海水淡化技术的制作方法
【专利摘要】一种海水淡化技术，其特征在于：将海水淡化设备安装在深度超过270米的深海中，海水在静水压力作用下进入多级沉淀物过滤器，利用静水压力与大气压力的压力差作为反渗透动力，使过滤后的清洁海水通过管道进入横流式RO过滤器，分离出的淡水通过管道储存在同一深度的淡水储存罐中，通过外波驱动的淡水输送泵将淡水储存罐中的淡水抽吸输送至海面的水分配系统中供配水使用，而分离出的浓缩盐水则通过外波驱动的盐水输送泵输出重新排回海中。本发明的工艺科学合理、设备投资少，解决了目前海水淡化能耗高的问题，不需要任何电能和燃油设备，真正实现了海水淡化过程零能耗，为人类大规模、低成本生产淡水提供了一种新的技术手段。
【专利说明】海水淡化技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及海水淡化【技术领域】，具体涉及一种无需任何能耗、低成本的海水淡化技术。
【背景技术】
[0002]淡水资源是人类生存的必要资源之一，目前，很多河流的水资源都受到不同程度的污染，淡水资源短缺问题已经日益影响国民经济和社会的可持续发展，而海水淡化是解决水资源短缺问题的有效途径。
[0003]海水淡化技术，就是利用海水脱盐生产淡水的技术过程，目前使用最广的是蒸馏法和RO膜反渗透法，其中蒸馏法是将海水加热蒸发，这不仅需要大的单独的固体床，且蒸发过程需要耗费大量的能量 ，制水成本和维修成本都较高，而且系统回收率只有15~40%。反渗透法由于设备简单、效率高、占地小、操作方便、无需加热等显著特点已成为当前淡化海水的最主要方法之一。
[0004]RO膜反渗透法又称超过滤法，是20世纪50年代美国政府援助开发的净水系统，60年代用于海水淡化，RO膜反渗透法是靠压力驱动达到逆向渗透的效果，使水分子、乙醇分子等小分子透过反渗透膜，而离子和污染物被截留。反渗透的核心是反渗透膜，反渗透膜是一种用高分子材料制成的、具有选择性半透性质的薄膜，它可以在外加压力作用下，使水溶液中的水分和某些组分选择性透过，从而达到纯化、分离或浓缩的目的。反渗透可抑制细菌，盐，糖，蛋白质，颗粒，染料，和其他大于150-250道尔顿的分子量的物质，去除大部分的无机盐、有机物和微生物，从而达到水质的要求。
[0005]大多数反渗透技术是一种横流过滤技术，需要过滤液体横向流过反渗透膜，反渗透的过程中需要一个驱动力推动流体通过膜，一般都是采用高压泵进行驱动。传统的反渗透法海水淡化过程首先是将海水提取上来，进行初步处理，降低海水浊度，防止细菌、藻类等微生物的生长，然后用特种高压泵增压，使海水进入通过横流RO过滤器来进行分离，制取淡水，制取过程中泵需要连续运转，保持压力和横流R0，因此，该系统的运行成本和维护成本很高。
[0006]如专利号为CN201210377906.6的中国发明专利《一种海水淡化方法》，将原海水经过前处理后的过滤水，进入海水淡化系统的热排放段换热器，用于冷凝蒸汽并回收热排放段的热量，得到温度较高的换热后温海水；将温海水经过低压泵输送进入超滤装置，超滤产水经过高压泵输送进入纳滤装置，选择性去除海水中的成垢离子得纳滤软化水，经过高压泵输入反渗透装置，制得反渗透产水和反渗透浓水；反渗透浓水经回收能量后直接作为MED或MSF装置热回收段的进水；将经过MED或MSF装置淡化产水与反渗透产水混合作为饮用水；纳滤浓水经回收能量后与浓水混合后排放或综合利用。这种方法对现有的反渗透法进行了改进，使得系统回收率得到提高，但是还是需要高压泵等设备，电力消耗较高。
[0007]从理论上讲，常温下用反渗透法淡化海水的最低能耗为0.75KWH/m3，泵的压力必须高出渗透压力，这样海水才能通过膜渗透到淡水一侧，如果泵的压力低于渗透压，那么渗透的水会流回到浓盐水中。与蒸馏法相比较，采用反渗透法淡化海水的优点是脱盐率高，设备简单，产水量大，占地面积小，操作方便；但是还是需要消耗大量电能，膜组件需要定期清洗，虽然随着反渗透膜性能的提高和能量回收装置的问世，其吨水耗电量逐渐降低，但是与人们的期待值还存在很大距离，在当前耗电量尚高的情况下，大规模生产淡水也受到限制，因此很难满足缺水地区对淡水的需求。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本的海水淡化技术，不需要任何电能和燃油设备，利用静水压力作为反渗透动力，利用波浪驱动输送泵，解决了目前海水淡化能耗高的问题，为实现大规模低成本生产淡水提供新的技术手段。
[0009]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种海水淡化技术，其特征在于:将海水淡化设备安装在深度超过270米的深海中，海水在静水压力作用下进入多级沉淀物过滤器，利用静水压力与大气压力的压力差作为反渗透动力，使过滤后的清洁海水通过管道进入横流式RO过滤器，分离出的淡水通过管道储存在同一深度的淡水储存罐中，通过外波驱动的淡水输送泵将淡水储存罐中的淡水抽吸输送至海面的水分配系统中供配水使用，而分离出的浓缩盐水则通过外波驱动的盐水输送泵输出重新排回海中；
[0010]所述淡水输送泵和盐水输送泵均为波浪驱动泵，其结构为:包括一长管状的泵壳，泵壳的底部通过电缆系泊锚定在深海中，泵壳的下部设有进水口、上部设有出水口，泵壳的顶端伸出海面并套设有一移动浮子，该移动浮子浮动在海面上并可在波浪的推动下沿泵壳上下移动，泵壳内设有与移动浮子配合实现水向上抽吸输送的多级泵组件。
[0011]作为改进，所述多级泵组件包括设置在泵壳内的连接杆、复位弹簧、一系列由活塞和单向阀组合的单向阀单元，所述连接杆贯通固定设置在泵壳内，所述复位弹簧套置在连接杆上，其上端设有抵挡环，下端与活塞相抵，当移动浮子在波浪的驱动下向下移动时，带动抵挡环下移，复位弹簧压缩带动活塞下移将单向阀打开，水从泵壳下端的进水口被逐级抽吸至出水口排出。
[0012]作为改进，所述单向阀单元依次间隔套设在连接杆上，在每个活塞的外侧设有与泵壳的内壁相抵的密封圈。
[0013]作为改进，所述泵壳内的下端设有一用以系泊电缆的固定环，所述泵壳的上端、移动浮子的下方固定套设有一用于限位的固定浮子。
[0014]再改进，所述出水口设于所述固定浮子的下方。
[0015]进一步改进，所述多级沉淀物过滤器包括自清洁过滤器、超滤装置和纳滤装置，所述海水经Ph调节、混凝，通过自清洁过滤器去除粒径大于50um的颗粒、絮凝物，再经超滤装置和纳滤装置的处理得到软化后的清洁海水。多级过滤的设置提高了预处理过滤效果，保证RO膜的进水水质。从另一角度说，也保证装置始终在安全、合理的条件下运行，保证反渗透膜工作性能，提高了装置运行可靠性。
[0016]再进一步改进，所述淡水储存罐上连接有一伸出海面的用于缓解淡水储存罐和生产操作压力之间压力差的排气管，所述排气管的出气口端设有排气阀，当排气阀关闭时，横流式RO过滤器的压力差为0，此时淡水回流至淡水储存罐中并穿过横流式RO过滤器的RO膜实现反冲洗。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:将海水淡化装置设置于深海中，利用海水的自然静水压力作为反渗透动力，利用波浪驱动输送泵，同时利用横流RO过滤器系统允许膜不断自我清洁，从而延长RO过滤器的寿命和降低维护成本。本发明的工艺科学合理、设备投资少，解决了目前海水淡化能耗高的问题，不需要任何电能和燃油设备，真正实现了海水淡化过程零能耗，为人类大规模、低成本生产淡水提供了一种新的技术手段。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的海水淡化技术中淡水生产的工艺流程图；
[0019]图2为本发明的海水淡化技术中对横流RO过滤器进行反冲洗的工艺流程图；
[0020]图3为本发明的波浪驱动泵的结构示意图；
[0021]图4为图3中多级泵组件A的结构剖视图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0023]如图1至4所示，本实施例的海水淡化技术中的海水淡化设备包括多级沉淀物过滤器、横流式RO过滤器、淡水储存罐、淡水输送泵、盐水输送泵以及各种管道，多级沉淀物过滤器包括自清洁过滤器、超滤装置和纳滤装置；为了使海水的静水压力能够达到RO膜渗透压，将整个海水淡化设备安装在深度超过270米的深海中，海水在静水压力作用下进入多级沉淀物过滤器，所述海水经Ph调节、混凝，通过自清洁过滤器去除粒径大于50um的颗粒、絮凝物，再经超滤装置和纳滤装置的处理得到软化后的清洁海水，多级沉淀物过滤器的设置提高了预处理过滤效果，保证RO膜的进水水质，从另一角度说，也保证装置始终在安全、合理的条件下运行，保证反渗透膜工作性能，提高了装置运行可靠性；
[0024]利用静水压力与大气压力的压力差作为反渗透动力，使过滤后的清洁海水通过管道进入横流式RO过滤器，分离出的淡水通过管道储存在同一深度的淡水储存罐中，再通过外波驱动的淡水输送泵将淡水储存罐中的淡水抽吸输送至海面的水分配系统中供配水使用，而分离出的浓缩盐水则通过外波驱动的盐水输送泵输出重新排回海中；
[0025]在淡水储存罐上连接有一伸出海面的用于缓解淡水储存罐和生产操作压力之间压力差的排气管，排气管的出气口端设有排气阀，生产淡水时排气阀打开，使得静水压力与大气压的压力差高于渗透压，淡水透过横流式RO过滤器进入淡水储存罐；需要对横流式RO过滤器的RO膜进行反冲洗时，则将排气阀关闭时，这样横流式RO过滤器的压力差为0，此时淡水回流至淡水储存罐中并穿过横流式RO过滤器的RO膜实现反冲洗，发冲洗的工艺流程见图2所示，这样RO膜可以不断进行自我清洗，使毛孔清洁，从而延长横流式RO过滤器的寿命和降低维护成本，保证淡水的质量；
[0026]淡水输送泵和盐水输送泵均为波浪驱动泵，其结构如图3、4所示为:包括一长管状的泵壳110，泵壳110的底部通过电缆113系泊在锚117上，设置在深海中，泵壳110的下部设有进水口 120、上部设有出水口 119，泵壳110的顶端伸出海面并套设有一移动浮子6，该移动浮子6浮动在海面上并可在波浪的推动下沿泵壳110上下移动，在泵壳110的上端、移动浮子6的下方固定套设有一固定浮子116，通过固定浮子116对移动浮子6向下移动的位置进行限定，使得泵壳110底部在海水中的深度保持在一定范围，而出水口 119设于固定浮子116的下方；在泵壳110内设有与移动浮子6配合实现水向上抽吸输送的多级泵组件A ;多级泵组件A包括设置在泵壳110内的连接杆118、复位弹簧114、一系列由活塞111和单向阀112组合的单向阀单元，连接杆118贯通固定设置在泵壳110内，泵壳110内、连接杆118的下端设有一固定环115，用以系泊电缆113 ;复位弹簧114套置在连接杆118上，其上端设有抵挡环115，下端与活塞111相抵，当移动浮子6在波浪的驱动下向下移动时，带动抵挡环115下移，复位弹簧114压缩带动活塞111下移将单向阀112打开，水从泵壳110下端的进水口 120被逐级抽吸至出水口 119排出；单向阀单元依次间隔套设在连接杆118上，在每个活塞111的外侧设有与泵壳110的内壁相抵的密封圈121。
[0027]波浪驱动泵的工作原理就是泵通过电缆系泊锚定在海底，利用波浪的推动使得海面从高点到低点起伏波动，这样移动浮子6在波浪的推动下不断地沿着泵壳110做上下垂直运动，将波浪的推动力转换成机械能，用于泵水。
[0028]本发明的海水淡化设备设置必须安装在深度超过270米的深海中，这是因为在270米深度的海水静水压力正好与RO膜的渗透压相等，因此，横流式RO过滤器进入海洋的深度超过270米，才可以产生足够的压力来产生淡水(参考文献Lachish，Ur1." Optimizing the Efficiency of Reverse Osmosis Seawater Desalinat1n".) 0
[0029]泵的压力必须高于渗透压力，这样海水就可以通过RO膜进行渗透，流量与两个压力之间的差值成比例。当两个压力平等时，水就不能通过RO膜进行流动，如果泵的压力低于渗透压，那么渗透过的淡水就会流回到浓盐水中。因此，RO系统设置在海底的深度超过270米，就可以产生足够的压力来制取淡水。
【权利要求】
1.一种海水淡化技术，其特征在于:将海水淡化设备安装在深度超过270米的深海中，海水在静水压力作用下进入多级沉淀物过滤器，利用静水压力与大气压力的压力差作为反渗透动力，使过滤后的清洁海水通过管道进入横流式RO过滤器，分离出的淡水通过管道储存在同一深度的淡水储存罐中，通过外波驱动的淡水输送泵将淡水储存罐中的淡水抽吸输送至海面的水分配系统中供配水使用，而分离出的浓缩盐水则通过外波驱动的盐水输送泵输出重新排回海中； 所述淡水输送泵和盐水输送泵均为波浪驱动泵，其结构为:包括一长管状的泵壳(110)，泵壳(110)的底部通过电缆(113)系泊锚定在深海中，泵壳(110)的下部设有进水口(120)、上部设有出水口(119)，泵壳(110)的顶端伸出海面并套设有一移动浮子(6)，该移动浮子(6)浮动在海面上并可在波浪的推动下沿泵壳(110)上下移动，泵壳(110)内设有与移动浮子(6)配合实现水向上抽吸输送的多级泵组件(A)。
2.根据权利要求1所述的海水淡化技术，其特征在于:所述多级泵组件(A)包括设置在泵壳(110)内的连接杆(118)、复位弹簧(114)、一系列由活塞(111)和单向阀(112)组合的单向阀单元，所述连接杆(118)贯通固定设置在泵壳(110)内，所述复位弹簧(114)套置在连接杆(118)上，其上端设有抵挡环(122)，下端与活塞(111)相抵，当移动浮子(6)在波浪的驱动下向下移动时，带动抵挡环(122)下移，复位弹簧(114)压缩带动活塞(111)下移将单向阀(112)打开，水从泵壳(110)下端的进水口(120)被逐级抽吸至出水口(119)排出。
3.根据权利要求2所述的海水淡化技术，其特征在于:所述单向阀单元依次间隔套设在连接杆(118)上，在每个活塞(111)的外侧设有与泵壳(110)的内壁相抵的密封圈(121)。
4.根据权利要求3所述的海水淡化技术，其特征在于:所述泵壳(110)内的下端设有一用以系泊电缆(113)的固定环(115)，所述泵壳(110)的上端、移动浮子(6)的下方固定套设有一用于对移动浮子(6)进行限位的固定浮子(116)。
5.根据权利要求4所述的海水淡化技术，其特征在于:所述出水口(119)设于所述固定浮子(116)的下方。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的海水淡化技术，其特征在于:所述多级沉淀物过滤器包括自清洁过滤器、超滤装置和纳滤装置，所述海水经Ph调节、混凝，通过自清洁过滤器去除粒径大于50um的颗粒、絮凝物，再经超滤装置和纳滤装置的处理得到软化后的清洁海水。
7.根据权利要求1至5任一权利要求所述的海水淡化技术，其特征在于:所述淡水储存罐上连接有一伸出海面的用于缓解淡水储存罐和生产操作压力之间压力差的排气管，所述排气管的出气口端设有排气阀，当排气阀关闭时，横流式RO过滤器的压力差为0，此时淡水回流至淡水储存罐中并穿过横流式RO过滤器的RO膜实现反冲洗。
【文档编号】C02F103/08GK104176847SQ201310191124
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】郑钦安 申请人:宁波江东索雷斯电子科技有限公司