利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于一種海水淡化技術(shù)，具體而言是關(guān)于一種利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]淡水資源的日益短缺已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點問題，海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術(shù)，愈來愈受到世界上許多沿海國家的重視。
[0003]目前全球海水淡化技術(shù)超過20余種，包括反滲透法、低多效、多級閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預(yù)處理和后處理工藝。從大的分類來看，主要分為蒸餾法(熱法)和膜法兩大類，其中低多效蒸餾法、多級閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術(shù)。對于海水淡化，能耗是直接決定其成本高低的關(guān)鍵。40多年來，隨著技術(shù)的提高，海水淡化的能耗指標降低了 90%左右(從26.4kwh/m3左右降到2.9kwh/m3左右)，成本隨之大為降低。成本問題的解決將會對海水淡化的廣泛應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化進程產(chǎn)生極大的促進作用。
[0004]相較于熱驅(qū)動過程的蒸飽法而言，反滲透法(Reverse Osmosis,RO)的最大優(yōu)點是節(jié)能。反滲透又稱逆滲透，是以壓力差為推動力從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，在膜的低壓側(cè)得到透過的滲透液，高壓側(cè)得到濃縮的濃縮液，即，膜的低壓側(cè)為透過液側(cè)，高壓側(cè)為原料液側(cè)(或稱濃縮液側(cè))。近年來反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價和運行成本持續(xù)降低。然而，反滲透法需要較高的操作壓力(5.6?8.3MPa)，往往會增加能耗以及由此引發(fā)的膜污染會導(dǎo)致膜壽命縮短，所以反滲透法的水回收率較低，一般僅為30%?50%。此外，反滲透法對設(shè)備的耐壓要求也較高。
[0005]近期有關(guān)學(xué)者提出了正滲透膜技術(shù)(Forward Osmosis，F(xiàn)O)，正滲透膜技術(shù)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，即，膜的低滲透壓為原料液側(cè)(或稱濃縮液側(cè))，高滲透壓側(cè)為汲取液側(cè)(或稱透過液側(cè))。與反滲透相比，正滲透技術(shù)只依靠滲透壓，無需外界壓力，節(jié)能特性更為顯著，作為RO技術(shù)的補充，具有成為大規(guī)模海水淡化新技術(shù)的潛力。
[0006]CN 202754873 U公開了一種結(jié)合了正滲透和反滲透技術(shù)的全膜法海水淡化系統(tǒng)，其包括:原料液罐、汲取液罐、集水罐、正滲透膜組件、反滲透膜組件、膜蒸餾組件、蠕動泵、高壓泵、加熱器、冷凝器，其中，蠕動泵將原料液罐內(nèi)的原料液輸入正滲透膜組件的低滲透壓側(cè)，汲取液罐中的汲取液進入到正滲透膜組件的高滲透壓側(cè)；經(jīng)正滲透后，采用高壓泵對汲取液進行加壓，然后輸入到反滲透膜組件的高滲透壓側(cè)，透過反滲透膜的溶液經(jīng)加熱器加熱后輸入膜蒸餾組件內(nèi)，經(jīng)膜蒸餾，水蒸汽透過膜，經(jīng)冷凝器冷凝后被集水罐收集。利用該系統(tǒng)進行海水淡化處理，以正滲透法和膜蒸餾法分別替代了傳統(tǒng)能耗較高的超、納濾膜和電滲析，有利于降低能量消耗。但該方法工藝仍較為復(fù)雜。【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的一個目的在于提供一種新穎的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置，該海水淡化處理裝置包括:
[0009]一處理容器，該處理容器的容置空間內(nèi)設(shè)置有第一滲透膜組件和第二滲透膜組件，其中，所述第一滲透膜組件為正滲透膜組件或反滲透膜組件，第二滲透膜組件為反滲透膜組件，所述第二滲透膜組件設(shè)置于第一滲透膜組件之上，第一滲透膜組件的透過液側(cè)與第二滲透膜組件的原料液側(cè)之間形成用于容置工質(zhì)溶液的空間；并且，處理容器在位于第一滲透膜組件的原料液側(cè)設(shè)置有待處理海水入口及濃海水出口，在位于第二滲透膜組件的透過液側(cè)設(shè)置有淡水出口 ；
[0010]用于控制所述工質(zhì)溶液在垂直方向形成下部高溫區(qū)、上部低溫區(qū)的溫度梯度的溫度控制系統(tǒng)。
[0011]當?shù)谝粷B透膜組件是正滲透膜組件時，利用本實用新型的裝置處理海水時，是將待處理海水通入處理容器內(nèi)正滲透膜組件的原料液側(cè)，作為正滲透膜的原料液，利用所述工質(zhì)溶液作為正滲透膜的汲取液，通過控制工質(zhì)溶液上下溫差，可使得所述工質(zhì)溶液在正滲透膜的透過側(cè)具有高于正滲透膜原料液側(cè)的待處理海水的滲透壓，在反滲透膜的原料液側(cè)具有高于反滲透膜透過側(cè)的壓力，從而，使得待處理海水中的水分透過正滲透膜進入汲取液，經(jīng)正滲透膜作用后的汲取液向上進一步經(jīng)反滲透膜作用，其中的水分透過反滲透膜，得到淡水。
[0012]當?shù)谝粷B透膜組件是反滲透膜組件時，利用本實用新型的裝置處理海水時，是將待處理海水通入處理容器內(nèi)第一滲透膜組件的原料液側(cè)，作為第一滲透膜的原料液，通過對待處理海水進行加壓，并通過控制工質(zhì)溶液上下溫差，可使得所述工質(zhì)溶液在第一滲透膜的透過側(cè)壓力第一滲透膜原料液側(cè)的待處理海水的壓力，在第二滲透膜的原料液側(cè)具有高于第二滲透膜透過側(cè)的壓力，從而，使得待處理海水中的水分透過第一滲透膜進入工質(zhì)溶液，再向上進一步經(jīng)第二滲透膜作用，其中的水分透過第二滲透膜，得到淡水。
[0013]可以理解，本實用新型中，所述第一滲透膜組件與第二滲透膜組件之間形成的用于容置工質(zhì)溶液的空間是一個相對密閉的空間，本實用新型的海水淡化處理裝置運作時，該空間內(nèi)的流體只允許通過第一滲透膜、第二滲透膜的滲透作用進出該空間。該空間(即第一滲透膜組件與第二滲透膜組件之間)應(yīng)具有足夠的垂直間距，可利用溫度控制系統(tǒng)(如熱泵)控制所述工質(zhì)溶液在垂直方向形成下部具有較高溫度的溫度梯度，且利用工質(zhì)溶液中的溶質(zhì)的溶解度隨溫度的變化，使工質(zhì)溶液在第一滲透膜的透過側(cè)具有高于工質(zhì)溶液在第二滲透膜組件的原料液側(cè)的濃度?？梢岳斫?，其中所述的“較高溫度”是指相對于上部工質(zhì)溶液的溫度而言。其中:
[0014]當?shù)谝粷B透膜為正滲透膜時，工質(zhì)溶液在第一滲透膜的透過側(cè)的濃度與工質(zhì)溶液在反滲透膜組件的原料液側(cè)的濃度差應(yīng)足夠使得所述工質(zhì)溶液在第一滲透膜的透過側(cè)具有高于第一滲透膜原料液側(cè)的待處理海水的滲透壓、且在反滲透膜的原料液側(cè)具有高于反滲透膜透過側(cè)的壓力；換而言之，應(yīng)使得工質(zhì)溶液在正滲透膜的透過側(cè)的滲透壓遠大于海水滲透壓與工質(zhì)溶液在反滲透膜的原料液側(cè)的滲透壓之和。
[0015]當?shù)谝粷B透膜為反滲透膜時，可通過對待處理海水加壓，使得所述工質(zhì)溶液在第一滲透膜的原料液側(cè)具有高于第一滲透膜透過液側(cè)的壓力、且在第二滲透膜的原料液側(cè)具有高于第二滲透膜透過側(cè)的壓力。即，根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，所述第一滲透膜組件為反滲透膜組件，所述海水淡化處理裝置還包括對待處理海水進行加壓的加壓泵。
[0016]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，所述第一滲透膜組件與第二滲透膜組件的垂直間距為I?5m，優(yōu)選為I?2.5m。
[0017]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，所述溫度控制系統(tǒng)是指控制所述工質(zhì)溶液在正滲透膜的透過側(cè)的溫度為30?600C (當?shù)谝粷B透膜組件為正滲透膜時，優(yōu)選為40?60°C、更優(yōu)選為43?47°C ;當?shù)谝粷B透膜組件為反滲透膜時，可為30?40°C )、在反滲透膜組件的原料液側(cè)的溫度為I?10C (優(yōu)選為5?10°C )的溫度控制系統(tǒng)。
[0018]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，所述溫度控制系統(tǒng)為熱泵。
[0019]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，所述工質(zhì)溶液為硝酸鉀飽和溶液或磷酸氫二鈉飽和溶液。
[0020]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，處理容器的容置空間內(nèi)，第一滲透膜組件之下為濃海水容置空間，處理容器底部設(shè)置濃海水出口 ；第二滲透膜之上為淡水容置空間，處理容器頂部設(shè)置淡水出口。
[0021]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，對所述正滲透膜組件、反滲透膜組件的具體材質(zhì)和形式無特殊要求，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中可行的應(yīng)用于處理海水的正滲透膜組件、反滲透膜組件。優(yōu)選地，所述正滲透膜組件為板式、卷式、中空纖維式或管式膜組件，正滲透膜組件的正滲透膜為醋酸纖維素正滲透膜、或聚酰胺正滲透膜；所述反滲透膜組件為板式、卷式、中空纖維式或管式膜組件，反滲透膜為醋酸纖維素膜、聚酰肼膜或聚酰胺膜。
[0022]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置還包括對引出處理容器的濃海水及淡水的能量進行回收利用的能量回收系統(tǒng)?；厥盏哪芰靠捎糜趯M入處理容器前的待處理海水進行加熱。所述的能量回收系統(tǒng)可以是熱交換器。
[0023]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的利用滲透膜技術(shù)的海水淡化處理裝置中，在容置工質(zhì)溶液的空間內(nèi)設(shè)置有將淡水與工質(zhì)溶液進行換熱的換熱器管道，該管道的上游端連接第二滲透膜