[发明专利]基于碳复合材料中空纤维膜的太阳能淡化水系统及其方法

说明书

本发明提供一种基于碳复合材料中空纤维膜的太阳能淡化水系统及其方法，其中，淡化水系统包括：膜组件，所述膜组件具有进水口、出水口、蒸汽出口，所述进水口和出水口连接待处理工质并与其形成一个循环系统，所述膜组件用于吸收太阳能使其内部的工质加热为蒸汽，蒸汽通过蒸汽出口流出；冷凝水箱，所述冷凝水箱与蒸汽出口连接，所述冷凝水箱内设有蛇形盘管，所述冷凝水箱用于把蒸汽冷却为冷凝水；冷凝水收集瓶，所述冷凝水收集瓶与所述冷凝水箱连接，用于收集由冷凝水箱冷却的冷凝水。本系统其具有成本低、结构简单、效率高，适用于沿海居民或渔民日常淡水化需求的优点。

技术领域

本发明主要涉及淡化水相关技术领域，具体是基于碳复合材料中空纤维膜的太阳能淡化水系统，本发明还涉及一种海水淡化方法，具体是一种利用太阳能膜蒸馏进行海水淡化制备淡水的方法，属于水除盐技术。

背景技术

在经济全球化和各国大力发展低碳经济的背景下，清洁能源越来越受到重视。中国虽为一个能源消耗大国，却拥有着丰富太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50×10¹⁸kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ/cm²·a，中值为586kJ/cm²·a。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部等地的太阳辐射总量很大。无论从保护环境的角度，还是从节约资源的角度，开发与利用太阳能资源都具有很重要的实际意义。

海水淡化一般是利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。现有技术中所用的海水淡化方法主要有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法等。然而现阶段太阳能海水淡化装置，对能源的需求较大，甚至淡化海水所需的能源使用远远高于淡化海水的那点价值，因此其并不适合沿海居民、渔民等对淡水的使用需求。

为应对淡水供需矛盾，世界各国已纷纷将目光转向海水淡化。并且有数据显示，全世界超过70％的人口居住在距离海岸线70千米以内的范围内，面对取之不尽用之不竭的海水资源，人类从很早以前就有了海水淡化的梦想，随着科技的不断进步，这一梦想已经实现。虽然海水淡化目前仍存在着技术尤其是经济上的一些阻力，但作为一种淡水资源增量技术，海水淡化有着不可替代的优势：不淹地、不争水、不受气候影响等，因此海水、苦咸水淡化依然被认为是能解决人类淡水资源危机最为实用的技术之一。

现有技术中，中国专利CN 102826700A公布了一种海岛用太阳能膜蒸馏方法，包括膜组件、过滤器、原水泵、太阳能加热器、太阳能热电系统、淡化水箱及连接各部件的管路,所用膜组件中空纤维膜单元与中空纤维冷凝管单元平行交替排列，设备简单，操作成本较低。但是，该膜蒸馏系统膜组件中空纤维膜与中空纤维冷凝管的填充密度并不高，二者之间的间隙较大，难以保证单位膜通量，实际效率并不高，而且未添加相变热回收装置，实际热能利用率也不高。

中国专利ZL200520005444.0公布了一种太阳能膜蒸馏系统，包括膜组件、热工质加热系统、冷工质冷却系统、驱动系统和连接各部件管路。该系统在热工质加热系统中采用太阳能集热系统，在冷工质冷却系统中采用太阳能冷却装置，驱动系统利用太阳能发电系统。该膜蒸馏系统中淡水蒸汽需要太阳能冷却系统额外冷却，且冷凝液出水仍然需要冷却装置进一步冷却，不仅增加了操作难度和投资成本，而且大量的蒸汽冷凝热未得到充分利用，运行方式并不实用。

美国专利US 2013/0001164A1公布了一种太阳能膜蒸馏系统，包括太阳能集热系统，膜组件，进水箱，低温空气冷凝水箱及各部件管路。该系统部分温度较高的冷凝液出水直接进入太阳能集热装置继续加热，提高了料液集热效率。然而，该系统添加了额外的电驱动冷凝出水冷却装置，增加了投资成本的同时也提高了系统能耗。

发明内容