[发明专利]低能耗海水淡化系统和方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及海水淡化系统和方法，特别是涉及包括分级电渗析装置和具有浓差电势半电池对的电去离子装置的低能耗海水淡化系统和方法。

2.相关技术讨论

海水淡化多数采用热力工艺如蒸汽压缩蒸馏、多级闪蒸等。大多数热力工厂位于有充裕电力可用于海水淡化的地方。电渗析一般用于微咸水的脱盐或淡化。目前反渗透淡化系统由于与热系统相比具有更低的能量需求以及更低的投资和操作维修费用而广受关注。能量回收装置在反渗透系统中的应用进一步降低了能耗。不过，反渗透技术一般需要至少约2.5kWh/m³。由于淡化所需的相转变，热力工艺在功耗方面仍将继续很高。如果有废热可利用，则可以采用诸如膜蒸馏之类的能量需求低至1.5kWh/m³的工艺。

发明概述

目前在低功耗条件下工作的电渗析装置和电渗析装置电势产生半电池对的使用提供了与传统的基于反渗透的海水淡化系统相比具有相对更低能量需求的淡化系统。

本发明的一或多个方面涉及电去离子装置，其包括流体连接到其中含有溶解固体的水源的第一淡化室，其中所述淡化室至少部分由阳离子选择性膜和第一阴离子选择性膜限定；流体连接在具有第一溶解固体浓度的第一水性液体源下游、并通过所述阳离子选择性膜与第一淡化室离子连通的第一浓缩室；和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二水性液体源下游、并通过第二阴离子选择性膜与第一浓缩室离子连通的第二淡化室，其中所述第二溶解固体浓度大于第一溶解固体浓度。

本发明的一或多个方面涉及用于处理其中含有溶解离子物质的水的装置。在某些实施方案中，所述装置可以包括流体连接到所述水源、并至少部分由第一阴离子选择性膜和第一阳离子选择性膜限定的第一淡化室；流体连接在具有第一溶解固体浓度的第一水溶液源的第一浓缩室，其中所述第一浓缩室一般通过所述第一阴离子选择性膜和所述第一阳离子选择性膜之一与第一淡化室离子连通；和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二水溶液源的第二淡化室，其中所述第二淡化室一般通过第二阳离子选择性膜和第二阴离子选择性膜之一与第一浓缩室离子连通，且其中所述第二溶解固体浓度大于第一溶解固体浓度。

本发明的一或多个方面涉及海水淡化系统。所述淡化系统可以包括至少一个包含至少一个第一淡化室和至少一个第一浓缩室的第一电渗析装置，其中所述第一淡化室具有与海水源流体连接的第一淡化室入口和第一淡化室出口，所述第一浓缩室具有第一浓缩室入口和第一浓缩室出口；至少一个包含至少一个第二淡化室和至少一个第二浓缩室的第二电渗析装置，其中所述第二淡化室具有与海水源流体连接的第二淡化室入口和第二淡化室出口，所述第二浓缩室具有与海水源流体连接的第二浓缩室入口和盐水出口；至少一个离子交换单元，所述离子交换单元具有与第一淡化室出口和第二淡化室出口中的至少一个流体连接的离子交换器入口和离子交换器出口；和至少一个电去离子装置，所述电去离子装置具有与离子交换器出口流体连接、并至少部分由第一阳离子选择性膜和第一阴离子选择性膜限定的第一淡化室，与海水源流体连接、并通过所述第一阳离子选择性膜与第一淡化室离子连通的第一浓缩室，和流体连接在盐水出口下游、并通过第二阴离子选择性膜与第一浓缩室离子连通的第二淡化室。

本发明的一或多个方面涉及淡化系统，其包括至少部分含有海水或者是海水的水源；用于选择性降低第一海水流中的单选择性物质的浓度以产生第一淡化流的装置；用于提高第二海水流中的溶解固体浓度以产生盐水流的装置；用于将至少一部分二价物质置换成第一淡化流中的一价物质的装置，其中所述置换装置一般具有第二淡化流出口；和电化学分离装置。所述电化学分离装置一般具有与第二淡化流出口流体连接的淡化室，和用于提供与所述淡化室离子连通的浓差电势的装置。

本发明的一或多个其它方面涉及电去离子装置，其包括流体连接到其中含有溶解固体的水源的淡化室和与所述淡化室离子连通的浓度半电池对，其中所述淡化室至少部分由阳离子选择性膜和第一阴离子选择性膜限定。所述浓度半电池对一般包括与具有第一溶解固体浓度的第一水性液体源流体连接、并通过所述阳离子选择性膜和所述第一阴离子选择性膜之一与所述淡化室离子连通的第一半电池室，和流体连接在具有第二溶解固体浓度的第二水性液体源下游并通过第二阴离子选择性膜与所述第一半电池室离子连通的第二半电池室，其中所述第二溶解固体浓度大于所述第一溶解固体浓度。