海水雾化冷冻脱盐技术的研究

论文摘要

淡水资源的紧缺已经成为环渤海地区可持续发展的主要制约因素。该地区附近最大的水资源是大面积不可直接利用的海水。每年冬季气温剧降出现大面积的海冰,根据海冰形成机理,海冰含盐量远远低于海水含盐量,对海冰进行进一步简单处理便可以用于工农业生产及生活饮用。本研究课题是国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目。利用海冰资源,开发海冰淡化技术是我国科技人员的首创,是具有中国特色的海水间接利用方式,符合我国国情,其成果有原始创新性。在海冰形成过程中,最初形成的冰晶、冰针和冰片会发生合并,合并过程中包裹海水形成了“盐胞”,故海冰具有一定的含盐量。本论文通过海水雾化冷冻法、重力脱盐法以及离心脱盐法分别对原始海水和雾化冷冻生成的粗海冰进行了淡化研究。海水雾化冷冻脱盐法是通过用离心泵将原始海水输送到高处的雾化喷嘴,海水经雾化喷嘴被雾化成海水滴,海水滴在下落过程中与周围的冷空气发生热交换,并部分被冷冻成固体海冰。在海水和粗海冰下落处,用尼龙网拦截形成的粗海冰,未发生冷冻的海水则通过尼龙网网孔脱离冰体,并收集在容器中。因为雾化冷冻的过程十分迅速,所以相当一部分卤水来不及脱离冰体,因此盐度相对于渤海湾自然形成的海冰的盐度较高。实验表明,海水经雾化冷冻形成的粗海冰融水的盐度从原始海水盐度的25.5‰降低到12—20‰,而渤海湾海冰盐度一般为3—8‰。重力脱盐法是利用重力作为对海冰和卤水混合物施加的外力,使卤水受力大于其附着在冰表面的粘性附着力,形成的卤水在重力作用下脱离冰体。实验表明,在-4℃的环境温度下,重力脱盐7h后,雾化冷冻形成的粗海冰的盐度从16‰下降到了10.4‰,脱盐率为35%。离心脱盐法是通过离心运动,对海冰和卤水混合物施加一个外力,使卤水受力大于其附着在冰表面的粘性附着力和盐胞管中的表面张力之和对其的约束,形成卤水在离心受力过程中的离心移动。通过连续施加离心力,达到卤水与冰晶体的分离。实验表明,经过离心脱盐后,海冰融水的盐度可以降到10‰以下,在环境温度为-1℃,离心时间40min,离心转速3000r/min,重力脱盐后的海冰盐度从14.2‰下降到2.9‰,脱盐率为79.57%。实验表明,以雾化冷冻法得到的海冰为原料进行重力脱盐和离心脱盐,最终可以达到良好的淡化效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 水资源概况
• 1.1.1 世界水资源状况
• 1.1.2 水资源在我国的分布特点
• 1.2 海水淡化技术的发展概况
• 1.2.1 国外海水淡化发展概况
• 1.2.2 我国海水淡化发展概况
• 1.3 主要的海水淡化方法
• 1.3.1 蒸馏法
• 1.3.2 膜法
• 1.3.3 溶剂萃取法
• 1.3.4 水合物法
• 1.3.5 离子交换法
• 1.3.6 吸附法
• 1.3.7 冷冻法
• 1.4 海冰淡化方法
• 1.4.1 浸泡脱盐法
• 1.4.2 离心法脱盐
• 1.4.3 浸泡离心脱盐法
• 1.4.4 重力脱盐法
• 1.4.5 挤压脱盐法
• 1.4.6 微融脱盐法
• 1.5 海水雾化冷冻技术概况
• 1.5.1 雾化冷冻技术的研究和应用领域
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第二章 海水雾化冷冻脱盐研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原理
• 2.1.2 实验所用仪器
• 2.1.3 实验装置示意图
• 2.2 试验结果与讨论
• 2.2.1 环境温度对雾化冷冻脱盐效果的影响
• 2.2.2 风速对雾化冷冻脱盐效果的影响
• 2.2.3 冷冻时间对雾化冷冻脱盐效果的影响
• 2.2.4 喷射角度对雾化冷冻脱盐效果的影响
• 2.2.5 海水滴粒径对雾化冷冻脱盐效果的影响
• 2.2.6 接冰器尼龙网目数对雾化冷冻脱盐效果的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 重力法与离心法海冰脱盐研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 重力法脱盐和离心法脱盐试验原理
• 3.1.2 重力脱盐方法及示意图
• 3.1.3 离心脱盐方法及示意图
• 3.1.4 实验所用仪器
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 重力法脱盐效果
• 3.2.2 离心转速对脱盐效果的影响
• 3.2.3 环境温度对脱盐效果的影响
• 3.2.4 离心时间对脱盐效果的影响
• 3.2.5 离心时间对海冰的TDS 的影响
• 3.2.6 离心试管上下两段盐度差别
• 3.2.7 正交试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢