專利名稱：一種低壓海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓海水淡化裝置，具體地說涉及一種將正滲透過程和膜蒸餾過程結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)在低壓下進(jìn)行海水淡化的裝置。
背景技術(shù)：
隨著世界人口和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，地球上的水資源呈現(xiàn)出日益匱乏的趨勢，水資源危機(jī)成為制約社會發(fā)展進(jìn)步的重要因素。目前地球上可直接使用的淡水資源僅占所有水資源的0.77%，而地球上的海水資源非常豐富，海洋占地球總面積的75%以上，因此對海水進(jìn)行淡化處理以得到日常生活所需的淡水資源具有重要的意義。目前，常用的海水淡化方法主要有熱法和膜法兩大類。熱法主要是通過傳統(tǒng)加熱蒸餾的方式對海水進(jìn)行淡化處理，其過程中能耗較大，環(huán)境熱效應(yīng)較嚴(yán)重，逐漸被膜法所取代。在膜法海水淡化中，反滲透是目前技術(shù)發(fā)展較為成熟、應(yīng)用最為廣泛的膜法水處理技術(shù)，但是反滲透過程需要較高的外壓、對膜污染較為嚴(yán)重、淡化副產(chǎn)物一濃鹽水的排放對環(huán)境影響嚴(yán)重等方面制約著反滲透技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。相對于傳統(tǒng)的壓力驅(qū)動型膜法水處理過程，正滲透膜法水處理技術(shù)是近些年開始研究的一種新型膜法水處理技術(shù)，過程中主要是利用膜兩側(cè)溶液的滲透壓差使得水分子從滲透壓較低的一側(cè)透過膜擴(kuò)散到滲透壓較高的一側(cè)，其中具有較低滲透壓的一側(cè)溶液為原料液，具有較高滲透壓的溶液為汲取液。正滲透過程不需要外加壓力，對膜的污染較少，過程簡單易于實(shí)現(xiàn)，因此受到了人們的重視。但是正滲透膜法水處理技術(shù)還不能直接得到淡水，且還需要對稀釋的汲取液進(jìn)行分離，因此尚需提供一種新型的技術(shù)對海水進(jìn)行淡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低壓海水淡化裝置，實(shí)現(xiàn)在低壓下進(jìn)行海水淡化。本發(fā)明的第一方面，提供一種低壓海水淡化裝置，包括:原料液罐，用于盛裝需要淡化的原料液；透過液罐，用于盛裝經(jīng)淡化后得到的淡水；正滲透膜裝置，包括正滲透膜，且在所述正滲透膜的低滲透壓側(cè)所述正滲透裝置通過第一進(jìn)液管、第一出液管與所述原料液罐相連； 汲取液罐，用于盛裝汲取液，所述汲取液罐在所述正滲透膜的高滲透壓側(cè)通過第二進(jìn)液管、第二出液管與所述正滲透裝置相連，使得按所述的原料液和汲取液在所述的正滲透膜的兩側(cè)以錯(cuò)流的方式循環(huán)流動；膜蒸餾裝置，在膜的一側(cè)通過第三進(jìn)液管、第三出液管與所述汲取液罐相連，且在所述第三進(jìn)液管上設(shè)置加熱器，在膜的另一側(cè)通過第四進(jìn)液管、第四出液管與所述透過液罐相連，且在所述第四出液管上設(shè)置冷凝器，使得所述的汲取液和所述的透過液在膜的兩側(cè)以錯(cuò)流的方式循環(huán)流動。
根據(jù)本發(fā)明，所述原料液經(jīng)第一進(jìn)液管進(jìn)入正滲透膜裝置，經(jīng)第一出液管流出正滲透膜裝置；所述汲取液流出所述汲取液罐通過第二出液管進(jìn)入所述正滲透膜裝置，流出正滲透膜裝置經(jīng)第二進(jìn)液管進(jìn)入所述汲取液罐；所述汲取液流出所述汲取液罐通過第三進(jìn)液管進(jìn)入所述膜蒸餾裝置，流出所述膜蒸餾裝置經(jīng)第三出液管進(jìn)入所述汲取液罐；所述透過液經(jīng)所述第四進(jìn)液管進(jìn)入所述膜蒸餾裝置，經(jīng)第四出液管流出所述膜蒸餾裝置。根據(jù)本發(fā)明，所述需要淡化的原料液為海水或者苦咸水。根據(jù)本發(fā)明，所述正滲透膜是用于正滲透過程中的只允許水分子通過而對其它離子均具有較高截留能力的高分子分離膜。根據(jù)本發(fā)明，所述汲取液是單一溶質(zhì)溶液，滲透壓大于所述需要淡化的原料液的滲透壓。在另一優(yōu)選例中，所述汲取液指一種滲透壓較所需淡化的海水或者苦咸水高的單一溶質(zhì)溶液，如接近飽和度的高濃度鹽溶液(包括鈉鹽溶液、鉀鹽溶液、鎂鹽溶液等鹽溶液)、接近飽和度的糖類大分子溶液(包括葡萄糖溶液、蔗糖溶液、乳糖溶液、麥芽糖溶液等)等。在另一優(yōu)選例中，所述汲取液為接近飽和度的3-5M的KCl鹽溶液、3-6M的KBr溶液、3-6M的MgC12溶液等鹽溶液、或3-5M的葡萄糖溶液、3-6M的蔗糖溶液等糖類溶液。根據(jù)本發(fā)明，所述正滲透裝置為密閉裝置，包括兩個(gè)膜室，位于所述正滲透膜的兩側(cè)。所述兩個(gè)膜室分別允許原料液、汲取液在其中流動。
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根據(jù)本發(fā)明，所述膜蒸餾裝置是用于膜蒸餾過程的、一側(cè)允許所述汲取液循環(huán)，一側(cè)允許水于室溫下循環(huán)的裝置。根據(jù)本發(fā)明，所述第一進(jìn)液管上設(shè)置泵；和/或所述第二進(jìn)液管上設(shè)置泵；和/或所述第三出液管上設(shè)置泵；和/或所述第四進(jìn)液管上設(shè)置泵。所述的第一進(jìn)液管和第二進(jìn)液管上設(shè)置的泵是指一種能夠使原料液、汲取液在正滲透裝置中循環(huán)流動的動力裝置，如蠕動泵。所述第三出液管和第四進(jìn)液管上設(shè)置的泵是指一種能夠使汲取液和透過液在膜蒸餾裝置中循環(huán)流動的動力裝置，如循環(huán)泵。本發(fā)明的第二方面，提供低壓海水淡化裝置的使用方法，包括:(a)將所需淡化的原料液如海水或苦咸水裝入原料液罐中，將高濃度單一溶質(zhì)的溶液裝入汲取液罐中，兩種溶液在泵的帶動下以錯(cuò)流的方式在正滲透裝置中的正滲透膜兩側(cè)循環(huán)流動；(b)在滲透壓差的作用下，原料液中的水分子透過正滲透膜擴(kuò)散到汲取液中使得汲取液得到稀釋；(C)稀釋后的汲取液在泵的帶動下通過膜蒸餾裝置，在蒸汽壓差的作用下，汲取液中的水分子通過膜蒸餾膜在透過液罐中得到淡水，而同時(shí)稀釋的汲取液得到濃縮，返回到正滲透過程中得到循環(huán)使用。本發(fā)明的第三方面，提供一種低壓海水淡化方法，包括:
(a)將海水或苦咸水經(jīng)正滲透處理，得到稀釋的汲取液；(b)將步驟(a)得到稀釋的汲取液經(jīng)膜蒸餾處理，得到淡水。本發(fā)明將正滲透過程與膜蒸餾過程進(jìn)行結(jié)合，通過正滲透過程將原料液中的水分子透過正滲透膜擴(kuò)散到汲取液中使得汲取液得到稀釋，利用膜蒸餾對稀釋的汲取液進(jìn)行處理，一方面可以得到所需的淡水，鹽脫出率達(dá)到99%以上，另一方面可以使正滲透過程中稀釋的汲取液在膜蒸餾規(guī)程得到濃縮使其得以循環(huán)使用。本發(fā)明的膜聯(lián)用系統(tǒng)具有更高的分離性能、操作更簡便、能耗更低、更易產(chǎn)業(yè)化。應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。


圖1為低壓海水淡化裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，意外發(fā)現(xiàn):將正滲透膜裝置與膜蒸餾裝置進(jìn)行聯(lián)用、對海水進(jìn)行淡化處理，能夠?qū)崿F(xiàn)在低壓的條件下對海水進(jìn)行淡化處理，對海水中鹽的脫除率達(dá)到99%以上。在此基礎(chǔ)上，完成了本發(fā)明。除非另行定義，文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。文中所述的較佳實(shí)施方法與材料僅作示范之用。正滲透(ForwardOsmosis, F0)“滲透”在海水淡化、脫鹽、水處理領(lǐng)域，又稱正滲透，是與反滲透互逆的一對方法。利用膜兩側(cè)溶液的滲透壓差使得水分子從滲透壓較低的一側(cè)透過膜擴(kuò)散到滲透壓較高的一側(cè)，其中具有較低滲透壓的一側(cè)溶液為原料液，具有較高滲透壓的溶液為汲取液。膜蒸懼(MembraneDistillation, MD)膜蒸餾過程是利用膜兩側(cè)溶液的蒸氣壓差進(jìn)行分離的膜過程，在蒸氣壓差的作用下，料液中的揮發(fā)性組分以蒸汽形式透過膜使得物質(zhì)得到分離，在膜的另一側(cè)水蒸汽分子冷凝得到所需的淡水。單獨(dú)采用膜蒸餾過程進(jìn)行水處理，由于其過程中能量利用率較低、對膜污染較為嚴(yán)重等缺點(diǎn)使得與其它水處理過程相比膜蒸餾過程競爭力不大。下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。低壓海水淡化裝置如圖1所示，本發(fā)明提供的低壓海水淡化裝置，包括:原料液罐1，用于盛裝需要淡化的原料液；透過液罐5，用于盛裝經(jīng)淡化后得到的淡水；正滲透膜裝置2，包括正滲透膜20，且在所述正滲透膜20的低滲透壓側(cè)所述正滲透裝置2通過第一進(jìn)液管21、第一出液管31與所述原料液罐I相連； 汲取液罐3，用于盛裝汲取液，所述汲取液罐3在所述正滲透膜20的高滲透壓側(cè)通過第二進(jìn)液管22、第二出液管32與所述正滲透裝置2相連，使得所述的原料液和汲取液在所述的正滲透膜20的兩側(cè)以錯(cuò)流的方式循環(huán)流動；膜蒸餾裝置4，在膜的一側(cè)通過第三進(jìn)液管23、第三出液管33與所述汲取液罐3相連，且在所述第三進(jìn)液管23上設(shè)置冷凝器8，在膜的另一側(cè)通過第四進(jìn)液管24、第四出液管34與所述透過液罐5相連，且在所述第四出液管34上設(shè)置加熱器7，使得所述的汲取液和所述的透過液在膜的兩側(cè)以錯(cuò)流的方式循環(huán)流動。所述原料液經(jīng)第一進(jìn)液管21進(jìn)入正滲透膜裝置2，經(jīng)第一出液管31流出正滲透膜裝置2 ;所述汲取液流出所述汲取液罐3通過第二出液管32進(jìn)入所述正滲透膜裝置2，流出正滲透膜裝置2的所述汲取液經(jīng)第二進(jìn)液管22進(jìn)入所述汲取液罐3 ;所述汲取液流出所述汲取液罐3通過第三進(jìn)液管23進(jìn)入所述膜蒸餾裝置4，流出所述膜蒸餾裝置4的所述汲取液經(jīng)第三出液管33進(jìn)入所述汲取液罐3 ;所述透過液經(jīng)所述第四進(jìn)液管24進(jìn)入所述膜蒸餾裝置4，經(jīng)第四出液管34流出所述膜蒸餾裝置4。其中，所述需要淡化的原料液為海水或者苦咸水。所述正滲透膜20是用于正滲透過程中的只允許水分子通過而對其它離子均具有較高截留能力的高分子分離膜，如醋酸纖維素正滲透膜、聚酰胺復(fù)合正滲透膜以及商品納濾膜等一系列對鹽和大分子有較高截留率的分離膜。所述汲取液是單一溶質(zhì)溶液，滲透壓大于所述需要淡化的原料液的滲透壓。在另一優(yōu)選例中，所述汲取液指一種滲透壓較所需淡化的海水或者苦咸水大得多的高濃度單一溶質(zhì)溶液，如高濃度鹽溶液(如鈉鹽、鉀鹽、鎂鹽、鋰鹽等)、糖類大分子溶液(如葡萄糖、蔗糖、乳糖、麥芽糖等)等。所述正滲透裝置2為密閉裝置，包括兩個(gè)膜室30、40，位于所述正滲透膜的兩側(cè)。所述兩個(gè)膜室30、40分別允許原料液、汲取液在其中流動，以錯(cuò)流的方式。所述膜蒸餾裝置是用于膜蒸餾過程的、一側(cè)允許所述汲取液循環(huán)，一側(cè)允許水于室溫下循環(huán)的裝置。在本發(fā)明的低壓海水淡化裝置中，所述第一進(jìn)液管21上設(shè)置泵6，將所述原料液由原料液罐I經(jīng)第一進(jìn)液管21輸送進(jìn)入正滲透膜裝置2 ；所述第二進(jìn)液管22上設(shè)置泵6，將流出正滲透膜裝置2的所述汲取液經(jīng)第二進(jìn)液管22輸送進(jìn)入所述汲取液罐3 ；所述第三出液管33上設(shè)置泵9，將流出所述膜蒸餾裝置4的所述汲取液經(jīng)第三出液管33輸送進(jìn)入所述汲取液罐3 ；所述第四進(jìn)液管24上設(shè)置泵9，將所述透過液經(jīng)所述第四進(jìn)液管24輸送進(jìn)入所述膜蒸餾裝置4。其中，所述的泵6是指一種能夠使原料液、汲取液在正滲透裝置中循環(huán)流動的動力裝置，如蠕動泵； 泵9是指一種能夠使得汲取液和透過液在膜蒸餾裝置中循環(huán)流動的動力裝置，如循環(huán)泵。低壓海水淡化裝置的使用方法本發(fā)明的裝置的原料液罐中所需淡化的海水通過正滲透裝置，海水中的水分子在滲透壓差的作用下經(jīng)過正滲透膜擴(kuò)散到汲取液罐中一種濃度較高的單一溶質(zhì)的溶液中，然后該汲取液作為膜蒸餾過程的原料液進(jìn)入到膜蒸餾裝置中進(jìn)行處理，經(jīng)過膜蒸餾過程在透過液罐中得到所需淡水同時(shí)汲取液得到濃縮在正滲透過程中得以循環(huán)使用。具體的，本發(fā)明提供低壓海水淡化裝置的使用方法，包括:(a)將所需淡化的原料液如海水或苦咸水裝入原料液罐I中，將高濃度單一溶質(zhì)的溶液裝入汲取液罐2中，兩種溶液在泵6的帶動下以錯(cuò)流的方式在正滲透裝置2中的正滲透膜20兩側(cè)循環(huán)流動；(b)在滲透壓差的作用下，原料液中的水分子透過正滲透膜20擴(kuò)散到汲取液中使得汲取液得到稀釋；(c)稀釋后的汲取液在泵9的帶動下通過膜蒸餾裝置4，在蒸汽壓差的作用下，汲取液中的水分子通過膜蒸餾膜在透過液罐5中得到淡水，而同時(shí)稀釋的汲取液得到濃縮，返回到正滲透裝置2中得到循環(huán)使 用。低壓海水淡化方法本發(fā)明提供的低壓海水淡化方法，包括步驟:(a)將海水或苦咸水經(jīng)正滲透處理，得到稀釋的汲取液；(b)將步驟(a)得到稀釋的汲取液經(jīng)膜蒸餾處理，得到淡水。本發(fā)明提供一種將正滲透過程與膜蒸餾過程進(jìn)行聯(lián)用對海水進(jìn)行淡化的裝置，實(shí)現(xiàn)在低壓的條件下對海水進(jìn)行淡化處理，通過正滲透過程將海水中的水分子轉(zhuǎn)移到另一種單一溶質(zhì)的溶液中，而海水中的有機(jī)物質(zhì)及無機(jī)鹽類可以達(dá)到較高程度的截留，然后通過膜蒸餾過程對單一溶質(zhì)溶液進(jìn)行處理得到淡水。經(jīng)過本發(fā)明的裝置處理海水或苦咸水可以得到較高標(biāo)準(zhǔn)的高品質(zhì)淡水，脫鹽率達(dá)到99%以上，而僅采用正滲透，脫鹽率約95%，難以進(jìn)一步提聞脫鹽率。正滲透過程主要利用正滲透膜兩側(cè)溶液的滲透壓差進(jìn)行物質(zhì)分離，膜蒸餾過程主要利用膜兩側(cè)溶液的蒸氣壓差進(jìn)行分離，兩種過程均不需要外加壓力或者只需要很低的壓力就可以運(yùn)行。本發(fā)明的裝置通過將正滲透過程和膜蒸餾過程聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)在低壓的條件下對海水、苦咸水進(jìn)行淡化處理，過程能耗低、淡化成本低、出水水質(zhì)好、過程對膜的污染少、易于產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明提到的上述特征，或?qū)嵤├岬降奶卣骺梢匀我饨M合。本案說明書所揭示的所有特征可與任何組合物形式并用，說明書中所揭示的各個(gè)特征，可以任何提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特別說明，所揭示的特征僅為均等或相似特征的一般性例子。在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種低壓海水淡化裝置，其特征在于，所述裝置包括: 原料液罐，用于盛裝需要淡化的原料液； 透過液罐，用于盛裝經(jīng)淡化后得到的淡水； 正滲透膜裝置，包括正滲透膜，且在所述正滲透膜的低滲透壓側(cè)所述正滲透裝置通過第一進(jìn)液管、第一出液管與所述原料液罐相連； 汲取液罐，用于盛裝汲取液，所述汲取液罐在所述正滲透膜的高滲透壓側(cè)通過第二進(jìn)液管、第二出液管與所述正滲透裝置相連，使得所述的原料液和汲取液在所述的正滲透膜的兩側(cè)以錯(cuò)流的方式循環(huán)流動； 膜蒸餾裝置，在膜的一側(cè)通過第三進(jìn)液管、第三出液管與所述汲取液罐相連，且在所述第三進(jìn)液管上設(shè)置加熱器，在膜的另一側(cè)通過第四進(jìn)液管、第四出液管與所述透過液罐相連，且在所述第四出液管上設(shè)置冷凝器，使得所述的汲取液和所述的透過液在膜的兩側(cè)以錯(cuò)流的方式循環(huán)流動。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述原料液經(jīng)第一進(jìn)液管進(jìn)入正滲透膜裝置，經(jīng)第一出液管流出正滲透膜裝置； 所述汲取液流出所述汲取液罐通過第二出液管進(jìn)入所述正滲透膜裝置，流出正滲透膜裝置經(jīng)第二進(jìn)液管進(jìn)入所述汲取液罐； 所述汲取液流出所述汲取液罐通過第三進(jìn)液管進(jìn)入所述膜蒸餾裝置，流出所述膜蒸餾裝置經(jīng)第三出液管進(jìn)入所述汲取液罐； 所述透過液經(jīng)所述第四進(jìn)液管進(jìn)入所述膜蒸餾裝置，經(jīng)第四出液管流出所述膜蒸餾裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述需要淡化的原料液為海水或者苦咸水。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述正滲透膜是用于正滲透過程中的只允許水分子通過而對其它離子均具有較高截留能力的高分子分離膜。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述汲取液是單一溶質(zhì)溶液，滲透壓大于所述需要淡化的原料液的滲透壓。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述正滲透裝置為密閉裝置，包括兩個(gè)膜室，位于所述正滲透膜的兩側(cè)。
所述兩個(gè)膜室分別允許原料液、汲取液在其中流動。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述膜蒸餾裝置是用于膜蒸餾過程的、一側(cè)允許所述汲取液循環(huán)，一側(cè)允許水于室溫下循環(huán)的裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一進(jìn)液管上設(shè)置泵；和/或 所述第二進(jìn)液管上設(shè)置泵；和/或 所述第三出液管上設(shè)置泵；和/或 所述第四進(jìn)液管上設(shè)置泵。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第一進(jìn)液管、第二進(jìn)液管上設(shè)置的泵為螺動栗。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第三出液管、第四進(jìn)液管上設(shè)置的泵為循環(huán)泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低壓海水淡化裝置，包括原料液罐；透過液罐；汲取液罐；正滲透膜裝置，在通過第一進(jìn)液管、第一出液管與所述原料液罐低滲透壓側(cè)相連、在高滲透壓側(cè)通過第二進(jìn)液管、第二出液管與汲取液罐相連；膜蒸餾裝置，在膜的一側(cè)通過第三進(jìn)液管、第三出液管與所述汲取液罐相連，且在所述進(jìn)液管上設(shè)置加熱器，在膜的另一側(cè)通過第四進(jìn)液管、第四出液管與所述透過液罐相連，且在第四出液管上設(shè)置冷凝器。本發(fā)明的裝置可以用于低壓海水和苦咸水的淡化過程，鹽的脫出率達(dá)到99％以上，且能耗低，可大大降低淡化成本。
文檔編號C02F103/08GK103102031SQ201110353059
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者薛立新, 紀(jì)曉聲, 黃燕, 朱紅芳 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所