专利名称：海水淡化及含离子溶液的处理方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用磁镜(又称磁塞)反射离子的原理，将海水淡化和处理含离子溶液的方法。
廉价的海水淡化方法一直是工程技术人员追寻的目标，经过几十年不懈的努力海水淡化技术已经取得长足进展，产生了许多海水淡化方法，诸如闪蒸法、冷冻法、膜分离法、反渗透法、电渗析法、离子交换法等等。目前技术领先也是应用最多的是多级闪蒸法，约占当今世界海水淡化总量的70％以上。多级闪蒸法是通过加热海水得到水蒸气，再经过多级冷凝使水蒸气重新液化成淡水。多级闪蒸法的缺点是设备庞大，耗能大，需要大量循环冷却用海水，设备腐蚀和结垢较严重，成本高，很难普遍推广。
磁镜反射法开辟了海水淡化的新途径。磁镜是为了实现核聚变约束等离子体而产生的技术，其作用是利用磁镜可以反射正、负离子和电子的性质，通过多个磁镜的反射，使离子只能在空间的某一区域内运动。磁镜是梯度磁场，也就是说磁镜是在某一个方向逐渐减弱的磁场。在梯度磁场中运动的带电粒子仍遵从能量守恒定律，粒子的总能量不变。如果离子的运动方向与磁力线方向之间存在夹角，可以把粒子的速度分解成为垂直于磁力线方向的速度和平行于磁力线方向的速度。离子由弱场区域向强场区域运动的时候，随着磁场强度的增加，离子垂直于磁力线方向的速度也成比例地增加，动能也相应地增加。由于能量守恒，平行于磁力线方向的速度和动能必须相应地减少，直到平行于磁力线方向的速度减少成为零，离子不能继续向强场区域运动，而只能被反射回来，又重新得到平行于磁力线方向的速度和动能，离子开始向弱场区域运动。这就是磁镜反射离子的原理。
磁镜不仅可以反射等离子体中的离子，也可以反射液体中的离子，例如反射海水中的钾、钠、钙、镁、氯等离子。磁镜的另一个重要性质是只反射带电的离子，不反射不带电的分子，因此磁镜可以将海水里的水分子与各种离子分离开来，实现海水淡化。以下简述用磁镜实现海水淡化的基本原理。
图1所示的普通容器1里装有海水2，海水中的水分子和各种离子一起做无规则运动。如果在容器1的任何位置取一截面AA’，在平衡条件下，任一时刻从截面上方进入截面下方的离子数等于从截面下方进入截面上方的离子数，海水中的各种离子均匀分布，离子的密度处处相同。
图2所示，容器1上方有磁镜3，由于磁镜不反射水分子，只反射离子，水分子的运动状态不变，从截面上方进入截面下方的水分子等于从截面下方进入截面上方的水分子，水分子的分布不变。容器中各种离子的运动状态则完全改变了。由于磁镜对离子的反射，从截面上方进入截面下方的离子的平均速度增大，从截面下方进入截面上方的离子的平均速度减小，导致截面上方的离子浓度不断减小；截面下方的离子浓度不断增大，使截面上方的海水逐渐变成了淡水；截面下方的海水逐渐变成了浓盐水。
磁镜是梯度磁场，可以通过永磁体产生，也可以通过通电螺线管、电磁铁或超导磁铁产生。用磁镜反射离子方法淡化海水，设备简单，投资小，耗能少，运行费用低，可大量生产廉价淡水。与闪蒸法相比较不需要庞大的加热和冷却设备，与反渗透法相比较不需要复杂的膜设备，结构简单，占地少。
图3是本发明的立式水塔实施实例。水塔1的顶部有磁镜3，海水以一定的速度由海水进口4进入水塔。在磁镜的作用下，海水2中的离子逐渐下沉，咸淡水分离，水塔底部形成浓盐水区域，浓盐水由盐水出口6排出；水塔上方形成淡水区域，淡水由淡水出口5排出。
图4是本发明的卧式实施实例。卧式海水淡化装置可安装一个或多个磁镜。图4是安装两个磁镜的实例，海水以一定的速度由海水进口4进入容器1。在磁镜3的作用下，海水2中的离子逆磁镜方向运动，使咸淡水分离，在磁镜附近形成淡水区域，在远离磁镜的地方形成浓盐水区域。浓盐水由浓盐水出口6排出，淡水由淡水出口5排出。
如果磁场减弱过快，可在海水淡化装置内增加几个不同磁感应强度的永磁体组，以保证磁场均匀，磁场梯度适当。永磁体组的排列可从靠近磁镜开始磁感应强度依次减小。永磁体组由一些小永磁体组成，小永磁体固定在磁体架上，磁体架上留有液体通过的孔道。图5是安装了永磁体组7的立式海水淡化装置示意图，图中8是小永磁体，9是磁体架，液体通过孔道未标出。
本实施实例生产淡水的能力与磁场梯度大小相关，磁场梯度越大，磁镜反射离子能力越强，海水淡化装置生产淡水的能力也越大。若增大进水量，必须相应地增大磁场的磁感应强度和磁场梯度。水塔应该有足够的高度，使大部分向磁镜方向运动的离子在到达淡水出口前速度减小为零，并且向相反方向运动，保证流出的淡水含盐量低于标准要求。
本发明不仅可以用于海水淡化，也可以用于含离子溶液的处理，即除去溶液中的离子或浓缩溶液中的离子。还可以用于含离子废液的处理。处理方法与海水淡化相同。
权利要求
1.一种海水淡化的方法和装置及含离子溶液的处理方法和装置。其特征在于具有一个或多个磁镜，具有一个或多个永磁体组。海水或含离子溶液处在磁镜的梯度磁场中，淡水或低浓度离子溶液从强场区域引出，浓盐水或高浓度离子溶液从弱场区域引出。
2.根据权利要求1所述的海水淡化方法，其特征在于海水处在磁镜的梯度磁场中，在强场区域得到淡水，在弱场区域得到浓盐水。
3.根据权利要求1所述的含离子废液处理方法，其特征在于废液处在磁镜的梯度磁场中，在强场区域得到除去离子的清水，在弱场区域得到含浓离子溶液。
4.根据权利要求1所述的含离子溶液处理方法，其特征在于溶液处在磁镜的梯度磁场中，在强场区域得到低浓度离子溶液，在弱场区域得到高浓度离子溶液液。
5.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于具有磁镜和永磁体组，用于生产淡水和浓盐水。
6.根据权利要求1所述的含离子废液处理装置，其特征在于具有磁镜和永磁体组，用于处理含离子废液。
7.根据权利要求1所述的含离子溶液处理装置，其特征在于具有磁镜和永磁体组，用于处理含离子溶液。
8.根据权利要求1所述的海水淡化装置和含离子溶液处理装置所用的磁镜，其特征在于具有反射离子的梯度磁场。磁镜用永磁材料、电磁铁或超导磁铁制成。
9.根据权利要求1所述的海水淡化装置和含离子溶液处理装置所用的永磁体组，其特征在于永磁体组由小永磁体和磁体架构成，小永磁体固定在磁体架上，磁体架上留有液体通过孔道。
全文摘要
本发明属于海水淡化和含离子溶液处理领域。涉及到利用磁镜的梯度磁场只反射离子不反射分子的性质将离子与分子分离开来的方法和装置。实施方案是让海水或含离子溶液处在磁镜的梯度磁场中，在梯度磁场作用下，分子的分布不变。离子被磁镜反射，向弱场方向运动，并且富集在弱场区域。在强场区域得到淡水或低浓度离子溶液，在弱场区域得到浓盐水或高浓度离子溶液。本发明的特点是设备简单，投资少，耗能低，运行费用低。
文档编号C02F1/48GK1508075SQ0215662
公开日2004年6月30日 申请日期2002年12月17日 优先权日2002年12月17日
发明者李殿双 申请人:李殿双