专利名称：海水淡化处理方法及发电综合系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及海水淡化处理技术，特别涉及在海水淡化处理过程中，利用海水势能进行发电的综合海水淡化处理方法。本发明还涉及上述海水淡化发电过程中的自动化控制系统。
在世界水资源日益缺乏的今天，淡水资源显得更为珍贵，然而随着淡水资源的日渐减少，人们已把水资源的利用方向逐步转向海洋。海洋面积占地球表面积的71％，水资源相当丰富，但在海水中，盐份等物质含量较高，一般不能直接被我们的生产、生活所利用。所以，为解决淡水资源缺乏而利用海水，必须首先解决海水中所含各种盐份等物质的处理问题，这一过程就是海水淡化的过程海水淡化过程就是对海水进行处理，除去海水中的各种盐份的过程。海水是天然水体的主要组成部分，是一种中等浓度的电解质水溶液，海水的化学组分通常用氯度和盐度表示。氯度定义为在每1000g海水中若将溴和碘以氯代替时所含氯、溴、碘的总克数，以C1‰表示。盐度的定义是每1000g海水中将所有碳酸盐转变成氧化物后所含固体物质的总克数，以S‰表示。两者之间关系是S‰＝1.80655C1‰。所以海水淡化处理过程就是根据上述离子的含量关系，除去上述离子的过程。
在一些缺少淡水的国家，海水淡化在许多年以前就已开始了，现有的海水淡化处理有膜处理技术和海水蒸馏处理技术，膜处理技术一般是经过对海水进行添加混凝剂进行混凝、对不溶性固型物进行过滤等预处理过程后，进行超滤和反渗透，进而产生淡水的。在这一过程中，由于海水淡化处理设施安装在海平面以上，所以要时刻进行海水的提升过程；在处理过程中，因为反渗透需要较大的压力，需要有一增压的过程；其它的处理过程中也都需要较大的能量，因此海水淡化处理是一能耗较高的产业。如何提高处理能效，降低能源消耗，始终是海水淡化处理过程中的一个难题。
如果能有效利用海水提升过程中和在后处理中的逐渐下降过程而产生的势能差进行发电，再利用发电所产生的电能应用于海水处理过程的消耗，将可以大大降低海水淡化的能源消耗，实现能源自给的目的。
本发明的目的就是提供一种海水淡化处理方法，该方法可以实现在海水处理过程中发电，并将产生的电能再利用于海水淡化处理的过程。
本发明还提供一种利用上述海水淡化处理方法发电、并对整个过程施行实时监控、自动控制的海水淡化处理发电综合系统。
本发明的海水处理方法包括海水预处理、膜处理和后处理过程，其特征在于在海水预处理过程中对海水进行电加热，以降低海水粘度，增加海水透过反渗透膜的透过速度，降低海水中固体颗粒(胶体)的含量，控制淤塞指数(SDI)保护膜面；在海水进水口安装高压水泵抬高水势，使用低水头防碳酸盐横轴轴流式水轮机，带动发电机组进行发电，并采用自动感应增速，保持电能稳定输出，以保证海水淡化过程的能量供给；在海水淡化处理过程中，运用计算机网络控制系统对海水淡化、发电全过程进行监控，加强海水淡化发电运转状态的自动控制、自动监测海水淡化过程、自动测定淡化水质，保障海水淡化处理过程的准确、安全。
其中，上述海水的预处理过程是对海水进行物理的、化学的处理的过程，包括PH值调整、温度调整、除去悬浮固体和胶体、控制可溶性硅酸盐、防止结垢、防止铁锰沉淀、杀菌处理、除去溶解性有机物、增加水压；上述处理过程分别利用预处理的工作单元设备混凝池、沉淀池、澄清池、高压泵、管道混合器、砂滤器、精密过滤器、活性炭过滤器中进行；膜分离过程包括超滤膜分离和反渗透膜分离，通过由膜、支撑物和容器组成的膜分离单元进行。
本发明还提供一种应用于上述海水淡化方法的发电综合系统，该系统包括海水处理子系统、水质检测子系统、发电子系统、给排水子系统和安全管理子系统五个子系统；分别执行海水处理功能、处理过程中水质检测功能、发电功能、供水排水功能和系统安全运行控制功能；其中，各个子系统均包括功能设备、传感器、数据采集器、执行机构和子系统计算机系统；各个子系统计算机通过与系统主控计算机以联网的方式进行通信，实现自动控制。
上述的综合系统的海水处理子系统还包括海水预处理模块、膜处理模块、和后处理模块；其中海水预处理模块又包括混凝池、沉淀池、澄清池、高压泵、管道混合器、砂滤器、精密过滤器、活性炭过滤器等处理装置和传感器、数据采集器、执行机构等自动控制装置；膜处理模块包括超滤膜分离器、反渗透膜分离器和传感器、数据采集器、执行机构；后处理模块包括后处理装置和传感器、数据采集器、执行机构；上述各功能模块通过海水处理子系统计算机控制系统实现海水淡化处理自动控制。
上述的发电子系统包括发电模块和电力输送模块，其中发电模块包括水轮机、发电机组、传感器、数据采集器、执行机构；电力输送模块包括电力输送装置、电力配给装置、传感器、数据采集器、执行机构；上述装置通过发电子系统计算机控制系统进行自动控制。
上述检测子系统包括位于各处理装置的检测仪、传感器、数据采集器、传送装置、执行机构，上述装置通过检测子系统计算机控制系统分别用于各处理装置的水质检测、水质控制和水质调整。
上述给排水子系统包括海水提升泵、中间加压泵和排水机构，分别用于提升海水至一定高度、在处理过程中增加海水的压力和淡水输出、浓水输送等功能，各装置通过设备传感器、数据采集器、执行机构，通过给排水子系统计算机控制系统实现自动启动、关闭的功能。
系统安全管理系统包括各处理装置运行传感器、发电装置运行传感器、检测装置运行传感器和给排水系统运行传感器、数据采集器、执行机构，通过子系统计算机监视系统运行状况，实时作出处理。
本发明采用阶梯式膜组件串联而成，反渗透膜是由若干个膜组件串联连接而成。反渗透膜的透水量如下表。
本发明采用反渗透膜组透水量
串联回收率的计算方法qv.p＝yqv.f＋(1－y)yqv.f＋……(1－y)i－1yqv.f＋……(1－y)n－2yqv.f＋(1－y)n－1yqv.f＝[1－(1－y)n]qv.f透水量qy.ph＝(1－y)i－1yqv.f本发明综合系统的主控计算机和各系统子计算机在控制过程采用计算机网络控制系统软件UNIX系统、INFORMIX数据库管理系统、POWERBUILDER前端开发工具设计。在软件设计时需要输入进水温度、PH值、各种离子浓度、浊度、SDI值、Fe、H2S等数据，然后根据这些数据自动进行水质计算，计算出阴离子和阳离子的总浓度、含盐量、渗透压、离子强度、结垢物质饱和指数和电导率。
反渗透工艺计算和控制中输入设计流量系统所需段数、膜元件、压力容器排列等。输入泵和电机效率、脱盐率、运行压力、温度变化数据，以方便设计出水水质和主要运行参数。
本发明采用结合发电的海水淡化处理方法，有效利用在海水淡化处理过程中的海水势能进行发电，所产生的电力再应用于海水淡化处理设备所需，减少了处理过程中的电能消耗，降低了海水淡化处理成本。本发明还采用了利用计算机系统控制整个海水淡化处理和发电过程，实现自动控制，自动生产，减少了运行费用，提高了运行效率。
下面结合附图对本发明进行详细说明
图1是本发明海水淡化处理方法工艺流程图；图2是本发明海水淡化处理方法海水预处理工艺流程图；图3是本发明海水淡化处理方法膜处理工艺流程图；图4是本发明海水淡化处理发电综合系统系统结构图；图5是本发明海水淡化处理发电综合系统的海水处理子系统功能模块图；图6是本发明海水淡化处理发电综合系统发电子系统功能模块图；图7是本发明海水淡化处理发电综合系统检测子系统功能模块图8是本发明海水淡化处理发电综合系统给排水子系统功能模块图如图1所示，本发明海水淡化处理方法包括海水预处理过程、发电过程和膜处理过程。
如图2所示，海水预处理过程是对海水进行初步处理，以满足后续海水处理和发电的需要。在这一过程中对海水加热、澄清、混合、沉淀、溶解等过程，预处理过程包括PH值调整、温度调整、除去悬浮固体和胶体、控制可溶性硅酸盐、防止结垢、防止铁锰沉淀、杀菌处理、除去溶解性有机物、增加水压，上述的过程分别是在混凝池、沉淀池、澄清池、高压泵、管道混合器、砂滤器、精密过滤器、活性炭过滤器等装置中添加混凝剂、杀菌剂、助凝剂、防垢剂和酸等进行的，预处理的水质应达到以下指标SDI＜5；浊度1.3NTU；游离氯＜0.99mg/L(ppm)；水温≤40℃；压力≤4.50Mpa；PH值2—12；具体要求是海水初进管道时悬浮物(SS)应小于50mg/L(ppm)；在进入管道混合器前设置澄清池；在管道混合器加入阻垢剂、混凝剂；管道混合器后加入Na2SO3(除去溶解氧)以阻止铁锰氧化保持溶解状态；配置加温电热器，提高水温(5—20℃)，以降低海水的粘度。
发电如图1所示，由于海水已被提升到一定的高度，具有一定的势能，在海水进入下一步的处理过程中，利用海水的势能推动低水头防碳酸盐防腐水轮机转动，将水的势能转化为机械能，水轮机带动发电机组转动，再将机械能转化为电能，完成发电过程；该水轮机采用低水头横轴轴流式水轮机，水头可在2米～8米之间，发电能力在5000KW/H～20000KW/H。
膜处理如图3所示，经过预处理的海水，降低水势发电后，经过一增压泵，以增加海水的压力适合膜处理。海水在膜处理装置内进一步除去海水中的盐离子，降低海水的盐份，降低氯度和盐度。
根据上述方法，在各个处理过程中，采用计算机自动控制系统，实现全自动化生产。
如图4所示，是本发明海水淡化处理发电综合系统系统结构图。该海水淡化处理发电综合系统包括海水处理子系统、水质检测子系统、发电子系统、给排水子系统和安全管理子系统五个子系统；分别执行海水处理功能、处理过程中水质检测功能、发电功能、供水排水功能和系统安全运行控制功能。各个子系统均包括功能设备、传感器、数据采集器、执行机构和子系统计算机系统；各个子系统计算机通过与系统主控计算机以联网的方式进行通信，实现自动控制。
如图5所示，海水处理子系统还包括海水预处理模块、膜处理模块、和后处理模块；其中海水预处理模块又包括混凝池、沉淀池、澄清池、高压泵、管道混合器、砂滤器、精密过滤器、活性炭过滤器等处理装置和传感器、数据采集器、执行机构等自动控制装置；膜处理模块包括超滤膜分离器、反渗透膜分离器和传感器、数据采集器、执行机构；后处理模块包括后处理装置和传感器、数据采集器、执行机构；上述各功能模块通过海水处理子系统计算机控制系统实现海水淡化处理自动控制。
如图6所示，发电子系统包括发电模块和电力输送模块，其中发电模块包括水轮机、发电机组、传感器、数据采集器、执行机构；电力输送模块包括电力输送装置、电力配给装置、传感器、数据采集器、执行机构；上述装置通过发电子系统计算机控制系统进行自动控制。
如图7所示，给排水子系统包括海水提升泵、中间加压泵和排水机构，分别用于提升海水至一定高度、在处理过程中增加海水的压力和淡水输出、浓水输送等功能，各装置通过设备传感器、数据采集器、执行机构，通过给排水子系统计算机控制系统实现自动启动、关闭的功能。
如图8所示，检测子系统包括位于各处理装置的检测仪、传感器、数据采集器、传送装置、执行机构，上述装置通过检测子系统计算机控制系统分别用于各处理装置的水质检测、水质控制和水质调整。
系统安全管理系统包括各处理装置运行传感器、发电装置运行传感器、检测装置运行传感器和给排水系统运行传感器、数据采集器、执行机构，通过子系统计算机监视系统运行状况，实时作出处理。
本发明的海水淡化处理发电综合系统是这样一来运行的，海水提升泵将海水提高到一定的高度后，在设置的沉淀池内进行沉淀澄清。在这一过程中，通过海水监测仪器测定海水中的悬浮物浓度、盐离子浓度、PH值等理化指标，将测定数据传送到监测子系统计算机。子系统计算机根据测定数据进行计算，计算出混凝剂、助凝剂、酸度调节剂等的用量，然后将此信息传送给水质调节执行机构，使该执行机构动作，加入适量的上述调节剂，对进入的海水进行物理、化学处理。处理水质符合要求后，也是通过上述的检测机构将检测信息传给子系统计算机，子系统计算机对水质确认后，向系统主控计算机和给、排水子系统发送信息，给排水子系统根据检测子系统的信息，控制给排水执行机构打开阀门或水泵向下一级输送海水。同时由系统主控计算机将此信息进一步发送给其它子系统，使各系统协调工作。预处理的海水经在排水子系统的控制下，从一定高度下降，海水进入轴流水轮机，推动水轮机转动，将水的势能动转化为水轮机转动的机械能，水轮机带动发电机组转动而将机械能转化为电能。在这一过程中，采用自动增速控制机构，将水的势能均匀转化，将机械能均匀转化，保持转速稳定，实现较稳定的电力输出功能。发电机组所产生的电力，根据其它子系统的需要，由其它子系统向系统主控计算机传送提供电力需求信息，系统主控计算机根据这些信息进行电力配送运算，并将配送指令传送给发电子系统计算机，发电子系统计算机控制执行机构分别为其它子系统提供电力配送。发电后的海水进入下一步处理阶段，海水处理子系统根据发电子系统的信息，启动膜处理装置，检测子系统根据膜处理装置进水口的水质和水量，通过计算，获得膜处理的段数，将此信息传递给海水处理子系统，海水处理子系统根据检测子系统传递的信息，控制执行机构打开相应的处理膜组件，进入膜处理过程。膜处理过程完成后，水仍具有一定的势能，为进一步利用，可以再设一级发电机组进行发电。膜处理后的水经检测子系统的检测，进入后处理过程，在后处理过程完成后，处理子系统根据检测子系统的信息，输送出合格的淡水。在系统运行过程中，系统安全管理子系统通过各个设备运行传感器，将设备运行状态的数据传送给子系统计算机，子系统计算机根据各设备的运行状况将运行信息传送给系统主控计算机，通过系统主控计算机将运行信息传送给其它各个子系统，各个子系统根据运行信息调整子系统的运行状态；在系统的某一部分出现运行问题时，安全管理子系统根据预先设置好的程序，作出应急处理，并指令相应的子系统执行，及时将此信息传到系统主控计算机，系统主控计算机根据情况确定某一部分或某一子系统停止运行，避免设备的损坏和空运转。
本发明的海水淡化处理发电计算机控制系统主要具有以下功能海水进水质自动测定功能、水流量自动控制功能、淡化水质自动测定功能、发电机运转状态自动控制功能、电加温(度)自动调节功能、水轮机自动控制功能、水势(压)自动感应增速功能、浓水排放测定功能、设备清洗自动控制功能、膜分离(装置)状态显示功能、输配电自动调节功能、各子系统运行状态显示功能、各子系统异常告警功能、各已知异常处理控制功能、网络系统的安全检查控制功能、数据采集存储功能、提供与其它系统信息接口。海水淡化处理发电计算机控制系统采用光纤数据高速公路，使用环行拓展结构，环形光纤数据高速公路具有抗电磁干扰、抗射频干扰、抗一切电子信号干扰、抗雷电，耐酸、耐腐蚀、耐潮解和无接地回路等优点，能够满足系统的分布式实时控制要求。
本发明的海水淡化处理方法及发电综合系统的主要特征是在海水淡化过程中增加了海水加热过程，利用海水势能发电回供海水淡化处理，并采用计算机系统自动控制。因此，凡利用本发明方法和构思的方法和系统均属于本发明的保护范围。
权利要求
1．一种海水淡化处理方法，包括海水预处理、海水膜处理和后处理，其特征在于在海水预处理过程中对海水进行电加热；在上述的各段处理过程中，利用产生的海水势能差推动发电机进行发电；利用计算机系统对整个海水淡化处理过程和发电过程进行自动控制。
2．根据权利要求1所述的海水淡化处理方法，其特征在于预处理过程还包括PH值调整、温度调整、除去悬浮固体和胶体、控制可溶性硅酸盐、防止结垢、防止铁锰沉淀、杀菌处理、除去溶解性有机物、增加水压。
3．根据权利要求1所述的海水淡化处理方法，其特征在于这些海水的预处理过程是分别在混凝池、沉淀池、澄清池、高压泵、管道混合器、砂滤器、精密过滤器、活性炭过滤器中完成的。
4．根据权利要求1所述的海水淡化处理方法，其特征在于该膜处理采用反渗透膜阶梯式组件串联而成。
5．根据权利要求1所述的海水淡化处理发电综合系统，其特征在于包括海水处理子系统、水质检测子系统、发电子系统、给排水子系统和安全管理子系统五个子系统；分别执行海水处理功能、处理过程中水质检测功能、发电功能、供水排水功能和系统安全运行控制功能；其中，各个子系统均包括处理装置、传感器、数据采集器、执行机构和子系统计算机系统；各个子系统计算机通过与系统主控计算机联网的方式进行通信，实现自动控制。
6．根据权利要求5所述的海水淡化处理发电综合系统，其特征在于海水处理子系统还包括海水预处理模块、膜处理模块、和后处理模块；其中海水预处理模块又包括混凝池、沉淀池、澄清池、高压泵、管道混合器、砂滤器、精密过滤器、活性炭过滤器等处理装置和传感器、数据采集器、执行机构等自动控制装置；膜处理模块包括超滤膜分离器、反渗透膜分离器和传感器、数据采集器、执行机构；后处理模块包括后处理装置和传感器、数据采集器、执行机构；上述各功能模块通过海水处理子系统计算机系统实现海水淡化处理自动控制。
7.根据权利要求5所述的海水淡化处理发电综合系统，其特征在于发电子系统包括发电模块和电力输送模块，其中发电模块包括水轮机、发电机组、传感器、数据采集器、执行机构；电力输送模块包括电力输送装置、电力配给装置、传感器、数据采集器、执行机构；上述装置通过发电子系统计算机系统进行自动控制。
8.根据权利要求5所述的海水淡化处理发电综合系统，其特征在于检测子系统包括位于各处理装置的检测仪、传感器、数据采集器、传送装置、执行机构，上述装置通过检测子系统计算机系统分别用于各处理装置的水质检测、水质控制和水质调整。
9.根据权利要求5所述的海水淡化处理发电综合系统，其特征在于给排水子系统包括海水提升泵、中间加压泵和排水机构，分别用于提升海水至一定高度、在处理过程中增加海水的压力和淡水输出、浓水输送等功能，各装置通过设备传感器、数据采集器、执行机构，通过给排水子系统计算机系统实现自动启动、关闭的功能。
10.根据权利要求5所述的海水淡化处理发电综合系统，其特征在于系统安全管理系统包括各处理装置运行传感器、发电装置运行传感器、检测装置运行传感器和给排水系统运行传感器、数据采集器、执行机构，通过子系统计算机监视系统运行状况，实时作出处理。
全文摘要
本发明是一种海水淡化处理方法及发电综合系统,利用海水淡化处理过程中产生的海水势能推动水轮机运转,进而带动发电机发电,所产生的电力用于海水淡化处理所需;适当加热海水,降低海水粘度,增加海水透过反渗透膜的速度,提高了海水淡化处理效率,降低海水淡化处理成本。
文档编号F03B13/00GK1327955SQ0112942
公开日2001年12月26日 申请日期2001年6月18日 优先权日2001年6月18日
发明者吴桐 申请人:吴桐