CN114345814A - 一种电吸附的钙质砂脱盐装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电吸附的钙质砂脱盐装置，包括循环洗砂系统，包括储料箱，所述储料箱的一侧通过等高的两箱接口连接电吸附箱，电吸附箱相对两箱接口的另一端开设电吸附箱循环接口，并通过循环管连接循环泵，循环泵连接循环管与后路歧管，后路歧管的一端为循环阀，其后管路倾角上扬延伸连接储料箱上的储料箱循环接口，另一端为排料阀。本发明通过循环系统，使得钙质砂在循环砂水流中不断冲刷，其离子盐溶解于水中，达到一次脱盐，随后根据加设电吸附系统，盐离子在电场作用下不断向电极板所在的高盐水池中聚集，且加速难以清洗的内孔隙盐分去除，同时过渡分隔带隔开高盐水与循环砂水体，最终达成循环砂水混合物盐分去除，废弃物仅为高浓度盐水。

Description

一种电吸附的钙质砂脱盐装置
技术领域
本发明涉及力学土工试验技术领域，尤其涉及一种电吸附的钙质砂脱盐装置。
背景技术
钙质砂是一种碳酸钙含量超过95％的特殊生物成因的海相岩土介质，颗粒形状随粒径各具分形特征，同时具备腔肠状内孔隙。海洋环境作用下，颗粒自身吸附大量的盐离子，内孔隙残留高盐度海水。钙质砂富集的盐分主要是可溶盐，在新吹填钙质砂离子吸附试验中，阳离子达到175mg/L，阴离子达到117mg/100g。就近取材应用钙质砂作为各类工程填料和混凝土骨料是一种经济便捷的手段。高盐分钙质砂作为混凝土骨料会对结构寿命耐久产生不良影响，同时在降雨入渗下作为填料的钙质砂盐分变化，其工程性质的变化会产生一定风险。
钙质砂脱盐常用的方式是静水渗透与动水洗涤，两种方式效率缓慢且要大量的净水来反复洗涤，造成大量净水浪费。因为钙质砂的极细的腔肠状内孔隙，其内盐分脱离也十分困难。例如申请专利号:CN201710278092.3中使用动水洗涤方式，需要重复多次装水洗砂达到完全脱盐效果，需要耗费大量时间精力和净水资源。
电吸附技术的原理是通过外加电压在电极之间形成静电场，带电粒子在静电场中受到静电力而被迫向带相反电荷的电极板移动，最终达到离子在相反电荷电极板附近集聚的效果。目前缺乏将电吸附引入的钙质砂脱盐装置。同时砂水静置下，钙质砂不断沉积，与作为电场与粒子运动介质的水接触也会随着沉积减小，静水脱盐效率可能十分缓慢。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种电吸附的钙质砂脱盐装置，该装置通过循环系统，使得钙质砂在循环砂水流中不断冲刷，其离子盐溶解于水中，达到一次脱盐，随后根据加设电吸附系统，盐离子在电场作用下不断向电极板所在的高盐水池中聚集，且加速难以清洗的内孔隙盐分去除，同时过渡分隔带隔开高盐水与循环砂水体，最终达成循环砂水混合物盐分去除，废弃物仅为高浓度盐水。
技术方案：本发明所公开的电吸附的钙质砂脱盐装置，包括循环洗砂系统，所述循环洗砂系统包括储料箱，所述储料箱的一侧通过等高的两箱接口连接电吸附箱，所述电吸附箱相对两箱接口的另一端开设电吸附箱循环接口，并通过循环管连接循环泵，所述循环泵连接循环管与后路歧管，所述后路歧管的一端为循环阀，所述循环阀后管路倾角上扬延伸连接储料箱上的储料箱循环接口，所述后路歧管的另一端为排料阀，砂水料由储料箱注入后流入电吸附箱，再通过循环系统重复泵入储料箱循环接口完成循环；
所述电吸附箱包括与两箱接口对接的循环吸附池以及循环吸附池两侧的过渡分隔层和高盐废水池，所述高盐废水池内设有电极板，并通过夹具固定在箱体上，所述电吸附箱上设有直流电压输出控制端，所述电极板配线通过夹具连接直流电压输出控制端，为两极板提供直流稳定电场，所述过渡分隔层侧边通过卡槽与电吸附箱内壁固定，固定处设有防水橡胶膜，所述高盐废水池的底部开设废料阀。
进一步的，所述电吸附箱为高度与长度大于宽度的矩形结构，其两侧设有侧撑。
进一步的，所述过渡分隔层为多层材料密贴组成，由循环吸附池所在侧至高盐废水池所在侧依次为：透水石层、透水土工布层、透水石层、单向透水膜层，整体外轮廓通过分隔层包络膜包裹并卡入卡槽。
进一步的，所述直流电压输出控制端采用输出电压可调的直流线性稳定电压电源。
进一步的，所述储料箱一侧壁为透明玻璃，内部标注注水线，所述储料箱顶部设有注砂口和注水口，所述储料箱转口通道后设两箱接口，所述两箱接口连接转角通道和循环吸附池，所述储料箱内以储料箱循环接口为高点，转口通道为低点，设置有一层挡砂过水斜截网。
进一步的，所述电吸附箱循环接口设于电吸附箱一端中间的底部，储料箱循环接口设于储料箱侧壁的顶部，两口形成高差。
进一步的，所述循环泵为气动隔膜泵。
本发明循环的实现方式包括：
①储料箱与电吸附池连通是主体容积部分；
②储料箱作为砂与水的加料口，分别适配水管接头与喷砂接口，在注水注砂的同时另一侧可以作为密闭循环的气孔。储料箱一侧使用透明钢化玻璃且储料箱内部标注水线，直观简便的控制加砂加水，同时储料箱内部设一层挡砂过水斜截网，防止钙质砂在循环过程中沉积在储料箱边角，造成砂水分离，最终难以清槽；
③电吸附箱循环接口布置于左侧箱面宽度方向中部，高度方向底部，由于钙质砂的容重比水大，底部抽出可以提高砂水循环中砂的占比，砂料循环效率更高。储料箱循环接口布置于侧面顶部，两口间产生高差，使得砂水在水平方向与垂直方向均完成循环，提高整体脱盐效率，避免容重较大的钙质砂在储料箱与电吸附箱内的沉积；
④循环泵为标准气动隔膜泵，方便小型颗粒水混合物泵送，耐受砂水混合物磨损，避免常规扇叶泵打碎砂水中钙质砂。同时具有高吸程和允许空转功能，方便最终砂水混合物脱盐后排净。循环泵可调流量速度，通过流量速度与砂水混合物体积可计算整体砂水混合物循环次数，便于控制计算除盐效果；
⑤循环泵后路歧管一端为循环阀，开启以控制整体砂水循环，待整体脱盐结束后闭合，方便砂水从整体装置内抽出。另一端为排料阀，循环阶段可以开启取样检测脱盐效果，整体脱盐结束后为砂水出口；
⑥各个循环部分包括储料箱，电吸附箱，循环管，循环泵之间都具有拆装接口，方便各个部分清理维护。
本发明电吸附的实现方式包括：
①使用水作为电场介质和离子运动介质，同时使用循环动砂水来帮助脱盐；
②电极板采用钛合金电极板，两电极板分别作为阴极板和阳极板，两极板间通过水体形成电场，溶于水中的钙质砂盐分在电场作用下不断向极板聚集迁移，电场中钙质砂的内孔隙盐分也在电场作用下更易去除；
③电极板加压控制端采用直流线性稳定电压电源，输出电压可以调节以应用不同水位不同砂水量脱盐，同时应用不同最终脱盐效果。直流电源使得两电极板间产生稳定强度电场；
④采用的电吸附箱整体为高度与长度大于宽度的矩形块体，高度与长度保证电场作用面积足够大，宽度保证两电极板间的电势梯度，增加电场单位长度内的电势差，加强脱盐效果；
⑤过渡分隔层为多层材料密贴组成，材料排布顺序依照由循环吸附池指向高盐废水池方向先后为：透水石层，透水土工布层，透水石层，单向透水膜层。各层材料密贴后由分隔层包络膜包箍外轮廓后安设入卡槽。过渡分隔材料整体总厚控制在4-6cm。作为优选，透水石层为常规透水石，阻挡砂粒保证砂水循环同时具有高耐磨性，在砂水流冲刷下不易损坏长久使用。作为优选，单向透水膜层为使用亲水材料与疏水材料混合编织材料，满足从循环吸附池向高盐水池单向过水的要求。所述过渡分隔材料整体表现为阻隔砂粒，单向透水，阻隔动水，保证高盐池内较平稳水体状态，分隔开高盐水与脱盐砂水；
⑥脱盐结束后，电极板放电，废水阀用来排放高盐水。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
1、结构简单，操作便捷，注水注砂清晰可视化，不需要机械定量注入，一次注水注砂完成脱盐。水与钙质砂水平与垂直双向循环，避免钙质砂沉积，脱盐更均匀效率更高，循环中砂占砂水比例高，钙质砂循环更加充分；
2、增设电吸附系统，加快整体钙质砂脱盐速率，加强钙质砂内孔隙脱盐。应用循环砂水流来脱盐，避免静置砂水下砂水分离，提高电吸附效率。分离盐分与砂水体，方便钙质砂脱盐后处理。水循环利用可以达到70％以上，大大节约钙质砂脱盐用水。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明电吸附箱垂直方向剖面图；
图3为本发明储料箱结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种电吸附的钙质砂脱盐装置，包括循环洗砂系统，所述循环洗砂系统包括储料箱1，所述储料箱1的一侧通过等高的两箱接口2连接电吸附箱3，接口间为防水橡胶垫并通过螺栓紧固，所述电吸附箱3相对两箱接口2的另一端开设电吸附箱循环接口4，并通过循环管5连接循环泵6，所述循环管为聚氯乙烯材质，孔径适配后续循环泵，平铺在底面，所述循环泵6连接循环管5与后路歧管，所述后路歧管的一端为循环阀7，开启以控制整体砂水循环，待整体脱盐结束后闭合，方便砂水从整体装置内抽出，所述循环阀7后管路倾角上扬延伸连接储料箱1上的储料箱循环接口8，所述后路歧管的另一端为排料阀9，循环阶段可以开启取样检测脱盐效果，整体脱盐结束后为砂水出口，所述废料阀3-8是脱盐结束高盐水废料排放口，砂水料由储料箱1注入后流入电吸附箱3，再通过循环系统重复泵入储料箱循环接口8完成循环。
所述电吸附箱3包括与两箱接口2对接的循环吸附池3-1以及循环吸附池3-1两侧的过渡分隔层3-2和高盐废水池3-3，所述高盐废水池3-3内设有电极板3-4，所述电极板3-4为适配箱体长度与高度的平面板，并通过夹具3-4-1固定在箱体上，所述电吸附箱3上设有直流电压输出控制端3-5，所述电极板3-4配线通过夹具3-4-1连接直流电压输出控制端3-5，为两极板提供直流稳定电场。
所述过渡分隔层3-2适配电吸附箱3高度与宽度，侧边通过卡槽3-6与电吸附箱3内壁固定，固定处设有防水橡胶膜3-7，防止水体从卡槽孔隙渗入。所述高盐废水池3-3 的底部开设废料阀3-8。
所述电吸附箱3为高度与长度大于宽度的矩形结构，高度与长度保证电场作用面积足够大，宽度保证两电极板3-4间的电势梯度，增加电场单位长度内的电势差。其两侧设有侧撑3-9，防止意外情况下电吸附箱3倾覆造成危险损伤。
所述过渡分隔层3-2为多层材料密贴组成，由循环吸附池3-1所在侧至高盐废水池3-3所在侧依次为：透水石层3-2-2、透水土工布层3-2-3、透水石层3-2-2、单向透水膜层3-2-4，整体外轮廓通过分隔层包络膜3-2-1包裹并卡入卡槽3-6。所述过渡分隔材料整体总厚控制在4-6cm。所述透水石层3-2-2为常规透水石，阻挡砂粒保证砂水循环同时具有高耐磨性，在砂水流冲刷下不易损坏长久使用。所述单向透水膜层3-2-4为使用亲水材料与疏水材料混合编织材料，满足从循环吸附池向高盐水池单向过水的要求。所述过渡分隔材料整体表现为阻隔砂粒，单向透水，阻隔动水，保证高盐池内较平稳水体状态，分隔开高盐水与脱盐砂水。
所述直流电压输出控制端3-5采用输出电压可调的直流线性稳定电压电源，便于应用不同砂水量与不同脱盐效果。两电极板间产生稳定强度电场。
如图3所示，所述储料箱1一侧壁为透明玻璃1-4，内部标注注水线，通过观察砂水线控制注水量和注砂量，简化注砂注水。所述储料箱1顶部设有注砂口1-2和注水口 1-3，适配不同水管与注砂泵，各自可以作为密闭装置下注料气孔。所述储料箱1转口通道后设两箱接口2，所述两箱接口2连接转角通道和循环吸附池3-1。所述储料箱1 内以储料箱循环接口8为高点，转口通道为低点，设置有一层挡砂过水斜截网1-1。所述挡砂过水斜截网1-1可由挡砂过水土工布包覆三角框制作，可以防止钙质砂在储料箱内的积存，同时最后清槽阶段在水位截网角度共同作用下减小砂在砂水中比率，防止清槽后砂料残留。
所述电吸附箱循环接口4设于电吸附箱3一端中间的底部，由于钙质砂的容重比水大，底部抽出可以提高砂水循环中砂的占比，砂料循环效率更高；储料箱循环接口8设于储料箱1侧壁的顶部，两口形成高差，使得砂水在水平方向与垂直方向均完成循环，提高整体脱盐效率，避免容重较大的钙质砂在储料箱1与电吸附箱3内的沉积。
所述循环泵6为气动隔膜泵，方便小型颗粒水混合物泵送，耐受砂水混合物磨损，避免常规扇叶泵打碎砂水中钙质砂。同时具有高吸程和允许空转功能，方便最终砂水混合物脱盐后排净。所述循环泵6可以通过本身气阀调节流量速度，通过流量速度与砂水混合物体积可计算整体砂水混合物循环次数，便于控制计算脱盐效果。
本装置使用包括以下步骤：
砂料预处理，根据砂水循环要求与循环泵的性能，剔除大于10mm的颗粒。
①检查开启装置循环阀，关闭装置排料阀。
②从注水口注水，按照砂水比1：3注入足量清水，注入量按照储料箱内的注水线判断。
③待注水完毕后，开启循环泵使装置内水流开始循环，初始循环速率为最低底档。循环开始后从注砂口注入需要脱盐的钙质砂，可选择手动注入或小型吹砂泵注入，吹砂泵注入时调节注砂速度避免造成钙质砂淤积。
④开始注砂后启动电极板电源，调节总体砂水量与需求脱盐效果适配电压。
⑤通过储料箱注水线判断注砂量，待全部注砂完毕后选择需要的循环泵流量速率，计算循环泵流量与整体砂水量得到循环速率。
⑥针对不同盐分浓度钙质砂，在不同循环次数下开启出口阀检测水中盐分浓度判断脱盐效果，并且根据循环速率，循环次数与电压大小得到经验洗砂。
⑦待脱盐完毕后先关闭电极板电源，放电处理，调低循环泵速率，打开出口阀接出洗净砂水，后关闭循环阀。待净水净砂抽干后，打开高盐水阀排出高浓度盐水。
⑧待箱内砂水线降到低点，升高循环泵功率，待循环泵空转1分钟彻底排出残留钙质砂后后关闭循环泵。

Claims (7)

1.一种电吸附的钙质砂脱盐装置，其特征在于：包括循环洗砂系统，所述循环洗砂系统包括储料箱(1)，所述储料箱(1)的一侧通过等高的两箱接口(2)连接电吸附箱(3)，所述电吸附箱(3)相对两箱接口(2)的另一端开设电吸附箱循环接口(4)，并通过循环管(5)连接循环泵(6)，所述循环泵(6)连接循环管(5)与后路歧管，所述后路歧管的一端为循环阀(7)，所述循环阀(7)后管路倾角上扬延伸连接储料箱(1)上的储料箱循环接口(8)，所述后路歧管的另一端为排料阀(9)，砂水料由储料箱(1)注入后流入电吸附箱(3)，再通过循环系统重复泵入储料箱循环接口(8)完成循环；
所述电吸附箱(3)包括与两箱接口(2)对接的循环吸附池(3-1)以及循环吸附池(3-1)两侧的过渡分隔层(3-2)和高盐废水池(3-3)，所述高盐废水池(3-3)内设有电极板(3-4)，并通过夹具(3-4-1)固定在箱体上，所述电吸附箱(3)上设有直流电压输出控制端(3-5)，所述电极板(3-4)配线通过夹具(3-4-1)连接直流电压输出控制端(3-5)，为两极板提供直流稳定电场，所述过渡分隔层(3-2)侧边通过卡槽(3-6)与电吸附箱(3)内壁固定，固定处设有防水橡胶膜(3-7)，所述高盐废水池(3-3)的底部开设废料阀(3-8)。
2.根据权利要求1所述的电吸附的钙质砂脱盐装置，其特征在于：所述电吸附箱(3)为高度与长度大于宽度的矩形结构，其两侧设有侧撑(3-9)。
3.根据权利要求1所述的电吸附的钙质砂脱盐装置，其特征在于：所述过渡分隔层(3-2)为多层材料密贴组成，由循环吸附池(3-1)所在侧至高盐废水池(3-3)所在侧依次为：透水石层(3-2-2)、透水土工布层(3-2-3)、透水石层(3-2-2)、单向透水膜层(3-2-4)，整体外轮廓通过分隔层包络膜(3-2-1)包裹并卡入卡槽(3-6)。
4.根据权利要求1所述的电吸附的钙质砂脱盐装置，其特征在于：所述直流电压输出控制端(3-5)采用输出电压可调的直流线性稳定电压电源。
5.根据权利要求1所述的电吸附的钙质砂脱盐装置，其特征在于：所述储料箱(1)一侧壁为透明玻璃(1-4)，内部标注注水线，所述储料箱(1)顶部设有注砂口(1-2)和注水口(1-3)，所述储料箱(1)转口通道后设两箱接口(2)，所述两箱接口(2)连接转角通道和循环吸附池(3-1)，所述储料箱(1)内以储料箱循环接口(8)为高点，转口通道为低点，设置有一层挡砂过水斜截网(1-1)。
6.根据权利要求1所述的电吸附的钙质砂脱盐装置，其特征在于：所述电吸附箱循环接口(4)设于电吸附箱(3)一端中间的底部，储料箱循环接口(8)设于储料箱(1)侧壁的顶部，两口形成高差。
7.根据权利要求1所述的电吸附的钙质砂脱盐装置，其特征在于：所述循环泵(6)为气动隔膜泵。
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