專利名稱：海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置及方法
海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置及方法
(一) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種海水淡化、水凈化的裝置及方法。
(二)
背景技術(shù)：
眾所周知，欲將海水，苦咸水和其他劣質(zhì)水直接轉(zhuǎn)變?yōu)榭娠嬘玫募兯请y度很大的工 作。首先須將海水或苦咸水完全淡化。從世界范圍看，傳統(tǒng)的水淡化方法有許多種，主要是 蒸餾法、電滲析法和反滲透法三類方法。目前苦咸水淡化大多采用反滲透法和電滲析法，主 要是反滲透法。在海水淡化方面，主要是蒸餾法和反滲透法。以下簡述三者的優(yōu)劣
*蒸餾法
蒸餾法，包括多效蒸發(fā)ME，閃蒸FLASH和壓汽蒸餾VC等，就是把苦咸水或海水加熱使 之沸騰蒸發(fā)，再把蒸汽冷凝成淡水的過程。蒸餾法是最早采用的淡化法，其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu) 相對簡單、操作容易、所得淡水水質(zhì)好。缺點是初期投資大，能耗高， 一般適合于有余熱可 利用的場合，如熱電站，為降低運行成本，該法必須靠規(guī)模效應(yīng)。故不適合中小型設(shè)備開 發(fā)。
*電滲析法
電滲析法，包括電滲析ED和電去離子EDI兩種，是利用離子交換膜在電場作用下，分離 鹽水中的陰、陽離子，從而使淡水室中鹽分濃度降低、得到淡水的一種膜分離技術(shù)。電滲析 裝置是利用離子在電場的作用下定向迀移，通過選擇透過性的離子交換膜達(dá)到除鹽目的。在 外加直流電場的作用下，水中的離子作定向迀移，陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子 交換膜只允許陰離子通過，使一種水中大部分離子迀移到另一種水中去。電滲析對鐵、鎂、 鈣、鉀、氯化物等溶解性無機(jī)鹽類及毒理學(xué)指標(biāo)砷、氟化物的去除率達(dá)66 % 93%，可以滿 足苦咸水淡化需求。電滲析對耗氧量、N H32N、 N0-32N、 N022N及硅的去除率較低，僅15% 45 %，但由于原水中上述指標(biāo)含量較低，去除率雖低，尚能滿足生活飲用水衛(wèi)生要求。電滲 析對S02 —4的去除率為63. 8%，用以淡化S04-2Na型和S04 . C12Na型水，則難滿足生活飲用水衛(wèi)生 要求。電滲析過程的能耗與給水含鹽量有密切關(guān)系，給水含鹽量越高，能耗越大，因此電滲 析比較適合低濃度苦咸水的淡化。
電滲析法的技術(shù)雖然比較成熟，具有工藝較簡單、除鹽率較高、制水成本尚可、操作方 便、不污染環(huán)境的特點，但對原水水質(zhì)要求嚴(yán)格、需進(jìn)行多步驟預(yù)處理和經(jīng)常更換離子交換
膜。此外，電滲析不能去除水中有機(jī)物和細(xì)菌，設(shè)備運行能耗較大，使其在海水淡化工程中 的應(yīng)用受到限制，逐漸被反滲透技術(shù)所取代。20世紀(jì)50年代，美國、英國開始將這種方法 用于苦咸水淡化，中國在20世紀(jì)80年代將此法用于苦咸水淡化以及工業(yè)用純水和超純水制造。
*反滲透法
反滲透法是用選擇透過性膜將容器分為兩半，在膜的兩側(cè)分別加入純水和鹽水，在濃溶 液一邊加上比自然滲透更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把溶液中的離子壓到半透膜的另一 邊，這種與自然界正常滲透過程相反的過程稱為"反滲透"，這種裝置稱為反滲透裝置。反 滲透方法可以從水中除去90%以上的溶解性鹽類和99%以上的膠體微生物及有機(jī)物等。與其他 水處理方法相比，具有無相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、效益高、占地少、操作方便、能 量消耗少、適應(yīng)范圍廣、自動化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點。反滲透膜分離的另一優(yōu)點是它 的"廣譜"分離，即它不但可以脫除水中的各種離子，而且可以脫除比離子大的微粒，如大 部分的有機(jī)物、膠體、病毒、細(xì)菌、懸浮物等，故反滲透分離法又有廣譜分離法之稱。但反 滲透技術(shù)需要嚴(yán)格的原水質(zhì)量，如不能滿足要求，則需復(fù)雜的預(yù)處理工藝和較貴的預(yù)處理設(shè) 備。昂貴的進(jìn)口反滲透膜組件的購買和更換成本很高，國產(chǎn)組件的質(zhì)量與國外相比，尚有一 定差距。由于所需壓力很高，有關(guān)部件(如高壓泵)的成本和消耗也不低。此外，反滲透的 原水利用率不到50%，濃水的處理和由此帶來的能耗也不能不考慮。最后，如果完全采用海 水膜淡化海水，除膜成本高外，能耗也很高。
常規(guī)反滲透法工藝流程是原水一預(yù)處理系統(tǒng)一高壓水泵一反滲透膜組件一凈化水。其 中預(yù)處理系統(tǒng)視原水的水質(zhì)情況和出水要求可采取粗濾、活性炭吸附、精濾等。必不可少的 精濾過程，是為了保護(hù)反滲透膜、延長其使用壽命而設(shè)立的。另外，復(fù)合膜對水中的游離氯 非常敏感，因而預(yù)處理系統(tǒng)中通常都需配備活性炭來吸附。無論地表水或地下水，都含有一 些可溶或不可溶的有機(jī)物和無機(jī)物。雖然反滲透能截留這些物質(zhì)，但反滲透膜主要是用來脫 鹽。如果給水中含有過多的懸浮物質(zhì)，這些物質(zhì)將會淤積在膜表面上，使水中硬度過高而結(jié) 垢。從而使流道堵塞，膜組件壓差增大、產(chǎn)水量和脫鹽率下降，甚至造成膜組件報廢的嚴(yán) 重結(jié)果。此外，不同膜材料具有不同的化學(xué)穩(wěn)定性，對pH值、余氯、溫度、細(xì)菌和某些化 學(xué)物質(zhì)的敏感性不同，因而給水預(yù)處理的要求也不同。 一般來講，膜組件生產(chǎn)廠商會提出 較嚴(yán)格的給水水質(zhì)指標(biāo)。
一些新的發(fā)明力圖將反滲透技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，以降低成本和能耗。比如將太陽 能，風(fēng)能和潮汐能引入反滲透，以解決無電和常規(guī)能源短缺地區(qū)人們的生活用水問題。但由
于這些能源形式的低密度和不穩(wěn)定性，至今為止，開發(fā)出的設(shè)備并未具有顯著的優(yōu)勢。
綜上所述，在已有的海水，苦咸水和劣質(zhì)水處理技術(shù)中，以反滲透較為適合廣大劣質(zhì)水
地區(qū)的民眾飲水處理需求。對于原水水質(zhì)穩(wěn)定，含鹽量較低(<3，000mg/L)的苦咸水，如
果當(dāng)?shù)卣茉谪斦辖o予一定貸款支持，在居民自愿集資的情況下，采用中型，甚至小型
的反滲透凈化系統(tǒng)，解決集體或單位的飲水問題，確是可行之道。但考慮到各地水質(zhì)的巨大
差異，反滲透技術(shù)對原水水質(zhì)的嚴(yán)格要求，預(yù)處理工藝的復(fù)雜性和代價，初期投資和膜組件
更換成本，零件供貨渠道，居住分散和集資困難等因素，開發(fā)家用型的反滲透海水、苦咸水
淡化/劣質(zhì)水凈化設(shè)備，其時機(jī)仍不成熟，即使開發(fā)出來，銷售市場仍不看好。
為了進(jìn)一步解決海水淡化、水凈化的問題， 一項相關(guān)的專利申請(公開號CN1583584)
提出了一種太陽能毛細(xì)蒸發(fā)淡化器，其特征為淡化器箱由透光密封淡化器箱體和箱蓋緊固
密封而構(gòu)成，其內(nèi)于沖洗布水管下方垂直箱底平行相間設(shè)有活性炭纖維毛細(xì)管蒸發(fā)器和冷凝
板，蒸發(fā)器是由支撐架和活性炭纖維制作的氈料構(gòu)成，下端頭伸入海水中，而冷凝板則伸入
海水中定位后密封固定，箱體底部固定于浮筒上面，用固定錨定位于海上或隨船運行。該發(fā)
明稱其優(yōu)點是直接吸收海水至箱內(nèi)蒸發(fā)和直接用海水冷卻，使用方便，減少投資；用黑色
活性炭纖維其吸熱多、蒸發(fā)比表面積大，形成立體蒸發(fā)，提高單位蒸發(fā)負(fù)荷；且太陽能成本
低。但是，該方法的最大問題在于淡化器的低效率和碳纖維蒸發(fā)器的更換。該發(fā)明提及的活
性炭纖維，雖然有大量毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，但在孔隙率，強(qiáng)度，風(fēng)阻和尺寸等方面效果均不很理 術(shù)目
第二項相關(guān)專利申請(公開號CN1579950)提出了另一種采用微波進(jìn)行海水淡化的技 術(shù)。簡單來說，就是利用微波發(fā)射加熱海水，蒸發(fā)成水蒸氣，再把水蒸氣冷卻成淡水的方 法。從能源和效率角度看，這種方法未必比普通多效蒸發(fā)技術(shù)節(jié)能和高效。因為海水需先耗 能變?yōu)檎羝?，再冷凝為淡水，冷凝放出的熱能在多效蒸發(fā)技術(shù)中得到利用，而在此發(fā)明中沒 有提及。
第三項相關(guān)專利申請(公開號CN1597540)提出了另一種利用空氣飽和濕度差的海水淡 化方法。即讓在集熱器中加熱升溫的海水進(jìn)入海水蒸發(fā)罐中，鼓風(fēng)機(jī)排出空氣，空氣經(jīng)過連 接管道在氣體分布器上的多個空氣排出口處排出，氣體分布器位于蒸發(fā)罐內(nèi)海水的下部，空 氣在加熱海水中以細(xì)小氣泡形狀由下方向上方升起，氣泡中的空氣在被加熱的同時吸收水 汽，濕度增加。濕度飽和的空氣由蒸發(fā)罐通過連接管道進(jìn)入冷凝罐中彎折的冷凝排管，循環(huán) 冷卻水使冷凝排管中的濕度飽和的空氣降溫，飽和濕度的空氣冷卻時水汽會析出，成為由下 部排出的冷凝淡水。該方法的問題仍然在于效率。為提高淡化效率，該發(fā)明勢必加大空氣流
量和速度，由此形成大量的泡沫和水花，空氣中所含鹽水微滴的量加大，冷凝后的淡化水含 鹽量將較高。此外，將大量空氣從小口徑管道中壓入海水，必然阻力很大，耗能不會太小。 此外，噪音也大。
第四項相關(guān)專利申請(公開號CN1535920)提出了另一種模擬自然界降水的海水淡化設(shè) 備，其特征為利用采集近海空氣中潮濕的空氣，即海水自然蒸發(fā)產(chǎn)生的水汽，特別是近海 平流霧所產(chǎn)生的水汽，通過系統(tǒng)內(nèi)的冷卻相變過程，獲得純凈的、類似降水的大量淡水。這 一發(fā)明，也明顯存在能耗大，效率低和不穩(wěn)定等問題。
第五項相關(guān)專利申請(公開號CN1506313)提出了另一種常溫蒸餾海水淡化裝置，該裝 置包括電機(jī)、冷凝裝置和至少一個汽化葉輪的蒸發(fā)器。但是，該發(fā)明仍然需加熱蒸發(fā)，并非 真正的常溫條件，所以仍存在加熱蒸發(fā)帶來的局限。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置及方法，要解決在海水淡化、水凈 化的過程中進(jìn)一步降低能耗，提高效率和穩(wěn)定性的問題。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
這種海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置，包括一個開有進(jìn)水口的處理池5，其特征是處理池 內(nèi)置有一部分浸入處理池5中的三維網(wǎng)絡(luò)體6，三維網(wǎng)絡(luò)體6含有孔隙率10%—99%、比表面積 不低于O. 05iZ/g貫通形微孔，在處理池側(cè)面開有進(jìn)水口5. l和進(jìn)風(fēng)口5.3，在另一側(cè)面上部開 有高濕度氣流出口5.2，上述高濕度氣流出口5.2與冷凝室8連通，冷凝室8與制冷機(jī)連接，冷 凝室8下部設(shè)有凈出水口8. 1。
上述制冷機(jī)可以是空氣壓縮機(jī)10或半導(dǎo)體制冷器21 。
上述處理池5的進(jìn)風(fēng)口 5. 3是自然風(fēng)進(jìn)口或在進(jìn)風(fēng)口處置有風(fēng)機(jī)4 。
上述處理池5的進(jìn)水口5. l可與原水預(yù)處理系統(tǒng)連接，原水預(yù)處理系統(tǒng)包括與原水管l連 接的預(yù)處理室2和其內(nèi)部的濾材3 。
上述冷凝室8的凈出水口可與活性炭后處理室11的上口連通，活性炭后處理室ll內(nèi)有活 性炭層12，并設(shè)有下出水口19。
上述活性炭后處理室的下出水口19可與消毒滅菌室14連通，消毒滅菌室14內(nèi)置有紫外線 燈13，消毒滅菌室14開有飲用水出口15。
上述處理池5的高濕度氣流出口5. 2經(jīng)浸入處理池中的一根或多根熱交換管道7可與冷凝 室8連通；風(fēng)機(jī)4的進(jìn)風(fēng)口經(jīng)氣流回流管道17與冷凝室8上部的除濕后的空氣流出口9連通。
上述處理池5在頂面、側(cè)面或頂面和側(cè)面是透光面，或者，處理池5是金屬外殼，金屬外
殼內(nèi)部設(shè)有能產(chǎn)生波長范圍從lm-lmm特高頻電磁波的微波發(fā)射器16，風(fēng)機(jī)4的出風(fēng)口和高濕 度氣流出口5. 2處置有金屬絲網(wǎng)18。
上述微波發(fā)生器16和半導(dǎo)體制冷器21的電源接口可經(jīng)導(dǎo)線22與太陽能光伏電池23連接。 一種應(yīng)用上述海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置的海水淡化和劣質(zhì)水凈化的方法，其特征在 于原水預(yù)先經(jīng)過過濾，去除較大雜質(zhì)，進(jìn)入處理池內(nèi)，充分滲透到三維網(wǎng)絡(luò)體內(nèi)，在氣流 的作用下，吸附在三維網(wǎng)絡(luò)體內(nèi)的液體產(chǎn)生蒸發(fā)，從三維網(wǎng)絡(luò)體穿出的高濕度氣流，經(jīng)冷卻 后，進(jìn)入冷凝室變?yōu)榈蚣兯?，從冷凝室出來的淡水或凈化水，?jīng)過活性炭吸附和/或紫 外燈滅菌后處理，成為可飲用水。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果
本發(fā)明采用一種用親水材料做成的、具有大量毛細(xì)管結(jié)構(gòu)和巨大比表面積、且風(fēng)阻較小 的三維網(wǎng)絡(luò)體作為關(guān)鍵部件。讓三維網(wǎng)絡(luò)體的一部分浸入處理池中，通過毛細(xì)管作用，原水 上升，并充分滲透三維網(wǎng)絡(luò)體中未浸入原水的部分，形成富含水分的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在風(fēng)機(jī) 作用下，讓原濕度較小的空氣以合適的速度通過具有合適形狀和尺寸的含水三維網(wǎng)絡(luò)體，氣 體分子在含水三維網(wǎng)絡(luò)體的巨大比表面上快速穿過，使吸附在三維網(wǎng)絡(luò)體上的液體產(chǎn)生高效 的蒸發(fā)作用。大量水分子隨之進(jìn)入氣流中，但保存在毛細(xì)結(jié)構(gòu)中的鹽類，雜質(zhì)和微生物等不 能進(jìn)入氣流，使氣流濕度很快接近飽和。讓接近飽和的氣流進(jìn)入冷凝室，使其中含有的水分 子凝結(jié)成淡水或純水。脫水后的氣流可再次通過含水三維網(wǎng)絡(luò)體，并不斷重復(fù)上述過程。也 可以直接排放到大氣中。讓新鮮的濕度較小的空氣進(jìn)入含水三維網(wǎng)絡(luò)體。
只要保持原水的供應(yīng)，上述過程就能持續(xù)進(jìn)行下去，直到三維網(wǎng)絡(luò)體中堆積了過多的鹽 類和雜質(zhì)的混合物。這時需要更換或讓三維網(wǎng)絡(luò)體再生后才能重新使用?？紤]到毛細(xì)蒸發(fā)作 用自身的冷卻效應(yīng)，因為任何液-氣相變都需吸熱，處理池的溫度將隨淡化過程的進(jìn)行而下 降。為節(jié)能起見。可讓從三維網(wǎng)絡(luò)體穿出的高濕度氣流，經(jīng)浸入處理池中的一根或多根金屬 管預(yù)先冷卻后，再進(jìn)入冷凝室變?yōu)榈蚣兯?。此外，為了加?qiáng)含水三維網(wǎng)絡(luò)體中水分子的 蒸發(fā)效率，還可以采用太陽能和/或微波照射含水三維網(wǎng)絡(luò)體的方式。如果要想從原水一步 到位變成飲用水，還要考慮適當(dāng)?shù)脑A(yù)處理(如雜質(zhì)過濾)和生成水的后處理(如殺菌和 活性炭吸附異味)。
隨著淡化/凈化過程的進(jìn)行，三維網(wǎng)絡(luò)體上將逐漸堆積起主要由原水中所含鹽類和雜質(zhì) 組成的析出物。這種析出物同樣具有大量毛細(xì)結(jié)構(gòu)和很大的比表面積，不但不影響原水的吸 附和蒸發(fā)， 一定程度上，由于增大了原三維網(wǎng)絡(luò)體的比表面積和強(qiáng)化了毛細(xì)作用，使淡化/ 凈化效率還有所提高。但是，析出物太多，也會帶來兩方面的問題。 一是孔隙率減小，風(fēng)阻 增大，效率下降，能耗增大。二是析出物結(jié)構(gòu)可能經(jīng)受不了氣流的長期沖擊而碎裂，造成鹽 類，雜質(zhì)和微生物進(jìn)入氣流中，影響生成水的質(zhì)量。這時，三維網(wǎng)絡(luò)體就需要進(jìn)行更換(如 果成本不高)或再生處理。最簡單的再生方法就是先想法(如抖動和刷洗)將大部分析出物 從三維網(wǎng)絡(luò)體上去除。然后放入清水中浸泡，使析出物重新溶入水中后取出晾干即可。 采用本發(fā)明進(jìn)行淡化/凈化的部分實驗結(jié)果如下
(1) 自制食鹽水淡化
原水TDS: 15， 010mg/L， pH=7. 6，導(dǎo)電率500ys，水溫230C，細(xì)菌數(shù)(略不計)。 一次水TDS: 350mg/L， pH=6.6，導(dǎo)電率55ys，水溫190C，細(xì)菌數(shù)(略不計)。 二次水TDS: 340mg/L， pH=6. 5，導(dǎo)電率15ys，水溫220C，細(xì)菌數(shù)(略不計)。
(2) 淺層地下水淡化
原水TDS: 13，405mg/L， pH=7.51，導(dǎo)電率500ys，水溫210C，細(xì)菌數(shù)〉100/mL，濁度
=5訓(xùn)。
一次水TDS: 250mg/L， pH=5. 6，導(dǎo)電率43ys，水溫190C，細(xì)菌數(shù)〈100/mL.濁度
〈1NTU。
二次水TDS: 246mg/L， pH=5. 5，導(dǎo)電率14ys，水溫200C，細(xì)菌數(shù)(略不計).濁度
〈1NTU。
(3) 海水淡化
原水TDS>35， 000mg/L， pH=7. 21，導(dǎo)電率〉500ys，水溫250C，細(xì)菌數(shù)〉300/mL，濁度 〉5NTU。
一次水TDS: 390mg/L， pH=5.6，導(dǎo)電率65ys，水溫190C，細(xì)菌數(shù)〈100/mL，濁度 〈1NTU。
二次水TDS: 376mg/L， pH=5. 7，導(dǎo)電率19ys，水溫200C，細(xì)菌數(shù)(略不計)，濁度 〈1NTU。
上述所謂一次水，是指從冷凝室出來的未經(jīng)活性炭等后處理的水。二次水則是經(jīng)后處理 的水。
本發(fā)明與部分水質(zhì)對比數(shù)據(jù)如下
水質(zhì)海水自來水名牌礦泉水蒸餾水鹽水鹽水處理水自來水處理水本發(fā)明的
海水處理水
pH 7.21 7.06 7.25 6.93 7.6 6.5 4.83 5.7
ys >1500 455 80 〈10>150015 〈10 19
實驗結(jié)果表明，本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點
(1) 、采用常溫淡化，而不是加熱蒸發(fā)淡化方式，避免了加熱一冷凝的耗能過程和蒸 發(fā)器的結(jié)垢和腐蝕。
(2) 、采用特別三維網(wǎng)絡(luò)體分離鹽和水，而不采用傳統(tǒng)的離子交換和反滲透膜材料， 節(jié)省了膜的再生和更換費用，大大放寬了原水使用條件。
(3) 、采用常壓工況，不需高壓/高電流和相關(guān)部件，提高了工作可靠性。
(4) 、可直接從劣質(zhì)水凈化為高質(zhì)量可飲用桶裝水，水回收率近100%。
(5) 、三維網(wǎng)絡(luò)體再生恢復(fù)容易，可長期反復(fù)使用。
(6) 、容易實現(xiàn)與太陽能，風(fēng)能和微波能的結(jié)合。
本發(fā)明可在海水淡化、水凈化的過程中進(jìn)一步降低能耗，提高效率，解決了使用的傳統(tǒng) 能源形式不穩(wěn)定等技術(shù)問題。可廣泛用于淡化海水和劣質(zhì)水處理。
(四)


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖l是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記l-原水管，2-預(yù)處理室，3-濾材，4-風(fēng)機(jī)，5-處理池，5. l-進(jìn)水口， 5.2-高 濕度氣流出口， 5. 3-進(jìn)風(fēng)口， 6-三維網(wǎng)絡(luò)體，7-熱交換管道，8-冷凝室，8. l-凈出水口， 9 一除濕后的空氣流出口， IO —空氣壓縮機(jī)，11-活性炭后處理室，12-活性炭層，13-紫外線 燈，14-消毒滅菌室，15-飲用水出口， 16-微波發(fā)生器，17-氣流回流管道，18-金屬絲網(wǎng)， 19-下出水口，21-半導(dǎo)體制冷器，22-導(dǎo)線，23-太陽能光伏電池。
(五)
具體實施例方式
實施例一參見圖l所示，這種海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置以開放式空氣流作載體，處理 池5的進(jìn)水口5. 1與原水預(yù)處理系統(tǒng)連接，原水預(yù)處理系統(tǒng)包括與原水管1連接的預(yù)處理室2和 其內(nèi)部的濾材3。濾材3可以自制，也可以購買普通水處理用的初濾材料。
處理池5內(nèi)置有一部分浸入處理池5中的三維網(wǎng)絡(luò)體6，三維網(wǎng)絡(luò)體可以自制也可以購買 泡沫陶瓷等產(chǎn)品。三維網(wǎng)絡(luò)體6含有孔隙率10%—99%、 比表面積不低于O. 05iZ/g貫通形微 孔。處理池5可以在頂面、側(cè)面或頂面和側(cè)面設(shè)置為透光面，在處理池側(cè)面開有進(jìn)水口5. l和 進(jìn)風(fēng)口5.3，在進(jìn)風(fēng)口5.3處置有風(fēng)機(jī)4。風(fēng)機(jī)采用軸流式或離心式均可，取決于所需風(fēng)壓。 在另一側(cè)面上部開有高濕度氣流出口5. 2，上述高濕度氣流出口5. 2與冷凝室8連通，冷凝室8
與空氣壓縮機(jī)10連接，冷凝室8下部設(shè)有凈出水口8. 1。上述處理池5的高濕度氣流出口5.2經(jīng) 浸入處理池中的一根或多根熱交換管道7與冷凝室8連通，冷凝室可以考慮采用空調(diào)或除濕機(jī) 相似的方式設(shè)計和組裝。
冷凝室8的凈出水口與活性炭后處理室11的上口連通，活性炭后處理室ll內(nèi)有活性炭層 12，并設(shè)有下出水口19?；钚蕴繉涌梢灾苯淤徺I或用活性炭材料自制。冷凝室8是指采用常 規(guī)冷卻技術(shù)(包括半導(dǎo)體制冷，壓縮機(jī)加冷媒制冷等)建立的氣體冷卻部件。
上述活性炭后處理室的下出水口19與消毒滅菌室14連通，消毒滅菌室14內(nèi)置有紫外線燈 13，消毒滅菌室14開有飲用水出口15。紫外線燈可直接購買或組裝。
實施例二參見圖2所示，圖2顯示的是一種采用封閉式空氣流作載體并用微波強(qiáng)化蒸發(fā)過 程的淡化/凈化器的示意圖。它與圖l所示設(shè)計的區(qū)別有兩點。 一是在處理池上方裝置微波發(fā) 射器16，處理池5采用金屬制造，通過計算，使其形狀和尺寸符合微波諧振要求，讓處理池 整體成為一個微波爐箱體。微波發(fā)射器16可產(chǎn)生波長范圍從lm-lmm的特高頻電磁波。用微波 強(qiáng)化含水網(wǎng)絡(luò)體上原水的蒸發(fā)，同時加大風(fēng)量，提高冷凝功率，從而大幅增加出水率。第二 點區(qū)別是風(fēng)機(jī)4的進(jìn)風(fēng)口經(jīng)氣流回流管道17與冷凝室8上部的除濕后的空氣流出口9連通， 讓從冷凝室出來的氣流重新回到處理池。這種閉式循環(huán)模式采用封閉氣流作為液體相變載 體，可以避免外界空氣中細(xì)菌和雜質(zhì)的污染。氣流中未能冷凝的水氣可以在下次再冷凝，氣 流溫度潛能還可以再次利用。上述風(fēng)機(jī)4的出風(fēng)口和高濕度氣流出口5. 2處置有金屬絲網(wǎng)18或 過濾網(wǎng)。金屬絲網(wǎng)18的作用是既讓氣流通過，又能防止微波泄漏。為滿足此功能，絲網(wǎng)孔徑 應(yīng)根據(jù)微波波長進(jìn)行限制。圖中處理池5已成為一個微波諧振腔或微波爐箱體。上述活性炭 后處理室的下出水口19可與消毒滅菌室14連通，消毒滅菌室14內(nèi)置有紫外線燈13，消毒滅菌 室14開有飲用水出口15。
實施例三參見圖3所示，圖3顯示的是一種采用自然風(fēng)作載體并用太陽能強(qiáng)化蒸發(fā)和冷凝 的淡化/凈化器的示意圖。與前兩種設(shè)計不同，這是用于戶外，特別適合于風(fēng)能和太陽能充 足的地區(qū)使用的設(shè)備。處理池5的進(jìn)風(fēng)口5.3是自然風(fēng)進(jìn)口，它利用自然風(fēng)作為水蒸發(fā)-冷卻 相變的載體。利用太陽能強(qiáng)化蒸發(fā)，上述微波發(fā)生器16和半導(dǎo)體制冷器21的電源接口經(jīng)導(dǎo)線 22與太陽能光伏電池23連接，通過光伏電池驅(qū)動半導(dǎo)體制冷器和21微波發(fā)生器16。處理池5 的外殼最好用透明材料制成，以方便陽光射入強(qiáng)化蒸發(fā)效果。上述所說的太陽能照射含水三 維網(wǎng)絡(luò)體是指采用透光材料作為處理池，讓太陽光直接照射到含水三維網(wǎng)絡(luò)體上，以增強(qiáng)水 分子蒸發(fā)效率的方法。由于三維網(wǎng)絡(luò)體巨大的比表面積，比用微波照射容器中海水的方法， 效率要高得的多。但是這種情況下，三維網(wǎng)絡(luò)體的材質(zhì)不能是金屬，最好是吸收微波較好的
材料。如某些陶瓷和高分子材料。
本發(fā)明根據(jù)上述設(shè)計制造出了原型機(jī)，原型機(jī)參數(shù)如下
(1) 外接電源:220士10V， 50Hz;
(2) 整機(jī)功率:120W;
(3) 產(chǎn)品7K質(zhì)TDS《500mg/L， Conductivity《100 y s ， Fe， Mg， Ca， K， Cl， As， F 溶解性固體離子去除率〉90 % ;
(4) 產(chǎn)水量:1. 1L/h;
(5) 產(chǎn)水成本1.5元人民幣/桶(18.9L，按電價O. 5元人民幣/度計算)；
(6) 水回收率:>95%;
(7) 原水硬度無限制；
(8) 設(shè)備尺寸30X45X65cm;
(9) 設(shè)備重量17kg;
(10) 組件壽命:>10年。
上述"三維網(wǎng)絡(luò)體"是指具有一定外觀體積，外觀形狀和內(nèi)部特別網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的物
體。三維網(wǎng)絡(luò)體的含有孔隙率是10%—95%，比表面積不低于O. 05m2/g，具有貫通形微孔?？?以是多孔陶瓷、多孔高分子固體、多孔玻璃、多孔金屬或親水纖維網(wǎng)絡(luò)體。
上述多孔高分子固體是帶有孔隙的單組分的高分子固體或多組分復(fù)合的高分子固體。多 組分復(fù)合的高分子固體的高分子材料是聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧 烷、聚甲醛、聚四氟乙烯、丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹脂、聚酰胺、聚乙醇酸、聚羥基乙酸或聚羥 基丁酸酯的一種或幾種的混合物。
上述多孔金屬是開孔型泡沫金屬、金屬纖維氈或多層復(fù)合金屬絲網(wǎng)絡(luò)體。上述多孔金屬 是多孔不銹鋼、多孔銅合金、多孔鎳合金、多孔鈦合金、多孔低碳鋼、滲鉻多孔鐵、多孔鉬 合金、多孔鋁合金、多孔鎂合金、多孔金屬碳化物、多孔金屬硼化物或多孔金屬硒化物。
三維網(wǎng)絡(luò)體的制造方法可采用直接發(fā)泡、滲流或粉末燒結(jié)等方法。 一種方法是參考泡沫 陶瓷的制造技術(shù)，即用塑料小球和陶瓷粉料在粘合劑的幫助下形成毛坯料，然后在高溫下使 粉料燒結(jié)，同時燒除塑料，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到所需性能，必須控制塑料小球尺 寸，尺寸分布和比例，以及陶瓷粉料的成分，粒度和親水性能。另一種方法是采用纖維線進(jìn) 行編織。需要注意的是纖維必須耐鹽水腐蝕，強(qiáng)度足夠，不脫毛，耐清洗，當(dāng)然還必須親 水。
三維網(wǎng)絡(luò)體應(yīng)具有下列特征
(1) 、具有較大的孔隙率， 一般不小于10%，最好大于50%。孔隙率過小，風(fēng)阻太大；
空隙率過大，比表面積太小。影響蒸發(fā)效率。
(2) 、具有足夠小的微細(xì)結(jié)構(gòu)，可形成大量的毛細(xì)管，以方便從處理池吸水，并形成 含水三維網(wǎng)絡(luò)體。
(3) 、具有合適的孔洞尺寸和尺寸分布范圍。孔洞尺寸過小，風(fēng)阻過大；孔洞尺寸過 大，比表面積過小。合適的尺寸范圍是1-30毫米?？锥闯叽绶植荚郊性胶?。
(4) 、足夠大的比表面積。對于陶瓷材料，最好不低于0.05m"g。
(5) 、足夠的強(qiáng)度，使其不會因氣流的持續(xù)風(fēng)壓而斷裂，即使是局部的碎裂，也會使 氣流中出現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)體碎塊或顆粒，造成淡化后水質(zhì)的不合格，也不會因清洗而破碎。
(6) 、具有較小的風(fēng)阻或者氣流通過的壓力損失。風(fēng)阻增大耗能將增大。最好風(fēng)阻每 0. l米厚不大于5， OOOPa。
(7) 、良好的親水性，制作材料與海水或其它劣質(zhì)水的接觸角必須小于900?？梢允侨?造材料，如陶瓷，高分子和金屬，也可以是天然材料，如纖維。
(8) 、具有合適的形狀和尺寸。三維網(wǎng)絡(luò)體垂直于氣流方向的橫截面積大小取決于風(fēng) 阻，所需的出水量和風(fēng)量。風(fēng)阻大，出水量要求高時，風(fēng)量必須增大，截面積就需大。截面 形狀一般為矩形或圓形。平行于氣流方向的三維網(wǎng)絡(luò)體厚度也要求合適。在風(fēng)速不變時，厚 度不足，氣流穿過含水三維網(wǎng)絡(luò)體的時間太短，不能使比表面上吸附的液體充分蒸發(fā)，穿過 含水三維網(wǎng)絡(luò)體后的氣流濕度未接近飽和，冷凝效率低，浪費能源。但厚度過大，氣流在 含水三維網(wǎng)絡(luò)體中穿行時間過長，已經(jīng)飽和的氣流已不能承載更多的水分，反而增加了風(fēng) 阻，造成能源的浪費。
參見圖l-3， 一種應(yīng)用上述海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置的海水淡化和劣質(zhì)水凈化的方 法，其特征在于原水預(yù)先經(jīng)過過濾，去除較大雜質(zhì)，進(jìn)入處理池內(nèi)，充分滲透到三維網(wǎng)絡(luò) 體內(nèi)，在氣流的作用下，吸附在三維網(wǎng)絡(luò)體內(nèi)的液體產(chǎn)生蒸發(fā)，從三維網(wǎng)絡(luò)體穿出的高濕度 氣流，經(jīng)冷卻后，進(jìn)入冷凝室變?yōu)榈蚣兯?，從冷凝室出來的淡水或凈化水，?jīng)過活性炭 吸附和/或紫外燈滅菌后處理，成為可飲用水。
本發(fā)明提出的淡化/凈化方法可包含下列主要步驟、原水預(yù)處理(包括過濾砂石，海藻等雜質(zhì))。、預(yù)處理后的原水進(jìn)入處理池。、放入處理池中的三維網(wǎng)絡(luò)體通過毛細(xì)作用成為含水三維網(wǎng)絡(luò)體。 [4]、開動風(fēng)機(jī)，較干燥空氣流通過含水三維網(wǎng)絡(luò)體成為高濕度空氣流。 [5]、高濕度空氣流通過置于處理池中的換熱管進(jìn)行預(yù)冷卻。、預(yù)冷后的高濕度空氣流進(jìn)入冷凝室，所含水分子冷凝為淡水或純凈水。變?yōu)檩^ 干燥的空氣流，直接排放到大氣或再次進(jìn)入含水三維網(wǎng)絡(luò)體。 [7]、從冷凝室出來的淡水或純凈水通過活性炭過濾，去除異味和有機(jī)溶解物。 [8]、通過消毒滅菌措施(如紫外燈照射)得到可直接飲用的純凈淡水。 以上步驟中，[l]， [5]， [7]和[8]不是必須步驟。[7]和[8]可以交換順序。
權(quán)利要求
1.一種海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置，包括一個開有進(jìn)水口的處理池(5)，其特征是處理池內(nèi)置有一部分浸入處理池(5)中的三維網(wǎng)絡(luò)體(6)，三維網(wǎng)絡(luò)體(6)含有孔隙率10％-99％、比表面積不低于0.05m2/g貫通形微孔，在處理池側(cè)面開有進(jìn)水口(5.1)和進(jìn)風(fēng)口(5.3)，在另一側(cè)面上部開有高濕度氣流出口(5.2)，上述高濕度氣流出口(5.2)與冷凝室(8)連通，冷凝室(8)與制冷機(jī)連接，冷凝室(8)下部設(shè)有凈出水口(8.1)。
全文摘要
一種海水淡化和劣質(zhì)水凈化裝置及方法，處理池至少在頂面是透光面，處理池內(nèi)置有三維網(wǎng)絡(luò)體，三維網(wǎng)絡(luò)體含有孔隙率10％-99％、比表面積不低于0.05m²/g貫通形微孔，在處理池開有進(jìn)水口、進(jìn)風(fēng)口和高濕度氣流出口，上述高濕度氣流出口與冷凝室連通，冷凝室與制冷機(jī)連接，冷凝室下部設(shè)有凈出水口。原水預(yù)先經(jīng)過過濾，去除較大雜質(zhì)，進(jìn)入處理池內(nèi)，充分滲透到三維網(wǎng)絡(luò)體內(nèi)，在氣流的作用下，吸附在三維網(wǎng)絡(luò)體內(nèi)的液體產(chǎn)生蒸發(fā)，從三維網(wǎng)絡(luò)體穿出的高濕度氣流，經(jīng)冷卻后，進(jìn)入冷凝室變?yōu)榈蚣兯瑥睦淠页鰜淼牡騼艋?，?jīng)過活性炭吸附和/或紫外燈滅菌后處理，成為可飲用水。具有能耗低、效率高和穩(wěn)定性好的特點。
文檔編號C02F1/44GK101186358SQ20071020312
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者何宗彥 申請人:何宗彥