一种利用海水势能进行反渗透淡化的装置及方法

文档序号:4813424阅读:622来源:国知局
专利名称:一种利用海水势能进行反渗透淡化的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种海水淡化装置,尤其涉及一种利用海水势能进行反渗透淡化的装
置及方法。
背景技术
众所周知,目前全球性的缺水问题日趋严重,所以将海水转化为淡水的海水淡化市场也在不断增长和发展。世界上付诸商业应用的海水淡化技术主要包括有蒸馏法、反渗透法(正渗透法)、海水冻结法、电渗析法等等。反渗透淡化技术由于具有设备投资少、能量消耗低、建造周期短等优点,发展迅速。发明专利“用海洋能的反渗透海水淡化方法及装置Q01010105433. 5)公开了一种利用海洋能的反渗透海水淡化方法及装置,在海边挖一口井,井分两侧,一侧作为海水井,一侧作为设备井,利用海洋能将海水送进海水井,并使海水井水位高出海平面,装置固定安装在设备井井底,装置包括海水进水和出水系统、待升压海水输送系统、升压设备、海水排水设备、反渗透膜组件、淡水提升系统和浓海水排水系统。通过装置的海水进水系统, 将海水井井底的海水引进装置内,并驱动升压设备和排水设备,升压设备制造高压海水,高压海水通过反渗透膜组件产生淡水和剩余浓海水,淡水利用普通的泵提升到地面,浓海水利用余压排出地面,排水设备主要用于排出升压设备内和自身设备内的海水以保持装置的连续运行。实用新型“反渗透海水淡化机(97209034.7)公开了一种反渗透海水淡化机,包括海水进口管、过滤器、高压泵、膜元件、淡水出口管依次连接,膜元件还与浓海水出口管连接,形成一个海水淡化管路;另有一个带有清洁箱的水管旁路将高压泵和淡水出口管连通,形成清洗管路;在水管旁路的两端分别设置阀门;在高压泵前、淡水出口管和浓海水出口管处分别设有低压力表、流量计、高压力表。它解决了现有产品结构复杂、操作复杂的问题,可将含盐量约35000mg/l的海水一次淡化为符合国家标准的饮用水。发明专利“力发电反渗透法海水淡化系统Q01010543084. 5)公开了一种风力发电反渗透法海水淡化系统,包括风力发电机组、风电海水淡化驱动器和包含第一电动机驱动的原水泵和第二电动机驱动的增压泵的反渗透法海水淡化装置。风电海水淡化驱动器包括将交流电转换为直流电的整流滤波模块、用于控制风力发电机组转速与整流滤波模块直流电压的电阻制动模块、连接原水泵第一电机的第一变频器、连接增压泵第二电机的第二变频器以及主控模块。主控单元被设置为控制变频器输出频率令风力发电机组以最大输出功率运行,当风力电能不满足系统用电需求时令市电或柴电补充供电,否则优先消耗风电, 控制电阻制动模块可变消耗直流电能以限制风力发电机组转速和整流滤波模块直流电压, 使系统效率高适应强无需蓄电池而节约成本。上述三个专利均存在相同的问题,即均使用了增压设备(升压设备、高压泵和增压泵),这样就必然增加系统成本,而且增压设备的盐化等一系列问题,从而带来维修的成本。
另外,现有的反渗透的工艺流程如图1所示海水1由供水泵2提升,经过初级海水处理3,包括加药31,多介质过滤32,活性炭吸附33以及精密过滤34到水库,然后,由高压泵4产生高压,由反渗透膜机组5进行反渗透处理,产生淡水及盐。目前应用反渗透膜的反渗透法运行时必须通过高压泵向膜组件施加5 7兆帕 (MPa)的压力,吨/时投资成本十万元左右,运行耗电6度/m3。例如神流川电站压力钢管的斜井段长约1000m,倾角48°,围岩地质条件相对软弱,为了安全和节约投资,开挖施工使用了直径为6. 6m的全断面隧洞掘进机(TBM)。上述涉及反渗透海水淡化的专利均提到增压问题,但是都未给出更加行之有效的技术方案来解决增压的技术问题,而且增压的设备维护和使用需要大量的人力和物力成本,现有技术中并未给出较好的技术方案。而且在本发明人的“反渗透海水淡化与沿海蓄能电站对接方法及海水淡化系统”(申请号201110146090. 1)中提到将海水利用高扬泵抽到修建完成的高位海水库积蓄高位海水势能,然后在低位修建反渗透膜机组进行海水淡化。虽然解决了海水增压的技术问题,但是需要建立高位海水库,以及将海水抽至高位海水库需要的成本,依此行之,投入的成本非常巨大。

发明内容
为解决上述问题,本发明公开一种利用海水势能进行反渗透淡化的装置及方法。 目的在于不需要投入增压设备而产生增压效果,使用传统的反渗透方法利用海水制作淡水,利用少量投入获得海水淡化的收益。一种利用海水势能进行反渗透淡化的装置,其特征在于,包括海水淡化机组,管道,其中海水淡化机组包括反渗透膜机组,用于将从初级海水处理引入的初处理海水通过管道进入反渗透膜机组,反渗透膜机组置于水平面一定落差深度的位置,将具有势能的海水作用于反渗透膜机组,从而将海水通过反渗透膜去盐,所述反渗透膜机组将海水淡化后使用高扬泵将淡水抽出。所述的反渗透淡化装置,所述一定落差深度的位置为海平面以下或者地面以下的位置。所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述落差深度为500-700米。所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述反渗透膜机组淡化海水后剩余的浓海水由制盐机组通过潜水泵抽出制盐。所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述管道与初级海水处理出水口之间有一压力调节阀门,以及管道与反渗透膜机组的入水口之间有一压力调节阀门,用以调节海水的压力。所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述管道与水平面的夹角为20° -90°。一种利用海水势能进行反渗透淡化方法,其特征在于,包括步骤1,在海洋沿岸修建过滤坝,将海水由供水泵抽出,并经过初级海水处理,然后利用修建完成的管道输出到反渗透膜机组;步骤2,将具有势能的海水作用于反渗透膜机组,从而将海水通过反渗透膜机组去^rt.;步骤3,所述反渗透膜机组将海水淡化后使用高扬泵将淡水抽出到地面。所述的反渗透淡化方法,其特征在于,所述步骤2还包括步骤21,海水通过自身的势能对反渗透膜施加压力,将500-700米的水压力作用于反渗透膜。所述的反渗透淡化方法,其特征在于,所述步骤3还包括步骤31,从管道输入的海水经反渗透膜机组生成的浓海水,通过潜水泵抽出到地面制盐。所述的反渗透淡化方法,其特征在于,所述步骤2还包括步骤41,所述管道与初级海水处理出水口之间有一压力调节阀门,以及管道与反渗透膜机组的入水口之间有一压力调节阀门,用以调节海水的压力。本发明为一种利用势能形成的高压海水,对接现有的反渗透淡化技术。其特征为 修建地下500-700米深海水淡化厂,获得5 7兆帕(MPa)压力的高压海水连接现在成熟的反渗透膜设备模块。进行海水淡化。省去了高压泵和能量回收设备。反渗透膜设备模块 (吨/时)投资成本就只需两万元左右。运行耗电2度/m3左右。淡水出厂成本2元左右。


图1为现有的海水淡化反渗透工艺流程示意图;图2为本发明利用海水势能进行反渗透工艺流程图;图3为本发明利用海水势能进行反渗透工艺示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
来对本发明进行详细的描述,但是,并不作为对本发明的限定。海水淡化是人类追求了几百年的梦想。有人说,19世纪争煤,20世纪争油,21世纪争水。如图2所示,图中,海水10首先由供水泵20抽取出来,然后经过初级海水处理30, 将海水引入到落差为500米-700米的深度的淡水收集坑内,包括加药,多介质过滤,活性炭吸附以及精密过滤,这些工艺流程可以与现有工艺流程完全相同,然后,海水产生的势能的高压海水就利用反渗透膜机组40,由阀门控制海水通过输水管道输入至入水口,由反渗透膜机组40进行反渗透处理,产生淡水。由潜水泵60将反渗透膜机组淡化海水后的副产品, 即浓海水排出用于制盐70,在淡水收集坑中生成的淡水由高扬泵50抽出到水厂80以供使用。高压海水可以利用原来初级海水处理的管道,也可以另外铺设,即在淡水收集坑的底部或者侧部,安装输水管道,该输水管道与水平地面的夹角为20° -90°,水管的各项性能指标可以利用现有的性能指标,也可以根据不同的材料,比如较佳的,管道为3米-8米直径的金属管道、塑料管道,进行简单的计算即可施工。较佳的,本发明能够直接放置于海水中500米-700米的位置,其它装置不变,将海水中的反渗透膜机组进行封闭包装,该封闭包装用于承受海水的压力以及海水的侵蚀,将反渗透膜机组置于壳体之中以形成势能用来反渗透海水淡化,从而产生在地面的淡水收集坑中相同的作用。为了防止水管入水口盐化堵塞,可以设置一篦子,篦子内外分别安装有转动的叶片,内叶片的转动清理水管入水口的附着物(包括盐垢)。本发明在利用沿海抽水蓄能电站原有的一切功能和设计,将海水抽至深度为 500 700米的淡水收集坑中。也可采用逐级阶梯式,每一次几十米的深度。沿海电站原有的功能继续,利用电力系统低谷时使用高扬泵50抽取淡水和/或使用潜水泵制盐,而在尖峰时发电。图3为本发明利用海水势能进行反渗透工艺示意图。具体步骤如下步骤1、在海洋沿岸修建过滤坝,将海水由供水泵抽出,并经过初级海水处理,需要通过给药装置给海水加注药剂,灭掉其中的一些微生物、细菌等等,还要依次经过串接的初级净化处理(包括多介质过滤器、活性炭吸附塔、精密过滤器),目的是将海水中的一些杂物滤除,一是为了得到比较优质的海水,二是不至于影响供水泵的工作,比如损坏泵的叶轮等。然后利用修建完成的管道(该管道在初级海水处理的沟槽出水端设置有阀门装置,在反渗透膜机组的入水端设置有阀门装置。)抽到深度500米-700米的淡水收集坑中;步骤2、海水通过自身的势能对反渗透膜施加压力,将500-700米的水压力作用于反渗透膜,从而将海水淡化;步骤3、将经过反渗透膜机组输出的淡化水,通过高扬泵存放在水厂淡水库中以备使用;步骤4、从管道输入的海水经反渗透膜机组可以得到副产品海盐,通过潜水泵抽出到地面。上述步骤1中,可以通过梯级的形式,也可以一次性降低落差。而且步骤1中的淡水收集坑可以通过地面向下掘进500-700米,以便于地下的淡水收集以及制作海盐。反渗透海水淡化膜,需要5 7兆帕(MPa)压力,相当于海拔550-750米左右压力, 淡水收集坑的落差正适合提供该水柱压力。根据不同的反渗透海水淡化膜,可以通过压力阀调节在一个适当的压力值,比如500米压力,或者550米压力等。现在一般海水淡化(吨/时)投资成本十万元,运行耗能6KW/m3,重力反渗透膜海水淡化(吨/h)投资成本只需一万元左右,运行耗能2KW/m3。投资100亿建重力反渗透膜海水淡化厂可形成100万(吨/h),日出淡水2000万m3。按5元一吨,产值一亿元/日, 365亿/年。投资回报率显而易见。加入风能提水太阳能海水淡化,能耗会更低。风光电水盐可一条龙运作。这种技术使东水西调经济可行,为净化渤海,淡水入京,沙漠绿化,海水进蒙,环境改造,开发旅游和地产等一系列经济及资本运作,创造无限机会。反渗透海水淡化技术是当前主要发展的趋势。应用反渗透膜的反渗透法进行海水淡化时,需要通过高压泵向膜组件施加5 7兆帕(MPa)的压力,目前(吨/时)投资成本在十万元左右,运行耗电5度/m3左右。淡水出厂成本5元左右。本发明为一种利用势能形成的高压海水,对接现有的反渗透淡化技术。其特征为 修建地下500-700米深海水淡化厂,获得5 7兆帕(MPa)压力的高压海水连接现在成熟的反渗透膜设备模块。进行海水淡化。省去了高压泵和能量回收设备。反渗透膜设备模块(吨/时)投资成本就只需两万元左右。运行耗电2度/m3左右。淡水出厂成本2元左右。利用盾构机钻孔500-700米后,掏挖地下空间,修建地下海水淡化厂,再钻两排深井出淡水和浓海水。IOOOm隧道盾构两条,直径1. 2m600m深井钻10目艮,100m* 15m的海水淡化厂,一个
亿。每小时10万吨膜壳14亿左右。海水处理厂4亿左右。淡水高扬泵一个亿。总投资 20亿左右,每天可获得200万吨淡水。例如神流川电站压力钢管的斜井段长约1000m,倾角 48°,围岩地质条件相对软弱,为了安全和节约投资,开挖施工使用了直径为6. 6m的全断面隧洞掘进机(TBM)。当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种利用海水势能进行反渗透淡化的装置,其特征在于,包括海水淡化机组,管道,其中海水淡化机组包括反渗透膜机组,用于将从初级海水处理引入的初处理海水通过管道进入反渗透膜机组,反渗透膜机组置于地平线下方一定落差深度的位置,将具有势能的海水作用于反渗透膜机组,从而将海水通过反渗透膜去盐,所述反渗透膜机组将海水淡化后使用高扬泵将淡水抽出。
2.如权利要求1所述的反渗透淡化装置,所述一定落差深度的位置为海平面下方的海水位置或者地面下方的地面位置。
3.如权利要求1、2所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述一定落差深度的位置为 500-700 米。
4.如权利要求1所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述反渗透膜机组淡化海水后剩余的浓海水由制盐机组通过潜水泵抽出制盐。
5.如权利要求1所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述管道与初级海水处理出水口之间有一压力调节阀门,以及管道与反渗透膜机组的入水口之间有一压力调节阀门,用以调节海水的压力。
6.如权利要求1所述的反渗透淡化装置,其特征在于,所述管道与水平面的夹角为 20° -90°。
7.一种利用海水势能进行反渗透淡化方法,其特征在于,包括步骤1,在海洋沿岸修建过滤坝,将海水由供水泵抽出,并经过初级海水处理,然后利用修建完成的管道输出到反渗透膜机组;步骤2,将具有势能的海水作用于反渗透膜机组,从而将海水通过反渗透膜机组去盐;步骤3,所述反渗透膜机组将海水淡化后使用高扬泵将淡水抽出到地面。
8.如权利要求7所述的反渗透淡化方法,其特征在于,所述步骤2还包括步骤21,海水通过自身的势能对反渗透膜施加压力,将500-700米的水压力作用于反渗透膜。
9.如权利要求7所述的反渗透淡化方法,其特征在于,所述步骤3还包括步骤31,从管道输入的海水经反渗透膜机组生成的浓海水,通过潜水泵抽出到地面制Τττ . ο
10.如权利要求7所述的反渗透淡化方法,其特征在于,所述步骤2还包括步骤41,所述管道与初级海水处理出水口之间有一压力调节阀门,以及管道与反渗透膜机组的入水口之间有一压力调节阀门,用以调节海水的压力。
全文摘要
本发明提供了一种用海水势能进行反渗透淡化的装置,其特征在于,包括海水淡化机组,制盐机组,管道,其中海水淡化机组包括反渗透膜机组,用于将从初级海水处理引入的初处理海水通过管道进入反渗透膜机组,反渗透膜机组置于水平面一定落差深度的位置,将具有势能的海水作用于反渗透膜机组,从而将海水通过反渗透膜去盐,所述反渗透膜机组将海水淡化后使用高扬泵将淡水抽出。
文档编号C02F103/08GK102398962SQ20111035147
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月7日
发明者廖立华 申请人:廖立华
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