[发明专利]用浓度差能使盐水脱盐的方法、装置和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种使盐水脱盐的方法、装置和设备。更具体而言，本发明涉及一种通过利用由离子交换膜所分隔的两种不同溶质浓度的溶液之间存在的能量差使盐水脱盐的方法、装置和设备。

背景技术

超过四分之一的地球人口没有足够的淡水获取。淡水获取的不足是有害的，因为其可能导致疾病和营养不良、限制农业发展和抑制经济增长。

但与淡水相比，盐水是易于得到的。海水形式的盐水占地球上的水的约97％。但如果不对海水充分脱盐，则其不仅不可饮用而且不适用于农业。“脱盐”指自盐水移除阴离子和阳离子的过程。海水的盐浓度通常为约3.5质量％；也就是说，每升水约35克的溶解盐。相比之下，饮用水的盐浓度通常至多为约0.04％。

现有技术中已知若干脱盐方法。一种目前最流行的方法是反渗透(“RO”)。RO涉及在高压下机械地迫使盐水通过螺旋形卷绕的半透膜。所述膜从盐水过滤盐。用RO过滤的盐水需要大量的预处理，这将增大RO的能量需要。当盐水的温度高于约30℃时(当盐水源为例如来自暖洋或发电厂出口的水时可能就是这种情况)，RO还面临性能问题。

脱盐的其他方法有多效蒸馏(“MED”)或多级闪蒸(“MSF”)。MED和MSF通过一系列多级反复蒸发和浓缩盐水使盐水脱盐。MED和MSF过程的能源通常是低压蒸汽。MED和MSF过程的主要缺点在于，这些过程将消耗大量的热能，消耗的热能通常比RO所用的电能高一个数量级。

脱盐的另一方法是电渗析(“ED”)。ED通过其中溶解盐离子在外加电位的影响下从进料流经离子交换膜转移向浓缩流的分离过程实现脱盐。这样的离子移动通常用ED堆进行，ED堆用交替布置的离子交换膜构建，进料流和浓缩流在所述膜间流动。伴随ED的一个问题是，在海水脱盐时，其消耗的能量比RO多，且这类能源完全呈外加电位的形式。除了能量消耗相关问题外，还需要直流电源或由交流电源产生直流电的整流器形式的电气硬件。伴随ED的第二个问题是，通常，由于外加电位的幅度，电压梯度将使盐离子不仅如预期的那样迁移通过离子交换膜而且还通过ED堆中使用的歧管。这将导致循环的离子电流的损失而降低ED效率。

因此，需要一种改进现有技术的盐水脱盐的方法和装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种盐水脱盐的装置。所述装置包括多个驱动电池以产生驱动电压，各个驱动电池具有容纳第一离子浓度的稀液的稀液室、容纳高于第一离子浓度的第二离子浓度的浓液的浓液室，阳离子或阴离子交换膜中之一在稀液室和浓液室间形成共用的边界并与稀液室和浓液室离子连通，阳离子或阴离子交换膜中的另一个在各个驱动电池和相邻的驱动电池间形成共用的边界并与所述各个驱动电池和相邻的驱动电池离子连通。所述装置还包括产物室阴离子交换膜、产物室阳离子交换膜和容纳待脱盐的盐水的产物室。产物室在一侧上以产物室阴离子交换膜为界并与产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜为界并与产物室阳离子交换膜离子连通。产物室经由产物室阴离子或阳离子交换膜与所述多个驱动电池离子连通。所述装置还包括具有稀液、浓液和产物歧管的歧管组件，所述稀液、浓液和产物歧管分别配置为向稀液室传送稀液和使其离开、向浓液室传送浓液和使其离开以及向产物室传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开产物室。

所述装置还可包括分别限定稀液室、浓液室和产物室中每一个的稀液室垫片、浓液室垫片和产物室垫片。稀液室垫片、浓液室垫片和产物室垫片中每一个中均可含隔离物以保持阳离子和阴离子交换膜的分离。

稀液、浓液和产物歧管可分别包括稀液供给导管和稀液离开导管、浓液供给导管和浓液离开导管、以及生产进料供给导管和产物离开导管，其各贯穿稀液、浓液和产物垫片。稀液歧管可具有在稀液室垫片中流体地联接稀液供给导管与稀液室的入口凹槽以及在稀液室垫片中流体地联接稀液离开导管与稀液室的出口凹槽。类似地，浓液歧管可具有在浓液室垫片中流体地联接浓液供给导管与浓液室的入口凹槽以及在浓液室垫片中流体地联接浓液离开导管与浓液室的出口凹槽，产物歧管可具有在产物室垫片中流体地联接生产进料供给导管与产物室的入口凹槽以及在产物室垫片中流体地联接产物离开导管与产物室的出口凹槽。

所述盐水脱盐的装置还可具有阴离子释放室和阳离子释放室，其分别通过产物室阴离子交换膜和产物室阳离子交换膜与产物室离子连通。