多段截留式海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，特别是涉及一种可以产生额外电能的海水淡化方式和一个设备。

背景技术

当今海水淡化技术以反渗透法为主，有较为成熟的水处理过滤膜技术和水下压力容器、风力（转轮）发电、堤坝工程、耐腐蚀金属材料等相关技术。但反渗透法采用水泵抽水且需要消耗大量电力加压，步骤较繁琐资源利用率低，同时效率较低、电力消耗大造成资源、商业成本浪费及环境污染。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多段截流式海水淡化装置，以解决高耗能、低效、低利用率等问题。

本发明所采用的技术方案是：采用过滤器两端水位差与同等大气压下所产生的物理压力作为海水淡化所需要的能量，并产生能源，结合液体压力容器内的多段过滤膜（网）同步过滤和风力（转轮）发电机发电，进行海水过滤。后收集淡水、电能和废水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

装置整体结构简洁，操作简单。

1、不需要水泵抽水，开闸门就可以直接进水自行过滤。

2、不再消耗电能，而且过滤过程中可以产生电能。

3、过滤膜截流下的溶液可以循环利用，提高废液利用率，直至变为超浓废液再收集。

附图说明

说明书附图1为水下钻洞辅板方式

说明书附图2为多段截流式海水淡化装置基本构造

说明书附图3为多段截流式海水淡化装置立体图

说明书附图4为可更换的过滤膜元件

说明书附图5为入水舱门

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明（实例）。

该设备需要安装在海平面和地平面以下，在合适的位置凿通一个连接海水和内陆的通道，作为放置多段截流式海水淡化装置的空间。

合适的位置，即：让海水有足够的压力进入过滤器并完成过滤。位置太高就压力不足，甚至长期在海水低潮时高于海面；位置太低则压力过大，甚至会损害过滤器。需要根据按装地潮水状况选择合适的位置。

凿通水下通道的方式可以采用辅板技术（图1），即：在通道海水入口包括周围加一块辅板，完成后拆掉。即用水泥等泥浆物将通道入水口封死，待将通道凿通并安装完淡化设备之后将再将辅板拆掉；也可以在海水低潮期（海水位很低的时候）进行施工。

装置半径和长度需要与通道相契合，通道和淡化装置之间密封不透水，可以分别在淡化器上加柱、通道加插槽固定住，以完全抵抗海水压冲击。海水通过过滤器直接流入淡水池。淡水收集池和外界环境需要保持同一个大气压。

整个多段海水淡化装置为一个内部有分区的整体海水溶液压力容器，分为上—过滤容器和下—浓废液收集容器（图2图3）。

上部的过滤容器有多个截流下的不同大小层级的分散质颗粒溶液的溶液仓和溶液仓之间的孔径大小不同的过滤膜（网）。连通海水入水口和淡水出水口，且整个过滤过程（所有的过滤膜网）同时进行。该结构从海水入口到淡水出口依次为（图2）：1、入水口保护栅栏：为网状网罩，罩住入水口，网眼大小可以使得海水进入，但不能使较大物体（石头、鱼类等）通过；既可以当做第一层的过滤，又可以防护设备入水口。2、粗过滤网（根据过滤网眼大小，或者可以再加一层过滤）：可以过滤较小颗粒的石头和沙土；可以作为第二层过滤，还可以保护入水舱门。3、入水舱门：开启入水舱门便可以开始进行海水过滤。4、第一段溶液仓：当打开入水舱门之后，经过粗过滤网的过滤和细过滤网的截流，留下的含有分散质颗粒大于100纳米细颗粒悬浊液。5、细过滤网：可以过滤掉分散质颗粒大于100纳米的悬浊液，让含有分散质颗粒小于100纳米的液体通过。6、第二段溶液仓：内含有经过细过滤网过滤后和被超滤网截流过的分散质颗粒在1～100纳米之间的胶体溶液。7、超滤膜：可以过滤掉分散质颗粒在1～100纳米之间的胶体溶液，使分散质颗粒小于1纳米的盐溶液通过。8、第三段溶液仓：盛放分散质颗粒小于1纳米的盐溶液。9、RO反渗透膜：过滤分散质颗粒小于1纳米的盐溶液，使淡水通过。10、淡水收集池。

最好使用钛合金作为过水仓体的，这种压力容器需要抵御海水腐蚀和水压。过滤容器上方需要留出一定的空间用来更换过滤膜元件和清理维修。

过滤膜元件包括细过滤网、超滤膜、RO反渗透膜等。元件（图4）有金属外壳，像横截面一样插进仓体和仓体之间，保持过滤容器的过水仓体牢固和密封。过滤膜元件是可以更换的器件，分为有镂空的金属外壳和夹在外壳中间的过滤膜，外圈的金属将元件固定在过水仓体上。过滤膜钉紧在外壳夹层中。金属外壳上有许多镂空可以让水通过过滤膜。图4的圆锥体形状和半球体状等，注意区分两者入水方向的不同。为的是最大强度的抵抗海水冲击。

入水舱门（图5）设置在过滤装置的入水口，一面与海水接触，另一面面对第一段溶液仓。入水舱门完全阻隔海水进入，开启舱门则进行海水过滤。使用电动控制上升下降或旋转多片门扇来开启关闭。同样需要使用防锈而且强度大的钛合金作为首选，在开启和关闭时抵抗水压。

粗过滤网和保护栅栏安装固定在入水舱门之外，浸泡在海水中。保护过滤器入口和入水舱门，过滤掉大物体。栅栏为坚固的金属网格，网孔比粗过滤网大但小鱼和小石头不能通过。粗过滤网为网孔较小的坚固金属网，但比100纳米的细过滤网要大。粗过滤网和保护栅栏可以多安装几层作为更大的保障。两者为半球体罩住入口，固定在海水中，且需要经常进行人为水下清理。

装置下部的浓废液收集容器位于陆地以内。容器有三个出液阀门，分别位于第一段、第二段和第三段溶液仓下方（图3）。当海水经过多段截流式海水淡化装置的上部过滤通道多次的长时间过滤后，这三段溶液仓会截留下相应分散质颗粒大小的高浓废液。经过一段时间的过滤后便需要收集一次高浓废液。

过水通道内加装类似于风力发电机的扇叶和能源转化装置，作为缓冲涡轮（图3）。原理就是用海水的势能代替风能，过滤的海水流过将扇叶片带动，并将转动的机械能转化为电能。作用是可以利用海水淡化装置发电、缓冲海水进入装置的巨大水压、打散并分解溶质颗粒。缓冲涡轮的叶片、转子、轮毂、增速箱、发电机等器件放在密封的外壳内，然后用金属支架固定在过水通道中。发电后通过金属支架内的电缆传送到过滤装置外的蓄电池里。

使用方式：在海水处于合适水位时，打开入水舱门，便可以自行进行过滤，淡水直接流入淡水收集池。过滤一段时间后，关闭入水舱门，打开三个溶液仓的废液收集阀使高浓废液流出，之后再打开入水舱门过滤。

淡水收集池里收集的淡水要进行检测。如果需要的话可以做一些海水淡化后处理以达到最佳的淡水标准。