專利名稱：海冰固、液兩相混合物、其制備方法及海冰固態(tài)離心脫鹽方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淡水原水的生產(chǎn)方法。具體地說，涉及一種利用海冰作為原料，制備海冰固、液兩相混合物的方法，并涉及使用該海冰固、液兩相混合物，在海冰為固態(tài)的狀態(tài)下，進(jìn)行離心脫鹽淡化，制取淡水原水的方法。
背景技術(shù)：
淡水資源短缺，是全球性普遍存在的問題，其主要原因是淡水水源不足。我國北方沿海地區(qū)一方面淡水資源匱乏，另一方面毗鄰渤海和黃海北部，有取之不盡的海水、海冰等資源。由于海水和海冰中鹽分含量(海水鹽度為32‰左右，海冰鹽度為8‰左右)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人們的正常使用標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)鹽度在1‰以下)，在沒有進(jìn)行脫鹽淡化的情況下，不能直接使用。因此，建立海冰脫鹽淡化方法，去除海冰中的超標(biāo)鹽分，是解決我國北方沿海地區(qū)淡水資源不足的重要途徑之一。
迄今為止，從海洋中獲取淡水的技術(shù)方法很多，目前被較多采用的淡化技術(shù)原理主要有蒸餾原理和膜技術(shù)原理兩大類。
蒸餾原理下各種改進(jìn)后的蒸餾技術(shù)方法，是通過海水中水分的蒸發(fā)，使海水中的水分由液相轉(zhuǎn)化為汽相，再由汽相凝結(jié)收集，達(dá)到淡化的目的。其方法雖傳統(tǒng)可靠，但因受蒸發(fā)時(shí)的能耗成本問題困擾，在很多能源緊缺地區(qū)多限于大型發(fā)電廠等工業(yè)設(shè)施的余熱利用。大規(guī)模推廣應(yīng)用解決區(qū)域淡水缺乏問題，能耗將是脫鹽方法本身難于逾越的技術(shù)瓶頸。
膜技術(shù)方法，簡單的說是利用高分子技術(shù)制成的一個(gè)過濾網(wǎng)，通過對海水的過濾，將海水中的水分與鹽分分離，達(dá)到海水脫鹽淡化的目的。因受技術(shù)方法本身的局限，目前在單臺機(jī)組生產(chǎn)規(guī)模上還難以達(dá)到沿海缺水地區(qū)用水量的規(guī)模需求，同時(shí)過濾效率的高低，一方面受水溫的影響較大(北方地區(qū)海水水溫約半年左右時(shí)間低于脫鹽高效水溫)，在脫鹽淡化過程中對海水水溫的加熱也大大增加了能耗成本。另一方面選用的膜對海水原水鹽分濃度的要求比較嚴(yán)格，并且單位海水原水的產(chǎn)水量僅僅約有三分之一左右，這使處理后的海水原水的生產(chǎn)利用效率較低。適用條件的限制較多，大幅度增加了生產(chǎn)成本和技術(shù)推廣應(yīng)用的難度。
目前針對海冰的脫鹽淡化方法還沒有。海冰是由純冰、鹵水、空氣為主要成分組成的混合物。海水在結(jié)冰時(shí)，只有其中的純水變成冰晶。而原來溶于水中的鹽分不斷地排泄到冰晶之間的鹵水通道之中，鹵水通道中的鹵水有較高的鹽分，它的比重比海水大，因此通過鹵水通道不斷地流向冰下未凍結(jié)的海水之中，但在海冰逐步生長加厚的過程中，由于凍結(jié)速度較快，部分濃鹽水來不及通過鹵水通道排出冰體外，被下面生長出來的冰晶截留，使一段鹵水通道變成鹽胞。海冰的鹽度是由在鹵水通道和鹽胞中的鹵水鹽分決定的。一般冬季我國渤海、黃海北部海水的鹽度在32‰左右，由它結(jié)成的海冰鹽度多為6～8‰左右，可見海水結(jié)成冰后有3/4～4/5的鹽分被排出海冰冰體之外，只有1/5～1/4的鹽分還滯留在冰中，這種鹽分較低的海冰可以作為淡水的后備資源來看待。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服沿海地區(qū)淡水資源不足的問題，開辟新的淡水水源，提供一種用海冰作原料，在固體狀態(tài)下進(jìn)行脫鹽淡化生產(chǎn)淡水原水的方法，即將海冰原冰經(jīng)過簡單處理，填入作為海冰離心脫鹽設(shè)備的離心機(jī)中，進(jìn)行固態(tài)離心脫鹽。該方法不僅能使海冰脫鹽淡化生產(chǎn)淡水原水，而且可以充分利用天然能。
首先，本發(fā)明提供一種海冰固、液兩相混合物的制備方法，包括選擇鹽度在4～11‰之間的天然海冰原冰；將海冰原冰破碎，并用網(wǎng)眼直徑0.5～1.2cm的篩網(wǎng)篩選；重復(fù)上述的破碎、篩選過程，直到使冰中封閉的鹵胞開裂、鹵水流出、鹵水與冰晶呈固、液兩相混合物共同存在的狀態(tài)。
在本發(fā)明所提供的海冰固、液兩相混合物的制備方法中，優(yōu)選用錘擊式、顎式或雙輥式粉碎機(jī)將海冰原冰破碎。
在本發(fā)明所提供的海冰固、液兩相混合物的制備方法中，優(yōu)選用網(wǎng)眼直徑0.6cm的篩網(wǎng)篩選。
其次，本發(fā)明還提供根據(jù)上述制備方法得到的海冰固、液兩相混合物。
進(jìn)而，本發(fā)明提供一種海冰固態(tài)離心脫鹽方法，該方法包括通過前述方法制備海冰固、液兩相混合物；填裝海冰固、液兩相混合物進(jìn)入離心機(jī)；離心脫鹽淡化；收集脫鹽固態(tài)冰晶，轉(zhuǎn)入存儲裝置，自然環(huán)境融化。
在本發(fā)明所提供的海冰固態(tài)離心脫鹽方法中，優(yōu)選海冰固、液兩相混合物的溫度為-2～-3℃。
在本發(fā)明所提供的海冰固態(tài)離心脫鹽方法中，優(yōu)選用固液分離離心機(jī)進(jìn)行脫鹽。
在本發(fā)明所提供的海冰固態(tài)離心脫鹽方法中，優(yōu)選脫鹽環(huán)境溫度為-10～10℃。
在本發(fā)明所提供的海冰固態(tài)離心脫鹽方法的脫鹽淡化步驟中，優(yōu)選離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000～5000轉(zhuǎn)/分。
在本發(fā)明所提供的海冰固態(tài)離心脫鹽方法中，優(yōu)選離心時(shí)間為2～3分鐘。
根據(jù)本發(fā)明的海冰固態(tài)離心脫鹽方法，用海冰作為淡化原冰，通過冰晶破碎，形成冰和鹵水混合的固液兩相混合物，在離心力的作用下將鹵水和冰晶分離，從而實(shí)現(xiàn)海冰淡化。該方法脫鹽效果好，工業(yè)生產(chǎn)所需設(shè)備的技術(shù)成熟度較高，脫鹽技術(shù)適合有冰海域沿岸地區(qū)大規(guī)模生產(chǎn)。在利用海水自然凍結(jié)過程脫鹽作用的基礎(chǔ)上，方法本身在海冰的融化方面也充分的利用了天然能。
本發(fā)明的海冰固態(tài)離心脫鹽方法，可用于冬季海冰區(qū)域的淡水資源開發(fā)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在可以在不適宜其它海水淡化方法應(yīng)用的低溫環(huán)境下有效使用；純物理方法，無任何人工添加劑，淡化的水不存在人為干預(yù)的其它隱患。較大程度地利用天然能，清潔、無污染；原冰利用率高，脫鹽后的淡水冰量可達(dá)到海冰原冰量的75％以上；脫鹽時(shí)間短，一般在2～3分鐘以內(nèi)即可完成脫鹽過程；技術(shù)成熟度高，可以標(biāo)準(zhǔn)化為產(chǎn)品；可以進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，用于有冰海域沿岸的淡水生產(chǎn)。


圖1為海冰固態(tài)離心脫鹽方法的脫鹽流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面具體描述本發(fā)明的海冰固態(tài)離心脫鹽方法。
根據(jù)本發(fā)明，首先需要制備海冰固、液兩相混合物。對于本發(fā)明海冰固、液兩相混合物的制備方法，是選擇鹽度在4～11‰之間，優(yōu)選鹽度在4～8‰之間的密度0.85g/cm3以上的天然海冰原冰塊，原冰塊可以是灰白冰或白冰。所選用的天然海冰原冰塊的冰厚沒有限制，但通常在10cm以上，根據(jù)生產(chǎn)條件，冰厚可以在20～40cm，也可以更高。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和破碎海冰的粉碎機(jī)破碎能力，海冰原冰塊的水平尺寸可以在0.05～1m的范圍內(nèi)，海冰原冰塊的數(shù)量也沒有限制，例如可以不少于10kg。用粉碎機(jī)破碎海冰原冰，并用網(wǎng)眼直徑0.5～1.2cm的篩網(wǎng)篩選，重復(fù)該破碎、篩選過程，直到使冰中封閉的鹵胞開裂，鹵水流出，鹵水與冰晶呈固、液兩相混合物共同存在的狀態(tài)。破碎方式?jīng)]有限制，可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件調(diào)整，優(yōu)選使用錘擊式、顎式或雙輥式粉碎機(jī)，更優(yōu)選用錘擊方式沿海冰晶格破碎海冰。
根據(jù)本發(fā)明上述方法制備得到的海冰固、液兩相混合物可以用于本發(fā)明的海冰固態(tài)離心脫鹽方法中。
本發(fā)明的海冰固態(tài)離心脫鹽方法包括通過如上所描述的方法制備海冰固、液兩相混合物。
將制備好的海冰固、液兩相混合物均勻地填裝進(jìn)離心機(jī)的固液離心分離容器中。填裝方式可根據(jù)生產(chǎn)中使用的離心機(jī)確定，工作的環(huán)境溫度優(yōu)選在-10～10℃之間。
封閉離心機(jī)，旋轉(zhuǎn)離心，脫鹽淡化。作為離心機(jī)，可以使用固液分離離心機(jī)，或試驗(yàn)用液體分離離心機(jī)。脫鹽淡化中離心機(jī)轉(zhuǎn)速可以為1000～5000轉(zhuǎn)/分，優(yōu)選為3000轉(zhuǎn)/分。在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分的情況下，合適的離心時(shí)間為2～3分鐘。
離心結(jié)束后，取出脫鹽的固態(tài)冰晶，投入淡化冰融解存儲裝置中，并自然融化。所使用的淡化冰融解存儲裝置沒有限制，只要是底部及四壁不透水的容器即可。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件不同，比如在小規(guī)模的生產(chǎn)中，可以使用塑料瓶、塑料箱等存儲裝置，對于較大規(guī)模的生產(chǎn)，可以使用淡化冰存儲融解池。所述的淡化冰存儲融解池為設(shè)置在室外地表面之下、開口向上、底部及四壁不透水的水泥池或人工挖掘的黏土池。存儲融解池頂部與地面高度相同，存儲融解池設(shè)計(jì)深度最大不超過4m，其容積可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模大小進(jìn)行調(diào)整，一般不小于5000m3。
以下通過實(shí)施例的方式具體說明本發(fā)明海冰固態(tài)離心脫鹽的方法。
應(yīng)用實(shí)施例(海冰固態(tài)離心脫鹽)原冰選用2002年1月28日在長興島北海海面采集的灰白冰，采樣區(qū)距岸邊約500m。采樣海區(qū)冰況呈現(xiàn)較大范圍的重疊和堆積，并伴有岸邊冰脊底部擱淺現(xiàn)象。采樣區(qū)由大量遼東灣北部、東北部漂移來的流冰形成冰場主體冰量，且冰場存在一定的不穩(wěn)定性。作為原冰，選取平整灰白冰，任意選3塊(樣品間距離在50m以上)，每1塊取其中15cm×15cm×冰厚度23cm的海冰作為海冰原冰，鹽度為5.5‰。
實(shí)驗(yàn)前把采集的海冰原冰在水平方向上的4個(gè)面各去掉2.5cm厚，把剩余的10cm×10cm的3塊灰白冰原冰樣品用錘擊方式破碎，并用直徑0.6cm的篩網(wǎng)篩選，重復(fù)進(jìn)行破碎和篩選的過程，直到封閉的鹵胞被打開，鹵水流出，與冰晶呈固、液兩相混合且共同存在狀態(tài)。充分混合后裝入塑料盒內(nèi)，作為離心實(shí)驗(yàn)樣品，控溫保存，待用。
制備好的海冰固、液兩相混合物，溫度為-2.5℃±0.5℃左右，取130～150g，不加任何其它化學(xué)試劑，均勻地填裝進(jìn)LD4-2型離心機(jī)的固液離心分離容器中。然后，封閉離心機(jī)，在-5℃左右的環(huán)境溫度下進(jìn)行脫鹽淡化。脫鹽淡化中離心機(jī)轉(zhuǎn)速取3000轉(zhuǎn)/分，離心時(shí)間2分鐘。脫鹽淡化完成后，取出固態(tài)冰晶，放入塑料瓶中自然融化。
結(jié)果為鹽分由4980mg/l降低到810mg/l。脫鹽率83.74％?；野妆?jīng)過離心脫鹽后，各項(xiàng)水質(zhì)化學(xué)要素指標(biāo)均可達(dá)到GB5084-85農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、GB 3838-88地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和GB 5749-85生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其水質(zhì)完全可以滿足工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉和城市居民生活用水的要求。
權(quán)利要求
1.海冰固、液兩相混合物的制備方法，包括選擇鹽度在4～11‰之間的天然海冰原冰；將海冰原冰破碎，并用網(wǎng)眼直徑0.5～1.2cm的篩網(wǎng)篩選；重復(fù)上述的破碎、篩選過程，直到使冰中封閉的鹵胞開裂、鹵水流出、鹵水與冰晶呈固、液兩相混合物共同存在的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中用錘擊式、顎式或雙輥式粉碎機(jī)將海冰原冰破碎。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中用網(wǎng)眼直徑0.6cm的篩網(wǎng)篩選。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的制備方法得到的海冰固、液兩相混合物。
5.海冰固態(tài)離心脫鹽方法，該方法包括通過權(quán)利要求1所述的方法制備海冰固、液兩相混合物；填裝海冰固、液兩相混合物進(jìn)入離心機(jī)；離心脫鹽淡化；收集脫鹽固態(tài)冰晶，轉(zhuǎn)入存儲裝置，自然環(huán)境融化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中海冰固、液兩相混合物的溫度為-2～-3℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中用固液分離離心機(jī)進(jìn)行脫鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中脫鹽環(huán)境溫度為-10～10℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中脫鹽淡化步驟中，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000～5000轉(zhuǎn)/分。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中離心時(shí)間為2～3分鐘。
全文摘要
本方法提供一種海冰固態(tài)離心脫鹽的方法，以此作為淡水原水的生產(chǎn)方法。所述海冰固態(tài)離心脫鹽的方法包括海冰原冰的采選(海冰鹵胞的切剖)；冰鹵混合物的填裝；海冰離心脫鹽；淡化冰晶存融。該方法為純物理方法，無任何人工填加劑；較大程度地利用天然能，清潔、無污染；原冰利用率高；脫鹽時(shí)間短；技術(shù)成熟度高，可以標(biāo)準(zhǔn)化為產(chǎn)品；可以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)；在不適宜使用其它海水淡化方法的低溫環(huán)境下可有效使用。
文檔編號C02F103/08GK1919744SQ20051009286
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者陳偉斌, 徐學(xué)仁, 周傳光 申請人:國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心