一種用水凝膠連續(xù)淡化海水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海水淡化的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用水凝膠連續(xù)淡化海水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]淡水資源在地表分布具有不均衡性和有限性，我國也是一樣。海水的儲水量非常豐富，但是海水卻不能直接供人和農(nóng)作物等生物使用。因此海水淡化是解決淡水短缺的一個有效途徑?，F(xiàn)行的海水淡化技術(shù)有20多種，包括正反滲透、多級閃蒸、電滲析法、露點蒸發(fā)法以及利用核能、太陽能海水淡化技術(shù)等。但是這些方法都有成本過高的缺點，限制了海水淡化技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用。同時現(xiàn)行的技術(shù)往往需要大型的設(shè)備，在某些突發(fā)性、小規(guī)模情況的應(yīng)用中具有局限性。
[0003]水凝膠是一類高分子聚合物的簡稱，這類聚合物具有輕度交聯(lián)、可吸水卻不溶于水的特點。經(jīng)過干燥后的水凝膠具有極強的吸水性，其吸水量和吸水速率都是驚人的。澳大利亞莫納什大學(xué)Amir Razmjou等人以一種負載納米氧化鐵顆粒的水凝膠為載體，在磁場和加熱共同作用的情況下，通過利用水凝膠的強吸水性為含氯化鈉濃度為3.5#%海水通過半透膜提供驅(qū)動力，進而達到提高海水淡化水回收率的目的。隨后，Amir Razmjou等人的團隊又報告了一種通過雙重分層的水凝膠從海水中提取淡水的方法。該團隊通過凝膠本身的吸水性以及利用太陽能照射凝膠層使海水穿過半透膜進入凝膠層中，進而釋放出淡水。但是這些方法都是利用半透膜對海水進行實質(zhì)性的脫鹽處理，水凝膠在其中只是起到一個提供驅(qū)動力和提高水回收率的作用。而且上述的方法在操作中需要磁場加熱以及達到一定強度的太陽能照射，都對該技術(shù)應(yīng)用的便捷性以及成本產(chǎn)生了不利的影響。德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的Johannes Hopfner等人的團隊曾用聚丙稀酸鈉吸收氯化鈉溶液，通過擠壓水凝膠得到擠出液并測試其氯化鈉濃度，當(dāng)原水濃度為35g/L NaCl溶液時，脫鹽率僅為25%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用水凝膠進行海水淡化的方法。本發(fā)明利用水凝膠自身的脫鹽性能，通過工藝流程的控制和優(yōu)化達到淡化海水的目的。
[0005]本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種用水凝膠連續(xù)淡化海水的方法，包括如下步驟:
(1)海水進入水凝膠連續(xù)淡化流程中的水凝膠淡化擠壓裝置，使水凝膠淡化擠壓裝置中的水凝膠溶脹，達到所需溶脹度后裝置將水凝膠中的水?dāng)D出，得到淡化后的淡水；
(2)通過閥門的控制使得海水交替進入各個水凝膠淡化擠壓裝置，使得在整個工藝流程的出口處始終有淡水產(chǎn)出，達到連續(xù)淡化的目的。
[0006]上述方法中，所述擠壓為機械擠壓。
[0007]上述方法中，所述水凝膠為一類含有親水基團，能在水溶液中溶脹的高分子聚合物；所述水凝膠單體含量為10wt%?50wt%。
[0008]上述方法中，所述水凝膠單體為丙烯酸、丙烯酸鈉、甲基丙烯酸以及丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類；
上述方法中，所述水凝膠孔徑在0.lum?20um。
[0009]上述方法中，所述水凝膠溶脹量為平衡溶脹量的10%?90%。
[0010]上述方法中，所述水凝膠連續(xù)淡化流程包括兩個以上的淡化系統(tǒng)；所述淡化系統(tǒng)包括一個以上的水凝膠淡化擠壓裝置；每一個淡化系統(tǒng)中水凝膠淡化擠壓裝置為串聯(lián)連接，不同淡化系統(tǒng)中水凝膠淡化擠壓裝置為并聯(lián)連接，通過閥門控制海水交替進入到水凝膠淡化擠壓裝置中；水凝膠淡化擠壓裝置的產(chǎn)水通過電導(dǎo)率儀測量產(chǎn)水中離子濃度。
[0011]上述方法中，所述水凝膠連續(xù)淡化流程包括第二閥門、第一電導(dǎo)率儀、第三閥門、第四閥門、第二電導(dǎo)率儀、第五閥門、第一水凝膠淡化擠壓裝置和第二水凝膠淡化擠壓裝置；所述第二閥門與第一水凝膠淡化擠壓裝置、第一電導(dǎo)率儀、第三閥門順次連接，形成第一淡化系統(tǒng)；所述第四閥門與第二水凝膠淡化擠壓裝置、第二電導(dǎo)率儀、第五閥門順次連接，形成第二淡化系統(tǒng)；所述第一淡化系統(tǒng)與第二淡化系統(tǒng)并聯(lián)連接。
[0012]上述方法中，還包括第一閥門和輸液栗；所述第一閥門和輸液栗通過管道連接，后分別與第一淡化系統(tǒng)和第二淡化系統(tǒng)連接。
[0013]上述方法中，具體的方法為，包括如下步驟:
(1)打開第一閥門，輸液栗，第二閥門，讓海水進入第一水凝膠淡化擠壓裝置中，第一水凝膠淡化擠壓裝置中的水凝膠溶脹；
(2)待第一水凝膠淡化擠壓裝置中的水凝膠達到所需溶脹度后，關(guān)閉第二閥門同時打開第四閥門，將第一水凝膠淡化擠壓裝置中水凝膠中的水?dāng)D出，經(jīng)第一電導(dǎo)率儀檢測合格后打開第三閥門得到淡水；在該過程中海水進入第二水凝膠淡化擠壓裝置中，第二水凝膠淡化擠壓裝置中的水凝膠開始溶脹；
(3)當(dāng)?shù)诙z淡化擠壓裝置中水凝膠溶脹達到要求后，關(guān)閉第四閥門打開第二閥門，使得海水進入到第一水凝膠淡化擠壓裝置中，第一水凝膠淡化擠壓裝置中的水凝膠再次溶脹，同時將第二水凝膠淡化擠壓裝置中的水凝膠中的水?dāng)D出，得到淡水；
(4 )重復(fù)步驟(2 )、( 3 )，連續(xù)產(chǎn)出淡水。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)原理如下:
水凝膠對于鹽水和淡水的吸收速率與吸收量都是不同的。對于吸收鹽水和淡水而言，吸收過程都可分為兩個部分。第一部分是從干膠吸水直至接近飽和，此時吸收鹽水和淡水的速率比較快，干膠能在短時間內(nèi)吸收占飽和吸收量80%?90%的液體；第二部分是繼續(xù)吸收直到飽和，此過程耗時較長，約為第一階段所耗時間的10?15倍。在第一階段，水凝膠吸收淡水的速率約為吸收鹽水速率的1?5倍，最終的吸收淡水的總量約為吸收鹽水總量的1?10倍。因此本發(fā)明利用水凝膠第一階段吸水的特性，通過控制吸水時間，使海水中的淡水大量進入凝膠的同時僅吸收少量的鹽水，而被水凝膠吸收的少量鹽水再經(jīng)過水凝膠孔穴對無機鹽離子的過濾作用和多級吸收的雙重管控，最終達到淡化海水的目的。于此同時，通過對整個水凝膠海水淡化工藝流程的控制，使得各個水凝膠淡化擠壓裝置中的水凝膠交替吸海水、產(chǎn)淡水，彌補了單獨用水凝膠間歇產(chǎn)水的不足，達到連續(xù)海水淡化的目的。
[0015]本發(fā)明中，海水均指進入到淡化流程生產(chǎn)線的原料液；淡水均指整個工藝流程的產(chǎn)品液。不飽和吸水法是指讓干膠吸收海水的質(zhì)量為飽和吸水量的10%?90%。飽和吸水量均為水凝膠經(jīng)過干燥所得的干膠完全吸海水至飽和時所吸收了的海水的總質(zhì)量。所述的海水交替進入各個水凝膠淡化擠壓裝置，是指上一個裝置中的水凝膠在溶脹的過程中，海水通過閥門的控制進入到下一個裝置中；所述的水凝膠淡化擠壓裝置為兩個以上并聯(lián)，但并不限于此。水凝膠的種類、溶脹時間、擠壓速率和水凝膠的溶脹度均會對該方法所需的水凝膠淡化擠壓裝置的數(shù)量產(chǎn)生影響。當(dāng)整個工藝流程使得出口處恰好有淡水連續(xù)流出時，此時水凝膠淡化擠壓裝置的數(shù)量為該種水凝膠所需水凝膠淡化擠壓裝置的最少數(shù)量。所述的電導(dǎo)率儀為測量產(chǎn)水中離子濃度的裝置，可以是每條產(chǎn)水管線連一臺電導(dǎo)率儀，但并不限于此。所述的一種用水凝膠進行連續(xù)海水淡化的方法，可以是一級多段的淡化工藝(如圖1所示)，也可以是多級多段的淡化工藝。
[0016]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)所具備的優(yōu)點及有益效果:
本發(fā)明所述的方法提高了經(jīng)水凝膠淡化后淡水的品質(zhì)，縮短了整個處理過程所需的時間，達到了連續(xù)生產(chǎn)淡水的目的。同時可以通過多級淡化的方法，可以確保最終所得淡水的品質(zhì)。以往的水處理方法通常需要外界提供熱量(如蒸餾法)或者高壓(如反滲透法)，使得能量消耗大幅增加，而本工藝操作壓力在IMPa以下，遠低于反滲透法的工況壓力5MPa)，使得所用設(shè)備裝置簡單而且節(jié)能環(huán)保。最后，本發(fā)明所用的水凝膠達到人體直接接觸的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，同時淡化過程方便快捷，因此本發(fā)明所述的操作方法在有需要的情況下可以直接用手去擠壓水凝膠得到淡水，在諸如搶險救災(zāi)、長途航海、戶外探險等情況下可方便、快捷的得到淡水，補充人體所需。本發(fā)明方法利用水凝膠的脫鹽性能進行海水淡化，并且實現(xiàn)了連續(xù)淡化，可以將總?cè)芙夤腆w(TDS)彡35.00g/L的海水淡化至TDS ( 10.00g/L的淡水，滿足日常飲用需求，同時和傳統(tǒng)的反滲透等方法相比該發(fā)明所屬的方法降低了海水淡化過程的能耗。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明水凝膠連續(xù)淡化海水工藝流程示意圖。
[0018]圖中各個部件如下:第一閥門1、輸液栗2、第二閥門3、第一電導(dǎo)率儀4、第三閥門5、第四閥門6、第二電導(dǎo)率儀7、第五閥門8、第一水凝膠淡化擠壓裝置A、第二水凝膠淡化擠壓裝置B。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步地具體詳細描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進行。
[0020]本發(fā)明使用的裝置包括兩個以上的淡化系統(tǒng)；所述淡化系統(tǒng)包括一個以上的水凝膠淡化擠壓裝置；每一個淡化系統(tǒng)中水凝膠淡化擠壓裝置為串聯(lián)連接，不同淡化系統(tǒng)中水凝膠淡化擠壓裝置為并聯(lián)連接，通過閥門控制海水交替進入到水凝膠淡化擠壓裝置中；水凝膠淡化擠壓裝置的產(chǎn)水通過電導(dǎo)率儀測量產(chǎn)水中離子濃度。
[0021]所述裝置具體的一個例子如圖1所示，包括第二閥門3、第一電導(dǎo)率儀4、第三閥門
5、第四閥門6、第二電導(dǎo)率儀7、第五閥門8、第一水凝膠淡化擠壓裝置A和第二水凝膠淡化擠壓裝置B ;所述第二閥門3與第一水凝膠淡化擠壓裝置A、第一電導(dǎo)率儀4、第三閥門5順次連接，形成第一淡化系統(tǒng)；所述第四閥門6與第二水凝膠淡化擠壓裝置B、第二電導(dǎo)率儀7、第五閥門8順次連接，形成第二淡化系統(tǒng)；所述第一淡化系統(tǒng)與第二淡化系統(tǒng)并聯(lián)連接。還包括第一閥門1和輸液栗2 ;所述第一閥門1和輸液栗2通過管道連接，后分別與第一淡化系統(tǒng)和第二淡化系統(tǒng)連接。
[0022]下面通過實例對本發(fā)明進一步進行闡述。
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