工業化規模海水淡化工藝及裝置制造方法及圖紙

工業化規模海水淡化裝置，其特征在于它利用海水的重力勢能實現反滲透海水淡化工藝，該裝置包括外殼、外殼兩端封頭和中空纖維膜；所述外殼上有海水入口、海水出口,頂部封頭有淡水出口；所述中空纖維膜固定在外殼內；所述中空纖維膜至少一端為打開；所述中空纖維膜由多孔支撐層和半滲透膜層構成，所述半滲透膜層覆蓋于多孔支撐層的表面；所述封頭安裝于外殼兩端。本發明專利技術利用很小體積的裝置提供較大的反滲透表面積，并且易于施工、安裝和維修；中空纖維膜的兩端都固定在金屬絲網的開孔中，通過金屬絲網和復合材料形成的法蘭來固定；金屬絲網的每個開孔安裝一根或一束中空纖維膜，從而使大量的中空纖維膜能整齊有序地安裝。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種海水制取淡水的工藝及裝置，尤其是一種工業化規模海水淡化工藝及裝置。
技術介紹
:世界大部分地區都缺乏人類消耗和農業灌溉所需的淡水。直布羅陀半島，阿魯巴島和中東地區非常干旱的卡塔爾，阿聯酋和沙特阿拉伯，以及僅由河流供應有限水資源的國家，例如南非，西班牙，納米比亞，西西里島和以色列，這些國家都存在淡水供應問題。中國被聯合國認定為世界上13個最貧水的國家之一，人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，并且水資源分布不均。目前，中國有400多個城市缺水，其中110個城市嚴重缺水，飲用苦咸水的農村人口達3855萬人。飲用水供應不足的問題在未來十年將加劇，這些飲用水供應不足的國家和地區大多靠近大洋、海灣或內海。由于海水鹽含量過高，無法得到大量可直接使用的淡水，不適合人類使用。海水的平均鹽含量為35000 ppmwt NaCl (質量分數為3.5%)，通常應降低到500ppmwt NaCl或更低才能適于人類使用(氯含量小于250 ppmwt)。有許多成熟的工藝可以將鹽類從水中分離，即所謂的脫鹽工藝。可以在第四版Kirk Othmer百科全書的第25冊的438-487頁中查閱這些工藝的綜述。如今在工業化海水淡化領域應用最為廣泛的工藝為M.S.F.(多級閃蒸)，M.E.D.(多效蒸餾)和R.0.(反滲透)。應該明確的是，脫鹽水即等同于淡水或飲用水。工業化規模的海水淡化生產工藝應該具備以下重要特點:公用工程消耗低、投資少、易于操作、維護費用低，尤其是公用工程(能源)消耗低，這是對工業化生產工藝的一個重要要求。多級閃蒸工藝的公用工程消耗通常是135-295 kj/kg H2O,而反滲透工藝的消耗量為18-33 kj/kg H2O0因此，反滲透工藝在公用工程消耗上具有很大的優勢。多級閃蒸工藝的優點是使用的金屬設備相對簡單，而反滲透工藝需要價格昂貴的薄膜，這種膜易于受到堵塞(結垢的鹽類如CaSO4和CaCO3)和在膜表面生長和附著的藻類的影響，這會大大增加海水預處理的成本。一些先進的反滲透膜，例如聚酰胺膜，不能承受使用Cl2的環境，而Cl2經常被用來消滅細菌和水藻等等。卷式膜不容易清洗，并且多層支撐材料和膜之間生長的細菌容易堵塞和損壞膜元件。海德能公司在2001年I月23日發表的文章《工業化反滲透技術》中提到工業用長1.20m X外徑85μπιΧ內徑42 μ m的中空纖維膜已經應用在了反滲透工藝中。日流通量為19 kg/m2時，這種42 μ m的小內徑纖維會造成5 bar的壓降。這種非常低的水流通量(正常情況下每天600 kg/m2)會顯著影響淡水的產量。所以選擇內徑稍大些的中空纖維膜更合適。另一個較大的缺點是大量的纖維(數百萬根)將會形成過濾器來過濾固體顆粒和生物質，而膜表面附著的固體顆粒和生物質會對膜造成污染，而且會降低纖維管周圍的湍流程度，增加薄膜表面鹽類的累積(濃差極化)， 使產生的淡水中的鹽濃度增大。通常25°C海水的滲透壓力大概為25bar，且海水的滲透壓力會隨鹽濃度的增大而增大，因此海水脫鹽工藝需要在60-80bar的壓力下操作。用于海水脫鹽的反滲透工藝操作壓力都比較高，也不能通過簡單的方法來減小。領域內的專業人士都熟知次表層海水淡化的生產方法。專利DE 19734981 Al描述了一項海水脫鹽工藝，其中，R.0.組件圍繞其軸做連續或間歇的旋轉。這樣一來，新鮮海水的連續供應問題就解決了，但是過程相當復雜，且機械效率也不高。而本專利技術則致力于深層次地克服旋轉的R.0.組件的缺陷。專利US 5，229，005描述了一項從容器的浮動平臺裝置下降到海平面某深度來提取淡水的海水淡化工藝，這套容器裝置配有R.0.元件。當容器中充滿淡水后，通過機械升降系統將淡水從海平面某深度提升出去。這套提升系統比較粗糙，耗時耗能，不適用于淡水大量生產。專利GB I, 141，138提出該深度至少要在海平面3500英尺(1067 m)以下。R.0.膜置于容器內，且水平安裝。海水進入容器，促進淡水流動，但是對于容器中的濃鹽水如何自動從容器中出去并不清楚。因此，這套裝置在技術上存在很大的限制。專利DE 196 47 358 Al描述了一種安裝在海平面360m甚至更低的海水淡化裝置。R.0.膜放置在容器的外壁，這導致膜的表面積比較有限，從而淡水的流通量也受到限制。此外，其中還假設海水要緩慢流過膜表面，這并不是確定的情況，除非海面上正在運行的容器發生正位移。因此，濃鹽水的自動更換問題還是沒有解決。專利WO 00/41971也存在同樣的問題，不能保持新鮮海水持續自動地進料，濃鹽水的排出也是個問題。專利EP O 968 755 A2利用一臺低揚程循環泵將海水泵入膜組件入口，并將海水從膜組件出口泵出到一個合適的排放點。
技術實現思路
:本專利技術的目的是提供工業化規模海水淡化工藝及裝置，它能夠解決現有技術的不足，它以反滲透技術為基礎，使用中空纖維膜來大規模生產淡水，它利用很小體積的裝置提供較大的反滲透表面積，并且易于施工、安裝和維修，而且能防止藻類和細菌群體的生長，以防止產生堵塞和流動阻礙，清洗十分簡便。本專利技術的技術方案:工業化規模海水淡化裝置，其特征在于它包括外殼，外殼兩端封頭和中空纖維膜；所述中空纖維膜固定安裝在外殼內；所述外殼上有海水入口和海水出口 ；所述外殼頂端封頭上有淡水出口 ；所述中空纖維膜連接淡水出口。所述中空纖維膜豎直或水平安裝在外殼內；所述中空纖維膜至少一端為打開；打開端為常壓，中空纖維膜外壁壓力至少為25bar。所述中空纖維膜豎直安裝在外殼內，中空纖維膜的頂端打開，底端打開或密封；中空纖維膜固定在頂部法蘭和底部法蘭之間；所述頂部法蘭安裝于外殼頂部；所述底部法蘭通過剛性件固定于外殼底部。所述中空纖維膜的頂部通過混凝土或復合材料與金屬絲網構成的頂部法蘭固定；所述中空纖維膜的底部通過混凝土或復合材料與金屬絲網構成的底部法蘭固定，中空纖維膜的底部打開或密封；所述復合材料為二組分的膠或環氧樹脂；所述頂部法蘭和底部法蘭之間連接有剛性件；所述底部法蘭下端連接阻止中空纖維膜上行使其保持原位的重力補償物。所述中空纖維膜通過金屬絲網固定安裝在外殼內；所述金屬絲網上有安裝中空纖維膜的開孔；金屬絲網的開孔中可以安裝至少一根中空纖維膜。所述中空纖維膜由多孔支撐層和半滲透膜層構成，呈管狀；所述半滲透膜層覆蓋于多孔支撐層的表面；所述多孔支撐層的壁厚為25-100μπι;半滲透膜層的厚度為0.1-0.5μm ;管狀中空纖維膜的內徑為100-800 μ m。所述外殼內壁上安裝有折流板。 所述外殼頂部通過外殼頂法蘭連接頂部封頭，底部通過外殼底法蘭連接底部封頭；所述頂部封頭上有淡水出口及手孔，在外殼頂部封頭空間內填充玻璃球或瓷球，防止中空纖維膜向上移動，這些玻璃球或瓷球可以通過手孔來進行裝填；所述外殼頂法蘭和頂部封頭法蘭的連接處有多孔燒結金屬板及密封墊片，金屬板用來承載玻璃球或瓷球。所述外殼及中空纖維膜均為圓柱形；外殼頂部封頭和底部封頭采用橢圓封頭。所述海水入口處安裝有入口過濾器；所述淡水出口連接淡水收集罐。所述工業化規模海水淡化裝置安裝在海平面下350-500m處，相應的液體靜壓為35-50 bar。所述工業化規模海水淡化裝置在岸上時可連接能量回收裝置。所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
工業化規模海水淡化裝置，其特征在于它利用海水的重力勢能實現反滲透海水淡化工藝，該裝置包括外殼、外殼兩端封頭和中空纖維膜；所述外殼上有海水入口、海水出口,頂部封頭有淡水出口；所述中空纖維膜固定在外殼內；所述中空纖維膜至少一端為打開；所述中空纖維膜由多孔支撐層和半滲透膜層構成，所述半滲透膜層覆蓋于多孔支撐層的表面；所述封頭安裝于外殼兩端。

【技術特征摘要】
1.工業化規模海水淡化裝置，其特征在于它利用海水的重力勢能實現反滲透海水淡化工藝，該裝置包括外殼、外殼兩端封頭和中空纖維膜；所述外殼上有海水入口、海水出口，頂部封頭有淡水出口 ；所述中空纖維膜固定在外殼內；所述中空纖維膜至少一端為打開；所述中空纖維膜由多孔支撐層和半滲透膜層構成，所述半滲透膜層覆蓋于多孔支撐層的表面；所述封頭安裝于外殼兩端。2.根據權利要求1所述工業化規模海水淡化裝置，其特征在于所述中空纖維膜豎直或水平安裝在外殼內；所述中空纖維膜至少一端為打開；打開端為常壓，中空纖維膜外壁壓力至少為25bar ;所述中空纖維膜豎直安裝在外殼內，中空纖維膜的頂端打開，底端打開或密封；中空纖維膜固定在頂部法蘭和底部法蘭之間；所述頂部法蘭安裝于外殼頂部；所述底部法蘭通過剛性件固定于外殼底部。3.根據權利要求2所述工業化規模海水淡化裝置，其特征在于所述中空纖維膜的頂部通過混凝土或復合材料與金屬絲網構成的頂部法蘭固定；所述中空纖維膜的底部通過混凝土或復合材料與金屬絲網構成的底部法蘭固定；所述復合材料為二組分的膠或環氧樹脂；所述頂部法蘭和底部法蘭之間連接有剛性件；所述底部法蘭下端連接阻止中空纖維膜上行使其保持原位的重力補償物；所述金屬絲網上有安裝中空纖維膜的開孔；金屬絲網的開孔中可以安裝至少一根中空纖維膜。4.根據權利要求1所述工業化規模海水淡化裝置，其特征在于所述中空纖維膜由多孔支撐層和半滲透膜層構成，呈管狀；所述半滲透膜層覆蓋于多孔支撐層的表面；所述多孔支撐層的壁厚為25-100 μ m;半滲透膜層的厚度為0.1-0.5 μ m ;管狀中空纖維膜的內徑為IOO-SOOym ;所述中空纖維膜的支撐層為能承受50bar壓力的多孔材料，選用聚芳醚砜、多孔玻 璃、陶瓷材料或者燒結金屬；半滲透膜層為選擇性透過材料，選用醋酸纖維素C.A.、二醋酸纖維素C.D.A.、三醋酸纖維素C.Τ.A.、金屬硅酸鹽或聚酰胺。5.根據權利要求1所述工業化規模海水淡化裝置，其特征在于所述外殼內壁上安裝有折流板；所述外殼頂部通過外殼頂法蘭連接頂部封頭，底部通過外殼底法蘭連接底部封頭；所述頂部封頭上有淡水出口及手孔，在外殼頂部封頭空間內填充玻璃球或瓷球；所述外殼頂法蘭和頂部封頭法蘭的連接處有承載玻璃球或瓷球的多孔燒結金屬板及密封墊片；所述外殼及中空纖維膜均為圓柱形；外殼頂部封頭和底部封頭采用橢圓封頭；所述海水入口處安裝有入口過濾器；所述淡水出口連接淡水收集罐；所述裝置外殼上海水出口側設置對水流起引導作用的導流板。6.根據權利要求1所述工業化規模海水淡化裝置，其特征在于所述工業化規模海水淡化裝置安裝在海平面下350-500m處，相應的液體靜壓為35-50 bar ;或者所述工業化規模海水淡化裝置連接能量回收裝置。7.根據權利要求4所述海水淡化裝置，其特征在于所述中空纖維膜的半滲透膜層的制作方法為: 將半滲透膜材料溶解在溶劑中，該溶劑能通過多孔支撐層，在溶液中形成沉淀并覆蓋在多孔支撐層外表面； 或者將半滲透膜材料溶解到一種揮發性溶劑中，將混合液噴涂在多孔支撐層上，當溶劑揮發完之后，薄膜材料就沉淀在多孔支撐層的表面； 或者聚芳醚砜多孔支撐層先用高粘度水溶液所浸潰；中空纖維膜開...

【專利技術屬性】
技術研發人員：漢斯·鮑斯波姆，王威，
申請(專利權)人：荷豐天津化工工程有限公司，
類型：發明
國別省市：