[发明专利]一种太阳能零液体排放海水淡化装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于利用太阳能进行液体电解质雾化分离技术，特别是涉及一种太阳能零液体排放海水淡化装置和方法。

背景技术

作为补充淡水的一种重要途径，随着海水淡化技术的发展，特别是膜法技术中的能量回收装置应用和膜性能的提高，海水淡化作为可持续开发淡水资源的手段在越来越多的国家发展起来。然而，现行海水淡化方法水回收率较低，热法海水淡化装置由于蒸汽冷凝需要大量海水，故其淡水回收率为20％～50％，膜法海水淡化装置的水回收率仅为30％～40％，其余大部分海水变成浓盐水被直接排回大海。在脱盐过程中主要加入阻垢剂防止由于浓缩产生Ca₂SO₄、CaCO₃、Ma(OH)₂等无机盐垢堵塞膜或沉积在换热管路上影响传热效果，对于膜法而言，还要定期或不定期加入杀生剂防止系统内微生物污垢的生成；由于海水淡化过程伴随着浓缩过程，高浓度盐水中Cl^-对设备的腐蚀非常严重。而且，随着从海水淡化方法得到淡水需求的增加、海水淡化规模的增大，将有更多的高浓度、高温(对于热法海水淡化)、含有化学添加剂和腐蚀产物金属离子在内的受污染浓盐水直接排入海洋。可以肯定其对海洋生态的影响程度必将加剧。因此，大规模海水淡化可能引发的环境问题引起了国际社会越来越多的关注，包括海水淡化浓盐水排放对环境的潜在影响与海水淡化浓盐水合理排放等，海水淡化排放浓水已影响到海洋生态环境，有关新技术开发非常必要。

由于脱盐过程伴随着电能或热能的消耗，从环境保护和可持续发展的观点出发，用废热或清洁能源太阳能进行海水脱盐的技术研究也很多，主要是光热法太阳能淡化、光伏法反渗透脱盐、加湿脱湿法淡化，其中热法太阳能淡化主要是将现有热法海水淡化技术与太阳能加热产生蒸汽的简单连接，热效率和单位面积太阳能产水率都低，由于是真空蒸发，设备启动需要很长时间，太阳能又是不连续的能源，连续运行需要其他辅助能源；太阳能光伏反渗透海水淡化能量转化率低；加湿脱湿法淡化主要单位太阳能集热面积是产水量小。

从以上主要海水脱盐技术涉及工艺和材料来看，随在分离过程的进行，无机物结垢出现、沸点升高和渗透压变化会影响淡水的回收率。对于非常规的脱盐方法，比如冷冻法，由于海冰融水含盐量较高和储存问题受到限制；普通的加湿脱-湿法同样需要消耗常压蒸发需要的蒸发潜热；电吸附技术受到电极比表面荷电性能影响，还不适用处理浓盐水。

目前存在的流化床干燥技术耗能高，已知的膜法和热法海水淡化技术在处理高浓度盐水在经济和技术上存在瓶颈，寻求能实现海水包括处理高浓度盐水零液体排放淡化装置和方法非常必要。

发明内容

为解决公知技术中存在的技术问题，本发明提供一种太阳能零液体排放海水淡化装置和方法，目的之一是提供一种具有低能耗、无浓盐水排放的海水或浓盐水液固分离技术。本发明的目的之二是提供一种应用清洁能源太阳能为主要能源进行液固分离。

由于热法海水淡化都是基于宏观尺度连续的二维换热完成蒸发和冷凝过程，从微观毛细现象和纳米效应联想到液滴的蒸发，它由二维蒸发变成三维蒸发，连续性假定就不再有效，因为此时液滴的尺寸与其组成分子的尺寸仅大几个量级，液滴分子的结构和物理性质不能再被忽略。从数学的观点看，此量级上许多变量，如密度、温度等失去了空间和时间续性的特点。随着温度的升高，水的表面张力和其蒸发热会降低。根据已有的相关领域研究成果可以看出，介观液滴在高温蒸发过程中虽然处于亚临界状态，随着温度的升高，气化潜热和表面张力同时降低。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是提供一种太阳能零液体排放海水淡化装置，设有热空气加热装置和雾化蒸发器，其中，热空气加热装置包括风机(1)、气量调节阀(2)和聚光太阳能空气集热器(3)，原海水储罐(16)、加压泵(15)、过滤器(14)和喷嘴(10)组成压力喷雾装置；聚光太阳能空气集热器(3)的出口与雾化蒸发器(4)底部相连接，雾化蒸发器(4)设有多路出口热空气分布器(9)、带有筛网(6)、(7)、(8)、(11)的湿空气出口和喷嘴(10)，从雾化蒸发器上部出来的高温饱和热空气经湿饱和空气冷凝器(12)冷凝得到的淡水进入淡水储槽(13)，固体结晶从雾化蒸发器(4)下部出口到达固体结晶储槽(5)，原海水由原海水储罐(16)经加压泵(15)加压，通过微米过滤器(14)，然后到达喷嘴(10)。

所述多路出口热空气分布器9空气出口有两个以上。

所述湿饱和空气冷凝器12的冷端流体可以用于原海水预热。