[发明专利]海水淡化系统

说明书

技术领域

总体而言，本发明涉及盐水淡化领域，更具体而言，涉及用于从海水分离盐的电化学方法。该方法也关系到盐水增浓和制盐领域。

背景技术

地球表面上适合人口和工业直接消费的水不到百分之一。大多数地表淡水由河流和湖泊提供。不具有靠近此类河流和湖泊的地理优势的许多地方遭受着淡水的稀缺。虽然通过长管道从湖泊和河流输送淡水以及抽取地下淡水是一直流行的解决方案，但随着时间的推移，此类资源正变得越来越少。

水的盐度常常由溶解的盐的总溶解固体(“TDS”)数表示，单位mg／L。海水的盐度在33,000和37,000mg／L之间变化，并接受平均35,000mg／L作为海水的TDS数。具有大于2,000-3,000TDS的水通常被认为太咸而不能饮用。微咸水不具有严格的定义，并且取决于其位置，其盐度可为2，000和35,000TDS之间。盐度在500和1,000TDS的范围内的水被认为是可饮用的，但常具有强烈的味道。世界上大多数公共供水保持淡水500以下的TDS数。

海水含有许多种类的盐。平均起来，在海水中的35,000mg／L TDS中，氯化钠占30,000mg／L，其余的5,000mg／L主要为钙、钾、镁和硫酸根离子。

通过淡化微咸水和海水来获得淡水是一个古老的做法。热蒸馏是商业基础上用来淡化海水的最早方法，改进的蒸馏方法在今天被继续使用着。该方法涉及蒸馏盐水和冷凝水蒸汽以获得淡水。虽然用蒸馏可获得很高纯度的淡水，例如25TDS以下，但由于水的蒸发比热和潜热大，故其仍是能量密集型方法。因此在可得到大量废热的地方如电厂附近、在出于自然原因而淡水稀缺的地方如干旱的沿海地区(如波斯湾)或在可非常廉价地得到能量的地方如中东，其将是商业上可行的。

热蒸馏中的现代技术包括多级闪蒸(“MSF”)和多效蒸馏(“MED”)。因为来自水蒸汽冷凝的热必须被再利用以使得蒸馏方法成本有效，故在这样的方法中，热-机械布置要求很高。另外，由于热开支，故仅非常大的蒸馏装置才获得良好的能量效率。一般来说，在大装置中，能量消耗达到5-9kWh／m³。

反向渗透(“RO”)方法使用半透膜和150至1200psi的驱动液压力来从微咸水或海水移除溶解的固体。在高压下，水分子移动通过所述膜，而盐离子在低若干数量级的速率下通过所述膜。因此，通过RO方法，大部分溶解盐被移除。通常，越高的盐度要求越高的淡化压力，并且常常采用多个压力阶段来驱使水通过RO膜。RO仍是能量密集型方法，通常，使用RO方法淡化海水需要3-10kWh／m³的能量。另外，除非进水被仔细地预先处理过，否则因为大量的水流经所述膜，故进水中的微粒和其它杂质可能堵塞和污染所述膜。伴随RO方法的其它问题包括其高的安装和基建费用。此外，由于RO膜的前侧上高的驱动压力及相应的低背压，故在RO方法过程中超过70％的进水进入废物流的情况并不少见。

在现代淡化技术中，已采用电化学方法。一种这样的电化学方法为电渗析(“ED”)，其为电压驱动的膜过程。使用电势来使盐移动通过膜，而留下淡水作为产物。ED利用了溶解在水中的大多数盐为离子并且或带正电荷或带负电荷的事实。因为同性电荷互相排斥、异性电荷互相吸引，故离子将朝向具有相反电荷的电极迁移。可构建合适的膜以允许正离子或负离子的选择性通过。在盐溶液中，溶解的离子如带正电荷的钠和带负电荷的氯将通过允许阳离子或阴离子而非二者通过的选定膜迁移向相反的电极。在ED方法过程中，水槽的盐含量变稀，同时在电极处形成浓溶液。在ED单元中，膜常常以交替样式布置，在阴离子选择性膜后跟着阳离子选择性膜。浓溶液和稀溶液在交替的膜之间的空间中产生，由两个膜约束的空间被称为电池。典型的ED装置包括数百个与电极约束在一起的电池，并被称为堆叠体。进水同时通过所有电池以从堆叠体提供连续的淡化水流和稳定的浓缩物(盐水)流。