CN205999082U - 一种海水处理系统 - Google Patents

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伍可炳
范博
张宏策
朱赟
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    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Abstract

一种海水处理系统，属于海水淡化技术领域。海水处理系统包括过滤膜，其特征在于，还包括电解罐，其内设置有阳电极和阴电极，所述电极和阴电极利用太阳能电源提供直流电能；电解罐中，利用阳离子交换膜和阴离子交换膜膜将电解罐分成三个室，在第一个室内设置阳电极，其太阳能电源的正极提供正极性电源；过滤膜的排水口连接于电解罐的第二个室的进水口，第二室还设置有淡水输出口；第三个室内设置有阴极，其由太阳能电源的负极提供负极性电源。本实用新型提供的海水处理系统利用太阳能将海水进行电解，从而产生纯度较高的淡水。

Description

一种海水处理系统
技术领域
本实用新型涉及一种海水处理系统，尤其涉及一种利用自然能源产生纯度较高的淡水的海水淡化系统。
背景技术
世界范围内对饮用淡水、工业淡水及农业淡水的不断增长的需求导致对以海水、半咸水及其他具有升高盐度的水为源的净化方法的需求有所增长。通过去除诸如盐等的溶解物质而实现的高盐度水的净化已可通过包括蒸馏或反渗透(RO)等在内的多种方法来实现。此类方法从经预处理的海水或半咸水的供给开始，然后将其净化(即脱盐)到适宜于人类消费或其他用途的水平。尽管海水以及半咸水是来源丰富的原材料，但是以目前的反渗透或蒸馏工艺将其转化为饮用水通常由于所需的能量而受到成本的抑制。
如果能够开发出对环境影响低的有效的脱盐工艺，海洋就可提供取之不尽的水源。虽然设备成本可能很高，但对高盐度的水脱盐的最大的持续费用是能耗。在能效上小的改进都会由于脱盐系统通常处理大量的水而导致显著的费用节省。
发明内容
为克服现有技术存在的缺点，本实用新型的发明目的是提供一种海水处理系统，其利用太阳能将海水进行电解，从而产生纯度较高的淡水。
为实现所述发明目的，本实用新型提供一种海水处理系统，其包括过滤膜，其特征在于，还包括电解罐，其内设置有阳电极和阴电极，所述电极和阴电极利用太阳能电源提供直流电能；电解罐中，利用阳离子交换膜和阴离子交换膜膜将电解罐分成三个室，在第一个室内设置阳电极，其太阳能电源的正极提供正极性电源；过滤膜的排水口连接于电解罐的第二个室的进水口，第二室还设置有淡水输出口；第三个室内设置有阴极，其由太阳能电源的负极提供负极性电源。
优选地，海水处理系统还包括储液槽，第一室和第三室通过阀门和管路连通于储液槽。
优选地，海水处理系统还包括升压泵，其用于抽取储液槽内的电解液以对过滤膜进行清洗。
与现有技术相比，本实用新型提供的海水淡化系统利用太阳能将浓海水进行电解，从而产生纯度较高的淡水。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例提供的海水淡化系统的组成示意图；
图2是本实用新型第二实施例提供的海水淡化系统的组成示意图；
图3是本实用新型第三实施例提供的海水淡化系统的组成示意图；
图4是本实用新型第三实施例提供的能量回收装置的第一种组成的示意图；
图5是本实用新型第三实施例提供的能量回收装置的第二种组成的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、 “竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
第一实施例
图1是本实用新型第一实施例提供的海水淡化系统的组成示意图，如图1所示，本实用新型第一实施例提供的海水淡化系统包括预处理装置1，其用于对通过取水泵（未图示）获取的海水进行预处理得到规定的水质的海水。海水淡化系统还包括升压泵4，其进水口通过水管2连接于预处理装置1的排水口，出水口通过水管4连接于过滤膜27的进水口，其用于对达到规定水质的海水进行升压并提供给过滤膜27，过滤膜27用于对海水进一步过滤，过滤膜27的排水口连接于电控阀17的第一端口，过滤膜27的排污口连接于外部；电控阀17的第二端口连接于电解罐4的进水口，第二端口连接于升压泵的排水口。
本实用新型提供的海水淡化系统还包括电解罐16，其内设置有一对电极19A和19B，所述电极利用太阳能电源Sc提供直流电能。电解罐16中，利用阳离子交换膜26和阴离子交换膜膜25将电解罐分成三个室，在第一个室内设置阳极19A，其太阳能电源Sc提供正极性电源；电控阀17的第二端口连接于电解罐4的进水口，第二个室下端设置有淡水输出口；第三个室内设置有阴极19B，其由太阳能电源Sc提供负极性电源。第一室和第三室通过阀门和管路连通于储液槽24，与升压泵20入水口相连的管路伸入到储液槽24内用于抽取溶液以对反渗透膜分离装置5进行逆洗。
当在电解罐16内的电极19施加直流电能时，则在阴极电极19B发生如下的反应：
4H++4e-+(4OH-)→2H2+(4OH-)
并在阳极电极19A发生如下的反应：
2H2O→4H++O2+4e-
同时，溶液中含有的氯离子发生如下的反应：
2Cl-→Cl2+2e-
另外，该Cl2与水进行如下反应：
Cl2+H2O→HClO+HCl。
由于浓海水中包含了非富的钠离子，因此，通过向电极19A和19B通电而产生次氯酸钠溶液。当需要对过滤膜27进行清洗时，利用次氯酸钠溶液对过滤膜27进行逆洗，能够容易地去掉难以剥离附着的堆积物。
第一实施例中，当海水从第二室通过时，阳极膜和阴极膜吸附了水中的离子，由于阳极和阴极提供了横向的直流电场，直流电场驱动离子交换树指所吸附的离子穿过交换膜，其结果是降低了第二室中的水的离子浓度并增加了第一室和第三室中的水的浓度，从而使得第二室中的水的纯度越来越高，从而完成深度除盐，即得到了较高纯度的淡水。
第二实施例
图2是本实用新型第一实施例提供的海水淡化系统的组成示意图，如图2所示，本实用新型第二实施例提供的海水淡化系统与第一实施提供的海水淡化系统不同的仅是，太阳能电源部分的组成不同，第一实施例中，太阳能没有进行存储，如此，只要有太阳能时，就可产生淡水，若没有太阳能时，系统就会停止工作。第二实施提供的海水淡化系统还包括太阳能电源Sc、可充电电池Ec、充电器14，其中，太阳能电源Sc将光伏能源转换为电能，所述光伏能源为设置在海面上的漂浮式光伏能源系统，如此不仅可以充分利用自然能源，还可以节省陆地资源。充电器14利用太阳能电源给可充电电池Ec充电，从而将太阳能存储到充电电池Ec。充电器14包括MPPT控制电路，设置MPPT控制电路是为了太阳能最大能量跟踪。充电器14的正极输出端连接于二极管D2的正极，二极管D2的负极连接于可充电电池Ec的正极，可充电电池Ec的正极连接阳极19A，二极管D3的负极连接DC/DC转换器的电源输入端，可充电电池Ec的负极接阳极19B，可充电电池Ec的输出电压为U2，设置D2的目的是为了防止充电电池给充电器提供能源。
第三实施例
图3是本实用新型第三实施例提供的膜法海水淡化中过滤膜清洗系统的组成示意图。如图3所示，通过取水泵（未图示）获取的海水通过预处理装置1进行预处理而调整为规定的水质条件后，经由海水供给管2向由电动机M驱动的高压泵3供给。通过高压泵3升压的海水经由排水管4供给到反渗透膜分离装置5。反渗透膜分离装置5将海水分离为盐成分浓度高的浓海水和盐成分浓度低的淡水而从海水获得淡水。此时，盐成分浓度高的浓海水从反渗透膜分离装置5排出，但该浓海水仍然具有高压力。从反渗透膜分离装置5的浓海水排出口连接于电控换向阀11的第一端口，电控换向阀11的第二端口连通于能量回收装置8的浓海水输入端口，电控换向阀11的第三端口经管路连接于污水池。经预处理装置1处理的海水的供给管2在高压泵3的上游分支而经由阀门10连接到能量回收装置的海水入水口，所述阀门10为单向进水阀，海水经阀门10只能流入能量回收装置。能量回收装置8能够将浓海水的能量转换为电能，并能使低压海水升压。
在能量回收装置8中利用浓海水而被升压的海水通过阀门9供给到升压泵6，所述阀门9为单向排水阀，升压的海水经阀门9只能流出能量回收装置。海水通过升压泵6被进一步升压为达到与高压泵3的排水管4 相同水平的压力，升压后的海水经由阀门7合流到高压泵3的排水管4而被供给到反渗透膜分离装置5。另一方面，对海水进行升压并产生电能而失去能量的浓海水从能量回收装置8经浓海水排出管12排出。
本实用新型提供的海水淡化系统还包括稳压器13和DC/DC转换器15，能量回收装置产生的电能输入稳压器13，稳压器13将能量回收装置产生的直流电能进行稳压，而后输出直流电压U1，电压U1的正极端连接二极管D1的正极，二极管极D1的负极连接DC/DC转换器15的电源输入端，设置二极管D1的目的是防止当稳压器输出的电压U1较低时，充电充电器Ec给稳压器提供能源。
本实用新型提供的海水淡化系统还包括太阳能电源Sc、可充电电池Ec、充电器14，其中，太阳能电源Sc将光伏能源转换为电能，所述光伏能源为设置在海面上的漂浮式光伏能源系统，如此不仅可以充分利用自然能源，还可以节省陆地资源。充电器14利用太阳能电源给可充电电池Ec充电，从而将太阳能存储到充电电池Ec。充电器14包括MPPT控制电路，设置MPPT控制电路是为了太阳能最大能量跟踪。充电器14的正极输出端连接于二极管D2的正极，二极管D2的负极连接于可充电电池Ec的正极，可充电电池Ec的正极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接DC/DC转换器的电源输入端，可充电电池Ec的负极接公共端，可充电电池Ec的输出电压为U2，设置D2的目的是为了防止充电电池给充电器提供能源。设置D3的目的是为了在稳压器有稳定的电压输出时，DC/DC转换器将稳压器提供的直流电压转换为需要的各种直流电能，在稳压器输出的直流电压不足时，DC/DC转换器将可充电电池Ec提供的直流电压转换为需要的各种直流电能，即，DC/DC转换器将输入的直流电能转换为各种直流电能，如+24V、+48V、+110V、+220V等。本实用新型中，，如此，能量回收装置产生的直流电经稳压器输出的电电压在DC/DC转换器的工作范围内时，就利用能量回收装置产生的电能供电，如果稳压器13输出的电压不在DC/DC转换器15的工作范围内时，就用可充电电池Ec供电，如此节省了能源。
本实用新型提供的海水淡化系统还包括电解罐16，其内设置有一对电极19A和19B，所述电极利用DC/DC转换器15提供直流电能。能量回收装置8的浓海水排出口连接于电控换向阀18的进水口，电控换向阀18的第一排水口连接通于电解罐16的进液口，电控换向阀的第二排水口连通于外部排水管，如此，当电解罐16中的浓海水不满时，将浓海水排入到电解罐16，当电解罐16中的海水充满时，能量回收装置排出的浓海水经电控换向阀18的排出到外部。
电解罐16中，利用阳离子交换膜26和阴离子交换膜膜25将电解罐分成三个室，在第一个室内设置阳极19A，其由DC/DC转换器提供正极性电源；能量回收装置的浓海水排水口通过换向阀连接于第二个室的入水口，第二个室下端设置有淡水输出口；第三个室内设置有阴极19B，其由DC/DC转换器提供负极性电源。第一室和第三室通过阀门和管路连通于储液槽24，与升压泵20入水口相连的管路伸入到储液槽24内用于抽取溶液以对反渗透膜分离装置5进行逆洗。
本实用新型提供的海水淡化系统还包括升压泵20和电控换向阀17，其中，反渗透膜分离装置5的淡水排水口经管路连通于电控换向阀17第一端口；与升压泵20的进液口连通的管路伸入到电解罐内的底部；压泵20的出液口经管路连通于电控换向阀17的第二端口；三通阀17的第三端口经管路连通于淡水储水罐或者储水池。当需要对反渗透膜分离装置5进行清洗时，使电控换向阀17的第一端口和第二端口连通，使电控换向阀11的第一端口和第三端口连通，如此形成清洗通路。升压泵20抽取电解罐内的溶液，以对反渗透膜分离装置5进行逆洗，逆洗后的污水排入到污水池中。
图4是本实用新型第三实施例提供的能量回收装置的第一种组成的示意图，如图4所示，图4是本实用新型提供的能量回收装置8包括水轮机（图中未示）、液缸807、活塞808、连杆806、曲杆805和圆轮802，其中，水轮机的进水口连接于电控换向阀11的第二端口；水轮机的排水口连接于浓海水排水管12；活塞808活动设置于液缸807内；连杆806的一端与活塞808相固连；连杆的另一端与曲杆805的第一端相连；水轮机的轴803固定于圆轮802的中心以使水轮机旋转时，圆轮也随之旋转；曲杆805的第二端活动连通于圆轮802的偏离圆心的连接件804上，液缸807的底部设置有海水进水口和高压海水排水口，海水进水口处设置有阀门10，高压海水排水口处设置有单向阀门9；液缸的排水口经阀门9连通于高压泵6的进水口，所述的圆轮802内设置有铁芯，圆轮内的铁芯上设置有转子绕组，所述能量回收装置8还包括包围在圆轮外测且与圆轮之间有间隙的铁芯801，圆轮外侧的铁芯801上设置有三组定子绕组。第一个定子绕组的第一个引出端U1接到二极管D7的正极，并接到二极管D4的负极；第二个定子绕组的第一个引出端V1接到二极管D8的正极，并接到二极管D5的负极；第三个定子绕组的第一个引出端W1接到二极管D9的正极，并接到二极管D6的负极；二极管D7、D8和D9的负极连接在一起，二极管D4、D5和D6的正极连接在一起并接地，从而向外界提供正电压。第一个定子绕组的第二个引出端U2接、第二个定子绕组的第二个引出端V2和第三个定子绕组的第三个引出端W2连接在一起，从而三个定子绕组接成Y形连接。
本实用新型提供的能量回收装置工作原理是这样的，开始工作时，设活塞置于液缸的底部，这时给圆轮802内的铁芯上的转子绕组加直流电压，此时，转子绕组，即线圈内产生了磁场，根据左手定则，铁芯的一端相当于N极，另一端相当于S极，此时，在当水轮机带动圆轮逆时针旋转，在定子的三个绕组（即线圈）上感应出了交流电压， 第一个定子绕组上产生的交流电压经二极管D7和D4整流变成直流电压；第二个定子绕组上产生的交流电压经二极管D8和D5整流变成直流电压；第三个定子绕组上产生的交流电压经二极管D93和D5整流变成直流电压；三个直流电压并联后向外界供电。能量回收装置工作后，转子绕组上所加的直流电可以由定子绕组上所产生的感应电压经整流后提供。当水轮机车带动圆轮旋转的同时，曲杆也跟着旋转，曲杆带动连杆向上移动，活塞808向液缸顶部移动，阀门10打开，海水注入液缸807，圆轮逆时针旋转了180度时，活塞808移动到最上端，液缸807注满了海水，接着，圆轮带动曲杆继续逆时针旋转，曲杆带动连杆向下移动，活塞808向气缸底部移动，阀门10关闭，阀门9打开，液缸9内的海水加到高压泵6的进水口；圆轮逆时针旋转了360度时，活塞808移动到液缸的底端，液缸808内的海水全部供给了高压泵6。如此循环，在将海水升压的同时，在三个定子绕组上产生了交流电，所述电能可以给高压泵供给部分电能。
图5是本实用新型第三实施例提供的能量回收装置的第二种组成的示意图，如图5所示，本实用新型第三实施例提供的能量回收装置的第二种组成与第三实施例提供的能量回收装置的第一种组成所不同的仅是圆轮内的铁芯和转子绕组由永久磁铁代替，如此，从反渗透膜分离装置5排出的浓海水经水轮机产生了机械能，水轮机的轴带圆轮802旋转，圆轮802带动磁铁旋转从而在三个定子绕组中产生了电能，所述电能可以给高压泵供给部分电能，圆轮旋转的同时，活塞808在液缸内运行，使海水进行了升压。
以上结合附图，详细说明了本实用新型的工作原理。但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书仅是用于解释权利要求书。但本实用新型的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种海水处理系统，其包括过滤膜，其特征在于，还包括电解罐，其内设置有阳电极和阴电极，所述电极和阴电极利用太阳能电源提供直流电能；电解罐中，利用阳离子交换膜和阴离子交换膜膜将电解罐分成三个室，在第一个室内设置阳电极，其太阳能电源的正极提供正极性电源；过滤膜的排水口连接于电解罐的第二个室的进水口，第二室还设置有淡水输出口；第三个室内设置有阴极，其由太阳能电源的负极提供负极性电源。
2.根据权利要求1所述的海水处理系统，其特征在于，还包括储液槽，第一室和第三室通过阀门和管路连通于储液槽。
3.根据权利要求2所述的海水处理系统，其特征在于，还包括升压泵，其用于抽取储液槽内的电解液以对过滤膜进行清洗。
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