一種利用海水勢能進行反滲透淡化的裝置及方法
2023-07-10 22:26:21 2
專利名稱：一種利用海水勢能進行反滲透淡化的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種海水淡化裝置，尤其涉及一種利用海水勢能進行反滲透淡化的裝
置及方法。
背景技術：
眾所周知，目前全球性的缺水問題日趨嚴重，所以將海水轉化為淡水的海水淡化市場也在不斷增長和發展。世界上付諸商業應用的海水淡化技術主要包括有蒸餾法、反滲透法(正滲透法)、海水凍結法、電滲析法等等。反滲透淡化技術由於具有設備投資少、能量消耗低、建造周期短等優點，發展迅速。發明專利「用海洋能的反滲透海水淡化方法及裝置Q01010105433. 5)公開了一種利用海洋能的反滲透海水淡化方法及裝置，在海邊挖一口井，井分兩側，一側作為海水井，一側作為設備井，利用海洋能將海水送進海水井，並使海水井水位高出海平面，裝置固定安裝在設備井井底，裝置包括海水進水和出水系統、待升壓海水輸送系統、升壓設備、海水排水設備、反滲透膜組件、淡水提升系統和濃海水排水系統。通過裝置的海水進水系統， 將海水井井底的海水引進裝置內，並驅動升壓設備和排水設備，升壓設備製造高壓海水，高壓海水通過反滲透膜組件產生淡水和剩餘濃海水，淡水利用普通的泵提升到地面，濃海水利用餘壓排出地面，排水設備主要用於排出升壓設備內和自身設備內的海水以保持裝置的連續運行。實用新型「反滲透海水淡化機(97209034.7)公開了一種反滲透海水淡化機，包括海水進口管、過濾器、高壓泵、膜元件、淡水出口管依次連接，膜元件還與濃海水出口管連接，形成一個海水淡化管路；另有一個帶有清潔箱的水管旁路將高壓泵和淡水出口管連通，形成清洗管路；在水管旁路的兩端分別設置閥門；在高壓泵前、淡水出口管和濃海水出口管處分別設有低壓力表、流量計、高壓力表。它解決了現有產品結構複雜、操作複雜的問題，可將含鹽量約35000mg/l的海水一次淡化為符合國家標準的飲用水。發明專利「力發電反滲透法海水淡化系統Q01010543084. 5)公開了一種風力發電反滲透法海水淡化系統，包括風力發電機組、風電海水淡化驅動器和包含第一電動機驅動的原水泵和第二電動機驅動的增壓泵的反滲透法海水淡化裝置。風電海水淡化驅動器包括將交流電轉換為直流電的整流濾波模塊、用於控制風力發電機組轉速與整流濾波模塊直流電壓的電阻制動模塊、連接原水泵第一電機的第一變頻器、連接增壓泵第二電機的第二變頻器以及主控模塊。主控單元被設置為控制變頻器輸出頻率令風力發電機組以最大輸出功率運行，當風力電能不滿足系統用電需求時令市電或柴電補充供電，否則優先消耗風電， 控制電阻制動模塊可變消耗直流電能以限制風力發電機組轉速和整流濾波模塊直流電壓， 使系統效率高適應強無需蓄電池而節約成本。上述三個專利均存在相同的問題，即均使用了增壓設備(升壓設備、高壓泵和增壓泵)，這樣就必然增加系統成本，而且增壓設備的鹽化等一系列問題，從而帶來維修的成本。
另外，現有的反滲透的工藝流程如圖1所示海水1由供水泵2提升，經過初級海水處理3，包括加藥31，多介質過濾32，活性炭吸附33以及精密過濾34到水庫，然後，由高壓泵4產生高壓，由反滲透膜機組5進行反滲透處理，產生淡水及鹽。目前應用反滲透膜的反滲透法運行時必須通過高壓泵向膜組件施加5 7兆帕 (MPa)的壓力，噸/時投資成本十萬元左右，運行耗電6度/m3。例如神流川電站壓力鋼管的斜井段長約1000m，傾角48°，圍巖地質條件相對軟弱，為了安全和節約投資，開挖施工使用了直徑為6. 6m的全斷面隧洞掘進機(TBM)。上述涉及反滲透海水淡化的專利均提到增壓問題，但是都未給出更加行之有效的技術方案來解決增壓的技術問題，而且增壓的設備維護和使用需要大量的人力和物力成本，現有技術中並未給出較好的技術方案。而且在本發明人的「反滲透海水淡化與沿海蓄能電站對接方法及海水淡化系統」(申請號201110146090. 1)中提到將海水利用高揚泵抽到修建完成的高位海水庫積蓄高位海水勢能，然後在低位修建反滲透膜機組進行海水淡化。雖然解決了海水增壓的技術問題，但是需要建立高位海水庫，以及將海水抽至高位海水庫需要的成本，依此行之，投入的成本非常巨大。
發明內容
為解決上述問題，本發明公開一種利用海水勢能進行反滲透淡化的裝置及方法。 目的在於不需要投入增壓設備而產生增壓效果，使用傳統的反滲透方法利用海水製作淡水，利用少量投入獲得海水淡化的收益。一種利用海水勢能進行反滲透淡化的裝置，其特徵在於，包括海水淡化機組，管道，其中海水淡化機組包括反滲透膜機組，用於將從初級海水處理引入的初處理海水通過管道進入反滲透膜機組，反滲透膜機組置於水平面一定落差深度的位置，將具有勢能的海水作用於反滲透膜機組，從而將海水通過反滲透膜去鹽，所述反滲透膜機組將海水淡化後使用高揚泵將淡水抽出。所述的反滲透淡化裝置，所述一定落差深度的位置為海平面以下或者地面以下的位置。所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述落差深度為500-700米。所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述反滲透膜機組淡化海水後剩餘的濃海水由製鹽機組通過潛水泵抽出製鹽。所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述管道與初級海水處理出水口之間有一壓力調節閥門，以及管道與反滲透膜機組的入水口之間有一壓力調節閥門，用以調節海水的壓力。所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述管道與水平面的夾角為20° -90°。一種利用海水勢能進行反滲透淡化方法，其特徵在於，包括步驟1，在海洋沿岸修建過濾壩，將海水由供水泵抽出，並經過初級海水處理，然後利用修建完成的管道輸出到反滲透膜機組；步驟2，將具有勢能的海水作用於反滲透膜機組，從而將海水通過反滲透膜機組去^rt.；步驟3，所述反滲透膜機組將海水淡化後使用高揚泵將淡水抽出到地面。所述的反滲透淡化方法，其特徵在於，所述步驟2還包括步驟21，海水通過自身的勢能對反滲透膜施加壓力，將500-700米的水壓力作用於反滲透膜。所述的反滲透淡化方法，其特徵在於，所述步驟3還包括步驟31，從管道輸入的海水經反滲透膜機組生成的濃海水，通過潛水泵抽出到地面製鹽。所述的反滲透淡化方法，其特徵在於，所述步驟2還包括步驟41，所述管道與初級海水處理出水口之間有一壓力調節閥門，以及管道與反滲透膜機組的入水口之間有一壓力調節閥門，用以調節海水的壓力。本發明為一種利用勢能形成的高壓海水，對接現有的反滲透淡化技術。其特徵為 修建地下500-700米深海水淡化廠，獲得5 7兆帕(MPa)壓力的高壓海水連接現在成熟的反滲透膜設備模塊。進行海水淡化。省去了高壓泵和能量回收設備。反滲透膜設備模塊 (噸/時)投資成本就只需兩萬元左右。運行耗電2度/m3左右。淡水出廠成本2元左右。
圖1為現有的海水淡化反滲透工藝流程示意圖；圖2為本發明利用海水勢能進行反滲透工藝流程圖；圖3為本發明利用海水勢能進行反滲透工藝示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
來對本發明進行詳細的描述，但是，並不作為對本發明的限定。海水淡化是人類追求了幾百年的夢想。有人說，19世紀爭煤，20世紀爭油，21世紀爭水。如圖2所示，圖中，海水10首先由供水泵20抽取出來，然後經過初級海水處理30， 將海水引入到落差為500米-700米的深度的淡水收集坑內，包括加藥，多介質過濾，活性炭吸附以及精密過濾，這些工藝流程可以與現有工藝流程完全相同，然後，海水產生的勢能的高壓海水就利用反滲透膜機組40，由閥門控制海水通過輸水管道輸入至入水口，由反滲透膜機組40進行反滲透處理，產生淡水。由潛水泵60將反滲透膜機組淡化海水後的副產品， 即濃海水排出用於製鹽70，在淡水收集坑中生成的淡水由高揚泵50抽出到水廠80以供使用。高壓海水可以利用原來初級海水處理的管道，也可以另外鋪設，即在淡水收集坑的底部或者側部，安裝輸水管道，該輸水管道與水平地面的夾角為20° -90°，水管的各項性能指標可以利用現有的性能指標，也可以根據不同的材料，比如較佳的，管道為3米-8米直徑的金屬管道、塑料管道，進行簡單的計算即可施工。較佳的，本發明能夠直接放置於海水中500米-700米的位置，其它裝置不變，將海水中的反滲透膜機組進行封閉包裝，該封閉包裝用於承受海水的壓力以及海水的侵蝕，將反滲透膜機組置於殼體之中以形成勢能用來反滲透海水淡化，從而產生在地面的淡水收集坑中相同的作用。為了防止水管入水口鹽化堵塞，可以設置一篦子，篦子內外分別安裝有轉動的葉片，內葉片的轉動清理水管入水口的附著物(包括鹽垢)。本發明在利用沿海抽水蓄能電站原有的一切功能和設計，將海水抽至深度為 500 700米的淡水收集坑中。也可採用逐級階梯式，每一次幾十米的深度。沿海電站原有的功能繼續，利用電力系統低谷時使用高揚泵50抽取淡水和/或使用潛水泵製鹽，而在尖峰時發電。圖3為本發明利用海水勢能進行反滲透工藝示意圖。具體步驟如下步驟1、在海洋沿岸修建過濾壩，將海水由供水泵抽出，並經過初級海水處理，需要通過給藥裝置給海水加注藥劑，滅掉其中的一些微生物、細菌等等，還要依次經過串接的初級淨化處理(包括多介質過濾器、活性炭吸附塔、精密過濾器)，目的是將海水中的一些雜物濾除，一是為了得到比較優質的海水，二是不至於影響供水泵的工作，比如損壞泵的葉輪等。然後利用修建完成的管道(該管道在初級海水處理的溝槽出水端設置有閥門裝置，在反滲透膜機組的入水端設置有閥門裝置。)抽到深度500米-700米的淡水收集坑中；步驟2、海水通過自身的勢能對反滲透膜施加壓力，將500-700米的水壓力作用於反滲透膜，從而將海水淡化；步驟3、將經過反滲透膜機組輸出的淡化水，通過高揚泵存放在水廠淡水庫中以備使用；步驟4、從管道輸入的海水經反滲透膜機組可以得到副產品海鹽，通過潛水泵抽出到地面。上述步驟1中，可以通過梯級的形式，也可以一次性降低落差。而且步驟1中的淡水收集坑可以通過地面向下掘進500-700米，以便於地下的淡水收集以及製作海鹽。反滲透海水淡化膜，需要5 7兆帕(MPa)壓力，相當於海拔550-750米左右壓力， 淡水收集坑的落差正適合提供該水柱壓力。根據不同的反滲透海水淡化膜，可以通過壓力閥調節在一個適當的壓力值，比如500米壓力，或者550米壓力等。現在一般海水淡化(噸/時)投資成本十萬元，運行耗能6KW/m3，重力反滲透膜海水淡化(噸/h)投資成本只需一萬元左右，運行耗能2KW/m3。投資100億建重力反滲透膜海水淡化廠可形成100萬(噸/h)，日出淡水2000萬m3。按5元一噸，產值一億元/日， 365億/年。投資回報率顯而易見。加入風能提水太陽能海水淡化，能耗會更低。風光電水鹽可一條龍運作。這種技術使東水西調經濟可行，為淨化渤海，淡水入京，沙漠綠化，海水進蒙，環境改造，開發旅遊和地產等一系列經濟及資本運作，創造無限機會。反滲透海水淡化技術是當前主要發展的趨勢。應用反滲透膜的反滲透法進行海水淡化時，需要通過高壓泵向膜組件施加5 7兆帕(MPa)的壓力，目前(噸/時)投資成本在十萬元左右，運行耗電5度/m3左右。淡水出廠成本5元左右。本發明為一種利用勢能形成的高壓海水，對接現有的反滲透淡化技術。其特徵為 修建地下500-700米深海水淡化廠，獲得5 7兆帕(MPa)壓力的高壓海水連接現在成熟的反滲透膜設備模塊。進行海水淡化。省去了高壓泵和能量回收設備。反滲透膜設備模塊(噸/時)投資成本就只需兩萬元左右。運行耗電2度/m3左右。淡水出廠成本2元左右。利用盾構機鑽孔500-700米後，掏挖地下空間，修建地下海水淡化廠，再鑽兩排深井出淡水和濃海水。IOOOm隧道盾構兩條，直徑1. 2m600m深井鑽10目艮，100m* 15m的海水淡化廠，一個
億。每小時10萬噸膜殼14億左右。海水處理廠4億左右。淡水高揚泵一個億。總投資 20億左右，每天可獲得200萬噸淡水。例如神流川電站壓力鋼管的斜井段長約1000m，傾角 48°，圍巖地質條件相對軟弱，為了安全和節約投資，開挖施工使用了直徑為6. 6m的全斷面隧洞掘進機(TBM)。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的普通技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種利用海水勢能進行反滲透淡化的裝置，其特徵在於，包括海水淡化機組，管道，其中海水淡化機組包括反滲透膜機組，用於將從初級海水處理引入的初處理海水通過管道進入反滲透膜機組，反滲透膜機組置於地平線下方一定落差深度的位置，將具有勢能的海水作用於反滲透膜機組，從而將海水通過反滲透膜去鹽，所述反滲透膜機組將海水淡化後使用高揚泵將淡水抽出。
2.如權利要求1所述的反滲透淡化裝置，所述一定落差深度的位置為海平面下方的海水位置或者地面下方的地面位置。
3.如權利要求1、2所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述一定落差深度的位置為 500-700 米。
4.如權利要求1所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述反滲透膜機組淡化海水後剩餘的濃海水由製鹽機組通過潛水泵抽出製鹽。
5.如權利要求1所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述管道與初級海水處理出水口之間有一壓力調節閥門，以及管道與反滲透膜機組的入水口之間有一壓力調節閥門，用以調節海水的壓力。
6.如權利要求1所述的反滲透淡化裝置，其特徵在於，所述管道與水平面的夾角為 20° -90°。
7.一種利用海水勢能進行反滲透淡化方法，其特徵在於，包括步驟1，在海洋沿岸修建過濾壩，將海水由供水泵抽出，並經過初級海水處理，然後利用修建完成的管道輸出到反滲透膜機組；步驟2，將具有勢能的海水作用於反滲透膜機組，從而將海水通過反滲透膜機組去鹽；步驟3，所述反滲透膜機組將海水淡化後使用高揚泵將淡水抽出到地面。
8.如權利要求7所述的反滲透淡化方法，其特徵在於，所述步驟2還包括步驟21，海水通過自身的勢能對反滲透膜施加壓力，將500-700米的水壓力作用於反滲透膜。
9.如權利要求7所述的反滲透淡化方法，其特徵在於，所述步驟3還包括步驟31，從管道輸入的海水經反滲透膜機組生成的濃海水，通過潛水泵抽出到地面制Τττ . ο
10.如權利要求7所述的反滲透淡化方法，其特徵在於，所述步驟2還包括步驟41，所述管道與初級海水處理出水口之間有一壓力調節閥門，以及管道與反滲透膜機組的入水口之間有一壓力調節閥門，用以調節海水的壓力。
全文摘要
本發明提供了一種用海水勢能進行反滲透淡化的裝置，其特徵在於，包括海水淡化機組，製鹽機組，管道，其中海水淡化機組包括反滲透膜機組，用於將從初級海水處理引入的初處理海水通過管道進入反滲透膜機組，反滲透膜機組置於水平面一定落差深度的位置，將具有勢能的海水作用於反滲透膜機組，從而將海水通過反滲透膜去鹽，所述反滲透膜機組將海水淡化後使用高揚泵將淡水抽出。
文檔編號C02F103/08GK102398962SQ20111035147
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月7日
發明者廖立華 申請人:廖立華