一种海水淡化装置

摘要

本发明公开一种海水淡化装置，包括蓄水池、第一过滤单元、贮水单元、第二过滤单元依次连通，第一过滤单元的前端部与排污管连通，排污管的出水口低于第二过滤单元的出水口，第一过滤单元的前端部为第一过滤单元有效过滤部位以前的部位，；第一过滤单元为填充有过滤滤料的第一管道，在第一管道的上部有护球套管，在第一管道的外部有第二管道，第二管道分别与护球套管的底部和第一管道连接；过滤滤料为沸石、凹凸棒石粉、硅藻土和聚合氯化铝或氯化铁的混合物。相对于现有技术，本发明无需常规的能源就可以自动完成过滤以及对第一过滤单元的反冲洗，可以节约能源。

权利要求

1.一种海水淡化装置，其特征在于，包括蓄水池、第一过滤单元、贮水单元、第二过滤单元和排污管，所述蓄水池、第一过滤单元、贮水单元、第二过滤单元依次连通，所述第一过滤单元的前端部与排污管连通，所述排污管的出水口低于所述第二过滤单元的出水口，所述排污管有弯部，所述贮水单元的底部高于所述第二过滤单元的出水口，所述蓄水池处于海水淡化装置的最高处，所述第一过滤单元的前端部为第一过滤单元有效过滤部位以前的部位，所述排污管的弯部高于贮水单元的底部并且高于贮水单元与第二过滤单元的连通部的最高部位；

所述第一过滤单元为填充有过滤滤料的第一管道，在所述第一管道的上部有一个护球套管，所述护球套管的侧面或者顶面中的至少一个面上开有孔，所述护球套管内有浮球，所述浮球不能通过所述孔，在所述第一管道的外部有第二管道，所述第二管道分别与所述护球套管的底部和所述第一管道连接，所述浮球不能通过第二管道与护球套管的底部连接处；

所述过滤滤料为沸石、凹凸棒石粉、硅藻土和聚合氯化铝的混合物，或为沸石、凹凸棒石粉、硅藻土和氯化铁的混合物。

2.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述蓄水池与第一过滤单元之间有阀门。

3.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述沸石的粒径为104～840微米。

4.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述沸石、凹凸棒石粉和硅藻土的重量比为18～22∶18～22∶9～11。

5.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第一过滤单元分为两段或者两段以上，所述第一过滤单元的各段中均填充有过滤滤料；对于每两段，靠近第一过滤单元前端部的一段为前一段，另一段为后一段，前一段中的过滤滤料的粒径大于后一段中的过滤滤料的粒径。

6.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第一过滤单元分为三段，从第一过滤单元的前端部起分别为第一段、第二段和第三段，所述第一段、第二段和第三段中均填充有过滤滤料，所述过滤滤料的粒径分别为：420～840微米、150～178微米和104～

124微米。

7.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述护球套管为倒圆锥形。

8.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述浮球为空心橡胶球或者塑料球。

9.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述贮水单元与装有絮凝剂的装置连通。

10.根据权利要求9所述的海水淡化装置，其特征在于，所述絮凝剂为三氯化铁。

11.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述贮水单元至所述第二过滤单元的出水口之间有增压泵。

12.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第二过滤单元分为两段或者两段以上，所述第二过滤单元的各段中均填充有过滤滤料；对于每两段，靠近第二过滤单元前端部的一段为前一段，另一段为后一段，前一段中的过滤滤料的粒径大于后一段中的过滤滤料的粒径。

说明书

一种海水淡化装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海水淡化装置。

背景技术

[0002] 随着社会的发展，工业污水以及生活污水的排放、人口数量的增加，相对于日益增长的淡水需求，地球上可为人类利用的淡水资源呈减少趋势。在全球的水储量中，淡水仅占2.53％，咸水占97.47％，而咸水中绝大部分为海水，因此海水淡化成为解决淡水缺乏的一个重要途径。

[0003] 目前，海水淡化尤其在中东地区和一些岛屿地区发挥重要作用。例如，以色列70％的饮用水源来自于海水淡化水，2005年日产海水淡化水量达73.8万立方米；阿联酋饮用水主要依赖海水淡化水，2003年日产海水淡化水量达546.6万立方米；意大利西西里岛，2005年日产海水淡化水量为13.5万立方米，约占岛上全部可饮用水源的15％～20％。截止到2003年12月，全球已有130多个国家应用海水淡化技术，海水淡化日产水量约3775万立方米。其中，80％用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题，即世界上1/50的人口靠海水淡化提供饮用水。

[0004] 然而，海水淡化的成本较高，世界自然基金会全球淡水计划负责人杰米·彼托指出：“海水淡化是一种价格昂贵的、耗能的，会造成加剧温室效应的制水方式。”目前，海水淡化三大主流技术为多级闪蒸(MSF)、低温多效(MED)和反渗透(RO)，虽然在降低成本方面取得了较大的成效，但是仍然相对较高。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种海水淡化装置，能够实现自动海水淡化。

[0006] 为了实现以上的发明目的，本发明提供以下的技术方案：

[0007] 一种海水淡化装置，包括蓄水池、第一过滤单元、贮水单元、第二过滤单元和排污管，所述蓄水池、第一过滤单元、贮水单元、第二过滤单元依次连通，所述第一过滤单元的前端部与排污管连通，所述排污管的出水口低于所述第二过滤单元的出水口，所述排污管有弯部，所述贮水单元的底部高于所述第二过滤单元的出水口，所述蓄水池处于海水淡化装置的最高处，所述第一过滤单元的前端部为第一过滤单元有效过滤部位以前的部位，所述排污管的弯部高于贮水单元的底部并且高于贮水单元与第二过滤单元的连通部的最高部位；

[0008] 所述第一过滤单元为填充有过滤滤料的第一管道，在所述第一管道的上部有一个护球套管，所述护球套管的侧面或者顶面中的至少一个面上开有孔，所述护球套管内有浮球，所述浮球不能通过所述孔，在所述第一管道的外部有第二管道，所述第二管道分别与所述护球套管的底部和所述第一管道连接，所述浮球不能通过第二管道与护球套管的底部连接处；

[0009] 所述过滤滤料为沸石、凹凸棒石粉、硅藻土和聚合氯化铝的混合物，或为沸石、凹凸棒石粉、硅藻土和氯化铁的混合物。

[0010] 优选地，所述蓄水池与第一过滤单元之间有阀门。

[0011] 优选地，所述沸石的粒径为104～840微米。

[0012] 优选地，所述沸石、凹凸棒石粉和硅藻土的重量比为18～22∶18～22∶9～11。

[0013] 优选地，所述第一过滤单元分为两段或者两段以上，所述第一过滤单元的各段中均填充有过滤滤料；对于每两段，靠近第一过滤单元前端部的一段为前一段，另一段为后一段，前一段中的过滤滤料的粒径大于后一段中的过滤滤料的粒径。

[0014] 优选地，所述第一过滤单元分为三段，从第一过滤单元的前端部起分别为第一段、第二段和第三段，所述第一段、第二段和第三段中均填充有过滤滤料，所述过滤滤料的粒径分别为：420～840微米、150～178微米和104～124微米。

[0015] 优选地，所述护球套管为倒圆锥形。

[0016] 优选地，所述浮球为空心橡胶球或者塑料球。

[0017] 优选地，所述贮水单元与装有絮凝剂的装置连通。

[0018] 优选地，所述絮凝剂为三氯化铁。

[0019] 优选地，所述贮水单元至所述第二过滤单元的出水口之间有增压泵。

[0020] 优选地，所述第二过滤单元分为两段或者两段以上，所述第二过滤单元的各段中均填充有过滤滤料；对于每两段，靠近第二过滤单元前端部的一段为前一段，另一段为后一段，前一段中的过滤滤料的粒径大于后一段中的过滤滤料的粒径。

[0021] 本发明提供的海水淡化装置，排污管的管口低于第二过滤单元的出水口，并且设置有贮水单元，在第一过滤单元的过滤阻力达到一定的程度时，从蓄水池来的海水仍旧以同样的速度进入第一过滤单元，在第一过滤单元中的海水水位将会上升，当第一过滤单元中的海水水位高过排污管的弯部时则发生虹吸作用，从贮水单元来的水将会对第一过滤单元中进行反冲洗，达到对第一过滤单元进行反向清洗的作用，使得第一过滤单元的过滤阻力大大减少，在贮水单元中的水用完之后，则从蓄水池来的水重新通过第一过滤单元，进行过滤。相对于现有技术，本发明无需常规的能源就可以自动完成过滤以及对第一过滤单元的反冲洗，可以节约能源。

附图说明

[0022] 图1是本发明所提供海水淡化装置的一种具体实施方式的示意图。

[0023] 图2是第一过滤单元的一种实施方式的示意图。

[0024] 图3是图2所示第一过滤单元上方的护球套管的结构示意图。

[0025] 附图中各标号为：1——蓄水池，2——第一过滤单元，3——贮水单元，4——第二过滤单元，5——排污管，201——第一过滤单元的第一段，202——第一过滤单元的第二段，203——第一过滤单元的第三段，301——第一管道，302——第二管道，303——护球套管，
304——浮球。

具体实施方式

[0026] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0027] 请参见图1，图1是本发明所提供海水淡化装置的一种具体实施方式的示意图。

[0028] 此海水淡化装置，包括蓄水池1、第一过滤单元2、贮水单元3、第二过滤单元4和排污管5，所述蓄水池1、第一过滤单元2、贮水单元3、第二过滤单元4依次连通，所述第一过滤单元1的前端部与排污管5连通，所述排污管5的出水口低于所述第二过滤单元4的出水口，所述排污管5有弯部，所述贮水单元3的底部高于所述第二过滤单元4的出水口，所述蓄水池1处于海水淡化装置的最高处，所述第一过滤单元2的前端部为第一过滤单元有效过滤部位以前的部位，所述排污管5的弯部高于贮水单元4的底部并且高于贮水单元3与第二过滤单元4的连通部的最高部位。

[0029] 第一过滤单元2的主要作用是过滤海水中的未被溶解的杂质。海水是一个处于热力学不稳定状态的多相体系，含有大量的悬浮物和胶体物质，近岸海水混浊，有泥沙、海藻及各种海生动植物、细菌等多种污物，还包括各种颗粒物，无论其组成如何，表面均带有负电荷，且表面电性均匀一致，处于分散的稳定态。在第一过滤单元2中可以填充过滤滤料，过滤滤料可以选择吸附性强的物质，例如沸石、凹凸棒石粉、硅藻土和聚合氯化铝的混合物，也可以是沸石、凹凸棒石粉、硅藻土和聚合氯化铝的混合物，沸石的粒径选择为104～840微米，更优选地，沸石、凹凸棒石粉和硅藻土的重量比为18～22∶18～22∶9～11。
这些滤料表面带有较多的羟基吸附位置，可能带有正电荷而大量吸引水中带负电的颗粒，滤料表面水化后形成的胶体态可以强烈的吸附水中无机离子和分子量较大的有机物，同时可以减少颗粒物粒子的布朗运动，有较强的絮凝沉降作用。第一过滤单元的有效过滤部位指的是，能够截留海水中未被溶解的杂质的部位，一般指的是填充有过滤滤料的部位。当然也可以选用过滤滤网来进行过滤海水，此时有效过滤部位即指过滤滤网存在的部位。

[0030] 第一过滤单元2可以选择只有一级或者一段过滤结构，也可以有分为两段或者两段以上，在各段中均填充有过滤滤料；对于每两段，靠近第一过滤单元前端部的一段为前一段，另一段为后一段。这样的多段过滤方式或者称为多级过滤方式，一方面把过滤压力分散给前段和后段，为设计和加工带来更大的机动性，而且多级过滤的效果要好于只有一级的效果，级数越多过滤效果越好，然而，级数的增多会给过滤效率以及过滤的成本增加，设计人员可以根据出水要求进行设计，一般来讲，第一过滤单元的过滤级数在二级到四级即可，优选使用三级；另一方面前段的过滤压力要大于后段的过滤压力，因此为以后的维修和清洗带来方便，因为在达到清洗阶段的时候，前端的过滤压力大，所以会遭到污染物的严重堵塞，而后段的会减轻许多，这样，清洗的重点可以放在前段上。

[0031] 图2是第一过滤单元的一种实施方式的示意图。如图2所示，第一过滤单元分为三段：第一段201、第二段202、第三段203。分段的顺序是从第一过滤单元的前端部起开始计数的。在第一段201、第二段202、第三段203中均填充有过滤滤料，过滤滤料的粒径分别为：420～840微米、150～178微米和104～124微米。上述粒径对应于不同目数的筛子可以筛选得到。过滤滤料一般选用多种吸附功能的互相搭配的过滤滤料，例如：活性炭、硅藻土、沸石以及竹炭等等。在本实施方式中，选用的沸石、凹凸棒石粉和硅藻土的重量比为2∶2∶1。

[0032] 第一过滤单元可以单独成为一体，也可以设置于海水淡化过程中通过的管道中，与海水淡化管道做成一体。图2中所示为第一过滤单元与海水淡化管道做成一体，第一过滤单元的外形为圆柱形，也可以选择其它形状，例如长方体形，或者具有其它截面形状的立体形状，选择的形状要利于设计、安装、检修、水的流通过滤等。例如如果设计成圆柱形的截面就较好，圆柱形的过滤截面为圆形，不会存在很尖锐的过滤死角，各部分过滤均匀，在圆中心部位的过滤速率和边角处的过滤速率梯度小，过滤均匀，因此第一过滤单元的过滤阻力在下降的过程中会较为均匀，有利于延长第一过滤单元的使用寿命。因为第一过滤单元的正向过滤的时间越长，能够得到的清水也就越多，这正是海水淡化所期望达到的目的，以最小的成本最短的时间得到尽可能多的清水。

[0033] 请参见图2和图3，图3是图2所示第一过滤单元上方的护球套管的结构示意图。图2所示结构和图3所示结构能够拼接在一起。将填充有过滤滤料的第一管道301作为第一过滤单元，在第一管道301的上部有一个护球套管303，此护球套管303的四周及上部采用栅栏制成，并做成圆柱状，在护球套管内有浮球304，浮球304被栅栏约束，只能在护球套管303内部。在第一管道301的外部有第一管道302，第二管道302分别与护球套管303的底部和第一管道301连通，浮球304不能通过第二管道302与护球套管303的底部连通处。

[0034] 在过滤开始之后，从蓄水池1来的海水源源不断地通过护球套管303进入第一过滤单元2，此时浮球304由于海水的冲刷和重力的作用，紧贴在第二管道302与护球套管303的底部连通处。海水不能通过第二管道302，即使有，也只是非常少的一部分。随着过滤的进行，第一过滤单元2中被截留的污物越来越多，滤孔越来越小，滤速越来越慢，而待处理水仍不断进入海水淡化装置，水液面会不断地上升，浮力会托起浮球304，污物也可以通过第二管道302进入第一过滤单元的上方，当水面上升超过排污管5的上弯部时将会发生虹吸作用，污物随着排出。

[0035] 因此，护球套管303做成倒圆锥状有浮球304刚好下降至护球套管303与第二管道302连通的孔处，相当于为浮球304提供了一个运动通道。护球套管303优选的形状是上部大，下部小，不一定是倒圆锥状，也可以是倒棱锥状或者类似于倒棱锥状的形状。护球套管303也可以是圆柱状、厂房体形、棱柱形等规则或者不规则的形状，只要能为浮球304提供运动通道，并且浮球304可以顺利完成上述过程，都是可以的。

[0036] 护球304的材料可以是空心的金属球，也可以是橡胶球、塑料球、木材球等等都是可以的，护球304的整体密度要小于水的密度。优选使用橡胶球和塑料球，尤其是橡胶球，原因在于，橡胶球能够有较大的弹性，可以很好的密封护球套管303与第二管道302的连通部位，然而橡胶球需要有一定的硬度，因为在密封过程中橡胶球需要承受一定水压，不能因为水压太大而将其压入第二管道302中。

[0037] 图1所示贮水单元3为一个圆柱体，贮水单元3也可以设计成长方体、正方体、球体等箱体形状。从第一过滤单元2来的过滤水进入贮水单元3在贮水单元中聚集，水位将会不断地上升，当上升通过贮水单元3和第二过滤单元4的连通管的最高部位时，发生虹吸作用，水不断地进入第二过滤单元4进行过滤处理。当第一过滤单元2的过滤阻力非常大时，并且第一过滤单元2的上方的水位上升超过排污管5的最高弯部时，由于第二过滤单元4的出口高于排污管的出口，此时将发生反虹吸作用，对第一过滤单元2进行反向冲洗以恢复过滤能力，而这些水需要贮水单元3中的水来供给，可以保证反向冲洗的效果。

[0038] 一般来说，贮水单元3需要与装有絮凝剂的装置连通。经过第一过滤单元2过滤的海水如果还没有达到处理的标准，因此往往需要使得贮水单元3与装有絮凝剂的装置连通。絮凝剂的作用是与水中的杂质反应生成沉淀，以利于杂质的去除。絮凝剂优选使用三氯化铁。

[0039] 在贮水单元3和第二过滤单元4的出水口之间可以设置增压泵，增压泵的作用主要是为反冲洗时提供一个反冲压力。在图1所示的海水淡化装置中，当第一过滤单元的过滤阻力达到一定值之后，水位上升，当水位超过排污管5的弯部的最高点之后发生虹吸作用，贮水单元3中的水对第一过滤单元进行冲洗以恢复第一过滤单元的过滤能力。然而，上述冲洗第一过滤单元的过程只能是在过滤单元的阻力值达到无法过滤的时候才这样进行，而在工程实际中，希望能够随时根据出水状况或者实际情况进行反冲洗，因此，可以在贮水单元3和第二过滤单元4的出水口之间可以设置增压泵，当需要反向冲洗第一过滤单元2时，由增压泵提供给管道中的水一个压力，使得其通过排污管5的弯部的最高点，此时反冲洗也即发生，并且可以停止增压泵，相当于只是给反冲洗虹吸的发生提供一个初始动力即可，能源消耗也是很少的，如果需要提高冲洗效率或者称之为提高冲洗的水流速率时，也可以开动增压泵，使得冲洗的动力更加强劲，很好的完成对第一过滤单元的冲洗。

[0040] 在蓄水池1和第一过滤单元2连通的管路上可以设置阀门，阀门的开度最好是可调的。阀门的开度可以调节从蓄水池1来的海水的流速，从蓄水池1进入第一过滤单元2，流速的大小要根据第一过滤单元2的过滤能力来决定，一般来说，在初始阶段，由于第一过滤单元2的过滤阻力小，过滤速度快，因此可以适当的调高阀门的开度。当第一过滤单元2的过滤阻力进入一个平台期以后，阀门的开度可以稍微的下降，以使用第一过滤单元2的过滤速率。另外此阀门的设置还可以有一个优点可以体现在反向自动冲洗发生的过程中，因为在第一过滤单元2的过滤阻力上升到最大值的时候，如果从蓄水池1来的海水的流速较小，那么从第一过滤单元2上方的水位上升到排污管5的弯部的下方的时候，由于排污管有一定的直径，那么第一过滤单元2上方的海水就会由于连通器原理而直接流出排污管，这样的话，虹吸作用就没有发生，因此在此时，工作人员可以适当的开大阀门的开度，使得水位迅速上升以充满排污管的整个弯部，促使虹吸作用的发生，如果虹吸作用发生之后，阀门开度可以调小，甚至也可以关闭。

[0041] 第二过滤单元4的主要作用还是进行脱盐和过滤，以增加过滤效果，达到海水淡化的要求。第二过滤单元4和第一过滤单元2没有本质的区别，只是第二过滤单元的过滤介质需要填充的更加细密，吸附能力需要更强。第二过滤单元也分为两段或者两段以上，所述第二过滤单元的各段中均填充有过滤滤料；对于每两段，靠近第二过滤单元前端部的一段为前一段，另一段为后一段，前一段中的过滤滤料的粒径大于后一段中的过滤滤料的粒径。在图1所示的实施方式中，第二过滤单元分为两段，前段中填充的为石榴子或者石英砂；后段填充的是活性炭，优选使用20～60目的活性炭，对应的粒径范围为250～840微米。海水经过具有三级第一过滤单元、三氯化铁絮凝剂处理的贮水单元、包含石榴子和20～60目活性炭的第二过滤单元的处理后，脱盐率可以大于42％以上。经过具有五级的第二过滤单元后，含盐量24～35g/L(克/升)的海水水源，出水含盐量≤500mg/L(毫克/升)，达到生活饮用水标准。

[0042] 本发明提供的海水淡化装置，排污管的管口低于第二过滤单元的出水口，并且设置有贮水单元，在第一过滤单元的过滤阻力达到一定的程度时，从蓄水池来的海水仍旧以同样的速度进入第一过滤单元，在第一过滤单元中的海水水位将会上升，当第一过滤单元中的海水水位高过排污管的弯部时则发生虹吸作用，从贮水单元来的水将会对第一过滤单元中进行反冲洗，达到对第一过滤单元进行反向清洗的作用，使得第一过滤单元的过滤阻力大大减少，在贮水单元中的水用完之后，则从蓄水池来的水重新通过第一过滤单元，进行过滤。相对于现有技术，本发明无需常规的能源就可以自动完成过滤以及对第一过滤单元的反冲洗，可以节约能源。

[0043] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。