清潔能源海水淡化及製鹽系統的製作方法

2023-10-11 15:53:19 2

本發明涉及海洋海水淡化領域，具體而言，涉及一種清潔能源海水淡化及製鹽系統。

背景技術：

世界上淡水資源不足，已成為人們日益關切的問題。海水淡化已經成為解決全球水資源危機的重要途徑。

目前，全球海水淡化日產量約3500萬立方米左右，其中80％用於飲用水，解決了1億多人的供水問題，即世界上1/50的人口靠海水淡化提供飲用水。全球有海水淡化廠1.3萬多座，海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，愈來愈受到世界上許多沿海國家的重視；全球直接利用海水作為工業冷卻水總量每年約6000億立方米左右替代了大量寶貴的淡水資源；全世界每年從海洋中提鹽5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溴20萬噸等。海水淡化需要大量能量，所以在不富裕的國家經濟效益並不高。

海水淡化技術就是將鹽水和水份分分離的技術，目前有十多種方法，最主要的包括海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法以及碳酸銨離子交換法，目前應用反滲透膜法及蒸餾法是市場中的主流。

中國海水淡化雖基本具備了產業化發展條件，但經濟性是決定其廣泛應用的重要因素。在國內，「成本和投資費用過高，能源消耗嚴重」，一直被視為是海水淡化難以大膽使用的主要問題。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於提供一種清潔能源海水淡化及製鹽系統，以解決現有技術中海水淡化成本過高、能源消耗嚴重的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種清潔能源海水淡化及製鹽系統，其包括：清潔能源發電單元；電脫鹽單元，電脫鹽單元與清潔能源發電單元電連接；反滲透裝置，電脫鹽單元的海水出口管道與反滲透裝置的海水進口管道相連；以及製鹽單元，製鹽單元的濃水進口管道分別與電脫鹽單元的濃水出口管道、反滲透裝置的濃水出口管道相連。

進一步地，電脫鹽單元為並聯設置的多個。

進一步地，電脫鹽單元包括：脫鹽罐，脫鹽罐的海水出口管道與反滲透裝置的海水進口管道相連；整流裝置，整流裝置與脫鹽罐電連接，清潔能源發電單元與整流裝置電連接。

進一步地，系統還包括反清洗單元，反清洗單元的進水管道與反滲透裝置的淡水出口管道相連，反清洗單元的出水管道分別與脫鹽罐的反清洗水進口管道和反滲透裝置的反清洗水進口管道相連。

進一步地，脫鹽罐設置有陽極電極和陰極電極，整流裝置設置有正電極和負電極；當電脫鹽單元處於脫鹽狀態時，陽極電極與正電極相連，陰極電極與負電極相連；當電脫鹽單元處於反清洗狀態時，陽極電極與負電極相連，陰極電極與正電極相連。

進一步地，反清洗單元包括：貯水罐，貯水罐的進水管道與反滲透裝置的淡水出口管道相連；電脫鹽清洗泵，電脫鹽清洗泵的進水管道與貯水罐的出水管道相連，電脫鹽清洗泵的出水管道與脫鹽罐的反清洗水進口管道相連；反滲透清洗泵，反滲透清洗泵的進水管道與貯水罐的出水管道相連，反滲透清洗泵的出水管道與反滲透裝置的反清洗水進口管道相連。

進一步地，清潔能源發電單元為風能發電單元、太陽能集熱發電單元或者光伏發電單元。

進一步地，系統還包括：沉澱池；過濾裝置，過濾裝置的海水出口管道與電脫鹽單元的海水進口管道相連，過濾裝置的海水進口管道與沉澱池的海水出口管道相連。

進一步地，製鹽單元包括：收集罐，收集罐的濃水進口管道分別和電脫鹽單元的濃水出口管道、反滲透裝置的濃水出口管道相連；蒸發單元，蒸發單元的濃水進口管道與收集罐的濃水出口管道相連；乾燥裝置，乾燥裝置的進口管道與蒸發單元的鹽漿出口管道相連；以及太陽能集熱單元，太陽能集熱單元用於向蒸發單元提供熱量。

進一步地，太陽能集熱單元包括：導熱油泵，導熱油泵的進油管道與蒸發單元的出油管道相連；槽式集熱場，槽式集熱場的進油管道與導熱油泵的出油管道相連，槽式集熱場的出油管道與蒸發單元的進油管道相連。

應用本發明的技術方案，提供了一種清潔能源海水淡化及製鹽系統。該系統包括清潔能源發電單元、電脫鹽單元、反滲透裝置以及製鹽單元，電脫鹽單元與清潔能源發電單元電連接；電脫鹽單元的海水出口管道與反滲透裝置的海水進口管道相連；製鹽單元的濃水進口管道分別和電脫鹽單元的濃水出口管道、反滲透裝置的濃水出口管道相連。

上述清潔能源海水淡化及製鹽系統，利用清潔能源發電單元能夠向電脫鹽單元供電，將電脫鹽單元的電化學脫鹽與反滲透裝置的膜分離技術相結合，是一種可持續發展的海水淡化技術，在高效淡化海水的基礎上，能夠有效解決海水淡化過程中的能源消耗高、濃鹽水排放和投資成本過高的問題。同時，利用製鹽單元還能夠將分離出來的濃水進行處理，製備工業鹽，進一步回收了海水中的鹽類資源。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1示出了根據本發明的一種實施例的清潔能源海水淡化及製鹽系統示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

10、清潔能源發電單元；20、電脫鹽單元；21、脫鹽罐；22、整流裝置；30、反滲透裝置；40、製鹽單元；41、收集罐；42、蒸發單元；43、乾燥裝置；44、太陽能集熱單元；441、導熱油泵；442、槽式集熱場；50、反清洗單元；51、貯水罐；52、電脫鹽清洗泵；53、反滲透清洗泵；60、沉澱池；70、過濾裝置。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

以下結合具體實施例對本申請作進一步詳細描述，這些實施例不能理解為限制本申請所要求保護的範圍。

正如背景技術部分所描述的，現有技術中的海水淡化成本過高、能源消耗嚴重。

為了解決這一問題，本發明提供了一種清潔能源海水淡化及製鹽系統，如圖1所示，其包括：清潔能源發電單元10、電脫鹽單元20、反滲透裝置30以及製鹽單元40，電脫鹽單元20與清潔能源發電單元10電連接；電脫鹽單元20的海水出口管道與反滲透裝置30的海水進口管道相連；製鹽單元40的濃水進口管道分別與電脫鹽單元20的濃水出口管道、反滲透裝置30的濃水出口管道相連。

在實際的操作過程中，海水通過管道進入電脫鹽單元20，電脫鹽單元20通過清潔能源發電單元10獲取電能。海水進入電脫鹽單元20後在陰、陽電極之間流動時受到電場力的作用，水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移，被電極吸附並儲存在雙電層內。通過電極表面富集濃縮，最終實現海水中鹽與水的分離。完成電化學脫鹽的海水進入反滲透裝置30，水分子不斷地透過膜，經過產水流道流入中心管，然後在一端流出水中的雜質，如離子、有機物、細菌、病毒等，被截留在膜的進水側，然後在濃水出水端流出，從而達到海水深度分離淨化目的，除鹽率能夠達到99.8％。合格後的水即可經管道輸送到城市淡水管網。製鹽單元40能夠將電脫鹽單元20和反滲透裝置30出來的濃水進行脫水製鹽，以進一步回收海水中的鹽類資源。

上述清潔能源海水淡化及製鹽系統，利用清潔能源發電單元能夠向電脫鹽單元供電，將電脫鹽單元的電化學脫鹽與反滲透裝置的膜分離技術相結合，是一種可持續發展的海水淡化技術，在高效淡化海水的基礎上，能夠有效解決海水淡化過程中的能源消耗高、濃鹽水排放和投資成本過高的問題。

在一種優選的實施例中，如圖1所示，電脫鹽單元20包括脫鹽罐21和整流裝置22，脫鹽罐21的海水出口管道與反滲透裝置30的海水進口管道相連；整流裝置22與脫鹽罐21電連接，清潔能源發電單元10與整流裝置22電連接。整流裝置22能夠將清潔能源發電單元10產生的交流電變壓整流為直流電提供給脫鹽罐21，海水在脫鹽罐21中的電場作用下完成電化學脫鹽。

在一種優選的實施例中，如圖1所示，系統還包括反清洗單元50，反清洗單元50的進水管道與反滲透裝置30的淡水出口管道相連，反清洗單元50的出水管道分別與脫鹽罐21的反清洗水進口管道、反滲透裝置30的反清洗水進口管道相連。當電脫鹽單元20中的脫鹽罐21的電極達到吸附飽和時，利用反清洗單元50能夠對脫鹽罐21進行反清洗再生使之恢復功效。當反滲透裝置30受到汙染，出水指標不能滿足要求時，也可以利用反清洗單元50對其進行清洗使之恢復功效。

在一種優選的實施例中，脫鹽罐21設置有陽極電極和陰極電極，整流裝置22設置有正電極和負電極；當電脫鹽單元20處於脫鹽狀態時，陽極電極與正電極相連，陰極電極與負電極相連；當電脫鹽單元20處於反清洗狀態時，陽極電極與負電極相連，陰極電極與正電極相連。這樣，當電脫鹽單元20達到飽和時，快速將正負電極瞬間反接，富集在電極表面上的帶電粒子(或離子)在反清洗水流或電場力的作用下，從電極表面脫落到脫鹽罐21底部，即使將電極再生。

優選地，脫鹽罐21內分別設置陰極組件和陽極組件，陰極組件和陽極組件可以由導電的平板(圓柱)材料製成，採用水平(或者垂直)方式安裝在絕緣支架(或者吊架)上，陰極組件和陽極組件之間距離根據海水處理量大小，設計合理的間距。整流裝置22輸出直流電，正極接在陽極電極上，負極接在陰極電極上。海水從脫鹽罐21的一端進入由兩電極相隔而成的空間，從另一端流出。

在一種優選的實施例中，電脫鹽單元20為並聯設置的多個。這樣，多個電脫鹽單元20可以交替進行脫鹽再生，能夠保證脫鹽的連續性，同時還能夠提高海水的處理量。以兩個電脫鹽單元20為例：

首先是1#的電脫鹽單元20開始運行，整流裝置22將交流電變壓整流為直流電，施加到脫鹽罐22內的陰極電極和陽極電極上形成靜電場。海水在陰、陽電極之間流動時受電場力的作用，水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移，被電極吸附並儲存在雙電層內，直至電極達到飽和時電吸附過程結束。此時，2#的電脫鹽單元20開始運行，1#電脫鹽單元開始再生。1#電脫鹽單元將直流電源去掉，並將正負電極瞬間反接，富集在陰、陽電極表面上的帶電粒子(或離子)在反清洗水流或電場力的作用下，從電極表面脫落到脫鹽罐21底部，電極再生過程結束。兩個電脫鹽單元20交替作業進行電吸附和再生，通過電極表面富集濃縮，最終實現鹽與水的分離，除鹽率能夠達到70％。

在一種優選的實施例中，如圖1所示，反清洗單元50包括貯水罐51，電脫鹽清洗泵52以及反滲透清洗泵53，貯水罐51的進水管道與反滲透裝置30的淡水出口管道相連；電脫鹽清洗泵52的進水管道與貯水罐51的出水管道相連，電脫鹽清洗泵52的出水管道與脫鹽罐21的反清洗水進口管道相連；反滲透清洗泵53的進水管道與貯水罐51的出水管道相連，反滲透清洗泵53的出水管道與反滲透裝置30的反清洗水進口管道相連。這樣，可以利用裝置本身處理後的淡水對電脫鹽單元20進行再生，對清洗反滲透裝置30進行清洗。

在一種優選的實施例中，清潔能源發電單元10為風能發電單元、太陽能集熱發電單元或者光伏發電單元。這幾種發電單元依靠的是風能、太陽能這樣的清潔能源，能夠進一步降低海水淡化的成本和能源消耗。

優選地，風能發電是由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。該工作原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。

優選地，太陽能集熱發電是由集熱系統、熱傳輸與交換系統、發電系統組成。該工作原理是太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。

優選地，光伏發電是由太陽能電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成。該工作原理是將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合功率控制器等部件即形成了光伏發電裝置。

在一種優選的實施例中，如圖1所示，系統還包括沉澱池60和過濾裝置70，過濾裝置60的海水出口管道與電脫鹽單元20的海水進口管道相連，過濾裝置60的海水進口管道與沉澱池60的海水出口管道相連。海水進入沉澱池60，能夠利用重力沉降作用將密度比海水大的懸浮顆粒從海水中去除。繼續進入過濾裝置70，能夠去除海水中的微小懸浮或膠態雜質。完成過濾的海水進入電脫鹽單元20進行脫鹽淡化。

在一種優選的實施例中，如圖1所示，製鹽單元40包括收集罐41，蒸發單元42，乾燥裝置43以及太陽能集熱單元44，收集罐41的濃水進口管道分別和電脫鹽單元20的濃水出口管道、反滲透裝置30的濃水出口管道相連；蒸發單元42的濃水進口管道與收集罐41的濃水出口管道相連；乾燥裝置43的進口管道與蒸發單元42的鹽漿出口管道相連；太陽能集熱單元44用於向蒸發單元42提供熱量。電脫鹽單元20再生過程及反滲透裝置30清洗過程中產生的含鹽濃水(滷水)進入收集罐41進行收集儲存，再進入蒸發單元42將含鹽濃水(滷水)進行蒸發濃縮。結晶生成的鹽漿進入乾燥裝置43中進行乾燥，優選利用鼓風機送入乾燥裝置43的熱空氣進行沸騰乾燥，幹鹽通過皮帶輸送機去倉儲庫外運。利用太陽能集熱單元44能夠向蒸發單元42提供熱量，以加快蒸發處理。

在一種優選的實施例中，如圖1所示，太陽能集熱單元44包括導熱油泵441和槽式集熱場442，導熱油泵441的進油管道與蒸發單元42的出油管道相連；槽式集熱場442的進油管道與導熱油泵441的出油管道相連，槽式集熱場442的出油管道與蒸發單元42的進油管道相連。這樣，構成密閉式導熱油循環加熱系統，利用槽式集熱場442能夠將太陽能收集起來，加熱導熱油作為傳熱介質向蒸發單元42提供熱量。

優選地，通過追日系統控制迴轉裝置，帶動槽式集熱場442旋轉，及時追日，使太陽光直射到聚光鏡鏡面上，聚光鏡把來自太陽的光反射到集熱管上，加熱管內的導熱油，通過導熱油泵441循環將熱能帶入蒸發單元42。更優選地，導熱油泵441的進油管道還與乾燥裝置43的出油管道相連，槽式集熱場442的出油管道與乾燥裝置43的進油管道相連，這樣可以為乾燥裝置43提供熱量。進一步優選地，太陽能集熱單元44還包括儲熱罐，用以將多餘的熱能儲存起來，為夜間提供可持續的熱能。

從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果：本發明提供的清潔能源海水淡化及製鹽系統，利用清潔能源發電單元能夠向電脫鹽單元供電，將電脫鹽單元的電化學脫鹽與反滲透裝置的膜分離技術相結合，是一種可持續發展的海水淡化技術，在高效淡化海水的基礎上，能夠有效解決海水淡化過程中的能源消耗高、濃鹽水排放和投資成本過高的問題。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。