CN113510136A - 一种全程资源化海砂除氯、除杂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全程资源化海砂除杂、除氯系统，包括筛分单元、清洗冲淋单元、杂质分离单元、超声波发生器、碱性电位水发生器、低压臭氧发生阵列堆、直线振动传送筛水单元、絮凝池、压滤机、水收集池、反渗透处理池、晒蒸器和浓盐水收集单元，还包括嵌缝砖生产单元、拌合水收集单元。该系统对海砂的除氯、除杂效果好，处理后的海砂的氯含量可降至0.0015％，且永久无氯离子缓释发生，达到并超过淡水砂标准；该系统运行过程中产生的废液和固废物均能得到资源化利用，对环境无污染，其海砂处理量可达每小时300‑600吨，经济效益显著。

Description

一种全程资源化海砂除氯、除杂系统

技术领域

本发明涉及建材领域，具体涉及一种全程资源化海砂除氯、除杂系统。

背景技术

出于对内河河沙和砂矿的环境保护，我国各地已经在推行全面禁止开采河砂，另外，对矿砂也采取了提纯处理，以延长其产业链。在此形势下，建筑用砂资源，特别是沿海地区的建筑用砂资源日趋紧张。

另一方面，我国沿海有丰富的海砂矿，海砂经过日积月累的海水浸泡，其表面会产生大量的氯化物，所以海砂含有大量的氯离子成分，氯化物会对水泥和钢筋产生严重的侵蚀作用。另外，海砂还含有淤泥、贝壳、云母、轻物质等杂质，这些杂质也降低了混凝土中骨料与水泥和石料的粘结力。所以，未经处理的海砂极大地超出了建筑用砂的标准，在混凝土搅拌后用于工程建设中会对混凝土内部的钢筋有严重的腐蚀作用，并破坏钢筋混凝土的结合结构，会对工程质量的可耐久性造成很大影响。为此，要满足作为钢筋混凝土用砂的要求，必须对海砂进行清洗去氯和除杂处理。

淡水反复冲洗是淡化海砂的常用手段，该方法使用的设备结构简单、经济适用，然而仅仅依靠淡水冲洗不能将海砂表层的保护膜撕裂，海砂淡化的效果并不理想。在实际应用的海砂淡化系统中，沉淀池之间是直接相连的，即上一层级清洗的海砂并未经过脱水，而是直接进入了下一级沉淀池，大量氯离子溶解于水中与海砂混合进入了下一级沉淀池，海砂清洗效果差、效率低。另外，海砂中不仅含有氯盐，还含有硫酸盐等，采用臭氧处理不能将硫酸盐去除。而且，在公开的资料和实际应用中都缺乏对清洗海砂之后的废水、固废的处理措施，直接排放会对环境造成污染，同时还会造成淡水资源的浪费。

总之，目前所运行的海砂处理系统存在以下问题：

1、净化后的海砂的核心指标——氯离子含量远低于国家和国际标准，混凝土样块的电通量测试表明有超量的氯离子的缓释发生。

2、清洗海砂排出的较高浓度的氯盐水直接排放到海中或直接运送至晒盐场析晶晒盐，或者运送至咸水养殖场做补充用水，对于远离海岸和晒盐场或咸水养殖场的海砂处理工厂，该方法的可行度低，运输费用大，增加处理海砂的成本。

3、海沙处理过程中会排放大量的淤泥，还会流失少量的细沙，对其处理是以沉淀池进行多级自然沉淀，直至彻底澄清后溢流排放，然后清理淤泥进行填埋。此淤泥未经处理，易带来严重的二次污染和生态环境破坏，污染土壤、水源甚至食物链。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种全程资源化海砂除杂、除氯系统，该系统能除去海砂中的杂质和海砂表面及内部的氯离子，使处理后的海砂达到建筑使用标准且加工处理过程中产生的废液和固废物均得到资源化利用。

为此，本发明的技术方案如下：

一种全程资源化海砂除杂、除氯系统，包括筛分单元、清洗冲淋单元、杂质分离单元、超声波发生器、碱性电位水发生器、低压臭氧发生阵列堆、直线振动传送筛水单元、絮凝池、压滤机、水收集池、反渗透处理池、晒蒸器和浓盐水收集单元，其中：

所述筛分单元用于去除海砂中的杂质和泥砂，并将除杂后的海砂送至所述清洗冲淋单元；

所述超声波发生器用于为超声波换能器提供功率脉冲源；

所述超声波换能器用于为所述清洗冲淋单元提供高频超声波；

所述碱性电位水发生器用于向所述清洗冲淋单元提供含有Na⁺和OH^-的电位水；

所述低压臭氧发生阵列堆用于向所述清洗冲淋单元提供臭氧；

所述清洗冲淋单元包括第一清洗池、第一冲淋池、第一斗提机、第二清洗池、第二冲淋池和第二斗提机，其中：所述第一清洗池用于在所述变频超声波的作用下洗去海砂表面的海洋生物腐殖质膜；所述第一冲淋池用于通过淡水对第一清洗池处理后的海砂进行冲洗；所述第一斗提机用于将第一冲淋池内冲洗后的海砂送入第二清洗池；所述第二清洗池用于在所述电位水和臭氧的作用下对海砂进行清洗，洗去海砂表面的内部的氯离子；所述第二冲淋池用于通过淡水对第二清洗池处理后的海砂进行冲洗；所述第二斗提机用于将洗去氯离子的海砂送入所述直线振动传送筛水单元，进行砂水分离；

所述絮凝池用于收集来自所述筛分单元的泥水并进行絮凝；

所述压滤机用于对所述絮凝池底部的沉淀物进行压滤；

所述水收集池用于收集来自所述清洗冲淋单元的冲淋水和来自直线振动传送筛水单元的筛下水；

所述反渗透处理池用于对所述水收集池收集的冲淋水进行反渗透处理，分离后的淡水经管路送至所述清洗冲淋单元对淡水进行补充；

所述晒蒸器用于对所述反渗透处理池分离出的盐水进行晒蒸和浓缩；

所述浓盐水收集单元用于对所述晒蒸器晒蒸、浓缩后的盐水进行收集。

优选的是，该系统还包括第二清洗冲淋单元，所述第二清洗冲淋单元包括第三清洗池、第三冲淋池、第三斗提机、第四清洗池、第四冲淋池和第四斗提机，其中：所述第三清洗池用于在所述变频超声波的作用下洗去第二斗提机送来的海砂表面的海洋生物腐殖质膜；所述第三冲淋池用于通过淡水对第三清洗池处理后的海砂进行冲洗；所述第三斗提机用于将第三冲淋池内冲洗后的海砂送入第四清洗池；所述第四清洗池用于在所述电位水和臭氧的作用下对海砂进行清洗，洗去海砂表面和内部的氯离子、硫化物和海洋生物腐殖质；所述第四冲淋池用于通过淡水对第四清洗池处理后的海砂进行冲淋；所述第四斗提机用于将冲淋后的海砂送入所述直线振动传送筛水单元，进行砂水分离。

所述筛分单元包括第一振动筛、第二皮带输送机、第二振动筛和第三皮带输送机，其中，所述第一振动筛用于筛除海砂中的贝壳和卵石；所述第二皮带输送机用于将第一振动筛筛分出的海砂送入所述第二振动筛；所述第二振动筛用于在淡水的冲刷下除去海砂中的泥和粗砂；所述第三皮带输送机用于将第二振动筛筛分出的海砂送入所述第一清洗池。

所述碱性电位水发生器用于通过电解氯化钠水溶液生成含有Na⁺、OH^-的电位水以及氯气和氢气，所述氯气和氢气在收集室内经喷淋生成盐酸。

优选的是，该系统还包括嵌缝砖生产单元，该单元用于将所述盐酸与过量氧化镁反应生成氯化镁，以所述氯化镁和过量的氧化镁作为胶凝材料，以从海砂中分离出的砂泥、贝壳以及所述拌合水为原料生产嵌缝砖。

优选的是，该系统还包括拌合水收集单元，所述拌合水收集单元用于收集位于所述絮凝池内上层的水和压滤机压滤出的水。

优选的是，所述晒蒸器设置有两个，所述反渗透处理池分离出的盐水经两级晒蒸后送入所述浓盐水收集单元。

本发明具有以下有益效果：

1、该系统对海砂的除氯、除杂效果好，处理后的海砂的氯化物含量为0.001-0.002％，远低于国家标准，且永久无氯离子缓释发生，达到并超过淡水砂标准，完全能够满足建筑用砂的要求。

2、由于采用了高电位的碱性水和臭氧对海砂进行联合处理，极大地提高了除氯效率，所以，该系统海砂处理量达到300-600吨/小时，生产效率高、经济效益显著。

3、该系统在运行过程中不需要添加任何药剂，且生产过程中需要的淡水、碱性电位水等均可以生产过程中实现物料循环使用、自给自足，大大节省了水资源，降低了生产成本。

4、该系统运行过程中产生的废液和固废物均能得到资源化利用，对环境无污染。

附图说明

图1是本发明的全程资源化海砂除杂、除氯系统一个实施例的组成示意图。

其中：

1、料仓 2、第一皮带输送机 3、第一振动筛 4、第二皮带输送机 5、第二振动筛 6、第三皮带输送机 7、第一清洗池 8、第一冲淋池 9、第一斗提机 10、第二清洗池 11、第二冲淋池 12、第二斗提机 13、第三清洗池 14、第三冲淋池 15、第三斗提机 16、第四清洗池17、第四冲淋池 18、第四斗提机 19、直线振动传送筛水单元 20、超声波发生器 21、碱性电位水发生器 22、水收集池 23、反渗透处理池 24、25：晒蒸器 26、浓盐水收集单元 27、絮凝池 28、压滤机 29、低压臭氧发生阵列堆 30、超声波换能器 31、拌合水收集池 32、嵌缝砖生产单元

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例一

如图1所示的本发明全程资源化海砂除杂、除氯系统的一个实施例，包括：筛分单元、清洗冲淋单元、杂质分离单元、超声波发生器、碱性电位水发生器、低压臭氧发生阵列堆、直线振动传送筛水单元19、絮凝池27、压滤机28、水收集池22、反渗透处理池23、两个晒蒸器24、25以及浓盐水收集单元26。具体如下：

所述筛分单元用于去除海砂中的杂质和泥砂，并将除杂后的海砂送至所述清洗冲淋单元。该筛分单元包括第一振动筛3、第二皮带输送机4、第二振动筛5和第三皮带输送机6，所述第一振动筛3用于筛除海砂原料中的贝壳和卵石；所述第二皮带输送机4用于将第一振动筛3筛分出的海砂送入所述第二振动筛5；所述第二振动筛5用于在淡水的冲刷下除去海砂中的泥和粗砂；所述第三皮带输送机6用于将第二振动筛5筛分出的海砂送入所述第一清洗池7。

所述超声波发生器20用于为超声波换能器30提供功率脉冲电源；所述超声波换能器30用于为所述清洗冲淋单元提供高频超声波。所述碱性电位水发生器21用于向所述清洗冲淋单元提供含有Na⁺和OH^-的电位水。所述低压臭氧发生阵列堆29用于向所述清洗冲淋单元提供臭氧。

所述清洗冲淋单元有两个，其组成、结构和功能均相同。其中：

第一清洗冲淋单元包括第一清洗池7、第一冲淋池8、第一斗提机9、第二清洗池10、第二冲淋池11和第二斗提机12。所述第一清洗池7用于在所述变频超声波的作用下洗去海砂表面的海洋生物腐殖质膜；所述第一冲淋池8用于通过淡水对第一清洗池7处理后的海砂进行冲洗；所述第一斗提机9用于将第一冲淋池8内冲洗后的海砂送入第二清洗池10；所述第二清洗池10用于在所述电位水和臭氧的作用下对海砂进行清洗，洗去海砂表面和内部的氯离子、硫化物和海洋生物腐殖质；所述第二冲淋池11用于通过淡水对第二清洗池10处理后的海砂进行冲淋；所述第二斗提机12用于将冲淋后的海砂送入第二清洗冲淋单元。

所述第二清洗冲淋单元包括第三清洗池13、第三冲淋池14、第三斗提机15、第四清洗池16、第四冲淋池17和第四斗提机18。海砂经两个清洗冲淋单的清洗冲淋后经第四斗提机18送入所述直线振动传送筛水单元19，进行砂水分离。分离后的清洁海砂送入淡化砂堆场进行存储。

所述絮凝池27用于收集来自所述筛分单元的泥水并对其进行絮凝；所述压滤机28用于对所述絮凝池27底部的沉淀物进行压滤。从絮凝池27、压滤机28分离出的水作进入拌合水收集池31。

所述水收集池22用于收集来自所述清洗冲淋单元的冲淋水和来自直线振动传送筛水单元19的筛下水。

所述反渗透处理池23采用陶氏反渗透技术，用于对所述水收集池22收集的冲淋水进行反渗透处理，分离后的淡水经管路送至所述清洗冲淋单元对淡水进行补充。所述晒蒸器24、25用于对所述反渗透处理池23分离出的盐水进行两级晒蒸和浓缩。所述浓盐水收集单元26用于对所述晒蒸器晒蒸、浓缩后的盐水进行收集。

所述碱性电位水发生器21用于通过电解氯化钠水溶液生成含有Na⁺、OH^-的电位水以及氯气和氢气，所述氯气和氢气在收集室内经喷淋生成盐酸。

另外，上述系统还包括嵌缝砖生产单元32，该单元用于将所述盐酸与过量氧化镁反应生成氯化镁，以所述氯化镁和过量的氧化镁作为胶凝材料，以从海砂中分离出的所述砂泥、贝壳以及所述拌合水为原料生产嵌缝砖。

上述系统对海砂进行除氯、除杂的过程如下：

首先，原料海砂从料仓1经皮带输送机2送至第一振动筛3，分离出粗贝壳和卵石，海砂再经第二皮带输送机4送入第二振动筛5，将贝壳和砂泥筛出，再通过第三皮带输送机6送入清洗冲淋单元；

在清洗冲淋单元中，海砂首先进入第一清洗池进行超声清洗，将海砂表层的有机物保护膜撕裂；再经第一冲淋池8的淡水冲淋后进入第二清洗池10，在第二清洗池10中，海砂在电位水和臭氧的双重作用下，除去其表面的内部的氯离子。其中，电位水来自碱性电位水发生器21，在碱性电位水发生器21中发生电解盐水的反应：

2NaCl+2H₂O＝Cl₂+H₂+2NaOH

其中的Na⁺、OH^-进入清洗液中，与O₃共同作用，除去氯离子：

Na⁺+Cl^-＝NaCl

而氯气和氢气用喷淋水吸收后生成盐酸。

除氯后的海砂进入第二冲淋池11用淡水进行冲淋。

为了提高除杂、除氯效果，共设置两个清洗冲淋单元，即：海砂依次经两个清洗冲淋单元处理后变成清洁海砂，经直线振动传送筛水单元19使砂、水分离后，将清洁海砂输出到堆砂场。

上述处理过程中，通过两级振动筛的作用除去杂质和砂泥；通过超声将海砂表层的保护膜撕裂；通过碱性电位水中的钠离子与氯离子反应，并在臭氧的双重作用下，系统达到了极高的去除氯、去除杂质(云母、硫酸盐)的效果。

上述系统的海砂处理能力在300-600吨每小时。

在上述系统的一个具体实施例中，经处理后得到的淡化海砂的检测结果如下：

在上述系统的另一个具体实施例中，经处理后得到的淡化海砂的氯化物含量为0.002％。

需要说明的是，本发明处理后的海砂，其氯化物含量及其它杂质含量同样能满足国家和国际标准的要求。

由上述检测结果可知，利用该系统处理后得到的淡化海砂，其氯化物含量也远远低于行业标准和国际标准，例如：行业标准JG/J206-2010《海砂混凝土应用技术规范》中规定水溶性氯离子含量≤0.03％；日本JASS-5S《钢筋混凝土工程》中规定氯化钠含量应≤0.01％；伦敦委员会《海产骨料规格》中规定氯化钠含量应≤0.03％。

另外，经上述系统处理后的海砂，除了氯化物含量远低于国家和国际标准外，其它有害物质(例如云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、贝壳等)的含量均符合国家和国际标准。

上述系统的资源化利用过程如下：

1、整个系统的淡水回用过程如下：

淡水从第一冲淋池8、第二冲淋池11、第三冲淋池14、第四冲淋池17上部分别注入，经过搅拌冲淋后，废水分别从这4个冲淋池以及直线振动传送筛水单元19通过管道连接排入到水收集池22，再经管道送入反渗透单元23处理后进行回用。其中，回用的淡水占废水总量的95％，其余5％为浓缩废水，被送入晒蒸单元24、25进行进一步处理。

2、废水的资源化过程如下：

反渗透单元23有两个输出管道：淡水回用管道和浓缩液管道。如前所述，回用的淡水经淡水回用管道回用，而浓缩的盐水通过浓缩液管道依次输送到晒蒸单元24、晒蒸单元25，再进入浓盐水收集单元26输送到碱性电位水发生器21作为碱性电位水产生的原料。

3、清洗海砂的泥水的资源化过程如下：

淡水从第二振动筛5注入，对海砂清洗除泥后的废水排放到絮凝池27，再经压滤单元28处理后进入拌合水收集池31。

4、筛分、清洗出的贝壳、泥、细砂资源化过程：

拌合水收集池30收集的拌合水、细砂收集单元32收集的细砂以及筛分出的泥沙、贝壳(加工成粉状)可与氯氧镁(碱性电位水生成过程中产生的盐酸与过量氧化镁反应生成氯化镁，氯化镁与过量的氧化镁作为胶凝剂)凝合，用于制造嵌缝砖。

实施例二

全程资源化海砂除杂、除氯系统，其与实施例一的不同之处在于只设置有一个清洗冲淋单元，即第一清洗冲淋单元。海砂经该清洗冲淋单的清洗冲淋后经第二斗提机12送入所述直线振动传送筛水单元19，进行砂水分离。分离后的清洁海砂送入淡化砂堆场进行存储。该系统处理后的海砂，各项指标均满足国家和国际标准。

经上述系统处理后的海砂，其氯化物含量及其它杂质含量同样能满足国家和国际标准的要求。

Claims (7)

1.一种全程资源化海砂除杂、除氯系统，其特征在于：包括筛分单元、清洗冲淋单元、杂质分离单元、超声波发生器(20)、碱性电位水发生器(21)、低压臭氧发生阵列堆(29)、直线振动传送筛水单元(19)、絮凝池(27)、压滤机(28)、水收集池(22)、反渗透处理池(23)、晒蒸器和浓盐水收集单元(26)，其中：

所述筛分单元用于去除海砂中的杂质和泥砂，并将除杂后的海砂送至所述清洗冲淋单元；

所述超声波发生器(20)用于为超声波换能器(30)提供功率脉冲源；

所述超声波换能器(30)用于为所述清洗冲淋单元提供高频超声波；

所述碱性电位水发生器(21)用于向所述清洗冲淋单元提供含有Na⁺和OH^-的电位水；

所述低压臭氧发生阵列堆(29)用于向所述清洗冲淋单元提供臭氧；

所述清洗冲淋单元包括第一清洗池(7)、第一冲淋池(8)、第一斗提机(9)、第二清洗池(10)、第二冲淋池(11)和第二斗提机(12)，其中：

所述第一清洗池(7)用于在所述变频超声波的作用下洗去海砂表面的海洋生物腐殖质膜；

所述第一冲淋池(8)用于通过淡水对第一清洗池(7)处理后的海砂进行冲洗；

所述第一斗提机(9)用于将第一冲淋池(8)内冲洗后的海砂送入第二清洗池(10)；

所述第二清洗池(10)用于在所述电位水和臭氧的作用下对海砂进行清洗，洗去海砂表面的内部的氯离子；

所述第二冲淋池(11)用于通过淡水对第二清洗池(10)处理后的海砂进行冲洗；

所述第二斗提机(12)用于将洗去氯离子的海砂送入所述直线振动传送筛水单元(19)，进行砂水分离；

所述絮凝池(27)用于收集来自所述筛分单元的泥水并进行絮凝；

所述压滤机(28)用于对所述絮凝池(27)底部的沉淀物进行压滤；

所述水收集池(22)用于收集来自所述清洗冲淋单元的冲淋水和来自直线振动传送筛水单元(19)的筛下水；

所述反渗透处理池(23)用于对所述水收集池(22)收集的冲淋水进行反渗透处理，分离后的淡水经管路送至所述清洗冲淋单元对淡水进行补充；

所述晒蒸器用于对所述反渗透处理池(23)分离出的盐水进行晒蒸和浓缩；

所述浓盐水收集单元(26)用于对所述晒蒸器晒蒸、浓缩后的盐水进行收集。

2.根据权利要求1所述的全程资源化海砂除杂、除氯系统，其特征在于：还包括第二清洗冲淋单元，所述第二清洗冲淋单元包括第三清洗池(13)、第三冲淋池(14)、第三斗提机(15)、第四清洗池(16)、第四冲淋池(17)和第四斗提机(18)，其中：

所述第三清洗池(13)用于在所述变频超声波的作用下洗去第二斗提机(12)送来的海砂表面的海洋生物腐殖质膜；

所述第三冲淋池(14)用于通过淡水对第三清洗池(13)处理后的海砂进行冲洗；

所述第三斗提机(15)用于将第三冲淋池(14)内冲洗后的海砂送入第四清洗池(16)；

所述第四清洗池(16)用于在所述电位水和臭氧的作用下对海砂进行清洗，洗去海砂表面和内部的氯离子、硫化物和海洋生物腐殖质；

所述第四冲淋池(17)用于通过淡水对第四清洗池(16)处理后的海砂进行冲淋；

所述第四斗提机(18)用于将冲淋后的海砂送入所述直线振动传送筛水单元(19)，进行砂水分离。

3.根据权利要求1或2所述的全程资源化海砂除杂、除氯系统，其特征在于：所述筛分单元包括第一振动筛(3)、第二皮带输送机(4)、第二振动筛(5)和第三皮带输送机(6)，

所述第一振动筛(3)用于筛除海砂中的贝壳和卵石；

所述第二皮带输送机(4)用于将第一振动筛(3)筛分出的海砂送入所述第二振动筛(5；

所述第二振动筛(5)用于在淡水的冲刷下除去海砂中的泥和粗砂；

所述第三皮带输送机(6)用于将第二振动筛(5)筛分出的海砂送入所述第一清洗池(7)。

4.根据权利要求3所述的全程资源化海砂除杂、除氯系统，其特征在于：所述碱性电位水发生器(21)用于通过电解氯化钠水溶液生成含有Na⁺、OH^-的电位水以及氯气和氢气，所述氯气和氢气在收集室内经喷淋生成盐酸。

5.根据权利要求4所述的全程资源化海砂除杂、除氯系统，其特征在于：还包括嵌缝砖生产单元(33)，该单元用于将所述盐酸与过量氧化镁反应生成氯化镁，以所述氯化镁和过量的氧化镁作为胶凝材料，以从海砂中分离出的所述砂泥、贝壳以及所述拌合水为原料生产嵌缝砖。

6.根据权利要求5所述的全程资源化海砂除杂、除氯系统，其特征在于：还包括拌合水收集单元，所述拌合水收集单元用于收集位于所述絮凝池(27)内上层的水和压滤机(28)压滤出的水。

7.根据权利要求6所述的全程资源化海砂除杂、除氯系统，其特征在于：所述晒蒸器设置有两个(24、25)，所述反渗透处理池(23)分离出的盐水经两级晒蒸后送入所述浓盐水收集单元(26)。

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