[發(fā)明專利]用于凈化水及產(chǎn)生水蒸氣的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380045258.7
• 申請(qǐng)日: 2013-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104602777B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·D·賴?yán)?/a>;D·L·約翰遜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 維爾諾控股有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B01D3/30
• 分類號(hào): B01D3/30;C02F1/38
• 代理公司: 北京戈程知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11314
• 代理人: 程偉,王錦陽(yáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是涉及一種用于凈化水產(chǎn)生水蒸氣的系統(tǒng)。更詳而言之，本發(fā)明是涉及一種應(yīng)用一系列的感應(yīng)器和控制系統(tǒng)來(lái)汽化水、去除溶解固體以及經(jīng)由水平的水處理容器把污染的水最大化地恢復(fù)成飲用水的改善方法。

背景技術(shù)

脫鹽(又稱淡化或去鹽)是指從水中去除多余的鹽、礦物質(zhì)和其他自然或非自然污染物的眾多制程中的其中一種。歷史上，脫鹽是用在船上把海水轉(zhuǎn)化成飲用水。現(xiàn)代的脫鹽制程仍然是用于船上或潛艇以確保有足夠的飲用水供應(yīng)給船員。但是，脫鹽越來(lái)越常用在缺乏淡水資源的干旱地區(qū)。在這些地區(qū)，來(lái)自海洋的鹽水被淡化成淡水以用于消耗(意即飲用)或者灌溉。從脫鹽制程中得到的高度濃縮的廢棄產(chǎn)物一般稱之為鹵水，具有鹽分(氯化鈉)作為典型的主要副產(chǎn)品。目前在脫鹽中最受矚目的是在于開(kāi)發(fā)出具成本效益的制程以提供淡水給這些有限淡水資源的干旱地區(qū)的使用。

大型脫鹽通常是昂貴的，且一般需要大量的能源和昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施。例如，世界上最大的海水淡化廠主要使用多階段式急速蒸餾并且能每年制造出3億立方公尺的水。在美國(guó)的最大海水淡化廠每天能夠淡化2500萬(wàn)加侖(95000立方公尺)的水。世界上有將近13000座海水淡化廠能夠每天制造出超過(guò)120億加侖(4500萬(wàn)立方公尺)的水。因此，在此領(lǐng)域中一直具有改良脫鹽方法的需求，也就是降低成本且增進(jìn)相關(guān)系統(tǒng)的效率。

脫鹽可以由許多不同的制程來(lái)進(jìn)行。例如，有多個(gè)制程是使用簡(jiǎn)單的蒸發(fā)系(evaporation-based)脫鹽方法，像是多效蒸發(fā)(MED或簡(jiǎn)稱ME)、蒸汽壓縮蒸發(fā)(VC)和蒸發(fā)冷凝。通常，蒸發(fā)冷凝在自然界的水循環(huán)中是一種自然脫鹽制程。在水循環(huán)中，水從源頭，像是湖泊、海洋和河流，蒸發(fā)到大氣中。蒸發(fā)后的水接著接觸到冷空氣會(huì)形成露水或雨水。所得到的水一般來(lái)說(shuō)是不含雜質(zhì)的。該水循環(huán)可藉由人為地一系列的蒸發(fā)冷凝制程來(lái)復(fù)制。在基本操作中，鹽水被加熱到蒸發(fā)。鹽與其他雜質(zhì)從水中溶解出且在蒸發(fā)階段留下。之后該蒸發(fā)的水被冷凝、收集并儲(chǔ)存為淡水。多年來(lái)，蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)已經(jīng)得到很大的改良，特別是更多有效科技的到來(lái)推動(dòng)了該制程的進(jìn)行。但是，這些系統(tǒng)仍然需要輸入相當(dāng)?shù)哪茉磥?lái)蒸發(fā)水。另一種蒸發(fā)系脫鹽方法是包括多階段的急速蒸餾，如同上文的簡(jiǎn)要描述。多階段式急速蒸餾是采用真空蒸餾。真空蒸餾是通過(guò)于蒸發(fā)室中引起真空以在低于大氣壓的壓力下進(jìn)行一種煮沸水的制程。因此，真空蒸餾需要在比多效蒸發(fā)或蒸汽壓縮蒸發(fā)要低得多的溫度下操作，所以僅需要較少的能源便能蒸發(fā)水而從中分離出污染物。這個(gè)制程在能源成本上升的角度來(lái)說(shuō)是相當(dāng)理想的。

另一種脫鹽方法可包括薄膜系(membrane-based)制程，像是逆滲透(RO)、電解透析逆滲透(EDR)、奈米過(guò)濾(NF)、正向滲透(FO)以及薄膜蒸餾(MD)。在這些脫鹽制程中，逆滲透是最常被使用的。逆滲透使用半透薄膜來(lái)施加壓力以從水中分離出鹽與其他雜質(zhì)。逆滲薄膜被認(rèn)為是有選擇性的。即，該薄膜對(duì)于水分子而言是高度可滲透的，而對(duì)于鹽與其他溶解于其中的雜質(zhì)是高度不可滲透的。這些薄膜本身被儲(chǔ)存在昂貴且高度加壓的容器中。該容器會(huì)使該薄膜的表面積以及通過(guò)其中的鹽水流速最大化。傳統(tǒng)的滲透脫鹽系統(tǒng)通常使用下列兩種技術(shù)中的其中一種來(lái)發(fā)展系統(tǒng)中的高壓環(huán)境:(1)高壓泵；或是(2)離心機(jī)。高壓泵會(huì)幫助過(guò)濾鹽水通過(guò)薄膜。系統(tǒng)中的壓力會(huì)根據(jù)泵的設(shè)定與鹽水的滲透壓來(lái)變化。滲透壓是取決于溶液溫度和溶解于其中的鹽的濃度。可替代地，離心機(jī)通常更有效，但更難以實(shí)行。離心機(jī)會(huì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)溶液以分離出溶液中不同密度的材料。在薄膜的組合中，懸浮鹽和其他污染物者要是受到沿著薄膜長(zhǎng)度的等量徑向(constant?radial?acceleration)加速度的影響。對(duì)逆滲透制程中的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是懸浮鹽的去除和薄膜會(huì)隨著時(shí)間被阻塞住。

逆滲透式水淡化廠的運(yùn)作費(fèi)用主要取決于需要驅(qū)動(dòng)高壓泵或離心機(jī)的能源費(fèi)用。水力能源恢復(fù)系統(tǒng)可被整合到逆滲透系統(tǒng)中以對(duì)抗關(guān)于在能源密集性制程中的能源成本的上升。這涉及到輸入能源的回收部分。例如，渦輪機(jī)在需要高運(yùn)作壓力與大量鹽水的系統(tǒng)中特別能被用于回收能源。渦輪會(huì)在水壓降低的期間回收能源。因此，在逆滲透系統(tǒng)中的能源回收是取決于薄膜相對(duì)兩側(cè)的壓差。在鹽水側(cè)的壓力大大高于在已脫鹽的水側(cè)的壓力。壓降會(huì)造成渦輪可觀的水能源回收。因此，在逆滲薄膜的高低壓部分之間產(chǎn)生的能源會(huì)被利用而不會(huì)完全被浪費(fèi)掉。回收的能源可用于驅(qū)動(dòng)任何系統(tǒng)組件，包括高壓泵或離心機(jī)。渦輪機(jī)并有助于降低整體能源消耗以執(zhí)行脫鹽制程。