[發明專利]凈化水及產生水蒸汽的系統

有效

• 申請號: 200980122385.6
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN102065964A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 約翰·D·萊利;達納·L·約翰遜
• 申請（專利權）人: 維爾諾控股有限責任公司
• 主分類號: B01D1/00
• 分類號: B01D1/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 鄭特強;黃艷

技術領域

本發明涉及一種凈化水及產生水蒸汽的系統。更具體地說，本發明涉及一種改良方法，該方法使用一系列傳感器及控制系統以將水蒸發、去除已溶解固體以及最大化從污水經由水平的水處理容器的飲用水的回收。

背景技術

脫鹽法(desalinization；亦為desalination或desalinisation)是指一種去除過剩的鹽(excess?salt)、礦物質及來自水中的其它自然或非自然的雜質(contaminant)的方法。過去，脫鹽法將海水轉換成船舶上的飲用水。現代的脫鹽方法仍然使用于船舶及潛艇上，以為船員確保常態的飲用水供應。然而，脫鹽法越來越頻繁地使用于淡水資源缺乏的干旱地區。在這些地區，來自海洋的鹽水脫鹽成適合食用的淡水(即飲用水)或用于灌溉的淡水。得自脫鹽方法的高濃度廢棄產物通常稱為鹽水(brine)，其具有作為典型的主要副產品的鹽(氯化鈉)。大多數現代的脫鹽法的關注點聚焦于開發符合成本效益的方法，從而提供淡水以用在淡水供應受限的干旱地區。

大規模脫鹽法通常是昂貴的，且通常需要大量的能量及昂貴的基礎設施。舉例來說，世界上最大的海水淡化廠主要采用多階段閃餾法(multi-stage?flash?distillation)，且每年可生產300萬立方米(m³)的水。在美國的最大海水淡化廠(desalinization?plant)每天淡化2500萬加侖(95,000m³)的水。全世界，近13,000座海水淡化廠每天生產超過120億加侖(4500萬m³)的水。因此，本技術領域有不斷改進脫鹽方法的需求，即降低成本和提高相關系統的效率。

脫鹽法可通過許多種不同的方法進行。舉例來說，有數種方法使用簡單的蒸發式脫鹽方法(evaporation-based?desalinization?method)，如多效蒸方法(multiple-effect?evaporation；MED或簡稱ME)、蒸汽壓縮蒸方法(vapor-compression?evaporation；VC)及蒸發-冷凝法(evaporation-condensation)。一般而言，蒸發-冷凝法是大自然在水文循環期間進行的一種自然脫鹽方法。在水文循環中，水從如湖泊、海洋和溪流的來源蒸發到大氣中。蒸發的水隨后接觸較冷的空氣，形成露水或雨水。由此產生的水通常是無雜質的。水文過程可使用一系列蒸發-冷凝過程，而人為地加以復制。在基本操作中，海水被加熱至蒸發。鹽及其它雜質從水中溶解出來，并在蒸發階段期間被遺棄。接著將蒸發的水濃縮、收集及儲存成淡水。過去多年來，蒸發-冷凝系統已經大幅改良，特別是隨著促進該過程的更有效技術的出現。然而，這些系統仍然需要大量的能量輸入來將水蒸發。另一種蒸發式脫鹽方法，包含如上簡述的多階段閃餾法。多階段閃餾法使用真空蒸餾法。真空蒸餾法是通過在蒸發室中創造真空而在低于大氣壓力下使水沸騰的方法。因此，真空蒸餾法在比MED或VC低許多的溫度下進行，因此需要較少的能量將水蒸發以分離雜質。鑒于不斷上漲的能源成本，此過程是特別理想的。

其它脫鹽方法可包含膜體式方法(membrane-based?process)，如逆滲透(reverse?osmosis；RO)、倒極式電透析(electrodialysis?reversal；EDR)、納米過濾(nanofiltration；NF)、正向滲透(forward?osmosis；FO)及膜體蒸餾(membrane?distillation；MD)。在這些脫鹽方法中，逆滲透是最廣泛使用的。逆滲透利用半透膜及壓力將鹽其其它雜質從水中分離出來。逆滲透膜被認為是選擇性的。即，該膜對水分子是高滲透性的，但對溶解于其中的鹽和其它雜質是高度不可滲透(impermeable)的。所述膜本身存儲在昂貴的高壓容器中。該容器將所述膜配置成最大化表面積及流過其中的鹽水流速。公知的滲透脫鹽系統典型地使用發展系統內高壓的兩種技術其中之一：(1)高壓泵，或(2)離心機。高壓泵有助于將海水過濾通過膜。系統中的壓力根據泵設置及鹽水的滲透壓力而變化。滲透壓力取決于溶液溫度及其中已溶解鹽的濃度。另外，典型地，離心機是更有效率的，但是更難以實施。離心機在高速下旋轉溶液，以分離出溶液中密度不同的材料。與膜結合，懸浮鹽及其它雜質會受制于沿著膜長度的固定徑向加速度。一般而言，逆滲透常見的問題是：懸浮鹽的去除及長時間下來膜的堵塞。