CN207227169U - 一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，包括可再生能源发电装置、控制器、蓄电池、逆变器和全膜法海水淡化装置，所述全膜法海水淡化装置为超滤系统、纳滤系统和电渗析系统耦合的水处理装置，可再生能源发电装置通过控制器分别与蓄电池、逆变器和全膜法海水淡化装置中的直流负载连接，逆变器连接全膜法海水淡化装置中的交流负载，蓄电池分别连接直流负载和逆变器。充分利用海岛及沿海地区丰富的可再生资源，解决了海水淡化装置能耗供应问题，装置结构简单，产水效率高。

Description

一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置

技术领域

本实用新型属于膜法海水淡化领域，涉及一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，具体是将太阳能、风能、潮汐能和盐差能等可再生能源产生的电能提供给超滤系统、纳滤系统和电渗析系统耦合的海水淡化装置，解决了现有海岛上的电能短缺的问题。

背景技术

水是维系生命与健康的基本需求，据调查分析得，地球虽然有71%的面积为水所覆盖，但是淡水资源却极其有限。在全部水资源中，97.47%是无法饮用的海水。在余下的2.53%的淡水中，有87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%，而且分布不均。

我国是海洋大国，海岛众多。据国家海洋局公布的《全国海岛保护规划》统计，我国拥有面积大于500平方米的海岛7300多个，海岛陆域总面积近8万平方千米。随着海洋开发不断向广度、深度拓展，海权、海防意识的不断受到重视，海岛的战略地位日益突出，海岛已成为沿海地区经济社会发展的新空间，在国家经济发展和维护国家安全等方面起到了越来越重要的作用。推动海岛保护开发，是我国实施海洋开发的战略选择。但是，海岛保护开发面临一些突出问题，海岛地区基础条件很差，受地理位置、自然环境影响，绝大多数海岛可利用陆域资源有限，交通、通讯、电力等基础设施落后，抵御自然灾害的能力弱，尤其是淡水缺乏，制约了海岛的开发与管理。所以，海水淡化可以有效的解决海岛地区水资源短缺的问题，常用的海水淡化工艺有反渗透法、闪蒸法、热膜联产法等技术。海水淡化工艺均需要大量电能的供应。如果依靠传统火力发电厂供应，消耗大量的不可再生资源的同时势必带来环境污染。此外，海岛由于地理位置的限制和能源储备的局限，很难使用火力发电技术提供电能。海岛以及沿海地区，风力大且持续时间长，风能、太阳能和潮汐能等能源丰富。故本发明利用风能/太阳能/潮汐能发电，电能充足，不仅能够替代部分火力发电供能，而且清洁无污染。

目前，反渗透法以投资省、占地面积小、建设周期短等优势逐步取代热法海水淡化技术，成为目前主流的海水淡化技术。但在解决淡水资源补给问题的同时，暴露出了许多不足之处：①反渗透系统的操作压力高达5-8MPa，且海水具有强烈的腐蚀性，泵、阀、管道等部件必须选用耐高压耐腐蚀的双相不锈钢，不仅安装成本过高，使用过程中也因高压泵的使用增大了能耗；②反渗透膜的价格昂贵，且膜寿命一般仅为2-3年，更换频率较高，使维护成本高昂。因此，有必要探索一种新型的海水淡化工艺。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，解决现有依靠传统火力发电厂供电的海水淡化工艺，消耗不可再生资源的同时引起环境污染的问题，同时解决了现有反渗透海水淡化工艺能耗高、使用和维护成本高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，包括可再生能源发电装置、控制器、蓄电池、逆变器和全膜法海水淡化装置，所述全膜法海水淡化装置为超滤系统、纳滤系统和电渗析系统耦合的水处理装置，可再生能源发电装置通过控制器分别与蓄电池、逆变器和全膜法海水淡化装置中的直流负载连接，逆变器连接全膜法海水淡化装置中的交流负载，控制器将可再生能源发电装置产生的电能合理地分配给全膜法海水淡化装置中的直流负载和交流负载，同时将多余的电能存储在蓄电池中，蓄电池分别连接直流负载和逆变器，在电能不足时为全膜法海水淡化装置供电。

进一步地，所述可再生能源发电装置为现有的风能发电装置、太阳能发电装置、潮汐能发电装置和盐差能发电装置中的一种或多种，其根据安装环境条件具体设置。

进一步地，所述超滤系统包括依次连接的海水储罐、第一保安过滤器、超滤装置进料泵、超滤装置和超滤装置出料泵；所述纳滤系统包括依次连接的纳滤进水储罐、第二保安过滤器、纳滤装置进料泵、纳滤装置和纳滤装置出料泵；纳滤进水储罐与超滤装置出料泵相连通，所述电渗析系统包括电渗析进料箱、电渗析装置进料泵、电渗析装置、浓缩室水箱、极室水箱、脱盐室水箱、浓缩室泵、脱盐室泵和极室泵；电渗析进料箱一端连接纳滤装置出料泵，电渗析进料箱另一端连接电渗析装置进料泵, 电渗析装置进料泵分别与浓缩室水箱和脱盐室水箱相连通，在电渗析装置进料泵与浓缩室水箱和脱盐室水箱相连通的管道上设置进料阀，浓缩室水箱、极室水箱和脱盐室水箱分别通过浓缩室泵、脱盐室泵和极室泵与电渗析装置中的浓缩室、极室和脱盐室形成环形通路。所述全膜法海水淡化装置中的直流负载为电渗析装置，超滤装置进料泵、超滤装置出料泵、纳滤装置进料泵、纳滤装置出料泵、电渗析装置进料泵、浓缩室泵、脱盐室泵和极室泵均为全膜法海水淡化装置中的交流负载。

进一步地，第一液位检测控制仪表固定设置在海水储罐内，在海水储罐与第一保安过滤器连接的管道上设置第一调节阀用于调整进入第一保安过滤器的水流量，第一流量检测控制仪表和第一压力检测仪表均设置在第一保安过滤器和超滤装置进料泵连接的管道上，第二调节阀设置在超滤装置进料泵和超滤装置连接的管道上，在第二调节阀前端的管道上设置第二压力检测仪表。

进一步地，第二液位检测控制仪表固定设置在纳滤进水储罐内，第三调节阀设置在纳滤进水储罐和第二保安过滤器连接的管道上用于控制进入第二保安过滤器的水流量，第三压力检测仪表和第二流量检测控制仪表均固定设置在第二保安过滤器和纳滤装置进料泵连接的管道上，第四压力检测仪表和第四调节阀依次固定设置在纳滤装置进料泵和纳滤装置连接的管道上。

进一步地，电渗析进料箱内固定设置第三液位检测控制仪，浓缩室水箱和脱盐室水箱内均设有液位检测控制仪表和电导率检测控制仪表，极室水箱内设有液位检测控制仪表。

与现有技术相比，①采用风能/太阳能/潮汐能/盐差能等可再生资源发电，不仅节省了能源，而且无污染；②产生的电能经控制器分配，部分直流电直接供能，部分直流电经逆变器转换为交流电供能，提高了电能的利用率；③采用超滤、纳滤和电渗析串联进行水处理，需要处理的水经过过滤、超滤、纳滤、以及电渗析逐级处理，极大提高了产水效率，杂质经过逐级排出，膜污染程度减弱。④通过超滤、纳滤和电渗析串联进行水处理，提高了水的回收率，产水品质也得到很好的控制。

附图说明

图1为本实用新型一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置结构示意图。

图2为本实用新型全膜法海水淡化装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明：

实施例1：

如图1所示，本实施例一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，包括可再生能源发电装置S、控制器A、蓄电池B、逆变器C和全膜法海水淡化装置，所述全膜法海水淡化装置为超滤系统、纳滤系统和电渗析系统耦合的水处理装置，可再生能源发电装置S通过控制器A分别与蓄电池B、逆变器C和全膜法海水淡化装置中的直流负载D连接，逆变器C连接全膜法海水淡化装置中的交流负载E，控制器A将可再生能源发电装置产生的电能合理地分配给全膜法海水淡化装置中的直流负载D和交流负载E，同时将多余的电能存储在蓄电池B中，蓄电池B分别连接直流负载D和逆变器C，在电能不足时为全膜法海水淡化装置供电。

进一步地，所述可再生能源发电装置为现有的风能发电装置S1、太阳能发电装置S2、潮汐能发电装置S3和盐差能发电装置S4中的一种或多种，其根据安装环境条件具体设置。

进一步地，如图2所示，所述超滤系统包括依次连接的海水储罐1、第一保安过滤器2、超滤装置进料泵P1、超滤装置3和超滤装置出料泵P2；所述纳滤系统包括依次连接的纳滤进水储罐4、第二保安过滤器5、纳滤装置进料泵P3、纳滤装置6和纳滤装置出料泵P4；纳滤进水储罐4与超滤装置出料泵P2相连通，所述电渗析系统包括电渗析进料箱7、电渗析装置进料泵P5、电渗析装置8、浓缩室水箱9、极室水箱10、脱盐室水箱11、浓缩室泵P6、脱盐室泵P8和极室泵P7；电渗析进料箱7一端连接纳滤装置出料泵P4，电渗析进料箱7另一端连接电渗析装置进料泵P5, 电渗析装置进料泵P5分别与浓缩室水箱9和脱盐室水箱11相连通，在电渗析装置进料泵P5与浓缩室水箱9和脱盐室水箱11相连通的管道上设置进料阀F5，浓缩室水箱9、极室水箱10和脱盐室水箱11分别通过浓缩室泵P6、脱盐室泵P8和极室泵P7与电渗析装置8中的浓缩室、极室和脱盐室形成环形通路。所述全膜法海水淡化装置中的直流负载D为电渗析装置8，超滤装置进料泵P1、超滤装置出料泵P2、纳滤装置进料泵P3、纳滤装置出料泵P4、电渗析装置进料泵P5、浓缩室泵P6、脱盐室泵P8和极室泵P7均为全膜法海水淡化装置中的交流负载E。

进一步地，第一液位检测控制仪表Y1固定设置在海水储罐1内，在海水储罐1与第一保安过滤器2连接的管道上设置第一调节阀F1用于调整进入第一保安过滤器2的水流量，第一流量检测控制仪表Y2和第一压力检测仪表Y3均设置在第一保安过滤器2和超滤装置进料泵P1连接的管道上，第二调节阀F2设置在超滤装置进料泵P1和超滤装置3连接的管道上，在第二调节阀F2前端的管道上设置第二压力检测仪表Y4。

进一步地，第二液位检测控制仪表Y5固定设置在纳滤进水储罐4内，第三调节阀F3设置在纳滤进水储罐4和第二保安过滤器5连接的管道上用于控制进入第二保安过滤器5的水流量，第三压力检测仪表Y7和第二流量检测控制仪表Y6均固定设置在第二保安过滤器5和纳滤装置进料泵P3连接的管道上，第四压力检测仪表Y8和第四调节阀F4依次固定设置在纳滤装置进料泵P3和纳滤装置6连接的管道上。

进一步地，电渗析进料箱7内固定设置第三液位检测控制仪Y9，浓缩室水箱9和脱盐室水箱11内均设有液位检测控制仪表和电导率检测控制仪表，极室水箱10内设有液位检测控制仪表。

本实施例一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，具体工作过程为：

（1）将可再生能源发电装置将产生的电能输送给全膜法海水淡化装置，打开第一调节阀F1，启动超滤装置进料泵P1，将海水储罐1中的海水泵入超滤装置3，当第二压力检测仪表Y4的示数为第一压力检测仪表Y3示数的2-3倍时，打开第二调节阀F2并启动超滤装置出料泵P2，通过超滤装置3将水中胶体、细菌、颗粒和分子量相对较高的物质取出并随超滤浓水排出，超滤产水进入纳滤进水储罐4中，过程中根据第一液位检测控制仪表Y1检测的海水储罐1内的海水储存量，控制第一调节阀F1的开度从而控制进入第一保安过滤器2的海水流量；

（2）当第二液位检测控制仪表Y5示数达到一定值时，打开第三调节阀F3，启动纳滤装置进料泵P3，当第四压力检测仪表Y8的示数是第三压力检测仪表Y7的2-3 时，打开第四调节阀F4并启动纳滤装置出料泵P4，水中的大部分二价离子、小分子有机物等杂质随纳滤装置6浓水排出，少部分溶解盐透过纳滤膜随纳滤产水进入电渗析进水储罐7中, 过程中根据第二液位检测控制仪表Y5检测的纳滤进水储罐4内的水量，控制第三调节阀F3的开度从而控制进入第二保安过滤器5的水流量；

（3）当浓缩室水箱9和脱盐室水箱11中的液位检测控制仪表监测到液位变大并最终恒定时，即纳滤装置产水已经完全输送浓缩室水箱9和脱盐室水箱11中，将极室溶液通入极室水箱10，将关闭电渗析装置进料阀F7。而后启动浓缩室泵P6、脱盐室泵P8和极室泵P7，再打开电渗析装置8的直流电源，在电场力的作用下，脱盐室溶液中的离子透过离子交换膜迁移到浓缩室，过程中浓缩室水箱9电导率检测控制仪表监测到的电导率不断升高，脱盐室水箱11中的电导率检测控制仪表监测到的电导率不断下降，直到脱盐室水箱11中的电导率达到产水要求时，将脱盐室水箱11中的溶液输送至淡化水储罐中，重复步骤（1）-（3），全膜法海水淡化装置不间断运行，从而获得满足要求的可饮用水源。

Claims (6)

1.一种利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，其特征在于，包括可再生能源发电装置、控制器、蓄电池、逆变器和全膜法海水淡化装置，所述全膜法海水淡化装置为超滤系统、纳滤系统和电渗析系统耦合的水处理装置，可再生能源发电装置通过控制器分别与蓄电池、逆变器和全膜法海水淡化装置中的直流负载连接，逆变器连接全膜法海水淡化装置中的交流负载，蓄电池分别连接直流负载和逆变器。

2.根据权利要求1所述的利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，其特征在于，所述可再生能源发电装置为现有的风能发电装置、太阳能发电装置、潮汐能发电装置和盐差能发电装置中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，其特征在于，所述超滤系统包括依次连接的海水储罐、第一保安过滤器、超滤装置进料泵、超滤装置和超滤装置出料泵；所述纳滤系统包括依次连接的纳滤进水储罐、第二保安过滤器、纳滤装置进料泵、纳滤装置和纳滤装置出料泵；纳滤进水储罐与超滤装置出料泵相连通，所述电渗析系统包括电渗析进料箱、电渗析装置进料泵、电渗析装置、浓缩室水箱、极室水箱、脱盐室水箱、浓缩室泵、脱盐室泵和极室泵；电渗析进料箱一端连接纳滤装置出料泵，电渗析进料箱另一端连接电渗析装置进料泵, 电渗析装置进料泵分别与浓缩室水箱和脱盐室水箱相连通，在电渗析装置进料泵与浓缩室水箱和脱盐室水箱相连通的管道上设置进料阀，浓缩室水箱、极室水箱和脱盐室水箱分别通过浓缩室泵、脱盐室泵和极室泵与电渗析装置中的浓缩室、极室和脱盐室形成环形通路，所述全膜法海水淡化装置中的直流负载为电渗析装置，超滤装置进料泵、超滤装置出料泵、纳滤装置进料泵、纳滤装置出料泵、电渗析装置进料泵、浓缩室泵、脱盐室泵和极室泵均为全膜法海水淡化装置中的交流负载。

4.根据权利要求3所述的利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，其特征在于，第一液位检测控制仪表固定设置在海水储罐内，在海水储罐与第一保安过滤器连接的管道上设置第一调节阀用于调整进入第一保安过滤器的水流量，第一流量检测控制仪表和第一压力检测仪表均设置在第一保安过滤器和超滤装置进料泵连接的管道上，第二调节阀设置在超滤装置进料泵和超滤装置连接的管道上，在第二调节阀前端的管道上设置第二压力检测仪表。

5.根据权利要求4所述的利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，其特征在于，第二液位检测控制仪表固定设置在纳滤进水储罐内，第三调节阀设置在纳滤进水储罐和第二保安过滤器连接的管道上用于控制进入第二保安过滤器的水流量，第三压力检测仪表和第二流量检测控制仪表均固定设置在第二保安过滤器和纳滤装置进料泵连接的管道上，第四压力检测仪表和第四调节阀依次固定设置在纳滤装置进料泵和纳滤装置连接的管道上。

6.根据权利要求5所述的利用可再生能源的全膜法海水淡化装置，其特征在于，电渗析进料箱内固定设置第三液位检测控制仪，浓缩室水箱和脱盐室水箱内均设有液位检测控制仪表和电导率检测控制仪表，极室水箱内设有液位检测控制仪表。