專利名稱：深水反滲透海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種深水反滲透海水淡化裝置。
背景技術(shù)：
目前，常用的海水淡化方法有蒸餾法和膜分離法兩大類，前者又有多級(jí)閃急蒸餾(MSF)、低溫多效蒸餾(LTME)和低溫壓汽蒸餾(MVC)等，后者有反滲透(RO)和電滲析(ED)。由于蒸餾法需要耗費(fèi)大量的熱量，只適合在一些特定場(chǎng)合(如發(fā)電廠、鋼鐵廠等)使用，而 在膜分離法中則因電滲析比反滲透耗電更多投資更大而使其已經(jīng)淡出海水淡化而主要應(yīng)用于苦咸水的脫鹽中，所以目前可以大量而廣泛應(yīng)用的是反滲透海水淡化技術(shù)。若將海水和淡水分別置于半透膜兩側(cè)，由于滲透壓的不同，淡水將透過半透膜進(jìn)入海水一側(cè)，使海水一側(cè)的液面高度高于淡水一側(cè)，直到兩側(cè)的滲透壓相等為止；如果在海水一側(cè)施加一定的壓強(qiáng)，當(dāng)壓強(qiáng)大于兩側(cè)的滲透壓差時(shí)(濃度為3. 5%的海水滲透壓大約為2. 8MPa，大約相當(dāng)于280米海水深度時(shí)的壓強(qiáng))，海水一側(cè)的水分子就會(huì)通過半透膜到達(dá)淡水一側(cè)，海水一側(cè)的鹽濃度就會(huì)提高，從而達(dá)到新的滲透壓平衡，這就是反滲透法海水淡化的基本原理。一般的反滲透淡化裝置包括海水提取裝置、前置處理裝置、半透膜組件、海水升壓裝置、淡水回收裝置、濃縮水排放裝置，海水原水經(jīng)前置處理后經(jīng)提升壓強(qiáng)到大于海水滲透壓后以半透膜分離出淡水和濃縮水，再由淡水回收裝置回收淡水和由濃縮水排放裝置排放濃縮水。其中壓強(qiáng)的提升是由高壓泵進(jìn)行的，由于所需要的壓強(qiáng)較大，回收率又不能過高(過高容易堵塞半透膜，影響半透膜壽命)，所以所獲得的淡水需要高壓泵對(duì)更加大量的海水進(jìn)行提升壓強(qiáng)，使得現(xiàn)有技術(shù)的反滲透海水淡化裝置的能耗很高，海水淡化的成本仍較聞。為了使反滲透海水淡化裝置的能耗下降，有人提出了在深?；蛏罹羞M(jìn)行反滲透操作，利用自然水柱壓力替代高壓泵所提供的壓力。如中國(guó)發(fā)明專利200610171310. 5 “深海水壓和真空雙動(dòng)力反滲透海水淡化真空
裝置”，它有外壓式反滲透組件的淡水輸出管口接在真空獲得室內(nèi)，真空獲得室連接泵的進(jìn)口，該泵的出口接在另一真空獲得室內(nèi)，后一真空獲得室再連接泵的進(jìn)口，該泵將淡水輸送到海平面。該外壓式反滲透真空海水淡化器安裝在深度大于200米的海底。它利用泵抽取真空獲得室內(nèi)的水使真空獲得室形成一定的負(fù)壓以提高反滲透組件所得到的壓力差，但整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，淡水的抽取不僅要有多級(jí)泵重復(fù)進(jìn)行，而且為得到真空也有一定能量消耗。又如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)“地下反滲透海水淡化真空裝置系統(tǒng)工程”(申請(qǐng)公布號(hào)CN101830541)中提出“將高壓海水儲(chǔ)水系統(tǒng)中的深井儲(chǔ)海水管下端伸入到深層地下工作室內(nèi)的地基上，深井儲(chǔ)海水管路上端通過海水輸水管路與大海中海水相當(dāng)連通，在海水輸水管路上安裝一個(gè)電動(dòng)閥門，將反滲透海水淡化裝置系統(tǒng)安裝在深層地下工作室的地基上面，通過反滲透海水淡化裝置系統(tǒng)中高壓輸海水管路與伸入到深層地下室的深井儲(chǔ)海水管相當(dāng)連通，反滲透海水淡化裝置系統(tǒng)中的淡水出水管伸入到建筑在深層地下工作室地基下淡化水儲(chǔ)水池，反滲透海水淡化裝置系統(tǒng)中的濃縮海水出水管伸入到裝置在深層地下工作室地基上的濃縮海水箱內(nèi)，高壓泵安裝在濃縮海水箱側(cè)面，在高壓泵上安裝的濃縮海水管路通過深井筒伸出地面”，淡水則用水蒸氣噴射真空泵提到地面。該方案需要用高壓泵將濃縮水抽提到地面排放，另外提升淡水的水蒸氣噴射真空泵有許多條件限制，而且同樣要消能源
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述不足，本實(shí)用新型就是要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的利用海水自有壓強(qiáng)的深水反滲透海水淡化裝置。本實(shí)用新型提供的深水反滲透海水淡化裝置，有海水提取裝置、前置處理裝置、半透膜組件、淡水回收裝置、濃縮水排放裝置，其中半透膜組件安裝位置在海平面以下由半透膜作反滲透時(shí)所需要的水深以下，所說淡水回收裝置包括一淡水室及淡水室中的淡水泵，所說半透膜組件安裝在淡水室器壁的透水窗口上，半透膜組件的海水側(cè)在淡水室外，淡水側(cè)在淡水室內(nèi)；所說海水提取裝置是圍在淡水室外的海水室，海水室有海水進(jìn)口和濃縮水出口，在海水進(jìn)口處安裝前置處理裝置，前置處理裝置的原水進(jìn)口在海水室外，經(jīng)預(yù)處理的海水出口在海水室內(nèi)；所說濃縮水排放裝置是海水室濃縮水出口，或者濃縮水出口還安裝有排水泵。本實(shí)用新型提供的深水反滲透海水淡化裝置,外圍只有海水室,淡水室在海水室之內(nèi)，而前置處理裝置及半透膜組件都安裝在室的內(nèi)外交界處，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型外形簡(jiǎn)潔、管路大大節(jié)省、結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。本實(shí)用新型只需要將淡化后的淡水提升至海平面高度，而對(duì)濃縮水不存在提升作功，至多是需要將濃縮水推過出口，所以極大的降低了海水淡化的功耗，降低了海水淡化的成本；由于不需要對(duì)海水加壓，所以可以采用較低的回收率，能延長(zhǎng)半透膜的使用壽命，減少半透膜結(jié)垢和堵塞發(fā)生的概率；本裝置的主要耗能部件是淡水泵，當(dāng)?shù)貌还ぷ鲿r(shí)，淡化過程依然可以進(jìn)行，直到淡水水位使海水壓力不足以實(shí)施反滲透，所以本裝置還可以使用間斷性能源如風(fēng)能和太陽能進(jìn)行操作。所說海水室是一上口在海平面以上的豎管或深井，其底部密封；海水室的海水進(jìn)口在豎管或深井壁在海平面以下前置處理裝置工作壓力所需要深度處，濃縮水出口是一插到底部的濃縮水管，濃縮水管上口安裝排水泵；所說淡水室是與海水室同軸的豎管，其上口高于海水室上口，其底部密封；淡水室中淡水泵吸入口在安裝半透膜組件位置以下，淡水泵排出口經(jīng)淡水管向上引到淡水室外。不論是在深海區(qū)還是在淺海區(qū)，只要將海水室沉入足夠深度本案即可操作。尤其是在淺海區(qū)，只要選擇足夠安裝海水進(jìn)口的深度或者在更淺的區(qū)域通過斜井將海水引到海水進(jìn)口，便可通過在海底巖石區(qū)開鑿深井或淤泥區(qū)構(gòu)筑沉井建造。所說淡水室在安裝半透膜組件位置以上位置用封頭密封，淡水管穿過封頭并在管外壁與封頭之間密封，可比上述方案更省許多材料。所說海水室在淡水室封頭以上位置用封頭密封,海水進(jìn)口在海水室上部一側(cè),濃縮水出口在海水室下部另一側(cè)，海水進(jìn)口和濃縮水出口均安裝有止回閥，海水室上有深度固定裝置，安裝時(shí)海水進(jìn)口方向迎向海流，濃縮水出口方向與海流同向。
圖I是本實(shí)用新型一實(shí)施例的軸向剖視圖，圖中1_海洋，2-前置處理裝置(海水進(jìn)口)，3-海水室，4-淡水室，5-淡水管，6-排水泵，7-海底，8-濃縮水管，9-透水窗口(半透膜組件)，10-淡水泵；圖2是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的軸向剖視圖，圖中11_海洋，12-前置處理裝置(海水進(jìn)口)，13-海水室，14-淡水室，15-淡水管，16-排水泵，17-海底，18-濃縮水管，19-透水窗口(半透膜組件)，20-淡水泵；圖3是本實(shí)用新型再一實(shí)施例的軸向剖視圖，圖中21_海洋，22-前置處理裝置 (海水進(jìn)口)，23-海水室，24-淡水室，25-淡水管，27-海底，28-濃縮水出口，29-透水窗口(半透膜組件)，30-淡水泵。
具體實(shí)施方式
I、如圖I所示，在海洋I的淺海處的巖基海底7開鑿深井為海水室3，井深在280米以上(280米是理論最小深度，實(shí)際深度考慮到產(chǎn)水量和半透膜的通過壓降要更深一些)，井壁采用不透水材料制造，井的直徑盡可能的大，井口高出海平面。在低于海平面的井壁處預(yù)留海水進(jìn)口 2，海水進(jìn)口處安裝海水前置處理裝置用去除海水中的較大的固體顆粒和游離氯。在井內(nèi)安裝一個(gè)內(nèi)層井壁為淡水室4，也采用不透水材料制造。內(nèi)層井壁在海平面下280米以下開有若干個(gè)透水窗口 9，具體數(shù)量視需要的產(chǎn)水量而定，在透水窗口上安裝半透膜組件，半透膜組件的海水側(cè)在外淡水側(cè)在內(nèi)。在半透膜組件之外還安裝有保安過濾層(作用是進(jìn)一步去除雜質(zhì)，使海水達(dá)到半透膜要求)。內(nèi)井底部與透水窗口之間有一儲(chǔ)水區(qū)，其中安裝一臺(tái)淡水泵10將淡水通過淡水管5從內(nèi)井抽送到井口外。在內(nèi)井之外的外井中有一濃縮水管8從井口插到井底低于內(nèi)井透水窗口以下，濃縮水管在外井口以上位置經(jīng)排水泵6排放到海洋中。外井水位因與海洋連通而保持在海平面高度，當(dāng)內(nèi)井淡水水位與海平面差在280米以上(由于水分子通過半透膜時(shí)，有一個(gè)正向的壓降，所以實(shí)際需要的深度要更深一些)時(shí)，半透膜內(nèi)外壓強(qiáng)差已經(jīng)超過海水對(duì)半透膜的滲透壓，則水分子通過半透膜進(jìn)入內(nèi)井。內(nèi)井的淡水通過淡水泵的不斷抽水使內(nèi)井水位不再上升，水分子就會(huì)源源不斷進(jìn)入內(nèi)井，海水淡化過程就會(huì)不斷進(jìn)行。當(dāng)海水淡化過程開始后外井的海水濃度就會(huì)加大，阻礙淡化過程的進(jìn)行，而濃縮水管管口正好插在海水濃度較大處，通過排水泵可將之抽出井外，由于外井內(nèi)水壓的存在，濃縮水可自行經(jīng)濃縮水管升到海平面附近(有一個(gè)克服管道阻力所需要的壓差)，所以排水泵幾乎只是向濃縮水提供一個(gè)向外流動(dòng)的動(dòng)力，所需要消耗的能量較少。2、如圖2所示，與上例相似，本例也應(yīng)用于海洋11中淺海區(qū)，同樣有建筑在海底17的海水室13，海水室有安裝前置處理裝置的海水進(jìn)口 12，有以濃縮水管18排水泵16構(gòu)成的濃縮水排放裝置。但其淡水室14是一個(gè)密閉的耐壓容器，透水窗口 19在容器壁上，透水窗口上同樣安裝有半透膜組件及保安過濾層。淡水泵20安裝在容器底部，淡水管15穿過窗口頂部封頭引出，淡水管與封頭之間密封。本例當(dāng)需要的淡水量較少時(shí)應(yīng)用，從而簡(jiǎn)化了裝備。3、如圖3所示，當(dāng)海水深度滿足水深要求時(shí)應(yīng)用。淡水室24和海水室23是內(nèi)外兩層的密閉耐壓容器。海水室經(jīng)深度固定裝置安裝在海洋21中，所說深度固定裝置，如樁在海底27或錨與浮筒或沉子與有錨的浮筒。海水室裝有前置處理裝置的海水進(jìn)口 22安裝高度高于濃縮水出口 28，海水進(jìn)口內(nèi)還安裝有單向向內(nèi)的止回閥，其濃縮水出口則安裝有單向向外的止回閥。安裝時(shí)使海流方向自海水進(jìn)口指向濃縮水出口，也可以用舵翼結(jié)構(gòu)導(dǎo) 向，如果海流流速過低可以在濃縮水出口加裝排水泵。內(nèi)層容器內(nèi)部安裝淡水泵30，淡水管25穿內(nèi)外層窗口頂部封頭，并分別與兩封頭密封。內(nèi)層容器結(jié)構(gòu)與上例同，也在壁面留有透水窗口 29并在其上安裝過濾層和半透膜組件。
權(quán)利要求1.一種深水反滲透海水淡化裝置，有海水提取裝置、前置處理裝置、半透膜組件、淡水回收裝置、濃縮水排放裝置，其中半透膜組件安裝位置在海平面以下由半透膜作反滲透時(shí)所需要的水深以下，其特征是所說淡水回收裝置包括一淡水室及淡水室中的淡水泵，所說半透膜組件安裝在淡水室器壁的透水窗口上，半透膜組件的海水側(cè)在淡水室外，淡水側(cè)在淡水室內(nèi)；所說海水提取裝置是圍在淡水室外的海水室，海水室有海水進(jìn)口和濃縮水出口，在海水進(jìn)ロ處安裝前置處理裝置，前置處理裝置的原水進(jìn)ロ在海水室外，經(jīng)預(yù)處理的海水出ロ在海水室內(nèi)；所說濃縮水排放裝置是海水室濃縮水出口，或者濃縮水出ロ還安裝有排水泵。
2.如權(quán)利要求I所述的深水反滲透海水淡化裝置，其特征是所說海水室是ー上ロ在海平面以上的豎管或深井，其底部密封；海水室的海水進(jìn)ロ在豎管或深井壁在海平面以下前置處理裝置工作壓カ所需要深度處，濃縮水出口是ー插到底部的濃縮水管，濃縮水管上ロ安裝排水泵；所說淡水室是與海水室同軸的豎管，其上ロ高于海水室上ロ，其底部密封；淡水室中淡水泵吸入口在安裝半透膜組件位置以下，淡水泵排出口經(jīng)淡水管向上引到淡水室外。
3.如權(quán)利要求2所述的深水反滲透海水淡化裝置，其特征是所說淡水室在安裝半透膜組件位置以上位置用封頭密封，淡水管穿過封頭并在管外壁與封頭之間密封。
4.如權(quán)利要求3所述的深水反滲透海水淡化裝置，其特征是所說海水室在淡水室封頭以上位置用封頭密封，海水進(jìn)ロ在海水室上部ー側(cè)，濃縮水出ロ在海水室下部另ー側(cè)，海水進(jìn)口和濃縮水出口均安裝有止回閥，海水室上有深度固定裝置，安裝時(shí)海水進(jìn)ロ方向迎向海流，濃縮水出口方向與海流同向。
專利摘要本實(shí)用新型提供的深水反滲透海水淡化裝置，包括淡水室[4]及淡水室中的淡水泵[10]，半透膜組件安裝在淡水室的透水窗口[9]上，半透膜組件的海水側(cè)在淡水室外，淡水側(cè)在淡水室內(nèi)；有海水室[3]圍在淡水室外，海水室有海水進(jìn)口[2]和濃縮水出口，在海水進(jìn)口處安裝前置處理裝置，前置處理裝置的原水進(jìn)口在海水室外，經(jīng)預(yù)處理的海水出口在海水室內(nèi)；海水室有濃縮水出口，或者濃縮水出口還安裝有排水泵[6]。本實(shí)用新型提供的深水反滲透海水淡化裝置，外圍只有海水室，淡水室在海水室之內(nèi)，而前置處理裝置及半透膜組件都安裝在室的內(nèi)外交界處，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型外形簡(jiǎn)潔、管路大大節(jié)省、結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。
文檔編號(hào)C02F1/44GK202369424SQ20112053233
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者范海東 申請(qǐng)人:范海東