CN101913662A - 一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺及其实施方案。该装置由脱盐池、防渗层、集水槽、铁箅子、卤水井、通风管、抽水管、隔温层等构成，可以使海冰重力脱盐过程得以充分进行，提高海冰重力脱盐的效果和产量。本发明还公开了一种通过海冰重力脱盐池而获取冷气的装置和方法，该装置由通风管和气泵所构成，可以在海冰重力脱盐过程中以及由海冰所转化成的淡水冰的融化过程中，获得可用于室内空调的冷气。本发明适用于我国北方地区的海冰或咸水冰淡化工程。

Description

一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺

发明领域

本发明涉及一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺，特别涉及一种通过重力方法制备海冰淡水的装置和技术方法，以及一种通过海冰重力脱盐池而获取冷气的装置和方法。属于海水淡化。

背景技术

环渤海地区是我国淡水资源最缺乏的地区之一，渤海是我国冬季主要结冰海区，开发海冰资源用以解决环渤海地区的缺水状况，是我国海水淡化研究领域的最新前沿课题。

海冰主要由多边形的纯冰晶、卤水胞、空气和少量固体杂质组成。海冰中所含有的盐分主要来自于冰体内部的卤水胞，卤水胞为高浓度盐水，在一般的低温环境中(-30℃)也不会冻结，而以液体形式存在于海冰内部。海冰内部的冰晶之间还存在有缝隙，这为卤水胞在重力作用下沿着这些缝隙流出冰体提供了可能。海冰重力脱盐就是根据海冰的液-固两相共生的结构特征，通过重力作用将海冰冰体中的卤水胞排出去的方法。

中国发明专利申请200510092863.7公开了一种重力法海冰脱盐设施，但这种设施存在缺陷，主要表现为堆积的海冰受空气温度日变化影响很大，融化速度得不到控制。海冰重力脱盐是指海冰内部的卤水胞受重力作用而下渗流出冰体的过程，由于海冰内部的缝隙非常细小，因此卤水胞的下渗速度很慢、渗出量也少。但海冰的融化受环境温度、也就是空气温度的影响很大。当脱盐设施中的海冰暴露在空气之中时，如果中午时分的空气温度升至海冰的冰点温度(-1.4℃)以上，海冰中的淡水冰晶就会产生部分融化，这些融水会下渗至脱盐设施的底部，并与受重力作用而下渗至此的卤水混合在一起。此时若想把卤水排出脱盐设施，势必要带走很多淡水；若不进行排水，则重力脱盐过程将无法实现。因此，合理地控制和减缓海冰融化速度，对于充分排出冰内卤水胞、提高重力脱盐率，对于减少淡水冰晶融化、提高淡水回收率都是非常重要的。

本发明旨在解决上述技术难题，提供一种高脱盐率、高回收率的海冰重力脱盐装置及其脱盐工艺，同时还提供一种通过海冰重力脱盐池而获取冷气的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于公开一种海冰重力脱盐装置。

本发明的目的在于公开一种海冰重力脱盐工艺。

本发明的目的在于公开一种通过海冰重力脱盐池而获取冷气的装置。

本发明的目的在于公开一种通过海冰重力脱盐池而获取冷气的方法。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种海冰重力脱盐装置(图1)，所述装置包括下挖式倒梯形脱盐池1，脱盐池1的底部和四周铺设有防渗层2，脱盐池底部的中间处设有集水槽3，集水槽上部覆盖有铁篦子4，集水槽3与卤水井5相连通，卤水井5内插入抽水管6，在脱盐池底部安放有直立通风管7，通风管顶部安装有通风扇8，通风道在脱盐池内的部分其管壁上有通风孔9，在脱盐池的底部还铺设有水平通风管10。

在实施海冰重力脱盐时，将海冰11堆放在脱盐池1中，其冰堆表面覆盖有隔温层12，海冰11中所含有的卤水13在重力作用下渗出冰体并汇集到集水槽3和卤水井5中，通过抽水管6将卤水井5中的卤水13排出脱盐池之外(图2)。

所述脱盐池1其底部的中间处要低于四周，呈下凹状，有利于周围的存水(特别是海冰脱盐所产生的卤水)向该处汇集。所述卤水井5可以是1-3个，并相互连通；所述防渗层2其作用一是要防止脱盐池内的水体渗漏损失，二是防止地下水(特别是含盐量高的地下水)进入脱盐池，该防渗层经过硬化处理，可以抵抗大型冰块(0.5米×0.5米×0.5米)的坠落撞击。所述铁篦子4是用于防止冰块堵塞集水槽。所述直立通风管7和通风扇8和通风孔9可将脱盐池外部的空气14送入冰堆之中，使冰堆内部的温度发生变化，促进冰块内部缝隙的扩大，使卤水能顺利渗出海冰冰体(图3)。所述海冰冰块11是指海水在低温时的冻结物，也可是苦咸水在低温时的冻结物，其冰块大小以0.2米×0.2米×0.2米为宜。所述隔温层12由塑料薄膜15、防寒被16和草帘子17所构成，其铺设顺序为：先铺设塑料薄膜15，然后是防寒被16，最后是草帘子17(图4)，隔温层12用于隔绝冰堆与外界空气之间的热交换。所述抽水管6是将受重力作用渗出海冰冰体的卤水13排出到脱盐池1之外，当抽出水的盐度达到脱盐标准时，此时脱盐池内的冰块就由含一定盐分的海冰转化为淡水冰18，海冰重力脱盐过程结束(图5)。所述脱盐池1在重力脱盐结束后就成为海冰淡水的蓄水池。

一种海冰重力脱盐工艺，其流程为：

将海冰冰块堆满脱盐池(1)；冰块大小以0.2米×0.2米×0.2米为宜，脱盐池顶部水平面之上的冰堆高度为脱盐池深度的1/2；堆冰开始之后，用抽水管(6)从卤水井(5)中向脱盐池(1)外部抽出池内卤水；抽水时间以清晨时刻宜；堆冰结束之后即刻用隔温层(12)将冰堆全面覆盖；隔绝冰堆与外界空气之间的热交换；当环境温度较低、卤水量很少时，可以在中午时分通过直立通风管(7)和通风扇(8)将脱盐池外部的空气(14)送入冰堆之中；通风时间以1-2小时为宜；当从卤水井中抽出的水其盐度已经低于脱盐标准时，即可停止抽水，海冰重力脱盐过程结束。

一种通过海冰重力脱盐池而获取冷气的装置(图6)，所述装置是在海冰重力脱盐装置中的水平通风管10，通风管10铺设在脱盐池底部，呈正方形或凹字形排列均可，并通过连接管19与脱盐池1外部相通；连接管19与气泵20相连接的一端为进气口，另一端为出气口。

一种通过海冰重力脱盐池而获取冷气的方法，其流程为：

用海冰冰块(11)将脱盐池(1)填满，并在冰堆表面覆盖隔温层(12)；用气泵(20)将脱盐池外部的热空气(21)通过连接管(19)送入水平通风管(10)；热空气(21)在通过水平通风管(10)的过程中与冰堆进行热交换，转化为冷空气(22)，再从出气口排出，提供给需要降温的设施使用。

本发明具有以下特点：

1.脱盐过程充分，脱盐效率提高。隔热层切断了脱盐池内的海冰与外部空气之间的热交换，使得海冰内部的卤水胞在重力作用下的缓慢渗出过程能够充分地进行，从而提高海冰脱盐效率。

2.冰晶融化少，淡水回收率高。隔热层使得脱盐池长期处于低温环境下，海冰内部的淡水冰晶(冰点温度0℃)不易融化，在脱盐过程结束后仍然有大量的冰块(淡水冰)存在，提高淡水回收率。

3.有效控制海冰融化过程。隔热层和通风管的并用，可以在需要时加速冰块的融化，也可以在不需要时减缓冰块的融化，从而为海冰脱盐及淡水生产控制提供了条件。

4.获得室内空调用的冷气。隔热层可使脱盐池内的冰块维持3-5个月不融化，此时季节已经进入夏季，脱盐池内的低温环境，可以为室内空调等提供冷气来源。

苦咸水冻结所形成的苦咸水冰，具有与海冰相似的结构特征，完全可以使用本发明的装置和方法进行脱盐淡化。

附图说明：

图1是海冰重力脱盐装置示意图

其中：1.脱盐池      2.防渗层  3.集水槽  4.铁篦子  5.卤水井  6.抽水管

      7.直立通风管  8.通风扇  9.通风孔  10.水平通风管

图2是海冰重力脱盐工艺示意图

其中：2.防渗层  3.集水槽      4.铁篦子  5.卤水井

      6.抽水管  7.直立通风管  8.通风扇  10.水平通风管

      11.海冰   12.隔温层     13.卤水   14.空气

图3是通风控温示意图

其中：2.防渗层      3.集水槽  4.铁篦子  5.卤水井

      7.直立通风管  8.通风扇  9.通风孔  10.水平通风管

      11.海冰       13.卤水   14.空气   19.连接管

图4是隔温层结构示意图

其中：11.海冰  15.塑料薄膜  16.防寒被  17.草帘子

图5是重力脱盐结束示意图

其中：2.防渗层  3.集水槽      4.铁篦子  5.卤水井

      6.抽水管  7.直立通风管  8.通风扇  10.水平通风管

      12.隔温层 18.淡水冰

图6是冷气提供装置示意图

其中：2.防渗层      3.集水槽       4.铁篦子   5.卤水井

      7.直立通风管  10.水平通风管  18.淡水冰

      19.连接管     20.气泵        21.热空气  22.冷空气

图7重力脱盐过程中卤水排出量与盐度变化

具体实施方式

实施地点：河北省黄骅市中捷友谊农场13队；

脱盐池规格：下挖式倒梯形池体，底部长63米×宽20米，顶部长83米×宽35米，池深3.5米。防渗处理采用双层结构，池底平整后先铺设一层专用防渗膜，然后在防渗膜上铺一层红砖，再用砂浆将砖缝填满。在脱盐池底部中间线上修建一条集水沟和两个卤水井，集水沟长60米、宽0.7米、深0.6米，卤水井内径0.6米、高度1.5米，集水沟与两个卤水井相互连通在一起，集水沟内的水向卤水井内汇集，集水沟上部覆盖有铁篦子，铁篦子网眼尺寸为长10厘米×宽10厘米。脱盐池内树立有24根直立通风管，管径160厘米，设置密度为1根/50m²。脱盐池底部铺设有水平通风管，管径5厘米，铺设总长120米。

实施时间：2009年1月10日-4月9日；海水盐度31.4‰，海冰盐度6.3‰，海冰冰厚6-8cm，冰块平均规格：长30厘米×宽20厘米×厚8厘米。海冰采集、脱盐池内堆冰、隔温层铺设时间：2009年1月10日-2月9日，共计31天；脱盐池内堆冰量10400立方米，冰堆总高度5米(脱盐池内3.5米+脱盐池上1.5米)；脱盐池重力脱盐排卤时间：2009年1月13日-4月9日，共计86天；脱盐池内冰块最终融化结束时间：2009年5月15日。最终淡水产出量5800立方米。

海冰重力脱盐情况如图7所示。1月13日开始排卤，初期每日卤水抽出量仅为3立方米左右，但卤水的盐度高达57‰，这说明海冰内部的卤水开始在重力作用下渗出冰体。随着重力脱盐时间的延长，每日的抽水量在不断地增加，而出水盐度却在不断下降，这说明重力脱盐过程进展顺利，冰体内卤水含量逐渐减少，部分淡水冰晶的融化使抽水量增加。到了4月9日，日抽水量达到37立方米，出水盐度只有0.8‰，这一指标已经达到国家生活用水水质标准对水体盐度的要求，由此确认海冰重力脱盐过程结束，脱盐池内的冰块已经由含有盐分的海冰转化为淡水冰，不再从脱盐池向外部抽水。

2009年5月10日进行了冷气装置实验，中午时室外气温26℃，水平通风管出气口排出冷气的温度为3℃，脱盐池制冷效果非常显著。

Claims (12)

1.一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置，其特征在于该装置由脱盐池(1)、防渗层(2)、集水槽(3)、铁篦子(4)、卤水井(5)、抽水管(6)、直立通风管(7)、通风扇(8)、通风孔(9)、隔温层(12)所构成；脱盐池(1)的底部和四周铺设有防渗层(2)，脱盐池底部的中间处设有集水槽(3)，集水槽(3)上部覆盖有铁篦子(4)，集水槽(3)与卤水井(5)相连通，卤水井(5)内插入抽水管(6)，在脱盐池(1)底部安放有直立通风管(7)，通风管顶部安装有通风扇(8)，通风道在脱盐池(1)内的部分其管壁上有通风孔(9)，在脱盐池(1)的底部还铺设有水平通风管(10)。

2.如权利要求1所述的海冰或咸水冰脱盐淡化的装置，其特征在于该装置中的隔温层(12)由塑料薄膜(15)、防寒被(16)、草帘子(17)所构成。

3.如权利要求1或2所述的海冰或咸水冰脱盐淡化的装置，其特征在于该装置中所述脱盐池(1)其底部的中间处低于四周，呈下凹状；所述卤水井5可以是1-3个，并相互连通。

4.一种利用权利要求1或2所述的海冰或咸水冰脱盐淡化的装置进行海冰重力脱盐的工艺，其特征在于包括如下流程：

将海冰冰块堆满脱盐池(1)；堆冰开始之后，用抽水管(6)从卤水井(5)中向脱盐池(1)外部抽出池内卤水；堆冰结束之后即刻用隔温层(12)将冰堆全面覆盖，隔绝冰堆与外界空气之间的热交换；当环境温度较低、卤水量很少时，可以在中午时分通过直立通风管(7)和通风扇(8)将脱盐池外部的空气送入冰堆之中；当从卤水井中抽出的水其盐度已经低于脱盐标准时，即可停止抽水，海冰重力脱盐过程结束。

5.一种利用权利要求3所述的海冰或咸水冰脱盐淡化的装置进行海冰重力脱盐的工艺，其特征在于包括如下流程：

将海冰冰块堆满脱盐池(1)；堆冰开始之后，用抽水管(6)从卤水井(5)中向脱盐池(1)外部抽出池内卤水；堆冰结束之后即刻用隔温层(12)将冰堆全面覆盖，隔绝冰堆与外界空气之间的热交换；当环境温度较低、卤水量很少时，可以在中午时分通过直立通风管(7)和通风扇(8)将脱盐池外部的空气送入冰堆之中；当从卤水井中抽出的水其盐度已经低于脱盐标准时，即可停止抽水，海冰重力脱盐过程结束。

6.如权利要求5所述的一种海冰重力脱盐工艺，其特征在于通风时间为1-2小时。

7.如权利要求4所述的一种海冰重力脱盐工艺，其特征在于通风时间为1-2小时。

8.一种获取冷气的装置，其特征在于该装置由脱盐池(1)、防渗层(2)、集水槽(3)、铁篦子(4)、卤水井(5)、抽水管(6)、直立通风管(7)、通风扇(8)、通风孔(9)、水平通风管(10)、隔温层(12)、气泵(20)所构成；脱盐池(1)的底部和四周铺设有防渗层(2)，脱盐池底部的中间处设有集水槽(3)，集水槽(3)上部覆盖有铁篦子(4)，集水槽(3)与卤水井(5)相连通，卤水井(5)内插入抽水管(6)，在脱盐池(1)底部安放有直立通风管(7)，通风管顶部安装有通风扇(8)，通风道在脱盐池(1)内的部分其管壁上有通风孔(9)，通风管10铺设在脱盐池底部，呈正方形或凹字形排列均可，并通过连接管19与脱盐池1外部相通，连接管19与气泵20相连接的一端为进气口，另一端为出气口。

9.如权利要求8所述的海冰或咸水冰脱盐淡化的装置，其特征在于该装置中的隔温层(12)由塑料薄膜(15)、防寒被(16)、草帘子(17)所构成。

10.如权利要求8或9所述的海冰或咸水冰脱盐淡化的装置，其特征在于该装置中所述脱盐池(1)其底部的中间处低于四周，呈下凹状；所述卤水井5可以是1-3个，并相互连通。

11.一种利用权利要求8或9所述的装置获取冷气的方法，其特征在于包括如下流程：

用海冰冰块(11)将脱盐池(1)填满，并在冰堆表面覆盖隔温层(12)；用气泵(20)将脱盐池外部的热空气(21)通过连接管(19)送入水平通风管(10)；热空气(21)在通过水平通风管(10)的过程中与冰堆进行热交换，转化为冷空气(22)，再从出气口排出。

12.一种利用权利要求11所述的装置获取冷气的方法，其特征在于包括如下流程：

用海冰冰块(11)将脱盐池(1)填满，并在冰堆表面覆盖隔温层(12)；用气泵(20)将脱盐池外部的热空气(21)通过连接管(19)送入水平通风管(10)；热空气(21)在通过水平通风管(10)的过程中与冰堆进行热交换，转化为冷空气(22)，再从出气口排出。

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