CN109809581A - 深海静压能反渗透海水淡化装置和利用深层海水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用深海静压能的反渗透海水淡化装置，包括浓水泵(1)、预处理单元(2)、RO膜组件(3)、淡水容器(6)；所述RO膜组件(3)中膜的一侧通过淡水管道依次连接切换阀(8)和淡水容器(6)、膜的另一侧通过浓水管道与浓水泵(1)相连并通过进水管道与预处理单元(2)相连；所述的淡水容器(6)顶部装有通到海平面上用以提供大气压力的通气管(5)以及用来控制淡水容器进水或出水的磁性接头(11)。本发明还提供了使用所述深海静压能的反渗透海水淡化装置快速、经济地淡化海水获取淡水的方法。

Description

深海静压能反渗透海水淡化装置和利用深层海水的方法
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，具体地，本发明提供了一种利用深海静压能的反渗透海水淡化装置以及使用该装置淡化海水获取淡水的方法。
背景技术
随着当今社会的不断发展，淡水需求日益增加，水资源缺乏越来越引起人们的注意。为了解决水资源短缺问题，反渗透海水淡化技术已经成为解决水资源紧张获取淡水的主要手段之一，并在全球范围内得到了广泛应用。为了进一步的节约能源，提高产水的水质，深海反渗透海水淡化技术越来越被人们重视。
目前深海反渗透海水淡化技术存在许多问题。例如在专利CN204310851U中，没有设置预处理单元，深海海水直接进入RO膜组件中进行淡化，容易造成膜组件的损伤，降低膜组件的使用寿命；反渗透产生的浓盐水直接排放到深海中，容易造成环境污染；深海海水反渗透装置均采用水泵直接抽取产品水，这一过程的功耗约占总功耗的90％，易造成能源浪费等。又如在专利CN208055037U中，需利用输水泵将海内淡水储罐中的产品水输送至岸边水池，这一过程消耗能量极高，易造成能源的浪费。上述问题限制了深海反渗透海水淡化技术的广泛应用。
发明内容
为解决上述问题，发明人提出一种利用深海静压能的反渗透海水淡化装置。
一方面，本发明提供了一种深海静压能反渗透海水淡化装置，其特征在于，所述深海静压能反渗透海水淡化装置包括：浓水泵(1)、预处理单元(2)、RO膜组件(3)、淡水容器(6)；所述RO膜组件(3)中膜的一侧通过淡水管道依次连接切换阀(8)和淡水容器(6)、膜的另一侧通过浓水管道与浓水泵(1)相连并通过进水管道与预处理单元(2)相连；所述的淡水容器(6)顶部装有通到海平面上用以提供大气压力的通气管(5)以及用来控制淡水容器进水或出水的磁性接头(11)。
进一步地，所述的淡水容器(6)上还装有压载水腔(13)以及装于压载水腔(13)上用来控制淡水容器升降的浮力控制阀(7)。
进一步地，装于压载水腔(13)上用来控制淡水容器升降的浮力控制阀(7)可分离地与浓水泵(1)连接。
进一步地，所述的淡水容器(6)上的所述用来控制淡水容器进水或出水的磁性接头(11)为一个或多个。
进一步地，所述深海静压能反渗透海水淡化装置中的所述的淡水容器(6)为一个或多个。
进一步地，所述的深海静压能反渗透海水淡化装置中还包括用于让所述的淡水容器(6)在其上运行的轨道(10)，所述的淡水容器(6)还安装有滚轮(9)，所述滚轮(9)可以在在所述轨道(10)上滚动。
进一步地，其中淡水容器(6)为球形或其他流线形状。
进一步地，所述RO膜组件(3)中膜的一侧通过淡水管道还直接连接有深海工作站(4)。
另一方面，本发明提供了使用上述装置淡化海水获取淡水的方法
进一步地，所述方法具体步骤包括：如图1所示的装置的工作过程为：深海海水经由预处理单元(2)进入RO膜组件(3)中，淡水容器(6)安装的通气管(5)提供大气压力，此时由深海静压能提供反渗透所需的高压环境，生产的产品水由淡水管道流入淡水容器(6)中或者直接供给深海工作站(4)使用，当淡水容器6中水位达到上限时，切换阀(8)关闭，淡水不再流入该容器，安装在淡水容器(6)底部的磁性接头(11)断开，同时浮力控制阀(7)连接浓水泵(1)并打开，将压载水腔(13)中的水排出，淡水容器(6)的重力变小，断开与浓水泵(1)的连接，关闭浮力控制阀(7)，在浮力作用下，淡水容器(6)上的滚轮(9)在轨道(10)上滚动，完成淡水容器提升淡水的过程。当淡水提升至地面时，安装在淡水容器(6)上部的磁性接头(11)与陆地上淡水管道对接，当淡水被抽取完毕后，淡水容器(6)上部的磁性接头(11)与陆地上淡水管道断联，浮力控制阀(7)打开并连接浓水泵(1)的出浓水端，将浓水充入压载水腔(13)，使得容器重力增加，滚轮(9)在轨道(10)上滚动下降，实现淡水容器(6)下降的过程。当下降至海底时，容器下部的磁性接头(11)重新对接，此时切换阀(8)打开，淡水继续流入淡水容器(6)中，开始下一个工作过程。淡化过程所产生的浓盐水由浓水泵(1)抽取至海平面或某一海深。
本申请中的膜组件被置于400-600m深的海水中。
本申请中的膜组件可以是直接接触式的，也可以是间接接触式的，满足功能所需的各种自制和市售膜组件皆可用于本发明。
本申请中的预处理单元(2)可以选用自制和市售的各种除杂质装置，包括但不限于过滤器。
本申请中的通气管(5)可以是各种柔性或刚性耐压管。
本申请中的一个或多个磁性接头可以用于连接地上/海平面上的淡水输送装置或者从RO膜组件中引出的淡水管道，以方便地控制淡水容器中的淡水进出。
本申请中淡水容器的形状不限于球形或其他流线形状，其余形状如均立方体形等可根据需要选用
本申请中限制淡水容器升浮和下降的运动轨迹的装置，不限于滚轮和轨道，其它的满足条件的限制淡水容器运动的装置如运行管道、吊篮等都可用于本发明。
本申请装置产生的淡水可以通过上述方式运送到陆地上使用，也可以直接供给深海工作站使用。
本申请装置产生的浓盐水可另作以下用途，例如：(1)用作制冷方面：浓盐水可作为海水淡化的冷源；可用作空调制冷；(2)再液化，可以产生并收集淡水；(3)继续浓缩、淡化，形成浓缩液，可广泛用于化妆品行业、医疗行业、化工行业、食品行业等；(4)将其摊晒制盐，增加海盐产能；(5)与盐化工结合。海水淡化副产浓盐水中除含有大量原盐(氯化钠)外，还有镁、钾、硫、溴及稀有元素等化合物，在利用海水淡化技术生产淡水的同时，联产原盐、溴、镁、钾等化工产品。
本发明的装置具有以下优点：该装置利用深海静压能为深海反渗透海水淡化系统提供克服海水渗透压的高压能，改善了传统反渗透过程中需高压泵给原料海水加压这一过程，节约了资源，提高了反渗透的效率；在反渗透海水淡化之前，深海海水经过预处理单元进行水的预处理，防止杂质对RO膜的损伤；为了防止反渗透膜在深海海水中受到高压破坏，采用通气管提供给系统大气压，使得反渗透膜两侧的压力差维持在操作压力之内，保证反渗透过程的正常顺利进行；反渗透过程中产生的浓盐水由浓水泵抽取至海平面或某一海深，可以进一步回收利用浓盐水，增加资源利用率；淡水容器运用了水体环境的浮力，通过改变体积或者重力的大小，改变浮力大小，使淡水容器能完成上升和下降的过程。此过程不需要借助其他的外力，节省了能源；由于此反渗透海水淡化系统在深海中完成反渗透，深海海水中蕴藏着丰富的资源，用此装置淡化出的淡水极大程度的保留了深海中的营养物质，与传统的海水淡化系统相比具有更大的意义。
附图说明
图1为深海静压能反渗透海水淡化装置与深层海水利用方法整体示意图；
图2为本发明所涉及的淡淡水容器结构示意图；
图3为本发明深海反渗透海水淡化装置实施例2整体示意图。
1、浓水泵；2、预处理单元；3、RO膜组件；4、深海工作站；5、通气管；6、淡水容器；7、浮力控制阀；8、切换阀；9、滚轮；10、轨道；11、磁性接头；12、淡水泵；13、压载水腔。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示的装置的工作过程为：深海海水经由预处理单元(2)进入RO膜组件(3)中，淡水容器(6)安装的通气管(5)提供大气压力，此时由深海静压能提供反渗透所需的高压环境，生产的产品水由淡水管道流入淡水容器(6)中或者直接供给深海工作站(4)使用，当淡水容器6中水位达到上限时，切换阀(8)关闭，淡水不再流入该容器，安装在淡水容器(6)底部的磁性接头(11)断开，同时浮力控制阀(7)连接浓水泵(1)并打开，将压载水腔(13)中的水排出，淡水容器(6)的重力变小，断开与浓水泵(1)的连接，关闭浮力控制阀(7)，在浮力作用下，淡水容器(6)上的滚轮(9)在轨道(10)上滚动，完成淡水容器提升淡水的过程。当淡水提升至地面时，安装在淡水容器(6)上部的磁性接头(11)与陆地上淡水管道对接，当淡水被抽取完毕后，淡水容器(6)上部的磁性接头(11)与陆地上淡水管道断联，浮力控制阀(7)打开并连接浓水泵(1)的出浓水端，将浓水充入压载水腔(13)，使得容器重力增加，滚轮(9)在轨道(10)上滚动下降，实现淡水容器(6)下降的过程。当下降至海底时，容器下部的磁性接头(11)重新对接，此时切换阀(8)打开，淡水继续流入淡水容器(6)中，开始下一个工作过程。淡化过程所产生的浓盐水由浓水泵(1)抽取至海平面或某一海深。
实施例2
如图3所示的装置/工作过程中：深海海水经由预处理单元(2)进入RO膜组件(3)中，生产的产品水由淡水管道流入深海工作站(4)等深海淡水需求端中，或由水泵(12)抽取至陆地供陆地使用，此时不需要淡水升降装置。淡化过程所产生的浓盐水由浓水泵(1)抽取至海平面或某一海深，将浓盐水加以利用，在节约资源的同时减少了环境污染。

Claims (10)

1.一种深海静压能反渗透海水淡化装置，其特征在于，所述深海静压能反渗透海水淡化装置包括：浓水泵(1)、预处理单元(2)、RO膜组件(3)、淡水容器(6)；所述RO膜组件(3)中膜的一侧通过淡水管道依次连接切换阀(8)和淡水容器(6)、膜的另一侧通过浓水管道与浓水泵(1)相连并通过进水管道与预处理单元(2)相连；所述的淡水容器(6)顶部装有通到海平面上用以提供大气压力的通气管(5)以及用来控制淡水容器进水或出水的磁性接头(11)。
2.根据权利要求1所述的深海静压能反渗透海水淡化装置，其特征在于：所述的淡水容器(6)上还装有压载水腔(13)以及装于压载水腔(13)上用来控制淡水容器升降的浮力控制阀(7)。
3.根据权利要求1所述的深海静压能反渗透海水淡化装置，其特征在于：装于压载水腔(13)上用来控制淡水容器升降的浮力控制阀(7)可分离地与浓水泵(1)连接。
4.根据权利要求2或3所述的深海静压能反渗透海水淡化装置，其特征在于：所述的淡水容器(6)上的所述用来控制淡水容器进水或出水的磁性接头(11)为一个或多个。
5.根据权利要求2-4任一项所述的深海静压能反渗透海水淡化装置，其特征在于：所述深海静压能反渗透海水淡化装置中的所述的淡水容器(6)为一个或多个。
6.根据权利要求2-5任一项所述的深海静压能反渗透海水淡化装置，其特征在于：所述的深海静压能反渗透海水淡化装置中还包括用于让所述的淡水容器(6)在其上运行的轨道(10)，所述的淡水容器(6)还安装有滚轮(9)，所述滚轮(9)可以在在所述轨道(10)上滚动。
7.根据权利要求1-6任一项所述的深海静压能反渗透海水淡化装置，其中淡水容器(6)为球形或其他流线形状。
8.根据权利要求1-7任一项的深海静压能反渗透海水淡化装置，其中所述RO膜组件(3)中膜的一侧通过淡水管道还直接连接有深海工作站(4)。
9.使用权利要求1-8任一项的深海静压能反渗透海水淡化装置淡化海水获取淡水的方法。
10.根据权利要求9的方法，具体步骤包括：如图1所示的装置的工作过程为：深海海水经由预处理单元(2)进入RO膜组件(3)中，淡水容器(6)安装的通气管(5)提供大气压力，此时由深海静压能提供反渗透所需的高压环境，生产的产品水由淡水管道流入淡水容器(6)中或者直接供给深海工作站(4)使用，当淡水容器6中水位达到上限时，切换阀(8)关闭，淡水不再流入该容器，安装在淡水容器(6)底部的磁性接头(11)断开，同时浮力控制阀(7)连接浓水泵(1)并打开，将压载水腔(13)中的水排出，淡水容器(6)的重力变小，断开与浓水泵(1)的连接，关闭浮力控制阀(7)，在浮力作用下，淡水容器(6)上的滚轮(9)在轨道(10)上滚动，完成淡水容器提升淡水的过程。当淡水提升至地面时，安装在淡水容器(6)上部的磁性接头(11)与陆地上淡水管道对接，当淡水被抽取完毕后，淡水容器(6)上部的磁性接头(11)与陆地上淡水管道断联，浮力控制阀(7)打开并连接浓水泵(1)的出浓水端，将浓水充入压载水腔(13)，使得容器重力增加，滚轮(9)在轨道(10)上滚动下降，实现淡水容器(6)下降的过程。当下降至海底时，容器下部的磁性接头(11)重新对接，此时切换阀(8)打开，淡水继续流入淡水容器(6)中，开始下一个工作过程。淡化过程所产生的浓盐水由浓水泵(1)抽取至海平面或某一海深。
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