[发明专利]一种具有“水向上流”功能的海水淡化设备

说明书

技术领域：

涉及一种具有“水向上流”功能的海水淡化设备。

背景技术：

在地球岩石圈存在物质循环和能量循环过程，物质循环过程包括碳循环和水循环，碳循环过程包括有机碳和无机碳之间的循环，

碳循环的过程是这样的：1）空气中的二氧化碳通过植物光合作用变成有机碳，2）有机碳即有机物通过燃烧或动植物呼吸重新变成二氧化碳。3）有机物通过地质变化埋没到地下变成化石能源。4）化石能源经燃烧重新变为二氧化碳。5）地下碱水或海洋碱水吸收二氧化碳变成碳酸盐类沉淀（如碳酸钙）。6）碳酸盐经过高温煅烧或地质火山爆发重新变为二氧化碳和碱性灰尘（石灰、水泥等）。

水循环的过程是这样的：1）通过光合作用，水变成有机物的成分，2）有机物燃烧或者动植物呼吸变成二氧化碳和水。3）地表或海洋蒸发在大气层变成水汽或含水气体。4）大气层饱和水蒸气遇冷凝结降水或降雪。5）地表径流入海洋。6）人类进行海水淡化活动从海洋汲取淡水。

海水淡化的过程通常有两种方式：1）在一定大气压力环境条件下通过蒸发和冷凝实现海水淡化，其过程需要热能，成本一般较高。2）通过渗透膜进行反渗透，通过多级反渗透实现海水淡化。

在海洋中的植物或动物，生活在具有一定含盐量的海水之中，但是海洋动植物体内的含盐量远远小于周围的海水，说明动物的皮肤或植物的表皮细胞具有一定的过滤盐水的能力，或者叫做“海水淡化”能力。

目前采用的反渗透膜海水淡化模式，实际类似植物的表皮细胞，具有一定的亲水功能和少许的排盐功能，比如利用醋酸纤维素制成的反渗透膜，其中纤维素是亲水的，醋酸纤维素也是亲水的。在海水淡化过程中采用多级反渗透模式，将海水逐级过滤到含盐量一定的淡水。

渗透过程是指在同一压力下，含盐量较少的溶液向含盐量较高的溶液渗透，两侧达到动态平衡产生的压力差叫做渗透压。反渗透压是指在含盐量较大的一侧加压（或抬高液面）实现水分的反向流动，反渗透过程被经常用作海水淡化过程。

既然海水淡化是用反渗透压来实现的，所用材料为渗透膜。能否找到一系列材料来取代反渗透膜呢？为了寻找这一答案，我们先来看自然界的另一现象：水向高处流现象。

在自然界，由于水的重力作用，水是向“下”流淌的，谚语“水向低处流”就是这种自然现象的真实写照。但是，在自然界还存在一种“水向高处流”的反常现象，比如：1）滴水莲在潮湿的环境中叶片会滴落水滴，这些水滴是由植物的根吸收土壤的水分并向“上”运输经茎部导管至叶片，其中又有部分叶片向下垂落，水分子在垂落的叶片下端聚集成水滴，水滴受重力影响最终向下滴落，这就形成了水分由土壤先向高处叶片“流”而后又向下滴落的现象。2）滴水观音的滴水现象同滴水莲无异。3）树木，自然界所有植物的叶片都存在蒸发现象，直径20mm的植株最大蒸发量每秒钟可以超过0.05毫升，一天的蒸发量可达4.3千克，而蒸发的水分是由根部吸收，茎部疏导，叶片蒸发的，因此植物的蒸腾作用也是“水向上流”的一种现象。针对这种现象，人们会解释说：植物的导管和筛管实现由根部至叶片的运输是由“毛细作用”造成的，在植物体内存在众多的“毛细管”，这种毛细管有疏导水分和养分的作用。4）人或动物的毛细血管。人们认为在人体动脉或静脉血管内，血液运输的动力来自心脏的搏动，心脏的收缩与扩张给血液流淌提供了动力，但是在人或动物的组织内，毛细血管的血液流淌方向是左右上下各个方向的，人或动物体内微循环的动力来自毛细血管壁的结构，即通常所说通过血液的渗透作用到达身体各部分组织器官的，人们还是把这种现象称作毛细血管的“毛细作用”。5）泉水。一般认为泉水是地下水，是有地下的温水向地上山体岩石渗透后而又集中，经过山体的狭缝流淌而出的，与植物的滴水现象区别是：植物的毛细作用仅仅能实现“滴水”，山泉形成的水流通常是汩汩涌出，有的山泉流量甚至非常大，每分钟几个立方水流量常有记载。6）浸水石头。在盆栽艺术中，常见一种浸水的石头，石头上终年湿漉漉的，石头上放置上泥巴，栽培上植物，石头放入水中，只要石头下边有水，浸水石头就不缺水，总结“浸水石”这种现象，也可以归结为“水向上流”的一种现象。