專利名稱：一種海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置和工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置和工藝，特別涉及一種通過重力方 法制備海冰淡水的裝置和技術方法，以及一種通過海冰重力脫鹽池而獲取冷氣的裝置和方 法。屬于海水淡化。
背景技術：
環(huán)渤海地區(qū)是我國淡水資源最缺乏的地區(qū)之一，渤海是我國冬季主要結冰海區(qū)， 開發(fā)海冰資源用以解決環(huán)渤海地區(qū)的缺水狀況，是我國海水淡化研究領域的最新前沿課題。海冰主要由多邊形的純冰晶、鹵水胞、空氣和少量固體雜質組成。海冰中所含有的 鹽分主要來自于冰體內部的鹵水胞，鹵水胞為高濃度鹽水，在一般的低溫環(huán)境中(-30°C ) 也不會凍結，而以液體形式存在于海冰內部。海冰內部的冰晶之間還存在有縫隙，這為鹵水 胞在重力作用下沿著這些縫隙流出冰體提供了可能。海冰重力脫鹽就是根據(jù)海冰的液_固 兩相共生的結構特征，通過重力作用將海冰冰體中的鹵水胞排出去的方法。中國發(fā)明專利申請200510092863. 7公開了一種重力法海冰脫鹽設施，但這種設 施存在缺陷，主要表現(xiàn)為堆積的海冰受空氣溫度日變化影響很大，融化速度得不到控制。海 冰重力脫鹽是指海冰內部的鹵水胞受重力作用而下滲流出冰體的過程，由于海冰內部的縫 隙非常細小，因此鹵水胞的下滲速度很慢、滲出量也少。但海冰的融化受環(huán)境溫度、也就是 空氣溫度的影響很大。當脫鹽設施中的海冰暴露在空氣之中時，如果中午時分的空氣溫度 升至海冰的冰點溫度(_1.4°C)以上，海冰中的淡水冰晶就會產生部分融化，這些融水會下 滲至脫鹽設施的底部，并與受重力作用而下滲至此的鹵水混合在一起。此時若想把鹵水排 出脫鹽設施，勢必要帶走很多淡水；若不進行排水，則重力脫鹽過程將無法實現(xiàn)。因此，合理 地控制和減緩海冰融化速度，對于充分排出冰內鹵水胞、提高重力脫鹽率，對于減少淡水冰 晶融化、提高淡水回收率都是非常重要的。本發(fā)明旨在解決上述技術難題，提供一種高脫鹽率、高回收率的海冰重力脫鹽裝 置及其脫鹽工藝，同時還提供一種通過海冰重力脫鹽池而獲取冷氣的裝置和方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于公開一種海冰重力脫鹽裝置。本發(fā)明的目的在于公開一種海冰重力脫鹽工藝。本發(fā)明的目的在于公開一種通過海冰重力脫鹽池而獲取冷氣的裝置。本發(fā)明的目的在于公開一種通過海冰重力脫鹽池而獲取冷氣的方法。本發(fā)明目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的一種海冰重力脫鹽裝置(圖1)，所述裝置包括下挖式倒梯形脫鹽池1，脫鹽池1的 底部和四周鋪設有防滲層2，脫鹽池底部的中間處設有集水槽3，集水槽上部覆蓋有鐵篦子 4，集水槽3與鹵水井5相連通，鹵水井5內插入抽水管6，在脫鹽池底部安放有直立通風管
47，通風管頂部安裝有通風扇8，通風道在脫鹽池內的部分其管壁上有通風孔9，在脫鹽池的 底部還鋪設有水平通風管10。在實施海冰重力脫鹽時，將海冰11堆放在脫鹽池1中，其冰堆表面覆蓋有隔溫層 12，海冰11中所含有的鹵水13在重力作用下滲出冰體并匯集到集水槽3和鹵水井5中，通 過抽水管6將鹵水井5中的鹵水13排出脫鹽池之外(圖2)。所述脫鹽池1其底部的中間處要低于四周，呈下凹狀，有利于周圍的存水(特別是 海冰脫鹽所產生的鹵水)向該處匯集。所述鹵水井5可以是1-3個，并相互連通；所述防滲 層2其作用一是要防止脫鹽池內的水體滲漏損失，二是防止地下水(特別是含鹽量高的地 下水)進入脫鹽池，該防滲層經過硬化處理，可以抵抗大型冰塊(0. 5米X0. 5米X0. 5米) 的墜落撞擊。所述鐵篦子4是用于防止冰塊堵塞集水槽。所述直立通風管7和通風扇8和 通風孔9可將脫鹽池外部的空氣14送入冰堆之中，使冰堆內部的溫度發(fā)生變化，促進冰塊 內部縫隙的擴大，使鹵水能順利滲出海冰冰體(圖3)。所述海冰冰塊11是指海水在低溫時 的凍結物，也可是苦咸水在低溫時的凍結物，其冰塊大小以0. 2米X0. 2米X0. 2米為宜。 所述隔溫層12由塑料薄膜15、防寒被16和草簾子17所構成，其鋪設順序為先鋪設塑料 薄膜15，然后是防寒被16，最后是草簾子17 (圖4)，隔溫層12用于隔絕冰堆與外界空氣之 間的熱交換。所述抽水管6是將受重力作用滲出海冰冰體的鹵水13排出到脫鹽池1之外， 當抽出水的鹽度達到脫鹽標準時，此時脫鹽池內的冰塊就由含一定鹽分的海冰轉化為淡水 冰18，海冰重力脫鹽過程結束(圖5)。所述脫鹽池1在重力脫鹽結束后就成為海冰淡水的 蓄水池。一種海冰重力脫鹽工藝，其流程為將海冰冰塊堆滿脫鹽池(1)；冰塊大小以0. 2米X 0. 2米X 0. 2米為宜，脫鹽池頂 部水平面之上的冰堆高度為脫鹽池深度的1/2 ；堆冰開始之后，用抽水管(6)從鹵水井(5) 中向脫鹽池(1)外部抽出池內鹵水；抽水時間以清晨時刻宜；堆冰結束之后即刻用隔溫層 (12)將冰堆全面覆蓋；隔絕冰堆與外界空氣之間的熱交換；當環(huán)境溫度較低、鹵水量很少 時，可以在中午時分通過直立通風管(7)和通風扇(8)將脫鹽池外部的空氣(14)送入冰堆 之中；通風時間以1-2小時為宜；當從鹵水井中抽出的水其鹽度已經低于脫鹽標準時，即可 停止抽水，海冰重力脫鹽過程結束。一種通過海冰重力脫鹽池而獲取冷氣的裝置(圖6)，所述裝置是在海冰重力脫鹽 裝置中的水平通風管10，通風管10鋪設在脫鹽池底部，呈正方形或凹字形排列均可，并通 過連接管19與脫鹽池1外部相通；連接管19與氣泵20相連接的一端為進氣口，另一端為 出氣口。一種通過海冰重力脫鹽池而獲取冷氣的方法，其流程為用海冰冰塊(11)將脫鹽池(1)填滿，并在冰堆表面覆蓋隔溫層(12)；用氣泵(20) 將脫鹽池外部的熱空氣(21)通過連接管(19)送入水平通風管(10)；熱空氣(21)在通過 水平通風管(10)的過程中與冰堆進行熱交換，轉化為冷空氣(22)，再從出氣口排出，提供 給需要降溫的設施使用。本發(fā)明具有以下特點1.脫鹽過程充分，脫鹽效率提高。隔熱層切斷了脫鹽池內的海冰與外部空氣之間 的熱交換，使得海冰內部的鹵水胞在重力作用下的緩慢滲出過程能夠充分地進行，從而提高海冰脫鹽效率。2.冰晶融化少，淡水回收率高。隔熱層使得脫鹽池長期處于低溫環(huán)境下，海冰內 部的淡水冰晶(冰點溫度0°c)不易融化，在脫鹽過程結束后仍然有大量的冰塊(淡水冰) 存在，提高淡水回收率。3.有效控制海冰融化過程。隔熱層和通風管的并用，可以在需要時加速冰塊的融 化，也可以在不需要時減緩冰塊的融化，從而為海冰脫鹽及淡水生產控制提供了條件。4.獲得室內空調用的冷氣。隔熱層可使脫鹽池內的冰塊維持3-5個月不融化，此 時季節(jié)已經進入夏季，脫鹽池內的低溫環(huán)境，可以為室內空調等提供冷氣來源。苦咸水凍結所形成的苦咸水冰，具有與海冰相似的結構特征，完全可以使用本發(fā) 明的裝置和方法進行脫鹽淡化。


圖1是海冰重力脫鹽裝置示意圖其中1.脫鹽池 2.防滲層3.集水槽4.鐵篦子5.鹵水井6.抽水管7.直立通風管8.通風扇9.通風孔 10.水平通風管圖2是海冰重力脫鹽工藝示意圖其中2.防滲層3.集水槽4.鐵篦子5.鹵水井6.抽水管7.直立通風管8.通風扇 10.水平通風管11.海冰 12.隔溫層13.鹵水 14.空氣圖3是通風控溫示意圖其中2.防滲層 3.集水槽4.鐵篦子5.鹵水井7.直立通風管8.通風扇9.通風孔 10.水平通風管11.海冰 13.鹵水14.空氣 19.連接管圖4是隔溫層結構示意圖其中11.海冰15.塑料薄膜16.防寒被17.草簾子圖5是重力脫鹽結束示意圖其中2.防滲層3.集水槽4.鐵篦子5.鹵水井6.抽水管7.直立通風管8.通風扇 10.水平通風管12.隔溫層18.淡水冰圖6是冷氣提供裝置示意圖其中2.防滲層 3.集水槽4.鐵篦子 5.鹵水井7.直立通風管 10.水平通風管 18.淡水冰19.連接管 20.氣泵21.熱空氣 22.冷空氣圖7重力脫鹽過程中鹵水排出量與鹽度變化
具體實施例方式實施地點河北省黃驊市中捷友誼農場13隊；脫鹽池規(guī)格下挖式倒梯形池體，底部長63米X寬20米，頂部長83米X寬35 米，池深3. 5米。防滲處理采用雙層結構，池底平整后先鋪設一層專用防滲膜，然后在防滲 膜上鋪一層紅磚，再用砂漿將磚縫填滿。在脫鹽池底部中間線上修建一條集水溝和兩個鹵
6水井，集水溝長60米、寬0. 7米、深0. 6米，鹵水井內徑0. 6米、高度1. 5米，集水溝與兩個 鹵水井相互連通在一起，集水溝內的水向鹵水井內匯集，集水溝上部覆蓋有鐵篦子，鐵篦子 網眼尺寸為長10厘米X寬10厘米。脫鹽池內樹立有24根直立通風管，管徑160厘米，設 置密度為1根/50m2。脫鹽池底部鋪設有水平通風管，管徑5厘米，鋪設總長120米。實施時間2009年1月10日-4月9日；海水鹽度31. 4%。，海冰鹽度6. 3%。，海冰冰 厚6-8cm，冰塊平均規(guī)格長30厘米X寬20厘米X厚8厘米。海冰采集、脫鹽池內堆冰、 隔溫層鋪設時間2009年1月10日-2月9日，共計31天；脫鹽池內堆冰量10400立方米， 冰堆總高度5米(脫鹽池內3.5米+脫鹽池上1.5米)；脫鹽池重力脫鹽排鹵時間2009年 1月13日-4月9日，共計86天；脫鹽池內冰塊最終融化結束時間2009年5月15日。最 終淡水產出量5800立方米。海冰重力脫鹽情況如圖7所示。1月13日開始排鹵，初期每日鹵水抽出量僅為3 立方米左右，但鹵水的鹽度高達57%。，這說明海冰內部的鹵水開始在重力作用下滲出冰體。 隨著重力脫鹽時間的延長，每日的抽水量在不斷地增加，而出水鹽度卻在不斷下降，這說明 重力脫鹽過程進展順利，冰體內鹵水含量逐漸減少，部分淡水冰晶的融化使抽水量增加。到 了 4月9日，日抽水量達到37立方米，出水鹽度只有0. 8%。，這一指標已經達到國家生活用 水水質標準對水體鹽度的要求，由此確認海冰重力脫鹽過程結束，脫鹽池內的冰塊已經由 含有鹽分的海冰轉化為淡水冰，不再從脫鹽池向外部抽水。2009年5月10日進行了冷氣裝置實驗，中午時室外氣溫26°C，水平通風管出氣口 排出冷氣的溫度為3°C，脫鹽池制冷效果非常顯著。
權利要求
一種海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置，其特征在于該裝置由脫鹽池(1)、防滲層(2)、集水槽(3)、鐵篦子(4)、鹵水井(5)、抽水管(6)、直立通風管(7)、通風扇(8)、通風孔(9)、隔溫層(12)所構成；脫鹽池(1)的底部和四周鋪設有防滲層(2)，脫鹽池底部的中間處設有集水槽(3)，集水槽(3)上部覆蓋有鐵篦子(4)，集水槽(3)與鹵水井(5)相連通，鹵水井(5)內插入抽水管(6)，在脫鹽池(1)底部安放有直立通風管(7)，通風管頂部安裝有通風扇(8)，通風道在脫鹽池(1)內的部分其管壁上有通風孔(9)，在脫鹽池(1)的底部還鋪設有水平通風管(10)。
2.如權利要求1所述的海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置，其特征在于該裝置中的隔溫層 (12)由塑料薄膜(15)、防寒被(16)、草簾子(17)所構成。
3.如權利要求1或2所述的海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置，其特征在于該裝置中所述 脫鹽池(1)其底部的中間處低于四周，呈下凹狀；所述鹵水井5可以是1-3個，并相互連通。
4.一種利用權利要求1或2所述的海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置進行海冰重力脫鹽的 工藝，其特征在于包括如下流程將海冰冰塊堆滿脫鹽池(1)；堆冰開始之后，用抽水管(6)從鹵水井(5)中向脫鹽池 (1)外部抽出池內鹵水；堆冰結束之后即刻用隔溫層(12)將冰堆全面覆蓋，隔絕冰堆與外 界空氣之間的熱交換；當環(huán)境溫度較低、鹵水量很少時，可以在中午時分通過直立通風管 (7)和通風扇(8)將脫鹽池外部的空氣送入冰堆之中；當從鹵水井中抽出的水其鹽度已經 低于脫鹽標準時，即可停止抽水，海冰重力脫鹽過程結束。
5.一種利用權利要求3所述的海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置進行海冰重力脫鹽的工 藝，其特征在于包括如下流程將海冰冰塊堆滿脫鹽池(1)；堆冰開始之后，用抽水管(6)從鹵水井(5)中向脫鹽池 (1)外部抽出池內鹵水；堆冰結束之后即刻用隔溫層(12)將冰堆全面覆蓋，隔絕冰堆與外 界空氣之間的熱交換；當環(huán)境溫度較低、鹵水量很少時，可以在中午時分通過直立通風管 (7)和通風扇(8)將脫鹽池外部的空氣送入冰堆之中；當從鹵水井中抽出的水其鹽度已經 低于脫鹽標準時，即可停止抽水，海冰重力脫鹽過程結束。
6.如權利要求5所述的一種海冰重力脫鹽工藝，其特征在于通風時間為1-2小時。
7.如權利要求4所述的一種海冰重力脫鹽工藝，其特征在于通風時間為1-2小時。
8.一種獲取冷氣的裝置，其特征在于該裝置由脫鹽池(1)、防滲層(2)、集水槽(3)、 鐵篦子(4)、鹵水井(5)、抽水管(6)、直立通風管(7)、通風扇(8)、通風孔(9)、水平通風管 (10)、隔溫層(12)、氣泵(20)所構成；脫鹽池(1)的底部和四周鋪設有防滲層(2)，脫鹽池 底部的中間處設有集水槽(3)，集水槽(3)上部覆蓋有鐵篦子(4)，集水槽(3)與鹵水井(5) 相連通，鹵水井(5)內插入抽水管(6)，在脫鹽池(1)底部安放有直立通風管(7)，通風管頂 部安裝有通風扇(8)，通風道在脫鹽池(1)內的部分其管壁上有通風孔(9)，通風管10鋪設 在脫鹽池底部，呈正方形或凹字形排列均可，并通過連接管19與脫鹽池1外部相通，連接管 19與氣泵20相連接的一端為進氣口，另一端為出氣口。
9.如權利要求8所述的海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置，其特征在于該裝置中的隔溫層 (12)由塑料薄膜(15)、防寒被(16)、草簾子(17)所構成。
10.如權利要求8或9所述的海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置，其特征在于該裝置中所述 脫鹽池(1)其底部的中間處低于四周，呈下凹狀；所述鹵水井5可以是1-3個，并相互連通。
11.一種利用權利要求8或9所述的裝置獲取冷氣的方法，其特征在于包括如下流程 用海冰冰塊(11)將脫鹽池⑴填滿，并在冰堆表面覆蓋隔溫層(12)；用氣泵(20)將脫鹽池外部的熱空氣(21)通過連接管(19)送入水平通風管(10)；熱空氣(21)在通過水 平通風管(10)的過程中與冰堆進行熱交換，轉化為冷空氣(22)，再從出氣口排出。
12.一種利用權利要求11所述的裝置獲取冷氣的方法，其特征在于包括如下流程 用海冰冰塊(11)將脫鹽池⑴填滿，并在冰堆表面覆蓋隔溫層(12)；用氣泵(20)將脫鹽池外部的熱空氣(21)通過連接管(19)送入水平通風管(10)；熱空氣(21)在通過水 平通風管(10)的過程中與冰堆進行熱交換，轉化為冷空氣(22)，再從出氣口排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海冰或咸水冰脫鹽淡化的裝置和工藝及其實施方案。該裝置由脫鹽池、防滲層、集水槽、鐵箅子、鹵水井、通風管、抽水管、隔溫層等構成，可以使海冰重力脫鹽過程得以充分進行，提高海冰重力脫鹽的效果和產量。本發(fā)明還公開了一種通過海冰重力脫鹽池而獲取冷氣的裝置和方法，該裝置由通風管和氣泵所構成，可以在海冰重力脫鹽過程中以及由海冰所轉化成的淡水冰的融化過程中，獲得可用于室內空調的冷氣。本發(fā)明適用于我國北方地區(qū)的海冰或咸水冰淡化工程。
文檔編號C02F1/00GK101913662SQ20101024143
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權日2010年7月29日
發(fā)明者史培軍, 許映軍, 顧衛(wèi) 申請人:北京師范大學