[发明专利]海水淡化系统及海水淡化方法

说明书

技术领域

本发明涉及海水淡化，特别是一种海水淡化系统及海水淡化方法。

背景技术

众所周知，地球71％的表面都被水覆盖，而能供人们生活用的淡水资源仅仅占全部水资源的2.5％，与其相对应的海水含量却占据了97.5％，随着世界人口增长、现代工业的高速发展，对水资源，特别是淡水资源的需求量越来越大。因此，淡水资源匮乏已经成为当今世界面临的非常严峻的全球性问题。

近些年，随着越来越多的国家对水资源匮乏问题的重视，通过海水淡化方法，获得淡水资源也被认为是最佳途径，随之出现的海水淡化的方法也非常之多，主要有反渗透法、电渗析法、蒸馏法、太阳能法、特制膜过滤法等等，而其中被广泛应用且技术发展较成熟的方法有反渗透法、电渗析法以及蒸馏法。

反渗透法实现海水淡化，主要借用装置中的一种半透膜，使得膜两侧产生渗透压，再在盐水一侧施加外界压力，且该压力值要大于渗透压，于是，盐水中一部分水就反渗透到淡水一侧，从而实现分离出淡水的目的。该法应用较早且技术相对成熟，但问题是在淡化过程中，需要很高的外界压力，对配套设施要求较高，设备维修也较麻烦，因此提高了淡化成本。

电渗析法实现海水淡化，其核心组成部分就是离子交换膜，在高强电压的作用下，海水中的阴离子和阳离子分别选择透过交替组合的阴、阳离子交换膜，在不同的收集设备中分别得到淡水和浓缩海水，从而实现海水分离的目的。该法在化工、能源、生物制药等都具有较广泛的应用。但该法的缺点是在淡化海水的过程中，离子交换膜常常会被离子积累导致膜污垢阻塞，必须定期清除，除此之外，由于要施加很强的电压，能耗也较大。

蒸馏法实现海水淡化，是通过蒸馏海水，使海水中淡水汽化，再将水蒸气泠凝获得淡水。该法原理简明，是最早被用于工业生产的方法之一，但是在淡化过程中，由于蒸汽冷凝过程中，蒸汽流失严重，造成淡化效率不高，且需要较大型的蒸馏设备，且结构复杂，设备的后期维护成本也过高。

虽然上述几种方法发展较早，技术发展较成熟，但也存在能耗大、成本高，需要大型配套设备支持且不便移动，不易全球推广等各种缺点。在淡水资源短缺急剧严重的今天，寻找一个新型低能耗、成本低、便携式、使用寿命长、易于市场推广的海水淡化装置迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是针对现有海水淡化方法存在的诸多缺点，提供一种具有制作成本低、太阳能利用率高、低能耗、便于携带、寿命长等诸多优点的海水淡化系统及海水淡化方法。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种海水淡化系统，其包括直流电流源、金属导线、电极、若干个由玻璃片与PDMS芯片构成的微流控芯片，进液管、注射泵以及连接微流控芯片的淡水出液管、浓缩海水出液管与缓冲通道的俩输液管；直流电流源通过金属导线连接微流控芯片的各微通道端口位置的电极；淡水出液管、浓缩海水出液管分别连接各自的收集槽。

所述各微流控芯片彼此并联设置，由同一个进水口和两个出水口构成，所述两个出水口，其中一个是淡水出口连接淡水出液管，另一个是浓缩海水出口连接浓缩海水出液管。

所述微流控芯片包括一外接注射泵的与进液管连接的通道，此通道连接一进水微通道，进水微通道的端口处设有金属电极，进水微通道的后部形成的浓缩海水出口微通道以及与淡水出液管连通的淡水出口微通道，浓缩海水出口微通道连接浓缩海水出口主流道与浓缩海水出液管连通；另在进水微通道一侧还设置缓冲溶液微通道以与缓冲通道的俩输液管连通，在进水微通道与缓冲溶液微通道之间设有纳米通道；浓缩海水出口微通道、淡水出口微通道及缓冲溶液微通道的端口均设有金属电极。

所述浓缩海水出口微通道与淡水出口微通道的夹角大于0°而小于180°。

所述缓冲溶液微通道结构形成水平通道，弧形通道，倒V字型通道、或倒U字型。

所述纳米通道的上端位于进水微通道、浓缩海水出口微通道与淡水出口微通道形成的三叉口位置1mm。

所述各端口的金属电极是一切可以使通道内溶液导电的金属制品。

所述金属电极为铂电极、Ag/AgCl电极或通过微加工工艺溅射一层金属电极层。

所述进水微通道的宽度为10um-2000um、浓缩海水出口微通道与淡水出口微通道的宽度为5um-1000um；缓冲溶液微通道宽度为10um-2000um，深度均为5um到150um。

所述纳米通道设置有一层亚微米厚的离子交换膜。

所述亚微米厚的离子交换膜为阴、阳离子选择性透过膜，nafion薄膜或石墨烯薄膜。