清洁能源海水淡化及制盐系统的制作方法

本发明涉及海洋海水淡化领域，具体而言，涉及一种清洁能源海水淡化及制盐系统。

背景技术：

世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。

目前，全球海水淡化日产量约3500万立方米左右，其中80％用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题，即世界上1/50的人口靠海水淡化提供饮用水。全球有海水淡化厂1.3万多座，海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到世界上许多沿海国家的重视；全球直接利用海水作为工业冷却水总量每年约6000亿立方米左右替代了大量宝贵的淡水资源；全世界每年从海洋中提盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨等。海水淡化需要大量能量，所以在不富裕的国家经济效益并不高。

海水淡化技术就是将盐水和水份分分离的技术，目前有十多种方法，最主要的包括海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法以及碳酸铵离子交换法，目前应用反渗透膜法及蒸馏法是市场中的主流。

中国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件，但经济性是决定其广泛应用的重要因素。在国内，“成本和投资费用过高，能源消耗严重”，一直被视为是海水淡化难以大胆使用的主要问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种清洁能源海水淡化及制盐系统，以解决现有技术中海水淡化成本过高、能源消耗严重的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种清洁能源海水淡化及制盐系统，其包括：清洁能源发电单元；电脱盐单元，电脱盐单元与清洁能源发电单元电连接；反渗透装置，电脱盐单元的海水出口管道与反渗透装置的海水进口管道相连；以及制盐单元，制盐单元的浓水进口管道分别与电脱盐单元的浓水出口管道、反渗透装置的浓水出口管道相连。

进一步地，电脱盐单元为并联设置的多个。

进一步地，电脱盐单元包括：脱盐罐，脱盐罐的海水出口管道与反渗透装置的海水进口管道相连；整流装置，整流装置与脱盐罐电连接，清洁能源发电单元与整流装置电连接。

进一步地，系统还包括反清洗单元，反清洗单元的进水管道与反渗透装置的淡水出口管道相连，反清洗单元的出水管道分别与脱盐罐的反清洗水进口管道和反渗透装置的反清洗水进口管道相连。

进一步地，脱盐罐设置有阳极电极和阴极电极，整流装置设置有正电极和负电极；当电脱盐单元处于脱盐状态时，阳极电极与正电极相连，阴极电极与负电极相连；当电脱盐单元处于反清洗状态时，阳极电极与负电极相连，阴极电极与正电极相连。

进一步地，反清洗单元包括：贮水罐，贮水罐的进水管道与反渗透装置的淡水出口管道相连；电脱盐清洗泵，电脱盐清洗泵的进水管道与贮水罐的出水管道相连，电脱盐清洗泵的出水管道与脱盐罐的反清洗水进口管道相连；反渗透清洗泵，反渗透清洗泵的进水管道与贮水罐的出水管道相连，反渗透清洗泵的出水管道与反渗透装置的反清洗水进口管道相连。

进一步地，清洁能源发电单元为风能发电单元、太阳能集热发电单元或者光伏发电单元。

进一步地，系统还包括：沉淀池；过滤装置，过滤装置的海水出口管道与电脱盐单元的海水进口管道相连，过滤装置的海水进口管道与沉淀池的海水出口管道相连。

进一步地，制盐单元包括：收集罐，收集罐的浓水进口管道分别和电脱盐单元的浓水出口管道、反渗透装置的浓水出口管道相连；蒸发单元，蒸发单元的浓水进口管道与收集罐的浓水出口管道相连；干燥装置，干燥装置的进口管道与蒸发单元的盐浆出口管道相连；以及太阳能集热单元，太阳能集热单元用于向蒸发单元提供热量。

进一步地，太阳能集热单元包括：导热油泵，导热油泵的进油管道与蒸发单元的出油管道相连；槽式集热场，槽式集热场的进油管道与导热油泵的出油管道相连，槽式集热场的出油管道与蒸发单元的进油管道相连。

应用本发明的技术方案，提供了一种清洁能源海水淡化及制盐系统。该系统包括清洁能源发电单元、电脱盐单元、反渗透装置以及制盐单元，电脱盐单元与清洁能源发电单元电连接；电脱盐单元的海水出口管道与反渗透装置的海水进口管道相连；制盐单元的浓水进口管道分别和电脱盐单元的浓水出口管道、反渗透装置的浓水出口管道相连。

上述清洁能源海水淡化及制盐系统，利用清洁能源发电单元能够向电脱盐单元供电，将电脱盐单元的电化学脱盐与反渗透装置的膜分离技术相结合，是一种可持续发展的海水淡化技术，在高效淡化海水的基础上，能够有效解决海水淡化过程中的能源消耗高、浓盐水排放和投资成本过高的问题。同时，利用制盐单元还能够将分离出来的浓水进行处理，制备工业盐，进一步回收了海水中的盐类资源。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种实施例的清洁能源海水淡化及制盐系统示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、清洁能源发电单元；20、电脱盐单元；21、脱盐罐；22、整流装置；30、反渗透装置；40、制盐单元；41、收集罐；42、蒸发单元；43、干燥装置；44、太阳能集热单元；441、导热油泵；442、槽式集热场；50、反清洗单元；51、贮水罐；52、电脱盐清洗泵；53、反渗透清洗泵；60、沉淀池；70、过滤装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中的海水淡化成本过高、能源消耗严重。

为了解决这一问题，本发明提供了一种清洁能源海水淡化及制盐系统，如图1所示，其包括：清洁能源发电单元10、电脱盐单元20、反渗透装置30以及制盐单元40，电脱盐单元20与清洁能源发电单元10电连接；电脱盐单元20的海水出口管道与反渗透装置30的海水进口管道相连；制盐单元40的浓水进口管道分别与电脱盐单元20的浓水出口管道、反渗透装置30的浓水出口管道相连。

在实际的操作过程中，海水通过管道进入电脱盐单元20，电脱盐单元20通过清洁能源发电单元10获取电能。海水进入电脱盐单元20后在阴、阳电极之间流动时受到电场力的作用，水中带电粒子分别向带相反电荷的电极迁移，被电极吸附并储存在双电层内。通过电极表面富集浓缩，最终实现海水中盐与水的分离。完成电化学脱盐的海水进入反渗透装置30，水分子不断地透过膜，经过产水流道流入中心管，然后在一端流出水中的杂质，如离子、有机物、细菌、病毒等，被截留在膜的进水侧，然后在浓水出水端流出，从而达到海水深度分离净化目的，除盐率能够达到99.8％。合格后的水即可经管道输送到城市淡水管网。制盐单元40能够将电脱盐单元20和反渗透装置30出来的浓水进行脱水制盐，以进一步回收海水中的盐类资源。

上述清洁能源海水淡化及制盐系统，利用清洁能源发电单元能够向电脱盐单元供电，将电脱盐单元的电化学脱盐与反渗透装置的膜分离技术相结合，是一种可持续发展的海水淡化技术，在高效淡化海水的基础上，能够有效解决海水淡化过程中的能源消耗高、浓盐水排放和投资成本过高的问题。

在一种优选的实施例中，如图1所示，电脱盐单元20包括脱盐罐21和整流装置22，脱盐罐21的海水出口管道与反渗透装置30的海水进口管道相连；整流装置22与脱盐罐21电连接，清洁能源发电单元10与整流装置22电连接。整流装置22能够将清洁能源发电单元10产生的交流电变压整流为直流电提供给脱盐罐21，海水在脱盐罐21中的电场作用下完成电化学脱盐。

在一种优选的实施例中，如图1所示，系统还包括反清洗单元50，反清洗单元50的进水管道与反渗透装置30的淡水出口管道相连，反清洗单元50的出水管道分别与脱盐罐21的反清洗水进口管道、反渗透装置30的反清洗水进口管道相连。当电脱盐单元20中的脱盐罐21的电极达到吸附饱和时，利用反清洗单元50能够对脱盐罐21进行反清洗再生使之恢复功效。当反渗透装置30受到污染，出水指标不能满足要求时，也可以利用反清洗单元50对其进行清洗使之恢复功效。

在一种优选的实施例中，脱盐罐21设置有阳极电极和阴极电极，整流装置22设置有正电极和负电极；当电脱盐单元20处于脱盐状态时，阳极电极与正电极相连，阴极电极与负电极相连；当电脱盐单元20处于反清洗状态时，阳极电极与负电极相连，阴极电极与正电极相连。这样，当电脱盐单元20达到饱和时，快速将正负电极瞬间反接，富集在电极表面上的带电粒子(或离子)在反清洗水流或电场力的作用下，从电极表面脱落到脱盐罐21底部，即使将电极再生。

优选地，脱盐罐21内分别设置阴极组件和阳极组件，阴极组件和阳极组件可以由导电的平板(圆柱)材料制成，采用水平(或者垂直)方式安装在绝缘支架(或者吊架)上，阴极组件和阳极组件之间距离根据海水处理量大小，设计合理的间距。整流装置22输出直流电，正极接在阳极电极上，负极接在阴极电极上。海水从脱盐罐21的一端进入由两电极相隔而成的空间，从另一端流出。

在一种优选的实施例中，电脱盐单元20为并联设置的多个。这样，多个电脱盐单元20可以交替进行脱盐再生，能够保证脱盐的连续性，同时还能够提高海水的处理量。以两个电脱盐单元20为例：

首先是1#的电脱盐单元20开始运行，整流装置22将交流电变压整流为直流电，施加到脱盐罐22内的阴极电极和阳极电极上形成静电场。海水在阴、阳电极之间流动时受电场力的作用，水中带电粒子分别向带相反电荷的电极迁移，被电极吸附并储存在双电层内，直至电极达到饱和时电吸附过程结束。此时，2#的电脱盐单元20开始运行，1#电脱盐单元开始再生。1#电脱盐单元将直流电源去掉，并将正负电极瞬间反接，富集在阴、阳电极表面上的带电粒子(或离子)在反清洗水流或电场力的作用下，从电极表面脱落到脱盐罐21底部，电极再生过程结束。两个电脱盐单元20交替作业进行电吸附和再生，通过电极表面富集浓缩，最终实现盐与水的分离，除盐率能够达到70％。

在一种优选的实施例中，如图1所示，反清洗单元50包括贮水罐51，电脱盐清洗泵52以及反渗透清洗泵53，贮水罐51的进水管道与反渗透装置30的淡水出口管道相连；电脱盐清洗泵52的进水管道与贮水罐51的出水管道相连，电脱盐清洗泵52的出水管道与脱盐罐21的反清洗水进口管道相连；反渗透清洗泵53的进水管道与贮水罐51的出水管道相连，反渗透清洗泵53的出水管道与反渗透装置30的反清洗水进口管道相连。这样，可以利用装置本身处理后的淡水对电脱盐单元20进行再生，对清洗反渗透装置30进行清洗。

在一种优选的实施例中，清洁能源发电单元10为风能发电单元、太阳能集热发电单元或者光伏发电单元。这几种发电单元依靠的是风能、太阳能这样的清洁能源，能够进一步降低海水淡化的成本和能源消耗。

优选地，风能发电是由机头、转体、尾翼、叶片组成。该工作原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

优选地，太阳能集热发电是由集热系统、热传输与交换系统、发电系统组成。该工作原理是太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。

优选地，光伏发电是由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。该工作原理是将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器等部件即形成了光伏发电装置。

在一种优选的实施例中，如图1所示，系统还包括沉淀池60和过滤装置70，过滤装置60的海水出口管道与电脱盐单元20的海水进口管道相连，过滤装置60的海水进口管道与沉淀池60的海水出口管道相连。海水进入沉淀池60，能够利用重力沉降作用将密度比海水大的悬浮颗粒从海水中去除。继续进入过滤装置70，能够去除海水中的微小悬浮或胶态杂质。完成过滤的海水进入电脱盐单元20进行脱盐淡化。

在一种优选的实施例中，如图1所示，制盐单元40包括收集罐41，蒸发单元42，干燥装置43以及太阳能集热单元44，收集罐41的浓水进口管道分别和电脱盐单元20的浓水出口管道、反渗透装置30的浓水出口管道相连；蒸发单元42的浓水进口管道与收集罐41的浓水出口管道相连；干燥装置43的进口管道与蒸发单元42的盐浆出口管道相连；太阳能集热单元44用于向蒸发单元42提供热量。电脱盐单元20再生过程及反渗透装置30清洗过程中产生的含盐浓水(卤水)进入收集罐41进行收集储存，再进入蒸发单元42将含盐浓水(卤水)进行蒸发浓缩。结晶生成的盐浆进入干燥装置43中进行干燥，优选利用鼓风机送入干燥装置43的热空气进行沸腾干燥，干盐通过皮带输送机去仓储库外运。利用太阳能集热单元44能够向蒸发单元42提供热量，以加快蒸发处理。

在一种优选的实施例中，如图1所示，太阳能集热单元44包括导热油泵441和槽式集热场442，导热油泵441的进油管道与蒸发单元42的出油管道相连；槽式集热场442的进油管道与导热油泵441的出油管道相连，槽式集热场442的出油管道与蒸发单元42的进油管道相连。这样，构成密闭式导热油循环加热系统，利用槽式集热场442能够将太阳能收集起来，加热导热油作为传热介质向蒸发单元42提供热量。

优选地，通过追日系统控制回转装置，带动槽式集热场442旋转，及时追日，使太阳光直射到聚光镜镜面上，聚光镜把来自太阳的光反射到集热管上，加热管内的导热油，通过导热油泵441循环将热能带入蒸发单元42。更优选地，导热油泵441的进油管道还与干燥装置43的出油管道相连，槽式集热场442的出油管道与干燥装置43的进油管道相连，这样可以为干燥装置43提供热量。进一步优选地，太阳能集热单元44还包括储热罐，用以将多余的热能储存起来，为夜间提供可持续的热能。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提供的清洁能源海水淡化及制盐系统，利用清洁能源发电单元能够向电脱盐单元供电，将电脱盐单元的电化学脱盐与反渗透装置的膜分离技术相结合，是一种可持续发展的海水淡化技术，在高效淡化海水的基础上，能够有效解决海水淡化过程中的能源消耗高、浓盐水排放和投资成本过高的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。