阅读说明：本技术 一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置及其处理方法 (Concentrated water photothermal evaporation treatment device for brackish water desalination and treatment method thereof ) 是由 张耀中 王涛 曹昕 郑兴 邱晓鹏 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置,包括反应池,反应池的液面上覆盖有陶瓷膜,反应池的外部设有冷凝室,冷凝室的侧壁为冷凝壁；冷凝室的顶部设有透镜,反应池的底部设有排水口,反应池的底部一侧还设有进水口,冷凝室的底部一侧设有冷凝水排放口；还包括导电率自动探头,导电率自动探头的探针穿过冷凝室进入反应池内；导电率自动探头分别连接直流电源和自动控制中心,原水水泵的进水端连接原水池,原水水泵的出水端连接进水口。本发明还公开了一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理方法,本发明利用光热转换材料对浓盐水脱盐蒸发浓缩,将浓缩的盐分进行回收,提高资源再利用率。(The invention discloses a concentrated water photothermal evaporation treatment device for brackish water desalination, which comprises a reaction tank, wherein a ceramic membrane covers the liquid level of the reaction tank, a condensation chamber is arranged outside the reaction tank, and the side wall of the condensation chamber is a condensation wall; a lens is arranged at the top of the condensing chamber, a water outlet is arranged at the bottom of the reaction tank, a water inlet is also arranged on one side of the bottom of the reaction tank, and a condensed water outlet is arranged on one side of the bottom of the condensing chamber; the probe of the automatic conductivity probe penetrates through the condensing chamber and enters the reaction tank; the conductivity automatic probe is respectively connected with the direct current power supply and the automatic control center, the water inlet end of the raw water pump is connected with the raw water pool, and the water outlet end of the raw water pump is connected with the water inlet. The invention also discloses a concentrated brackish water desalting and photothermal evaporation treatment method, which utilizes a photothermal conversion material to desalt, evaporate and concentrate the concentrated saline water, recovers the concentrated salt and improves the resource reutilization rate.)

一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置及其处理方法

技术领域

本发明属于苦咸水脱盐技术领域，具体涉及一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置，还涉及一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理方法。

背景技术

苦咸水广泛分布与中国北部和东部沿海地区，但由于矿化度高、含有金属离子等原因而不能直接利用或可利用范围不大，属于劣质水资源。根据苦咸水盐分浓度，苦咸水可分为低盐度、中盐度、高盐度苦咸水；对高浓度苦咸水中盐分浓缩利用、水分去盐回收能够有效提高资源物质利用率和缓解淡水短缺、水质安全问题。

目前苦咸水脱盐的方式主要分为蒸馏和膜过滤两种方法。蒸馏法是较早就被采用的淡化方法，主要有多级闪蒸、多效蒸馏等，其优点是设备简单、所得水质较好，但是一般情况下消耗能源大，且易产生垢，对设备造成腐蚀。膜分离法所用的膜都具有选择透过性，其可以分离混合物质主要是由于混合物的物理和化学性质有所差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置，该装置利用光热转换材料对浓盐水脱盐蒸发浓缩，将浓缩的盐分进行回收，提高资源再利用率。

本发明的另一个目的是提供一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理方法。本发明所采用的第一种技术方案是，一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置，包括反应池，反应池的液面上覆盖有陶瓷膜，反应池的外部设有冷凝室，冷凝室的侧壁为冷凝壁；冷凝室的顶部设有透镜，反应池的底部设有排水口，反应池的底部一侧还设有进水口，冷凝室的底部一侧设有冷凝水排放口；排水口、进水口及冷凝水排放口均设有阀门；

还包括导电率自动探头，导电率自动探头的探针穿过冷凝室进入反应池内；导电率自动探头分别连接直流电源和自动控制中心，自动控制中心还连接原水水泵，原水水泵通过交流电源供电，原水水泵的进水端连接原水池，原水水泵的出水端连接进水口。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

直流电源通过太阳能电池板供电。

透镜上方设有太阳能加热炉聚光器。

陶瓷膜包括陶瓷膜光热转换面和陶瓷膜亲水面，陶瓷膜亲水面朝下靠近蒸发室设置，陶瓷膜光热转换面朝上靠近透镜设置。

透镜呈拱形设置在冷凝室的顶部，且透镜与冷凝室形成密闭空间。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置的蒸发处理方法，具体包括如下步骤：

步骤1，通过自动控制中心控制原水水泵开启，同时开启进水口处的阀门，通过原水水泵将原水池中的水抽入反应池中，当反应池的液面达到限位高度时，自动控制中心控制原水水泵关闭，同时关闭进水口处的阀门；

步骤2，陶瓷膜亲水面利用陶瓷膜固有的毛细吸水性将泵入的水吸收至陶瓷膜光热转换面，陶瓷膜一直漂浮在反应池液面上；

步骤3，太阳光通过太阳能加热炉聚光器将太阳光聚集在透镜上，通过透镜将太阳光分散在陶瓷膜光热转换面上，陶瓷膜光热转换面接受热量后，将从原水池中吸附的水蒸发成水蒸汽；

步骤5，打开冷凝水排放口阀门，蒸发的水蒸汽接触到冷凝壁后，冷凝形成水滴并通过冷凝水排放口排出，通过回收装置对冷凝水进行收集回收；

步骤6，通过导电率自动检测头对反应池中水的导电率进行检测，当检测到反应池中水的导电率达到要求时，打开排水口的阀门，通过排水口排放反应池中的经蒸发后的剩余浓液，当反应池中的液体排完后，关闭排水口处的阀门；

步骤7，重复执行步骤1～6，直至原水池中的水分被原水水泵抽完为止。

本发明的有益效果是：本发明利用光热转换材料对浓盐水脱盐蒸发浓缩，其中所用能耗75％以上来自太阳能；将蒸发水蒸汽进行回收，缓解淡水短缺问题；将浓缩的盐分进行回收，提高资源物质再利用率。

附图说明

图1为本发明一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置的结构示意图。

图中，1.太阳能加热炉聚光器，2.太阳能发电板，3.透镜，4.陶瓷膜光热转换面，5.陶瓷膜亲水面，6.冷凝水排放口，7.排水口，8.进水口，9.电导率自动检测探头，10.直流电源，11.自动控制中心，12.原水池，13.原水水泵，14.交流电源，15.冷凝壁，16.反应池，17.冷凝室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置，如图1所示，包括反应池16，反应池16的液面上覆盖有陶瓷膜，反应池16的外部设有冷凝室17，冷凝室17的侧壁为冷凝壁15；冷凝室17的顶部设有透镜3，反应池16的底部设有排水口7，反应池16的底部一侧还设有进水口8，冷凝室17的底部一侧设有冷凝水排放口6；排水口7、进水口8及冷凝水排放口6均设有阀门；排水口7、进水口8及冷凝水排放口6处的阀门均通过自动控制中心11控制开合。

还包括导电率自动探头9(现有结构)，导电率自动探头9的探针穿过冷凝室17进入反应池16内；导电率自动探头9分别连接直流电源10和自动控制中心11，直流电源10分别向导电率自动探头9和自动控制中心11供电。

自动控制中心11还连接原水水泵13，原水水泵13通过交流电源供电14，原水水泵13的进水端连接原水池12，原水水泵13的出水端连接进水口8。

直流电源10通过太阳能电池板2供电。透镜3上方设有太阳能加热炉聚光器1。原水池12中盛放有苦盐水。

陶瓷膜包括陶瓷膜光热转换面4和陶瓷膜亲水面5，陶瓷膜亲水面4朝下靠近反应池16设置，陶瓷膜光热转换面4朝上靠近透镜3设置。

透镜3呈拱形设置在冷凝室17的顶部，且透镜3与冷凝室17形成密闭空间。

本发明一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置的蒸发处理方法，具体包括如下步骤：

步骤1，通过自动控制中心11控制原水水泵13开启，同时开启进水口8处的阀门，通过原水水泵13将原水池12中的水抽入反应池16中，当反应池16的液面达到限位高度时，自动控制中心11控制原水水泵13关闭，同时关闭进水口8处的阀门；

步骤2，陶瓷膜亲水面5利用陶瓷膜固有的毛细吸水性将泵入的水吸收至陶瓷膜光热转换面4，陶瓷膜一直漂浮在反应池16液面上；

步骤3，太阳光通过太阳能加热炉聚光器1将太阳光聚集在透镜3上，通过透镜3将太阳光分散在陶瓷膜光热转换面4上，陶瓷膜光热转换面4接受热量后，将从原水池12中吸附的水蒸发成水蒸汽；

步骤5，打开冷凝水排放口6阀门，蒸发的水蒸汽接触到冷凝壁15后，冷凝形成水滴并通过冷凝水排放口6排出，通过回收装置对冷凝水进行收集回收；

步骤6，通过导电率自动检测头9对反应池16中水的导电率进行检测，当检测到反应池16中水的导电率达到要求时，打开排水口7的阀门，通过排水口7排放反应池16中的经蒸发后的剩余浓液，当反应池16中的液体排完后，关闭排水口7处的阀门；

步骤7，重复执行步骤1～6，直至原水池12中的苦咸水被原水水泵13抽完为止。

本发明一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置的特点为：将光热转化陶瓷膜放置于苦咸水废水中，苦咸水脱盐、淡化冷凝回收，将回收水蒸汽冷凝回收，缓解水资源短缺问题；将蒸发后，浓缩形成的浓盐水会后工艺应用。

本发明一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置中陶瓷膜的制备过程如下：

步骤1，制备SiO2陶瓷膜，包括以下步骤：

步骤1.1，制备铸膜液，具体如下：

步骤1.1.1，按质量百分比称取1-甲基-2-吡咯烷酮53.5％、聚醚砜8％、聚乙烯吡咯烷酮0.6％、碳酸钙颗粒6％，其余为陶瓷膜基准物质，以上各组分的质量百分比之和为100％，其中，陶瓷膜基准物质二氧化硅颗粒的混合颗粒31.9％，将以上各组分混合，在230C条件下持续搅拌至各组分混合均匀形成铸膜液；

步骤1.1.2，将搅拌之后的铸膜液放入50℃水中超声震荡2-3h，功率为100HZ，使铸膜液混合均匀，将超声之后的铸膜液进行恒温油浴，控制温度为60℃，并磁力搅拌搅拌12h；

步骤1.1.3、将步骤1.1.2中搅拌完成的铸膜液保持温度不变静止放置，去除铸膜液中的气泡。

步骤1.1.1中，当陶瓷膜基准物质为二氧化硅颗粒时，二氧化硅颗粒粒径为60μm。

步骤1.2、将步骤1.1制备的铸膜液均匀涂覆在玻璃板上，将涂覆有铸膜液的玻璃板放入水中进行相转化成膜，然后将相转换好的膜取出形成胚体，高温烧结制备陶瓷膜，具体如下：

步骤1.2.1、将步骤1.1得到的铸膜液均匀涂布在玻璃板上，然后将涂覆有铸膜液的玻璃板放入去离子水中，温度控制为50℃，进行固液相转化得到平板膜胚料，将平板膜胚料置于60℃温度下烘干10-12h；

步骤1.2.2、为了成功制备陶瓷膜形成陶瓷骨架，将所述1.2.1烘干的膜进行加热，温度升至110℃保持3h，去除残余水分与有机溶剂，然后将炉中温度升至550℃保持3h，确保坯料内部的有机黏结剂成分充分挥发去除，进一步成孔，再次将温度升至1000℃保持2.5h，预热陶瓷膜基准物质；最后，以升温速率1℃/min升温至1500℃保持4.5h，形成陶瓷骨架；

步骤2、制备单向皮层改性可光热转化的陶瓷膜；

步骤2具体如下：

步骤2.1、配置浓度为0.1mol/L的HCl溶液，将所述步骤1制得的陶瓷膜浸泡在溶液中5min，分解陶瓷膜中的氧化钙以及碳酸钙颗粒，使膜具有更大的孔隙率，同时减轻膜的重量，此时制备的膜具有良好的亲水性，具有良好的毛细吸水性；

步骤2.2、将步骤2.1得到的膜的其中一面用防水胶带黏贴遮蔽；

步骤2.3、配制体积分数为15％的乙醇溶液，配置浓度为0.3mol/L的吡咯和浓度为0.3mol/L的硫酸、浓度为0.2mol/L的乙二醇、浓度为0.2mol/L乙二酸的混合溶液，在此混合溶液中加入上述所配制的乙醇溶液备用；

步骤2.4、配置浓度为0.15mol/L的过硫酸铵和浓度为0.253mol/L的硫酸的混合溶液，备用；

步骤2.5、将步骤2.2中的陶瓷膜浸泡在步骤2.3所配置的溶液中，其中

用防水胶带黏贴遮蔽的一面置于空气中，另一面完全浸没在溶液中，浸泡时间为5min，加快吡咯在水溶液中的溶解；

步骤2.6，将步骤2.5中浸泡后的陶瓷膜取出放入步骤2.4配置的溶液中，全部浸泡，以增加引发和氧化剂的作用，控制浸泡时间为2-3min后将陶瓷膜置于纯水充分浸泡，陶瓷膜未遮蔽的表层产生一层黑色高分子层；

步骤2.7，将步骤2.6得到的表面聚合了导热黑色高分子层的膜浸泡在浓度为50％的乙醇溶液中，浸泡15min，然后用纯水冲洗，表面未完全聚合的黑色物质脱落，此时陶瓷膜上具有黑色高分子层的一面为陶瓷膜光热转换面4；陶瓷膜的另一面即为陶瓷膜吸水面5。

步骤2.8，重复步骤2.3～步骤2.7进行多次聚合，控制重复次数为3-4次，使表面高分子层更牢固，得到光热转化的陶瓷膜。

步骤3，制备单向皮层改性可光热转化的陶瓷膜清水侧纳米涂覆改性，具体如下：

步骤3.1，分别配置质量分数50％的环氧树脂溶液和聚酰胺树脂溶液；

步骤3.2，将二氧化硅和硅烷偶联剂加入到环氧树脂溶液中超声分散10min，二氧化硅添加量为环氧树脂溶液质量的15％，KH-50硅烷偶联剂添加量为二氧化硅质量的1％。

步骤3.3，按环氧树脂与聚酰胺固化剂质量比1∶0.25，把二氧化硅环氧树脂溶液和聚酰胺树脂溶液混合搅拌20min，采用手工刷涂方法在铝合金表面涂覆二氧化硅/环氧树脂涂层及纯环氧树脂涂层，涂层厚度控制在120μm。涂层在室温下干燥3天，即得可进行光热转化的陶瓷膜；该陶瓷膜的上表面为陶瓷膜光热转换面；陶瓷膜的下表面为陶瓷膜亲水面。

采用本发明一种苦咸水脱盐浓水光热蒸发处理装置对苦咸水进行脱盐处理，具体如下。

利用透镜3聚光，将太阳光聚合在上述陶瓷膜光热转换面4上表面，另一面改性的陶瓷膜亲水面在苦咸水中漂浮。当太阳光照射在陶瓷膜光热转换面4上表面，由于陶瓷膜具有毛细吸水性，利用毛细力陶瓷膜不断吸水，不断蒸发浓缩，由于步骤4中的纳米涂层改性，纳米结构的二氧化硅不会使盐分结晶在膜亲水侧表面盐分，而是集中在浓缩液中；蒸发的水蒸汽在冷凝壁15处进行冷凝，回收蒸馏水，缓解水资源短缺问题。

将陶瓷膜控制在一定高度，当水量蒸发后，液面降低，控制系统页面控制器自动传导补充页面，当溶液中的电导率超过50000mg/L时，控制阀排水，更换处理溶液，将排出高盐水进行回收，工业用，整个过程连续进行，其中电量70％来源于太阳能量。