[发明专利]一种基于压力延滞渗透与反渗透的海水淡化装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种利用盐差能的基于压力延滞渗透与反渗透的海水淡化装置及其方法。

背景技术

目前，大量的海上岛屿和岩礁淡水资源稀缺，迫切需要利用海水淡化技术制备淡水，传统海水淡化的技术主要有：海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透膜法。其中，蒸馏法和反渗透膜法是主要的淡化方法，两者都依赖电能，传统用于发电的煤石油天然气资源面临枯竭，并且电能无法传送至偏远岛屿，因此利用电能的海水淡化技术不能适应偏远岛屿，利用电能的海水淡化技术中需要使用泵等动力辅助设备，致使其装置的结构复杂，占地面积大、维护与运行成本高。

盐差能是海水和淡水之间或两种不同浓度的海水之间的化学电位差能，是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源，据估算，我国沿海盐差能资源蕴藏量约为3.9×10¹⁵J。基于半透膜的压力延滞渗透(简称为PRO)系统是目前提取盐差能的方式之一，反渗透(简称RO)是与PRO相对的技术，其在外界提供的压力下通过离子膜将浓度较高海水中的溶剂反向渗透到离子膜的另一侧，可以用于海水淡化。

目前，RO已经发展成为一种海水(和苦咸水)淡化技术，但是该反渗透系统工作过程需要外界加压设备提供压力，传统方法中该压力是通过电能提供，需要消耗大量的高品位能源，成本高且污染环境，不利于人类的可持续发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用盐差能的基于压力延滞渗透与反渗透的海水淡化装置及其方法，其目的在于将基于半透膜的压力延滞渗透技术(简称PRO)和反渗透技术(简称RO)巧妙的结合起来，利用PRO系统获得静压力为RO系统提供动力源，再利用RO技术进行海水淡化。由此解决传统方法中利用RO技术进行海水淡化需要消耗高品位能源的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于压力延滞渗透与反渗透的海水淡化装置，用于利用海水的盐差能对海水进行淡化，其特征在于，包括浓度差动力单元和海水淡化单元，以及位于两个单元间用于分隔两个单元且将所述浓度差动力单元压力传递给所述海水淡化单元的压力传递元件，其中，

浓度差动力单元，其包括中空的一号海水腔和与之相邻的中空的浓海水腔以及位于两腔室间以用于分隔两腔室且只允许水分子通过的的渗透膜，所述浓度差动力单元用于将不同浓度的海水间的盐差能转化为静压力；

海水淡化单元，其包括中空的二号海水腔和与之相邻的中空的淡水腔以及位于两腔室间以用于分隔两腔室且只允许水分子通过的反渗透膜，所述海水淡化单元在静压力下利用反渗透膜将水与杂质分离，进行海水淡化；

压力传递元件，其位于所述浓海水腔和所述二号海水腔间，可以移动或者变形，以用于分隔所述的浓海水腔和二号海水腔且将浓海水腔内的静压力通过自身的位移或者变形而传递给所述二号海水腔；

一号海水腔和浓海水腔内分别充满不同浓度的海水且浓海水腔内海水浓度高于一号海水腔内海水浓度时，在渗透压的作用下，一号海水腔内水分子透过渗透膜进入浓海水腔内，浓海水腔内体积增大而形成静压力，通过使压力传递元件移向海水淡化单元的二号海水腔，使得二号海水腔内受静压力作用而完成海水淡化。

进一步的，所述的压力传递元件与浓海水腔和二号海水腔之间的壁面紧密接触以形成密封，用于防止浓海水腔和二号海水腔间形成泄漏，其优选为可变移动的活塞或可变形的硅胶膜。

进一步的，所述一号海水腔与浓海水腔间的渗透膜被第一多孔抗变形固定板固定和支撑，以防止所述渗透膜在不同浓度海水的盐差能作用下破裂；所述二号海水腔与淡水腔间的反渗透膜被第二多孔抗变形固定板固定和支撑，以防止所述反渗透膜在二号海水腔内的压力作用下变形移动。

进一步的，第一多孔抗变形板被固定在一号海水腔和浓海水腔间的壁面上，以防止其在浓海水腔内海水作用下移动而消耗静压力；第二多孔抗变形板被固定在二号海水腔和淡水腔间的壁面上，以防止其在二号海水腔内海水作用下移动而消耗压力能，从而保证由浓度差动力单元提供的静压力全部作用于海水淡化单元。

进一步的，所述一号海水腔、所述浓海水腔以及所述二号海水腔均在各自腔室的相对的两个壁面的管道上分别安装有入口阀门、出口阀门，以分别用于海水的进入和排出，所示淡水腔仅在其一个壁面管道上安装有出口阀门，以用于获得的淡水的排出。