CN108395876B - 一种复合融雪剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合融雪剂及其制备方法,复合融雪剂的质量配比为:复合盐78‑93份,缓蚀剂12‑23份,植物营养剂2‑4份;复合盐由反渗透浓盐水提取获得。复合融雪剂的制备方法包括:(1)将反渗透浓盐水浓缩至接近饱和状态;(2)对步骤(1)浓缩得到的浓盐水进行喷雾干燥,得到复合盐;(3)在复合盐中加入缓蚀剂和植物营养剂。本发明实现了对反渗透浓盐水高效经济的资源化利用,而且这种复合融雪剂能够快速有效地融化冰雪,大大降低了普通融雪剂对路面及表面的金属腐蚀以及对绿化植被环境的污染,生产过程简单可行,具有变废为宝、环保节能的优点。

Description

一种复合融雪剂及其制备方法
技术领域
本发明属于融雪剂技术领域,具体涉及一种复合融雪剂及其制备方法。
背景技术
随着我国人口的持续增长和工业化的快速推进,经济的快速增长带来的水污染等环境问题日趋严重。人民生活和工业生产的需求对水污染控制和水资源保护提出了更高的要求。反渗透(RO,reverse osmosis)作为目前较为成熟的深度水处理技术,因具有操作过程简单,出水水质能满足较高要求等优势,被广泛应用于海水淡化、工矿企业中水回用、污水深度处理等领域。自20世纪60年代反渗透技术取得突破性进展,被广泛应用于海水淡化行业,很大程度上缓解了淡水资源短缺问题。但是基于反渗透工艺的浓缩原理来看,其处理每单位体积的海水就会产生四分之一的副产物-反渗透浓盐水(ROC),其含盐量高达60000mg/L-80000mg/L,主要成分包括Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+、K+等无机离子。反渗透浓盐水的含盐量远高于海水,若直接排放到环境中,会污染水体,并危及水体中的生物。并且,盐分也是一种资源,直接排放还造成了资源的浪费。因此,如何对反渗透浓盐水进行高效经济的利用,已成为反渗透浓盐水零排放工艺的关键问题。
反渗透浓盐水在早期多通过排放的方法加以处理,且处理方式取决于海水淡化厂的地理位置。若淡化厂位于海岸附近则就近排入海水,若位于内陆地区则多采用深井注射、排入地表水、太阳能蒸发池蒸发等方法。然而,排入海水的反渗透浓盐水引起的盐度变化幅度小于1000mg/L(海洋自然盐度变化幅度)时才不会影响水生态系统,深井灌注、蒸发池蒸发等处置方式对气候条件要求较高,占地面积大,且易对周围的水体、土壤、地质、生态平衡等造成潜在的威胁。此外,反渗透浓盐水中还含有多种资源可加以回收利用,创造一定的经济效益。从长远角度来看,直接排放的方法不仅会造成资源浪费,还会产生环境危害,并不是一种经济环保的方法,需要开发更先进的技术对反渗透浓盐水进行合理的处置和利用。
融雪剂是北方入冬后不可缺少的以“氯盐”为主的工业材料,主要成分包括NaCl、CaCl2、MgCl2、KCl等。因此,将反渗透浓盐水中的盐提取出来,并将此盐用作制备融雪剂,有望在一定程度上创造经济效益,使资源得到循环利用。
在我国寒冷的北方和世界上许多高纬度高海拔地区,冬季常常有大量积雪,当出现持续低温时,积雪很难融化,甚至出现冰雪固结一体,清除起来十分困难,引起交通阻塞。过去一些大城市的道路(包括高速公路)除雪都是用食盐,近些年才研制出较为普通的融雪剂,目前我国使用的融雪剂存在的主要缺陷是:融化速度与融化程度较低,且不能完全解决冰雪融化问题;对混凝土道路面及表面的钢筋,钢纤维等金属有腐蚀;对道面、路面周围绿化植被环境污染。
因此,如何将反渗透浓盐水制备成融雪剂以资源化利用是很值得解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何将反渗透浓盐水制备成融雪剂以资源化利用。为解决此技术问题,本发明提出的技术方案如下:
一种复合融雪剂,其包括复合盐、缓蚀剂和植物营养剂,三者的质量配比为:复合盐78-93份,缓蚀剂12-23份,植物营养剂2-4份;所述复合盐由反渗透浓盐水提取获得。
其中,所述缓蚀剂由葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、硫脲组成,三者的质量配比为:葡萄糖酸铵30-50份,磷酸二氢锌4-10份,硫脲20-30份;优选三者的质量配比为6:1:5。所述植物营养剂由尿素、甲酸钙、吲哚乙酸组成,三者的质量配比为:尿素20-50份,甲酸钙40-70份,吲哚乙酸10-30份;优选三者的质量配比为2:3:1。
所述复合融雪剂的制备方法,其包括以下步骤:
(1)将反渗透浓盐水浓缩至接近饱和状态;
(2)对步骤(1)浓缩得到的浓盐水进行喷雾干燥,得到复合盐;
(3)在复合盐中加入缓蚀剂和植物营养剂。
其中,步骤(1)包括:(1.1)正渗透浓缩过程:将反渗透浓盐水作为原料液,原料液中的水通过汲取液的作用穿过正渗透膜进入汲取液侧,而原料液中的盐分被截留在原料液侧,从而使原料液被浓缩;(1.2)膜蒸馏浓缩过程:将步骤(1.1)中被浓缩的原料液送至膜蒸馏膜热侧,通过膜蒸馏膜冷侧的循环水冷却或真空抽吸,使热侧水以水蒸汽的形式穿过膜蒸馏膜进入冷侧,热侧原料液失水从而使原料液被进一步浓缩。经过正渗透浓缩过程后得到的浓盐水含盐质量百分比浓度为10%-15%,经过膜蒸馏浓缩过程后得到的浓盐水接近饱和状态。步骤(2)采用喷雾干燥设备,喷雾干燥设备包括空气过滤器、加热器、空压机、干燥室、料液过滤器、蠕动泵、喷头、旋风分离器、风机、料液槽、第一收集器和第二收集器,步骤(2)包括:(2.1)启动风机,使得空气经过空气过滤器进入到加热器中,并依次通过空压机、干燥室和旋风分离器,形成空气流通;(2.2)启动加热器,待出风温度达到设定值时,开启空压机,启动蠕动泵,料液槽中的反渗透浓盐水依次通过料液过滤器和蠕动泵后进入空压机中,空压机将反渗透浓盐水雾化分散为小液滴,通过喷头喷入干燥室内,小液滴与从干燥室上侧送进的热空气相互充分接触,在并行下流的过程中,热空气迅速将小液滴加热干燥成粉末并沿干燥室内壁下流到第一收集器中收集,还有部分小液滴随热风从干燥室的侧面进入旋风分离器在热空气旋流和重力作用下分离成粉末沿旋风分离器内壁下流到第二收集器中收集;(2.3)依次关闭蠕动泵、空压机、加热器、风机,从第一收集器和第二收集器中获得复合盐。步骤(2)得到的复合盐的粒径为0.5-1mm。
本发明的有益效果体现在:本发明通过对反渗透浓盐水采用正渗透和膜蒸馏组合工艺进行浓缩、再采用喷雾干燥技术进行干燥获得结晶盐,并配比一定比例的缓蚀剂和植物营养剂,制备得到复合融雪剂,实现了对反渗透浓盐水高效经济的资源化利用,而且这种复合融雪剂能够快速有效地融化冰雪,大大降低了普通融雪剂对路面及表面的金属腐蚀以及对绿化植被环境的污染,生产过程简单可行,具有变废为宝、环保节能的优点。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图
图2为本发明采用的浓缩设备原理图
图3为本发明采用的浓缩设备框图
图4为本发明采用的喷雾干燥设备框图
具体实施方式
本发明将反渗透浓盐水制备成复合融雪剂,制备方法流程图如图1所示,具体如下:
1.将反渗透浓盐水浓缩至接近饱和状态
反渗透浓盐水,其含盐质量百分比浓度一般约为6%,若直接用喷雾干燥技术提取复合盐,占地大、耗能大,考虑到此问题,需先将其浓缩至接近饱和状态(含盐质量百分比浓度约为24%),最大程度增大盐浓度、减少水量,减小能耗。浓缩的方法可以采用膜蒸馏工艺,但是膜蒸馏过程中90%的能耗来源于对原料液的加热,且膜两侧界面上存在相变,使得热损耗较高,导致能耗增加,为了克服此缺陷,采用正渗透和膜蒸馏组合工艺来浓缩反渗透浓盐水,正渗透和膜蒸馏组合工艺包括:(1)正渗透浓缩过程:将反渗透浓盐水作为原料液,原料液中的水通过汲取液的作用穿过正渗透膜进入汲取液侧,而原料液中的盐分被截留在原料液侧,从而使原料液被浓缩;(2)膜蒸馏浓缩过程:将步骤(1)中被浓缩的原料液送至膜蒸馏膜热侧,通过膜蒸馏膜冷侧的循环水冷却或真空抽吸,使热侧水以水蒸汽的形式穿过膜蒸馏膜进入冷侧,热侧原料液失水从而使原料液被进一步浓缩。经过正渗透浓缩过程后得到的浓盐水含盐质量百分比浓度为10%-15%,经过膜蒸馏浓缩过程后得到的浓盐水接近饱和状态,含盐质量百分比浓度约为24%。正渗透和膜蒸馏组合工艺就是以正渗透作为膜蒸馏的预处理技术对反渗透浓盐水进行预浓缩,再进行膜蒸馏浓缩的方法,既利用了正渗透技术的能耗低优点又避免了正渗透技术不能达到较高的浓缩程度的缺点,以减少整体的能耗,降低浓缩成本,从而低耗能高浓缩效率地实现反渗透浓盐水的处理与后续资源利用。
浓缩设备原理图如图2所示,该浓缩设备包括正渗透装置、膜蒸馏装置和浓盐水罐。正渗透装置包括正渗透膜组件、原料液循环组件和汲取液循环组件,原料液循环组件和汲取液循环组件分别位于正渗透膜组件的两侧,反渗透浓盐水在原料液循环组件中被浓缩。膜蒸馏装置包括膜蒸馏膜组件、原料液循环组件和纯水侧组件,原料液循环组件和纯水侧组件分别位于膜蒸馏膜组件的两侧,经过正渗透装置浓缩的浓盐水进入原料液循环组件中被再次浓缩,得到的浓盐水收集到浓盐水罐中。
具体地,膜蒸馏装置可采用直接接触式膜蒸馏技术或者真空式膜蒸馏技术,以直接接触式膜蒸馏技术为例,浓缩设备框图如图3所示,其中,正渗透装置包括两个管路循环:一是通过管路依次连接原料液罐第一出口、循环水泵、恒温加热设备、流量计和正渗透膜组件一侧入口,并通过管路连接正渗透组件一侧出口和原料液罐第一入口,形成循环回路;二是通过管路依次连接汲取液罐出口、循环水泵、恒温加热设备、流量计和正渗透膜组件另一侧入口,并通过管路连接正渗透膜组件另一侧出口和汲取液罐入口,形成循环回路。此外,直接接触式膜蒸馏装置也包括两个管路循环:一是通过管路依次连接原料液罐第二出口、循环水泵、恒温加热设备、流量计和膜蒸馏膜组件一侧入口,并通过管路连接膜蒸馏膜组件一侧出口和原料液罐第二入口,形成循环回路;二是通过管路依次连接纯水罐出口、循环水泵、恒温加热设备、流量计和膜蒸馏膜组件另一侧入口,并通过管路连接膜蒸馏膜组件另一侧出口和纯水罐入口,形成循环回路。最终,得到的浓盐水从膜蒸馏膜组件一侧出口排放到浓盐水罐中收集。管路可采用硅胶管,循环水泵可采用磁力泵,恒温加热设备可采用恒温水浴锅。
2.对步骤1浓缩得到的浓盐水进行喷雾干燥
对步骤1浓缩得到的浓盐水提取复合盐,采用喷雾干燥设备,这样干燥速度快,节约时间,产量高,占地小,符合经济效益。喷雾干燥设备框图如图4所示,其包括空气过滤器1、加热器2、空压机3、干燥室4、过滤器5、蠕动泵6、喷头7、旋风分离器8、风机9、料液槽10、第一收集器11和第二收集器12。启动风机9后,空气进入加热器2,并依次通过空压机3、干燥室4和旋风分离器8,形成空气流通,在加热器2进风口处设置的空气过滤器1防止了空气中大颗粒杂质的吸入。启动蠕动泵6后,料液槽10中的料液依次通过过滤器5和蠕动泵6后进入空压机3中,空压机3将料液雾化分散为小液滴,通过喷头7喷入干燥室4内,小液滴与从干燥室4上侧送进的热空气相互充分接触,在并行下流的过程中,热空气迅速将小液滴加热干燥成粉末并沿干燥室4内壁下流到第一收集器11中收集,还有部分小液滴随热风从干燥室4的侧面进入旋风分离器8在热空气旋流和重力作用下分离成粉末沿旋风分离器8内壁下流到第二收集器12中收集。反渗透浓盐水置于料液槽10中。
喷雾干燥的主要过程如下:启动风机9,使得空气经过空气过滤器1进入到加热器1中,并依次通过空压机3、干燥室4和旋风分离器8,形成空气流通;启动加热器2,待出风温度达到设定值时,开启空压机3,启动蠕动泵6,料液槽10中的反渗透浓盐水依次通过过滤器5和蠕动泵6后进入空压机3中,空压机3将反渗透浓盐水雾化分散为小液滴,通过喷头7喷入干燥室4内,小液滴与从干燥室4上侧送进的热空气相互充分接触,在并行下流的过程中,热空气迅速将小液滴加热干燥成粉末并沿干燥室4内壁下流到第一收集器11中收集,还有部分小液滴随热风从干燥室4的侧面进入旋风分离器8在热空气旋流和重力作用下分离成粉末沿旋风分离器8内壁下流到第二收集器12中收集;依次关闭蠕动泵6、空压机3、加热器2、风机9,从第一收集器11和第二收集器12中获得复合盐。该复合盐主要含氯化钠、氯化镁、氯化钙,其粒径为0.5-1mm,其含水质量百分比浓度约为0.7%。
3.在复合盐中加入缓蚀剂和植物营养剂
为了降低上述复合盐对路面及表面的金属的腐蚀,通过大量的实验摸索,选用葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、硫脲配成的缓蚀剂对于上述复合盐具有很好的缓蚀作用,三者的质量配比为:葡萄糖酸铵30-50份,磷酸二氢锌4-10份,硫脲20-30份;三者的质量配比为6:1:5时缓蚀效果达到最优。该缓蚀剂可以在金属表面形成一层保护膜,抑制复合盐对金属的腐蚀,从而降低融雪剂使用时对金属、混凝土的腐蚀程度,减少了融雪剂使用对公共基础设施带来的经济损害。
为了降低上述复合盐对绿化植被环境的污染,通过大量的实验摸索,选用尿素、甲酸钙、吲哚乙酸配成的植物营养剂对于上述复合盐具有很好的防侵害作用,三者的质量配比为:尿素20-50份,甲酸钙40-70份,吲哚乙酸10-30份;三者的质量配比为2:3:1时对植物的生长最有利。该植物营养剂的使用不仅可以减小融雪剂对植物的侵害,还可为植物的生长提供营养物质。
将上述复合盐、缓蚀剂和植物营养剂加入混合器中,搅拌,混合均匀,既可得到复合融雪剂。通过大量的实验摸索,上述复合盐、缓蚀剂和植物营养剂的质量配比如下:复合盐78-93份,缓蚀剂12-23份,植物营养剂2-4份,此时得到的复合融雪剂冰点低,融雪速率高,对金属、混凝土及沥青路面几乎无腐蚀,对植物危害也很小。
以上实施方式仅仅是对本发明的实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形的改进,均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.海水淡化产生的反渗透浓盐水在制备复合融雪剂中的应用,所述复合融雪剂包括复合盐、缓蚀剂和植物营养剂,三者的质量配比为:复合盐78-93份,缓蚀剂12-23份,植物营养剂2-4份;通过对反渗透浓盐水采用正渗透和膜蒸馏组合工艺进行浓缩至接近饱和状态、再采用喷雾干燥技术进行干燥获得所述复合盐,所述正渗透和膜蒸馏组合工艺具体包括:
(1.1)正渗透浓缩过程:将反渗透浓盐水作为原料液,原料液中的水通过汲取液的作用穿过正渗透膜进入汲取液侧,而原料液中的盐分被截留在原料液侧,从而使原料液被浓缩;
(1.2)膜蒸馏浓缩过程:将步骤(1.1)中被浓缩的原料液送至膜蒸馏膜热侧,通过膜蒸馏膜冷侧的循环水冷却或真空抽吸,使热侧水以水蒸汽的形式穿过膜蒸馏膜进入冷侧,热侧原料液失水从而使原料液被进一步浓缩。
2.如权利要求1所述的应用,所述缓蚀剂由葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、硫脲组成,三者的质量配比为:葡萄糖酸钠30-50份,磷酸二氢锌4-10份,硫脲20-30份。
3.如权利要求2所述的应用,葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、硫脲的质量配比为6:1:5。
4.如权利要求1所述的应用,所述植物营养剂由尿素、甲酸钙、吲哚乙酸组成,三者的质量配比为:尿素20-50份,甲酸钙40-70份,吲哚乙酸10-30份。
5.如权利要求4所述的应用,尿素、甲酸钙、吲哚乙酸的质量配比为2:3:1。
6.一种复合融雪剂的制备方法,其包括以下步骤:
(1)将海水淡化产生的反渗透浓盐水浓缩至接近饱和状态,具体包括:
(1.1)正渗透浓缩过程:将反渗透浓盐水作为原料液,原料液中的水通过汲取液的作用穿过正渗透膜进入汲取液侧,而原料液中的盐分被截留在原料液侧,从而使原料液被浓缩;
(1.2)膜蒸馏浓缩过程:将步骤(1.1)中被浓缩的原料液送至膜蒸馏膜热侧,通过膜蒸馏膜冷侧的循环水冷却或真空抽吸,使热侧水以水蒸汽的形式穿过膜蒸馏膜进入冷侧,热侧原料液失水从而使原料液被进一步浓缩;
(2)对步骤(1)浓缩得到的浓盐水进行喷雾干燥,得到复合盐;
(3)在复合盐中加入缓蚀剂和植物营养剂,得到复合融雪剂,所述复合融雪剂包括复合盐、缓蚀剂和植物营养剂,三者的质量配比为:复合盐78-93份,缓蚀剂12-23份,植物营养剂2-4份。
7.如权利要求6所述的制备方法,经过正渗透浓缩过程后得到的浓盐水含盐质量百分比浓度为10%-15%,经过膜蒸馏浓缩过程后得到的浓盐水接近饱和状态。
8.如权利要求6所述的制备方法,步骤(2)采用喷雾干燥设备,喷雾干燥设备包括空气过滤器、加热器、空压机、干燥室、料液过滤器、蠕动泵、喷头、旋风分离器、风机、料液槽、第一收集器和第二收集器,步骤(2)包括:
(2.1)启动风机,使得空气经过空气过滤器进入到加热器中,并依次通过空压机、干燥室和旋风分离器,形成空气流通;
(2.2)启动加热器,待出风温度达到设定值时,开启空压机,启动蠕动泵,料液槽中的反渗透浓盐水依次通过料液过滤器和蠕动泵后进入空压机中,空压机将反渗透浓盐水雾化分散为小液滴,通过喷头喷入干燥室内,小液滴与从干燥室上侧送进的热空气相互充分接触,在并行下流的过程中,热空气迅速将小液滴加热干燥成粉末并沿干燥室内壁下流到第一收集器中收集,还有部分小液滴随热风从干燥室的侧面进入旋风分离器在热空气旋流和重力作用下分离成粉末沿旋风分离器内壁下流到第二收集器中收集;
(2.3)依次关闭蠕动泵、空压机、加热器、风机,从第一收集器和第二收集器中获得复合盐。
9.如权利要求6所述的制备方法,步骤(2)得到的复合盐的粒径为0.5-1mm。
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