CN100591628C

CN100591628C - 海水淡化和劣质水净化装置及方法

Info

Publication number: CN100591628C
Application number: CN200710203126A
Authority: CN
Inventors: 何宗彦
Original assignee: 何宗彦
Current assignee: Beijing Galaxy boat Technology Co., Ltd.
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: CN101186358A

Abstract

一种海水淡化和劣质水净化装置及方法，处理池至少在顶面是透光面，处理池内置有三维网络体，三维网络体含有孔隙率10%-99%、比表面积不低于0.05m²/g贯通形微孔，在处理池开有进水口、进风口和高湿度气流出口，上述高湿度气流出口与冷凝室连通，冷凝室与制冷机连接，冷凝室下部设有净出水口。原水预先经过过滤，去除较大杂质，进入处理池内，充分渗透到三维网络体内，在气流的作用下，吸附在三维网络体内的液体产生蒸发，从三维网络体穿出的高湿度气流，经冷却后，进入冷凝室变为淡水或纯水，从冷凝室出来的淡水或净化水，经过活性炭吸附和/或紫外灯灭菌后处理，成为可饮用水。具有能耗低、效率高和稳定性好的特点。

Description

海水淡化和劣质水净化装置及方法

(一)技术领域

本发明涉及一种海水淡化、水净化的装置及方法。

(二)背景技术

众所周知，欲将海水，苦咸水和其他劣质水直接转变为可饮用的纯水是难度很大的工作。首先须将海水或苦咸水完全淡化。从世界范围看，传统的水淡化方法有许多种，主要是蒸馏法、电渗析法和反渗透法三类方法。目前苦咸水淡化大多采用反渗透法和电渗析法，主要是反渗透法。在海水淡化方面，主要是蒸馏法和反渗透法。以下简述三者的优劣：

*蒸馏法

蒸馏法，包括多效蒸发ME，闪蒸FLASH和压汽蒸馏VC等，就是把苦咸水或海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是最早采用的淡化法，其主要优点是结构相对简单、操作容易、所得淡水水质好。缺点是初期投资大，能耗高，一般适合于有余热可利用的场合，如热电站，为降低运行成本，该法必须靠规模效应。故不适合中小型设备开发。

*电渗析法

电渗析法，包括电渗析ED和电去离子EDI两种，是利用离子交换膜在电场作用下，分离盐水中的阴、阳离子，从而使淡水室中盐分浓度降低、得到淡水的一种膜分离技术。电渗析装置是利用离子在电场的作用下定向迁移，通过选择透过性的离子交换膜达到除盐目的。在外加直流电场的作用下，水中的离子作定向迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，使一种水中大部分离子迁移到另一种水中去。电渗析对铁、镁、钙、钾、氯化物等溶解性无机盐类及毒理学指标砷、氟化物的去除率达66％～93％，可以满足苦咸水淡化需求。电渗析对耗氧量、N H32N、NO-32N、NO22N及硅的去除率较低，仅15％～45％，但由于原水中上述指标含量较低，去除率虽低，尚能满足生活饮用水卫生要求。电渗析对SO_2-4的去除率为63.8％，用以淡化SO_4-2Na型和SO₄.C₁₂Na型水，则难满足生活饮用水卫生要求。电渗析过程的能耗与给水含盐量有密切关系，给水含盐量越高，能耗越大，因此电渗析比较适合低浓度苦咸水的淡化。

电渗析法的技术虽然比较成熟，具有工艺较简单、除盐率较高、制水成本尚可、操作方便、不污染环境的特点，但对原水水质要求严格、需进行多步骤预处理和经常更换离子交换膜。此外，电渗析不能去除水中有机物和细菌，设备运行能耗较大，使其在海水淡化工程中的应用受到限制，逐渐被反渗透技术所取代。20世纪50年代，美国、英国开始将这种方法用于苦咸水淡化，中国在20世纪80年代将此法用于苦咸水淡化以及工业用纯水和超纯水制造。

*反渗透法

反渗透法是用选择透过性膜将容器分为两半，在膜的两侧分别加入纯水和盐水，在浓溶液一边加上比自然渗透更高的压力，扭转自然渗透方向，把溶液中的离子压到半透膜的另一边，这种与自然界正常渗透过程相反的过程称为“反渗透”，这种装置称为反渗透装置。反渗透方法可以从水中除去90％以上的溶解性盐类和99％以上的胶体微生物及有机物等。与其他水处理方法相比，具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高和出水质量好等优点。反渗透膜分离的另一优点是它的“广谱”分离，即它不但可以脱除水中的各种离子，而且可以脱除比离子大的微粒，如大部分的有机物、胶体、病毒、细菌、悬浮物等，故反渗透分离法又有广谱分离法之称。但反渗透技术需要严格的原水质量，如不能满足要求，则需复杂的预处理工艺和较贵的预处理设备。昂贵的进口反渗透膜组件的购买和更换成本很高，国产组件的质量与国外相比，尚有一定差距。由于所需压力很高，有关部件(如高压泵)的成本和消耗也不低。此外，反渗透的原水利用率不到50％，浓水的处理和由此带来的能耗也不能不考虑。最后，如果完全采用海水膜淡化海水，除膜成本高外，能耗也很高。

常规反渗透法工艺流程是：原水→预处理系统→高压水泵→反渗透膜组件→净化水。其中预处理系统视原水的水质情况和出水要求可采取粗滤、活性炭吸附、精滤等。必不可少的精滤过程，是为了保护反渗透膜、延长其使用寿命而设立的。另外，复合膜对水中的游离氯非常敏感，因而预处理系统中通常都需配备活性炭来吸附。无论地表水或地下水，都含有一些可溶或不可溶的有机物和无机物。虽然反渗透能截留这些物质，但反渗透膜主要是用来脱盐。如果给水中含有过多的悬浮物质，这些物质将会淤积在膜表面上，使水中硬度过高而结垢。从而使流道堵塞，膜组件压差增大、产水量和脱盐率下降，甚至造成膜组件报废的严重结果。此外，不同膜材料具有不同的化学稳定性，对pH值、余氯、温度、细菌和某些化学物质的敏感性不同，因而给水预处理的要求也不同。一般来讲，膜组件生产厂商会提出较严格的给水水质指标。

一些新的发明力图将反渗透技术与其他技术相结合，以降低成本和能耗。比如将太阳能，风能和潮汐能引入反渗透，以解决无电和常规能源短缺地区人们的生活用水问题。但由于这些能源形式的低密度和不稳定性，至今为止，开发出的设备并未具有显著的优势。

综上所述，在已有的海水，苦咸水和劣质水处理技术中，以反渗透较为适合广大劣质水地区的民众饮水处理需求。对于原水水质稳定，含盐量较低(＜3,000mg/L)的苦咸水，如果当地政府能在财政上给予一定贷款支持，在居民自愿集资的情况下，采用中型，甚至小型的反渗透净化系统，解决集体或单位的饮水问题，确是可行之道。但考虑到各地水质的巨大差异，反渗透技术对原水水质的严格要求，预处理工艺的复杂性和代价，初期投资和膜组件更换成本，零件供货渠道，居住分散和集资困难等因素，开发家用型的反渗透海水、苦咸水淡化/劣质水净化设备，其时机仍不成熟，即使开发出来，销售市场仍不看好。

为了进一步解决海水淡化、水净化的问题，一项相关的专利申请(公开号CN1583584)提出了一种太阳能毛细蒸发淡化器，其特征为：淡化器箱由透光密封淡化器箱体和箱盖紧固密封而构成，其内于冲洗布水管下方垂直箱底平行相间设有活性炭纤维毛细管蒸发器和冷凝板，蒸发器是由支撑架和活性炭纤维制作的毡料构成，下端头伸入海水中，而冷凝板则伸入海水中定位后密封固定，箱体底部固定于浮筒上面，用固定锚定位于海上或随船运行。该发明称其优点是：直接吸收海水至箱内蒸发和直接用海水冷却，使用方便，减少投资；用黑色活性炭纤维其吸热多、蒸发比表面积大，形成立体蒸发，提高单位蒸发负荷；且太阳能成本低。但是，该方法的最大问题在于淡化器的低效率和碳纤维蒸发器的更换。该发明提及的活性炭纤维，虽然有大量毛细管结构，但在孔隙率，强度，风阻和尺寸等方面效果均不很理想。

第二项相关专利申请(公开号CN1579950)提出了另一种采用微波进行海水淡化的技术。简单来说，就是利用微波发射加热海水，蒸发成水蒸气，再把水蒸气冷却成淡水的方法。从能源和效率角度看，这种方法未必比普通多效蒸发技术节能和高效。因为海水需先耗能变为蒸汽，再冷凝为淡水，冷凝放出的热能在多效蒸发技术中得到利用，而在此发明中没有提及。

第三项相关专利申请(公开号CN1597540)提出了另一种利用空气饱和湿度差的海水淡化方法。即让在集热器中加热升温的海水进入海水蒸发罐中，鼓风机排出空气，空气经过连接管道在气体分布器上的多个空气排出口处排出，气体分布器位于蒸发罐内海水的下部，空气在加热海水中以细小气泡形状由下方向上方升起，气泡中的空气在被加热的同时吸收水汽，湿度增加。湿度饱和的空气由蒸发罐通过连接管道进入冷凝罐中弯折的冷凝排管，循环冷却水使冷凝排管中的湿度饱和的空气降温，饱和湿度的空气冷却时水汽会析出，成为由下部排出的冷凝淡水。该方法的问题仍然在于效率。为提高淡化效率，该发明势必加大空气流量和速度，由此形成大量的泡沫和水花，空气中所含盐水微滴的量加大，冷凝后的淡化水含盐量将较高。此外，将大量空气从小口径管道中压入海水，必然阻力很大，耗能不会太小。此外，噪音也大。

第四项相关专利申请(公开号CN1535920)提出了另一种模拟自然界降水的海水淡化设备，其特征为：利用采集近海空气中潮湿的空气，即海水自然蒸发产生的水汽，特别是近海平流雾所产生的水汽，通过系统内的冷却相变过程，获得纯净的、类似降水的大量淡水。这一发明，也明显存在能耗大，效率低和不稳定等问题。

第五项相关专利申请(公开号CN1506313)提出了另一种常温蒸馏海水淡化装置，该装置包括电机、冷凝装置和至少一个汽化叶轮的蒸发器。但是，该发明仍然需加热蒸发，并非真正的常温条件，所以仍存在加热蒸发带来的局限。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种海水淡化和劣质水净化装置及方法，要解决在海水淡化、水净化的过程中进一步降低能耗，提高效率和稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

这种海水淡化和劣质水净化装置，包括一个开有进水口的处理池5，其特征是：处理池内置有一部分浸入处理池5中的三维网络体6，三维网络体6含有孔隙率10％-99％、比表面积不低于0.05m²/g贯通形微孔，在处理池侧面开有进水口5.1和进风口5.3，在另一侧面上部开有高湿度气流出口5.2，上述高湿度气流出口5.2与冷凝室8连通，冷凝室8与制冷机连接，冷凝室8下部设有净出水口8.1。

上述制冷机可以是空气压缩机10或半导体制冷器21。

上述处理池5的进风口5.3是自然风进口或在进风口处置有风机4。

上述处理池5的进水口5.1可与原水预处理系统连接，原水预处理系统包括与原水管1连接的预处理室2和其内部的滤材3。

上述冷凝室8的净出水口可与活性炭后处理室11的上口连通，活性炭后处理室11内有活性炭层12，并设有下出水口19。

上述活性炭后处理室的下出水口19可与消毒灭菌室14连通，消毒灭菌室14内置有紫外线灯13，消毒灭菌室14开有饮用水出口15。

上述处理池5的高湿度气流出口5.2经浸入处理池中的一根或多根热交换管道7可与冷凝室8连通；风机4的进风口经气流回流管道17与冷凝室8上部的除湿后的空气流出口9连通。

上述处理池5在顶面、侧面或顶面和侧面是透光面，或者，处理池5是金属外壳，金属外壳内部设有能产生波长范围从1m-1mm特高频电磁波的微波发射器16，风机4的出风口和高湿度气流出口5.2处置有金属丝网18。

上述微波发生器16和半导体制冷器21的电源接口可经导线22与太阳能光伏电池23连接。

一种应用上述海水淡化和劣质水净化装置的海水淡化和劣质水净化的方法，其特征在于：原水预先经过过滤，去除较大杂质，进入处理池内，充分渗透到三维网络体内，在气流的作用下，吸附在三维网络体内的液体产生蒸发，从三维网络体穿出的高湿度气流，经冷却后，进入冷凝室变为淡水或纯水，从冷凝室出来的淡水或净化水，经过活性炭吸附和/或紫外灯灭菌后处理，成为可饮用水。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明采用一种用亲水材料做成的、具有大量毛细管结构和巨大比表面积、且风阻较小的三维网络体作为关键部件。让三维网络体的一部分浸入处理池中，通过毛细管作用，原水上升，并充分渗透三维网络体中未浸入原水的部分，形成富含水分的三维网络结构。在风机作用下，让原湿度较小的空气以合适的速度通过具有合适形状和尺寸的含水三维网络体，气体分子在含水三维网络体的巨大比表面上快速穿过，使吸附在三维网络体上的液体产生高效的蒸发作用。大量水分子随之进入气流中，但保存在毛细结构中的盐类，杂质和微生物等不能进入气流，使气流湿度很快接近饱和。让接近饱和的气流进入冷凝室，使其中含有的水分子凝结成淡水或纯水。脱水后的气流可再次通过含水三维网络体，并不断重复上述过程。也可以直接排放到大气中。让新鲜的湿度较小的空气进入含水三维网络体。

只要保持原水的供应，上述过程就能持续进行下去，直到三维网络体中堆积了过多的盐类和杂质的混合物。这时需要更换或让三维网络体再生后才能重新使用。考虑到毛细蒸发作用自身的冷却效应，因为任何液-气相变都需吸热，处理池的温度将随淡化过程的进行而下降。为节能起见。可让从三维网络体穿出的高湿度气流，经浸入处理池中的一根或多根金属管预先冷却后，再进入冷凝室变为淡水或纯水。此外，为了加强含水三维网络体中水分子的蒸发效率，还可以采用太阳能和/或微波照射含水三维网络体的方式。如果要想从原水一步到位变成饮用水，还要考虑适当的原水预处理(如杂质过滤)和生成水的后处理(如杀菌和活性炭吸附异味)。

随着淡化/净化过程的进行，三维网络体上将逐渐堆积起主要由原水中所含盐类和杂质组成的析出物。这种析出物同样具有大量毛细结构和很大的比表面积，不但不影响原水的吸附和蒸发，一定程度上，由于增大了原三维网络体的比表面积和强化了毛细作用，使淡化/净化效率还有所提高。但是，析出物太多，也会带来两方面的问题。一是孔隙率减小，风阻增大，效率下降，能耗增大。二是析出物结构可能经受不了气流的长期冲击而碎裂，造成盐类，杂质和微生物进入气流中，影响生成水的质量。这时，三维网络体就需要进行更换(如果成本不高)或再生处理。最简单的再生方法就是先想法(如抖动和刷洗)将大部分析出物从三维网络体上去除。然后放入清水中浸泡，使析出物重新溶入水中后取出晾干即可。

采用本发明进行淡化/净化的部分实验结果如下：

(1)自制食盐水淡化

原水：TDS：15,010mg/L，pH＝7.6，导电率500μs，水温230C，细菌数(略不计)。

一次水：TDS：350mg/L，pH＝6.6，导电率55μs，水温190C，细菌数(略不计)。

二次水：TDS：340mg/L，pH＝6.5，导电率15μs，水温220C，细菌数(略不计)。

(2)浅层地下水淡化

原水：TDS：13,405mg/L，pH＝7.51，导电率500μs，水温210C，细菌数＞100/mL，浊度＝5NTU。

一次水：TDS：250mg/L，pH＝5.6，导电率43μs，水温190C，细菌数＜100/mL.浊度＜1NTU。

二次水：TDS：246mg/L，pH＝5.5，导电率14μs，水温200C，细菌数(略不计).浊度＜1NTU。

(3)海水淡化

原水：TDS＞35,000mg/L，pH＝7.21，导电率＞500μs，水温250C，细菌数＞300/mL，浊度＞5NTU。

一次水：TDS：390mg/L，pH＝5.6，导电率65μs，水温190C，细菌数＜100/mL，浊度＜1NTU。

二次水：TDS：376mg/L，pH＝5.7，导电率19μs，水温200C，细菌数(略不计)，浊度＜1NTU。

上述所谓一次水，是指从冷凝室出来的未经活性炭等后处理的水。二次水则是经后处理的水。

本发明与部分水质对比数据如下：

水质海水自来水名牌矿泉水蒸馏水盐水盐水处理水自来水处理水本发明的

海水处理水

pH 7.21 7.06 7.25 6.93 7.6 6.5 4.83 5.7

μs ＞1500 455 80 ＜10 ＞1500 15 ＜10 19

实验结果表明，本发明具有以下主要优点：

(1)、采用常温淡化，而不是加热蒸发淡化方式，避免了加热—冷凝的耗能过程和蒸发器的结垢和腐蚀。

(2)、采用特别三维网络体分离盐和水，而不采用传统的离子交换和反渗透膜材料，节省了膜的再生和更换费用，大大放宽了原水使用条件。

(3)、采用常压工况，不需高压/高电流和相关部件，提高了工作可靠性。

(4)、可直接从劣质水净化为高质量可饮用桶装水，水回收率近100％。

(5)、三维网络体再生恢复容易，可长期反复使用。

(6)、容易实现与太阳能，风能和微波能的结合。

本发明可在海水淡化、水净化的过程中进一步降低能耗，提高效率，解决了使用的传统能源形式不稳定等技术问题。可广泛用于淡化海水和劣质水处理。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例二的结构示意图。

图3是本发明实施例二的结构示意图。

附图标记：1-原水管，2-预处理室，3-滤材，4-风机，5-处理池，5.1-进水口，5.2-高湿度气流出口，5.3-进风口，6-三维网络体，7-热交换管道，8-冷凝室，8.1-净出水口，9-除湿后的空气流出口，10-空气压缩机，11-活性炭后处理室，12-活性炭层，13-紫外线灯，14-消毒灭菌室，15-饮用水出口，16-微波发生器，17-气流回流管道，18-金属丝网，19-下出水口，21-半导体制冷器，22-导线，23-太阳能光伏电池。

(五)具体实施方式

实施例一参见图1所示，这种海水淡化和劣质水净化装置以开放式空气流作载体，处理池5的进水口5.1与原水预处理系统连接，原水预处理系统包括与原水管1连接的预处理室2和其内部的滤材3。滤材3可以自制，也可以购买普通水处理用的初滤材料。

处理池5内置有一部分浸入处理池5中的三维网络体6，三维网络体可以自制也可以购买泡沫陶瓷等产品。三维网络体6含有孔隙率10％-99％、比表面积不低于0.05m²/g贯通形微孔。处理池5可以在顶面、侧面或顶面和侧面设置为透光面，在处理池侧面开有进水口5.1和进风口5.3，在进风口5.3处置有风机4。风机采用轴流式或离心式均可，取决于所需风压。在另一侧面上部开有高湿度气流出口5.2，上述高湿度气流出口5.2与冷凝室8连通，冷凝室8与空气压缩机10连接，冷凝室8下部设有净出水口8.1。上述处理池5的高湿度气流出口5.2经浸入处理池中的一根或多根热交换管道7与冷凝室8连通，冷凝室可以考虑采用空调或除湿机相似的方式设计和组装。

冷凝室8的净出水口与活性炭后处理室11的上口连通，活性炭后处理室11内有活性炭层12，并设有下出水口19。活性炭层可以直接购买或用活性炭材料自制。冷凝室8是指采用常规冷却技术(包括半导体制冷，压缩机加冷媒制冷等)建立的气体冷却部件。

上述活性炭后处理室的下出水口19与消毒灭菌室14连通，消毒灭菌室14内置有紫外线灯13，消毒灭菌室14开有饮用水出口15。紫外线灯可直接购买或组装。

实施例二参见图2所示，图2显示的是一种采用封闭式空气流作载体并用微波强化蒸发过程的淡化/净化器的示意图。它与图1所示设计的区别有两点。一是在处理池上方装置微波发射器16，处理池5采用金属制造，通过计算，使其形状和尺寸符合微波谐振要求，让处理池整体成为一个微波炉箱体。微波发射器16可产生波长范围从1m-1mm的特高频电磁波。用微波强化含水网络体上原水的蒸发，同时加大风量，提高冷凝功率，从而大幅增加出水率。第二点区别是：风机4的进风口经气流回流管道17与冷凝室8上部的除湿后的空气流出口9连通，让从冷凝室出来的气流重新回到处理池。这种闭式循环模式采用封闭气流作为液体相变载体，可以避免外界空气中细菌和杂质的污染。气流中未能冷凝的水气可以在下次再冷凝，气流温度潜能还可以再次利用。上述风机4的出风口和高湿度气流出口5.2处置有金属丝网18或过滤网。金属丝网18的作用是既让气流通过，又能防止微波泄漏。为满足此功能，丝网孔径应根据微波波长进行限制。图中处理池5已成为一个微波谐振腔或微波炉箱体。上述活性炭后处理室的下出水口19可与消毒灭菌室14连通，消毒灭菌室14内置有紫外线灯13，消毒灭菌室14开有饮用水出口15。

实施例三参见图3所示，图3显示的是一种采用自然风作载体并用太阳能强化蒸发和冷凝的淡化/净化器的示意图。与前两种设计不同，这是用于户外，特别适合于风能和太阳能充足的地区使用的设备。处理池5的进风口5.3是自然风进口，它利用自然风作为水蒸发-冷却相变的载体。利用太阳能强化蒸发，上述微波发生器16和半导体制冷器21的电源接口经导线22与太阳能光伏电池23连接，通过光伏电池驱动半导体制冷器和21微波发生器16。处理池5的外壳最好用透明材料制成，以方便阳光射入强化蒸发效果。上述所说的太阳能照射含水三维网络体是指采用透光材料作为处理池，让太阳光直接照射到含水三维网络体上，以增强水分子蒸发效率的方法。由于三维网络体巨大的比表面积，比用微波照射容器中海水的方法，效率要高得的多。但是这种情况下，三维网络体的材质不能是金属，最好是吸收微波较好的材料。如某些陶瓷和高分子材料。

本发明根据上述设计制造出了原型机，原型机参数如下：

(1)外接电源：220±10V，50Hz；

(2)整机功率：120W；

(3)产品水质：TDS≤500mg/L，Conductivity≤100μs，Fe，Mg，Ca，K，Cl，As，F溶解性固体离子去除率＞90％；

(4)产水量：1.1L/h；

(5)产水成本：1.5元人民币/桶(18.9L，按电价0.5元人民币/度计算)；

(6)水回收率：＞95％；

(7)原水硬度：无限制；

(8)设备尺寸：30×45×65cm；

(9)设备重量：17kg；

(10)组件寿命：＞10年。

上述“三维网络体”是指具有一定外观体积，外观形状和内部特别网络骨架结构的物体。三维网络体的含有孔隙率是10％-95％，比表面积不低于0.05m²/g，具有贯通形微孔。可以是多孔陶瓷、多孔高分子固体、多孔玻璃、多孔金属或亲水纤维网络体。

上述多孔高分子固体是带有孔隙的单组分的高分子固体或多组分复合的高分子固体。多组分复合的高分子固体的高分子材料是聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛、聚四氟乙烯、丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚酰胺、聚乙醇酸、聚羟基乙酸或聚羟基丁酸酯的一种或几种的混合物。

上述多孔金属是开孔型泡沫金属、金属纤维毡或多层复合金属丝网络体。上述多孔金属是多孔不锈钢、多孔铜合金、多孔镍合金、多孔钛合金、多孔低碳钢、渗铬多孔铁、多孔钼合金、多孔铝合金、多孔镁合金、多孔金属碳化物、多孔金属硼化物或多孔金属硒化物。

三维网络体的制造方法可采用直接发泡、渗流或粉末烧结等方法。一种方法是参考泡沫陶瓷的制造技术，即用塑料小球和陶瓷粉料在粘合剂的帮助下形成毛坯料，然后在高温下使粉料烧结，同时烧除塑料，形成三维网络结构。为了达到所需性能，必须控制塑料小球尺寸，尺寸分布和比例，以及陶瓷粉料的成分，粒度和亲水性能。另一种方法是采用纤维线进行编织。需要注意的是纤维必须耐盐水腐蚀，强度足够，不脱毛，耐清洗，当然还必须亲水。

三维网络体应具有下列特征：

(1)、具有较大的孔隙率，一般不小于10％，最好大于50％。孔隙率过小，风阻太大；空隙率过大，比表面积太小。影响蒸发效率。

(2)、具有足够小的微细结构，可形成大量的毛细管，以方便从处理池吸水，并形成含水三维网络体。

(3)、具有合适的孔洞尺寸和尺寸分布范围。孔洞尺寸过小，风阻过大；孔洞尺寸过大，比表面积过小。合适的尺寸范围是1-30毫米。孔洞尺寸分布越集中越好。

(4)、足够大的比表面积。对于陶瓷材料，最好不低于0.05m²/g。

(5)、足够的强度，使其不会因气流的持续风压而断裂，即使是局部的碎裂，也会使气流中出现三维网络体碎块或颗粒，造成淡化后水质的不合格，也不会因清洗而破碎。

(6)、具有较小的风阻或者气流通过的压力损失。风阻增大耗能将增大。最好风阻每0.1米厚不大于5,000Pa。

(7)、良好的亲水性，制作材料与海水或其它劣质水的接触角必须小于900。可以是人造材料，如陶瓷，高分子和金属，也可以是天然材料，如纤维。

(8)、具有合适的形状和尺寸。三维网络体垂直于气流方向的横截面积大小取决于风阻，所需的出水量和风量。风阻大，出水量要求高时，风量必须增大，截面积就需大。截面形状一般为矩形或圆形。平行于气流方向的三维网络体厚度也要求合适。在风速不变时，厚度不足，气流穿过含水三维网络体的时间太短，不能使比表面上吸附的液体充分蒸发，穿过含水三维网络体后的气流湿度未接近饱和，冷凝效率低，浪费能源。但厚度过大，气流在含水三维网络体中穿行时间过长，已经饱和的气流已不能承载更多的水分，反而增加了风阻，造成能源的浪费。

参见图1-3，一种应用上述海水淡化和劣质水净化装置的海水淡化和劣质水净化的方法，其特征在于：原水预先经过过滤，去除较大杂质，进入处理池内，充分渗透到三维网络体内，在气流的作用下，吸附在三维网络体内的液体产生蒸发，从三维网络体穿出的高湿度气流，经冷却后，进入冷凝室变为淡水或纯水，从冷凝室出来的淡水或净化水，经过活性炭吸附和/或紫外灯灭菌后处理，成为可饮用水。

本发明提出的淡化/净化方法可包含下列主要步骤：

[1]、原水预处理(包括过滤砂石，海藻等杂质)。

[2]、预处理后的原水进入处理池。

[3]、放入处理池中的三维网络体通过毛细作用成为含水三维网络体。

[4]、开动风机，较干燥空气流通过含水三维网络体成为高湿度空气流。

[5]、高湿度空气流通过置于处理池中的换热管进行预冷却。

[6]、预冷后的高湿度空气流进入冷凝室，所含水分子冷凝为淡水或纯净水。变为较干燥的空气流，直接排放到大气或再次进入含水三维网络体。

[7]、从冷凝室出来的淡水或纯净水通过活性炭过滤，去除异味和有机溶解物。

[8]、通过消毒灭菌措施(如紫外灯照射)得到可直接饮用的纯净淡水。

以上步骤中，[1]，[5]，[7]和[8]不是必须步骤。[7]和[8]可以交换顺序。

Claims

1.一种海水淡化和劣质水净化装置，包括一个开有进水口的处理池(5)，其特征是：处理池内置有一部分浸入处理池(5)中的三维网络体(6)，三维网络体(6)含有孔隙率10％一99％、比表面积不低于0.05m²/g贯通形微孔，在处理池侧面开有进水口(5.1)和进风口(5.3)，在另一侧面上部开有高湿度气流出口(5.2)，上述高湿度气流出口(5.2)与冷凝室(8)连通，冷凝室(8)与制冷机连接，冷凝室(8)下部设有净出水口(8.1)；

上述处理池(5)在顶面、侧面或顶面和侧面是透光面，或者，处理池(5)是金属外壳，金属外壳内部设有能产生波长范围从1m-1mm特高频电磁波的微波发射器(16)，风机(4)的出风口和高湿度气流出口(5.2)处置有金属丝网(18)。

2.根据权利要求1所述的海水淡化和劣质水净化装置，其特征在于：上述制冷机是空气压缩机(10)或半导体制冷器(21)。

3.根据权利要求2所述的海水淡化和劣质水净化装置，其特征在于：上述处理池(5)的进风口(5.3)是自然风进口或在进风口处置有风机(4)。

4.根据权利要求3所述的海水淡化和劣质水净化装置，其特征在于：上述处理池(5)的进水口(5.1)与原水预处理系统连接，原水预处理系统包括与原水管(1)连接的预处理室(2)和其内部的滤材(3)。

5.根据权利要求4所述的海水淡化和劣质水净化装置，其特征在于：上述冷凝室(8)的净出水口与活性炭后处理室(11)的上口连通，活性炭后处理室(11)内有活性炭层(12)，并设有下出水口(19)。

6.根据权利要求5所述的海水淡化和劣质水净化装置，其特征在于：上述活性炭后处理室的下出水口(19)与消毒灭菌室(14)连通，消毒灭菌室(14)内置有紫外线灯(13)，消毒灭菌室(14)开有饮用水出口(15)。

7.根据权利要求6所述的海水淡化和劣质水净化装置，其特征在于：上述处理池(5)的高湿度气流出口(5.2)经浸入处理池中的一根或多根热交换管道(7)与冷凝室(8)连通；风机(4)的进风口经气流回流管道(17)与冷凝室(8)上部的除湿后的空气流出口(9)连通。

8.根据权利要求7所述的海水淡化和劣质水净化装置，其特征在于：上述微波发生器(16)和半导体制冷器(21)的电源接口经导线(22)与太阳能光伏电池(23)连接。

9.一种应用权利要求1-8任意一项所述海水淡化和劣质水净化装置的海水淡化和劣质水净化的方法，其特征在于：原水预先经过过滤，去除较大杂质，进入处理池内，充分渗透到三维网络体内，在气流的作用下，吸附在三维网络体内的液体产生蒸发，从三维网络体穿出的高湿度气流，经冷却后，进入冷凝室变为淡水或纯水，从冷凝室出来的淡水或净化水，经过活性炭吸附和/或紫外灯灭菌后处理，成为可饮用水。