[發明專利]一種海水淡化與污水處理裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 201910273263.2
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109850973B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 李金磊;徐凝;朱嘉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F103/08;C02F101/20
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 萬婧

本發明提供一種海水淡化與污水處理裝置及其制備方法，涉及太陽能海水淡化和污水處理領域，包括光熱?蒸汽轉化器件和盛鹽水/污水的容器，光熱?蒸汽轉化器件位于盛水的容器上，光熱?蒸汽轉化器件包括吸收體和底座，底座頂部具有凹槽，吸收體位于凹槽內，并與凹槽的底部之間形成薄層水體空間，凹槽底部設有貫穿孔，盛水容器中的鹽水/污水能夠通過貫穿孔進入薄層水體空間。本發明公布的器件表面無污垢出現，不會影響吸收體吸收太陽能，確保了該器件在長期工作中能量利用效率保持不變，具有很好的穩定性，不僅可以用來高效淡化高濃鹽水/污水，并且在產鹽，回收重金屬方面也具有巨大的的潛在應用價值。

技術領域

本發明涉及太陽能光熱轉換技術領域，具體涉及一種海水淡化與污水處理裝置及其制備方法。

背景技術

由于人類文明的迅速發展，人類對于潔凈水資源的需求越來越大；與此同時，大量的潔凈水資源被污染，從而使得潔凈水資源短缺成為當前世界面臨的最為嚴峻的挑戰之一。為了生產更多的潔凈水資源，同時有效處理廢水，以緩解凈水資源短缺的壓力，科研工作者發展了多種水處理技術，如超濾膜技術(UR)、反式膜技術(RO)。在這期間，人們進一步提出了廢水零排放(ZLD)的概念，即實現水和溶質的完全分離，作為淡水資源生產和污水處理的終極目標。“廢水零排放”不僅可以最大化利用潛在的水資源，而且能最大程度的減少水處理過程對生態環境的不利影響。遺憾的是，直至目前為止，學界和產業界依舊未研究開發出高效且廉價的處理高濃鹽水(大于7％鹽度)的方法。目前，海水淡化的方法主要可分為基于膜法和基于熱蒸餾方法兩種。在基于膜法的海水淡化過程中，隨著海水濃縮，鹽分濃度升高，過濾過程所需的外加壓力和能量會顯著地增加。這不僅會使過濾膜的壽命大幅縮短，也會使得成本大幅上升。對于基于熱蒸餾的淡化技術，當鹽分濃度升高時，鹽分會很容易結晶出來，使得器件的性能及能量轉化效率迅速下降。因此尋找新的高效、穩定、廉價的、可處理高濃度海水/污水的方法是當前備受關注的課題之一。能進一步實現徹底的固液分離，即液體零排放，則是學界和產業界多年來夢寐以求的事情。

近十年來，基于界面太陽能蒸汽產生的技術由于其低碳環保、無需額外化石能量消耗等特點引起了人們的廣泛關注。它在海水淡化/污水處理領域有著廣闊的潛在應用前景。然而，目前的基于界面加熱的太陽能蒸汽產生技術用在海水淡化或污水處理過程中，其光-熱轉化效率衰減很快；這個問題在處理高濃鹽水或污水時會變的更加嚴重。這主要是因為在海水淡化/污水處理過程中，高效率和良好的穩定性通常不能同時滿足。對于基于界面加熱的太陽能光蒸汽轉化技術，太陽能吸收體捕獲太陽能而轉化的熱量通常被限域在多孔薄層吸收體中，以實現高效的的光-蒸汽轉化。然而隨著水分子的快速蒸發，鹽分(或者其它溶質)不能夠及時向下方體塊水層進行擴散，便會在太陽能吸收體表面析出或者滯留在吸收體的孔通道內部。此時，結鹽(結垢)的太陽能吸收體表面無法充分吸收太陽能，光蒸汽轉化效率便會大幅下降。隨著海水淡化/污水處理的進行，鹽分(或者其它溶質)的濃度會繼續升高，這種結鹽(結垢)的現象會愈演愈烈，最終導致整個吸收體以及界面太陽能海水淡化/污水處理器件失效。

發明內容

本發明為了解決現有技術所存在的光熱-蒸汽轉化器件穩定性問題、及即不能處理高濃度海水/污水，也不能實現零液體排放的問題。

本發明設計了一種多級結構(Water-lily-inspired Hierarchical Structure,WHS)的光熱-蒸汽轉化器件，在處理初始10wt％的高濃度鹽水和30wt％的含有重金屬離子污水時，可實現70～80％的光熱轉化效率。更值得一提的是，在處理高濃鹽水/污水直至水分蒸發完全完畢(只留下鹽固體或者溶質固體)的過程中，該器件的光熱轉化效率并沒有出現明顯的下降；而且表面依舊可以保持潔凈，沒有污垢沉積在表面。

具體的方案為提供一種海水淡化與污水處理裝置，包括光熱-蒸汽轉化器件和盛鹽水/污水的容器，光熱-蒸汽轉化器件位于盛水的容器上，所述的光熱-蒸汽轉化器件包括吸收體和底座，所述底座頂部具有凹槽，吸收體位于凹槽內，并與凹槽的底部之間形成薄層水體空間，凹槽底部設有貫穿孔，盛水容器中的鹽水/污水能夠通過貫穿孔進入薄層水體空間。