[發(fā)明專利]一種太陽能膜蒸餾海水淡化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410520124.2
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104261608B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建友;李卜義
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;C02F103/08;B01D61/36
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種海水淡化方法，尤其是一種利用太陽能膜蒸餾進行海水淡化制備淡水的方法，屬于水除鹽技術(shù)。

背景技術(shù)

水資源短缺問題是21世紀(jì)人類面臨的重大挑戰(zhàn)之一。中國人均水資源占有量僅為世界的四分之一，全國有近70％的城市用水得不到有效保障。與此同時，我國海岸線綿長，中西部地區(qū)苦咸水資源豐富，在獲取地下水和區(qū)域調(diào)水困難的現(xiàn)實情況下，利用海水淡化技術(shù)開辟新的淡水資源無疑會有效緩解水資源危機。

膜蒸餾技術(shù)(MD)是一種將傳統(tǒng)蒸餾法和膜法結(jié)合起來的新型水淡化除鹽技術(shù)。該技術(shù)主要依據(jù)汽液平衡原理，以蒸發(fā)潛熱實現(xiàn)相變，利用疏水微孔膜作為汽液兩相間的選擇性屏障，使水蒸氣透過膜后冷凝收集，鹽離子則在濃水側(cè)截留下來，從而實現(xiàn)含鹽水的濃縮、分離。與傳統(tǒng)蒸餾法相比，膜蒸餾過程操作溫度較低，可利用工業(yè)余熱、廢熱、太陽能、地?zé)岬鹊推肺粺嵩矗虼耍O(shè)備投資少。然而，目前膜蒸餾技術(shù)仍未實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化，其主要原因是價格合理、熱效率高的膜蒸餾組件沒有得到充分開發(fā)，以及相關(guān)的膜蒸餾工藝過程仍不成熟，傳統(tǒng)的板框式、卷式、管式膜蒸餾組件熱能利用率普遍較低，裝置本身的熱損失也較大，加之沒有熱能回收流程，實際處理效率很低。

中國專利(CN?102826700A)公布了一種海島用太陽能膜蒸餾方法，包括膜組件、過濾器、原水泵、太陽能加熱器、太陽能熱電系統(tǒng)、淡化水箱及連接各部件的管路，所用膜組件中空纖維膜單元與中空纖維冷凝管單元平行交替排列，設(shè)備簡單，操作成本較低。但是，該膜蒸餾系統(tǒng)膜組件中空纖維膜與中空纖維冷凝管的填充密度并不高，二者之間的間隙較大，難以保證單位膜通量，實際效率并不高，而且未添加相變熱回收裝置，實際熱能利用率也不高。

中國專利(ZL200520005444.0)公布了一種太陽能膜蒸餾系統(tǒng)，包括膜組件、熱工質(zhì)加熱系統(tǒng)、冷工質(zhì)冷卻系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和連接各部件管路。該系統(tǒng)在熱工質(zhì)加熱系統(tǒng)中采用太陽能集熱系統(tǒng)，在冷工質(zhì)冷卻系統(tǒng)中采用太陽能冷卻裝置，驅(qū)動系統(tǒng)利用太陽能發(fā)電系統(tǒng)。該膜蒸餾系統(tǒng)中淡水蒸汽需要太陽能冷卻系統(tǒng)額外冷卻，且冷凝液出水仍然需要冷卻裝置進一步冷卻，不僅增加了操作難度和投資成本，而且大量的蒸汽冷凝熱未得到充分利用，運行方式并不實用。

美國專利(US?2013/0001164A1)公布了一種太陽能膜蒸餾系統(tǒng)，包括太陽能集熱系統(tǒng)，膜組件，進水箱，低溫空氣冷凝水箱及各部件管路。該系統(tǒng)部分溫度較高的冷凝液出水直接進入太陽能集熱裝置繼續(xù)加熱，提高了料液集熱效率。然而，該系統(tǒng)添加了額外的電驅(qū)動冷凝出水冷卻裝置，增加了投資成本的同時也提高了系統(tǒng)能耗。

目前已報道的大部分太陽能膜蒸餾系統(tǒng)僅集中于系統(tǒng)的運行設(shè)計，而對系統(tǒng)核心的膜組件的構(gòu)型優(yōu)化和熱能利用率關(guān)注較少，且低能耗、低成本和高產(chǎn)水效率無法同時實現(xiàn)，因此規(guī)模放大和實際應(yīng)用的潛力不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是針對現(xiàn)有太陽能膜蒸餾技術(shù)的缺陷，提供一種構(gòu)型簡單、熱能利用率高，與太陽能熱源耦合良好的膜組件，以開發(fā)一種同時適用于小規(guī)模和大范圍實施的太陽能膜蒸餾海水淡化方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種太陽能膜蒸餾海水淡化方法，包括一種由若干中空纖維膜和中空纖維冷凝管呈交錯編織填充的膜蒸餾組件，以及配套的預(yù)處理單元、太陽能集熱循環(huán)進水單元、內(nèi)部相變熱回收單元和外部冷凝熱回收單元。具體工藝過程為：

(1)待處理料液經(jīng)簡單過濾預(yù)處理去除其中的大顆粒固體物質(zhì)，懸浮物，微生物及易發(fā)生反應(yīng)且溶解度不高的結(jié)晶或沉淀，而后一分為二，一部分進入冷水箱作為膜蒸餾過程的冷凝液，另一部分則進入太陽能集熱循環(huán)進水單元直接接受太陽能輻射加熱，形成熱料液；

(2)溫度達到50℃～100℃后的料液(熱料液)經(jīng)熱料液進口進入膜蒸餾組件中空纖維膜的熱容腔，并在中空纖維膜壁表面不斷蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽透過膜孔后進一步在中空纖維膜與中空纖維冷凝管之間的間隙遷移，最終到達中空纖維冷凝管外壁并與逆向流動的經(jīng)冷凝液進口進入膜蒸餾組件中空纖維冷凝管的冷容腔的20℃～40℃的冷凝液進行熱交換，在膜蒸餾組件內(nèi)部實現(xiàn)蒸汽的冷凝和熱料液蒸發(fā)相變熱的回收；

(3)上一級濃縮后的熱料液接著作為冷凝液進入下一級膜蒸餾組件中空纖維冷凝管的冷容腔，上一級吸熱后的冷凝液接著作為熱料液進入下一級膜蒸餾組件中空纖維膜的熱容腔，重復(fù)蒸汽遷移、冷凝和蒸發(fā)相變熱回收過程；