CN111995279B - 船载电化学海砂除氯淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船载电化学海砂除氯淡化系统，将船只货仓涂刷绝缘涂料后加装阴阳电极改造成电化学除氯反应池，将船只水仓加装阴阳电极后改造成电化学水处理系统，水仓与货仓之间设置净水装置；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统中设置探测氯离子含量的氯离子传感器；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统之间设置可启闭的水通道，经净水装置处理过的水注入除氯反应池，形成水仓‑反应池循环系统，使海砂直接在运输船上完成除氯淡化。本发明将海砂从海上吸砂平台装船后在运输过程中完成净化，达到目的港即可卸下合格净化海砂；工作效果好，操作方便。

Description

船载电化学海砂除氯淡化系统

技术领域

本发明涉及一种船载电化学海砂除氯淡化系统。

背景技术

河砂是人类早期建设用砂的最主要来源, 随着我国基础设施建设规模的日益扩大，建筑市场的迅速发展，河砂资源已面临枯竭的困境。有效利用其他砂源已是大势所趋。靠近大陆架的近海海砂，是河砂经过地表径流进入海域的陆源砂,海砂除了含有较高的氯离子和贝壳外,其他化学成分和基本物理性能与河砂类同。需要特别强调的是，海砂不能拿来就用,必须通过严格的净化处理，去除了氯离子等有害物质,达到建设用砂标准，才可以用于配制混凝土。海砂如果不经净化,其中氯离子含量超标，将引起混凝土结构中的钢筋发生严重锈蚀,导致混凝土开裂、剥落等问题,问题严重的建筑不得不拆除重建,不仅造成巨大的经济损失,还会危害人民群众生命财产安全，引发严重的社会问题。 《海砂混凝土应用技术规范》JGJ 206-2010 将“用于配制混凝土的海砂应作净化处理”列为强制性条文。

目前海砂净化处理的方法主要采用淡水冲洗法、电化学除氯法，但从消耗资源、占用场所、生态环境、市场效益、周转时间等方面考虑仍不理想。如何将海砂从海上吸砂平台装船后在运输过程中完成净化，达到目的港即可卸下合格“净化海砂”是最经济理想的方法。是本领域长期没有解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将海砂从海上吸砂平台装船后在运输过程中完成净化，达到目的港即可卸下合格净化海砂的船载电化学海砂除氯淡化系统。

本发明的技术解决方案是：

一种船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：将船只货仓涂刷绝缘涂料后加装阴阳电极改造成电化学除氯反应池，将船只水仓加装阴阳电极后改造成电化学水处理系统，水仓与货仓之间设置净水装置；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统中设置探测氯离子含量的氯离子传感器；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统之间设置可启闭的水通道，经净水装置处理过的水注入除氯反应池，形成水仓-反应池循环系统，使海砂直接在运输船上完成除氯淡化。

在船甲板上设置智能程控电源主机，在主机的程序管理下，完成氯离子含量数据采集和电化学电极电源波形、电压、工作时间参数的选择与运行以及电化学水处理系统的运行。

水仓有二个，分别位于货仓的前后二侧。

所述可启闭的水通道包括位于货仓下部的通水孔及位于货仓上部的溢水孔，所述通水孔、溢水孔上设有控制通水孔、溢水孔启闭的相应电磁阀。

货仓中加装的阴阳电极中，阴极铺设固定在货仓底板上，阳极铺设在仓顶砂面上；水仓中加装的阴阳电极中，阴极铺设固定在水仓底板上，阳极悬挂在前水仓液面下且不与周边船板接触。

所述净水装置包括接抽水泵的砂滤层，砂滤层后设置涤纶滤层，涤纶滤层后设置弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂滤层；所述净水装置输入端与水仓相通，输出端接三通的第一端，三通的第二端与和货仓相通的常开式电磁阀连接，三通的第三端与和水仓相通的常闭式电磁阀连接。

所述水仓接有进行通风的排气管；在货仓下部与通水孔齐平位置，设有液位传感器。

工作方法：

（1）将船只货仓涂刷绝缘涂料后加装阴极，将船只水仓加装阴阳电极，水仓与货仓之间设置净水装置；

（2）装砂船只在离岸装砂前启动淡水取水泵，分别对水仓、货仓注入二分之一高度的淡水备用；

（3）装入的海砂需拉平；装载海砂时预装的备用水水位超出反应池限位水线时，启动泵进行调节；在货仓仓顶砂面上铺设阳极极板；

（4）静停一段时间，让海砂在淡水中充分浸泡；

（5）系统启动货仓氯离子传感器运行，采集氯离子含量数据；系统根据采集到的氯离子含量数据选择电极工作的函数波形、电压、运行时间，在关闭氯离子传感器后启动所选程序运行，直至所选程序工作时间结束；

被选程序工作启动的同时，水仓电化学水处理系统同时启动；被水处理系统处理的水通过常开式电磁阀注入货仓；水仓电化学水处理系统的运行在所选程序运行结束时同时结束，至此完成第一周期海砂淡化运行；

第一周期运行结束后，系统启动货仓氯离子传感器运行，采集氯离子含量数据；系统根据采集到的氯离子含量数据选择电极工作的函数波形、电压、运行时间，在关闭氯离子传感器后启动所选程序及前后水仓电化学水处理系统，进入第二周期运行，直至所选程序工作时间结束；被水处理系统处理的水通过常开式电磁阀注入货仓；

当系统采集的氯离子含量数据满足要求时，程序仍将按设定的一个波形运行一段时间后关闭；在该周期启动的同时关闭通水孔常开式电磁阀，启动溢水孔常闭式电磁阀，使溢水孔打开，砂上部的水与前后水仓循环，直至该周期运行结束；

关闭溢水孔常闭式电磁阀及和货仓相通的常开式电磁阀，开启和水仓相通的常闭式电磁阀，同时启动水仓氯离子传感器运行，采集水仓氯离子含量数据；当水仓氯离子含量大于10mg/L时，启动前后水仓电化学水处理系统；当氯离子含量小于10mg/L时，关闭前后水仓电化学水处理系统及水净化装置；

启动泵将水仓的水抽出，当货仓水位降至液位传感器时，关闭通水孔电磁阀及泵，运行全部结束；

（6）用吊装行架卸除阳极极板，检测人员取样检测合格后卸货。

第一、第二周期运行时，所选择的程序包括第一波形、第二波形、第三波形、第四波形、第五波形；所述设定的一个波形为第六波形；氯离子含量与电极工作的波形、电压、时间选择的条件如下：

第一波形：正负脉冲方波，正方波振幅电压80v，时间5秒，间隔0.6秒，负方波80v时间0.4秒周期10秒；

第二波形：正锯齿波，从0升至80v时间6秒，间隔0.6秒，负方波80v时间0.4秒，周期12秒；

第三波形：锯齿平台波，从0升至80v时间2秒80v平台4秒，j间隔0.6s,负方波80v时间0.4秒，周期9秒；

第四波形 ：锯齿间隔方波，从0升至60v时间5秒，间隔0.6秒，间隔3秒，方波80v5秒，间隔0.6秒，负方波0.4秒，周期15秒；

第五波形 ：直流波60v,时间10秒，负方波0.5秒，周期10.5秒。直流波24v，时间100秒，间隔0.6秒，负方波0.4秒，101秒。

本发明将海砂从海上吸砂平台装船后在运输过程中完成净化，达到目的港即可卸下合格净化海砂；工作效果好，操作方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是货仓绝缘处理剖面图。

图3是货仓阳极布置结构示意图。

图4是货仓阳极布置平面图。

图5是货仓阴极布置示意图。

图6是货仓绝缘处理平面展开图。

图7是货仓氯离子传感器布置展开图。

图8是货仓电磁阀布置展开图。

图9是水净化装置示意图。

图10-图15分别是第一波形—第六波形示意图。

图中编号：

1、氯离子传感器

2、货仓中的阳极，材质为纯钛或高密度石墨，货仓电化学海砂除氯淡化处理阳极，铺设在仓顶砂面上。

3、货仓中的阴极，材质为纯钛或高密度石墨，货仓电化学海砂除氯淡化处理电化学处理阴极，铺设固定在货仓底板上。

4、前水仓中的阴极，材质为纯钛或高密度石墨，前水仓电化学水处理系统阴极，铺设固定在水仓底板上。

5、前水仓中的阳极，材质为纯钛或高密度石墨，前水仓电化学水处理系统阳极，悬挂在前水仓液面下0.5米处且不与周边船板接触。

6、后水仓中的阴极，材质为纯钛或高密度石墨，后水仓电化学水处理系统阴极，铺设固定在水仓底板上。

7、后水仓中的阴极，材质为纯钛或高密度石墨，后水仓电化学水处理系统阳极，悬挂在后水仓液面下0.5米处且不与周边船板接触。

8、通水孔电磁阀（常开式），在货仓前后立面底部设置通水孔，在该孔上安装的电磁阀。

9、电磁阀（常开式），设置在水净化装置的输出端。

10、电磁阀（常闭式），设置在水净化装置的输出端。

11、溢水孔电磁阀（常闭式），设置在货仓前后立面上部靠近阳极附近。

12、三通，设置在水净化装置出水口。

13、液面限位传感器，设置在货仓前立面电极以上0.3 米处，当液面高于限位器2厘米时，关闭第一泵、第二泵、第三泵。

14、涤纶滤网，设置在前后水仓溢水孔下方和通水孔上方。

15、水净化装置，电化学水处理系统的组成部分，由抽水泵、石英砂滤层、涤纶滤层、弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂滤层组成。

16、前后水仓氯离子传感器，设置在前后水仓立面下部。

17、涤纶滤网，设置在货仓前后立面下部通水孔上。

18、液面。

19、移动式电极吊装行架，用于吊装货仓中的阳极。

20、泵站，由五台水泵组成，其中第一泵、第二泵、第三泵为淡水取水泵，其中第一泵连接前水仓，第二泵连接货仓，第三泵连接后水仓，可分别将淡水抽入前水仓、货仓、后水仓。第四泵、第五泵为排水泵，可将前后水仓的水排出。

21、货仓前立面涂刷绝缘涂料

22、货仓后立面涂刷绝缘涂料

23、货仓左立面涂刷绝缘涂料

24、货仓右立面涂刷绝缘涂料

25、货仓底板面涂刷绝缘涂料

26、智能程控主机，电化学处理系统电源及程序控制。由单片机、函数发生器、供电电源、输出电源等组成。

27、排气管，用于前后水仓通风。

28、砂位线，装砂拉平后最高砂位。

29、液位传感器，设置在货仓左立面底部，高度与通水孔电磁阀齐平。可控制第四泵、第五泵停止工作。

具体实施方式

一种船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：将船只货仓涂刷绝缘涂料后加装阴阳电极改造成电化学除氯反应池，将船只水仓加装阴阳电极后改造成电化学水处理系统，水仓与货仓之间设置净水装置；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统中设置探测氯离子含量的氯离子传感器；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统之间设置可启闭的水通道，经净水装置处理过的水注入除氯反应池，形成水仓-反应池循环系统，使海砂直接在运输船上完成除氯淡化。

在船甲板上设置智能程控电源主机，在主机的程序管理下，完成氯离子含量数据采集和电化学电极电源波形、电压、工作时间参数的选择与运行以及电化学水处理系统的运行。

水仓有二个，分别位于货仓的前后二侧。

所述可启闭的水通道包括位于货仓下部的通水孔及位于货仓上部的溢水孔，所述通水孔、溢水孔上设有控制通水孔、溢水孔启闭的相应电磁阀。

货仓中加装的阴阳电极中，阴极铺设固定在货仓底板上，阳极铺设在仓顶砂面上；水仓中加装的阴阳电极中，阴极铺设固定在水仓底板上，阳极悬挂在前水仓液面下且不与周边船板接触。

所述净水装置包括接抽水泵的砂滤层，砂滤层后设置涤纶滤层，涤纶滤层后设置弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂滤层；所述净水装置输入端与水仓相通，输出端接三通的第一端，三通的第二端与和货仓相通的常开式电磁阀连接，三通的第三端与和水仓相通的常闭式电磁阀连接。

所述水仓接有进行通风的排气管；在货仓下部与通水孔齐平位置，设有液位传感器。

工作方法：

（1）将船只货仓涂刷绝缘涂料后加装阴极，将船只水仓加装阴阳电极，水仓与货仓之间设置净水装置；

（2）装砂船只在离岸装砂前启动淡水取水泵（第一泵、第二泵、第三泵），分别对前水仓、货仓、后水仓注入二分之一高度的淡水备用。

（3）装入的海砂需拉平，装载高度距仓顶0.8米且在反应池限位水线以下0.3米。装载海砂时预装的备用水水位可能会超出反应池限位水线，可启动泵4、泵5进行调节。

（4）铺设阳极极板。静停一小时，让海砂在淡水中充分浸泡。

（5）启动海砂淡化系统按钮，系统按程序自动运行：

系统自动启动货仓氯离子传感器1运行，采集氯离子含量数据。系统根据采集到的氯离子含量数据选择电极工作的函数波形、电压、运行时间，在关闭氯离子传感器后启动所选程序运行，直至所选程序工作时间结束。

氯离子含量与电极工作的函数波形、电压、时间选择的条件如下：

表1

被选程序工作启动同时，前后水仓电化学水处理系统同时启动。电化学水处理系统由安装在水仓中的阴阳电极及水净化装置组成。电化学水处理系统的电极电压为60v，函数波形为混合波形（第四波形+第五波形 ）。被水处理系统处理的水通过常开式电磁阀9注入货仓。前后水仓电化学水处理系统的运行在所选程序运行结束时同时结束，至此完成第一周期海砂淡化运行。

第一周期运行结束后，系统启动货仓氯离子传感器1运行，采集氯离子含量数据。系统根据采集到的氯离子含量数据选择电极工作的函数波形、电压、运行时间，在关闭氯离子传感器后启动所选程序及前后水仓电化学水处理系统，进入第二周期运行，直至所选程序工作时间结束。

当系统采集的氯离子含量数据满足表1 中条件6时，程序仍将按第六波形运行0.5小时后关闭。在该周期启动的同时关闭通水孔常开式电磁阀8，启动溢水孔常闭式电磁阀11，使溢水孔打开，砂上部的水与前后水仓循环，直至该周期运行结束。

关闭溢水孔电磁阀11及常开式电磁阀9，开启常闭式电磁阀10，同时启动前后水仓氯离子传感器16运行，采集水仓氯离子含量数据。当水仓氯离子含量大于10mg/L时，启动前后水仓电化学水处理系统；当氯离子含量小于10mg/L时，关闭前后水仓电化学水处理系统及水净化装置。

启动第四泵、第五泵，将前后水仓的水抽出。当货仓水位降至液位传感器29 时，关闭通水孔电磁阀及第四泵、第五泵，海砂除氯淡化系统程序全部结束。

（6）用吊装行架卸除阳极极板，检测人员取样检测合格后卸货。

Claims (6)

1.一种船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：将船只货仓涂刷绝缘涂料后加装阴阳电极改造成电化学除氯反应池，将船只水仓加装阴阳电极后改造成电化学水处理系统，水仓与货仓之间设置净水装置；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统中设置探测氯离子含量的氯离子传感器；在电化学除氯反应池及电化学水处理系统之间设置可启闭的水通道，经净水装置处理过的水注入除氯反应池，形成水仓-反应池循环系统，使海砂直接在运输船上完成除氯淡化；

所述净水装置包括接抽水泵的砂滤层，砂滤层后设置涤纶滤层，涤纶滤层后设置弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂滤层；所述净水装置输入端与水仓相通，输出端接三通的第一端，三通的第二端与和货仓相通的常开式电磁阀连接，三通的第三端与和水仓相通的常闭式电磁阀连接；

工作方法：

（1）将船只货仓涂刷绝缘涂料后加装阴极，将船只水仓加装阴阳电极，水仓与货仓之间设置净水装置；

（2）装砂船只在离岸装砂前启动淡水取水泵，分别对水仓、货仓注入二分之一高度的淡水备用；

（3）装入的海砂需拉平；装载海砂时预装的备用水水位超出反应池限位水线时，启动泵进行调节；在货仓仓顶砂面上铺设阳极极板；

（4）静停一段时间，让海砂在淡水中充分浸泡；

（5）系统启动货仓氯离子传感器运行，采集氯离子含量数据；系统根据采集到的氯离子含量数据选择电极工作的函数波形、电压、运行时间，在关闭氯离子传感器后启动所选程序运行，直至所选程序工作时间结束；

被选程序工作启动的同时，水仓电化学水处理系统同时启动；被水处理系统处理的水通过常开式电磁阀注入货仓；水仓电化学水处理系统的运行在所选程序运行结束时同时结束，至此完成第一周期海砂淡化运行；

第一周期运行结束后，系统启动货仓氯离子传感器运行，采集氯离子含量数据；系统根据采集到的氯离子含量数据选择电极工作的函数波形、电压、运行时间，在关闭氯离子传感器后启动所选程序及前后水仓电化学水处理系统，进入第二周期运行，直至所选程序工作时间结束；被水处理系统处理的水通过常开式电磁阀注入货仓；

当系统采集的氯离子含量数据满足要求时，程序仍将按设定的一个波形运行一段时间后关闭；在该周期启动的同时关闭通水孔常开式电磁阀，启动溢水孔常闭式电磁阀，使溢水孔打开，砂上部的水与前后水仓循环，直至该周期运行结束；

关闭溢水孔常闭式电磁阀及和货仓相通的常开式电磁阀，开启和水仓相通的常闭式电磁阀，同时启动水仓氯离子传感器运行，采集水仓氯离子含量数据；当水仓氯离子含量大于10mg/L时，启动前后水仓电化学水处理系统；当氯离子含量小于10mg/L时，关闭前后水仓电化学水处理系统及水净化装置；

启动泵将水仓的水抽出，当货仓水位降至液位传感器时，关闭通水孔电磁阀及泵，运行全部结束；

（6）用吊装行架卸除阳极极板，检测人员取样检测合格后卸货；

第一、第二周期运行时，所选择的程序包括第一波形、第二波形、第三波形、第四波形、第五波形；所述设定的一个波形为第六波形；氯离子含量与电极工作的波形、电压、时间选择的条件如下：

当氯离子含量≥0.16％时，选择第一波形，工作时间为1小时；

当氯离子含量≥0.08％时，选择第二波形，工作时间为0.45小时；

当氯离子含量≥0.05％时，选择第三波形，工作时间为1小时；

当氯离子含量≥0.006％时，选择第四波形，工作时间为1小时；

当氯离子含量≥0.002％时，选择第五波形，工作时间为0.5小时；

当氯离子含量≥0.001％时，选择第六波形，工作时间为0.5小时。

2.根据权利要求1所述的船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：在船甲板上设置智能程控电源主机，在主机的程序管理下，完成氯离子含量数据采集和电化学电极电源波形、电压、工作时间参数的选择与运行以及电化学水处理系统的运行。

3.根据权利要求1或2所述的船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：水仓有二个，分别位于货仓的前后二侧。

4.根据权利要求1或2所述的船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：所述可启闭的水通道包括位于货仓下部的通水孔及位于货仓上部的溢水孔，所述通水孔、溢水孔上设有控制通水孔、溢水孔启闭的相应电磁阀。

5.根据权利要求1或2所述的船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：货仓中加装的阴阳电极中，阴极铺设固定在货仓底板上，阳极铺设在仓顶砂面上；水仓中加装的阴阳电极中，阴极铺设固定在水仓底板上，阳极悬挂在水仓液面下且不与周边船板接触。

6.根据权利要求1或2所述的船载电化学海砂除氯淡化系统，其特征是：所述水仓接有进行通风的排气管；在货仓下部与通水孔齐平位置，设有液位传感器。

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