CN1686839A - 利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，由如下步骤完的：A.分凝淡化：在自然或人工池塘中充满取自地下的苦咸水或海水，利用冬天气温达到0℃以下时自然结冰；B.位离脱盐：在冰层凝结到2－3cm时，通过底部排水，降低水位，形成负压过滤空腔，利用白天夜晚的温差，使冰层反复融冻；C.采冰储存：将冰块用塑料袋包装，储存于冰库；D.融离淡化：将初步淡化的冰块置于下部设置排水口的融冰池中，排放1/3首先溶化的咸冰水，保留剩余淡化水。本发明的方法不仅能低成本生产淡化水，还可拉动冰产业如冷藏、冷空调、冷化工、冰旅游等产业，通过苦咸水的大面积开发利用，促进滨海平原环境的改良和抗灾能力的提高。

Description

利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法

技术领域

本发明涉及到一种利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法和相关设备，属于水资源利用和水质处理技术领域。

背景技术

淡水资源的短缺是世界性的普遍问题。中国是缺水国家，北方更为突出，在环渤海经济区，淡水已经严重制约工农业的发展，有很多县乡村的居民饮用水质不合格。当前，地表水锐减，浅层水又苦又咸，靠每年超采2～4亿m³的深层地下水来维持人民生活和国民经济发展，造成了严重的环境问题。而另一方面这些地区临海，地下有大量的苦咸水，不仅不能利用，还破坏了环境。因此，开发利用苦咸水资源早已经成为科学与技术研究关注的重大问题，也是发展临海地区，尤其是临港地区经济必须首先解决的大问题。

咸水资源化的研究已经开展多年，有咸水淡化和咸水直接利用两种途径。苦咸水淡化的研究很多，基本上是利用电能、热能、化学能，走吸附、电渗析、膜渗透、蒸馏等途径。这些方法成本较高，如果对于工业用水和饮水还可以承受的话，而对解决农业灌溉和土壤改良的需水几乎是难以实现的。海水结冰淡化的理论和现象早被人发现，90年代后期，国家《863》计划曾设立了海冰取淡水的研究项目(北京师范大学史培军承担)。研究表明，采集海冰后，利用多种方法进行海冰淡化，结果以离心法脱盐最好，水质达到国家城市生活用水和农田灌溉用水标准。对于临海地区苦咸水低成本、大批量淡化的技术尚无研究报导。

发明内容

本发明提供一种利用北方滨海平原苦咸水与冬冷资源并存的特点，充分利用季节温度的变化规律，依据苦咸水分凝和融离原理，实现苦咸水的低成本、大批量淡化，满足滨海地区经济发展对水的需求。

本发明的技术方案是这样实现的：这种利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于它是由如下步骤完成的：

A、分凝淡化：在自然或人工池塘中充满取自地下的苦咸水或海水，利用冬天气温达到0℃以下时自然结冰；

B、位离脱盐：在冰层凝结到2-3cm时，通过底部排水，降低水位，形成负压过滤空腔，利用白天夜晚的温差，使冰层反复融冻，形成初级淡化的冰块；

C、采冰储存：将冰块用塑料袋包装，储存于冰库；

D、融离淡化：将初步淡化的冰块置于下部设置排水口的融冰池中，排放首先溶化的咸冰水，保留剩余淡化水。

所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，所述步骤A分凝淡化中的结冰池塘可按照位差由高到低串联设置，排水口连通。

所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，所述步骤B位离脱盐中的结冰池白天加盖增温黑膜。

所述增利用制冰淡化苦咸水的方法，所述步骤B和D中使冰块与融化水分隔的手段包括预先在池中设置冰块支架。

所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，所述步骤D中的融离淡化采用自然融离淡化、太阳能闷晒融离淡化或负压抽滤融离淡化方式。

所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，所述负压抽滤融离淡化是在融冰池或融冰箱底部设置支撑架和排水口，排水口设置控制排放咸淡水的转换开关，融冰池或融冰器上部用压紧膜密封。

所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，所述融离淡化的融冰池出水口设置电导仪和咸淡水转换开关。

所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，所述融离淡化过程中产生的冷气和咸冰水直接作为工业制冷资源。

本发明的利用制冰淡化苦咸水的方法不仅能低成本生产淡化水，还可拉动冰产业如冷藏、冷空调、冷化工、冰旅游等产业，通过苦咸水的大面积开发利用，促进滨海平原环境的改良和抗灾能力的提高。

附图说明

图1是苦咸水浓度与分凝淡化效果图

图中高矿化度苦咸水在温度低于零度时，发生分凝，以冰和卤水的形式产生盐和水的分离—初级淡化。初结晶冰体的矿化度小于4g/L；随着结冰程度加重，冰体裹挟的盐离子增多，冰的矿化度提高，同时剩余的不结冰卤水盐浓度增加，图1所示本发明控制在苦咸水结冰到2/3左右时，即卤水/苦咸水体积比达到0.3左右，剩余卤水浓度可以达到原浓度的2倍以上，残留在卤水中的盐达总盐量的40-60％，即初级结冰分凝淡化的脱盐率达40-60％，因此适时采冰是分凝淡化技术的关键点。

图2是冰块融离过程水质变化曲线图

图中含盐冰融化时，盐随先融化水析出，后融化的冰主要为淡水，所以称为融离淡化，是本发明技术方案的二级淡化步骤。

融离淡化的程度与融化的强度与程度有关，缓慢融化分离效果好，有利于淡化。以融化水先后分段的水质变化(矿化度)曲线为指数曲线：

                 y＝ae^-bX

其中y是水的矿化度，X是融水的单位份数，系数a、b与冰的盐度和融化条件有关。冰的盐度越低，融离淡水的质量和比例越大。

  室温(17℃)融化参数表

冰盐度(g/L)	a系数	b系数
			15	76	-0.52
10	61	-0.61
			5	53	-0.95

本发明试验的淡化标准与淡化水比例的变化如下表：

1、以含盐5g/L冰融离为标准，不同取淡比例的淡化水水质

取淡比例	90％	80％	70％	60％	50％	40％	30％
								淡水矿化度	2.75	1.52	0.85	0.48	0.28	0.17	0.1
弃水矿化度	25.65	19.13	14.82	12.34	10.5	8.29	7.16

2、以含盐10g/L冰融离为标准，不同取淡比例的淡化水水质

取淡比例	90％	80％	70％	60％	50％	40％	30％
								淡水矿化度	5.50	3.04	1.70	0.97	0.56	0.34	0.21
弃水矿化度	51.29	38.25	29.64	23.75	19.60	16.58	14.31

经过分凝和融离两级淡化以后，达到淡水标准(≤2g/L)的水占可以达到苦咸水总量的30-40％。实际应用中可以依据水质要求，确定淡化分界线。

使用底部出水的负压抽滤法可以提高融离效果—尤其是融化的先期。

图3是分凝淡化池的结构示意图

图中：1、冰层2、冰支架3、苦咸水层4、排水管道5、结冰池

图4是太阳能闷晒融冰池的结构示意图

图中：6、融冰池7、水质监测仪器8、压紧膜9、排水口10、太阳能吸热膜

具体实施方式

实施例

1、分凝制冰淡化分为二种方式：

第一种是旱地结冰场，利用冬闲平地在不透水的地面建设冰场。底部设计灌、排水管道。灌水深度依据采冰厚度确定，一般12-16cm，冰层结到10cm厚时，排出卤水，将冰进行切割，装袋(食品用包装塑料袋)入库储存。

第二种方式是坑塘冰场，在池塘内灌水60-100cm以上，结冰厚度到10cm以上时，切割采冰，余水继续结冰，直至采集总水量2/3的冰。采冰—按照储冰标准切割，经初处理后装袋(食品用包装塑料袋)入库储存，这种方式优点是可以利用旧坑塘洼地，缺点是卤水逐渐加重，要注意采冰的质量变化而控制。

2、位离脱盐

对于高矿化度苦咸水源为了提高淡化效果，采用位离脱盐，就是在冰初结到2-3cm厚时，通过底部排水，降低水位2-3公分，形成负压吸滤，利用白昼温差和苦咸水结冰的多孔性冰层反复融冻，淋去裹挟的卤水，以提高分凝效果；依次类推，可以进行多次。负压吸滤时冰会下沉，要预埋冰内支架，如图3所示。

为了提高苦咸水的利用率，可连续串联设置有一定位差的结冰池，下部排水管路连通。

3、采冰储存

采冰块的最佳标准：为了便于储存、冰产业开发、融离淡化等下一步应用，并符合热传导的原则，确定冰的最佳厚度为10cm，宽33cm，长40cm，每块冰的重量12.5kg，一个塑料袋包装。太厚，出现冰的保温阻隔，不利于结冰。

4、融离淡化

实际操作淡化水储存方式有两种：

(1)储存淡化的水——采冰后，立即利用太阳能或自然能进行融离淡化，储存淡化水部分；冬季需水可以边冻边融，减少储存费用；春季用水可以露地储冰，自然融化，储存淡水；

(2)储存冰——在需要淡水时，随时用随时淡化。主要用于夏秋季节，可以冰库储冰，结合冰产业融冰淡化。

农村和居民储冰淡化可采用融冰池加支架使冰自然融化，融冰池下部设置排水口，把冰块融化1/3左右的水弃去，保留剩余的融化水，这种淡化水可直接应用于洗衣，洗澡，或再经过后期处理作为饮用水。

工业集中储冰淡化：采用太阳能闷晒结合融冰池，负压抽滤融冰，如图4所示，融冰池上面有压紧膜密封，随着冰块融化，融化水被排出，在融冰池内形成负压环境，有利于融化水的排出。融冰池下部设置冰块支撑架，底部设置有排水口，排水口处可以设置水质检测仪器如电导仪等，随时监控出水的矿化度或离子浓度，达到设定的淡化要求即可转换开关，排放淡水。

5、苦咸水制冰淡化的综合应用

(1)满足城乡居民尤其是农村居民生活需要如洗澡，洗衣，经后期处理后饮用等；

(2)用于温室大棚农业的滴灌，冬天的融化淡水需要升温后在应用，晚春大棚降温时可直接应用；

(3)采集的冰块可与海产品的冷藏库、水果蔬菜的保鲜库相结合用于冷库；

(4)融冰与工业制冷相结合，将融离过程中产生的冷气和冰咸水用于中央空调制冷；

(5)盐碱地补水：程序是：抽咸水成塘，冬季采冰，运输到需要补水地免露天堆垛，春暖融离时，分流咸水和淡水，可以低成本大量补充淡水，使苦咸水地下水位下降，实现环境的改良。

本发明列举的实施例旨在更进一步地阐明这种利用制冰淡化苦咸水的方法和实施方式，而不对本发明的保护范围构成任何限制，本发明实施例和经由本发明权利要求书所述均可从苦咸水中得到淡化水。

Claims (8)

1、利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于它是由如下步骤完成的：

A、分凝淡化：在自然或人工池塘中充满取自地下的苦咸水或海水，利用冬天气温达到0℃以下时自然结冰；

B、位离脱盐：在冰层凝结到2-3cm时，通过底部排水，降低水位，形成负压过滤空腔，利用白天夜晚的温差，使冰层反复融冻，形成初级淡化的冰块；

C、采冰储存：将冰块用塑料袋包装，储存于冰库；

D、融离淡化：将初步淡化的冰块置于下部设置排水口的融冰池中，排放首先溶化的咸冰水，保留剩余淡化水。

2、根据权利要求1所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于所述步骤A分凝淡化中的结冰池塘可按照位差由高到低串联设置，排水口连通。

3、根据权利要求1所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于所述步骤B位离脱盐中的结冰池白天加盖增温黑膜。

4、根据权利要求1所述增利用制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于所述步骤B和D中使冰块与融化水分隔的手段包括预先在池中设置冰块支架。

5、根据权利要求1所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于所述步骤D中的融离淡化采用自然融离淡化、太阳能闷晒融离淡化或负压抽滤融离淡化方式。

6、根据权利要求5所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于所述负压抽滤融离淡化是在融冰池或融冰器底部设置支撑架和排水口，排水口设置控制排放咸淡水的转换开关，融冰池或融冰器上部用压紧膜密封。

7、根据权利要求5所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于所述融离淡化的融冰池出水口设置电导仪和咸淡水转换开关。

8、根据权利要求1所述利用自然冷源制冰淡化苦咸水的方法，其特征在于所述融离淡化过程中产生的冷气和咸冰水直接作为工业制冷资源。