CN116171265A - 用于净化水及生成水蒸气的系统 - Google Patents

Abstract

本发明的系统及方法使用蒸发‑脱盐单元将污染水流分离成污染处理流及洁净水蒸气流来净化流体及回收蒸气，尤其处理并再循环污染水。使用来自该洁净水蒸气流的热来干燥该污染处理流，该污染处理流可被干燥并分离成回收矿物。

Description

用于净化水及生成水蒸气的系统

技术领域

本发明涉及一种用于净化水及生成水蒸气的系统。尤其，本发明涉及一种改进的方法，该方法使用一系列传感器及控制系统通过水平的水处理容器来蒸发水，去除溶解的固体，以及从污染水最大化地回收饮用水。

背景技术

脱盐(desalinization也称为desalination或desalinisation)是指从水中去除多余的盐、矿物以及其它天然或非天然污染物的许多制程之一。历史上，脱盐将海水转化成船舶上的饮用水。现代的脱盐制程仍被用于船舶及潜艇上，以确保船员的持续饮用水供应。然而，脱盐被越来越多地用于淡水资源稀缺的干旱地区。在这些地区，来自海洋的盐水被脱盐为适于摄取(也就是，可饮用)或灌溉的淡水。来自该脱盐制程的高浓度废物通常被称为盐水(brine)，其中，盐(NaCl)为典型的主要副产品。现今对脱盐的兴趣主要集中于开发具有成本效益的制程，以为淡水供应有限的干旱地区提供淡水。

大规模脱盐通常成本高昂，且通常需要大量的能量及昂贵的基础设施。例如，世界上最大的脱盐工厂主要使用多级闪蒸(flashdistillation)，且每年可生产3亿立方米(m³)的水。美国最大的脱盐工厂每天脱盐2500万加仑(95,000m³)的水。全球(约13,000家脱盐工厂)每天生产超过120亿加仑(4500万m³)的水。因此，本领域需要不断改进脱盐方法，也就是降低成本以及提高相关系统的效率。

可通过许多不同的制程来执行脱盐。例如，一些制程使用简单的基于蒸发的脱盐方法，例如多效蒸发(multi-effect evaporation；MED或简称为ME)、蒸气-压缩蒸发(vapor-compression evaporation；VC)以及蒸发-冷凝(evaporation-condensation)。一般来说，蒸发-冷凝是在水文循环期间由自然界执行的自然脱盐制程。在水文循环中，水从例如湖泊、海洋及溪流等源头蒸发至大气中。接着，蒸发的水接触较冷的空气并形成露水或雨水。由此形成的水大体上不含杂质。可通过使用一系列蒸发-冷凝制程来人工复制该水文过程。在基本的操作中，盐水被加热至蒸发。盐及其它杂质从水中溶出并在该蒸发阶段期间被留下。该蒸发的水随后被冷凝、收集并储存为淡水。多年来，该蒸发-冷凝系统已得到很大改进，尤其随着促进该制程的更高效技术的出现。然而，这些系统仍需要大量的能量输入来蒸发水。一种替代的基于蒸发的脱盐方法包括多级闪蒸，如上简单所述。多级闪蒸使用真空蒸馏。真空蒸馏是一种通过在蒸发室内形成真空而在低于大气压下煮沸水的制程。因此，真空蒸馏操作于远低于MED或VC的温度下，因此需要较少的能量来蒸发水，以从中分离污染物。鉴于不断上升的能量成本，此制程尤其可取。

替代的脱盐方法可包括基于膜的制程，例如逆向渗透(reverse osmosis；RO)、电渗析逆转(electrodialisys reversal；EDR)、纳滤(nanofiltration；NF)、正向渗透(forward osmosis；FO)以及膜蒸馏(membrane distillation；MD)。在这些脱盐制程中，逆向渗透被最广泛地使用。逆向渗透使用半透膜及压力以从水中分离盐及其它杂质。逆向渗透膜被视为有选择性的。也就是说，该膜对于水分子是高度可渗透的，而对于溶解于其中的盐及其它污染物是高度不可渗透的。膜本身被储存于昂贵且高压的容器中。该容器布置该些膜以使表面积以及穿过其中的盐水流速最大化。传统的渗透脱盐系统通常使用以下两种技术的其中一种以在该系统内形成高压：(1)高压泵；或(2)离心机。高压泵有助于通过膜过滤盐水。该系统中的压力依据泵设置以及该盐水的渗透压而变化。渗透压依赖于溶液的温度以及溶解于其中的盐的浓度。作为替代，离心机通常更高效，但更难以实施。离心机以高速率旋转溶液，以分离该溶液内不同密度的物质。与膜结合时，悬浮盐及其它污染物受制于沿该膜的长度的恒定径向加速度。一般来说，逆向渗透的一个常见问题是随着时间推移，悬浮盐的去除及膜的堵塞。

逆向渗透水脱盐工厂的运营费用主要取决于驱动高压泵或离心机所需的能量成本。可将水能(hydraulic energy)回收系统集成于逆向渗透系统中，以抑制与已是能量密集的工艺关联的不断上升的能量成本。这包括回收部分输入能量。例如，涡轮机尤其能够在需要高操作压力及大量盐水的系统中回收能量。涡轮机在水压降期间回收能量。因此，基于在膜的相对侧之间的压差，在逆向渗透系统中回收能量。在盐水侧上的压力远高于在脱盐水侧上的压力。该压降产生相当大的水能，其可由涡轮机回收。因此，在逆向渗透膜的高压与低压部分之间产生的能量被利用，而不是完全浪费。回收的能量可用以驱动任意系统组件，包括高压泵或离心机。涡轮机有助于减少执行脱盐所需的总体能量支出。

一般来说，逆向渗透系统与热蒸馏相比通常消耗较少的能量，因此更具成本效益。尽管逆向渗透在稍咸水(brackish water)溶液中作用良好，但在用于重盐溶液(例如海洋盐水)时，逆向渗透可能变得过载且效率低下。其它效率较低的脱盐方法可包括离子交换、冷冻、地热脱盐、太阳能加湿(HDH或MEH)、甲烷水合物结晶、高品质水再循环或RF诱发高热。不论何种工艺，脱盐仍为能量密集的。未来的成本及经济可行性继续依赖于脱盐技术的价格与操作该系统所需的能量的成本两者。

在另一种替代脱盐方法中，Burke,Jr.的美国专利号4,891,140公开一种通过分解蒸馏从水中分离并去除溶解的矿物及有机物质的方法。这里，水在受控压力下被加热成蒸气。当水蒸发时，溶解的盐粒及其它污染物脱离溶液。集成的水力旋流离心机加速该分离制程。该加热的高压的洁净水通过热交换及水力马达将能量传送回系统。因此，净能量使用相对低于上述工艺。事实上，净能量使用基本等同于来自设备运行的泵损失及热损失。此设计的一个特别优点是不需要更换膜。此工艺去除了化学物质和其他物质，否则这些物质会损伤或破坏基于膜的脱盐装置。

另一专利(Wallace的美国专利号4,287,026)公开一种用于从盐水及其它微咸水中去除溶解固体形式的盐及其它矿物以生产饮用水的方法及装置。迫使水在高温且在高离心速率下通过数个脱盐阶段。优选地，内部部件以高达2马赫的速度旋转该水，以高效地从蒸发的水中分离及悬浮溶解的盐以及其它溶解的固体。该悬浮盐及其它矿物受到向外的离心力作用而被独立于水蒸气排出。接着，将该分离且净化的蒸气(vapor)或蒸汽(steam)冷凝回饮用水。与逆向渗透及类似的过滤系统相比，该系统需要显著较少的操作能量以高效且经济地净化水。此设计的一个缺点是旋转轴构建于垂直室中。因此，旋转轴部分仅通过轴承及轴承盖被牢固地锚定于基本单元上。在高转速下(例如超过1马赫)，振动导致过度的轴承轴及密封失效。另一个缺点是一系列室在壳体部分中被栓接在一起。穿孔板通过O形环密封与这些部分耦接。由于该多个室及壳体部分通过多个螺母及螺栓连接，因此由于盐渗透，该壳体及O形环密封往往随着时间推移而磨损。尤其，华莱士(Wallace)设计的组装尤其费力。维护同样是劳动密集的，因为拆卸各该壳体部分(包括该O形环、螺母及螺栓)花费大量时间。当然，该装置必须在执行必要的维护之后重新组装。必须将各壳体部分小心地放回到一起，以确保它们之间适当的密封。随着该装置老化，系统也容易出现各种扭矩及维护问题，例如O形环泄漏。而且，旋转轴通过齿轮驱动与电源连接，其导致上述与轴承、轴及密封件关联的可靠性问题。该系统也未公开用于依据被脱盐的盐水的渗透压来调控旋转轴部分的速度的方式。因此，Wallace脱盐机的静态操作不如其它现今的脱盐装置高效。

因此，本领域需要一种改进的系统，其包括用于监测实时系统信息的传感器以及用于调节该系统的机械操作的控制器，以使水的净化(例如水的脱盐)最大化以及使能量消耗最小化。此类系统还应当包含多个再循环的循环(recycling cycle)，以将饮用水的回收率从约80％增加至约96％至99％之间；应当包含聚合物辅助回收系统，以提取残留化合物的微量元素；以及与本领域已知的其它脱盐系统相比应当消耗较少的能量。本发明满足这些需求并提供进一步的相关优点。

发明内容

本发明涉及一种用于处理流体(例如净化或脱盐废水)及生成水蒸气(包括蒸汽)的系统。用于净化废水源的该系统开始于废水源与产生过滤废水流的废水过滤器装置上的入口流体连接。分离罐与该废水过滤器装置上的出口流体连接，其中，该分离罐将该过滤废水流分成重组分、轻组分，以及中间组分。第一净化单元包括大体上水平的细长容器，该细长容器具有在邻近第一废水入口的该细长容器的第一端与邻近第一污染物出口及第一蒸气出口的该细长容器的第二端之间沿该细长容器垂直设置的多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板。该第一净化单元上的该第一废水入口与该分离罐上的中间出口流体连接并且将该中间组分分离成流向该第一污染物出口的污染物流以及流向该第一蒸气出口的净化蒸气流。

污染物罐与该第一污染物出口流体连接，以及热交换管与该第一蒸气出口流体连接并与该污染物罐热连接。来自该热交换管中该净化蒸气流的热将该污染物罐中的该污染物流干燥为污染物矿渣(mineralresidue)。净化水回收罐在该污染物罐之后与该热交换管流体连接。矿物分离器与该污染物罐上的出口连接，其中，该矿物分离器将该污染物矿渣分离成商业矿物。

再循环线将该第一净化单元上的该第一污染物出口与该第一废水入口流体连接。该再循环线将该污染物流的至少75％转移至该第一废水入口。

在该净化单元内，各该旋转托盘具有多个勺，各勺具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口，且各该固定挡板具有多个孔，各孔具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口。该纯化单元还可包括设于该多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板的下游的该细长容器中的内部套筒，该内部套筒形成通向该第一污染物出口的环形通道。

该系统可包括第二净化单元，该第二净化单元具有大体上水平的细长容器，该细长容器具有在邻近第二废水入口的该细长容器的第一端与邻近第二污染物出口及第二蒸气出口的该细长容器的第二端之间沿该细长容器垂直设置的多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板。该第二废水入口与该第一净化单元上的该第一污染物出口流体连接，该第二污染物出口与该污染物罐流体连接，以及该第二蒸气出口与该第一蒸气出口流体合并。在该第二净化单元中的各该多个托盘具有多个勺，各勺具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口，且在该第二净化单元中的各该多个挡板具有多个孔，各孔具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口。

本发明还涉及一种用于净化废水源的制程。该制程开始于滤网过滤该废水源，以产生过滤废水流。在密度分离罐中将该过滤废水流分离成重组分、轻组分，以及中间组分。通过净化单元处理该中间组分，其中，该净化单元将该中间组分分离成污染物流及净化蒸气流。通过使用来自该净化蒸气流的热在热交换单元中干燥该污染物流。接着，将该净化蒸气流冷凝成纯净水，以及处理干燥的污染物流，以从中回收矿物。

该制程还包括通过该净化单元再循环该污染物流的部分。通过该净化单元的该污染物流的该再循环部分包括该污染物流的至少75％。该制程还包括通过第二净化单元处理该污染物流，其中，该第二净化单元将该污染物流分离成浓缩污染物流及第二净化蒸气流。具有第二净化单元包括组合该净化蒸气流与该第二净化蒸气流，且该干燥步骤包括使用来自该组合净化蒸气流与第二净化蒸气流的热在该热交换器中干燥该浓缩污染物流。

优选地，该净化单元具有大体上水平的细长容器，该细长容器具有在该细长容器的第一端与第二端之间沿该细长容器垂直设置的多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板。该多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板还可包括：各该多个旋转托盘上的多个勺，各勺具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口；以及各该多个固定挡板上的多个孔，各孔具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口。该净化单元可包括设于该多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板的下游的该细长容器中的内部套筒，该内部套筒形成通向该污染物出口的环形通道。

在该净化单元中，该些托盘的至少其中之一可包括导流器，该导流器自其正面延伸并经配置以将该流体流引向该托盘的周边。可旋转轴穿过该挡板，并附着至该托盘，以在内室内旋转该托盘，同时该挡板保持不动。驱动装置旋转该轴。通常，在该挡板与该轴之间设置间隙或低摩擦材料层或套筒，或轴承。

在一个优选实施例中，可使用控制器调节该轴的旋转速度或至该容器中的水输入。至少一个传感器与该控制器通信。至少一个传感器经配置以确定下列至少其中之一：1)该轴或托盘的旋转速度，2)该内室的压力，3)该流体的温度，4)流体输入速率，或5)该待处理流体中的污染物含量。

从下面结合示例说明本发明的原理的附图所作的详细说明，本发明的其它特征及优点将变得更加清楚。

附图说明

附图示例说明本发明。在这些附图中：

图1显示依据本发明用于净化水及生成水蒸气的系统的顶部示意且部分剖切的视图；

图2是图1的系统的侧面示意且部分剖切的视图；

图2A是类似于图2的视图，显示一种替代布置，其中，系统10由与轴的一端直接耦接的直接驱动马达控制；

图3显示上部开启的水处理容器的顶视图；

图4是依据本发明附着至便携式框架的水平水处理容器的端视图；

图5是其中具有多个勺的旋转托盘的顶视图；

图6是该托盘及其勺的部分的剖视图；

图7是依据本发明所使用的挡板的顶视图；

图8是在其前面布置有导水器的托盘的侧视图；

图9是该挡板的部分的剖视图，显示其锥形孔；

图10显示依据本发明电动马达与传动装置耦接并接着与该水处理容器的轴耦接的示意图；

图11示意显示本发明的系统，类似于图1，但显示依据本发明包含控制箱及各种传感器；

图12是本发明的系统的顶部示意视图，包含涡轮机及发电机；

图12A是类似于图12的视图，显示该系统可由与轴一端直接耦接的直接驱动电机控制；

图13是该水处理容器的端视图，显示其蒸气出口；

图14是图12的系统的侧面示意视图；

图15是依据本发明用于净化水及生成水蒸气的系统的一个替代实施例的前面示意且部分剖切的视图；

图16是由圆圈16标示的图15的系统的托盘及挡板的近视图；

图17是图15的系统中所示的具有入口及出口的容器的下方立体视图；

图18是沿图17的线18-18所作的图17的容器的剖面；

图19显示图15的系统的具有托盘及挡板的轴；

图20显示图15的系统的托盘；

图21显示图15的系统的挡板；

图22是由图20中的线22-22标示的托盘的侧视图；

图23是由图20中的线23-23标示的托盘的相对侧视图；

图24是由图21中的线24-24标示的挡板的侧视图；

图25是设于该容器中的轴、托盘及挡板的部分剖视图；

图26是沿图20的线26-26所作的托盘的剖视图；

图27是沿图21的线27-27所作的挡板的剖视图；

图28是本发明的系统的控制屏幕的示意图；

图29显示在本发明的水处理容器中各点发生的制程的示意图；

图30显示图15的系统的具有托盘及挡板的轴的一个实施例，该托盘及挡板的直径增加且其上的勺及孔的数目增加；

图31是摘选自图30的托盘的侧视图；

图32是摘选自图30的挡板的侧视图；

图33示意显示本发明的系统的一个实施例，包括盐水撷取系统及储存罐；

图34示意显示本发明的盐水撷取系统；

图35示意显示本发明的系统的一个实施例，包括具有水力发电机的高架冷凝器及保存罐；

图35A示意显示图35的冷凝器；

图36示意显示本发明的系统的一个实施例，包括盐水再循环系统及盐水干燥系统；

图37示意显示本发明的系统的一个实施例，包括具有图形显示器的控制系统；

图38示意显示具有主屏幕的图形显示器的控制系统；

图39示意显示具有图形屏幕的图形显示器的控制系统；

图40示意显示具有趋势屏幕的图形显示器的控制系统；

图41显示依据本发明的废水净化系统及方法的流程图；以及

图42显示依据本发明的废水净化系统及方法的一个替代实施例的流程图。

具体实施方式

如附图中所示，出于说明目的，本发明涉及一种用于净化水及生成水蒸气的系统及方法。本发明的方法及系统尤其适用于盐水(例如海洋或其它微咸水)以及河水或其它液体/浆体的脱盐。此优选处理在本文中将用于示例目的，不过本领域的技术人员将理解，本发明的系统及方法可用以净化其它水源。本发明可用以去除溶解的或悬浮的固体(净化)，以及重金属及其它污染物。而且，本文中将更全面地说明，本发明的系统及方法可与较洁净的水一起使用，以形成蒸汽形式的水蒸气，该水蒸气具有足够的压力及温度，以便通过涡轮机，该涡轮机与发电机可操作地连接以进行发电，或其它蒸汽加热应用。

在下面的说明中，说明本发明用于净化水及生成水蒸气的方法及系统的多个实施例。贯穿这些实施例并参照附图，将使用相同的附图标记表示功能等同的组件。

现在请参照图1及2，该系统(蒸发-脱盐单元，大体上由附图标记10表示)包括水处理容器或室12，其定义内室14，其中，从水中去除盐及其它溶解的固体及污染物，以生产基本不含矿物的饮用水。在一个实施例中，处理容器12经由供给罐管20通过入口阀18自供给罐16接收污水。在此图示中，入口阀18通过侧壁横向进入容器12。此入口阀18可如下所述交替设置。水源可为海水或海洋水、其它微咸水，或者甚至为被其它污染物污染的水。而且，本发明设想从源头直接供应污染水，其中，可能不必使用供给罐16。

现在请参照图3，在一个实施例中，容器12包括下方壳体及上方壳体部分12b，以使下方与上方壳体部分12a与12b可相对于彼此开启或移除，从而获取容器12的内室14内的内容物。容器12也可被构造为单个单元，而不是下方及上方壳体部分。水处理容器12在内室14内包括多个旋转托盘22，该些托盘彼此隔开且在每对托盘22之间设置挡板24。本文中将更全面地解释，旋转托盘22包括穿过该托盘形成的多个勺26，且挡板24通常包括板，该板具有穿过该板形成的多个孔28。挡板24被固定至容器12以保持不动。挡板24可包括：下部，设于该容器的下方壳体12a中；以及上部，附着至并设于容器12的上方壳体12b中，且经设计以于容器12的下方及上方壳体12a及12b彼此接合并闭合时形成单个挡板。作为替代，各挡板24可包括单个片体，其在先前实施例中被附着至下方壳体12a或上方壳体12b，或者在该单个单元实施例中位于多点。在任一实施例中，挡板24在水及水蒸气通过时将保持大体上不动。

如图2、10、11，以及12中所示，变频驱动器30可调控电动马达32驱动传动装置34及相应轴36的速度。轴36被旋转耦接至轴承或类似物，通常为用合成油润滑的非摩擦轴承、Schmitt耦接器，或在容器12的大体上相对端的陶瓷轴承38及40。轴36延伸穿过托盘22及挡板24，使得仅托盘22由该轴旋转。也就是说，托盘22与轴36耦接。轴承或低摩擦材料(例如由Teflon构成的层或套筒)设于旋转轴36与孔板挡板24之间，以减少其间的摩擦，并稳定及支撑旋转轴36。Teflon并非优选，因为它可能磨损并污染流体。

作为替代，如图2A及12A中所示，系统10可由与轴36的一端直接耦接的直接驱动马达32a控制。直接驱动马达32a允许使用高速电动马达或燃气涡轮机直接驱动。通过使用直接驱动马达32a，可避免与传动齿轮装置中固有的阻力关联的功率及力的下降。例如，在典型的齿轮驱动系统中，在200 HP及300 ft-lb的马达可在齿轮传动后产生60 HP及90 ft-lb的转子参数。相比之下，直接驱动马达将仅需提供60 HP及90 ft-lb以在转子获得相同的参数-由于消除了传动中的齿轮装置，因此不会出现下降。

尽管本发明具有齿轮驱动传动装置的系统10可被制备为固定设施或移动设施(如在拖车上)，但在直接驱动系统中消除传动装置有助于系统10的移动态样。更小、更紧凑的直接驱动系统10更容易安装于拖车上，拖车更容易移动且在不同场所之间运输。

从附图中可看出，水处理容器12为大体上水平取向。这与Wallace’026装置相反，在Wallace’026装置中，水处理室为大体上垂直取向，且旋转轴的顶部由轴承及轴承盖固定，其支撑该室本身。因此，旋转轴部分仅被牢固地锚定至该单元的基体。在高运行转速下，系统内的振动导致过度的轴承、轴及密封失效。相比之下，将水处理容器12水平安装至框架结构42，使旋转载荷沿容器12的长度分布并减少振动(例如谐波振动)，否则该振动可能导致过度的轴承、轴及密封失效。而且，将容器12安装至框架结构42增强系统10的便携性，这将在本文中更全面地说明。通过各挡板24支撑非常快速地旋转的轴36进一步稳定该轴及系统，并减少振动以及由此导致的损伤。

如上所述，以极高的速度(例如2马赫)旋转轴36以及托盘22，不过较慢的速度例如1.7马赫已被证明有效。这使水移动通过托盘22的勺26，旋动并加热水，从而形成水蒸气，且污染物、盐，以及其它溶解的固体被留下并脱离该水蒸气。大部分进水通过1)真空蒸馏而被蒸发以及2)与第一旋转托盘22撞击时形成的空穴现象(cavitation)而被蒸发，离心及轴流压缩导致温度及压力升高，因为轴RPM(转速)与温度/压力升高或降低之间存在直接相关。接着，在通过下一个具有勺26的旋转托盘22再次处理之前，使该水及水蒸气通过挡板24的孔28。托盘22及挡板24的配置经设计以通过在托盘22的周边提供足够的间隙且通过挡板24的中心开口59来最小化或消除在轴36的旋转中的阻力及摩擦。同时，围绕托盘22的周边以及通过挡板24的中心开口59的泄漏被最小化，以提高效率。

当该水及水蒸气通过容器12的各子室时，该水蒸气的温度升高，从而形成额外的水蒸气，并将盐、溶解的固体，以及其它污染物留在剩余水中。在该水及污染物上的离心力将其推至内室14的壁并进入一组通道44中，该组通道将该污染物及未蒸发的水引导至出口46。生成的该水蒸气通过形成于容器12中的水蒸气出口48。因此，该水蒸气与该污染物及剩余水彼此分离。需要注意的是，系统10产生水蒸气(watervapor)-不是蒸汽(steam)。该水蒸气通过压力降低与温度升高的组合形成。系统10将该水蒸气的温度保持于等于或低于蒸汽的温度，从而避免蒸发潜热以及将液态水转化为蒸汽所需的额外能量。因此，使水蒸气返回液态水所需的能量相应较低。

如上所述，托盘22由轴36旋转。轴36由多个轴承支撑于水处理容器12的内部内，如上所述。该轴承通常为用合成油润滑的非摩擦轴承、钢，或陶瓷。现有技术的脱盐系统包含在高转速及高温下会失效的标准滚子轴承。因此，现有技术中已知的脱盐系统具有与标准滚子轴承关联的高失效率。在本发明中，经润滑的非摩擦轴承、密封的钢珠轴承，或陶瓷轴承38及40比标准滚子轴承更耐用，且在高转速及高温下较少失效。轴承38、40可包括内部润滑管以允许润滑剂流过其中，从而使由操作导致的磨损最小化。轴承38、40还包括振动传感器(如下所述)，以监测并使操作期间发生的振动量最小化。而且，轴36可间歇性地由低摩擦材料支撑，例如设于挡板板24与轴36之间的Teflon套筒或轴承50。这进一步确保轴36上的重量及力的均匀分布，并提升系统的操作及寿命。

现在尤其参照图5及6，显示示例托盘22，具有穿过该托盘形成的多个勺26。尽管在图5中显示14个勺26，但应当理解，数目可变化，且在单个托盘22中可为数十个，因此虚线代表各种数目的多个勺。

图6是托盘22以及形成于其中的勺26的剖视图。在特别优选实施例中，勺26为锥形，以使其入口52的直径大于其出口54的直径。锥形勺26基本为文丘里(Venturi)管，其具有基本垂直于旋转托盘基体22的水平表面的垂直开口或入口52。液体及蒸气加速通过锥形勺26，因为该锥形勺在其入口52具有较大的体积且在其退出口或出口54具有较小的体积。由于Venturi效应，从锥形勺26的入口至出口的体积变化导致速率增加。因此，该液态水及水蒸气被进一步加速及搅拌，导致温度及压力升高。这进一步使污染物能够从该水蒸气中分离。锥形勺26可通过本领域已知的任意方式附着至旋转托盘22。

再次，将理解，在旋转托盘22的整个区域中将分布有或多或少的锥形勺26，勺26的特定数目及尺寸将依据本发明的系统10的操作条件而变化。而且，勺26的角度(在图6中显示为约45度)可因托盘22不同而不同。也就是说，通过增加该旋转勺的角度(例如在后续托盘上增加25度至31度至36度，在下一托盘上至40度、45度等)，旋转托盘22的勺26的角度的增加顺应随着水蒸气通过容器12而形成的水蒸气的压力的增加。角度的增加还可用以进一步搅拌及形成水蒸气，以及增加该水蒸气的压力，该水蒸气压力可用于蒸汽涡轮机中，本文中将更全面地说明。

现在请参照图7及9，在图7中显示穿孔板形式的挡板24。在此情况下，挡板24形成为第一板件56及第二板件58，它们通过连接器60连接至容器12的内壁。连接器60可包括螺栓、销、杆，或任意其它合适的连接装置。或者，如上所述，挡板24可形成为连接至上方或下方容器壳体12a及12b的单个单元。当形成为双板件56及58时，优选地当容器12闭合时，板件56与58彼此相互接合从而有效地形成单个挡板24。

如上所述，穿过挡板24形成多个孔28。图9是这样一个孔28的剖视图。类似于上述托盘，该孔优选地包括直径大于该孔的出口64的入口62，以使孔28为锥形，这将增加通过该孔的水及水蒸气的压力及速率，从而进一步提高温度并自水形成额外的蒸气。类似于上述托盘22，孔28可形成于整个挡板中，如系列虚线所示。孔28的特定数目及尺寸可依据系统10的操作条件而变化。

现在请参照图8，显示轴36延伸穿过旋转托盘22。在一个实施例中，在托盘22的前面设置圆锥形导水器66。例如，导水器66可具有45度角，以使通过挡板24的中心开口59的剩余水及蒸气从轴36向托盘22的周边或外缘偏移，从而改善蒸发以及提高饮用水的回收率。

请再次参照图3及4，如上所述，在一个特别优选的实施例中，容器12可形成为两个壳体或部分12a及12b。这促进容器组件的快速检查及更换(根据需要)。优选地，内室14的壁以及任意其它组件例如托盘22、挡板板24、轴36等用Melonite或其它降低摩擦及抗腐蚀的物质处理。当然，这些组件可包括抗腐蚀且具有低摩擦系数的材料，例如抛光不锈钢等。优选地，容器12的下方及上方部分12a与12b互连，以于闭合时，它们基本为气密及水密的。而且，在系统10的操作期间，闭合的容器12需要能够承受由于其中的水蒸发而导致的高温及高压。

现在请参照图1、2及10，通常，传动装置34将电动马达32与驱动轴36互连。马达32可为内燃机(汽油、柴油、天然气等)、电动马达、燃气涡轮机，或用于提供驱动的其它已知装置。传动装置34的速度由变频驱动器30设定。图1、2及10中的图示仅为示意，并不代表变频驱动器30、马达32m及传动装置34的相对尺寸。变频驱动器30主要由计算机控制器68调控，本文中将更全面地说明。轴36可为皮带或齿轮驱动的。如下所述，马达32也可与轴36直接连接。尤其参照图10，该马达的轴70通过皮带74与中间轴72连接。中间轴72通过另一条皮带76与该轴连接。图10中所示的高速工业皮带及滑轮系统驱动水处理容器12内部的轴36。如图所示，多条皮带74及76以及一组中间轴72以电动马达32施加于电动马达驱动轴70上的旋转输入速度的倍数增加轴36处的旋转输出速度。当然，旋转输入速度与旋转输出速度之比可通过改变皮带74及76以及相应的中间轴72的相对旋转速率来改变。通过将电动马达驱动轴70经由皮带74及76以及中间轴72与轴36耦接，以及在传动装置34与室12之间的轴36上添加Schmitt耦接器，本发明能够避免困扰其它现有技术脱盐系统的振动及可靠性问题。

请再次参照图1，如上所述，水蒸气被引导通过容器12的水蒸气出口48。水蒸气通过回收管78到达蒸气回收容器或罐80。接着，水蒸气在蒸气回收罐80内冷凝并汇聚成液态水。为促进此过程，在一个实施例中，多个隔开件82(例如呈百叶片形式)被设置于水蒸气的流动路径中，以使水蒸气可汇聚及冷凝于该百叶片上并变成液态水。接着，该液态水被移至饮用水储存罐84或巴氏杀菌(pasteurizing)保存罐86。若容器12中的水及水蒸气被加热至巴氏杀菌所需的温度，以杀死有害微生物、斑马贻贝幼虫，以及其它有害有机体，则该液态水可被保存于保存罐86中。

现在请参照图15-27，显示系统10及水处理容器12的另一个优选实施例。图15显示包括容器12的替代单片体构造的总体系统10。在此实施例中，容器12具有与前述实施例类似的构造，包括元件例如内室14、入口阀18、具有勺26的托盘22、具有孔28的挡板24、盐水出口46，以及蒸气出口48。入口阀18包括通向容器12的多个入口，优选至少两个。这些入口18围绕轴36设于该容器的端部上，以在内室14各处更均匀地分配流体。优选地，入口18与轴36呈列式进入容器12，以避免相对于通过容器12的运动方向陡峭地(尤其直角式)进入内室14。优选地，污染物出口46为超大尺寸，以便不限制浓缩流体流出系统10。下面说明的再循环特征可解决可被允许通过该超大尺寸的污染物出口46离开系统10的任意过度的液体容许量。由陶瓷轴承38、40支撑的轴36通过托盘22及挡板24的中心。

托盘22被附着至轴36，并向外朝向内室14的壁延伸，如上所述。优选地，挡板24包括从内室14的壁向轴36延伸的单个片体，其中心开口59形成挡板24与轴36之间的间隙，如上所述。优选地，挡板24通过螺丝或销60固定至该内室的壁，也如上所述。在一个特别优选的实施例中，容器12包括交替散布于内室14中的六个托盘22与五个挡板24。

在此替代实施例中，内室14包括邻近盐水出口46设置的内部套筒45。内部套筒45具有环形形状，其直径略小于内室14的直径。内部套筒45从最后一个托盘22的下游的一点延伸至紧邻盐水出口46的下游的另一点。在内部套筒45与内室14的外壁之间形成环形通道47。在典型的构造中，内部套筒45约为6英寸长，且环形通道47为约1-1¹/₂英寸宽。此环形通道或通道47撷取从旋转托盘22被旋出至室14的外壁的盐水或污染物质，如上所述。此环形通道47促进盐水或污染物质向出口46移动，且使蒸气排放污染或室14内物质积累的可能性最小化。

图16显示托盘22及挡板24的近视图。可清楚地看到挡板24如何自容器12的壁延伸穿过室14并终止于轴36附近。还可看到托盘22如何被附着至轴36并具有穿过该托盘设置的勺26，如所述那样。优选地，在各托盘22上设置锥体66，以偏移沿该轴流动的任何流体，如上所述(图8)。图17显示容器12的外部视图，标示入口18、出口46、48以及轴36。通常，容器12的端部会被封闭并密封以防泄漏。出于清楚及便于说明的目的，这里将它们显示为开放的。图18显示图17中所示的容器12的剖面，进一步显示内部组件，包括托盘22、挡板24、内部套筒45以及环形通道47。图19显示与容器12分开的具有托盘22及挡板24的轴36。图30、31，以及32显示沿轴36的托盘22及挡板24的替代实施例。在此替代实施例中，托盘22及挡板24的直径增加，行数增加(优选为3至4行)，且其中的勺及孔的数目相应增加。这些增加允许每单位时间处理较大体积的流体。当然，容器12将具有相应增加的直径，以容纳该较大的托盘22及挡板24。此增加的直径形成以下情况：旋转托盘22的最外边缘与具有较小直径的托盘22相比具有显著较大的旋转速率。

图20及21分别显示托盘22及挡板24。图22、23及26显示图20中的托盘22的各种视图及剖面。图24及27类似地地显示图21中的挡板24的各种视图及剖面。如所讨论的那样，托盘22包括穿过托盘22的主体的勺26。勺26包括如上所述配置的勺入口52及勺出口54。优选地，勺入口52经取向以使开口面向围绕轴旋转的方向。这使得进入勺入口52并通过该多个勺的流体量最大化。可如上所述调节相继托盘22上的勺26的角度。挡板24也包括如上所述配置及成形(图9)的多个孔28。图25显示轴36以及一对托盘22与挡板24。箭头标示在此特定附图中该轴以及相应托盘22的旋转方向。在该图的上半部分中，具有勺入口52的勺26被显示为面向旋转方向(也就是出页面)。在该图的下半部分中，当托盘22与轴36一起旋转时，具有勺入口52的勺26也被显示为沿旋转方向取向(也就是入页面)。该旋转方向可为顺时针或逆时针。可改变该旋转方向，而不脱离本发明的精神及范围。如前一实施例所述，勺入口52与勺出口54相比具有较大的直径，以增加流速并降低流体压力。

在一个特别优选的实施例中，当系统10的主要目标是从污染水(例如盐水)中去除污染物以获得饮用水时，水蒸气的温度被加热至100华氏度与低于212华氏度之间。甚至更优选地，水蒸气被加热至140华氏度与170华氏度之间，以用于巴氏杀菌目的。然而，水蒸气温度被保持于最低值且几乎总是低于212华氏度，以使水不会煮沸并变成蒸汽，否则其更难以从水蒸气冷凝并汇聚成液态水。RPM增加导致温度及压力升高。可调节RPM以获得所需的温度。

优选地，仅在想要蒸汽生成用于加热、发电，以及其它目的的情况下将水煮沸并使水蒸气温度高于212华氏度，本文中将更全面地说明。这使本发明既能对水蒸气进行巴氏杀菌，又能将水蒸气冷凝并汇聚成液态水，而无需复杂的制冷或冷凝系统(其通常需要额外的电力及能量)。

在一个实施例中，在脱盐制程中被称为盐水的污染水在出口46被收集并移至盐水处理罐88。如图1中所示，可向该盐水添加聚合物或其它化学物质90，以回收微量元素等。而且，该盐水中的盐并可被处理并用于各种目的，包括生成食盐、农业盐水以及/或者肥料。

在本发明的一个实施例中，藉由再次通过该系统再循环污染物及剩余水来对处理过的污染水进行再处理。这可执行多次，以便从污染水中提取的饮用水量增加，高达99％。这可通过将污染物及废水从出口46引导至第一盐水或污染物再处理罐92来达成。接着，将盐水或其它污染物形式的剩余废水通过容器12的入口18重新引入，并通过容器12再处理及再循环，如上所述。额外的饮用水将以水蒸气的形式提取，以冷凝并收集于蒸气回收罐80中。接着，将剩余污染物及废水引导至第二盐水或污染物再处理罐94。污染物或盐水的浓度在再处理罐92中将会高得多。一旦在再处理罐92中积累了足量的废水或盐水，就使此污染水通过入口18，并通过系统10进行循环和处理，如上所述。将提取的饮用水蒸气在出口48排出并在蒸气回收罐80中转变成液态水，如上所述。接着，可将所得的污染物及废水置于另一再处理罐或盐水处理罐88中。预计初次通过的海水将产出例如80％至90％的饮用水。第一次再处理将产出额外量的饮用水，以使总提取饮用水在90％与95％之间。通过以几乎不增加单位成本的方式再循环盐水，使盐水及剩余水再次通过系统可产出高达99％回收率的饮用水。而且，这减小盐水或污染物的体积，从而促进微量元素回收及/或降低其处理成本。

现在请参照图11，在一个特别优选的实施例中，将计算机系统集成于本发明的系统10中，以基于从多个传感器获取的测量值来调控变频驱动器30，该些传感器持续读取温度、压力、流速、组件的转速，以及与水处理容器12连接的各种罐的剩余容量。通常，这些读数是实时获取的。

例如，温度及/或压力传感器96可用以测量容器12内或离开容器12的水或水蒸气的温度，以及其压力(根据需要)。响应这些传感器读数，控制箱68将使变频驱动器30保持轴36的转速、降低轴36的转速，或提高轴36的转速，以分别保持水及水蒸气的温度及压力、降低水及水蒸气的温度及压力，或提高水及水蒸气的压力及温度。例如，这可经执行以确保水蒸气温度处于必要的巴氏杀菌温度，从而杀死其中的所有有害微生物以及其它有机体。作为替代或附加，传感器可用以检测轴36及/或托盘22的转速(RPMS)，以确保系统正确运行，以及系统在期望的温度及/或压力下生成必要的水蒸气。该计算机控制器还可调节通过入口18输入的水量(GPMS)，以针对排出的水蒸气及废水量输入适当的水量，从而使系统10高效运行。控制箱68可调节进入容器12的水的流速，或者甚至调节水输入。

图28示意显示计算机显示器112或类似配置。此计算机显示器示意显示具有各种入口及出口18、46、48，以及轴36及多个托盘22的容器12。轴36具有沿其长度设置的多个振动及温度传感器114。轴承38、40也包括振动及温度传感器114。振动及温度传感器114经配置以检测在各点的水平及垂直振动，以及由旋转摩擦引起的轴36的温度。轴承38、40包括供油线116a及回流线116b，以提供其润滑。入口18及盐水出口46包括流量计118以检测相应的流速。在容器12各处设置温度及压力传感器96。此外，温度及压力传感器96被设置于容器12各处以在各预定点进行测量。

如上所述，污染水可来自供给罐16，或者可来自任意其它数目的罐，包括再处理罐92及94。此外预期，可将收集水储存罐与入口18流体耦接，以确保水被净化至特定程度或用于其它目的，例如当生成需要比污染水可提供的水纯度更高的水纯度的蒸汽时。因此，一个或多个传感器98可跟踪罐内的数据，以确定水或废水/盐水水位、浓度，或流入罐中或流出罐的流速。控制器68可用以切换罐的输入与输出，例如当盐水从第一盐水再处理罐92被再处理至第二盐水再处理罐94，并最终至盐水处理罐88时，如上所述。因此，当第一盐水再处理罐达到预定程度时，来自供给罐16的流体流被切断，而从第一盐水再处理罐92提供流体至容器12中。接着，将处理过的污染物及剩余的废水引入第二盐水再处理罐94中，直至它达到预定程度。接着，将水从第二盐水再处理罐94通过该系统及水处理容器12引导至例如盐水处理罐88。第一再处理罐92中的盐水可为污染水的约20％，包括总溶解固体的大部分。最终被引导至盐水处理罐88的残留盐水可仅包括最初通过供给罐16被引入净化系统10中的污染水的1％。因此，该温度及压力传感器、RPM及流量计可用以控制期望的水输出，包括导致巴氏杀菌水的水蒸气温度控制。

控制器68可用以引导变频驱动器30为马达32供电，以使轴36以足够高的速度旋转，从而托盘的旋转煮沸输入水并形成具有期望的温度及压力的蒸汽，如图12中所示。图12显示集成于系统10中的蒸汽涡轮机100。蒸汽涡轮机100也可与图15-27中所示的容器一起使用。可在水处理容器12中生成蒸汽形式的水蒸气，以通过将蒸气出口48送入涡轮机100上的入口中来驱动高压、低温的蒸汽涡轮机。涡轮机100相应与发电机102耦接，以具有成本效益及经济发电。如图12A中所示，可略去蒸汽涡轮机100，而延伸容器12的轴36以直接或间接地转动发电机102。在此情况下，由于存在辅助轴旋转的水蒸气，因此容器12内部的后级托盘及挡板充当蒸汽涡轮机。

在蒸汽涡轮机的情况下，可将水蒸气加热至超过600华氏度并加压超过1600磅/平方英寸(psi)，其足以驱动蒸汽涡轮机100。除了增加的托盘的速率外，托盘22的勺26的锥形性质以及孔板挡板24的孔28的锥形性质的纳入也促进水蒸气及蒸汽的生成。增加勺26的角度(例如从第一托盘的25度增加至最后一个托盘的45度)也增加蒸汽形式的水蒸气生成并增加其压力，从而能够驱动蒸汽涡轮机100。图13及图14显示一个实施例，其中，在容器12的一端形成蒸汽出口104，且蒸汽涡轮机100与其直接连接，以使加压蒸汽通过涡轮机100来旋转其叶片106及轴108，从而通过与其耦接的发电机发电。水蒸气出口110将水蒸气输送至蒸气回收容器80等。回收罐80可能需要包括额外的管道、冷凝器、制冷装置等来冷却蒸汽或高温水蒸气，以将其冷凝成液态水。

当然，本领域的技术人员将理解，由系统10生成的蒸汽可用于其它目的，例如加热目的、去除来自油井及焦油及页岩坑的油。

还应当理解，本发明通过传感器及控制器68可生成具有较低温度及/或压力的水蒸气用于饮用水生产，其中，水蒸气通过出口48被直接引导至蒸气回收罐中；以及该系统经加速以形成高温水蒸气或蒸汽来通过蒸汽涡轮机100，以根据需要发电。例如，在夜间时间期间，当电力需求极低时，系统10可用以生成饮用水。然而，在白天时间期间，系统10可经调节以生成蒸汽及发电。

如上所述，本发明的许多组件(包括变频驱动器30、电动马达32、传动装置34，及水处理容器12以及其中的组件)可被附着至便携式框架42。本发明的整个系统10可经设计以安装于40英尺长的ISO集装箱中。此集装箱可通过制冷(HVAC)单元隔热，以用于受控操作环境以及航运和储存。各种罐(包括供给罐、蒸气回收罐、便携式储水罐，以及污染物/盐水再处理或处理罐)可安装于该可运输集装箱中，或单独运输并根据需要与入口及出口端口连接。因此，本发明的整个系统10可通过船、半牵引拖车等在ISO集装箱或类似物中容易地运输。因此，本发明的系统10可被运送至需要处理自然灾害、军事行动等的地方(即使在遥远的位置)。此类布置导致本发明的系统10的高度移动性以及快速部署和启动。

图29示意显示在容器12中各点(也就是，子室)发生的制程。容器12的内室14被有效分成一系列子室，如图所示。容器12包含五个子室，其执行轴流泵、轴流压缩机、离心流压缩机、未点燃燃气涡轮机及/或水力/水涡轮机的功能。在操作时，系统10能够通过机械制程蒸发水，从而能够对各种受损流体进行高效且有效的脱盐、净化以及蒸发。在进入容器12之前，流体可经历预处理步骤120，其中，使流体通过过滤器及各种其它制程，以分离较易去除或者可能损伤或降低系统10的完整性的污染物。在通过入口18后，流体进入进口室122，一旦系统10达到其操作转速，进口室122就对流体具有类似于轴流泵的作用。可关闭外部启动泵(未显示)，以使系统10通过入口抽取污染水(也就是，该进口室充当轴流泵)，而无需持续操作该启动泵。进口室压力的显著降低导致在低于212°F的温度下发生真空蒸馏或蒸发。在进口室122之后，流体接着遭遇第一托盘22，在这里，流体进入第一处理室124。该第一处理室通过旋转托盘22与相邻挡板24的组合作用而既充当离心流压缩机又充当轴流压缩机。高百分比的进水通过与第一处理室124中的高速旋转托盘22撞击后的空穴现象而被蒸发。离心流压缩制程发生于第一处理室124以及各后续处理室内。该离心流压缩制程将不蒸发的溶解固体以及至少一些液态水投射至处理室124的外壁。此动作将溶解固体及大部分剩余液体与蒸气分离。轴流压缩制程也发生于第一处理室124及各后续室内。此轴流压缩制程压缩蒸气及液体，其也增加处理室内的压力及温度。第二处理室126及第三处理室128都通过复合第一处理室124的离心流压缩机与轴流压缩机特征的动作而类似地作用。

当流体到达第四处理室130时，它已经历离心流及轴流压缩制程，从而该流体的性质及其通过容器12的流动已改变。在第四处理室中，通过使轴36旋转，该流体表现得好像它正通过未点燃燃气涡轮机或水力/水涡轮机。第五处理室132复合此未点燃燃气涡轮机或水力/水涡轮机制程。第四及第五处理室130、132的该涡轮机制程提供一定程度的力来驱动轴36旋转，从而可减小马达32上的功率，而不丧失系统10中的功能。在离开第五处理室132后，流体已被高度分离，以使几乎所有盐水形式的污染物都通过环形通道47到达出口46，且净化的蒸气通过内室14的中心部分到达蒸气出口48。一旦达到操作中的平衡，第四及第五处理室130、132的涡轮机操作允许系统10以与启动阶段相比减小的能量输入(减小达25％)持续操作。

在第五处理室132之后，该系统包括排放室。排放室134(大于任意前述处理室)包含两个排放出口46、48。体积的大幅增加导致压力的急剧降低以及溶解固体及剩余水与蒸气的物理分离。

优选地，容器12的尺寸经配置以使组合处理室124-132占据总长度的大约一半。排放室134占据总长度的大约三分之一。容器的长度的剩余部分(约为总长度的六分之一)被进口室122占据。处理室124-132被分成约五分之三的压缩机功能及五分之二的涡轮机功能。一旦流体离开最后处理室132，当它进入排放室134并被引导至相应出口46、48时，它已达成约80％的蒸发。

图33及34显示系统10的一个实施例，其包括用以从水体150撷取水的系统。在此实施例中，水体150优选为含盐水的海或海洋，但可为任意水体。撷取系统152包括撷取容器154，其设于水体150中，以使容器154的开口顶部或侧面156至少部分高于水体150的中水位。系统10可在容器154上具有开口顶部156的情况下作用，如图33中所示，但该容器优选地具有面向容器154的海侧及陆侧的开口侧156，以利用涨退的波浪/潮水。为使该系统工作，水体150的水位必须充分变化，以允许该水体的部分进入开口侧156，但不会完全淹没容器154。理想地，这会随着海或海洋中潮水的涨落以及此类水体中可能发生的波浪而发生。容器154的开口侧156在中水位上方延伸的距离依赖于特定水体150的水位变化。优选地，开口侧156由滤网158覆盖，以减少水体150中的生物及其它大型物体进入容器154的发生率。优选地，开口侧156还包括设于滤网158上方的枢转百叶片157，可将其开启或闭合，以控制进入容器154的水及/或沙的量。

在容器154内部是撷取隧道160或类似结构，其经配置以将进入容器154的大部分水引导至供给管162中。优选地，撷取隧道160设置于该水体的中水位下方。尽管显示容器154及撷取隧道160为大体上方形的形状，但可将它们配置为其它形式。已发现，该方形形状(其一角落朝向优选地存在于水体150中的波浪或潮水)促进波浪或潮水上升超过容器154，以使水进入开口侧156。容器154也可经配置以使开口侧156在面对上涨的波浪或潮水的一侧上成角度而不是垂直，以便于水通过开口侧156进入。优选地，将开口侧156设置成其大部分表面区域高于中水位，从而当波浪或潮水到达开口侧156时，沙或其它沉积物处于该波浪或潮水的较高部分中的可能性较小。

优选地，供给管162通到岸边并进入储存容器164。系统10可包括多个储存容器164，以容纳及储存足够量的撷取海水。当供给管162通到岸边时，它可位于地下，但要意识到地上设施的任意高度变化都需要适当的管道及泵。储存容器164可位于水体150附近或与水体150隔开一定距离，取决于用户的需要。一旦在容器164中储存了足够量的水，附着至容器164上的出口168的泵166就将储存的水通过入口管170引导至处理系统10上的入口18。优选地，入口管170包括过滤系统172，以去除可能已成功通过储存容器164及泵166的大沉积物或颗粒。接着，可使用系统10对水脱盐，如其它地方所述。

图35显示本发明系统10的另一个实施例，其中，系统10用以自蒸气出口48产生的水蒸气发电，如其它地方所述。在此实施例中，系统10还包括冷凝器174，设于容器12上方第一距离176处。蒸气管178将水蒸气从蒸气出口48引导至冷凝器174。由于水蒸气比空气轻并在其自身动力下上升，因此不需要机械装置来使水蒸气升高通过第一距离176到达冷凝器174。优选地，蒸气管178具有延伸至少第一距离176(若非略大于第一距离176的话)的大体上垂直部分178a。蒸气管178的大体上水平部分178b自此垂直部分178a的端部延伸至冷凝器174上的入口180。此大体上水平部分178b从垂直部分178a的端部至冷凝器174上的入口180可略有下降。这允许在蒸气管178中发生的任意偶然冷凝沿大体上水平部分178b的斜坡向下进入冷凝器174中的可能性。优选地，蒸气管178及其所有部分是隔热的，以防止热量过早损失并使在上升至冷凝器期间冷凝的发生率最小化。

尽管图35A显示呈特定的大体上菱形形状的冷凝器174，但冷凝器174可被构造为其它形状，如处理蒸气或蒸汽的领域的技术人员所已知的那样。该冷凝器的目的是充分冷凝由系统10产生的蒸气。优选地，如本领域技术人员所已知的那样，其内部包括足够的结构以促进蒸气的冷凝。当蒸气冷凝时，它流过冷凝器174上的出口182并进入冷凝液保存罐184。

优选地，保存罐184设于水力发电机188上方第二距离186处。一旦在保存罐184中储存了足够量的冷凝处理流体，就从保存罐184上的出口190释放该冷凝处理流体。该冷凝处理流体在重力作用下穿过第二距离186落入水力发电机188中。水力发电机188将该下落冷凝处理流体的动能转换成电能以供储存或立即使用。该电能可被储存于可充电化学电池、电容器，或类似的已知电储存装置192中。落入水力发电机188中的该冷凝处理流体通过发电机出口189被释放，以用于(通常会对此类处理水执行的)后续处理(未显示)。

尽管在图35中将第一距离176与第二距离186显示为彼此明显“堆叠”，但这不是这些距离的要求。对这些距离中任意一个的唯一要求是，第二距离186足够高于水力发电机188，以允许下落处理流体的动能有效转换成电能。优选地，此第二距离186为至少10英尺，但可为20英尺或更大，取决于冷凝处理流体的量以及该水力发电机的能力。第一距离176需要具有足够的距离以将冷凝器174及保存罐184高于第二距离186放置。必要地，第一距离176依赖于冷凝器174、保存罐184及第二距离186的尺寸。

图36显示本发明系统10的另一个实施例，其中，盐水出口46及蒸气出口48都用于进一步处理。具体地说，盐水再处理罐194通过再处理入口196自盐水出口46接收盐水。盐水再处理罐194还包括再处理出口198及再循环出口200。盐水再处理罐194中的盐水的第一部分被输送至再循环出口200，其中，它通过再循环管202被引导返回系统10的入口18以进行再处理。以此方式，盐水经再处理以自该处理流体回收额外的水蒸气。

盐水再处理罐194中的盐水的第二部分被输送至再处理出口198，以储存于盐水保存罐204中。此再处理出口198可包括阀206，以限制或完全关闭该盐水的第二部分向盐水保存罐204的流动。盐水保存罐204与盐水干燥系统208连接，该盐水干燥系统包括具有循环热管212的热交换器210。循环热管212来回延伸，其为热交换器210的特点。作为本发明系统10的部分，热交换器210从来自蒸气出口48的水蒸气接收其热源。具体地说，蒸气分流管214自蒸气出口48提取部分水蒸气并输送至热交换器210的循环热管212。来自盐水保存罐204的储存盐水通过热交换器210上方且任意残留水由水蒸气的热量干燥。

接着，干燥盐水被输送至干燥盐水保存罐216，以供后续使用或处理。此类干燥盐水可用以生产盐或盐水中所具有的其它化合物。此外，在本发明系统10中处理的水中所具有的任意有用的污染物(也就是，金属、元素，或其它有价值的化合物)可从该干燥盐水中回收，以供转售或其它后续处理。

如图37及38中所示，系统10可由控制系统218控制，该控制系统测量系统10的各种操作参数。控制系统218包括图形显示器220，其为触摸屏敏感。图形显示器220可用以调节马达及轴的功率、扭矩，及转速，以及进入系统10的流体的流速。此图形显示器220类似于图28中所示的图形显示器。图形显示器220包括与系统10的各种组件对应的系统10的示意图形显示。这里所述的控制系统218及图形显示器220是图28的版本的更新版本。图形显示器220包括围绕其边界的指示灯238，其指示功率、CPU活动，以及操作模式，对应于系统10中正在处理的流体，也就是(1)微咸水，(2)海水，(3)生产的水，以及(4)巴氏杀菌水。

该更新的图形显示器提供通过与系统10连接的多个操作传感器222撷取的测量数据，以及用以测量操作时间以及确定通过操作传感器222测量的任意数据的速率的内部时钟。

操作传感器222包括与系统10内多个处理阶段226的各处理阶段关联的温度及压力传感器224。该处理阶段可包括入口阶段226a、出口阶段226b，以及与托盘22紧接挡板24的每个操作对关联的托盘/挡板阶段226c。操作传感器222还包括与轴36及马达32、32a关联的旋转传感器228。旋转传感器228经配置以测量每分钟转数、扭矩、马力、运行时间，以及总转数。操作传感器222还可包括与轴36的任一端上的轴承38、40关联的轴承传感器230。轴承传感器230经配置以测量通过轴承38、40的润滑剂的温度及流速，以及轴36的振动。操作传感器222还可包括与流体入口18及污染物出口46关联的流量传感器232。流量传感器232经配置以测量流体入口18上的阀的开启或闭合状态、流体入口18及浓缩物出口46的流速，以及流体入口18及浓缩物出口44的总流体流量。

图形显示器220具有数种显示模式。在图38中示出主屏幕，且该主屏幕显示在系统10的示意示例中通过操作传感器222测量的值。图39所示的图形屏幕以条形图格式234显示通过温度及压力传感器224测量的值，该条形图格式经配置以表示多个操作阶段226的取向。该图形屏幕还显示旋转传感器228、轴承传感器230，以及流量传感器232的数值测量值。图40中所示的趋势屏幕显示通过温度及压力传感器224测量的值相对于时间的曲线图236。在此曲线图上，将与温度及压力传感器224之一关联的各操作阶段226显示为单独的线。曲线图可显示当前的操作条件，或者可被回顾，以显示历史的操作温度及压力数据。该趋势屏幕还可显示通过其它传感器测量的数据，至少包括来自旋转传感器228的转子的每分钟转数。显示屏220还具有撷取该图形显示器的图像以及调控数据记录是开启还是关闭的功能。

图41及42显示用于净化废水源的优选系统及方法的示意流程图。

图41中所示的第一优选实施例的系统250开始于废水源252。废水源252可为通常需要清洁或净化的任意污染水源，也就是污水、生活废水、流出物、径流、工业废水等。来自废水源252的水流首先通过粗过滤器(macro filter-strainer)254，其经设计以从该水流中去除大型物体，也就是岩石、树枝等。目标是去除可能太大而无法通过系统250的其余部分的固态物。

在粗过滤器254之后，该废水流进入分离罐265中。分离罐256依赖重量或密度差异而允许该废水流分离成不同的区域，也就是在底部的重组分(fraction)区域256a、在中部的中间组分区域256b，以及在顶部的轻组分区域256c。该重组分通常为污泥或类似的固态或半固态污染物。该轻组分通常为油或类似的较轻污染物。从中间区域256b中的中间组分出口258排出的废水流经传输以供进一步处理。罐256还包括重组分出口258a及轻组分出口258c，藉此可在需要时排出该两种组分。优选地，中间组分出口258设于中间组分区域256b中，但靠近重组分区域256a，以使该中间组分的可获取性最大化。

来自中间出口258的废水流进入如上所述构造的蒸发-脱盐单元10，并以与如上所述相同的方式处理。污染物出口流46被引导至污染物流罐260，以供储存或后续处理。已净化的蒸气出口流48被引导至其它地方以供后续处理，其中，它经冷凝以用于洁净水系统，包括但不限于饮用或灌溉水。可选地，污染物出口流46可经由再循环线46a通过蒸发-脱盐单元10全部或部分地再循环，以进一步净化。可通过与该第一单元串联设置的第二蒸发-脱盐单元10处理污染物出口流46，而不是再循环。

蒸发-脱盐单元10的使用可消除典型水处理工厂所具有的传统过滤系统及化学制程处理。此类系统及处理通常包括操作及维护昂贵的化学物及/或逆向渗透以及类似的过滤系统。本发明系统250的使用减少或消除这些费用。

图42中显示水净化系统262的第二实施例。第二系统262直至通过分离罐256及蒸发-脱盐单元10都与第一系统250相同。在此第二系统262中，污染物出口流46被引导至污染物流罐264中。污染物流罐264包括与蒸气出口流48连接的热交换管266。来自蒸气出口流48的热干燥污染物出口流46。接着，干燥污染物出口流268被输送至下一处理，以进行污染物矿物回收270。在热交换管266之后，蒸气出口流48被冷却并输送至净化水回收罐272。

已发现，通过任一系统250、262中的蒸发-脱盐单元10执行的初始处理净化污染水流中水含量的约75％。通过此类单元10执行的第二轮处理将净化剩余污染流的约75％。组合处理导致自废水源获得超过90％的纯净水含量。

尽管出于说明目的详细说明了数个实施例，但可进行各种修改，而不脱离本发明的范围及精神。因此，除所附权利要求外，本发明不受限制。

Claims (17)

1.一种用于净化废水的系统，包括：

废水源，与产生过滤废水流的废水过滤器装置上的入口流体连接；

分离罐，与该废水过滤器装置上的出口流体连接，其中，该分离罐将该过滤废水流分成重组分、轻组分，以及中间组分；

第一净化单元，包括大体上水平的细长容器，该细长容器具有在邻近第一废水入口的该细长容器的第一端与邻近第一污染物出口及第一蒸气出口的该细长容器的第二端之间沿该细长容器垂直设置的多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板；以及

其中，该第一净化单元上的该第一废水入口与该分离罐上的中间出口流体连接并且将该中间组分分离成流向该第一污染物出口的污染物流以及流向该第一蒸气出口的净化蒸气流。

2.如权利要求1所述的系统，还包括与该第一污染物出口流体连接的污染物罐，以及与该第一蒸气出口流体连接并与该污染物罐热连接的热交换管，其中，来自该热交换管中该净化蒸气流的热将该污染物罐中的该污染物流干燥为污染物矿渣。

3.如权利要求2所述的系统，还包括在该污染物罐之后与该热交换管流体连接的净化水回收罐。

4.如权利要求2所述的系统，还包括与该污染物罐上的出口连接的矿物分离器，其中，该矿物分离器用以将该污染物矿渣分离成商业矿物。

5.如权利要求1所述的系统，还包括将该第一净化单元上的该第一污染物出口与该第一废水入口流体连接的再循环线。

6.如权利要求5所述的系统，其中，该再循环线将该污染物流的至少75％转移至该第一废水入口。

7.如权利要求1所述的系统，其中，该第一净化单元中的各该多个托盘具有多个勺，各勺具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口，且该第一污染物单元中的各该多个挡板具有多个孔，各孔具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口。

8.如权利要求1所述的系统，其中，该第一净化单元还包括设于该多个托盘及多个挡板的下游的该细长容器中的内部套筒，该内部套筒形成通向该第一污染物出口的环形通道。

9.如权利要求1所述的系统，还包括第二净化单元，该第二净化单元包括大体上水平的细长容器，该细长容器具有在邻近第二废水入口的该细长容器的第一端与邻近第二污染物出口及第二蒸气出口的该细长容器的第二端之间沿该细长容器垂直设置的多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板，其中，该第二废水入口与该第一净化单元上的该第一污染物出口流体连接，该第二污染物出口与污染物罐流体连接，以及该第二蒸气出口与该第一蒸气出口流体合并。

10.一种用于净化废水源的制程，包括步骤：

滤网过滤该废水源，以产生过滤废水流；

在密度分离罐中将该过滤废水流分离成重组分、轻组分，以及中间组分；

通过净化单元处理该中间组分，其中，该净化单元将该中间组分分离成污染物流及净化蒸气流；

通过使用来自该净化蒸气流的热在热交换单元中干燥该污染物流；

将该净化蒸气流冷凝成纯净水；以及

处理干燥的污染物流，以从中回收矿物。

11.如权利要求10所述的制程，还包括步骤：通过该净化单元再循环该污染物流的部分。

12.如权利要求11所述的制程，其中，通过该净化单元再循环该污染物流的至少75％。

13.如权利要求10所述的制程，还包括步骤：通过第二净化单元处理该污染物流，其中，该第二净化单元将该污染物流分离成浓缩污染物流及第二净化蒸气流。

14.如权利要求13所述的制程，还包括步骤：组合该净化蒸气流与该第二净化蒸气流，其中，该干燥步骤包括使用来自组合的净化蒸气流与第二净化蒸气流的热在热交换器中干燥该浓缩污染物流。

15.如权利要求10所述的方法，其中，该净化单元包括大体上水平的细长容器，该细长容器具有在该细长容器的第一端与第二端之间沿该细长容器垂直设置的多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板。

16.如权利要求15所述的方法，其中，该多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板还包括：

各该多个旋转托盘上的多个勺，各勺具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口；以及

各该多个固定挡板上的多个孔，各孔具有第一直径的入口以及第二较小直径的出口。

17.如权利要求16所述的方法，还包括设于该多个交替隔开的旋转托盘与固定挡板的下游的该细长容器中的内部套筒，该内部套筒形成通向该污染物出口的环形通道。

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