CN102234144A - 一种膜蒸馏净水装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能膜蒸馏净水装置，包括：太阳能集热管与疏水性中空纤维膜组件、自来水储水箱、循环水泵依次管接，构成热水回路；疏水性中空纤维膜组件的另外一侧与纯水箱管接，构成冷纯水回路。通过本发明取得如下效果：本发明为结合太阳能加热与膜蒸馏净水原理的一种净水方法及其装置，具有净化水水质好、净化水收率高、能耗低的优点。在本发明的系统中，待处理的液体可以是自来水、海水等。

Description

一种膜蒸馏净水装置与方法
技术领域
本发明涉及一种膜蒸馏装置与方法，尤其涉及太阳能加热与膜蒸馏净水结合起来的水净化处理装置和水处理方法。
背景技术
现有超滤膜净水方法及其装置不能有效去除水体中的离子物和小分子有机污染物，反渗透膜方法能耗高，并且净化水收率低。本发明为结合太阳能加热与膜蒸馏净水原理的一种净水方法及其装置，具有净化水水质好、净化水收率高、能耗低的优点。
膜蒸馏在近年来吸引了世界范围内的关注和研究。与普通蒸发器比较，膜蒸馏的一个最显著的特征是单位体积的蒸发面积大，因而可以使装置在常压、较低温度的蒸发过程中高效地运行，且蒸馏操作所需的汽相空间很小。与反渗透相比，膜蒸馏是热驱动过程，操作压力低，因此对膜机械性能的要求低，设备费用也低，过程安全性得到了提高，而且，膜蒸馏的操作压力低，脱盐率高，膜污染少。膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。在微孔疏水膜两侧的蒸汽压差的驱动下，水蒸汽从被加热的原水一侧穿过疏水膜后再被冷凝为液态的分离过程。由于膜的疏水性，只有水蒸汽能透过膜孔，原水以及溶解在其中的非挥发性溶质无法穿过膜孔，所以膜蒸馏过程理论上可以对离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发物实现100％的脱除。微孔疏水膜在膜蒸馏过程中起两相之间的支撑屏蔽作用。在膜蒸馏的过程中，同时发生传热与传质两种过程，温差极化与温差极化现象也会同时产生，从而对膜蒸馏的过程产生不利的影响。
膜蒸馏过程的操作温度低于传统的蒸馏过程，而操作压力又低于传统的膜分离过程；对膜的机械性能要求较低；与传统的蒸馏过程相比，蒸汽空间显著减少。
膜蒸馏技术具有操作压力低，可得到99.99％的脱盐率和在良好操作条件下高于反渗透的水通量，显示了它作为反渗透技术的替代(大规模纯水制备)或补充技术(如用于船舶饮用水等)的应用潜力，在降低投资和运行费用，提高水的利用率，减少浓水排放方面，可望取得显著的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种结合太阳能加热与膜蒸馏净水原理的一种净水方法及其装置。
本发明提供一种太阳能膜蒸馏净水装置，其特征在于：太阳能集热管与疏水性中空纤维膜组件、自来水储水箱、循环水泵依次管接，构成热水回路；疏水性中空纤维膜组件的另外一侧与纯水箱管接，构成冷纯水回路。
此外，集热管的出口连接到膜组件的管程入口、储水箱连接到膜组件的管程出口。
另外，疏水性中空纤维膜组件的壳程与纯水箱管接，纯水箱的重力位置高于疏水性中空纤维膜组件的壳程下侧入口，纯水箱的高液位高于膜组件的壳程上侧出口，在纯水箱的高液位与膜组件的壳程上侧出口之间，管接纯水净化水管路和阀门，当纯水箱中纯水的液位高于膜组件的壳程上侧出口时，在重力作用下，净化水经由阀门流出。
另外，纯水箱上方设置有呼吸器，使纯水箱中的空气与大气相通，并防止空气中的细菌与灰尘进入纯水箱。
另外，储水箱上设置有自来水补水管和电加热管。
另外，热水管路上设置低位排污阀。
本发明还提供一种使用如上所述净水装置的太阳能膜蒸馏净水方法，其特征在于：热水回路中的自来水，被斜置的太阳能集热管加热后，自然上升进入膜组件内，在膜组件另外一侧的冷流体作用下，一部分热水发生膜蒸馏效应，透过疏水性中空纤维膜，进入膜组件的另外一侧，另一部分被降温的热水，从膜组件流出，进入自来水储水箱，再由管路，流入被斜置的太阳能集热管下端口；纯水箱中的冷的纯水，在重力的作用下，经由膜组件的入口流入中空纤维膜丝，汇合了透过疏水性中空纤维膜的热水并被加热后，自然上升，经由中空纤维膜丝的出口返回纯水箱中。
通过本发明取得如下效果：
本发明为结合太阳能加热与膜蒸馏净水原理的一种净水方法及其装置，具有净化水水质好、净化水收率高、能耗低的优点。
在本发明的系统中，待处理的液体可以是自来水、海水等。
附图说明
图1是本发明太阳能膜蒸馏净水装置示意图。
具体实施方式
本发明太阳能膜蒸馏净水装置如图1所示，太阳能集热管6、疏水性中空纤维膜组件1、自来水储水箱3、循环水泵5依次管接，构成热水回路。其中，集热管6的出口连接到膜组件1的管程入口11、储水箱连接到膜组件1的管程出口12。膜组件1中装填有疏水性中空纤维膜，水箱3和连接管路需要做保温处理。在储水箱3上设置有自来水补水管8和电加热管4，当自来水储水箱水位较低时，由补水管8自动补水；当自来水储水箱温度低于40℃或预先设定的温度时，可以自动开启电加热管4，并启动循环水泵5，一方面保障净化水的产生，另一方面起到冬天管路防冻作用。此外，太阳能集热管6斜置，可以是水为介质的太阳能集热真空管，也可以是内充氟利昂等制冷剂为介质的太阳能热管。
疏水性中空纤维膜组件1的壳程与纯水箱2管接，构成冷纯水回路。纯水箱2的重力位置高于疏水性中空纤维膜组件1的壳程下侧入口14，纯水箱2的高液位高于膜组件1的壳程上侧出口13，在纯水箱2的高液位与膜组件1的壳程上侧出口13之间，管接纯水净化水管路和阀门7，当纯水箱2中纯水的液位高于膜组件1的壳程上侧出口13时，在重力作用下，净化水经由阀门7流出。纯水箱2上方设置有呼吸器9，可以保障纯水箱中的空气与大气相通，并可以防止空气中的细菌与灰尘进入纯水箱。
净水方法：热水回路中的自来水，被斜置的太阳能集热管6加热后，自然上升，由膜组件的管程入口11进入膜组件1内中空纤维膜丝的管程，在膜组件壳程的冷流体作用下，一部分热水发生膜蒸馏效应，透过疏水性中空纤维膜，进入膜组件的壳程，另一部分被降温的热水，从膜组件管程出口12流出，进入自来水储水箱3，再由管路，流入被斜置的太阳能集热管6下端口。
纯水箱2中的冷的纯水，在重力的作用下，经由膜组件1的壳程下侧管入口14，流入下方膜组件1内中空纤维膜丝的壳程，汇合了透过疏水性中空纤维膜的热水并被加热后，自然上升，经由中空纤维膜丝的壳程上侧管接口13，返回纯水箱2中。
打开阀门7，即可取用本发明装置制造的纯水。
长期使用后，打开热水管路的低位排污阀10，将管路中浓污水排出。本装置的自来水净化收率可达99％以上，若水源为海水，本发明的装置的净水收率也可达75％以上，高于一般的净水装置净化水收率，可以节水减排。
本发明的装置中，热水回路也可以进入膜组件内中空纤维膜丝的壳程，冷的纯水回路流经膜组件内中空纤维膜丝的管程。
本发明的装置首次使用前，需将纯水预先灌入纯水箱2中，以便启动净水装置。
除太阳能集热管6外，本发明的净水装置的主要部件：膜组件1、纯水箱2、自来水储水箱3、循环水泵5可以置于室内，可以冬天防冻并便于装置检修。
本发明的装置在有阳光照射的情况下，可以在太阳能的驱动下，自动运行，产生净化水，不消耗额外能量。净化水质为蒸馏水，可以直接饮用。
本发明的装置可以用于家庭饮用水净化，也可以用于集团办公楼供水，甚至用于小区供水和野外饮用水。
本发明的装置也可以与太阳能热水器组合，在提供热水的同时，提供饮用净化水。
将太阳能集热管6改为换热器，利用锅炉冷却水的余热，热水回路改为海水，则可获得船用饮用水净化装置。

Claims (7)

1.一种太阳能膜蒸馏净水装置，其特征在于：
太阳能集热管(6)与疏水性中空纤维膜组件(1)、自来水储水箱(3)、循环水泵(5)依次管接，构成热水回路；
疏水性中空纤维膜组件(1)的另外一侧与纯水箱(2)管接，构成冷纯水回路。
2.根据权利要求1所述的太阳能膜蒸馏净水装置，其特征在于：
集热管(6)的出口连接到膜组件(1)的管程入口(11)、储水箱连接到膜组件(1)的管程出口(12)。
3.根据权利要求1所述的太阳能膜蒸馏净水装置，其特征在于：
疏水性中空纤维膜组件(1)的壳程与纯水箱(2)管接，纯水箱(2)的重力位置高于疏水性中空纤维膜组件(1)的壳程下侧入口(14)，纯水箱(2)的高液位高于膜组件(1)的壳程上侧出口(13)，在纯水箱(2)的高液位与膜组件(1)的壳程上侧出口(13)之间，管接纯水净化水管路和阀门(7)，当纯水箱(2)中纯水的液位高于膜组件(1)的壳程上侧出口(13)时，在重力作用下，净化水经由阀门(7)流出。
4.根据权利要求3所述的太阳能膜蒸馏净水装置，其特征在于：
纯水箱(2)上方设置有呼吸器(9)，使纯水箱中的空气与大气相通，并防止空气中的细菌与灰尘进入纯水箱。
5.根据权利要求1所述的太阳能膜蒸馏净水装置，其特征在于：
储水箱(3)上设置有自来水补水管(8)和电加热管(4)。
6.根据权利要求1所述的太阳能膜蒸馏净水装置，其特征在于：
热水管路上设置低位排污阀(10)。
7.一种使用如权利要求1所述净水装置的太阳能膜蒸馏净水方法，其特征在于：
热水回路中的自来水，被斜置的太阳能集热管(6)加热后，自然上升进入膜组件(1)内，在膜组件另外一侧的冷流体作用下，一部分热水发生膜蒸馏效应，透过疏水性中空纤维膜，进入膜组件的另外一侧，另一部分被降温的热水，从膜组件流出，进入自来水储水箱(3)，再由管路，流入被斜置的太阳能集热管(6)下端口；
纯水箱(2)中的冷的纯水，在重力的作用下，经由膜组件(1)的入口流入中空纤维膜丝，汇合了透过疏水性中空纤维膜的热水并被加热后，自然上升，经由中空纤维膜丝的出口返回纯水箱(2)中。
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