁净的饮用水。它的孔径只有0.0001微米，它对水中粒径最小的无机盐离子的去除率在9096%以上，对细菌、病毒等有害物的去除率在99.9%以上。

2.3 关键技术

①本装置的TDS水质检测笔和电磁三通阀的联合使用使整个装置实现自动化，解决了目前市场上部分家用净水装置需用户人工取出浓水的不连续问题。

②TDS水质检测笔和电导率显示表的联合使用可设定一个最佳的浓水回流至水箱内与原水混合时的配比值，以解决浓水或混合水积攒过多造成水箱体积过大或无法全部储存的问题。

③本装置可使浓水的TDS值积累直至达到一个上限数值后，自动排放。

3 创新特色

①装置连续性提高：电动球阀和TDS感应器的结合使用，在實现浓水的多次净化的同时，也让浓水的回收利用过程具有很高的连续性。

②产水率提高：装置将产水率从现有净水机的25%提高至75%。

4 应用前景

4.1 大规模节水

据统计，全国在用的反渗透净水机（以家用机1500万台、商用机500万台计），每年约浪费10亿吨净水，直接经济成本损失高达35亿元人民币（以3.5元/吨计），本设备将产水率从25%提高至75%，每年约可节省31亿元人民币。而在中国，按人口分为4亿个家庭来算，现在净水器普及安装率还不到10%，未来随着净水器普及安装率的提高，效益将更为可观。

4.2 自动化运行

本设备成本低，操作简便，在安装之后不需要用户自行进行调节与维护，不需要采用人工方式将浓水取出便可实现浓水的回收再利用和废水的排除。

综上所述，本装置结构简易，可有效降低饮水成本，拥有良好的生产推广前景，具有很大的节能减排现实意义。

参考文献：

[1]陈观文.我国分离膜市场的现状与展望[J].膜分离技术，1999，19（6）：5255.

[2]顾久传.家用及商用反渗透净水机节水方案综述[J].家电科技中国清洁器具年会暨技术论坛专刊，2014：2629.

[3]张彦鲁，王新魁.反渗透净水器的净化效果分析[J].广东化工，2016， 43（17）：170171.

作者简介：何自翔（1997），男，汉族，福建福州人，本科，研究方向：水处理。