CN103787464A - 一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化*** - Google Patents
一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN103787464A CN103787464A CN201410010410.4A CN201410010410A CN103787464A CN 103787464 A CN103787464 A CN 103787464A CN 201410010410 A CN201410010410 A CN 201410010410A CN 103787464 A CN103787464 A CN 103787464A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pond
- electrolyzer
- highly concentrated
- concentrated solution
- seawater
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化***,依次连接海水存放池、高浓度溶液池和电解池;自来水处理厂分别与高浓度溶液池和电解池连接;沉淀溶解池分别与高浓度溶液池和电解池连接;高浓度溶液池和电解池之间设有发电机;海水存放池和高浓度溶液池之间设有半透膜。本发明还公开了采用本发明提供的装置生产淡水的工艺流程,通过海水存放池和高浓度溶液池的浓度差引入海水存放池中的淡水,得到混合溶液,并通过电解池的进一步反应,把淡水从混合溶液分离出来,其间循环利用生产材料,得到纯净淡水。采用本发明的装置及工艺流程相对于现有技术成本更低,规模更大。
Description
技术领域
本发明涉及一种海水淡化***,特别是一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化***。
背景技术
现有的海水淡化的方法主要有以下两种:
(1)蒸馏法
蒸馏法原理。把海水加热使之沸腾蒸发,再把蒸汽冷凝成淡水的过程即为蒸馏法。蒸馏法是最早采用的淡化法,其优点是结构简单、操作容易,所得淡水水质好等。蒸馏法有很多种,如多效蒸发、多级闪蒸、压气蒸馏、膜蒸馏等。
蒸馏法特点。蒸馏法是一种较早应用的海水淡化法,虽然是一种古老的方法,但由于不断的改进技术等问题,此法至今仍在被广泛应用。
(2)反渗透海水淡化***
反渗透海水淡化***的技术关键在于合理的设计预处理***、选用合适的高压泵和能量回收装置,反渗透中的压力是由高压泵提供的,一般在5.0-6.0MPa,整个***的能量消耗也在此,因此,高压泵的选择十分重要,泵主要分为两大类:叶片式泵和容积式泵,叶片式泵一般用高速泵和多级离心泵,容积式泵用的是往复泵,叶片式泵的流量比较大些,适合用在处理的量大些,不适合用在如船上,海岛等小型海水淡化机上,此时一般用容积式往复泵,但叶片式泵和容积式泵的运行曲线是不同的,叶片式泵的压力有极值,零流量时最大,压力随着流量的增大而降低,容积式泵在转速固定时,流量不变,压力随着外界管路阻力的增大而增大。
国外海水淡化工程起步早,目前已向大型化、规模化方向发展。全球每日淡化水产量达 4970 万吨,其中80%进入自来水的市政管网,尤其在中东等缺水严重的地区,美国、新加坡等国的海水淡化利用率也非常高,而我国日产能仅约为67万吨,相比国外而言仍存在着较大的差距。近年来我国主要应用的反渗透海水淡化技术虽然对海水利用起到了一定的作用,但仍存在着如下问题:①技术和设备与国外有差距,难以参与全球化的市场竞争。我国海水淡化产业虽在政策和技术上取得了重大突破,但一些核心技术和设备还依赖进口,海水淡化行业仍处于规模小、发展慢、成本高、推广难的阶段,离商业化应用还有很长的一段路要走。②价格偏高。比如在天津,居民自来水水价4元/吨,工业为7元/吨,而淡化海水为8元/吨。这也成为了我国海水淡化产业的一个瓶颈。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于解决现有的海水淡化***规模小,制得的饮用水成本高的问题。
发明内容:本发明提供以下技术方案:一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化***,依次连接海水存放池、高浓度溶液池和电解池;自来水处理厂分别与高浓度溶液池和电解池连接;沉淀溶解池分别与高浓度溶液池和电解池连接;海水存放池和高浓度溶液池之间设有半透膜。
一种权利要求1所述装置的工艺流程,包括以下步骤:
1)从自来水处理厂向高浓度溶液池中引入淡水,并从沉淀溶解池中向高浓度溶液池中引入CaCl2溶液使之饱和;
2)海水存放池中浓度较低的海水中的淡水自动透过半透膜流向浓度较高的CaCl2溶液,产生水头差,将浓度差中蕴含的渗透压能转化为水的重力势能,水流带动水轮机转动发电并进入电解池;
3)电解池中电解装置电解溶液CaCl2,在阳极产生Cl2,运到自来水处理厂,在阴极产生H2,作为清洁能源进行收集;
4)向电解池中通入CO2使Ca2+沉淀形成CaCO3,得到淡水,并将淡水输回自来水处理厂;
5)将CaCO3输送到沉淀溶解池中,并在沉淀溶解池中加入HCl生成CaCl2,得到的CaCl2重新灌入高浓度溶液池,生成的CO2重新引到电解池。
作为优化,所述高浓度溶液池和电解池之间设有水轮发电机。
作为优化,所述电解池中设有电解装置。
工作原理:通过海水入池闸门引入海水到海水存放池,通过淡水入池闸门从自来水处理厂向高浓度溶液池中引入淡水,并从沉淀溶解池中向高浓度溶液池中引入CaCl2溶液使之饱和,其浓度高于海水;利用渗透原理,浓度较低的海水中的水会自动透过半透膜流向浓度较高的CaCl2溶液,产生水头差,将浓度差中蕴含的渗透压能转化为水的重力势能。水头差达到一定程度时,水流带动水轮机转动发电并进入电解池。在电解池中存在电解装置,其阳极和阴极均为惰性电极。电解溶液CaCl2,发生如下反应,在阳极发生反应,产生Cl2,由于Cl2可用于自来水厂中水的消毒,所以将其通过氯气通道运到自来水处理厂;在阴极发生反应,产生H2,产生的H2可通过氢气管道作为清洁能源进行收集。此时电解池中存在电解产物Ca(OH)2,为沉淀掉Ca2+,通过CO2入口向电解池中通入CO2使Ca2+沉淀形成CaCO3,得到淡水。打开淡水出池闸门,将淡水输回自来水处理厂。最后将CaCO3运到沉淀溶解池中,通过HCl入口往沉淀溶解池中加入HCl生成CaCl2,得到的CaCl2重新灌入高浓度溶液池实现Ca2+循环利用,生成的CO2重新引到CO2入口实现CO2的循环利用。
有益效果:本发明与现有技术相比:采用本发明提供的装置及生产工艺,能够循环的利用工艺流程中用到的材料,并且能够通过水流差带动发电机发电,提供部分的自主供电,节省了成本,并且由于水的重力势能越大,发电量越大,而其中采用材料多为化学用品,量基本维持不变,所以可以进行大规模生产而成本不增加。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如附图1所示一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化***,由海水存放池1、高浓度溶液池2、电解池3、自来水处理厂4、沉淀溶解池5、海水入池闸门6、淡水入池闸门7、CaCl2入池闸门8、半透膜9、水轮发电机10、电解装置11、阳极12、阴极13、氯气管道14、氢气管道15、CO2入口16、淡水出池闸门17、CaCO3进出口18和HCl入口19组成。海水存放池1、高浓度溶液池2和电解池3依次连接;自来水处理厂4分别与高浓度溶液池2和电解池3连接;沉淀溶解池5分别与高浓度溶液池2和电解池3连接;海水存放池1和高浓度溶液池2之间设有半透膜9。高浓度溶液池2和电解池3之间设有水轮发电机10。电解池3中设有电解装置11。
通过海水入池闸门6引入海水到海水存放池1,通过淡水入池闸门7从自来水处理厂4向高浓度溶液池2中引入淡水,并从沉淀溶解池5中向高浓度溶液池2中引入CaCl2溶液使之饱和,其浓度高于海水;利用渗透原理,浓度较低的海水中的水会自动透过半透膜9流向浓度较高的CaCl2溶液,产生水头差,将浓度差中蕴含的渗透压能转化为水的重力势能。水头差达到一定程度时,启动发电机10,水流带动水轮机转动发电并进入电解池3。在电解池3中存在电解装置11,其阳极12和阴极13均为惰性电极。电解溶液CaCl2,在阳极12产生Cl2,由于Cl2可用于自来水厂中水的消毒,所以将其通过氯气通道14运到自来水处理厂4;在阴极13产生H2,产生的H2可通过氢气管道15作为清洁能源进行收集。此时电解池中存在电解产物Ca(OH)2,为沉淀掉Ca2+,通过CO2入口16向电解池中通入CO2使Ca2+沉淀形成CaCO3,得到淡水。打开淡水出池闸门17,将淡水输回自来水处理厂4。最后将CaCO3运到沉淀溶解池5中,通过HCl入口19往沉淀溶解池5中加入HCl生成CaCl2,得到的CaCl2重新灌入高浓度溶液池2实现Ca2+循环利用,生成的CO2重新引到CO2入口实现CO2的循环利用。
以日产15000吨的海水淡化工程为例。半透膜的使用寿命以3年计,工程的折旧年限以15年计,银行贷款的还款年限以15年、年利率以6%计,本***的年利用率以95%计算,海水淡化成本的各项费用分别为:
(1) 使用中化学药品消耗费用:15000吨/天的本***的化学药品加入量为:盐酸0.2元/kg,淡化一吨水需6.4kg盐酸,故化学药品消耗总费用为1.28元。
(2)电力消耗费用:本***的闸门平均日电力消耗定为4kWh,抽水平均日电力消耗为2kWh,加上引水和其他附属设置及照明等的费用,淡化一吨淡水的总电力消耗为6.5kWh。另外,估计本***中的发电机的日平均发电功率为10000kWh,每吨水最终消耗5.8 kWh。每度电价以0.3元计,海水反渗透的吨水电力成本为1.74元。另外,电解的电耗主要靠该***中的发电自供。
(3)职工工资和福利费用:整个***每班设3人操作。人员的配备采用三班9人制,人均年工资20000元,每吨淡化水的劳动力费用为:0.034元。福利费用取为工资额的15%,每吨淡水的福利费用为0.005元。职工工资福利费用为0.04元/吨。
(4)大修及检修维护费用:本***的年大修及检修维护费用定为其固定资产原值的1.5%,则每吨淡化水的维修费用为0.23元。
(5) 管理费:管理费取为劳动力费用的20%,每吨淡化水的管理费用为0.008元。
(6)膜更换费用:海水反渗透膜寿命以3年计,膜的更换费用为0.923元。
(7)固定资产折旧费用:固定资产的折旧年限为15年,固定资产残值为4%,固定资产原值为8000万元(含初期氯化钙投入的成本),每吨淡水的固定资产折旧费用为0.97元。
综上,本***的单位造水成本: 1.28+1.74+0.04+0.23+0.008+0.923+0.97=5.12元/吨。
Claims (4)
1.一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化***,其特征在于:依次连接海水存放池、高浓度溶液池和电解池;自来水处理厂分别与高浓度溶液池和电解池连接;沉淀溶解池分别与高浓度溶液池和电解池连接;海水存放池和高浓度溶液池之间设有半透膜。
2.根据权利要求1所述的基于浓度差的介质可循环的海水淡化***,其特征在于:所述高浓度溶液池和电解池之间设有水轮发电机。
3.根据权利要求1所述的基于浓度差的介质可循环的海水淡化***,其特征在于:所述电解池中设有电解装置。
4.一种权利要求1所述装置的工艺流程,其特征在于:包括以下步骤:
1)从自来水处理厂向高浓度溶液池中引入淡水,并从沉淀溶解池中向高浓度溶液池中引入CaCl2溶液使之饱和;
2)海水存放池中浓度较低的海水中的淡水自动透过半透膜流向浓度较高的CaCl2溶液,产生水头差,将浓度差中蕴含的渗透压能转化为水的重力势能,水流带动水轮机转动发电并进入电解池;
3)电解池中电解装置电解溶液CaCl2,在阳极产生Cl2,运到自来水处理厂,在阴极产生H2,作为清洁能源进行收集;
4)向电解池中通入CO2使Ca2+沉淀形成CaCO3,得到淡水,并将淡水输回自来水处理厂;
5)将CaCO3输送到沉淀溶解池中,并在沉淀溶解池中加入HCl生成CaCl2,得到的CaCl2重新灌入高浓度溶液池,生成的CO2重新引到电解池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410010410.4A CN103787464B (zh) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | 一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化*** |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410010410.4A CN103787464B (zh) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | 一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化*** |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103787464A true CN103787464A (zh) | 2014-05-14 |
CN103787464B CN103787464B (zh) | 2015-04-08 |
Family
ID=50663590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410010410.4A Expired - Fee Related CN103787464B (zh) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | 一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化*** |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103787464B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI593870B (zh) * | 2015-02-04 | 2017-08-01 | 三菱重工環境 化學工程股份有限公司 | 排熱回收裝置、發電系統、及排熱回收方法 |
CN109052855A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-21 | 张艳平 | 一种新式的多层杀菌充氧式污水处理装置 |
JP2021115569A (ja) * | 2020-01-22 | 2021-08-10 | 健司 反町 | 二酸化炭素固定装置および二酸化炭素固定方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2533233A1 (fr) * | 1982-09-17 | 1984-03-23 | Perrier Materiel | Procede de recuperation de metaux a partir de solutions diluees de leurs sels et disposif pour sa mise en oeuvre |
CN101665869A (zh) * | 2009-08-31 | 2010-03-10 | 厦门世达膜科技有限公司 | 一种湿法冶金中金属溶液高倍浓缩方法 |
CN102010089A (zh) * | 2009-09-07 | 2011-04-13 | 株式会社东芝 | 淡水化*** |
CN102674605A (zh) * | 2011-03-07 | 2012-09-19 | 株式会社日立制作所 | 淡水制造*** |
WO2012133661A1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | 東レ株式会社 | 濃度差発電装置とその運転方法 |
CN102781557A (zh) * | 2009-12-11 | 2012-11-14 | 水合***有限责任公司 | 渗透水传输***和相关方法 |
WO2012161663A1 (en) * | 2011-05-25 | 2012-11-29 | Nanyang Technological University | A power generating device, and a method of generating power by forward osmosis |
WO2013126895A1 (en) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | Hydration Systems, Llc | Forward osmosis with an organic osmolyte for cooling towers |
CN103288252A (zh) * | 2013-06-24 | 2013-09-11 | 北京赛科康仑环保科技有限公司 | 一种高产水率的废水脱盐工艺及装置 |
-
2014
- 2014-01-10 CN CN201410010410.4A patent/CN103787464B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2533233A1 (fr) * | 1982-09-17 | 1984-03-23 | Perrier Materiel | Procede de recuperation de metaux a partir de solutions diluees de leurs sels et disposif pour sa mise en oeuvre |
CN101665869A (zh) * | 2009-08-31 | 2010-03-10 | 厦门世达膜科技有限公司 | 一种湿法冶金中金属溶液高倍浓缩方法 |
CN102010089A (zh) * | 2009-09-07 | 2011-04-13 | 株式会社东芝 | 淡水化*** |
CN102781557A (zh) * | 2009-12-11 | 2012-11-14 | 水合***有限责任公司 | 渗透水传输***和相关方法 |
CN102674605A (zh) * | 2011-03-07 | 2012-09-19 | 株式会社日立制作所 | 淡水制造*** |
WO2012133661A1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | 東レ株式会社 | 濃度差発電装置とその運転方法 |
WO2012161663A1 (en) * | 2011-05-25 | 2012-11-29 | Nanyang Technological University | A power generating device, and a method of generating power by forward osmosis |
WO2013126895A1 (en) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | Hydration Systems, Llc | Forward osmosis with an organic osmolyte for cooling towers |
CN103288252A (zh) * | 2013-06-24 | 2013-09-11 | 北京赛科康仑环保科技有限公司 | 一种高产水率的废水脱盐工艺及装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
佘乾洪: "正渗透膜分离技术及其在水处理中的应用与研究", 《环境科学与技术》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI593870B (zh) * | 2015-02-04 | 2017-08-01 | 三菱重工環境 化學工程股份有限公司 | 排熱回收裝置、發電系統、及排熱回收方法 |
CN109052855A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-21 | 张艳平 | 一种新式的多层杀菌充氧式污水处理装置 |
JP2021115569A (ja) * | 2020-01-22 | 2021-08-10 | 健司 反町 | 二酸化炭素固定装置および二酸化炭素固定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103787464B (zh) | 2015-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Park et al. | Towards a low-energy seawater reverse osmosis desalination plant: A review and theoretical analysis for future directions | |
Panagopoulos | Water-energy nexus: desalination technologies and renewable energy sources | |
Panagopoulos | Techno-economic evaluation of a solar multi‐effect distillation/thermal vapor compression hybrid system for brine treatment and salt recovery | |
Bennett | 50th Anniversary: Desalination: 50 years of progress | |
Sobhani et al. | Energy footprint analysis of brackish groundwater desalination with zero liquid discharge in inland areas of the Arabian Peninsula | |
Ahdab et al. | Desalination of brackish groundwater to improve water quality and water supply | |
CN103787464B (zh) | 一种基于浓度差的介质可循环的海水淡化*** | |
Chen et al. | Sustainable disposal of seawater brine by novel hybrid electrodialysis system: Fine utilization of mixed salts | |
Ophek et al. | Reducing the specific energy consumption of 1st-pass SWRO by application of high-flux membranes fed with high-pH, decarbonated seawater | |
Sajna et al. | Integrated seawater hub: A nexus of sustainable water, energy, and resource generation | |
Al Bloushi et al. | Environmental impact and technoeconomic analysis of hybrid MSF/RO desalination: the case study of Al Taweelah A2 plant | |
Topaloglu et al. | Novel technological solutions for eco-protective water supply by economical and sustainable seawater desalination | |
Harby et al. | Reverse osmosis hybridization with other desalination techniques: An overview and opportunities | |
Sarp et al. | Thermodynamic optimization of Multistage Pressure Retarded Osmosis (MPRO) with variable feed pressures for hypersaline solutions | |
CN206592241U (zh) | 一种海洋盐差能综合利用*** | |
CN105753104A (zh) | 一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的***及其工艺 | |
Elazab et al. | A comprehensive review on hybridization in sustainable desalination systems | |
CN107265793A (zh) | 一种新型的电镀园区废水零排放处理装置及工艺 | |
CN106800351A (zh) | 全膜法海水淡化及浓盐水综合利用*** | |
CN103319041A (zh) | 海水淡化及浓盐水利用的综合装置 | |
Gadalla et al. | A novel renewable energy powered zero liquid discharge scheme for RO desalination applications | |
CN202440382U (zh) | 一种超高回收率的海水淡化处理*** | |
CN112709678B (zh) | 通过增压渗透和协同效应产生大型可再生能源的方法和装置 | |
CN207498206U (zh) | 一种电镀废水零排放处理*** | |
Ncube et al. | Sea water reverse osmosis desalination: Energy and economic analysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150408 Termination date: 20180110 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |