CN105948186A - 盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统及方法。系统包括：盐差能发电模块、海水淡化模块和控制模块；盐差能发电模块包括管道循环泵、料液集水罐、驱动溶液集水罐、增压泵、正渗透膜组和水轮发电机，料液集水罐通过管道循环泵与正渗透膜组的淡水通道连接，驱动溶液集水罐通过增压泵与正渗透膜组的海水通道连接，正渗透膜组的海水通道的出口连接水轮发电机；海水淡化模块包括产水水箱、反渗透膜组和海水淡化泵，海水淡化泵连接在水轮发电机和反渗透膜组的海水通道之间，反渗透膜组的淡水通道连接产水水箱；控制模块包括计算机，计算机分别与管道循环泵、增压泵、水轮发电机和海水淡化泵连接。

Description

盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统及方法

技术领域

本发明涉及机械设备，尤其涉及一种盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统及方法。

背景技术

我国水资源的比重中，淡水资源仅为2.5%，海水资源则占到97.5%，大力发展海水淡化技术是解决沿海地区淡水资源短缺的新趋势。目前，海水淡化应用技术主要有：多级闪蒸法、低温多效蒸馏法、反渗透法和电渗析法。由于反渗透技术具有经济效益显著，系统应用灵活、操作维修方便，原水回收率高等特点，在海水淡化领域的应用最为广泛。在实际使用过程中，反渗透法需要采用渗透膜，并通过泵对渗透膜施加恒定水力压力输入，导致能耗较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统及方法，实现通过盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统降低能耗。

本发明提供的技术方案是，一种盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，包括：盐差能发电模块、海水淡化模块和控制模块；所述盐差能发电模块包括管道循环泵、料液集水罐、驱动溶液集水罐、增压泵、正渗透膜组和水轮发电机，所述料液集水罐通过所述管道循环泵与所述正渗透膜组的淡水通道连接，所述驱动溶液集水罐通过所述增压泵与所述正渗透膜组的海水通道连接，所述正渗透膜组的海水通道的出口连接所述水轮发电机；所述海水淡化模块包括产水水箱、反渗透膜组和海水淡化泵，所述海水淡化泵连接在所述水轮发电机和所述反渗透膜组的海水通道之间，所述反渗透膜组的淡水通道连接所述产水水箱；所述控制模块包括计算机，所述计算机分别与所述管道循环泵、所述增压泵、所述水轮发电机和所述海水淡化泵连接。

进一步的，所述正渗透膜组的淡水通道的出口连接所述料液集水罐。

进一步的，所述反渗透膜组的海水通道的出口通过电动阀连接所述驱动溶液集水罐，所述电动阀与所述计算机连接。

进一步的，所述料液集水罐中设置有料液电导率传感器，所述驱动溶液集水罐中设置有驱动溶液电导率传感器，所述反渗透膜组的海水通道中设置有浓水电导率传感器，所述料液电导率传感器、所述驱动溶液电导率传感器和所述浓水电导率传感器分别与所述计算机连接。

本发明还提供一种盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化方法，采用上述盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，其中，料液集水罐中盛放有污水，驱动溶液集水罐中盛放有海水，具体方法包括：盐差能发电模式和海水淡化模式；

盐差能发电模式为：料液集水罐中的污水通过管道循环泵泵入到正渗透膜组的淡水通道中，驱动溶液集水罐中的海水通过增压泵泵入到正渗透膜组的海水通道中，在渗透压的作用下，污水中的淡水渗透到海水侧，使得正渗透膜组的海水通道内的流体静压力上升，正渗透膜组的海水通道与水轮发电机相连，并利用上升的流体静压力驱动水轮发电机运转，以将盐差能转化为电能；

海水淡化模式为：流经水轮发电机的海水被海水淡化泵泵入到反渗透膜组，在反渗透作用下，部分海水被淡化形成淡水。

本发明提供的盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统及方法，通过利用生活或工业污水和海水在正渗透膜组中进行渗透，在渗透压的作用下将通过海水驱动水轮发电机转动发电，同时，流经水轮发电机的海水通过海水淡化泵泵入到反渗透膜组中进行反渗透便可以完成海水淡化的作用，在海水淡化的过程中，可以充分利用渗透压的作用，以减少不必要的压力输入，提高整个系统的能源利用效率，实现通过盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统降低能耗。另外，针对盐差能利用、海水淡化、废水资源化回收利用、以及节能减排而开发的，最后可以充分回收废水中的水资源用于稀释海水，降低RO阶段操作压力从而降低海水淡化整个的设备投资以及降低后续浓缩废水溶质资源回收的能量消耗，故具有较好的经济及社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统实施例的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，包括：包括：盐差能发电模块1、海水淡化模块2和控制模块；所述盐差能发电模块1包括管道循环泵12、料液集水罐11、驱动溶液集水罐14、增压泵15、正渗透膜组13和水轮发电机16，所述料液集水罐11通过所述管道循环泵12与所述正渗透膜组13的淡水通道连接，所述驱动溶液集水罐14通过所述增压泵15与所述正渗透膜组13的海水通道连接，所述正渗透膜组13的海水通道的出口连接所述水轮发电机16；所述海水淡化模块2包括产水水箱23、反渗透膜组22和海水淡化泵21，所述海水淡化泵21连接在所述水轮发电机16和所述反渗透膜组22的海水通道之间，所述反渗透膜组22的淡水通道连接所述产水水箱23；所述控制模块包括计算机3，所述计算机3分别与所述管道循环泵12、所述增压泵14、所述水轮发电机16和所述海水淡化泵21连接。

具体而言，本实施例盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统包括管道循环泵12、料液集水罐11、料液电导率传感器31、驱动溶液集水罐14、 驱动溶液电导率传感器32、增压泵15、正渗透膜组13、水轮发电机16、海水淡化泵21、反渗透膜组22、浓水电导率传感器33、产水水箱23、计算机3、电动阀34。具体实施方式为：料液集水罐11中的料液通过管道循环泵12泵入到正渗透膜组13的淡水通道中，4中的海水通过6泵入到正渗透膜组13的海水通道中。在渗透压的作用下，淡水渗透到海水侧，使得该侧流体静压力上升。正渗透膜组海水侧出口与水轮发电机16相连，并利用上升的流体静压力驱动水轮发电机运转，从而将盐差能转化为电能。释放掉能量后的稀释海水被海水淡化泵21泵入到12反渗透膜组中，通过施加一定的压力，在反渗透作用下，该部分海水被淡化，进而产出可直接利用的淡水。

料液电导率传感器31、驱动溶液电导率传感器32和浓水电导率传感器33可以实时监测溶液的浓度变化，并将结果反馈到计算机3；计算机3对反馈结果进行分析处理后，发出指令调控管道循环泵12、增压泵15和海水淡化泵21的转速，使其输出流量适应膜组需求，达到最佳状态。料液集水罐11和管道循环泵12通过管道相连，料液电导率传感器31安装在料液集水罐11中，探头沉入到料液中约5cm左右；管道循环泵12出口与正渗透膜组13淡水通道进口连接，污水经过正渗透膜组13发生渗透之后，又通过管道回到料液集水罐11中。增压泵15和驱动溶液集水罐14相连接，驱动溶液电导率传感器32安装在驱动溶液集水罐14中，探头沉入驱动溶液5cm左右用于监测驱动浓度变化。增压泵15出口与正渗透膜组13的海水通道进口连接，海水被泵入到正渗透膜组13之后，在渗透压的作用下，淡水通道中的水渗透到海水通道，渗透压差被转化为流体静压。正渗透膜组13海水通道的出口与水轮发电机16相连，在正渗透作用下，海水通道产生的流体静压及施加的相应大小的被压共同驱动水轮发电机16旋转，将压力能转化为电能。

计算机3根据料液电导率传感器31和驱动溶液电导率传感器32监测到的数据，分析处理之后发出指令调控管道循环泵12和增压泵15的转速，使正渗透膜组两侧溶液保持最佳渗透效果。

压力能释放完成后被海水淡化泵21泵入到反渗透膜组22。计算机3根据浓水电导率传感器33监测到的溶液浓度，进行分析处理并发出指令调控海水淡化泵21的转速，进而控制反渗透膜组22进口的流量和压力。在反渗透作用下，淡化后的海水排入产水水箱23中。

由于在海水淡化过程中，反渗透膜组进口侧的海水浓度不断升高，当浓度等于或者高于驱动溶液集水罐14中海水的初始浓度时，停止淡化过程，打开电动阀34将该部分海水泵入到驱动溶液集水罐14中反复利用。

本实施例中料液采用的是预处理后的污废水，对其浓度不做具体限制；生活污水工业污水如果直接排放掉并不产生任何经济效益，若采用本发明装置处理后，不但可以产生电能，还能减少对环境的污染。驱动溶液采用的是海水，由于海水分布广泛，获取容易，所以可以有效降低投资成本；另外，理论上正渗透膜组两侧浓度差越大所产生的渗透压差也就越大，但考虑到系统的综合应用及膜的实用寿命等影响因素，浓度差的界定并不是越大越好，同时也要衡量发电的成本等。本实施例中，正渗透，反渗透膜元件的数量可以综合考虑发电厂的容量，特定浓度差下功率密度，淡水需求量确定所需膜面积，然后根据具体计划选择膜的型号数量。本实施案例中淡化海水采用的是超低压模式，既可以充分利用释放掉压力能后的海水，还可以在工艺流程中省去能量回收装置，降低项目投资成本。本实施例中水轮发电机所产生的电能整合处理之后也可以给泵和计算机等耗电设备供电。

本发明的发电系统和海水淡化工艺，对于推广盐差能的开发利用，简化海水淡化流程降低淡化成本具有重要的意义，特别是对沿海城市及海岛居民，这种发明在解决发电问题的同时还能将污废水重新利用起来，绿色且又环保。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，其特征在于，包括：盐差能发电模块、海水淡化模块和控制模块；

所述盐差能发电模块包括管道循环泵、料液集水罐、驱动溶液集水罐、增压泵、正渗透膜组和水轮发电机，所述料液集水罐通过所述管道循环泵与所述正渗透膜组的淡水通道连接，所述驱动溶液集水罐通过所述增压泵与所述正渗透膜组的海水通道连接，所述正渗透膜组的海水通道的出口连接所述水轮发电机；

所述海水淡化模块包括产水水箱、反渗透膜组和海水淡化泵，所述海水淡化泵连接在所述水轮发电机和所述反渗透膜组的海水通道之间，所述反渗透膜组的淡水通道连接所述产水水箱；

所述控制模块包括计算机，所述计算机分别与所述管道循环泵、所述增压泵、所述水轮发电机和所述海水淡化泵连接。

2. 根据权利要求1所述的盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，其特征在于，所述正渗透膜组的淡水通道的出口连接所述料液集水罐。

3. 根据权利要求1所述的盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，其特征在于，所述反渗透膜组的海水通道的出口通过电动阀连接所述驱动溶液集水罐，所述电动阀与所述计算机连接。

4. 根据权利要求1-3任一所述的盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，其特征在于，所述料液集水罐中设置有料液电导率传感器，所述驱动溶液集水罐中设置有驱动溶液电导率传感器，所述反渗透膜组的海水通道中设置有浓水电导率传感器，所述料液电导率传感器、所述驱动溶液电导率传感器和所述浓水电导率传感器分别与所述计算机连接。

5. 一种盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一所述的盐差能发电耦合超低压反渗透海水淡化系统，其中，料液集水罐中盛放有污水，驱动溶液集水罐中盛放有海水，具体方法包括：盐差能发电模式和海水淡化模式；

盐差能发电模式为：料液集水罐中的污水通过管道循环泵泵入到正渗透膜组的淡水通道中，驱动溶液集水罐中的海水通过增压泵泵入到正渗透膜组的海水通道中，在渗透压的作用下，污水中的淡水渗透到海水侧，使得正渗透膜组的海水通道内的流体静压力上升，正渗透膜组的海水通道与水轮发电机相连，并利用上升的流体静压力驱动水轮发电机运转，以将盐差能转化为电能；

海水淡化模式为：流经水轮发电机的海水被海水淡化泵泵入到反渗透膜组，在反渗透作用下，部分海水被淡化形成淡水。