CN102826700A - 一种海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，包括膜组件、过滤器、原水泵、太阳能加热器、太阳能热电系统、淡化水箱及连接各部件的管路，所述原水泵与过滤器的进口连接，过滤器的出口与膜组件的冷海水进口连接，膜组件的冷海水出口与太阳能热水器的进水口连接，太阳能热水器的出口与膜组件的热海水进口连接，膜组件的底部产水口与淡化水箱连接。本发明的海岛用太阳能海水淡化膜蒸馏装置具有热回收率高、设备简单、无需电力、操作成本低等优点。

Description

一种海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种水处理装置，具体讲涉及太阳能海水淡化膜蒸馏。

背景技术

海水淡化是最经济并且有利环境的淡水取用方式,已成为大规模开辟新水源、解决日益严重的世界性缺水问题的首选方案。目前,工业上大规模使用的海水淡化方法主要是蒸馏法和膜法两种。20世纪50年代初,膜技术被应用于海水淡化,到20世纪70年代膜法海水淡化已商品化,现在已成为最经济的海水和苦咸水淡化技术。膜技术在海洋资源深度开发利用中正在发挥重大作用。近20多年来发展的新型膜分离技术———膜蒸馏技术,随着膜制备技术的日趋成熟,已逐渐走向工业化。与传统的分离过程相比,膜蒸馏过程具有可利用低品质热源(如太阳能、地热、废热)、截留率高、设备简单、操作方便等优点。在能源日益紧张的现代社会,膜蒸馏海水淡化技术无疑具有很大的竞争力。

我国面积大于500平方米的岛屿有6500多个，但因淡水缺乏仅有400多个岛屿有常住居民。目前中国的海岛基本上还是依赖于补给船补给淡水，费用高昂，而且对于非常偏远的海岛，存在电力不足或根本无法供电的情况，其他海水淡化设备根本无法运行，遇到战争等非常时期，补给线容易被切断，使得海岛国防、生产及生活等极为被动。但是在海岛上，虽然电力匮乏，但太阳能资源丰富，若能有效地利用太阳能实现海水淡化，就能实现不依赖于远洋供给和电能，解决生活及饮用水问题。本发明研制出完全以太阳能为驱动力，实现海水淡化膜蒸馏装置全自动运行，特别适用于海岛等根本无电力的地区。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种利用太阳能的膜蒸馏海水淡化装置，该装置完全利用太阳能，使用具有内部热能回收功能的膜组件，采用膜蒸馏的原理，实现海水淡化。该装置可以在无任何电能供应的海岛，持续稳定的为居民供应生活用水及饮用水。该装置使用具有内部热能回收功能的膜组件，省去了换热器，避免了金属换热器的腐蚀问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括膜组件、过滤器、原水泵、太阳能加热器、太阳能热电系统、淡化水箱及连接各部件的管路，所述原水泵与过滤器的进口连接，过滤器的出口与膜组件的冷海水进口连接，膜组件的冷海水出口与太阳能热水器的进水口连接，太阳能热水器的出口与膜组件的热海水进口连接，膜组件的底部产水口与淡化水箱连接。

所述的膜组件共有六个接口，分别为热海水进口、热海水出口、冷海水进口、冷海水出口、排气口与产水口，组件内部中空纤维膜组以片状帘式形式平行排布。

所述的中空纤维膜组所用的膜丝材质为聚四氟乙烯（PTFE）,膜丝外径为2.0-2.5mm，内径为0.6-1.5mm，平均孔径为0.05-0.5μm，孔隙率为50-85%。

所述的PTFE中空纤维膜组，膜丝数量为50-200根，膜丝长度为0.6-1.5m。

所述的PTFE中空纤维膜组按照功能，可分为热海水膜组与冷海水膜组，组件内的热海水膜组与冷海水膜组交错排列，膜组数量为5～50片，间隔距离1-10mm。组件内部每片冷热海水膜组两端都具有进、出水口，并联连接后，接口分别与组件冷热水进出口连接。

所述的原水泵为耐腐蚀的输水泵或水气混合泵。

此种海岛用太阳能海水淡化膜蒸馏装置工艺过程为：

海水通过原水泵提升，经过过滤器初步过滤，去除海水中固体颗粒及胶体，避免造成膜组件污染。过滤后的冷海水由膜组件的冷海水进口进入并均匀流入所有冷海水膜组，于此同时，太阳能热水器中经过升温的热海水由膜组件的热海水进口进入并均匀流入所有热海水膜组。其中冷海水自下而上经过冷海水膜组，热海水自上而下经过热海水膜组，由于温度差导致的蒸汽压差作用，热海水中的一部分水分子会以蒸汽状态穿过膜的微孔，在冷海水侧膜丝表面凝结成液态纯净水，由组件底部产水口流出至淡化水箱。冷海水膜组在起到冷凝作用的同时，其中流过的冷海水吸收大量冷凝潜热，被升温至40-50摄氏度，在此温度下的冷海水一方面可以在组件内形成二次膜蒸馏，另一方面此料液从组件的冷海水出口流出，流入太阳能热水器，经过加热后作为热海水进入组件。如此循环，在连续获得高品质淡水的同时充分利用了膜蒸馏过程中的冷凝潜热，减小了太阳能热水器的规模。

本发明的海岛用太阳能海水淡化膜蒸馏装置具有热回收率高、设备简单、无需电力、操作成本低等优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明实施例的工艺流程图。

其中，1-原水泵、2-太阳能热电系统、3-过滤器、4-膜组件、5-太阳能热水器、6-淡化水箱、7-热海水膜组、8-冷海水膜组、9-冷海水进口、10-冷海水出口、11-太阳能热水器进口、12-太阳能热水器出口、13-热海水进口、14-热海水出口、15-产水口。

具体实施方式

如图1所示，装置工作时，海水通过原水泵1提升，由膜组件的冷海水进口9进入膜组件4，在此之前通过过滤器3将海水中的杂质和胶体除去，避免造成膜组件污染堵塞。冷海水流经膜组件4后由太阳能热水器进口11进入太阳能热水器5。太阳能热水器5进水口11、出水口12安装有电磁阀，其中进口电磁阀与原水泵1联动，由太阳能热水器5内液位调节，液位低时打开进口电磁阀，启动原水泵1，反之关闭。太阳能热水器5出口电磁阀的开关由太阳能热水器5内的温度控制，当太阳能热水器5内温度达到70℃以上时，打开出口电磁阀，热海水由热海水进口13进入膜组件4，膜组件4内的PTFE中空纤维膜组以片状帘式结构按冷热水流道间隔3mm堆叠而成，热海水膜组7与冷海水膜组8内的海水通过各自流道逆流经过膜组件4，由于温度差导致的蒸汽压差作用，热海水中的一部分水分子会以蒸汽状态穿过膜的微孔，在冷海水侧膜丝表面凝结成液态纯净水，液态纯净水从膜组件4的产水口15流至淡化水箱6。在该装置运行中，在膜组件4内部，热海水侧8形成的水蒸气在冷海水侧7膜丝表面凝结的同时，起到了加热冷海水的作用，使冷海水在进入太阳能热水器5前获得了一定温度，回收了大量的冷凝潜热，减小了太阳能热水器的规模。装置中的原水泵1及电磁阀均由阳能热电系统或太阳能光电池2驱动，在电力缺乏或根本无电力的海岛上实现海水淡化。

采用本实施例，装置的热回收率达到70%以上。其中

（1）原水泵：耐腐蚀水气混合泵。

（2）太阳能热电系统：单晶硅光伏电池阵列，1㎡，电功率125.0W。

（3）过滤器：ABS保安过滤器，3芯，配20英寸PP棉滤芯，孔径5μm。

（4）膜组件：聚四氟乙烯中空纤维膜组件，膜管长度为1m，孔隙率70%，外径2.4mm，内径0.8mm，蒸馏面积1.2㎡。

（5）太阳能热水器：太阳能热水器，集热面积约为1㎡。

（6）原料液：海水。

（7）膜组件热海水进口温度：70-80℃。

（8）产水通量：8.63L/(㎡h)。

（9）产水电导率：5-20us/cm。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (6)

1.一种海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括膜组件（4）、过滤器（3）、原水泵（1）、太阳能加热器（5）、太阳能热电系统（2）、淡化水箱（6）及连接各部件的管路，所述原水泵（1）与过滤器（3）的进口连接，过滤器（3）的出口与膜组件（4）的冷海水进口连接，膜组件（4）的冷海水出口与太阳能热水器（5）的进水口连接，太阳能热水器（5）的出口与膜组件（4）的热海水进口连接，膜组件（4）的底部产水口与淡化水箱（6）连接。

2.根据权利要求1所述的海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述膜组件（4）共有六个接口，分别为热海水进口（13）、热海水出口（14）、冷海水进口（9）、冷海水出口（10）、排气口与产水口（15），组件内部中空纤维膜组以片状帘式形式平行排布。

3.根据权利要求2所述的海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：中空纤维膜组所用的膜丝材质为聚四氟乙烯，膜丝外径为2.0-2.5mm，内径为0.6-1.5mm，平均孔径为0.05-0.5μm，孔隙率为50-85%。

4.根据权利要求2或3所述的海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述的中空纤维膜组，膜丝数量为50-200根，膜丝长度为0.6-1.5m。

5.根据权利要求2或3所述的海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述的中空纤维膜组分为热海水膜组与冷海水膜组，组件内的热海水膜组与冷海水膜组交错排列，膜组数量为5～50片，间隔距离1-10mm，组件内部每片冷热海水膜组两端都具有进、出水口，并联连接后，接口分别与组件冷热水进出口连接。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种海岛用太阳能膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述的原水泵为耐腐蚀输水泵或水气混合泵。

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