專利名稱：室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水使用領(lǐng)域，特別涉及一種在室溫及低壓下將海水轉(zhuǎn)變?yōu)轱嬎闹苽浞椒ā?br> 背景技術(shù)：
按，過去常用的海水淡化方法，通常是使用高溫蒸餾法或是高壓反滲透法(Reverse osmosis)。近年來的新觀念則是使用正向滲透(Forward osmosis)將海水中的水分滲透到更濃的溶液(Draw Solution)中，再將原來的溶質(zhì)(Solute)在低溫下蒸發(fā)掉，以得到剩下的部分為可飲用的純水。雖然，相較于傳統(tǒng)的海水蒸餾法，此種作法預(yù)計(jì)可以省下相當(dāng)多的電源；但是因?yàn)樵谥苽淝氨匦鑼⒄麄€(gè)溶液加熱到50°C左右，方可將溶質(zhì)去除，因此，此種作法所需使用到的能源耗費(fèi)仍然相當(dāng)可觀?，F(xiàn)有技術(shù)雖然預(yù)計(jì)可將反滲透的方法繼續(xù)改良，包括利用最新的薄膜工藝(Membrane Technology)將每公噸水的用電量由4至5度(KW_hr)降下來,但是短期內(nèi)仍然無突破的科技可用以取代目前市場上采用的反滲透法。除此之外,現(xiàn)有技術(shù)另提出一種利用電解方式(Electrodialysis)以將海水鹽度從3. 5%降到1%左右的作法。之后，可再通過與其它淡水或再生水混合，以將最終的鹽度降到0.5% (約5，000mg/l)以下。這是人類目前已知可接受鹽度的上限值，利用此種電解方式，其每公噸海水淡化所需的電能需要更可大幅降至I. 8度(KW-hr)左右。不過，值得注意的是，此種電解法仍具有其缺失，在于電解法進(jìn)行到海水鹽度至10，000mg/l以下之后的效率將會(huì)大幅地減低，使其淡化效率受到限制。因此，有鑒于此，本發(fā)明人乃苦思細(xì)索，積極研究，加以多年從事相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)不斷試驗(yàn)及改良，終于發(fā)展出本發(fā)明，以提出一種新穎的海水淡化方法，藉此解決現(xiàn)有技術(shù)存在已久的缺失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在提供一種室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其可將淡化后的飲水，降到溶質(zhì)(total dissolved solids)在250mg/l以下,并可將耗電量控制在每公噸2度以下。本發(fā)明的另一目的是在提供一種室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其所使用的氨含量幾乎可全部重復(fù)使用，在此種制備方法中，除了少量的堿、酸及氯氣以外，不具有其它任何外加的化學(xué)成分，可擷取到最終淡化后的幾乎是純水。本發(fā)明的再一目的是在提供一種室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其僅淡化后的純水溶質(zhì)在250mg/l以下，不僅可作為一般飲用水之外，更可以用作高質(zhì)量的工業(yè)用水。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是有關(guān)于一種室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其步驟首先提供一海水并通過過濾程序，將海水中的雜質(zhì)濾除；之后引入濃度約180,000 220，000mg/l的氨水，并利用正向滲透法使氨水的濃度稀釋至45，000 55，000mg/l左右；再利用一物理分離程序，將氨水的濃度自45，000 55，000mg/l左右降至200mg/l以下；在一離子交換管中用人造樹脂，以通過離子交換將氨水的濃度自200mg/l降至2mg/l以下；最后，進(jìn)行斷點(diǎn)氯化程序，以將氨水中的氨含量氧化為氮?dú)饣蜓趸?，并得到淡化后的飲水成分。根?jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述的物理分離程序包括真空抽氨法、空氣抽氨法、以及納米過濾法其中的至少一者。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,淡化后的飲水溶質(zhì)(total dissolved solids)在250mg/l以下，可以直接飲用。以下通過具體實(shí)施例配合說明書附圖詳加說明，以更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)到的技術(shù)效果。


圖I為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例將海水淡化成飲水的制備方法其簡要步驟圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例將海水淡化成飲水的制備方法其詳細(xì)流程圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行真空抽氨的一作動(dòng)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行空氣抽氨的一作動(dòng)示意圖。附圖標(biāo)記說明初步過濾-21 ;顯微過濾-22 ;正向滲透-23 ;真空抽氨_24 ;空氣抽氨-25 ;奈米過濾-26 ；PH調(diào)整-27 ;離子交換_28 ;斷點(diǎn)氯化-29 ;水輸出/儲(chǔ)存-30 ;截留水-31 ;反沖洗廢水-212 ;濃鹽水排泄-231 ;氨氣凝聚-251 ;氨氣分離-252 ;凝聚出來的氨水-253 ;不能凝聚的氣體-254 ;樹脂再生-281 ;復(fù)生劑-282 ;強(qiáng)堿_283 ;廢水排除-284 ;產(chǎn)品-301 ;真空抽氣組件-302 ;除霧器-303 ;螺旋散布管-304 ;電動(dòng)旋轉(zhuǎn)器-305 ；
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要是提供一種在室溫及低壓下將海水轉(zhuǎn)換為飲水的方法，包括初步過濾海水后，使用正向滲透法將海水中的水分子滲透入濃氨水中，之后再使用真空剝離、空氣抽氨、納米過濾、離子交換、以及斷點(diǎn)氯化等步驟，以在最后可將氨含量自水中去除。本發(fā)明提供一種低成本且耗電量極低的制備方法，可用以取代目前高能源海水淡化的方法。如圖I所示，其為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例將海水淡化成飲水的制備方法其步驟流程圖。本發(fā)明所揭示的淡化方法主要包含有步驟S102至S110，以下有關(guān)本淡化方法的說明，請(qǐng)一并參閱圖2所示，茲詳細(xì)說明如下。首先，如步驟S102所示，本發(fā)明首先提供海水，并通過一過濾程序以將海水中的雜質(zhì)去除。一般而言，海水中常見有動(dòng)物、植物及無生雜物等，其中包括肉眼看得見及看不見的雜質(zhì)。因此，在引進(jìn)海水進(jìn)入淡化過程之前，必需先將海水中的雜質(zhì)完全除掉，以免干擾后續(xù)步驟。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，初步過濾(Pre-filtration) 21首先包括金屬細(xì)篩及細(xì)砂過濾，由于此種設(shè)備具有自動(dòng)逆流清洗(backwashing)的功能,因此取出的雜物可直接送進(jìn)衛(wèi)生埋土場(sanitary landfill)。之后，再加上娃藻土(diatomaceous earth)過濾，即可把一部分肉眼看不見的懸浮物(直徑大于I U m者)去除,逆流清洗后的廢水212(backwashedwater)可經(jīng)處理或稀釋后送回海中。之后，再搭配顯微過濾(Microfiltration)22,利用洞孔(pore size)在0. I ii m左右的薄膜將懸浮在海水中的微生物及無生物粒子(suspended particles)除掉。一般而言，市場上的顯微設(shè)備都已相當(dāng)自動(dòng)化，不僅可以隔雜掉0. Iym以上的微生物及懸浮細(xì)塵，更可自動(dòng)的利用空氣壓力測驗(yàn)薄膜有無破裂，任何大于3 以上的裂縫都可以被測出，同時(shí)安排每次經(jīng)固定時(shí)間的操作后就有幾分鐘的逆流沖洗，沖洗不掉的細(xì)粒，則可用氯水氧化清洗，或者用淡酸洗掉無機(jī)物。接著，如步驟S104所示，本發(fā)明引入濃度約200，000mg/l的氨水，并利用一正向滲透法23 (Forward Osmosis)來稀釋氨水的濃度。在此步驟中，本發(fā)明利用自然滲透原則，讓海水中的水分子通過能透水的薄膜，進(jìn)入一個(gè)溶質(zhì)比海水大很多倍的濃溶液中，在此所用的濃液是12M (約180，000 220，000mg/l，較佳地可為200，000mg/l)的純氨水，用三段式的螺旋薄膜管(spiral-wound module)或管狀式薄膜管(tubular membrane module)在25psi的壓力下進(jìn)行，使得海水中的水分子滲入氨水中，以將氨水的濃度稀釋到45，000 55，OOOmg/1 (較佳地為50，000mg/l)左右,再進(jìn)入下一步驟的物理分離程序。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，正向滲透23所使用的設(shè)備包括可容納大量過濾的海水、可容納高濃度的氨水、以及一可透水的薄膜。在實(shí)際操作上，三段式的螺旋薄膜管或管狀式薄膜管在每個(gè)階段都需使用不同濃度的氨水，并隨著海水鹽度的增加，必需搭配使用不同濃度的氨水，方可維持適當(dāng)?shù)臐B透壓力。在一實(shí)施例中，此正向滲透法包括三個(gè)管階段，其每一管階段的氨與鹽水的濃度大約如下表一表一
權(quán)利要求
1.一種室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，包括以下步驟 提供一海水，并通過一過濾程序,將該海水中的雜質(zhì)濾除； 引入濃度180，000 220，000mg/l的氨水，并利用一正向滲透法使氨水的濃度稀釋至45,000 55，OOOmg/1 ； 利用一物理分離程序，將氨水的濃度自45，000 55，OOOmg/1降至200mg/l以下； 在一離子交換管中加入人造樹脂，以通過離子交換將氨水的濃度自200mg/l降至2mg/I以下；以及 進(jìn)行一斷點(diǎn)氯化程序，以將該氨水中的氨含量氧化為氮?dú)饣蜓趸?，并得到淡化后的飲水成分?br> 2.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述過濾程序包括 利用一細(xì)沙或金屬細(xì)網(wǎng)粗篩該海水；以及 使用娃藻過濾該海水，以將該海水中I U m以上的雜質(zhì)濾除。
3.如權(quán)利要求2所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述過濾程序還包括 提供顯微過濾，以將該海水中0. I ii m以上的雜質(zhì)濾除。
4.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述正向滲透法是利用三段式螺旋薄膜管(spiral-wound module)或管狀式薄膜管(tubularmembrane module)在25psi的壓力下進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述正向滲透法包括一第一管階段、一第二管階段以及一第三管階段，其中該第一管階段是將氨的濃度由6M降至3M、海水的鹽度由3. 5%增至4. 2% ;該第二管階段是將氨的濃度由9M降至6M、海水的鹽度由4. 2%增至5% ;該第三管階段是將氨的濃度由12M降至9M、海水的鹽度由5%增至6%。
6.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述物理分離程序包括真空抽氨法、空氣抽氨法、以及納米過濾法其中的至少一者。
7.如權(quán)利要求6所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述空氣抽氨法還包括一氨氣凝聚與分離的步驟，以產(chǎn)生可循環(huán)使用的氨水及空氣與極稀氨氣。
8.如權(quán)利要求6所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述納米過濾法是通過一納米薄膜，以將該氨水過濾為一過濾水(filtrate)與一截留水(retente)。
9.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述人造樹脂具有可吸附氨的特性。
10.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述人造樹脂為一可再生使用的復(fù)生劑。
11.如權(quán)利要求10所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，其中經(jīng)過該復(fù)生劑再生所產(chǎn)生的氨水，經(jīng)過真空抽氨法或空氣抽氨法，以將氨的成分取出重新使用。
12.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述斷點(diǎn)氯化程序包括 將該氨水的酸堿值調(diào)整至6. 5 8. O ;以及 加入與氨比例呈I. 8 2. O的氯氣或氯氧化鈉，以將氨氧化為氮?dú)饣蜓趸?br> 13.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，其中在經(jīng)過該斷點(diǎn)氯化程序后，該淡化后的飲水成分包含0. 5 I. Omg/1的自由氯(free chlorine)及少量氯化氨(chloroamines),用以殺菌并確保水質(zhì)的飲用安全度。
14.如權(quán)利要求I所述的室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，其特征在于，所述淡化后的飲水溶質(zhì)(total dissolved solids)在250mg/l以下,可以直接飲用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法，包括以下步驟首先初步過濾海水后，使用正向滲透法將海水中的水分子滲透入濃氨水中，之后再使用真空剝離、空氣抽氨、納米過濾、離子交換、以及斷點(diǎn)氯化等步驟，以在最后可將氨含量自水中去除。本發(fā)明提供了一種低成本且耗電量極低的制備方法，可用以取代目前高能源的海水淡化的方法。
文檔編號(hào)C02F9/04GK102951747SQ20121031971
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者陳逸毅 肯尼斯 申請(qǐng)人:陳逸毅 肯尼斯