[发明专利]一种基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置

说明书

本发明提供了一种基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置，包括聚光器和淡化组件，淡化组件包括海水腔、蒸气发生腔、净水室、多孔光热膜、冷凝套管以及注水泵，多孔光热膜设置于蒸气发生腔和海水腔的中间，蒸气发生腔位于海水腔的底部，冷凝套管套设于蒸气发生腔的外表面，多孔光热膜设置于蒸气发生腔和海水腔之间；注水泵连接海水腔的顶部，净水室连接蒸气发生腔的底部；淡化组件位于聚光器的光照聚集方向；采用本发明所提供的基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置，解决了太阳能界面光热蒸发过程中淡水生产效率低的技术问题。

技术领域

本发明涉及一种高盐度矿井水淡化装置，具体而言，涉及一种基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置。

背景技术

西北矿区气候干燥、地表蒸发量大，但地下深层矿井水资源十分丰富，一般每开采一吨煤大约抽采二吨矿井水。宝贵的矿井水资源对当地居民生活、工农业发展和生态保护尤为重要。然而，绝大部分矿井水盐度十分高，甚至超过5％，根本无法直接使用。直接排放进入河流或浅层地下水导致盐碱化，直接排放地面则因蒸发量大，很快形成盐湖或盐地，严重破坏当地原本脆弱的生态环境。因此，不得不重新打深井回注地下。不仅浪费大量的能源，还白白地浪费宝贵的水和矿物质资源。因此，对高盐度矿井水的淡化，去除盐分，获取宝贵的淡水和矿物资源至关重要。

目前，高盐矿井水淡化技术主要有化学沉淀法、离子交换法、电渗析、反渗透、膜蒸馏等方法。但这些方法均存在一定的局限性，如淡化效率低、后续污染治理难度大、成本高等。太阳能界面光热蒸发淡化技术，是依靠改善光吸收体的光热吸收能力，进而提高蒸发效率，被认为是用于海水淡化和减少污水排放最为经济且可持续的技术之一。

专利号为201910350121.1的发明专利介绍了一种真空管式的界面蒸发装置，利用太阳能真空管吸收热量，并加热蒸气，从而产生高温蒸气。然而，由于该装置采用的使太阳能三高管等真空镀膜管，使利用其表面的镀膜层吸收太阳热量，加热管中水体，进而生成水蒸气，但由于镀膜管对太阳光的穿透有较强的阻隔，因此该装置严格意义上，并不属于界面蒸发原理。专利号为201911405981.7的发明专利介绍了一种透明罩式的太阳能蒸发净水器，利用黑色海绵为吸光材料，将其放置在污水腔中，然后盖上具有透明罩的密封腔，在光照条件下，吸光材料蒸发水分，形成水蒸气，通过自然凝结，形成净水。专利号为202010392617.8的发明专利介绍了一种圆筒型光热蒸发海水淡化装置，利用玻璃圆弧罩与圆弧淡水收集槽连接组成圆筒型蒸发器，将海水流动槽置于其中，将附着有光热材料的隔热体置于海水上，通过玻璃圆弧罩，光热材料吸收热量蒸发海水形成水蒸气，与环境热交换冷凝成淡水，从蒸发器与海水流动槽的间隙中汇出收集。专利号为202010455744.8的发明专利介绍了一种具有倒锥形顶盖的同心双层容器，将光热转化膜浮于外层腔海水上，锥形顶端对准内层淡水腔，其利用倒锥形顶盖优化了水蒸气的移动路径，加速水蒸气聚集于锥形顶端凝结。专利号为202010393248.4、202010392652.X、202011356950.X三项发明专利介绍了阶梯式、纵向多级、多级斜面式的蒸发装置，在界面光热蒸发的同时，利用了冷凝潜热进一步加热海水，强化了太阳能海水淡化效率。专利号为202011335069.1的发明专利介绍了一种界面蒸发与膜蒸馏的海水淡化装置，利用金属容器吸热对海水进行预加热，减少界面光热蒸发获得蒸气的时间，提高淡水生产效率。

从上述现有技术可知，水蒸气的冷凝收集效率是评价海水淡化装置性能和淡水生产效率的关键。但是目前界面光热蒸发装置大多是光热材料通过顶部透光盖板吸收太阳光，产生的水蒸气充盈整个腔体，并在顶部透光盖板上冷凝成水滴，再回流至淡水收集器中，会存在以下问题：水蒸气凝结的液体通常或附着在透光盖板上，影响光的透过性，严重影响淡水生产效率；其次，在普通日光下，光照强度较低，界面蒸发的温度较低，蒸气产生速度太慢，也会影响淡水生产效率。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于界面光热蒸发的高盐度矿井水淡化装置，解决了太阳能界面光热蒸发过程中淡水生产效率低的技术问题。