[发明专利]涉及形成双极性层的水纯化方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于水纯化处理的方法和装置。在通过淡化海水来提供 饮用水的处理中，为了减少能源消耗而做出了本发明。

背景技术

在世界上许多地方，满足饮用水需求的惟一办法是海水淡化，而没 有其他可行的水源。然而不幸的是，已知的淡化技术消耗大量能源，加 剧了世界能源消耗问题。

已知有两种主要的淡化技术。第一种为蒸馏，其中将供给的盐水加 热形成蒸汽，然后冷凝提供具有所需水质的水。通常，每使用100加仑 的海水，将制得15～50加仑的淡水，残余的盐水废液比原始的海水含有 较多的溶解固体。这些废盐水被排回到大海中。

在淡化中使用的另一种主要技术是反渗透，其中将进入的海水供应 至半透膜的一侧并施以高压。盐分子不能穿过所述膜，但水可以，因此 来自于海水的在所述膜的另一侧的水是可以使用的产品。

不言而喻，蒸馏作为一种淡化技术，其能源消耗大，而使反渗透技 术发挥作用所要求的压力也是如此之高，使得该技术也具有高的能源消 耗。因此，本发明的一个目的是提供一种能源消耗更低的水纯化(例如 淡化)方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，我们提供了一种水处理方法，以便由含有 溶解物质的给水提供相对纯化的水。所述方法包括：建立电场，导致在 所述给水中形成水分子的水化层，以及从所述水化层中抽取水。

优选的是，所述方法包括：将所述给水供应至至少一个处理表面； 在所述表面附近建立电场，导致形成水化层；以及从所述表面附近抽取 所述水化层。

本发明还提供水处理装置，以便由含有溶解物质的给水提供相对纯 化的水。所述装置包括：在所述给水中建立电场导致在其中形成水化层 的单元，和从所述水化层中抽取水的单元。

可以存在的单元有：将所述给水输送至至少一个处理表面的单元； 在所述处理表面附近建立电场的单元；以及从所述表面附近抽取水化层 水的单元。

本发明利用了以下原理，即，当在例如邻近带有电荷的表面，水分 子受到电场作用时，水分子根据所述电场对其自身进行取向排列，并且 作为极性分子的水分子间的氢键网络结构发生变化。围绕带电粒子形成 水化壳，其中包括取向的水分子薄层。以分子计的所述层的厚度取决于 电荷量级。在所述水化层中，水分子将其他分子和离子排斥在外。因此， 虽然所述水化层很薄，仅仅具有数个分子的厚度(所述厚度取决于所述表 面处的电场强度)，但在所述水化层中的水基本上为纯水，可以将其抽取 进行使用，而与所述水化层不存在时相比，在所述抽取中所消耗的能源 要低得多。虽然建立电场会消耗一些能源，但总体效果是能源消耗减少。

在所述处理表面或其附近建立了电场的所述处理表面或表面可包括 半透膜，通过向所述给水施压来形成透过所述膜的所述水化层水的渗透 流，从而从其附近的所述水化层中抽取水。

然后，在所述膜的另一侧，来自所述给水并穿过所述膜的水基本上 被纯化，例如被淡化。

当通过渗透从所述水化壳抽取水时，形成这种渗透所需的压力显著 小于通过反渗透进行传统淡化所需的压力。因此，在所述淡化过程中， 可以大大降低所需的能源消耗。

可以通过向所述处理表面或者与所述表面相邻的电极上施加电荷， 从而在所述处理表面建立电场。可以以方波信号施加所述电荷，所述方 波信号包括被(零信号)间隔隔开的方形脉冲。

在所述表面附近采用如此波形建立电场的优势在于，在所述脉冲期 间能快速施加所述电场，并形成所述水化层(需要短而有限的时间)。在脉 冲之间的间隔期间，所述水化层得以释放并能在压力下穿过所述膜。

作为通过使所述水化层穿过所述膜而对其进行抽取的替代性方案，可 以以如下方式抽取水，即，在相对于所述给水可移动的元件上提供所述至 少一个处理表面，将带有所述水化层水的所述元件的至少一部分从所述给 水中抽出至一定位置，在所述位置可以将所述水化层水从所述元件上移去。

所述元件可以是可旋转的，并具有浸入在所述给水中的外周部分和 延伸至所述给水上方的部分，因此通过所述元件的旋转，所述水化层水 能被提升到所述给水上方的位置，在所述位置可以从所述元件上抽取所 述水化层水。