CN107324555A - 便携式海水淡化装置及淡化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式海水淡化装置，其包括：一海水净化模块及一供电模块，所述海水净化模块包括至少一过滤器、一海水淡化芯片、设置在海水淡化芯片上的金属导线及管道，所述管道连接海水与过滤器及过滤器与海水淡化芯片，所述电源模块连接金属导线，该海水淡化芯片具有连通所述管道的一进水微通道、一浓缩盐水通道、一淡化水通道、一设于进水微通道、浓缩盐水通道及淡化水通道之间的微纳米膜通道，通过供电模块在海水淡化芯片上施加36V以下的电压，使微纳米膜通道附近离子浓差极化形成耗尽区。本发明具有体积小、便于携带、能耗低、无污染等优点，其脱盐率可达99.5%，达到饮用水的标准。

Description

便携式海水淡化装置及淡化方法

技术领域

本发明涉及一种海水淡化的技术领域，特别是指一种便携式海水淡化装置及淡化方法。

背景技术

尽管我国拥有全世界第六的淡水资源，但是人均拥有量却仅为全球平均值的25%，被世界卫生组织认定为世界13个最贫水国家之一。另一方面，地球上海水的覆盖面积达到70%，因此如何有效地进行海水淡化已经成为世界研究的重点。经过几十年的发展，目前海水淡化技术日趋成熟，主要有热法和膜法两种技术。热法海水淡化又分为多级闪蒸和多效蒸馏两种技术，膜法海水淡化又分为反渗透和电渗析两种技术。

虽然现有海水淡化技术的发展日趋成熟，但是目前现有设备一般都是大型设备，都在不同程度上存在于能耗大、成本高、需要大型配套设备且移动不便等缺点，市面上现有的小型海水淡化装置基本基于RO膜，最小体积的外观尺寸为640×500×500mm，也存在着成本高、能耗大、废水率高、使用场所局限性等缺点。另一方面，传统海水淡化技术对环境也有潜在的影响，由于现行海水淡化方法水回收率较低，大部分海水经浓缩后直接被排回大海，在淡化过程中加入的化学试剂、产生的腐蚀产物等可能对海域环境与近海生态产生影响。

有鉴于此，本发明人针对现有海水淡化装置设计上未臻完善所导致的诸多缺失及不便，而深入构思，且积极研究改良试做而开发设计出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有体积小、能耗低、无污染等优点的便携式海水淡化装置及淡化方法。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种便携式海水淡化装置，其包括一海水净化模块、及一供电模块，所述海水净化模块包括至少一过滤器、一海水淡化芯片、设置在海水淡化芯片上的金属导线及管道，所述管道连接海水与过滤器及过滤器与海水淡化芯片，所述电源模块连接金属导线，该海水淡化芯片具有连通所述管道的一进水微通道、一浓缩盐水通道、一淡化水通道、一设于进水微通道、浓缩盐水通道及淡化水通道之间的微纳米膜通道，所述微纳米膜为GO-PVDF膜，通过供电模块在海水淡化芯片上施加36V以下的电压，使微纳米膜通道附近离子浓差极化形成耗尽区。

所述的便携式海水淡化装置还包括一自动控制系统，该自动控制系统包括PLC控制器、及与PLC控制器连接的触摸屏、继电器、压力传感器及水位计，PLC控制器与海水淡化芯片及供电模块连接。

所述供电模块包括太阳能供电及直流电供电，所述太阳能供电包括太阳能板、太阳能控制器、蓄电池、开关电源及开关。

所述海水净化模块、一供电模块及自动控制系统设置在一壳体，供电模块的太阳能板设置在壳体的顶面，壳体的前端设置自动控制系统的触摸屏，壳体上设有连通浓缩盐水通道及淡化水通道的两出口，海水净化模块的各组成部件均设置在该壳体内。

所述过滤器包括一PP棉过滤器及一微过滤器，PP棉过滤器的一端通过管道与海水连接，另一端通过管道与微过滤器连接，微过滤器的另一端通过管道与海水淡化芯片连接。

所述海水净化模块于过滤器之前还设有一装设海水的海水箱，该海水箱子由管道连接一水泵，水泵与所述过滤器通过管道连接。

本发明还公开了一种便携式海水淡化装置的淡化方法，其包括以下步骤：

步骤S1：将海水通过至少一过滤器过滤，取出海水中的大颗粒、悬浮物、海藻等杂质；

步骤S2：经过滤器过滤后的海水从进水微通道流进海水淡化芯片中；

步骤S3：施以36V以下的电压在海水淡化芯片上，使进入海水淡化芯片中的海水中的粒子导电；

步骤S4：在电场的作用下，海水中的导电粒子通过微纳米膜通道时，微纳米膜通道附近离子浓差极化形成耗尽区，耗尽区形成一个虚拟的盐水过滤膜，将海水分流成淡化水流和浓缩盐水流，并分别通过淡化水通道和浓缩盐水通道流出。

进一步，步骤S1中，所述海水先经过PP过滤器进行粗过滤，过滤掉海水中的泥沙、藻类、悬浮物等大颗粒，再经过微过滤器，截留PP棉过滤器所残留下来的细小悬浮物及颗粒。

进一步，步骤S1中的海水贮存在一海水箱中，通过水泵抽取中过滤器中。

进一步，所述步骤S1至步骤S4的各项操作是通过一自动控制系统的触摸屏控制。

采用上述方案后，本发明便携式海水淡化装置通过过滤器对海水进行过滤后，可以提高海水净化效果，保护终端海水淡化芯片，海水淡化芯片基于离子浓差极化原理，是整个设备的核心。通过在芯片上施加36V以下的电压，形成一个虚拟的盐水过滤膜，最终得到淡水。相较于现有的海水淡化装置，本发明的微纳米膜使用是的GO-PVDF膜，即氧化石墨烯-聚偏氟乙烯复合浆料膜，该GO-PVDF膜降低了膜的成本，优化了整个结构，简化通道，提升器件制作的成功率。

本发明便携式太阳海水淡化装置外观尺寸为350×210×210mm，由于本装置不需要RO膜滤芯，无需大功率水泵抽水，可仅用微型水泵，同时根据海水淡化芯片特点，使用小型前置过滤器，大大节省了空间，与市场上现有的最小体积海水淡化装置（外观尺寸为：640×500×500mm）比，本发明具有体积小、便于携带、能耗低、无污染等优点，克服现有设备存能耗过高、使用场所有局限性等缺点。本发明的脱盐率可达99.5%，达到饮用水的标准，本发明适用于海岛、野外作业、沙漠地下水等场景。

附图说明

图1为本发明的外观示意图。

图2为本发明的结构连接示意图。

图3为本发明电源模块的示意图。

图4为本发明控制模块的界面图一（海水淡化系统运行图）。

图5为本发明控制模块的界面图二（供电方式控制）。

图6为本发明控制模块的界面图三（系统报警信息）。

图7为本发明海水淡化芯片的截面图。

图8为本发明海水淡化效果图表。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1至图7所示，本发明揭示了一种便携式海水淡化装置，其包括一海水净化模块10、一供电模块20、及一自动控制系统30，海水净化模块10、供电模块20、及自动控制系统30集成在一壳体40上。

所述海水净化模块10包括设置在壳体40内的至少一过滤器11、一海水淡化芯片12、设置在海水淡化芯片12上的金属导线13及管道14，本实施例中，过滤器包括一5微米pp棉过滤器111及1微米的微过滤器112，pp棉过滤器111之前可连接一海水箱15及一水泵16，如图1所述，水泵16将海水从海水箱15里抽取出来，经过前置5微米pp棉过滤器111，过滤掉原海水中的泥沙、藻类、悬浮物等大颗粒，再通过1微米微滤过滤器112，可截留5微米pp棉过滤器111所残留下来的细小的悬浮物及颗粒，有效保障海水淡化芯片12的进水要求。然后进入海水淡化芯片12进行淡化处理，最后排出纯水和浓水。

如图7所示，所述海水淡化芯片12具有连通所述管道的一进水微通道121、一浓缩盐水通道122、一淡化水通道123、一设于进水微通道121、浓缩盐水通道122及淡化水通道123之间的微纳米膜通道124，所述微纳米膜为GO-PVDF，壳体40上设有连通浓缩盐水通道122及淡化水通道123的两出口，海水淡化芯片12基于离子浓差极化原理，是整个设备的核心。通过在海水淡化芯片12上施加36V以下的电压，在125接线处接正极，126处接地。在电场的作用下，带电粒子通过微通道124的界面时，使微纳米膜通道124形成耗尽区，耗尽区好似一道虚拟的盐水过滤膜，带电粒子只能从浓缩盐水通道122流出，而水分子就由淡化水通道123流出，从而实现海水中盐分等粒子与淡水相分离的目的。

所述供电模块20包括太阳能供电21及直流电供电22，所述太阳能供电21包括太阳能板211、太阳能控制器212、蓄电池213、开关电源及开关，太阳能板211设置在壳体40的顶面，太阳能供电可以接收光能将其转变成电能提供电流源工作，可以保证本发明装置在室外工作的可能性，供电方式可根据使用环境自由切换。

如图4至图6，所述自动控制系统30包括PLC控制器、及与PLC控制器连接的触摸屏31、继电器、压力传感器及水位计，PLC控制器与海水淡化芯片及供电模块连接。通过触摸屏31可控制本发明海水淡化装置的启动或者关闭，通过触摸屏还可切换供电模式，同时在触摸屏31上可显示报警信息，直观了解本发明的运行状态。该自动控制系统运行过程中，一旦水位过低，压力过高或者过低，该自动控制系统会自动报警，并自动关闭装置，待故障处理完毕后方可再启动。通过与PLC控制器连接的触摸屏31来控制海水淡化装置的启动，水泵通过继电器与PLC控制器连接，可通过触摸屏控制开启或者关闭，以及紧急情况下的紧急关机；水位计、压力传感器与PLC控制器连接，时时向PLC控制器传输当前水位、压力情况，当达到预警值时，自动断电，并发出警报，以保护整个海水淡化装置的正常运行。

进一步说明海水淡化的步骤及淡化效果：

在水泵16将海水抽入装置，通过前置5微米pp棉过滤器111、微滤过滤器112，将经预处理的天然海水，从海水淡化芯片12中的进水微通道121流入，于微纳米膜通道124附近离子浓差极化所形成耗尽区10的作用分流成淡化水流和浓缩盐水流，并分别通过淡化水通道123和浓缩盐水通道122流出。

在本发明海水淡化装置启动10min后，分别在连通浓缩盐水通道122及淡化水通道123壳体40出口收集溶液，不同固含量，不同氧化石墨烯与聚偏氟乙烯比例下，分别测其淡化率，得出的结果如图8所示，当GO/PVDF固含量为3.5%，配比为0.1时海水淡化器件的淡化效率最高，经验证该装置产生的淡水是符合饮用水标准的。

本发明还公开了一种便携式海水淡化装置的淡化方法，其包括以下步骤：

步骤S1：将海水通过至少一过滤器过滤，取出海水中的大颗粒、悬浮物、海藻等杂质；

步骤S2：经过滤器过滤后的海水从进水微通道流进海水淡化芯片中；

步骤S3：施以36V以下的电压在海水淡化芯片上，使进入海水淡化芯片中的海水中的粒子导电；

步骤S4：在电场的作用下，海水中的导电粒子通过微纳米膜通道时，微纳米膜通道附近离子浓差极化形成耗尽区，耗尽区形成一个虚拟的盐水过滤膜，将海水分流成淡化水流和浓缩盐水流，并分别通过淡化水通道和浓缩盐水通道流出。

进一步，步骤S1中，所述海水先经过PP过滤器进行粗过滤，过滤掉海水中的泥沙、藻类、悬浮物等大颗粒，再经过微过滤器，截留PP棉过滤器所残留下来的细小悬浮物及颗粒。

进一步，步骤S1中的海水贮存在一海水箱中，通过水泵抽取中过滤器中。

进一步，所述步骤S1至步骤S4的各项操作是通过一自动控制系统的触摸屏控制。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种便携式海水淡化装置，其特征在于，包括：一海水净化模块及一供电模块，所述海水净化模块包括至少一过滤器、一海水淡化芯片、设置在海水淡化芯片上的金属导线及管道，所述管道连接海水与过滤器及过滤器与海水淡化芯片，所述电源模块连接金属导线，该海水淡化芯片具有连通所述管道的一进水微通道、一浓缩盐水通道、一淡化水通道、一设于进水微通道、浓缩盐水通道及淡化水通道之间的微纳米膜通道，所述微纳米膜为GO-PVDF膜，通过供电模块在海水淡化芯片上施加36V以下的电压，使微纳米膜通道附近离子浓差极化形成耗尽区。

2.如权利要求1所述的便携式海水淡化装置，其特征在于：还包括一自动控制系统，该自动控制系统包括PLC控制器、及与PLC控制器连接的触摸屏、继电器、压力传感器及水位计，PLC控制器与海水淡化芯片及供电模块连接。

3.如权利要求2所述的便携式海水淡化装置，其特征在于：所述供电模块包括太阳能供电及直流电供电，所述太阳能供电包括太阳能板、太阳能控制器、蓄电池、开关电源及开关。

4.如权利要求3所述的便携式海水淡化装置，其特征在于：所述海水净化模块、一供电模块及自动控制系统设置在一壳体，供电模块的太阳能板设置在壳体的顶面，壳体的前端设置自动控制系统的触摸屏，壳体上设有连通浓缩盐水通道及淡化水通道的两出口，海水净化模块的各组成部件均设置在该壳体内。

5.如权利要求1所述的便携式海水淡化装置，其特征在于：所述过滤器包括一PP棉过滤器及一微过滤器，PP棉过滤器的一端通过管道与海水连接，另一端通过管道与微过滤器连接，微过滤器的另一端通过管道与海水淡化芯片连接。

6.如权利要求1所述的便携式海水淡化装置，其特征在于：所述海水净化模块于过滤器之前还设有一装设海水的海水箱，该海水箱子由管道连接一水泵，水泵与所述过滤器通过管道连接。

7.一种便携式海水淡化装置的淡化方法，其包括以下步骤：

步骤S1：将海水通过至少一过滤器过滤，取出海水中的大颗粒、悬浮物、海藻等杂质；

步骤S2：经过滤器过滤后的海水从进水微通道流进海水淡化芯片中；

步骤S3：施以36V以下的电压在海水淡化芯片上，使进入海水淡化芯片中的海水中的粒子导电；

步骤S4：在电场的作用下，海水中的导电粒子通过微纳米膜通道时，微纳米膜通道附近离子浓差极化形成耗尽区，耗尽区形成一个虚拟的盐水过滤膜，将海水分流成淡化水流和浓缩盐水流，并分别通过淡化水通道和浓缩盐水通道流出。

8.如权利要求7所述的便携式海水淡化装置的淡化方法，其特征在于：步骤S1中，所述海水先经过PP过滤器进行粗过滤，过滤掉海水中的泥沙、藻类、悬浮物等大颗粒，再经过微过滤器，截留PP棉过滤器所残留下来的细小悬浮物及颗粒。

9.如权利要求7所述的便携式海水淡化装置的淡化方法，其特征在于：步骤S1中的海水贮存在一海水箱中，通过水泵抽取中过滤器中。

10.如权利要求7至9中任意一项所述的便携式海水淡化装置的淡化方法，其特征在于：所述步骤S1至步骤S4的各项操作是通过一自动控制系统的触摸屏控制。