CN112919565B - 太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种太阳能‑温泉‑热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统及方法，涉及膜蒸馏水净化技术领域，包括：原料水热泵系统，被配置为通过热泵系统对获取的温泉水和/或苦咸水进行预热；多级膜蒸馏系统，被配置为获取预热后的温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏，利用热泵系统对膜组件冷侧进行冷凝；回热系统，被配置为获取膜蒸馏后膜组件热侧的料液进行加热并重新输入多级膜蒸馏系统；蒸馏后处理系统，被配置为膜蒸馏后的冷凝水和高浓度料液废水进行处理加工后输出产品。利用太阳能、温泉地热与热泵耦合驱动膜蒸馏系统，达到将温泉与苦咸水经济节能、高采收率地净化提纯并处理为饮用水的目的。

Description

太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统及方法

技术领域

本公开涉及膜蒸馏水净化技术领域，特别涉及太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

淡水资源短缺已成为世界范围内的严峻问题之一。在中国的北方、西北、东部等地区的居民面临苦咸水与高氟水的问题。苦咸水主要以地表水和地下水的形式存在，其总溶解固体(TDS)含量一般在1000~10000 mg/L之间，因其含盐量高，不宜直接饮用。直接饮用苦咸水可导致腹泻、皮肤过敏、肾结石、氟斑牙甚至中毒等危害。

发明人发现，膜蒸馏（Membrane Distilation，MD）是一种具有广泛应用前景的新型高效膜分离技术，可用于海水和苦咸水的淡化处理。但是，由于膜蒸馏过程中需要能源驱动，尤其对于较大数量的水淡化处理，需要耗费更多的能源；目前存在采用热泵系统进行海水和苦咸水的淡化处理，但是其仍存在耗能较大的问题，难以在满足节能环保的前提下、达到提高膜蒸馏系统的经济效益的需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统及方法，利用太阳能、温泉地热与热泵耦合驱动膜蒸馏系统，达到将温泉与苦咸水经济节能、高采收率地净化提纯并处理为饮用水的目的。

本公开的第一目的是提供一种太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，采用以下技术方案：

包括：

原料水热泵系统，被配置为通过热泵系统对获取的温泉水和/或苦咸水进行预热；

多级膜蒸馏系统，被配置为获取预热后的温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏，利用热泵系统对膜组件冷侧进行冷凝；

回热系统，被配置为获取膜蒸馏后膜组件热侧的料液进行加热并重新输入多级膜蒸馏系统；

蒸馏后处理系统，被配置为膜蒸馏后的冷凝水和高浓度料液废水进行处理加工后输出产品。

进一步地，所述原料水热泵系统包括温泉热泵系统和苦咸水热泵系统，温泉热泵系统和苦咸水热泵系统均包括对应的热泵系统。

进一步地，所述温泉热泵系统还包括温泉水供水机构，用于获取温泉水并与热泵系统换热后输入到多级膜蒸馏系统中；苦咸水热泵系统还包括苦咸水供水系统，用于获取苦咸水并与热泵系统换热后输入到多级膜蒸馏系统中。

进一步地，所述原料水热泵系统与多级膜蒸馏系统之间设有膜蒸馏料液前处理系统，用于对预热后的温泉水和/或苦咸水进行前置处理后输入到多级膜蒸馏系统。

进一步地，所述多级膜蒸馏系统包括至少两组膜蒸馏子系统，所有的膜蒸馏子系统通过管路并联布置，每组膜蒸馏子系统内均设有与热泵系统换热的膜蒸馏组件，膜蒸馏组件通过膜组件对温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏。

进一步地，所述多级膜蒸馏系统包括至少两组膜蒸馏子系统，所有的膜蒸馏子系统通过管路并联或串联布置，每组膜蒸馏子系统内均设有与热泵系统换热的膜蒸馏组件，子系统内膜组件可再进行串并联设置。膜蒸馏组件通过膜组件对温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏。

进一步地，所述回热系统包括太阳能集热器，其一端连通膜蒸馏组件，另一端连通多级膜蒸馏系统入口，用于对膜蒸馏后膜组件热侧的料液进行加热。

进一步地，还包括供能系统，供能系统连接原料水热泵系统、多级膜蒸馏系统、回热系统及蒸馏后处理系统，用于为其供能。

进一步地，还包括供能系统，供能系统连接原料水热泵系统、多级膜蒸馏系统、回热系统及蒸馏后处理系统，用于为其供能。

本公开的第二目的是提供太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理方法，利用如上所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，包括以下步骤：

通过热泵系统对获取的温泉水/或苦咸水进行预热；

获取预热后的温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏，利用热泵系统对膜组件冷侧进行冷凝；

获取膜蒸馏后膜组件热侧的料液进行加热并重新输入多级膜蒸馏系统；

膜蒸馏后的冷凝水和高浓度料液废水进行处理加工后输出产品。

进一步地，通过多级并联膜蒸馏子系统对预热后的温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏处理。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

利用太阳能辅助耦合地热与热泵技术供给温泉与苦咸水净化的膜蒸馏多级系统。膜蒸馏系统处理苦咸水具有设备简单、体积小、常压下进行、操作方便，化学稳定性好、产水纯净，可处理极高浓度含盐水，无需加热到沸点等优点。而利用可再生能源可有效提高能源利用率并节约成本。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中处理系统的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1、2中太阳能供电系统连接结构示意图；

图中，1、温泉水抽水井，2、热侧给水泵，3、冷凝器a，4、压缩机a，5、蒸发器a，6、膨胀阀a， 7、阀门a，8、阀门b，9、流量计a，10、苦咸水池，11、苦咸水给水泵，12、冷凝器b，13、压缩机b，14、蒸发器b，15、膨胀阀b，16、阀门c，17、储水池，18、储水给水泵，19、阀门d，20、流量计b，21、预处理器，22、滤芯，23、温度计a, 24、温度计b，25、总进阀门，26、总进流量计，27、第一级热进阀门，28、第一级热进流量计，29、第一级热进温度计，30、第一级膜组件，31、第一级热出温度计，32、第一级冷进流量计，33、第一级冷进温度计，34、第一级冷进阀门，35、第一级冷出温度计，36、第一级冷出阀门，37、第一级膜组件热侧，38、第一级膜组件膜，39、第一级膜组件冷侧，40、第二级热进阀门，41、第二级热进流量计，42、第二级热进温度计，43、第二级膜组件，44、第二级热出温度计，45、第二级冷进阀门，46、第二级冷进流量计，47、第二级冷进温度计， 48、第二级冷出温度计，49、第二级冷出阀门，50、第N级热进阀门，51、第N级热进流量计，52、第N级热进温度计，53、第N级膜组件，54、第N级热出温度计，55、第N级冷进阀门，56、第N级冷进温度计，57、第N级冷进流量计，58、第N级冷出温度计，59、第N级冷出阀门，60、冷侧出水阀门，61、加药装置，62、产品水流量计，63、产品水，64、冷侧再循环阀门，65冷侧再循环流量计，66、废水阀门，67、废水流量计，68、结晶器，69、热侧再循环阀门a，70、热侧再循环阀门a，71、换热器，72、热侧再循环阀门b，73、储水罐，74、阀门e，75、阀门f，76、太阳能集热器，77、阀门g，78、阀门h，79、阀门i；

A、膜蒸馏系统，B、电流逆变器，C、电网，D、太阳能光伏板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中无针对苦咸水特别是温泉苦咸水脱盐净化处理的特定高效方案，现有水处理办法通常在满足经济性前提下无法达到节能环保要求，而膜蒸馏水处理方式通常处理水量小、能源利用效率低且经济效益差；针对上述背景技术中的问题，本公开提出了太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统及方法。

目前海水和苦咸水淡化的主要方法有反渗透法、多级蒸馏法、蒸发法、电渗析法等，但这些方法普遍存在系统结构复杂、能耗及造水成本高等不足。

而膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜作为分隔介质，以膜两侧蒸汽压力差为传质传热驱动力的膜分离过程。其具有设备简单、体积小、常压下进行、操作方便、化学稳定性好、产水纯净、无需加热到沸腾的优点，还能够处理极高浓度的含盐水。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提出了一种太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统。

为了达到将温泉与苦咸水高采收率地进行提纯并处理为饮用水的目的，利用温泉地热及热泵耦合驱动膜蒸馏系统来净化温泉与苦咸水。同时为了实现节能环保同时提高系统的经济性，利用太阳能集热换热系统进行再循环热料液的制热处理，利用太阳能光伏板辅助电网共同为膜蒸馏系统提供电能。

在本实施例中，提供一种具有回热及前后处理的太阳能-温泉-热泵耦合驱动多级膜蒸馏苦咸水处理系统，主要包括以下多个子系统：温泉热泵系统、苦咸水热泵系统、多级膜蒸馏及太阳能回热系统、膜蒸馏料液前处理系统、膜蒸馏后处理与饮用水处理系统、太阳能供电系统。

其中对于各个子系统，温泉热泵系统、苦咸水热泵系统利用外围太阳能及供电系统提供电能，通过压缩机、冷凝器完成对温泉水、苦咸水的进一步加热；

多级膜蒸馏及太阳能回热系统利用热料液侧与冷料液侧的蒸汽压差驱动蒸馏过程，对温泉及苦咸水进行净化，并利用太阳能换热器对热料液侧再循环料液进行加热；

膜蒸馏料液前处理系统，通过纳滤等措施对进料液进行前处理；

膜蒸馏后处理与饮水处理系统，利用结晶器对超过再循环浓度上限的废液进行结晶处理，并通过添加矿物质等过程将馏出液处理为饮用水；

太阳能供电系统利用太阳能光伏板收集太阳能转化为电能从而满足整个系统的供电需求，并以电网作为备选供电方式，以解决因天气、储能等原因导致的太阳能供能不足的情况。

系统分为两种工作模式，一是仅处理温泉水，二是温泉、苦咸水双处理；

当仅处理温泉水时，苦咸水热泵不工作；当对温泉水、苦咸水同时进行处理时，温泉热泵系统及苦咸水热泵系统均处于工作状态。

在本实施例中，具体的，如图1所示，对于各个子系统的结构进行详细描述。

温泉热泵系统包括温泉抽水井1、温泉给水泵2、冷凝器a3、压缩机a4、膨胀阀a6；

在温泉热泵系统中，通过温泉给水泵2抽出温泉抽水井里的水，并通过管路进行输送。与其同时，由压缩机a4排出的高压制冷剂蒸汽流入冷凝器a3，制冷剂蒸汽冷凝式放出的潜热将管路里的水进一步加热；而后冷凝的液态制冷剂进入蒸发器a5，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过膨胀阀a6后被压缩机a4吸入，完成制热循环。此时管路中的温泉水被加热，并流入膜蒸馏料液前处理系统。

苦咸水热泵系统包括苦咸水池10、苦咸水给水泵11、冷凝器b12、压缩机b13、蒸发器b14、膨胀阀b15。

同样苦咸水热泵系统中，通过苦咸水给水泵11抽出苦咸水池里的水，并通过管路进行输送。与此同时，由压缩机b13排出的高压制冷剂蒸汽流入冷凝器b12，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热将管路里的水进一步加热；而冷凝后的液态制冷剂进入蒸发器b14吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过膨胀阀b15后被压缩机b13吸入，完成制热循环。此时管路中的苦咸水被加热，并通过阀门c16后流入储水池17。

温泉热泵系统输入的加热后的温泉水，通过依次串联的阀门a7、流量计a9接入膜蒸馏料液前处理系统；

储水池内存储加热后的苦咸水，储水池输出端依次通过串联的储水给水泵18、阀门d19、流量计b20接入膜蒸馏料液前处理系统；或，将储水池内的水通过阀门b接通温泉热泵系统的管路，与温泉热泵系统输出的加热后的温泉水通过依次串联的阀门a7、流量计a9共同接入膜蒸馏料液前处理系统。

所述膜蒸馏料液前处理系统包括预处理器21，预处理器内部设有滤芯22，在预处理器上还设有温度计a23和温度b24。

供应到预处理器内的热料液在预处理器内滤芯的作用下，进行纳滤等前处理过程，并由温度计a和温度计b监控热料液温度；

温度计布置在预处理器的不同位置，对预处理器的处理过程的多个位置进行温度监控，以方便对预处理过程进行控制。

膜蒸馏形式可选择直接接触式、真空式、气隙式等；组件形式可选择平板式、中空纤维式等。现有技术中提供的膜蒸馏系统以串联方式居多，并联方式在已有实验与模拟中均获得了更大的膜通量与造水比，此外具有操作灵活、运行维修方便等优势。

利用并联方式将获得更高的通量与造水比。当该温泉及苦咸水系统需要扩大规模时，可在该串联或并联系统基础上以相同方式在总热进与总冷出管侧叠加串联或并联子系统，以扩大工程需求及规模。

在本实施例中，以并联方式的膜蒸馏系统进行介绍。

对于多级膜蒸馏及太阳能回热系统，包括第一级膜蒸馏系统、第二级膜蒸馏系统及第N级膜蒸馏系统，其中N为大于2的自然数，N级膜蒸馏系统并联布置；所有的膜蒸馏系统均由总进阀门25、总进流量计26控制，并在总流量计26之后分为N条支路，每条支路对应一级膜蒸馏系统。

其中，第一级膜蒸馏系统包括：第一级热进阀门27、第一级热进流量计28、第一级热进温度计29、第一级膜组件30、第一级热出温度计31、第一级冷进流量计32、第一级冷进温度计33、第一级冷进阀门34、第一级冷出温度计35、第一级冷出阀门36、第一级膜组件热侧37、第一级膜组件膜38、第一级膜组件冷侧39；第一级热进阀门27、第一级热进流量计28、第一级热进温度计29依次安装于总热进管路分支后的第一级膜组件热侧37进口管路上，均位于第一级膜组件30的热侧进口前；第一级热出温度计31安装于第一级热侧出口后接管路上；第一级冷进阀门34、第一级冷进流量计32、第一级冷进温度计33依次安装于总冷进管路分支后的第一级冷侧39进口管路上，均位于第一级膜组件30的冷侧进口前；第一级冷出温度计35、第一级冷出阀门36依次安装于第一级冷侧出口后接管路上，均位于第一级膜组件30的冷侧出口后。

第二级膜蒸馏系统包括：第二级热进阀门40、第二级热进流量计41、第二级热进温度计42、第二级膜组件43、第二级热出温度计44、第二级冷进阀门45、第二级冷进流量计46、第二级冷进温度计47、第二级冷出温度计48、第二级冷出阀门49；第二级热进阀门40、第二级热进流量计41、第二级热进温度计42依次安装于总热进管路分支后的第二级膜组件热侧进口管路上，均位于第二级膜组件43的热侧进口前；第二级热出温度计44安装于第二级热侧出口后接管路上；第二级冷进阀门45、第二级冷进流量计46、第二级冷进温度计47依次安装于总冷进管路分支后的第二级冷侧进口管路上，均位于第二级膜组件43的冷侧进口前；第二级冷出温度计48、第二级冷出阀门49依次安装于第二级冷侧出口后接管路上，均位于第二级膜组件30的冷侧出口后。

第N级膜蒸馏系统包括：第N级热进阀门50、第N级热进流量计51、第N级热进温度计52、第N级膜组件53、第N级热出温度计54、第N级冷进阀门55、第N级冷进温度计56、第N级冷进流量计57、第N级冷出温度计58、第N级冷出阀门59。第N级热进阀门50、第N级热进流量计51、第N级热进温度计52依次安装于总热进管路分支后的第N级膜组件热侧进口管路上，均位于第N级膜组件53的热侧进口前；第N级热出温度计54安装于第N级热侧出口后接管路上；第N级冷进阀门55、第N级冷进流量计57、第N级冷进温度计56依次安装于总冷进管路分支后的第N级冷侧进口管路上，均位于第N级膜组件53的冷侧进口前；第N级冷出温度计58、第N级冷出阀门59依次安装于第N级冷侧出口后接管路上，均位于第N级膜组件30的冷侧出口后。

在本实施例中的N级并联膜蒸馏系统中，膜蒸馏系统总进液流量由总进阀门25及总进流量计控制，随后在管路中依次流入各级膜蒸馏子系统，各级子系统阀门、流量计及温度计控制各支路流量与温度；

比如，第一级膜蒸馏系统由第一级热进阀门27、第一级热进流量计28及第一级热进温度计29对第一支路的流量和温度进行控制；第N级子系统由第N级热进阀门50，第N级热进流量计51及第N级热进温度计52对第N支路的流量和温度进行控制。

各支路可根据需要及膜组件性能、膜面积等平均或非平均分配流量，也可以根据需求对并联设置的膜蒸馏系统级数进行调整，比如适当增加膜蒸馏子系统的数目，增加为5个、6个或更多个，也可以适当减少膜蒸馏子系统的数目，减少为2个等，根据实际的需求进行调整即可。

热料液进入支路后，以第一级膜蒸馏系统为例；

热料液首先进入第一级膜组件30，水分子从第一级膜组件热侧37（料液侧）主体扩散到料液侧表面，完成热料液中的水蒸发过程。进而水蒸气在蒸汽压差的驱动下透过第一级膜组件膜38，穿过膜孔后迁移到第一级膜组件冷侧39凝结，完成冷凝过程。水再从冷侧膜表面扩散到冷侧主体，完成膜蒸馏过程。

多级膜蒸馏及太阳能回热系统还包括冷侧再循环阀门64、冷侧再循环流量计65、热侧再循环阀门a69、热侧再循环阀门a70、换热器71、热侧再循环阀门b72、储水罐73、阀门e74、75为阀门f、太阳能集热器76、阀门g77、阀门h78、阀门i79。

热料液中的其他组分无法透过膜，当流出的较低温热料液未达到较高浓度（根据系统具体情况，如当料液总溶解固体浓度TDS低于200~300 g/L），降温后的热料液进入换热器71，多余水在储水罐73中，太阳能集热器76中的热量，通过管路进入换热器，而较低温的热料液经换热器加热后进入再循环过程。

当热料液仅为温泉水时，则由阀门h78与阀门i79控制热料液直接进入总流管路，当热料液混合有苦咸水时，则由阀门g77控制热料液进入储水池17，而高浓度废水（如TDS高于200~300 g/L）则进入膜蒸馏后处理与饮用水处理系统。

渗透侧的液体通过阀门控制，部分进入产品水处理系统，其他冷水通过冷侧再循环阀门64与冷侧再循环流量计65送入再循环系统，由阀门、流量计及温度计配合控制；

如第一级子系统由第一级冷进流量计32，第一级冷进温度计33及第一级冷进阀门34控制；第N级子系统由第N级冷进阀门55，第N级冷进温度计56及第N级冷进流量计57控。

其他各级传质传热与第一级膜蒸馏系统方式相同。

膜蒸馏后处理与饮用水处理系统包括废水阀门66、废水流量计67、结晶器68、冷侧出水阀门60、加药装置61、产品水流量计62；当料液浓缩到一定程度后（如TDS高于200~300g/L），送入结晶器68进行结晶后处理。

而饮用水则由冷侧出水阀门60控制，经加药装置61添加饮用水所需矿物质等，最终产生产品水63。

膜蒸馏系统的供电有两种可选接入方式，通过由太阳能光伏板利用光生伏打效应而将太阳能转化为直流电，再经逆变器转换为交流电进而供给膜蒸馏系统所需电能来减少化石能源的消耗。当太阳能无法满足系统所需电能时，可选择由电网直接供电。

在本实施例中，阳能供电系统，为上述的温泉热泵系统、苦咸水热泵系统、多级膜蒸馏及太阳能回热系统、膜蒸馏料液前处理系统、膜蒸馏后处理与饮用水处理系统供能，太阳能供电系统包括太阳能光伏板和逆变器，利用太阳能光伏板D将太阳能转换为电能进而由逆变器B转换为交流电后输送到到膜蒸馏系统A，来满足整个系统供电需求。

太阳能供电系统还接入外部电网，与电网共同为上述多个子系统供能，以电网C作为备选供电方案来解决太阳能供电系统无法满足需求的问题。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图所示，提出了太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理方法，利用如实施例1中所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统。

主要包括以下步骤：

温泉与苦咸水热泵系统利用太阳能及供电系统由压缩机、冷凝器完成对温泉及苦咸水的进一步加热；

多级膜蒸馏及太阳能回热系统利用热料液侧与冷侧的蒸汽压差驱动蒸馏过程，对温泉及苦咸水进行净化，并利用太阳能换热器对热侧再循环料液进行加热；

膜蒸馏料液前处理系统，通过纳滤等措施对进料液进行前处理；

膜蒸馏后处理与饮用水处理系统，利用结晶器对超过再循环浓度上线的废液进行结晶处理，并通过添加矿物质等将馏出液处理为饮用水；

太阳能供电系统利用太阳能光伏板将太阳能转换为电能进而满足整个系统供电需求，并以电网作为备选供电来满足太阳能无法利用的情况。

系统分两种工作模式，仅处理温泉水与温泉苦咸水双处理；当仅处理温泉水时，苦咸水热泵系统不工作，当处理温泉水及苦咸水时，温泉热泵系统及苦咸水系统均工作。

在具体实施例子中，温泉热泵系统通过温泉给水泵2抽出温泉抽水井里的水。与此同时，由压缩机a4排出的高压制冷剂蒸汽流入冷凝器a3，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将管路里的水进一步加热；而冷凝后的液态制冷剂进入蒸发器a5吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过膨胀阀a6后被压缩机a4吸入，完成制热循环。此时管路中的温泉水被加热并流入膜蒸馏预处理系统。

同样苦咸水热泵系统中，通过苦咸水给水泵11抽出苦咸水池里的水。与此同时，由压缩机b13排出的高压制冷剂蒸汽流入冷凝器b12，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热将管路里的水进一步加热；而冷凝后的液态制冷剂进入蒸发器b16吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过膨胀阀b15后被压缩机b13吸入，完成制热循环。此时管路中加热后的苦咸水流入储水池17。

在该实施例的N级并联膜蒸馏系统中，膜蒸馏系统总的进液流量由总进阀门25及总进流量计26控制，随后在管路中依次流入各级膜蒸馏子系统，各级子系统阀门与流量计以及温度计控制各支路流量与温度（如第一级子系统由第一级热进阀门27，第一级热进流量计28及第一级热进温度计29控制；第N级子系统由第N级热进阀门50，第N级热进流量计51及第N级热进温度计52控制），各支路可根据需要及膜组件性能、膜面积等平均或非平均分配流量，也可根据需求调整子系统数量。

热料液进入各支路后，各级传质传热同第一级方式。第一级中，热料液首先进入第一级膜组件30，水分子从第一级膜组件热侧37（料液侧）主体扩散到料液侧表面，完成热料液中的水蒸发过程。进而水蒸气在蒸汽压差的驱动下透过第一级膜组件膜38，穿过膜孔后迁移到第一级膜组件冷侧39凝结，完成冷凝过程。水再从冷侧膜表面扩散到冷侧主体，完成膜蒸馏过程。

热料液中的其他组分无法透过膜，当流出的较低温热料液未达到较高浓度（根据系统具体情况，如当料液总溶解固体浓度TDS低于200~300 g/L），降温后的热料液进入换热器71，多余存储水在储水罐73中，太阳能集热器76中的热量，通过管路流入换热器，而较低温的热料液经换热器结合再加热后进入再循环过程，当仅有温泉水则直接进入总流管路，当混合有苦咸水则进入储水池17，而高浓度废水（如TDS高于200~300 g/L）则进入后处理系统，由结晶器68进行结晶后处理。渗透侧的液体通过阀门控制，部分进入产品水处理系统，饮用水由冷侧出水阀门60控制，经加药装置61添加饮用水所需矿物质等，最终产生产品水63。其他冷水通过冷侧再循环阀门64与冷侧再循环流量计65送入再循环系统，由阀门、流量计及温度计配合控制（如第一级子系统由第一级冷进流量计32，第一级冷进温度计33及第一级冷进阀门34控制；第N级子系统有第N级冷进阀门55，第N级冷进温度计56及第N级冷进流量计57控制）。

在该实例中太阳能供电系统，为上述的温泉热泵系统、苦咸水热泵系统、多级膜蒸馏及太阳能回热系统、膜蒸馏料液前处理系统、膜蒸馏后处理与饮用水处理系统供能，其包括太阳能光伏板和逆变器，利用太阳能光伏板D将太阳能转换为电能进而由逆变器B转换为交流电后输送到到膜蒸馏系统A，来满足整个系统供电需求。

太阳能供电系统还接入外部电网，与电网共同为上述多个子系统供能，以电网C作为备选供电方式来解决太阳能供电系统无法满足需求的问题。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，其特征在于，包括：

原料水热泵系统，被配置为通过热泵系统对获取的温泉水和/或苦咸水进行预热；

多级膜蒸馏系统，被配置为获取预热后的温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏，利用原料水热泵系统对膜组件冷侧进行冷凝；

回热系统，被配置为获取膜蒸馏后膜组件热侧的料液进行加热并重新输入多级膜蒸馏系统；

蒸馏后处理系统，被配置为对膜蒸馏后的冷凝水和高浓度料液废水进行处理加工后输出产品；

所述原料水热泵系统与多级膜蒸馏系统之间设有膜蒸馏料液前处理系统，用于对预热后的温泉水和/或苦咸水进行前置处理后输入到多级膜蒸馏系统；

所述原料水热泵系统包括温泉热泵系统和苦咸水热泵系统，温泉热泵系统和苦咸水热泵系统均包括对应的热泵系统；

所述温泉热泵系统还包括温泉水供水机构，用于获取温泉水并与热泵系统换热后输入到膜蒸馏料液前处理系统和多级膜蒸馏系统中；苦咸水热泵系统还包括苦咸水供水系统，用于获取苦咸水并与热泵系统换热后输入到膜蒸馏料液前处理系统和多级膜蒸馏系统中；

储水池内存储有苦咸水热泵系统加热后的苦咸水，将储水池内的水通过阀门b接通温泉热泵系统的管路，与温泉热泵系统输出的加热后的温泉水通过依次串连的阀门a和流量计a接入膜蒸馏料液前处理系统；

所述多级膜蒸馏系统及回热系统还包括冷侧再循环阀门，膜蒸馏后的冷凝水部分进入产品水处理系统，其他冷水通过冷侧再循环阀门与冷侧再循环流量计送入再循环系统；

所述回热系统，由阀门g控制膜蒸馏后膜组件热侧的料液进入储水池，而高浓度料液废水则直接进入膜蒸馏后处理与饮用水处理系统。

2.如权利要求1所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，其特征在于，所述多级膜蒸馏系统包括至少两组膜蒸馏子系统，所有的膜蒸馏子系统通过管路并联布置，每组膜蒸馏子系统内均设有与原料水热泵系统换热的膜蒸馏组件，膜蒸馏组件通过膜组件对温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏。

3.如权利要求1所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，其特征在于，所述回热系统包括太阳能集热器，所述回热系统一端连通膜蒸馏组件，另一端连通多级膜蒸馏系统入口，用于对膜蒸馏后膜组件热侧的料液进行加热并重新输入多级膜蒸馏系统。

4.如权利要求1所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，其特征在于，还包括供能系统，供能系统连接原料水热泵系统、多级膜蒸馏系统、回热系统及蒸馏后处理系统。

5.如权利要求4所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，其特征在于，所述供能系统包括太阳能光伏板和逆变器，太阳能光伏板通过逆变器接入其他系统为其供能，供能系统与外部电网连接。

6.太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理方法，利用如权利要求1-5任一项所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理系统，其特征在于，包括以下步骤：通过原料水热泵系统对获取的温泉水和/或苦咸水进行预热；

获取预热后的温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏，利用原料水热泵系统对膜组件冷侧进行冷凝；

获取膜蒸馏后膜组件热侧的料液进行加热并重新输入多级膜蒸馏系统；

膜蒸馏后的冷凝水和高浓度料液废水进行处理加工后输出产品。

7.如权利要求6所述的太阳能-温泉-热泵耦合多级膜蒸馏水处理方法，其特征在于，通过多级并联膜蒸馏子系统对预热后的温泉水和/或苦咸水进行膜蒸馏处理。

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