申请日2012.09.29
公开(公告)日2013.01.16
IPC分类号C02F9/04; F03D9/00; C02F103/08; C02F1/28; C02F1/66; C02F1/44
摘要
本发明涉及一种余能回用风力发电气囊式水处理系统，属于水处理技术领域。所述系统包括：用于将原水分成浓水和淡水的水处理子系统、用于将淡水供给用户的供水子系统、用于将风能转换成电能的风力发电子系统以及用于将浓水所存储的能量转换成气能或者电能的余能回用子系统。本发明提供的余能回用风力发电气囊式水处理系统能够利用风能及浓水(废水)储能进行发电，所发出的电除供系统自用外还能够将多余电能向外供给。
权利要求书
1.一种余能回用风力发电气囊式水处理系统，其包括：用于将原水处理成浓 水和淡水的水处理子系统、用于将淡水供给用户的供水子系统、用于将风能转换 成电能的风力发电子系统以及用于将浓水所存储的能量转换成气能和电能的余 能回用子系统，其中，水处理子系统包括：第一气囊增压泵(1)，其用于将原水 抽入到多介质过滤器(2);多介质过滤器(2)，其用于原水进行初过滤;精密过 滤器(3)，其用于对经过初过滤水进行精过滤，以满足膜元件所需要的进水水质; 第二气囊增压泵(4)，其用于对经过精过滤的水进行增压，以达到膜元件所需要 的压力;膜元件(5)，其用于将被第二气囊增压泵(4)所增压的水分成浓水和 淡水。
2.根据权利要求1所述的余能回用风力发电气囊式海水处理系统，其特征 在于，所述的供水子系统包括：后置活性碳吸附器、第一淡水箱和第三气囊增压 泵(6)，其中，所述后置活性碳吸附器用于对膜元件所产生的淡水进行净化;所 述第一淡水箱的入水口通过水管连接到后置活性碳吸附器的出水口，第一淡水箱 的出水口通过水管连接到第三气囊增压泵(6)的入水口，第三气囊增压泵(6) 用于对淡水箱淡流出的水进行增压。
3.根据权利要求2所述的余能回用风力发电气囊式水处理系统，其特征在 于，所述的水处理子系统包括第二淡水箱，所述第二淡水箱的入水口通过水管连 接膜元件的淡水出水口，第二淡水箱的出水口通过水管连接到第二气囊增压泵的 入水口，清洗时，第二淡水箱和第二气囊增压泵组成了膜元件的清洗子系统。
4.根据权利要求3所述的余能回用风力发电气囊式水处理系统，其特征在 于，所述的水处理子系统还包括：第一、第二和第三储气罐，第一气流管制器， 第二气流管制器主和第在气流管制器，其中储气罐用于存放高压气体;第一气流 管制器用于调节从第一储气罐流入到第一气囊增压泵(1)中的气流的流量;第 二气流管制器用于调节从第二储气罐流入到第二气囊增压泵(4)中的气流的流 量;第三气流管制器用于调节从第三储气罐流入到第三气囊增压泵(4)中的气 流的流量。
5.根据权利要求4所述的余能回用风力发电气囊式水处理系统，其特征在 于，所述第一、第二和第三气囊增压泵均包括：第一容器、安装于第一容器内的 顶部的第一气囊、第二容器和安装于第二容器内的顶部第二气囊，其中，所述第 一容器的上端设置有第一法兰盘，第一法兰盘上设置有插入第一气囊内的第一通 气管，所述第一容器的底部设置有第一进水管，第一进水管处设置有第一单向进 水阀;第一容器的侧壁设置有第一出水管，第一出水管处设置有第一单向出水阀; 所述第二容器的上端设置有第二法兰盘，第二法兰盘上设置有插入第二气囊内的 第二通气管，所述第二容器的底部设置有第二进水管，第二进水管处设置第二单 向进水阀;第二容器的侧壁设置有第二出水管，第二出水管处设置有第二单向出 水阀。
6.根据权利要求5所述的余能回用风力发电气囊式水处理系统，其特征在 于，所述的第一、第二和第三气流管制器均包括：用于控制第一通气管中的气流 的流量的第一流量开关、用于控制第一通气管中的气流的流向的第一气动换向 阀、控制第二通气管中的气流的流量的第二流量开关和用于控制第二通气管中的 气流的流向的第二气动换向阀。
7.根据权利要求6所述的水处理系统，其特征在于，所述的第一、第二和 第三储气罐储均存储的是高压空气。
8.根据权利要求7所述的余能回用风力发电气囊式水处理系统，其特征在 于，所述水处理子系统还包括第一螺杆空气压缩机，第一螺杆空气压缩机将常压 空气压缩成高压空气并储存到储气罐中。
9.根据权利要求8所述的余能回用风力发电气囊式水处理系统，其特征在 于，所述余能回用子系统包括浓水回流储能罐、第二螺杆空气压缩机、第四储气 罐和减压阀，其中，浓水回流储能罐用于储存模元件所排出的浓水;第二螺杆空 气压缩机利用浓水回流储能罐所提供的浓水将常压空气压缩成高压空气;第四储 气罐用于储存第二螺杆空气压缩机所产生的高压空气，减压阀用于对第四储气罐 所流出的高压空气进行减压。
10.根据权利要求9所述的余能回用风力发电气囊式水处理系统，其特征在 于，余能回用风力发电气囊式水处理系统还包括气轮发电机和配电子系统，所述 气轮发电机利用余能回用子系统所产生的低压气体进行发电，所产生的电能通过 配电子系统进行电能分配;
风力发电子系统包括风力发电机和逆变器，所述风力发电机用于将风能转换 成直流电能，所述逆变器用于将风力发电机发电机所产生的直流电能转换成220 伏交流电也供配电子系统进行电能分配。
说明书
余能回用风力发电气囊式水处理系统
技术领域
本发明涉及一种余能回用风力发电气囊式水处理系统，尤涉及一种能够利用 风能及废水储能进行发电的余能回用风力发电气囊式水处理系统，属于水处理技术 领域。
背景技术
节约和保护水资源，已经不是解决我国水资源贫乏问题的唯一出路。在全 球130多个国家推广应用的海水处理技术，可望成为一个新的选择。伴随着技术 创新的展开，我国在海水处理方面的商业成就将越来越大。
我国人均淡水资源占世界平均水平约1/4，属于水资源贫乏地区。我国部分 省市则属于世界公认的严重缺水地区。例如，江苏人均水资源已经低于世界公认 的严重缺水标准，按照国际标准已经陷入“水危机”。其他一些省市比江苏更缺 水。例如，人口大省河南的人均水资源约占世界平均水平1/20。山东、河北等沿 海经济大省的人均水资源约占世界平均水平的1/24，北京、天津则分别约1/32、 1/64。除了缺水，我国水资源污染也很严重。例如，山东77%以上的河段水质达 到了劣V类甚至以下。这种水已经丧失生态功能，不能用于灌溉，也不能用于 生活洗涤，更不能被人畜饮用。浙江、广东、河南、吉林等省局部地区也曾经爆 发恶性水污染，对人畜饮水安全、农业灌溉安全、生态供水安全等造成了巨大危 害。
节约和保护水资源，这不是解决水问题的唯一出路。海水淡化可望成为一个 新的选择。海水淡化技术已经在全球130多个国家推广应用，日产淡水约4千万 吨，供养人口超过了1个亿。海水淡化在我国有30多年的历史，近期开始取得 跨越性的大发展。目前，为了扩大我国生产、生活中的淡水供给，更为了扩大自 然水系蓄水量，美化生态环境，我国各地政府和企业正把海水淡化作为一个很大 的产业来发展。从技术上看，我国工程技术人员已经掌握全部商业化的海水淡化 方法。对于更具发展潜力的膜技术，我国正在力图突破造膜的难关，争取减少膜 进口。随着技术创新的展开，我国在海水淡化方面的商业成就会越来越大。
在海水淡化技术已成熟的今天，经济性是决定其广泛应用的重要因素。在 国内，“成本和投资费用过高”，一直被视为是海水淡化难以大胆使用的主要问题， 但实际上这是一个“认识”问题。目前世界上常用的淡水取用方式主要有地下取 水、远程调水和海水(苦咸水)淡化三种。开采地下水作为一个重要的开源措施， 工程量小、成本低，这是很吸引人的优点，但地下取水受资源条件限制很大，而 且许多地区多年来由于过度开采地下水，已形成地下漏斗，造成房屋倾斜，甚至 导致了海水倒灌等环境危害，地下水的开采已经受到制约。远程调水，目前并没 有把工程投资费用以及被引水地区的间接经济损失计算在内，仅以日常运行费 用、管理费计算其成本，这与真正成本相差很大。其实引水工程，除了巨额的投 资之外，还要占用大量耕地，还存在被引水地区的环境危害等问题。如引黄济青 (岛)工程，占地达6.2万亩，还会造成黄河断流、植被破坏等生态环境问题， 而生态环境的破坏在经济上是难以估量的。80年代实施的引滦入津工程，时至 今日每立方米成本仍达2.3元左右，距离天津市民的用水价1.4元有0.9元的政 府补贴。专家预测，南水北调工程实施后，长江水流到北京，按现行不变成本计 算，综合成本在5元/立方米以上，甚至有专家预测每立方米将达20元。美国有 资料认为，远程调水超过40公里，成本将超过海水淡化。对于海水淡化， 能耗是直接决定其成本高低的关键。40多年来，随着技术的提高，海水淡化的 能耗指标降低了90%左右(从26.4kwh/m3降到2.9kwh/m3)，成本随之大为降低。 目前我国海水淡化的成本已经降至4-7元/立方米，苦咸水淡化的成本则降至2-4 元/立方米，如天津大港电厂的海水淡化成本为5元/立方米左右，河北省沧州市 的苦咸水淡化成本为2.5元/立方米左右。如果进一步综合利用，把淡化后的浓盐 水用来制盐和提取化学物质等，则其淡化成本还可以大大降低。至于某些生产性 的工艺用水，如电厂锅炉用水，由于对水质要求较高，需由自来水进行再处理， 此时其综合成本将大大高于海水淡化的一次性处理成本。可见，如果抛开政府补 贴等政策性因素而单从经济技术方面分析，海水淡化尤其是苦咸水淡化的单位成 本实际上是很有竞争力的。
海水淡化后浓盐水的排放问题。海水淡化排出大量的浓盐水，其含盐量高 于海水一倍左右。国外海水淡化厂排放浓盐水时，通常是把浓盐水引入大海深处， 让浓盐水与天然海水自然混合，以解决浓盐水区域性污染问题。但渤海近海海滩 地势平缓，且水深较浅，海水交换能力较差，不具备向深海排放条件。渤海主要 生物生存适宜盐度的上限是33‰～36‰，当盐度超过40‰时，一些生物将会死 亡。因此，如果把浓盐水直接排入渤海湾，必将影响渤海海域海洋生态环境。例 如，一个日产10吨的海水淡化厂，如果连续3日直接把浓盐水排海，8平方公 里的海域盐度将提高20%，连续排放30日，造成盐度提高20%的海域面积就将 达到23平方公里。
排放废水的温度问题。利用电厂余热进行淡化、制盐及盐化工产品的提取， 具有很高的经济价值，但废海水中的热能会使局部海域水温升高，导致某些浮游 生物急剧繁殖和高度密集，从而产生“赤潮”，造成海洋生物大量死亡。海水水 温的升高还会使海水中溶解氧的含量降低，影响生物的新陈代谢，甚至使生物群 落发生改变，破坏海洋生物的栖息环境。例如，自1980年以来，渤海赤潮频繁 发生，周期越来越短，面积越来越大。迄今为止，赤潮总数超过300次以上，其 中最长的一次竟持续了72天。对于渤海海域，赤潮一般发生在炎热的夏季，但 2006年10月22日～11月5日，河北省黄骅附近海域发生了近1600平方公里的 球形棕囊藻赤潮。赤潮发生在10月末，且生物种类为棕囊藻，这种现象为近年 来首次出现，可见排放废水的温度问题不容忽视。综上所述，海水淡化过程中固 废物、浓盐水的排放和排放废水的温度问题，如得不到妥善解决，势必对渤海海 洋环境造成巨大的负面影响。
以上所谈的就是海水淡化技术的一些弊端，在工业化进程加快和水资源面 临严峻形势的背景下，随着各项扶植政策的推出，海水淡化行业有望迎来快速增 长。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种余能回用风力发电气囊式水处理系 统，所述系统利用气能进行泵水，利用风能及浓水(废水或者浓海水)所储存的 能量进行发电。
为实现所述发明目的，本发明提供一种余能回用风力发电气囊式水处理系 统，其包括：用于将原水分成浓水和淡水的海水处理子系统、用于将淡水供给用 户的供水子系统、用于将风能转换成电能的风力发电子系统以及用于将浓水所存 储的能量转换成气能和电能的余能回用子系统，其中，水处理子系统包括：第一 气囊增压泵(气能供水泵)1，其用于将海水抽入到多介质过滤器2;多介质过 滤器2，其用于原水进行初过滤;精密过滤器3，其用于对经过初过滤的水进行 精过滤，以满足膜元件所需要的进水水质;第二气囊增压泵(气能供水泵)4， 其用于对经过精过滤的水流进行增压，以达到膜元件所需要的压力;膜元件5， 其用于将被第二气囊增压泵(4)所增压的水处理成浓水和淡水。
优选地，所述的供水子系统包括：后置活性碳吸附器、第一淡水箱和第三气 囊增压泵4，其中，所述后置活性碳吸附器用于对膜元件所产生的淡水进行净化; 所述第一淡水箱的入水口通过水管连接到后置活性碳吸附器的出水口中，第一淡 水箱的出水口通过水管连接到第三气囊增压6的入水口，第三气囊增压泵(气能 供水泵)6用于对淡水箱淡所流出的水进行增压。
优选地，所述的水处理子系统包括第二淡水箱，所述第二淡水箱的入水口通 过水管连接膜元件的淡水出水口，淡水箱的出水口通过水管连接到第二气囊增压 泵的入水口，第二淡水箱和第二气囊增压泵组成了膜元件的清洗子系统。
优选地，所述的水处理子系统还包括：第一、每二和第三储气罐，其用于存 放高气压气体;第一气流管制器，其用于调节从第一储气罐流入到第一气囊增压 泵1中的气流的流量;第二气流管制器，其用于调节从第二储气罐流入到第二气 囊增压泵4中的气流的流量;第三气流管制器，其用于调节从第三储气罐流入到 第三气囊增压泵4中的气流的流量。
优选地，所述第一、第二和第三气囊增压泵均包括：第一容器、安装于第一 容器内的顶部的第一气囊、第二容器和安装于第二容器内的顶部第二气囊，其中， 所述第一容器的上端设置有第一法兰盘，第一法兰盘上设置有插入第一气囊内的 第一通气管，所述第一容器的底部设置有第一进水管，第一进水管处设置有第一 单向进水阀;第一容器的侧壁设置有第一出水管，第一出水管处设置有第一单向 出水阀;所述第二容器的上端设置有第二法兰盘，第二法兰盘上设置有插入第二 气囊内的第二通气管，所述第二容器的底部设置有第二进水管，第二进水管处设 置第二单向进水阀;第二容器的侧壁设置有第二出水管，第二出水管处设置有第 二单向出水阀。
优选地，所述的第一、第二和第三气流管制器均包括：用于控制第一通气管 中的气流的流量的第一流量开关、用于控制第一通气管中的气流的流向的第一气 动换向阀、控制第二通气管中的气流的流量的第二流量开关和用于控制第二通气 管中的气流的流向的第二气动换向阀。
优选地，所述的第一、第二和第三储气罐储均存储的是高压空气。
优选地，所述水处理子系统还包括第一螺杆空气压缩机，第一螺杆空气压缩 机将常压空气压缩成高压空气并储存到储气罐中。
优选地，所述余能回用子系统包括浓水回流储能罐、第二螺杆空气压缩机、 第四储气罐和减压阀，浓水回流储能罐用于储存模元件所排出的浓水;第二螺杆 空气压缩机利用浓水回流储能罐所提供的浓水将常压空气压缩成高压空气;第四 储气罐用于储存第二螺杆空气压缩机所产生的高压空气，减压阀用于对第二储气 罐用所流出的高压空气进行减压。
优选地，余能回用风力发电气囊式水处理系统还包括气轮发电机和配电子系 统，所述气轮发电机利用余能回用子系统所产生的低压气体进行发电，所产生的 电能通过配电子系统进行电能分配;
风力发电子系统包括风力发电机和逆变器，所述风力发电机用于将风能转换 成直流电能，所述逆变器用于将风力发电机发电机所产生的直流电能转换成220 伏交流电也供配电子系统进行电能分配。
与现有技术相比，本发明提供的余能回用风力发电气囊式水处理系统能够 利用风能及废水储能进行发电，所发出的电除供系统自用外还能够将多余电能向 外供给，低碳环保，大大节省了资源。