CN107108278A - 用于太阳能驱动渗透水纯化的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于纯化水的方法，包括如下步骤：‑在半透膜(3)的进料侧(4)上提供包含水的进料液流(10)，其具有第一渗透压和温度T1；‑在半透膜(3)的提取侧(5)提供包含提取溶质的提取液流(11)，其具有第二渗透压和温度T2，第二渗透压高于第一渗透压；‑使水穿过半透膜(3)到达提取侧(5)以使得水与提取液流(11)混合，从而产生稀释的提取液流(12)，其具有温度T3；其特征在于，‑提取液流(11)的温度T2高于进料液流(10)的温度T1，使得稀释的提取液流(12)的温度T3低于温度T2；‑提供至少一个太阳能板(13)，所述太阳能板(13)包括与提取侧(5)连通的热交换管道系统(14)，并且太阳能板(13)具有高于温度T3的温度T4；‑使稀释的提取液流(12)进入到热交换管道系统(14)中，使得太阳能板(13)冷却到温度T5并且加热稀释的提取液流(12)，从而形成加热的提取液流(22)，其具有温度T6；‑使加热的提取液流(22)进入到分离单元(17)中，使得所述流(22)被分离成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23)；‑使回收的提取液的流(23)通到半透膜(3)的提取侧(5)以进行循环。还提供了用于纯化水的系统及其用途。
Description
技术领域
本发明涉及用于纯化水的方法，相关的系统及其用途。
更特别地，本发明涉及用于太阳能驱动渗透水纯化的方法，相关的系统及其用途。
背景技术
正渗透指一种如下现象，其中水通过渗透压从较低溶质浓度溶液移动到较高溶质浓度的溶液中。反渗透是人为施加压力以使水在相反方向移动的方法。
通过反渗透的脱盐作用是水处理领域中已知的技术。然而，反渗透脱盐包括人为施加相对高的压力并因此需要非常高的能量消耗。
为了提高能效，在脱盐工艺的领域中已经描述了利用渗透压的原理的正渗透方法。例如，US 2012/0228222公开了使用正渗透的分离方法，其通常包括通过使用第二浓缩溶液(second concentrated solution)将来自第一溶液的溶剂提取跨过半透膜，以从第一溶液中提取溶剂以浓缩其中的溶质。第一溶液可包含废水。在第二溶液内的多种溶质可通过方法回收和循环以影响平衡的改变并消除废产品。可使用来自工业或商业来源的低级别废热产生提高的效率。
WO 02/060825描述了一种能量有效的脱盐方法(不产生废产品)，其包括通过使用第二浓缩溶液将来自第一溶液的水提取跨过半透膜，以从诸如海水的第一溶液中提取水。
另外，在本领域中，公开了用于正渗透水纯化或脱盐的改进的系统和方法。例如，WO 2012/148864提供了一种用于纯化污染的水的方法，其中使包含水并具有第一渗透压的污染的进料液流穿过半透膜到达具有提取液流的提取侧，提取液流在半透膜的提取侧具有第二渗透压。将稀释的提取液流加热、凝聚和冷却以产生冷却的单相富含水的流，其被纯化以产生水产品流。
WO 2012/081747公开了一种正渗透连续过程水处理系统和方法，其能够提供饮用水产品技术。
本领域中已经使用碳酸氢铵、二氧化硫、脂肪醇、硫酸铝、葡萄糖、果糖、硝酸钾和类似物作为用于渗透提取液的溶质。还描述了在正渗透水处理装置和方法中将热敏感共聚物用作提取溶质，如例如在EP 2 641 927中公开的。
尽管本领域中已知的方法和系统目的在于提高能效，但主要的缺点是它们仍确实需要相对高的能量消耗。
发明内容
发明目的
本发明的方面设想了提供一种水处理的改进方法以及相关的系统，其克服了现有技术方法和系统的缺点。
更特别地，设想了提供用于在非常低的能量消耗的情况下用于制备纯化水的方法和相关的系统。
发明概述
根据本发明的方面，因此提供了用于纯化水的方法，如在所附权利要求中阐述的。
根据本发明的其它方面，提供了用于纯化水的系统，如在所附的权利要求中阐述的。
根据本发明的其它方面，提供了本发明的系统的用途，如在所附的权利要求中阐述的。
本发明的有利方面在从属权利要求中阐述。
附图说明
将参照附图更详细地描述本发明的方面，其中相同的附图标记说明相同的特征。在附图中，没有显示所有可替换的方案和选项，并且因此本发明不限于所给定附图的内容。
图1示意性示出了根据本发明的一个方面的系统(1)，其用于纯化水。
图2示意性示出了如在图1中说明的系统(1)，其进一步包括表示在系统中不同温度的参考标记。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，提供了用于水纯化的系统(或用于纯化水的系统)。
更特别地，提供了用于从(污染的)进料液(其包含水)的流中纯化水的系统。
本发明的系统使用正渗透来提高太阳能板效率，其用于纯化水。
更特别地，本发明的系统使用正渗透来实现由太阳能板提供的电力的高效产生，其用于水纯化。
本发明的系统可因此用于纯化水，同时(在相同的时间)提高太阳能板效率。
在本发明的上下文中，提高太阳能板效率指提高板的光电转换效率，并因此提高板的输出电能。
在本发明中，太阳能板效率被提高了，同时由太阳能板产生的热被进一步用于纯化水。
在本发明的上下文中，太阳能板指光伏板，在本说明书其还被表示为PV板。
如在图1中示意性说明的，根据本发明的系统(1)包括正渗透单元(2)(或由其组成)，正渗透单元(2)包括半透膜(3)(或由其组成)，半透膜(3)包括进料侧(4)和提取侧(5)，所述进料和提取侧(4、5)具有入口(6、8)和出口(7、9)，所述进料侧(4)配置为用于(通过进料侧入口(6))接收包含水的进料液流(10)，所述提取侧(5)配置为用于(通过提取侧入口(8))接收包含提取溶质的提取液流(11)，其中半透膜(3)配置为使来自进料液流(10)的水通到提取侧(5)以(在提取侧(5)中)产生稀释的提取液流(12)(其能通过提取侧出口(9)离开单元(2))；
其特征在于，系统(1)包括至少一个太阳能板(13)以及分离单元(17)，该太阳能板(13)包括热交换管道系统(14)，所述管道系统(14)具有入口(15)和出口(16)，所述入口(15)与正渗透单元(2)的提取侧出口(9)连通，热交换管道系统(14)配置为用于冷却太阳能板(13)(的(升高的或高的)温度)和加热穿过热交换管道系统(14)的稀释的提取液流(12)以形成加热的提取液流(22)(其能通过出口(16)离开热交换管道系统(14))；该分离单元(17)配置为用于将穿过分离单元(17)的加热的提取液的流(22)分离(成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23))，所述分离单元(17)具有入口(18)以及第一和第二出口(19、20)，分离单元入口(18)与热交换管道系统出口(16)连通，分离单元第一出口(19)配置为用于使纯化水的流(24)从系统(1)离开，分离单元第二出口(20)与正渗透单元(2)的提取侧入口(8)连通以将回收的提取液的流(23)循环(通过所述提取侧入口(8)回到半透膜(3)的提取侧(5)中)，所述流(23)在分离单元(17)中与纯化水分离。
已经发现，本发明的系统(1)改进了太阳能(光伏和热二者)利用率以及水制备效率(与本领域中已知的系统相比)。
在本发明上下文中，用语“与……连通”指“连接于”、“耦连于”、“与……流体连通”或“与……流体连接”，以使得流体在系统中循环(循环通过系统)。
提供正渗透单元(2)用于将来自环境的水经由渗透压传输通过半透膜(3)。
用于在本发明的系统(1)的正渗透单元(2)中使用的合适的半渗透膜(3)对于本领域技术人员将是显而易见的。
正渗透单元(2)的进料侧(4)配置为用于(通过进料侧入口(6))接收包含水并具有第一渗透压的进料液流(10)。
正渗透单元(2)的提取侧(5)配置为用于(通过提取侧入口(8))接收包含提取溶质并具有第二渗透压的提取液流(11)。
有利地，第二渗透压高于第一渗透压。
有利地，进料液流(10)包含来自自然的(污染的)水。
更有利地，进料液流(10)包含来自任何地表水或地下水的(污染的)水。
甚至更有利地，进料液流(10)包含来自海、湖、河、沟、太阳池、水库、地下或废水的(污染的)水。
使包含提取溶质的提取液在本发明的系统(1)中循环(循环通过本发明的系统(1))。
有利地，使包含提取溶质的提取液循环通过包括管和至少一个泵的液压回路。
更有利地，系统(1)包括至少一个泵，其适合于将包含提取溶质的提取液泵送通过系统(1)(允许提取液在系统(1)中循环(循环通过系统(1)))。
可选地，至少一个太阳能板(13)自身提供电能的源，其用于将包含提取溶质的提取液泵送通过系统(1)(允许提取液在系统(1)中循环(循环通过系统(1)))。
有利地，在提取液流(11)中的提取溶质包含温度敏感的水凝胶(或温度敏感的共聚物)。
在本发明的上下文中，温度敏感的水凝胶指热敏感的水凝胶或温度响应的水凝胶。换句话说，取决于包含水凝胶(其与在溶液中的水混合)的溶液的温度，水凝胶是(部分)亲水的(在水中(部分)溶解的)或(部分)疏水的(在水中(部分)不溶的)(即，取决于包含水凝胶的溶液的温度，水凝胶一定程度上是亲水的或疏水的)。
更具体地，在包含水凝胶的溶液的温度提高到30℃或更高的情况下，水凝胶变得更加疏水(即，从是亲水的变成更疏水的)。
更有利地，水凝胶是聚氨基酸衍生物。
甚至更有利地，水凝胶包含聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)、聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)(PDEAAm)或它们的组合。
有利地，系统(1)包括一个、两个、三个或更多个太阳能板(13)。
有利地，热交换管道系统(14)连接在至少一个太阳能板(13)的下面。
换句话说，在本发明中，热交换管道系统(14)被连接到太阳能板(13)的背侧(即，背部或未示出的表面)，热交换管道系统(14)与太阳能板(13)(的背侧)接触。
在本发明中，热交换管道系统(14)配置为用于在太阳能板和穿过热交换管道系统(14)的稀释的提取液流(12)之间的交换热(由于导热性)。
更特别地，热交换管道系统(14)起到冷却系统的作用，其用于冷却太阳能板(13)(的(升高的或高的)温度)和加热穿过热交换管道系统(14)的稀释的提取液流(12)以形成加热的提取液流(22)。
冷却太阳能板(13)(的(升高的或高的)温度)提高了板的光电转换效率，并因此提高了板的输出电能。
有利地，热交换管道系统(14)包括连接于太阳能板(13)的背侧的导热金属管(或管线)。
有利地，分离单元(17)包括用于沉降的装置，或微过滤膜、纳米过滤膜或超过滤膜(用于将穿过分离单元(17)的加热的提取液的流(22)分离(过滤)成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23))。
有利地，用于沉降的装置包括沉降罐、板分离器或类似物。
更有利地，分离单元(17)包括超过滤膜。
可替换地，分离单元(17)包括一种装置，其用于将加热的提取液的流(22)进一步加热以蒸发(或气化)来自穿过分离单元(17)的所述流(22)的水(用于将所述流(22)分离成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23))。
有利地，用于将加热的提取液的流(22)进一步加热的所述装置包括热泵或另一个太阳能板(继已经在系统(1)中提供的至少一个太阳能板(13)之后)。
可替换地，至少一个太阳能板(13)自身提供热和/或电能的源以蒸发(或气化)来自穿过分离单元(17)的加热的提取液的流(22)的水(其用于将流(22)分离成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23))。
根据本发明的一个方面，在图1中示意性示出的系统(1)可用于纯化水。更特别地，系统(1)可用于太阳能驱动的渗透水纯化。
系统(1)可用于提高太阳能板效率并且(在同时)用于水纯化。
更特别地，本发明的系统(1)可用于将由太阳能板提供的电力的高效产生关联至(渗透)水纯化。
更特别地，本发明的系统(1)可用于改进太阳能(光伏和热二者)利用率以及水制备效率。
由于太阳能照射，光伏板(或太阳能板)将太阳的电磁辐射转换成电力和转换成热。在没有冷却系统的情况下，来自太阳能板的电力产生效率(或光电转换效率)从14％降低到约9％，大部分太阳能辐射因此被转换成热，导致太阳能板的高的(或升高的)温度和低的效率。
然而，本发明的系统(1)将正渗透耦连至冷却太阳能板(通过热交换)，导致产生更高电输出(与不被冷却的传统太阳能板相比)的太阳能板，在太阳能板和连接于其的热交换管道系统(14)之间进行大量热能(其在冷却PV板过程中产生)的交换的同时，被进一步用于纯化水。
系统(1)可在如下领域中使用：领域涉及包括废水、地下水、海水脱盐等的所有类型的水处理过程。
有利地，本发明的系统(1)可用于在非常低的能量消耗的情况下，从包含水的(污染的)进料液的流回收纯化水。
更有利地，本发明的系统(1)可用于制备饮用水。换句话说，系统(1)能够提供饮用水。
更有利地，本发明的系统(1)可用于在非常低的能量消耗的情况下制备饮用水(与本领域中已知的现有系统和方法相比)。
更有利地，本发明的系统(1)可作为独立的系统或半独立的系统使用。
更有利地，本发明的系统(1)可用于制备饮用水，甚至在边远地区脱盐。
根据本发明的一个方面，提供了用于纯化水的方法。
更特别地，提供了用于从(污染的)进料液(包含水)的流中纯化水的方法。
本发明的方法使用正渗透来提高太阳能板效率，其用于纯化水。
更特别地，本发明的方法使用正渗透来实现由太阳能板提供的电力的高效产生，其用于纯化水。
本发明的方法可因此用于纯化水，同时(在相同的时间)提高太阳能板效率。
本发明的方法包括：
-在半透膜(3)的进料侧(4)提供包含水的进料液流(10)，其具有第一渗透压和(第一)温度T1；
-在半透膜(3)的提取侧(5)提供包含提取溶质的提取液流(11)，其具有第二渗透压和(第二)温度T2，第二渗透压高于第一渗透压；
-使(纯化的)水穿过半透膜(3)到达提取侧(5)以使得(纯化的)水与提取液流(11)混合(或组合)，从而产生稀释的提取液流(12)，其具有(第三)温度T3；
其特征在于，
-(流入的)提取液流(11)的温度T2高于(流入的)进料液流(10)的温度T1，使得稀释的提取液流(12)的温度T3低于温度T2；
-提供至少一个太阳能板(13)，所述太阳能板(13)包括与提取侧(5)连通的热交换管道系统(14)，并且所述太阳能板(13)具有高于温度T3的(第四)温度T4；
-使稀释的提取液流(12)进入到热交换管道系统(14)中，使得太阳能板(13)被冷却到(第五)温度T5并且加热稀释的提取液流(12)，从而形成加热的提取液流(22)，其具有(第六)温度T6；
-使加热的提取液流(22)进入到分离单元(17)中，使得所述流(22)被分离成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23)(所述流(23)具有温度T2)；
-使回收的提取液的流(23)通到半透膜(3)的提取侧(5)以进行循环。
根据本发明的方法且参照图1，通过提取侧入口(8)提供包含提取溶质的提取液流(11)并使其在系统(1)中循环。通过进料侧入口(6)提供包含水的(污染的)进料液流(10)。
有利地，进料液流(10)包含来自自然的(污染的)水。
更有利地，进料液流(10)包含来自任何地表水或地下水的(污染的)水。
甚至更有利地，进料液流(10)包含来自海、湖、河、沟、太阳池、水库、地下或废水的(污染的)水。
将来自进料液流(10)的水从环境(在半透膜(3)的进料侧(4)处)通过(高)渗透压(经由正渗透)驱动通过半透膜(3)。在进料液的流(10)中存在的污染物被半透膜(3)阻挡，并且只有纯的(或纯化的或过滤的)水通过膜(3)。在提取液(11)中的高渗透压是使纯水能够(从进料侧(4))传输通过半透膜(3)(到达提取侧(5))的驱动力。
在本发明的方法中，(包含提取溶质的提取液流(11)的)第二渗透压高于(包含水的进料液流(10)的)第一渗透压，第一和第二渗透压的值取决于进料液流(10)(的类型)。
过滤的水在半透膜(3)的提取侧(5)与提取液(11)混合(或组合)。
用于在本发明的方法中使用的合适的半渗透膜(3)对于本领域技术人员将是显而易见的。
在本发明的上下文中，将过滤的(纯化的)水(其来自进料侧(4)，穿过半透膜(3)，到达提取侧(5))与提取液流(11)混合指将所述两个流组合在一起，从而产生(形成)一个(一种)稀释的提取液流(12)。
在本发明的上下文中，稀释的提取液流(12)指具有与(流入的)提取液流(11)的提取溶质浓度相比降低的提取溶质浓度的流(12)，这是由所述(流入的)提取液流(11)与纯化水的混合(组合)导致的。
在本发明的方法中，在过滤的(或纯化的)水与所述提取液流(11)的混合(或组合)过程中，在过滤的(纯化的)水和流(11)之间热被交换。穿过正渗透膜(3)的传导性热传递也贡献于提取液(11)的冷却。
在本发明的方法中，在图1中示出的正渗透单元(2)因此起到水纯化器和热交换器的作用。
在图2中示出了代表在系统中不同温度的参考标记(除了已经在图1中示出的参考标记外)。
有利地，(流入的)进料液流(10)的温度T1在(约)0℃和(约)50℃之间。
在本发明的方法中，(流入的)提取液流(11)的温度T2高于包含水的(流入的)进料液流(10)的温度T1(即T2>T1)，使得形成的稀释的提取液流(12)的温度T3低于温度T2(即T2>T3)，并且形成的稀释的提取液流(12)的温度T3高于(或接近于)温度T1(由在正渗透单元(2)中混合的过程中在过滤的(纯化的)水和提取液流(11)之间的热交换和穿过正渗透膜(3)的传导性热传递导致)，即T3>T1或T3≈T1。
提取液(11)因此通过将其与过滤的(纯化的)水混合而被冷却。换句话说，通过将所述流(11)与具有(流入的)进料液流(10)的温度T1的过滤的(纯化的)水混合(组合)，(流入的)提取液流(11)被冷却(到温度T3)，温度T1低于(流入的)提取液流(11)的温度T2。在通过这种混合进行的冷却之后，穿过正渗透膜(3)的传导性热传递也贡献于提取液(11)的冷却。
在本发明的方法中，包含污染物和剩余的未穿过半透膜(3)到达提取侧(5)的水的(流出的)残留的(未过滤的)进料液流(25)通过进料侧出口(7)离开半透膜(3)的进料侧(4)(流回到自然)。
由于在正渗透单元(2)中的热交换，残留的(未过滤的)进料液流(25)具有温度T7，其低于或等于(流入的)提取液流(11)的温度T2并高于(流入的)进料液流(10)的温度T1(即T2≥T7>T1)。
在本发明的方法中，稀释的提取液流(12)(其在提取侧(5)处产生)通过提取侧出口(9)离开半透膜(3)的提取侧(5)。稀释的提取液流(12)然后流动通过系统(1)，由此流(12)具有降低的温度T3(与(流入的)提取液流(11)的温度T2相比)。
在本发明的方法中，提供至少一个太阳能板(13)，所述太阳能板(13)包括与提取侧(5)连通的热交换管道系统(14)，并且所述太阳能板(13)具有高于温度T3的(第四)温度T4。
有利地，太阳能板温度T4为最高至(约)50℃或更高。
更有利地，太阳能板温度T4在(约)70℃和(约)80℃之间。
在本发明中，使具有比(流入的)提取液流(11)的温度T2更低的温度T3的稀释的提取液流(12)进入(或泵送)到热交换管道系统(14)中，使得太阳能板(13)被冷却到(第五)温度T5并且加热稀释的提取液流(12)，由此形成具有(第六)温度T6的加热的提取液流(22)。
换句话说，由于在热交换管道系统(14)中的热交换，稀释的提取液被加热到温度T6(形成加热的提取液流(22))，同时太阳能板被冷却到温度T5。温度T6高于稀释的提取液流(12)的温度T3，并且温度T5低于太阳能板(13)的(初始)温度T4(即在冷却太阳能板之前的温度T4)。
将稀释的提取液流(12)通过入口(15)进入(或泵送)到热交换管道系统(14)中。加热的提取液流(22)通过出口(16)离开热交换管道系统(14)。
在没有冷却系统的情况下，来自太阳能板的电力产生效率(或光电转换效率)从14％降低到约9％。然而，采用本发明的方法，太阳能板的电力产生效率得以保持或甚至被增强(提高)。
在本发明中，通过使热经由正渗透单元(2)从进料液流(10)传递到稀释的提取液流(12)，和从所述稀释的提取液流(12)传递到太阳能板(13)，正渗透单元(2)因此被间接用于太阳能板(13)的冷却。通过所述冷却，太阳能板将产生更多的(电和热)能并且其将更有效地工作，从而提高其能量输出(与不被冷却的传统太阳能板相比)。
另外，加热的提取液(22)的温度的提高(在与太阳能板的热交换之后)提供了在随后的步骤中将纯的(或纯化的或过滤的)水从提取液中分离的可能性。
因此，在本发明的方法中，使加热的提取液流(22)进入到分离单元(17)中，使得所述流(22)被分离成纯化水的流(24)和回收的(或再生的)提取液的流(23)，所述流(23)具有温度T2。
加热的提取液流(22)通过入口(18)进入到分离单元(17)中。
有利地，在本发明的方法中，分离基于的是在提取液(11)中提取溶质的物理和/或化学性质的变化。
有利地，在提取液流(11)中的提取溶质包含温度敏感的水凝胶(或温度敏感的共聚物)。
更有利地，水凝胶是聚氨基酸衍生物。
甚至更有利地，水凝胶包含聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)、聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)(PDEAAm)或它们的组合。
优选地，在本发明的方法中，在提取液流(11)中的水凝胶浓度在(约)10wt％和(约)70wt％之间(其中wt％为在提取液流(11)中水凝胶的重量百分比)。
在包含水凝胶的溶液的温度提高到(约)30℃或更高的情况下，水凝胶变得更加疏水(即，从是亲水的变成更疏水的)。
因此，在本发明的方法中，由于加热的提取液(22)(其具有与其混合的水)的提高的温度T6，水凝胶变得(更)疏水并且因此纯的(或纯化的)水可被(容易地)从溶液中分离。
有利地，使用沉降方法，或使用微过滤膜、纳米过滤膜或超过滤膜进行加热的提取液流(22)的分离(或者换句话说，通过沉降，或通过微过滤、纳米过滤或超过滤分离加热的提取液流(22))。
有利地，通过沉降(或通过使用沉降方法)分离加热的提取液流包括使用用于沉降的装置，例如沉降罐、板分离器等。
更有利地，使用超过滤膜进行分离(即通过超过滤分离加热的提取液流(22))。
可替换地，通过水蒸发进行分离。
有利地，在分离单元(17)中，加热的提取液的流(22)被进一步加热以蒸发(或气化)来自穿过分离单元(17)(其用于将流(22)分离成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23))的所述流(22)的水。
更有利地，通过使用热泵或另一个太阳能板(继已经在系统(1)中提供的至少一个太阳能板(13)之后)进行进一步加热加热的提取液的流(22)。
可替换地，将由至少一个太阳能板(13)自身提供的热能和/或电能用于进一步加热加热的提取液的流(22)，以蒸发(或气化)来自穿过分离单元(17)的加热的提取液的流(22)的水。
在本发明的方法中，回收的提取液的流(23)通过第二出口(20)离开分离单元。纯化水的流(24)通过第一出口(19)离开分离单元。
使回收的提取液的流(23)(其具有温度T2)进入(或泵送)到半透膜(3)的提取侧(5)(的入口(8))以进行循环(用于作为提取液(11)再利用，开始本发明方法的一个新的循环)。
在实施本发明的方法的情况下，产生了纯化水的流(24)，并将回收的提取液的流(23)(其在分离单元(17)中与纯化水分离)循环到半透膜(3)的提取侧(5)。
由此，实施本发明的方法(其中将正渗透与通过热交换冷却太阳能板相耦连)导致产生更高电输出(与不被冷却的太阳能板相比)的太阳能板，在大量的热能(其来自PV板)的交换(在PV板的冷却过程中)的同时，被进一步用于纯化水。
从前文的描述中可知，本发明因此提供了用于从(污染的)进料液的流纯化水的改进方法和相关的系统，其克服了现有技术方法和系统的缺点。
本发明提供了用于提高太阳能板效率，同时还从(污染的)进料液(其包含水)的流纯化水的方法。
本发明的方法因此允许将由太阳能板提供的电力的高效产生关联于(渗透)水纯化。
实施本发明的方法，通过使用在系统(1)(的组件)和(污染的)进料液(其包含水)的流之间的“温度窗口”(或热交换)，改进了太阳能(光伏和热二者)利用率以及水制备效率。
更特别地，由于在过滤的(纯化的)水与提取液流(11)的混合(或组合)过程中(在正渗透单元(2)中)，在过滤的(纯化的)水和流(11)之间的热交换(以及穿过正渗透膜(3)的传导性热传递)，和由于在太阳能板和穿过热交换管道系统(14)的稀释的提取液流(12)之间的热交换(其允许在下一步骤中将纯化水从提取液中分离)，本发明提供了用于在非常低的能量消耗的情况下(与现有技术方法和系统相比)制备纯化水的方法。
与现有技术的方法和系统相比，本发明因此提供更有效的方法和系统。
有利地，在实施本发明的方法的情况下，与现有技术的方法和系统相比，在非常低的能量消耗的情况下制备了饮用水。
方法可在如下领域中实施：领域涉及包括废水、地下水、海水脱盐等的所有类型的水处理过程。
可实施方法用于制备饮用水，甚至在边远地区。
Claims (15)
1.一种用于纯化水的方法，所述方法包括：
-在半透膜(3)的进料侧(4)提供包含水的进料液流(10)，所述进料液流(10)具有第一渗透压和温度T1；
-在所述半透膜(3)的提取侧(5)提供包含提取溶质的提取液流(11)，所述提取液流(11)具有第二渗透压和温度T2，所述第二渗透压高于所述第一渗透压；
-使水穿过所述半透膜(3)到达所述提取侧(5)以使得所述水与所述提取液流(11)混合，从而产生具有温度T3的稀释的提取液流(12)；
其特征在于
-所述提取液流(11)的温度T2高于所述进料液流(10)的温度T1，使得所述稀释的提取液流(12)的温度T3低于温度T2；
-提供至少一个太阳能板(13)，所述太阳能板(13)包括与所述提取侧(5)连通的热交换管道系统(14)，并且所述太阳能板(13)具有高于所述温度T3的温度T4；
-使所述稀释的提取液流(12)进入到所述热交换管道系统(14)中，使得所述太阳能板(13)冷却至温度T5并且加热所述稀释的提取液流(12)，从而形成具有温度T6的加热的提取液流(22)；
-使所述加热的提取液流(22)进入到分离单元(17)中，使得所述流(22)分离成纯化水的流(24)和回收的提取液的流(23)；
-使所述回收的提取液的流(23)进入所述半透膜(3)的提取侧(5)以进行循环，
其中太阳能板(13)是光伏板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述进料液流(10)包含来自海、湖、河、沟、太阳池、水库、地下或废水的水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述进料液流(10)的温度T1包括在0℃和50℃之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述太阳能板的温度T4为高至50℃或更高。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述提取液流(11)中的所述提取溶质包含温度敏感的水凝胶。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述水凝胶包含聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)、聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)(PDEAAm)或它们的组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过沉降，或通过微过滤、纳米过滤或超过滤分离所述加热的提取液流(22)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中通过水蒸发分离所述加热的提取液流(22)。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述提取液流(11)中的所述溶质包含NH4HCO3。
10.一种用于纯化水的系统(1)，所述系统(1)包括：
正渗透单元(2)，包括半透膜(3)，所述半透膜(3)包括进料侧(4)和提取侧(5)，所述进料和提取侧(4、5)具有入口(6、8)和出口(7、9)，所述进料侧(4)配置为用于接收包含水的进料液流(10)，所述提取侧(5)配置为用于接收包含提取溶质的提取液流(11)，其中所述半透膜(3)配置为使来自所述进料液流(10)的水进入所述提取侧(5)以产生稀释的提取液流(12)；
其特征在于，所述系统(1)包括至少一个太阳能板(13)和分离单元(17)，所述太阳能板(13)包括热交换管道系统(14)，所述管道系统(14)具有入口(15)和出口(16)，所述入口(15)与所述正渗透单元(2)的提取侧出口(9)连通，所述热交换管道系统(14)配置为用于冷却所述太阳能板(13)且加热穿过所述热交换管道系统(14)的所述稀释的提取液流(12)以形成加热的提取液流(22)；所述分离单元(17)配置为用于分离穿过所述分离单元(17)的所述加热的提取液的流(22)，所述分离单元(17)具有入口(18)以及第一和第二出口(19、20)，所述分离单元入口(18)与所述热交换管道系统出口(16)连通，所述分离单元第一出口(19)配置为用于使纯化水的流(24)从所述系统(1)离开，所述分离单元第二出口(20)与所述正渗透单元(2)的所述提取侧入口(8)连通，以将回收的提取液的流(23)循环，所述流(23)在分离单元(17)中与所述纯化水分离，
其中太阳能板(13)是光伏板。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述热交换管道系统(14)连接在所述至少一个太阳能板(13)的下面。
12.根据权利要求10或11所述的系统，包括适合于将包含所述提取溶质的所述提取液泵送通过所述系统(1)的至少一个泵。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中分离单元(17)包括用于沉降的装置，或微过滤膜、纳米过滤膜或超过滤膜。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中所述分离单元(17)包括用于进一步加热所述加热的提取液的流(22)的装置，以蒸发来自穿过所述分离单元(17)的所述流(22)的水。
15.权利要求10至14中任一项所述的系统用于制备饮用水的用途。
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