一種反滲透凈水裝置

摘 要：目前市場上的家用凈水機的凈水效率較低，凈化后余下的濃水大多直接被當作廢水排放，造成水資源嚴重浪費，即使是在凈水機市場占據主導地位的反滲透凈水機也不例外。為此，該作者設計了一款內循環式反滲透凈水裝置，即在原有凈水機系統的基礎上增加內循環裝置，使濃水能通過內循環裝置再次進入凈水機實現再次凈化，以達到提高凈水機效率的效果。在循環裝置中，TDS水質檢測筆的使用能靈敏地檢測水中溶解性總固體含量以使自來水能在凈水機中多次凈化，電磁三通閥的使用使循環裝置自動運行，省去人工操作的繁瑣步驟。

關鍵詞：RO裝置；內循環；反滲透；凈水裝置

1 研制背景及意義

目前市面上的凈水機主要分為超濾凈水、納濾凈水和反滲透凈水，其中反滲透膜技術因其過濾孔徑為0.0001微米，能夠去除水中的所有雜質成為市面上凈水機的主流技術。反滲透膜技術相比其它的膜分離技術具有無相變、流程簡單、操作方便等優點。以反滲透膜為主要過濾介質制作的反滲透凈水機，可以去除水垢，改善苦咸水的口感，去除細菌和病毒，去除大部分的重金屬，明顯改善家庭飲用水水質，因此在家庭飲用水處理系統中得到廣泛應用。

通常的RO反滲透凈水機凈水效率較低，余下的大量濃水很多被當作廢水排放掉，且目前國內少有對提高RO反滲透凈水機效率進行系統的研究。結合上述情況，本人設計了一款小型RO反滲透內循環式凈水裝置，使產水率由25%提高到75%，較大程度上減少了水資源的浪費。

2 設計原理

2.1 設計思路

結合目前我國水資源匱乏的現狀和市面上家用凈水機的“廢水”浪費現象，通過觀察和調查市場上現有的凈水器，從而萌發了改進現有凈水器的想法。本組發明了一種新型節水型內循環反滲透裝置，以RO反滲透凈水機為研究對象，對其進行二次改造，即在其原有系統上加入自循環裝置，實現濃水的多次凈化。此外，在自循環裝置中，設有TDS探頭檢測濃水的溶解性總固體含量及可控電磁三通閥以實現循環裝置的自動化。

2.2 結構設計及設計原理

2.2.1 整體結構

裝置整體分為濃水回流收集部分、濃水增壓混合部分和RO機凈水部分，由層流管，增壓泵，TDS探測器，RO機，管道，電動球閥，止回閥，三通，附屬部件（包括儲水箱進出水口、芯片等）組成。

2.2.2 部分結構

（1）層流管。層流管是濃水收集裝置，通過連通管與RO機相連。其作用是將RO膜產生的濃水收集儲存起來，以備回流利用。為簡化結構，增大儲水箱容積，層流管設計為圓柱體。其上部、下部均有孔口，其間有多層圓孔導流板。隨著清水的產生，濃水也從層流管下方不斷流入，同時層流管上方連續出水，以保持濃水的進出平衡，從而維持層流管的水量較小且恒定。

（2）TDS感應裝置。TDS感應裝置用于測定層流管頂部濃水的TDS值，以判斷濃水的污染程度。TDS值的大小反映了水中可溶解性固體的多少，是衡量水的純凈程度的一個重要指標。水越純凈，含鹽量越少，電阻越大，電導率越小，超純水幾乎不能導電。TDS感應裝置安裝在層流管頂部與可控電磁三通閥相連，通過測定濃水的TDS值與設定的TDS界限值比較，從而控制濃水的回流與排出。

（3）電動球閥。電動球閥是用來控制流體的自動化基礎元件，當TDS感應裝置感應到TDS值小于限定值時，自動接通電源，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；當TDS感應裝置感應到TDS大于等于限定值時，自動斷電，電磁閥關閉。

（4）RO機。原水從RO膜左側進入，由于具有一定壓力，使原水中水分子透過RO膜。而把原水中的細微雜質、過多的無機鹽、有機物、重金屬離子、細菌、病毒、農藥、三氯甲烷廢物等有害物質全部截留下來，并通過連續排放濃水，將這些有害異物及鹽分排出，得到的是十分潔凈的飲用水。它的孔徑只有0.0001微米，它對水中粒徑最小的無機鹽離子的去除率在9096%以上，對細菌、病毒等有害物的去除率在99.9%以上。

2.3 關鍵技術

①本裝置的TDS水質檢測筆和電磁三通閥的聯合使用使整個裝置實現自動化，解決了目前市場上部分家用凈水裝置需用戶人工取出濃水的不連續問題。

②TDS水質檢測筆和電導率顯示表的聯合使用可設定一個最佳的濃水回流至水箱內與原水混合時的配比值，以解決濃水或混合水積攢過多造成水箱體積過大或無法全部儲存的問題。

③本裝置可使濃水的TDS值積累直至達到一個上限數值后，自動排放。

3 創新特色

①裝置連續性提高：電動球閥和TDS感應器的結合使用，在實現濃水的多次凈化的同時，也讓濃水的回收利用過程具有很高的連續性。

②產水率提高：裝置將產水率從現有凈水機的25%提高至75%。

4 應用前景

4.1 大規模節水

據統計，全國在用的反滲透凈水機（以家用機1500萬臺、商用機500萬臺計），每年約浪費10億噸凈水，直接經濟成本損失高達35億元人民幣（以3.5元/噸計），本設備將產水率從25%提高至75%，每年約可節省31億元人民幣。而在中國，按人口分為4億個家庭來算，現在凈水器普及安裝率還不到10%，未來隨著凈水器普及安裝率的提高，效益將更為可觀。

4.2 自動化運行

本設備成本低，操作簡便，在安裝之后不需要用戶自行進行調節與維護，不需要采用人工方式將濃水取出便可實現濃水的回收再利用和廢水的排除。

綜上所述，本裝置結構簡易，可有效降低飲水成本，擁有良好的生產推廣前景，具有很大的節能減排現實意義。

參考文獻：

[1]陳觀文.我國分離膜市場的現狀與展望[J].膜分離技術，1999，19（6）：5255.

[2]顧久傳.家用及商用反滲透凈水機節水方案綜述[J].家電科技中國清潔器具年會暨技術論壇專刊，2014：2629.

[3]張彥魯，王新魁.反滲透凈水器的凈化效果分析[J].廣東化工，2016， 43（17）：170171.

作者簡介：何自翔（1997），男，漢族，福建福州人，本科，研究方向：水處理。