海水淡化技術(shù)的制作方法
【專利摘要】一種海水淡化技術(shù)，其特征在于：將海水淡化設(shè)備安裝在深度超過(guò)270米的深海中，海水在靜水壓力作用下進(jìn)入多級(jí)沉淀物過(guò)濾器，利用靜水壓力與大氣壓力的壓力差作為反滲透動(dòng)力，使過(guò)濾后的清潔海水通過(guò)管道進(jìn)入橫流式RO過(guò)濾器，分離出的淡水通過(guò)管道儲(chǔ)存在同一深度的淡水儲(chǔ)存罐中，通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的淡水輸送泵將淡水儲(chǔ)存罐中的淡水抽吸輸送至海面的水分配系統(tǒng)中供配水使用，而分離出的濃縮鹽水則通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的鹽水輸送泵輸出重新排回海中。本發(fā)明的工藝科學(xué)合理、設(shè)備投資少，解決了目前海水淡化能耗高的問(wèn)題，不需要任何電能和燃油設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)了海水淡化過(guò)程零能耗，為人類大規(guī)模、低成本生產(chǎn)淡水提供了一種新的技術(shù)手段。
【專利說(shuō)明】海水淡化技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海水淡化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無(wú)需任何能耗、低成本的海水淡化技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]淡水資源是人類生存的必要資源之一，目前，很多河流的水資源都受到不同程度的污染，淡水資源短缺問(wèn)題已經(jīng)日益影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，而海水淡化是解決水資源短缺問(wèn)題的有效途徑。
[0003]海水淡化技術(shù)，就是利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水的技術(shù)過(guò)程，目前使用最廣的是蒸餾法和RO膜反滲透法，其中蒸餾法是將海水加熱蒸發(fā)，這不僅需要大的單獨(dú)的固體床，且蒸發(fā)過(guò)程需要耗費(fèi)大量的能量 ，制水成本和維修成本都較高，而且系統(tǒng)回收率只有15~40%。反滲透法由于設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高、占地小、操作方便、無(wú)需加熱等顯著特點(diǎn)已成為當(dāng)前淡化海水的最主要方法之一。
[0004]RO膜反滲透法又稱超過(guò)濾法，是20世紀(jì)50年代美國(guó)政府援助開(kāi)發(fā)的凈水系統(tǒng)，60年代用于海水淡化，RO膜反滲透法是靠壓力驅(qū)動(dòng)達(dá)到逆向滲透的效果，使水分子、乙醇分子等小分子透過(guò)反滲透膜，而離子和污染物被截留。反滲透的核心是反滲透膜，反滲透膜是一種用高分子材料制成的、具有選擇性半透性質(zhì)的薄膜，它可以在外加壓力作用下，使水溶液中的水分和某些組分選擇性透過(guò)，從而達(dá)到純化、分離或濃縮的目的。反滲透可抑制細(xì)菌，鹽，糖，蛋白質(zhì)，顆粒，染料，和其他大于150-250道爾頓的分子量的物質(zhì)，去除大部分的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物和微生物，從而達(dá)到水質(zhì)的要求。
[0005]大多數(shù)反滲透技術(shù)是一種橫流過(guò)濾技術(shù)，需要過(guò)濾液體橫向流過(guò)反滲透膜，反滲透的過(guò)程中需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)流體通過(guò)膜，一般都是采用高壓泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)的反滲透法海水淡化過(guò)程首先是將海水提取上來(lái)，進(jìn)行初步處理，降低海水濁度，防止細(xì)菌、藻類等微生物的生長(zhǎng)，然后用特種高壓泵增壓，使海水進(jìn)入通過(guò)橫流RO過(guò)濾器來(lái)進(jìn)行分離，制取淡水，制取過(guò)程中泵需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保持壓力和橫流R0，因此，該系統(tǒng)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本很高。
[0006]如專利號(hào)為CN201210377906.6的中國(guó)發(fā)明專利《一種海水淡化方法》，將原海水經(jīng)過(guò)前處理后的過(guò)濾水，進(jìn)入海水淡化系統(tǒng)的熱排放段換熱器，用于冷凝蒸汽并回收熱排放段的熱量，得到溫度較高的換熱后溫海水；將溫海水經(jīng)過(guò)低壓泵輸送進(jìn)入超濾裝置，超濾產(chǎn)水經(jīng)過(guò)高壓泵輸送進(jìn)入納濾裝置，選擇性去除海水中的成垢離子得納濾軟化水，經(jīng)過(guò)高壓泵輸入反滲透裝置，制得反滲透產(chǎn)水和反滲透濃水；反滲透濃水經(jīng)回收能量后直接作為MED或MSF裝置熱回收段的進(jìn)水；將經(jīng)過(guò)MED或MSF裝置淡化產(chǎn)水與反滲透產(chǎn)水混合作為飲用水；納濾濃水經(jīng)回收能量后與濃水混合后排放或綜合利用。這種方法對(duì)現(xiàn)有的反滲透法進(jìn)行了改進(jìn)，使得系統(tǒng)回收率得到提高，但是還是需要高壓泵等設(shè)備，電力消耗較高。
[0007]從理論上講，常溫下用反滲透法淡化海水的最低能耗為0.75KWH/m3，泵的壓力必須高出滲透壓力，這樣海水才能通過(guò)膜滲透到淡水一側(cè)，如果泵的壓力低于滲透壓，那么滲透的水會(huì)流回到濃鹽水中。與蒸餾法相比較，采用反滲透法淡化海水的優(yōu)點(diǎn)是脫鹽率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，產(chǎn)水量大，占地面積小，操作方便；但是還是需要消耗大量電能，膜組件需要定期清洗，雖然隨著反滲透膜性能的提高和能量回收裝置的問(wèn)世，其噸水耗電量逐漸降低，但是與人們的期待值還存在很大距離，在當(dāng)前耗電量尚高的情況下，大規(guī)模生產(chǎn)淡水也受到限制，因此很難滿足缺水地區(qū)對(duì)淡水的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低成本的海水淡化技術(shù)，不需要任何電能和燃油設(shè)備，利用靜水壓力作為反滲透動(dòng)力，利用波浪驅(qū)動(dòng)輸送泵，解決了目前海水淡化能耗高的問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本生產(chǎn)淡水提供新的技術(shù)手段。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種海水淡化技術(shù)，其特征在于:將海水淡化設(shè)備安裝在深度超過(guò)270米的深海中，海水在靜水壓力作用下進(jìn)入多級(jí)沉淀物過(guò)濾器，利用靜水壓力與大氣壓力的壓力差作為反滲透動(dòng)力，使過(guò)濾后的清潔海水通過(guò)管道進(jìn)入橫流式RO過(guò)濾器，分離出的淡水通過(guò)管道儲(chǔ)存在同一深度的淡水儲(chǔ)存罐中，通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的淡水輸送泵將淡水儲(chǔ)存罐中的淡水抽吸輸送至海面的水分配系統(tǒng)中供配水使用，而分離出的濃縮鹽水則通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的鹽水輸送泵輸出重新排回海中；
[0010]所述淡水輸送泵和鹽水輸送泵均為波浪驅(qū)動(dòng)泵，其結(jié)構(gòu)為:包括一長(zhǎng)管狀的泵殼，泵殼的底部通過(guò)電纜系泊錨定在深海中，泵殼的下部設(shè)有進(jìn)水口、上部設(shè)有出水口，泵殼的頂端伸出海面并套設(shè)有一移動(dòng)浮子，該移動(dòng)浮子浮動(dòng)在海面上并可在波浪的推動(dòng)下沿泵殼上下移動(dòng)，泵殼內(nèi)設(shè)有與移動(dòng)浮子配合實(shí)現(xiàn)水向上抽吸輸送的多級(jí)泵組件。
[0011]作為改進(jìn)，所述多級(jí)泵組件包括設(shè)置在泵殼內(nèi)的連接桿、復(fù)位彈簧、一系列由活塞和單向閥組合的單向閥單元，所述連接桿貫通固定設(shè)置在泵殼內(nèi)，所述復(fù)位彈簧套置在連接桿上，其上端設(shè)有抵擋環(huán)，下端與活塞相抵，當(dāng)移動(dòng)浮子在波浪的驅(qū)動(dòng)下向下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)抵擋環(huán)下移，復(fù)位彈簧壓縮帶動(dòng)活塞下移將單向閥打開(kāi)，水從泵殼下端的進(jìn)水口被逐級(jí)抽吸至出水口排出。
[0012]作為改進(jìn)，所述單向閥單元依次間隔套設(shè)在連接桿上，在每個(gè)活塞的外側(cè)設(shè)有與泵殼的內(nèi)壁相抵的密封圈。
[0013]作為改進(jìn)，所述泵殼內(nèi)的下端設(shè)有一用以系泊電纜的固定環(huán)，所述泵殼的上端、移動(dòng)浮子的下方固定套設(shè)有一用于限位的固定浮子。
[0014]再改進(jìn)，所述出水口設(shè)于所述固定浮子的下方。
[0015]進(jìn)一步改進(jìn)，所述多級(jí)沉淀物過(guò)濾器包括自清潔過(guò)濾器、超濾裝置和納濾裝置，所述海水經(jīng)Ph調(diào)節(jié)、混凝，通過(guò)自清潔過(guò)濾器去除粒徑大于50um的顆粒、絮凝物，再經(jīng)超濾裝置和納濾裝置的處理得到軟化后的清潔海水。多級(jí)過(guò)濾的設(shè)置提高了預(yù)處理過(guò)濾效果，保證RO膜的進(jìn)水水質(zhì)。從另一角度說(shuō)，也保證裝置始終在安全、合理的條件下運(yùn)行，保證反滲透膜工作性能，提高了裝置運(yùn)行可靠性。
[0016]再進(jìn)一步改進(jìn)，所述淡水儲(chǔ)存罐上連接有一伸出海面的用于緩解淡水儲(chǔ)存罐和生產(chǎn)操作壓力之間壓力差的排氣管，所述排氣管的出氣口端設(shè)有排氣閥，當(dāng)排氣閥關(guān)閉時(shí)，橫流式RO過(guò)濾器的壓力差為0，此時(shí)淡水回流至淡水儲(chǔ)存罐中并穿過(guò)橫流式RO過(guò)濾器的RO膜實(shí)現(xiàn)反沖洗。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:將海水淡化裝置設(shè)置于深海中，利用海水的自然靜水壓力作為反滲透動(dòng)力，利用波浪驅(qū)動(dòng)輸送泵，同時(shí)利用橫流RO過(guò)濾器系統(tǒng)允許膜不斷自我清潔，從而延長(zhǎng)RO過(guò)濾器的壽命和降低維護(hù)成本。本發(fā)明的工藝科學(xué)合理、設(shè)備投資少，解決了目前海水淡化能耗高的問(wèn)題，不需要任何電能和燃油設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)了海水淡化過(guò)程零能耗，為人類大規(guī)模、低成本生產(chǎn)淡水提供了一種新的技術(shù)手段。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的海水淡化技術(shù)中淡水生產(chǎn)的工藝流程圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的海水淡化技術(shù)中對(duì)橫流RO過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗的工藝流程圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的波浪驅(qū)動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為圖3中多級(jí)泵組件A的結(jié)構(gòu)剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]如圖1至4所示，本實(shí)施例的海水淡化技術(shù)中的海水淡化設(shè)備包括多級(jí)沉淀物過(guò)濾器、橫流式RO過(guò)濾器、淡水儲(chǔ)存罐、淡水輸送泵、鹽水輸送泵以及各種管道，多級(jí)沉淀物過(guò)濾器包括自清潔過(guò)濾器、超濾裝置和納濾裝置；為了使海水的靜水壓力能夠達(dá)到RO膜滲透壓，將整個(gè)海水淡化設(shè)備安裝在深度超過(guò)270米的深海中，海水在靜水壓力作用下進(jìn)入多級(jí)沉淀物過(guò)濾器，所述海水經(jīng)Ph調(diào)節(jié)、混凝，通過(guò)自清潔過(guò)濾器去除粒徑大于50um的顆粒、絮凝物，再經(jīng)超濾裝置和納濾裝置的處理得到軟化后的清潔海水，多級(jí)沉淀物過(guò)濾器的設(shè)置提高了預(yù)處理過(guò)濾效果，保證RO膜的進(jìn)水水質(zhì)，從另一角度說(shuō)，也保證裝置始終在安全、合理的條件下運(yùn)行，保證反滲透膜工作性能，提高了裝置運(yùn)行可靠性；
[0024]利用靜水壓力與大氣壓力的壓力差作為反滲透動(dòng)力，使過(guò)濾后的清潔海水通過(guò)管道進(jìn)入橫流式RO過(guò)濾器，分離出的淡水通過(guò)管道儲(chǔ)存在同一深度的淡水儲(chǔ)存罐中，再通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的淡水輸送泵將淡水儲(chǔ)存罐中的淡水抽吸輸送至海面的水分配系統(tǒng)中供配水使用，而分離出的濃縮鹽水則通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的鹽水輸送泵輸出重新排回海中；
[0025]在淡水儲(chǔ)存罐上連接有一伸出海面的用于緩解淡水儲(chǔ)存罐和生產(chǎn)操作壓力之間壓力差的排氣管，排氣管的出氣口端設(shè)有排氣閥，生產(chǎn)淡水時(shí)排氣閥打開(kāi)，使得靜水壓力與大氣壓的壓力差高于滲透壓，淡水透過(guò)橫流式RO過(guò)濾器進(jìn)入淡水儲(chǔ)存罐；需要對(duì)橫流式RO過(guò)濾器的RO膜進(jìn)行反沖洗時(shí)，則將排氣閥關(guān)閉時(shí)，這樣橫流式RO過(guò)濾器的壓力差為0，此時(shí)淡水回流至淡水儲(chǔ)存罐中并穿過(guò)橫流式RO過(guò)濾器的RO膜實(shí)現(xiàn)反沖洗，發(fā)沖洗的工藝流程見(jiàn)圖2所示，這樣RO膜可以不斷進(jìn)行自我清洗，使毛孔清潔，從而延長(zhǎng)橫流式RO過(guò)濾器的壽命和降低維護(hù)成本，保證淡水的質(zhì)量；
[0026]淡水輸送泵和鹽水輸送泵均為波浪驅(qū)動(dòng)泵，其結(jié)構(gòu)如圖3、4所示為:包括一長(zhǎng)管狀的泵殼110，泵殼110的底部通過(guò)電纜113系泊在錨117上，設(shè)置在深海中，泵殼110的下部設(shè)有進(jìn)水口 120、上部設(shè)有出水口 119，泵殼110的頂端伸出海面并套設(shè)有一移動(dòng)浮子6，該移動(dòng)浮子6浮動(dòng)在海面上并可在波浪的推動(dòng)下沿泵殼110上下移動(dòng)，在泵殼110的上端、移動(dòng)浮子6的下方固定套設(shè)有一固定浮子116，通過(guò)固定浮子116對(duì)移動(dòng)浮子6向下移動(dòng)的位置進(jìn)行限定，使得泵殼110底部在海水中的深度保持在一定范圍，而出水口 119設(shè)于固定浮子116的下方；在泵殼110內(nèi)設(shè)有與移動(dòng)浮子6配合實(shí)現(xiàn)水向上抽吸輸送的多級(jí)泵組件A ;多級(jí)泵組件A包括設(shè)置在泵殼110內(nèi)的連接桿118、復(fù)位彈簧114、一系列由活塞111和單向閥112組合的單向閥單元，連接桿118貫通固定設(shè)置在泵殼110內(nèi)，泵殼110內(nèi)、連接桿118的下端設(shè)有一固定環(huán)115，用以系泊電纜113 ;復(fù)位彈簧114套置在連接桿118上，其上端設(shè)有抵擋環(huán)115，下端與活塞111相抵，當(dāng)移動(dòng)浮子6在波浪的驅(qū)動(dòng)下向下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)抵擋環(huán)115下移，復(fù)位彈簧114壓縮帶動(dòng)活塞111下移將單向閥112打開(kāi)，水從泵殼110下端的進(jìn)水口 120被逐級(jí)抽吸至出水口 119排出；單向閥單元依次間隔套設(shè)在連接桿118上，在每個(gè)活塞111的外側(cè)設(shè)有與泵殼110的內(nèi)壁相抵的密封圈121。
[0027]波浪驅(qū)動(dòng)泵的工作原理就是泵通過(guò)電纜系泊錨定在海底，利用波浪的推動(dòng)使得海面從高點(diǎn)到低點(diǎn)起伏波動(dòng)，這樣移動(dòng)浮子6在波浪的推動(dòng)下不斷地沿著泵殼110做上下垂直運(yùn)動(dòng)，將波浪的推動(dòng)力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，用于泵水。
[0028]本發(fā)明的海水淡化設(shè)備設(shè)置必須安裝在深度超過(guò)270米的深海中，這是因?yàn)樵?70米深度的海水靜水壓力正好與RO膜的滲透壓相等，因此，橫流式RO過(guò)濾器進(jìn)入海洋的深度超過(guò)270米，才可以產(chǎn)生足夠的壓力來(lái)產(chǎn)生淡水(參考文獻(xiàn)Lachish，Ur1." Optimizing the Efficiency of Reverse Osmosis Seawater Desalinat1n".) 0
[0029]泵的壓力必須高于滲透壓力，這樣海水就可以通過(guò)RO膜進(jìn)行滲透，流量與兩個(gè)壓力之間的差值成比例。當(dāng)兩個(gè)壓力平等時(shí)，水就不能通過(guò)RO膜進(jìn)行流動(dòng)，如果泵的壓力低于滲透壓，那么滲透過(guò)的淡水就會(huì)流回到濃鹽水中。因此，RO系統(tǒng)設(shè)置在海底的深度超過(guò)270米，就可以產(chǎn)生足夠的壓力來(lái)制取淡水。
【權(quán)利要求】
1.一種海水淡化技術(shù)，其特征在于:將海水淡化設(shè)備安裝在深度超過(guò)270米的深海中，海水在靜水壓力作用下進(jìn)入多級(jí)沉淀物過(guò)濾器，利用靜水壓力與大氣壓力的壓力差作為反滲透動(dòng)力，使過(guò)濾后的清潔海水通過(guò)管道進(jìn)入橫流式RO過(guò)濾器，分離出的淡水通過(guò)管道儲(chǔ)存在同一深度的淡水儲(chǔ)存罐中，通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的淡水輸送泵將淡水儲(chǔ)存罐中的淡水抽吸輸送至海面的水分配系統(tǒng)中供配水使用，而分離出的濃縮鹽水則通過(guò)外波驅(qū)動(dòng)的鹽水輸送泵輸出重新排回海中； 所述淡水輸送泵和鹽水輸送泵均為波浪驅(qū)動(dòng)泵，其結(jié)構(gòu)為:包括一長(zhǎng)管狀的泵殼(110)，泵殼(110)的底部通過(guò)電纜(113)系泊錨定在深海中，泵殼(110)的下部設(shè)有進(jìn)水口(120)、上部設(shè)有出水口(119)，泵殼(110)的頂端伸出海面并套設(shè)有一移動(dòng)浮子(6)，該移動(dòng)浮子(6)浮動(dòng)在海面上并可在波浪的推動(dòng)下沿泵殼(110)上下移動(dòng)，泵殼(110)內(nèi)設(shè)有與移動(dòng)浮子(6)配合實(shí)現(xiàn)水向上抽吸輸送的多級(jí)泵組件(A)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化技術(shù)，其特征在于:所述多級(jí)泵組件(A)包括設(shè)置在泵殼(110)內(nèi)的連接桿(118)、復(fù)位彈簧(114)、一系列由活塞(111)和單向閥(112)組合的單向閥單元，所述連接桿(118)貫通固定設(shè)置在泵殼(110)內(nèi)，所述復(fù)位彈簧(114)套置在連接桿(118)上，其上端設(shè)有抵擋環(huán)(122)，下端與活塞(111)相抵，當(dāng)移動(dòng)浮子(6)在波浪的驅(qū)動(dòng)下向下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)抵擋環(huán)(122)下移，復(fù)位彈簧(114)壓縮帶動(dòng)活塞(111)下移將單向閥(112)打開(kāi)，水從泵殼(110)下端的進(jìn)水口(120)被逐級(jí)抽吸至出水口(119)排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水淡化技術(shù)，其特征在于:所述單向閥單元依次間隔套設(shè)在連接桿(118)上，在每個(gè)活塞(111)的外側(cè)設(shè)有與泵殼(110)的內(nèi)壁相抵的密封圈(121)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海水淡化技術(shù)，其特征在于:所述泵殼(110)內(nèi)的下端設(shè)有一用以系泊電纜(113)的固定環(huán)(115)，所述泵殼(110)的上端、移動(dòng)浮子(6)的下方固定套設(shè)有一用于對(duì)移動(dòng)浮子(6)進(jìn)行限位的固定浮子(116)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海水淡化技術(shù)，其特征在于:所述出水口(119)設(shè)于所述固定浮子(116)的下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的海水淡化技術(shù)，其特征在于:所述多級(jí)沉淀物過(guò)濾器包括自清潔過(guò)濾器、超濾裝置和納濾裝置，所述海水經(jīng)Ph調(diào)節(jié)、混凝，通過(guò)自清潔過(guò)濾器去除粒徑大于50um的顆粒、絮凝物，再經(jīng)超濾裝置和納濾裝置的處理得到軟化后的清潔海水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的海水淡化技術(shù)，其特征在于:所述淡水儲(chǔ)存罐上連接有一伸出海面的用于緩解淡水儲(chǔ)存罐和生產(chǎn)操作壓力之間壓力差的排氣管，所述排氣管的出氣口端設(shè)有排氣閥，當(dāng)排氣閥關(guān)閉時(shí)，橫流式RO過(guò)濾器的壓力差為0，此時(shí)淡水回流至淡水儲(chǔ)存罐中并穿過(guò)橫流式RO過(guò)濾器的RO膜實(shí)現(xiàn)反沖洗。
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK104176847SQ201310191124
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】鄭欽安 申請(qǐng)人:寧波江東索雷斯電子科技有限公司