CN101973604B - 一种正渗透海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正渗透海水淡化装置，它包括：储水箱；预处理设备，该预处理设备的进水口与储水箱的出水口相连通；正渗透膜组件，该正渗透膜组件包括壳体，在壳体内装有正渗透膜；汲取液回收设备，该汲取液回收设备的进水口与正渗透膜组件的汲取液出口相连通；淡水储存箱，淡水储存箱的进水口与汲取液回收设备的淡水出口相连通；(6)汲取液储存箱，汲取液储存箱的回收口与汲取液回收设备的汲取液出口相连通，汲取液储存箱的出水口通与正渗透膜组的汲取液进口相连通。采用本装置设备成本小、运行成本低，并且装置运行不需要消耗热能，回收汲取液简便易操作。

Description

一种正渗透海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，特别涉及一种正渗透海水淡化装置。

背景技术

目前，主流的海水淡化方法是膜法(反渗透)和热法(蒸发)。其中，由于反渗透法的相对能量优势，近年来得到了不断的发展，并获得了较广泛的应用。但是，反渗透法的操作压力仍旧很高，能量消耗也比较大。

正向渗透是一种新型的分离技术，被誉为新一代低能耗、低污染、可持续发展的脱盐和新能源技术。正渗透过程是指水通过选择性透过膜从高水化学势区域向低水化学势区域传递的过程，这个过程的驱动力来源于膜两侧溶液的之间的渗透压差，其推动水分子透过膜，水分子以外的分子则被截留在了膜的原料液侧，实现了从原料液当中提取淡水的目的。正渗透分离技术相对于外加压力驱动的分离技术最显著的特点就是不需要外加压力或者在很低的外加压力下运行，而且膜污染情况相对较轻，能够持续长时间的运行而不需要清洗。

正渗透过程的实现需要有两个必要的因素，其一为可允许水分子通过，而能够截留其他溶质分子和离子的选择性正渗透膜，其二为膜两侧所存在的水化学势差，即传递分离过程所需要的推动力。这种推动力是由特定的汲取液提供的，这种汲取液是具有高渗透压的溶液体系，由溶质和溶剂(一般是水)组成。理想的汲取液应该具备以下条件：在水中具有较高的溶解度，能够产生较高的渗透压；没有毒性，在水中能够安全稳定的存在；与正渗透膜具有较好的化学兼容性，不改变膜材料的性能和结构；能够使用简单、经济的方法与水分离，并能重复使用。

在上世纪七八十年代，Kravathhe和Davis就尝试采用商业化的平板反渗透膜和醋酸纤维素材质的中空纤维膜对大西洋的海水进行淡化实验；Kessler和Moody以设计间歇式海水淡化设备为目的，也进行了相似的研究；Goosens和Van-Haute尝试在反渗透条件下，通过正渗透实验来预测经过矿物填料强化的醋酸纤维素膜的性能；Mehta和Loeb采用杜邦生产的芳香族聚酰胺反渗透膜B-9(平板膜)和B-10(中空纤维)进行了正渗透实验，这一系列的实验基本上都因为膜材料的性能不理想而没能达到预期目标。

上世纪九十年代，美国的HTI公司研制出了一种新型的膜片，其不存在多孔支撑层，厚度远远小于通常的反渗透膜。基于这种膜片，HTI公司还开发了几种正渗透滤水器，它们能够应用于军事、远征探险、灾害救援以及娱乐等方面。这些滤水器的基本原理是，在其膜组件里面填装可食用的汲取液(如糖或饮料粉)，当把滤水器浸没到任何水体(如清洁水、含盐水、污水等)中时，这些水体中的水将透过正渗透膜进入汲取液中，而水体中的污染物和无机离子将被截留下来，汲取液渐渐被稀释，被稀释的汲取液可被人体直接饮用。但是，这种方法只适用于特定环境，并不适合较大规模的海水淡化。

近几年来，美国耶鲁大学Menachem Elimelech教授课题组研发了一种利用正渗透膜分离方法进行海水淡化的技术。这项技术的关键在于其选择的汲取液，它是将碳酸氢铵与氨水按照一定比例混合，然后溶解于水中配置成一定浓度的铵盐作为汲取液，这种汲取液既具有较高的渗透压，又能方便的将溶质和水分离。据报道，当这种汲取液的浓度为6mol/L时，其渗透压达249.5atm，以0.5mol/L NaCl溶液作为原料液时，系统的渗透压差达213.8atm。对于稀释后的汲取液，需将其加热到60℃，汲取液中的铵盐被分解为氨气和二氧化碳，采用合适的方法(如蒸馏)就能将其与水分离，得到产品水，分离出的氨气和二氧化碳再次浓缩溶解于水中，便能得到铵盐汲取液，使得汲取液能够得以循环使用。但是，此方法在汲取液的回收过程中需要消耗一定量的热能，并且分离方法也不是特别简单。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种可以降低海水淡化成本并且汲取液可以循环再利用的一种正渗透海水淡化装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种正渗透海水淡化装置，它包括：

(1)一个其上开有进水口、出水口并且在其底部开有排放口的储水箱；

(2)一个预处理设备，该预处理设备的进水口通过其上依次装有第一出水阀门、第一供水泵以及第一流量计的第一管路与所述的储水箱的出水口相连通；

(3)一个正渗透膜组件，该正渗透膜组件包括壳体，在所述的壳体内装有正渗透膜，所述的正渗透膜将壳体内分为上下两室，在位于所述的上室处的壳体的一侧侧壁上开有原水进口并且在与该侧壁相对的另一侧壁上开有浓水排放口，在位于所述的下室处的壳体的一侧侧壁上开有汲取液进口并且在与该侧壁相对的另一侧壁上开有汲取液出口，在所述的壳体顶部开有排气口，所述的原水进口通过其上依次装有第二出水阀门和第二供水泵的第二管路与预处理设备的出水口相连通；

(4)汲取液回收设备，该汲取液回收设备的进水口通过其上装有汲取液回收泵的第三管路与所述的正渗透膜组件的汲取液出口相连通；

(5)淡水储存箱，该淡水储存箱顶部开有进水口并且在其底部开有出水口，淡水储存箱的进水口通过第四管路与所述的汲取液回收设备的淡水出口相连通；

(6)汲取液储存箱，在该汲取液储存箱的侧壁上开有出水口，在该汲取液储存箱的底部开有排放口并且在其顶壁上开有回收口，所述的汲取液储存箱的回收口通过其上装有汲取液循环泵的第五管路与汲取液回收设备的汲取液出口相连通，所述的汲取液储存箱的出水口通过其上依次装有阀门、汲取液供给泵以及第二流量计的第六管路与所述的正渗透膜组的汲取液进口相连通。

本发明的优点在于：1.海水淡化装置设备成本小、运行成本低。装置所需的设备简单，不需要高压泵和耐高压的管路系统，显著的降低了设备和制造的成本，并且，装置运行不需要消耗热能，耗电量也大大低于现行方法，显著降低了装置运行成本；2.采用本装置回收汲取液简便易操作，且回收率高，能够真正实现汲取液的循环利用，起到了节约资源的作用。

附图说明

附图是本发明的一种正渗透海水淡化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的一种正渗透海水淡化装置，它包括：(1)一个其上开有进水口、出水口并且在其底部开有排放口的储水箱1；(2)一个预处理设备5，该预处理设备5的进水口通过其上依次装有第一出水阀门2、第一供水泵3以及第一流量计4的第一管路与所述的储水箱1的出水口相连通；(3)一个正渗透膜组件8，该正渗透膜组件包括壳体，在所述的壳体内装有正渗透膜，所述的正渗透膜将壳体内分为上下两室，在位于所述的上室处的壳体的一侧侧壁上开有原水进口并且在与该侧壁相对的另一侧壁上开有浓水排放口，在位于所述的下室处的壳体的一侧侧壁上开有汲取液进口并且在与该侧壁相对的另一侧壁上开有汲取液出口，在所述的壳体顶部开有排气口，所述的原水进口通过其上依次装有第二出水阀门6和第二供水泵7的第二管路与预处理设备5的出水口相连通；(4)汲取液回收设备10，该汲取液回收设备的进水口通过其上装有汲取液回收泵9的第三管路与所述的正渗透膜组件8的汲取液出口相连通；(5)淡水储存箱12，该淡水储存箱顶部开有进水口并且在其底部开有出水口，淡水储存箱的进水口通过第四管路与所述的汲取液回收设备的淡水出口相连通；(6)汲取液储存箱13，在该汲取液储存箱的侧壁上开有出水口，在该汲取液储存箱的底部开有排放口并且在其顶壁上开有回收口，所述的汲取液储存箱的回收口通过其上装有汲取液循环泵11的第五管路与汲取液回收设备的汲取液出口相连通，所述的汲取液储存箱的出水口通过其上依次装有阀门14、汲取液供给泵15以及第二流量计16的第六管路与所述的正渗透膜组的汲取液进口相连通。所述的第二管路和第六管路可以各自与一个其上装有阀门的清洗管路相连通。

所述的汲取液回收设备可经由市场上购得的层状或管状电磁铁加装壳体制成。所述的正渗透膜可以采用HTI等公司生产的专用膜。所述的预处理设备可以采用一般的保安过滤器。

本发明的流程如下：经过预处理的海水和磁性汲取液分别进入正渗透膜组件上室和下室的流道内，经过正渗透膜的分离，经过稀释的汲取液则进入汲取液回收装置，在汲取液回收装置中的层状电磁分离设备的磁力作用下，汲取液经管路回流入汲取液储存箱内循环利用，淡水从中分离出来，进入淡水储存箱内。

下面给出本发明的具体实施例，仅用于详细描述本发明，不构成对本发明权利要求的限制。

以TDS为35000mg/L、浊度为10NTU、pH值为8.0、温度为25℃的海水为原水，采用超滤设备作为淡化装置的预处理系统，采用水溶性的铁基磁性颗粒水溶液作为汲取液。

原水进入到储水箱1，在第一供水泵3作用下，经第一出水阀门2和第一流量计4进入原水预处理设备；经过预处理的原水由第二出水阀门6和第二供水泵7以低速和低压进入正渗透膜组件8的原水进水流道；同时，汲取液储存箱13内的汲取液，经阀门14、汲取液供给泵15、第二流量计16以低速和低压进入正渗透膜组件8的汲取液进水流道；在膜组件8内，正渗透膜的上室为原水，下室为汲取液，汲取液的渗透压大于原水的渗透压，在膜两侧较高的渗透压差的推动下，原水中的淡水透过致密的正渗透膜进入到汲取液当中，汲取液被稀释，而原水中的钠、氯等离子和分子被截留在了原水侧，流出膜组件后排放；经过稀释的汲取液流出膜组件由汲取液回收泵9进入汲取液回收设备10，淡水和磁性汲取液在一定强度的磁力作用下逐渐分离，回收的磁性汲取液经循环泵11回流入汲取液储存箱13内，制得的淡水由淡水流道流入淡水储存箱12内。

Claims (1)

1.一种正渗透海水淡化装置，其特征在于它包括：

(1)一个其上开有进水口、出水口并且在其底部开有排放口的储水箱；

(2)一个预处理设备，该预处理设备的进水口通过其上依次装有第一出水阀门、第一供水泵以及第一流量计的第一管路与所述的储水箱的出水口相连通；

(3)一个正渗透膜组件，该正渗透膜组件包括壳体，在所述的壳体内装有正渗透膜，所述的正渗透膜将壳体内分为上下两室，在位于所述的上室处的壳体的一侧侧壁上开有原水进口并且在与该侧壁相对的另一侧壁上开有浓水排放口，在位于所述的下室处的壳体的一侧侧壁上开有汲取液进口并且在与该侧壁相对的另一侧壁上开有汲取液出口，在所述的壳体顶部开有排气口，所述的原水进口通过其上依次装有第二出水阀门和第二供水泵的第二管路与预处理设备的出水口相连通；

(4)汲取液回收设备，所述的汲取液回收设备包括层状或管状电磁铁，在所述的层状或管状电磁铁外加装有壳体，所述的汲取液回收设备的进水口通过其上装有汲取液回收泵的第三管路与所述的正渗透膜组件的汲取液出口相连通；

(5)淡水储存箱，该淡水储存箱顶部开有进水口并且在其底部开有出水口，淡水储存箱的进水口通过第四管路与所述的汲取液回收设备的淡水出口相连通；

(6)汲取液储存箱，在该汲取液储存箱的侧壁上开有出水口，在该汲取液储存箱的底部开有排放口并且在其顶壁上开有回收口，所述的汲取液储存箱的回收口通过其上装有汲取液循环泵的第五管路与汲取液回收设备的汲取液出口相连通，所述的汲取液储存箱的出水口通过其上依次装有阀门、汲取液供给泵以及第二流量计的第六管路与所述的正渗透膜组的汲取液进口相连通。