技术领域
[0001] 本
发明涉及电渗析法
海水淡化技术领域，具体涉及一种太阳能耦合逆向电渗析发电的电渗析
海水淡化系统。
背景技术
[0002] 海水淡化是从海水中取得
淡水的过程。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、
反渗透法、以及
碳酸铵离子交换法，目前应用
反渗透膜法及蒸馏法是市场中的主流，其需要大量的
电能。而对于偏远地区或者远离陆地的海岛而言，海水淡化过程所需的电能来源受到限制，这使得在偏远地区和海岛上进行海水淡化的梦想难以实现。
[0003] 电渗析技术是指在
电场力作用下离子通过选择性离子交换膜的膜分离过程，其核心部分为阴阳离子交换膜，即利用阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过的特性对溶液中离子进行选择性分离的技术。在电场力作用下，溶液中的阴阳离子发生定向迁移，从一部分
水体迁移到另一部分水体，从而达到溶液分离、提纯和浓缩的目的。
[0004] 另一方面，
盐差能是海洋资源开发过程中重要的组成部分。它是指在海水和淡水之间或海水之间的由于浓度梯度的存在所产生化学电势差能，是以
化学能形态存在的海洋能，主要存在于江河与海洋交汇处。
[0005] 盐差能发电主要有渗透压法、
蒸汽压法、逆向电渗析法3种。实验证明，从
平均功率密度和
能量回收
角度考虑上述三种方法，逆向电渗析法适合在江河人海口，而渗透压法和
蒸汽压法适合盐湖的盐差能发电。随着电渗析技术的成熟运用，催生了逆向电渗析在盐差能发电领域的应用，因此逆向电渗析法是目前盐差能利用中最有希望的技术之一。通常，逆向电渗析系统由阴、阳离子交换膜，阴、阳
电极，隔板、外部负载、浓溶液和稀溶液等组成，通过Cl-、Na+在两电板间形成电势差，进而在外部产生
电流。
发明内容
[0006] 本发明解决的技术问题在于提供一种高效地利用太阳能和淡化过程中产生浓盐水的盐差能进行电渗析法海水淡化的系统，从而在野外或海岛等电能匮乏的地区和场合也能较好地使用以提供生活所需淡水。
[0007] 本发明采用了如下技术方案实现上述目的：
[0008] 一种太阳能耦合逆向电渗析发电的电渗析海水淡化系统，包括：
[0009] 电渗析装置，用于将输入的原海水脱盐淡化输出淡水和浓海水；
[0010] 太阳能发电装置，用于将太阳能转换成电能；
[0011] 浓海水储存装置，用于储存所述电渗析装置输出的浓海水，并输出至逆向电渗析装置；
[0012] 逆向电渗析装置，利用输入的原海水和浓海水的
盐度差产生电能，并排出低浓度盐水；
[0013] 以及电源管理装置，用于将太阳能发电装置或逆向电渗析装置输出的直流电能分配至所述电渗析装置和逆向电渗析装置中的渗析膜堆和直流水
泵；
[0014] 其中，在太阳能发电装置工作时，电源管理装置仅将太阳能发电装置输出的电能作为电渗析装置的驱动电源，并于太阳能发电装置停止工作时将逆向电渗析装置输出的电能作为电渗析装置和自身的驱动电源。
[0015] 进一步的，该系统还包括原海水储存装置和
原水泵，所述原水泵用于将原海水抽送至原海水储存装置中储存；所述电源管理装置还用于给原水泵分配电能。
[0016] 进一步的，所述太阳能发电装置包括多
块太阳能
硅板，所述多块太阳能硅板分为独立的分别对应渗析膜堆和不同直流水泵的若干组。
[0017] 进一步的，所述独立的每组太阳能硅板包括至少一块主用板和相应的备用板，以及电能监测模块，所述电能监测模块用于当主用板的电能输出低于预设值时，将所述备用板接入相应回路。
[0018] 进一步的，所述直流水泵配置有稳压
电路模块。
[0019] 进一步的，所述浓海水储存装置和原海水储存装置内配置有与相应直流泵联
锁的高低液位
开关。
[0020] 进一步的，该系统一体式集成设置。
[0021] 本发明的有益效果如下：
[0022] 1)本发明的系统，通过太阳能发电+电渗析+逆向电渗析组合工艺可获得淡化水，同时又能资源化利用浓海水中的盐差能，可实现24h连续制备淡化水，进一步提高了太阳能电渗析海水淡化的能效。
[0023] 2)本发明的系统进行海水淡化处理无需逆变系统，大大降低了系统成本，同时能够做到小型化，使之能够适用于野外或电能匮乏的地区，满足一定量的淡水需求。
[0024] 3)通过本系统处理之后排放的浓海水盐分进一步降低，大大减轻了排海过程中对周边海洋
生态系统的影响。
[0025] 4)使用本发明的系统进行海水淡化处理，兼具经济效益和社会效益，尤其适用于野外、海岛或电能匮乏的偏远地区，具有研究和推广价值。
附图说明
[0026] 图1为本发明的电渗析海水淡化系统
实施例的装置组成和连接关系示意图。
具体实施方式
[0027] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明
权利要求的限制。
[0028] 本发明提供了一种太阳能耦合逆向电渗析发电的电渗析海水淡化系统，如图1所示，其包括：用于将输入的原海水脱盐淡化输出淡水和浓海水的电渗析装置，用于将太阳能转换成电能的太阳能发电装置，用于储存所述电渗析装置输出的浓海水，并输出至逆向电渗析装置的浓海水储存装置，利用输入的原海水和浓海水的盐度差产生电能，并排出低浓度盐水的逆向电渗析装置，以及用于将太阳能发电装置或逆向电渗析装置输出的直流电能分配至所述电渗析装置和逆向电渗析装置中的电渗析膜堆/逆向电渗析膜堆和直流水泵的电源管理装置。相关设备之间通过相应的水路管道联通或通过电力线路进行电连接。
[0029] 其中，在太阳能发电装置工作时，电源管理装置仅将太阳能发电装置输出的电能作为电渗析装置的驱动电源，并于太阳能发电装置停止工作时将逆向电渗析装置输出的电能作为电渗析装置中的渗析膜堆和直流水泵，以及自身的直流水泵的驱动电源。
[0030] 采用上述方案，可有效地利用太阳能发电+电渗析+逆向电渗析组合工艺获得淡化水，有效延长了整套装置的运行时间，并降低了对太阳能的依赖，最大限度地提高了系统的运行效能。另一方面，采用太阳能电板/逆向电渗析装置输出的直流电能
直接驱动直流水泵的方式，省去了逆变装置和
电池，从而大大降低了系统的成本，并在一定程度上提高了系统的可靠性性，使之具有更好的经济性。
[0031] 作为进一步的优选实施方案，本实施例中的系统还包括原海水储存装置和原水泵，原水泵用于将原海水抽送至原海水储存装置中储存；相应的电源管理装置还用于给原水泵分配电能。
[0032] 作为进一步的优选实施方案，本实施例中的太阳能发电装置包括多块太阳能硅板，所述多块太阳能硅板分为独立的分别对应电渗析膜堆、逆向电渗析膜堆以及不同直流水泵的若干组。
[0033] 进一步的，独立的每组太阳能硅板包括至少一块主用板和相应的备用板，以及电能监测模块，电能监测模块用于当主用板的电能输出低于预设值时，将备用板接入相应回路，从而在太阳光照条件不好时维持系统的运行。
[0034] 作为优选实施方案，本实施例中，每个直流水泵均配置有稳压电路模块，从而能够在太阳能电板或逆向电渗析装置有一定
波动时保持正常工作。
[0035] 作为进一步的优选实施方案，本实施例中浓海水储存装置和原海水储存装置内配置有与相应直流泵联锁的高低液位开关。
[0036] 作为优选实施方案，本实施例中，该系统一体式集成设置，并配置有相应的
外壳体和可移动底座，以便于运输和搬运，使之更加适合野外、海岛等缺乏外部电力供给的场合使用。
[0037] 在一种实施方式中，上述系统的工作方式如下：
[0038] 1)首先通过太阳能硅板在阳光照射下产生直流电源，通过直流原水泵取水送至原海水箱；
[0039] 2)原海水箱中的原海水通过直流水泵输送进入电渗析装置，通过太阳能硅板形成的直流电场促使电渗析装置运行，海水脱盐淡化后形成了淡水和浓海水，浓海水暂存到浓海水箱。
[0040] 3)浓海水与原海水之间有一定的盐度差，在太阳能硅板停止工作后，将浓海水输送进入逆向电渗析装置，此时逆向电渗析装置电极两端产生电势差，从而可以充分利用盐度差，重新产生电能；
[0041] 4)通过与电渗析系统的合理配置连接，使电渗析装置继续进行海水淡化处理；
[0042] 5)逆向电渗析出口产生了盐分介于原海水和电渗析浓海水之间的盐水，可直接排放入海，由于盐度的降低，可减轻海水淡化系统对于排海口
海洋生态系统的影响。
[0043] 下面结合具体实施例及其运行实验对本发明的系统进行进一步说明。
[0044] 表1系统配置表
[0045]
[0046]
[0047] 实验一、太阳能发电装置驱动电渗析装置淡化海水实验
[0048] 本次实验所采用的电渗析装置的膜堆尺寸为200*400mm，膜对数为20对。
[0049] 实验前配制40LNaCl浓度为3.5％的浓盐水，其中20L作为淡室料液，20L 作为浓室料液，经过实验后最终产淡水18.8L(电导率350us/cm)，浓水21.2L (电导率为77.4ms/cm)。
[0050]
太阳能电池板数量：2块，单块最大工作
电压23.1V，单块最大工作电流6.53A，单块功率150W，两块电池板
串联连接2块合计300W。
[0051] 表2系统运行参数表1
[0052]
[0053] 由以上数据可以得出，实验运行时间为190min，膜堆平均电压约为17.6V，膜堆平均电流约为5.01A，膜堆功率约为88.176W，膜堆电流效率为95％，淡水达到了市政用
水电导率的要求(350us/cm)。
[0054] 太阳能硅板总
输出电压17.6V，电流约为2.71A，即直流水泵功率约为 47.696W，单台水泵约为15.90W。
[0055] 对于电渗析系统而言，膜堆能耗约为64.90％，发电效率约为45.29％(由不同时间段光照强度、太阳能硅板与光照夹角等导致发电功率未达到额定功率)。
[0056] 实验二、逆向电渗析装置驱动电渗析装置淡化海水实验
[0057] 本次实验所采用的逆向电渗析装置膜堆尺寸也为200*400mm，膜对数为30 对。
[0058] 实验前配制40LNaCl浓度为3.5％的浓盐水(电导率为46.3ms/cm)，其中 20L作为逆向电渗析淡室料液，实验一所产21.2L浓盐水(电导率为77.4ms/cm) 作为逆向电渗析浓室料液，剩余20L3.5％浓度的盐水分别作为电渗析的淡室和浓室料液(各10L)。
[0059] 最后逆向电渗析两室浓度趋于平衡，电渗析产水8.28L(电导率为670us/cm)，浓室浓盐水11.72L(电导率为75.4ms/cm)。
[0060] 表3系统运行参数表2
[0061]
[0062] 由以上数据可以得出，实验运行时间为100min，膜堆平均电压约为13.9V，膜堆平均电流约为4.33A，膜堆功率约为60.187W，膜堆电流效率为92％，淡水达到了市政用水电导率的要求(670us/cm)。
[0063] 逆向电渗析总输出平均电压13.9V，电流约为1.24A，即直流水泵功率约为 17.236W，单台水泵约为5.745W。
[0064] 对于电渗析系统而言，膜堆能耗约为77.74％，逆向电渗析发电效率约为 58.43％。
[0065] 从上述实验可以看出，本发明的电渗析海水淡化系统可基于太阳能发电+电渗析+逆向电渗析组合工艺获得淡化水，同时又能资源化利用浓海水中的盐差能，实现了高效节能的海水淡化，且具有工业可实现性，适用于野外偏远地区或者远离陆地的缺乏电能的海岛，满足其海水淡化需求，具有良好的应用前景。
[0066] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
