专利名称：一种膜组件及采用其的高效节能海水淡化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海水淡化领域，尤其涉及利用膜蒸馏技术制取高纯度纯水的技术领域，具体地说是一种膜组件及采用其的高效节能海水淡化装置。
背景技术：
随着社会的高速发展和人口的急剧增加，淡水资源短缺问题已经引起世界各国的普遍重视。我国是水资源大国，同时也是最为缺水的国家之一。我国水资源总量为2.8万亿立方米，居世界第6位，而人均淡水资源量仅为2125立方米，是世界人均占有量的四分之一，被联合国列为13个贫水国之一。我国沿海地区经济发达、人口密集，但人均淡水资源量只有1266立方米，处于严重缺水状态。因此，加快海水淡化产业发展是保障我国沿海地区经济社会可持续发展的重要措施之一。海水淡化不仅是保障我国水资源持续利用的开源之举，更是水资源保障的战略储备。目前工业化的海水淡化方法主要有:多级闪蒸、反渗透、多效蒸馏等方法。而这些方法中都存在着能耗大、工程投资高、运行成本高、淡水回收利用率低、淡水纯度低、浓盐水排放造成环境污染等缺点。而这些缺点的存在无疑限制了海水淡化产业化的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种投资小、能耗低、淡水回收利用率高、淡水纯度高、对环境不造成任何污染的膜组件及采用其的高效节能海水淡化装置。该膜组件及采用其的高效节能海水淡化装置一方面利用太阳能热水器作为热源，海水(冷却水)作为冷源，通过膜蒸馏技术直接从海水中制取高纯度的淡水；另一方面将高度浓缩后的海水作为制盐原料。本发明的目的是通过以下技术方案解决的:
一种膜组件，该膜组件包括壳体，其特征在于所述的壳体内设有冷却管，冷却管的上下端开口设置且分别采用冷却管顶板和冷却管底板固定密封在壳体内，冷却管内设有两端皆伸出冷却管的疏水微孔膜管，疏水微孔膜管的上下端开口设置且分别采用膜管顶板和膜管底板固定密封在壳体内，位于冷却管顶板和冷却管底板之间的冷却管的间隙构成连通的冷却介质腔，冷却管顶板和膜管顶板之间的腔体、冷却管的内壁和疏水微孔膜管的外壁之间的间隙以及冷却管底板和膜管底板之间的腔体三者构成连通的出水腔，膜管顶板和壳体的顶壁之间的腔体、疏水微孔膜管的内腔、膜管底板和壳体的底壁之间的腔体三者构成连通的过滤介质腔。所述壳体的底壁和顶壁上分别设有与过滤介质腔相连通的过滤介质进口和过滤介质出口 ；所述冷却管顶板和冷却管底板之间的壳体外壁上分别设有与冷却介质腔相连通的冷却水进口和冷却水出口，所述壳体的外壁上设有与出水腔相连通的纯水出口。所述的纯水出口位于冷却管底板和膜管底板之间的壳体外壁上。所述疏水微孔膜管和冷却管的半径之差不大于2mm且冷却管之间间隙不大于2mm ο一种采用上述膜组件的高效节能海水淡化装置，包括冷却水循环池、海水循环池、纯水储蓄池和膜组件，其特征在于所述的冷却水循环池通过冷却水循环泵与膜组件上的冷却水进口相连且膜组件的冷却水出口直接通过管路与冷却水循环池相连；所述海水循环池通过海水循环泵与太阳能热水器中的热交换盘管相连，热交换盘管通过管路与膜组件上的过滤介质进口相连且膜组件上的过滤介质出口直接通过管路与海水循环池相连；所述的纯水储蓄池直接通过管路与膜组件上的纯水出口相连。所述的冷却水循环池内采用的冷却水为海水。所述的冷却水循环池通过冷却水循环泵与海水循环池相连且通往海水循环池的管路上设有海水补充阀。所述冷却水循环池的原水管上设有原水阀，冷却水循环泵的前后分别设有冷却水前阀和冷却水后阀，冷却水后阀后侧的管路上设有冷却水止回阀且通往冷却水进口的管路上依次设有冷却水补充阀和冷却水进口阀。所述海水循环泵的前后分别设有海水前阀和海水后阀，海水后阀后侧的管路上设有海水止回阀且通往热交换盘管的管路上设有海水补充阀，所述海水止回阀和海水补充阀之间的管路上设有与其相连通的分支管且分支管上设有浓缩海水阀，热交换盘管通往过滤介质进口的管路上设有过滤介质进口阀。所述冷却水出口处的管道上设有冷却水出水阀，所述过滤介质出口处的管道上设有海水出水阀，所述纯水出口处的管道上设有纯水出口阀且纯水储蓄池的输出管上设有纯水输出阀。本发明相比现有技术有如下优点:
本发明的膜组件在使用过程中，避免了循环海水与冷却液的直接接触，使得循环海水中的能量损耗极小，设备结构简单且操作方便。本发明的海水淡化装置利用膜蒸馏技术从海水中制取淡水，在海水循环过程中采用太阳能热水器进行热量补充，实现了清洁能源的利用，制取的淡水通过单独收集，淡水的回收率和纯度极高；同时经高度浓缩的海水作为制盐原料避免了产生二次污染；整个过程均在常压下进行，且冷却水直接采用海水，经过预热后的冷却水作为过滤用的海水，整套装置具有投资小、能耗低且安全可靠的特点。
附图1为本发明的高效节能海水淡化装置结构示意 附图2为本发明的膜组件结构示意图。其中:1 一原水阀；2—冷却水循环池；3—冷却水前阀；4一冷却水循环泵；5—冷却水后阀；6—冷却水止回阀；7—冷却水补充阀；8—冷却水进口阀；9一膜组件；10—冷却水出水阀；11一海水补充阀；12—海水循环池；13—海水前阀；14一海水循环泵；15—海水后阀；16—海水止回阀；17—海水补充阀；18—太阳能热水器；19一热交换盘管；20—过滤介质进口阀；21—海水出水阀；22—浓缩海水阀；23—纯水出口阀；24—纯水储蓄池；25—纯水输出阀；26—过滤介质出口 ；27—冷却管顶板；28—膜管顶板；29—过滤介质腔；30—冷却管；31—疏水微孔膜管；32—冷却水进口 ；33—冷却介质腔；34—纯水出口 ；35—过滤介 质进口 ；36—出水腔；37—膜管底板；38—冷却管底板；39—冷却水出口 ；40—壳体。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。如图1-2所:一种膜组件，该膜组件9包括壳体40,在壳体40内设有均勻分布的若干个冷却管30，冷却管30之间的间隙不大于2mm，冷却管30的上下端开口设置且分别采用冷却管顶板27和冷却管底板38固定密封在壳体40内，冷却管30内设有两端皆伸出冷却管30的疏水微孔膜管31，疏水微孔膜管31和冷却管30的半径之差不大于2mm，疏水微孔膜管31的上下端开口设置且分别采用膜管顶板28和膜管底板37固定密封在壳体40内，位于冷却管顶板27和冷却管底板38之间的冷却管30的间隙构成连通的冷却介质腔33，在冷却管顶板27和冷却管底板38之间的壳体40外壁上分别设有与冷却介质腔33相连通的冷却水进口 32和冷却水出口 39 ;冷却管顶板27和膜管顶板28之间的腔体、冷却管30的内壁和疏水微孔膜管31的外壁之间的间隙以及冷却管底板38和膜管底板37之间的腔体三者构成连通的出水腔36，在壳体40的外壁上设有与出水腔36相连通的纯水出口34，纯水出口 34位于冷却管底板38和膜管底板37之间的壳体40外壁上；膜管顶板28和壳体40的顶壁之间的腔体、疏水微孔膜管31的内腔、膜管底板37和壳体40的底壁之间的腔体三者构成连通的过滤介质腔29，在壳体40的底壁和顶壁上分别设有与过滤介质腔29相连通的过滤介质进口 35和过滤介质出口 26。一种采用上述膜组件的高效节能海水淡化装置，包括冷却水循环池2、海水循环池12、纯水储蓄池24和膜组件9，其中冷却水循环池2内采用的冷却水为海水，冷却水循环池2通过冷却水循环泵4与膜组件9上的冷却水进口 32相连且膜组件9上的冷却水出口 39直接通过管路与冷却水循环池2相连，冷却水循环池2的原水管上设有原水阀1，冷却水循环泵4的前后分别设有冷却水前阀3和冷却水后阀5，冷却水后阀5后侧的管路上设有冷却水止回阀6且通往冷却水进口 32的管路上依次设有冷却水补充阀7和冷却水进口阀8，冷却水出口 39处的管道上设有冷却水出水阀10 ;另外冷却水循环池2通过冷却水循环泵4与海水循环池12相连以对海水循环池12的海水进行补充且通往海水循环池12的管路上设有海水补充阀11。海水循环池12通过海水循环泵14与太阳能热水器18中的热交换盘管19相连，热交换盘管19通过管路与膜组件9上的过滤介质进口 35相连且膜组件9上的过滤介质出口 26直接通过管路与海水循环池12相连；在海水循环泵14的前后分别设有海水前阀13和海水后阀15，海水后阀15后侧的管路上设有海水止回阀16且通往热交换盘管19的管路上设有海水补充阀17，在海水止回阀16和海水补充阀17之间的管路上设有与其相连通的分支管且分支管上设有浓缩海水阀22以将高度浓缩的海水排出作为制盐原料，热交换盘管19通往过滤介质进口 35的管路上设有过滤介质进口阀20，在过滤介质出口26处的管道上设有海水出水阀21。另外纯水储蓄池24直接通过管路与膜组件9上的纯水出口 34相连，在纯水出口 34处的管道上设有纯水出口阀23且纯水储蓄池24的输出管上设有纯水输出阀25。本发明的海水淡化装置的操作过程如下:冷却水(海水)经过原水阀I进入冷却循环池2中，当水位达到设定位置时，停止进入海水。开启冷却水循环泵4，冷却循环池2中的海水作为冷却水，依次经过冷却水前阀3、冷却水后阀5、冷却水止回阀6、冷却水补充阀7、冷却水进口阀8被送到膜组件9的冷却水进口 32，进入膜组件9中的冷却介质腔33，对冷却管30进行冷却后从膜组件9的冷却水出口 39流出，经过阀门冷却水出水阀10后回到冷却水循环池2中，形成冷却水的循环。冷却水的循环过程，也是膜组件9中余热的回收过程，实现对冷却循环水池2中的冷却水(海水)的预热。在开启冷却水循环泵4的同时，开启海水循环泵14,海水循环池12中的海水依次通过海水前阀13、海水后阀15、海水止回阀16、海水补充阀17进入热交换盘管19，在热交换盘管19中利用太阳能热水器18的水浴对海水进行加热，被加热后的海水经过过滤介质进口阀20，从膜组件9的过滤介质进口 35进入到膜组件9中过滤介质腔29，海水穿过膜组件9中的过滤介质腔29后，经膜组件9的过滤介质出口 26、海水出水阀21后回到海水循环池12中，构成海水的循环；在膜组件9内，由于疏水微孔膜管31的两侧温度不同，因此疏水微孔膜管31两侧的蒸汽存在压差，海水侧高、疏水微孔膜管31和冷却管30的间隙侧低，于是海水中的水便气化，并以气体扩散的形式通过疏水微孔膜管31的微孔内静止空气层由膜的热侧传递到冷侧，即从海水侧传递到间隙侧的出水腔36，水蒸气到达出水腔36后与冷却管30的内壁接触，而被冷凝下来。被冷凝下来的纯水，经过与膜组件9的出水腔36相连的纯水出口 34、纯水出口阀23后汇集到纯水储蓄池24中。另外经过几次循环，当海水循环池12中的海水的浓度达到设定值后，浓缩海水通过浓缩海水阀22作为制盐原料直接送至制盐装置。然后将经过预热的冷却水循环池2中的冷却水(海水)经过海水补充阀11送入海水循环池12中，重新开始循环。本发明的膜组件采用了膜蒸馏原理，膜蒸馏技术是利用疏水微孔膜来净化水、浓缩水溶液的一种膜分离方法，当不同温度的水溶液被疏水微孔膜隔开后，由于膜两侧的温度不同，使得膜两侧界面的水蒸气压也就不同，热侧水溶液膜界面的水蒸气压要比冷侧水溶液膜界面的水蒸气压高。这样，水蒸气便会以气体扩散的形式，通过微孔内静止的空气层，由热侧传递到冷侧，重新被冷凝成水。而由于膜的疏水性，膜两侧的水溶液均不能透过膜的微孔进入另一侧。这样就可以在冷侧得到纯水，而在热侧得到被高度浓缩的溶液。由于膜蒸馏过程是利用膜两侧的蒸汽压差作为传质的驱动力，因此，只要当膜两侧存在温度差时，膜蒸馏过程就会进行。热侧的温度不需要很高，所以，膜蒸馏也被称为低温膜蒸馏。当本发明的海水淡化装置在使用时，利用膜蒸馏技术，可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程；因此，本发明中利用膜蒸馏方法从海水中制取纯水，可以使海水得到高度浓缩，从而产生大量的纯水，实现淡水回收率的提高。另外由于膜的疏水性，在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净，并且通过水蒸气直接在冷却管的内壁进行冷凝后直接回收，不存在二次污染的问题，因此可以得到高纯度的淡水。通过采用以下技术降低了能耗:一是利用海水作为冷却液，冷却过程便为预热过程，进行余热的回收；二是不需要其他的冷却装置；三是热侧海水与冷却水之间通过空气隙隔开，使热侧海水中的热量损失降为最低；四是利用太阳能热水器对热侧的海水进行热量补偿，充分利用了清洁能源。本发明中经过高度浓缩的海水不再进行排放，而是作为制盐的原料进行利用，一方面实现了资源的综合利用，另一方面避免了排放浓盐水给环境造成污染。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
权利要求
1.一种膜组件，该膜组件(9)包括壳体(40)，其特征在于所述的壳体(40)内设有冷却管(30)，冷却管(30)的上下端开口设置且分别采用冷却管顶板(27)和冷却管底板(38)固定密封在壳体(40 )内，冷却管(30 )内设有两端皆伸出冷却管(30 )的疏水微孔膜管(31)，疏水微孔膜管(31)的上下端开口设置且分别采用膜管顶板(28)和膜管底板(37)固定密封在壳体(40 )内，位于冷却管顶板(27 )和冷却管底板(38 )之间的冷却管(30 )的间隙构成连通的冷却介质腔(33)，冷却管顶板(27)和膜管顶板(28)之间的腔体、冷却管(30)的内壁和疏水微孔膜管(31)的外壁之间的间隙以及冷却管底板(38 )和膜管底板(37 )之间的腔体三者构成连通的出水腔(36)，膜管顶板(28)和壳体(40)的顶壁之间的腔体、疏水微孔膜管(31)的内腔、膜管底板(37)和壳体(40)的底壁之间的腔体三者构成连通的过滤介质腔(29)。
2.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于所述壳体(40)的底壁和顶壁上分别设有与过滤介质腔(29)相连通的过滤介质进口(35)和过滤介质出口(26);所述冷却管顶板(27)和冷却管底板(38)之间的壳体(40)外壁上分别设有与冷却介质腔(33)相连通的冷却水进口(32)和冷却水出口(39)，所述壳体(40)的外壁上设有与出水腔(36)相连通的纯水出口(34)。
3.根据权利要求2所述的膜组件，其特征在于所述的纯水出口(34)位于冷却管底板(38 )和膜管底板(37 )之间的壳体(40 )外壁上。
4.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于所述疏水微孔膜管(31)和冷却管(30)的半径之差不大于2mm且冷却管(30)之间间隙不大于2mm。
5.一种采用权利要求1-4任一所述膜组件的高效节能海水淡化装置，包括冷却水循环池(2)、海水循环池(12)、纯水储蓄池(24)和膜组件(9)，其特征在于所述的冷却水循环池(2)通过冷却水循环泵(4)与膜组件(9)上的冷却水进口(32)相连且膜组件(9)上的冷却水出口(39)直接通过管路与冷却水循环池(2)相连；所述海水循环池(12)通过海水循环泵(14)与太阳能热水器(18)中的热交换盘管(19)相连，热交换盘管(19)通过管路与膜组件(9)上的过滤介质进口(35)相连且膜组件(9)上的过滤介质出口(26)直接通过管路与海水循环池(12)相连；所述的纯水储蓄池(24)直接通过管路与膜组件(9)上的纯水出口(34)相连。
6.根据权利要求5所述的高效节能海水淡化装置，其特征在于所述的冷却水循环池(2)内采用的冷却水为海水。
7.根据权利要求5或6所述的高效节能海水淡化装置，其特征在于所述的冷却水循环池(2)通过冷却水循环泵(4)与海水循环池(12)相连且通往海水循环池(12)的管路上设有海水补充阀(11)。
8.根据权利要求5或6所述的高效节能海水淡化装置，其特征在于所述冷却水循环池(2)的原水管上设有原水阀(1)，冷却水循环泵(4)的前后分别设有冷却水前阀(3)和冷却水后阀(5 )，冷却水后阀(5 )后侧的管路上设有冷却水止回阀(6 )且通往冷却水进口( 32 )的管路上依次设有冷却水补充阀(7 )和冷却水进口阀(8 )。
9.根据权利要求5或6所述的高效节能海水淡化装置，其特征在于所述海水循环泵(14)的前后分别设有海水前阀(13)和海水后阀(15)，海水后阀(15)后侧的管路上设有海水止回阀(16)且通往热交换盘管(19)的管路上设有海水补充阀(17)，所述海水止回阀(16)和海水补充阀(17)之间的管路上设有与其相连通的分支管且分支管上设有浓缩海水阀(22 )，热交换盘管(19 )通往过滤介质进口( 35 )的管路上设有过滤介质进口阀(20 )。
10.根据权利要求5或6所述的高效节能海水淡化装置，其特征在于所述冷却水出口(39)处的管道上设有冷却水出水阀(10)，所述过滤介质出口(26)处的管道上设有海水出水阀(21)，所述纯水出口(34)处的管道上设有纯水出口阀(23)且纯水储蓄池(24)的输出管上设有纯水输出阀(25)。
全文摘要
本发明公开了一种膜组件及采用其的高效节能海水淡化装置，该膜组件(9)避免了循环海水与冷却液的直接接触；高效节能海水淡化装置的冷却水循环池(2)通过冷却水循环泵(4)与膜组件(9)相连且膜组件(9)通过管路与冷却水循环池(2)相连，海水循环池(12)通过海水循环泵(14)与太阳能热水器(18)中的热交换盘管(19)相连，热交换盘管(19)通过管路与膜组件(9)相连且膜组件(9)通过管路与海水循环池(12)相连；膜组件(9)直接通过管路与纯水储蓄池(24)相连。本发明利用膜蒸馏技术从海水中制取淡水，太阳能热水器实现了清洁能源的利用，具有投资小、能耗低、淡水纯度和回收利用率高、无污染的特点。
文档编号B01D63/06GK103203186SQ20131013557
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者夏兰, 黄军平 申请人:江苏夏航环境工程有限公司