一种海砂淡化池及其使用方法与流程

本发明涉及海砂淡化技术领域，尤其涉及一种海砂淡化池及其使用方法。

背景技术：

国内外的沿海地带均含有十分丰富的海砂资源，用于各类工程建设的开发潜力很大。与河砂、江砂和其它非海砂相比，海砂具有其独特的优点，不仅含泥量低，细度模数均匀，而且成本低便于挖掘。不过，由于海砂中氯盐含量和贝壳含量较高。由于市场监督和管理不到位，曾经出现沿海地带的砂商，往往以营利为目的，大量经营未经淡化的海砂。因海砂中的氯离子含量超标会引起钢筋混凝土中的钢筋严重锈蚀；而且海砂中的贝壳含量较高，直接使用会使混凝土的和易性变差，对混凝土的强度和耐久性也有不利的影响。未经淡化的不合格海砂直接应用于建筑工程中，已经给建筑工程带来诸多危害，这方面国内外都有不少的实际工程教训。为了降低海砂中氯盐和贝壳含量，使其满足工程建设用砂的要求，海砂淡化技术得到不断的开发和推广，海砂淡化的科学方法越来越多样。

由于陆地上的建筑用砂十分有限，随着我国城市化建设的不断推进和海洋强国战略的实施，如何在尽可能不破坏海洋生态环境情况下，可持续地开发利用海洋资源需投入足够的创新性研究；其中如何高效环保地进行海砂淡化就是其中需要攻克的技术难题。现有技术(专利：201410480394.5)公开了利用海浪波动的能量进行海砂淡化的淡化池及方法，但是该淡化池内部结构稍复杂，制造成本较高，不利于海洋中长期便捷使用、更换和维护。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海砂淡化池及其使用方法。本发明提供的海砂淡化池结构简单、环保低碳，便于维护，充分利用海面上的太阳能、风能和波浪能，有效提高了海砂淡化效率，显著降低了海砂淡化成本，具有可观的经济效益和社会效益。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种海砂淡化池，包括海砂淡化桶和太阳能辅助淡化器，所述太阳能辅助淡化器通过可拆卸连接件与所述海砂淡化桶的桶口相连；

所述海砂淡化桶的中部设置有海砂淡化平台；所述海砂淡化平台和所述海砂淡化桶的桶口之间设置有风力搅拌装置，所述风力搅拌装置靠近所述海砂淡化桶的桶口处；

所述海砂淡化桶的底部设置有排水孔，所述排水孔与所述海砂淡化平台之间设置有波浪能搅拌装置。

优选地，所述太阳能辅助淡化器为凹面镜汇聚太阳光加热器，所述凹面镜汇聚太阳光加热器包括第一凹面镜、第二凹面镜和支架，所述第一凹面镜的镜面正对所述海砂淡化桶中心、并通过所述支架固定在所述第二凹面镜的焦点位置以下20mm处；所述第一凹面镜的边缘与所述支架连接；所述第二凹面镜的中心处开设圆孔；所述第一凹面镜的半径小于所述第二凹面镜的半径。

优选地，所述太阳能辅助淡化器为太阳能板电加热器，所述太阳能板电加热器包括太阳能板、照明装置、蓄电装置、电热棒、超声波发生器、微波发生器、电控制装置和支架；所述照明装置、蓄电装置、电热棒、超声波发生器和微波发生器通过支架和所述电控制装置与太阳能板连接；所述太阳能板、照明装置、蓄电装置和电控制装置位于所述海砂淡化桶的上方；所述电热棒、超声波发生器和微波发生器位于海砂淡化桶的内部。

优选地，所述风力搅拌装置包括水风车、轴承、水风车支架和风力搅拌器，所述水风车通过所述轴承与所述水风车支架相连，并通过所述轴承和所述风力搅拌器连接，所述水风车支架固定在所述海砂淡化桶的外侧。

优选地，所述风力搅拌器为圆弧形。

优选地，所述海砂淡化平台包括固定支架和过滤网；所述过滤网固定在所述固定支架上。

优选地，所述过滤网的孔径为0.06～0.08mm。

优选地，所述波浪能搅拌装置包括水风车、轴承、水风车支架、传动轴和波浪能搅拌器，所述水风车通过所述轴承与所述水风车支架相连，并通过所述传动轴与所述波浪能搅拌器连接，所述水风车支架固定在所述海砂淡化桶的外侧。

优选地，所述水风车支架和传动轴均为z字型，所述波浪能搅拌器为折线型。

本发明还提供了上述技术方案所述的海砂淡化池的使用方法，包括以下步骤：

取下太阳能辅助淡化器，在海砂淡化桶的桶口放置一张贝壳杂质过滤网，将海砂注入到海砂淡化桶后，移走所述贝壳杂质过滤网；

关闭排水孔，通过海砂淡化桶的桶口注入淡水，当淡水浸没风力搅拌器后停止淡水注入，将太阳能辅助淡化器安装在海砂淡化桶的桶口；

本发明利用太阳能辅助淡化器加热淡水、利用风力搅拌装置和波浪能搅拌装置搅拌海砂和淡水，使海砂和淡水充分混合后，打开海砂淡化桶底部的排水孔将淡化后的水排出，取下太阳能辅助淡化器，将淡化后的海砂取出。

本发明提供了一种海砂淡化池，本发明提供的海砂淡化池充分利用太阳能、风能和波浪能推动装置的运转，且该淡化池的结构简单、高效、环保低碳，便于更换和维护。

本发明还提供了上述技术方案所述的海砂淡化池的使用方法，该使用方法简单、高效，充分利用海面上的太阳能、风能和波浪能，并将其合理地转化为淡化海砂所需的搅拌机械能和热能，由于温度越高，氯离子相关的无机盐溶解度越大且离子更加活跃，相同淡水量溶解海砂中的氯离子更多更快，节约淡水的同时，有效提高了海砂淡化效率，显著降低了海砂淡化成本，具有可观的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明提供的海砂淡化池的结构示意图，其中，1为太阳能辅助淡化器，具体为凹面镜汇聚太阳光加热器，2为海砂淡化桶，2-1为海砂淡化平台，2-2风力搅拌装置，2-3排水孔，2-4波浪能搅拌装置；

图2为本发明海砂淡化池中凹面镜汇聚太阳光加热器的结构示意图；

图3为本发明海砂淡化池中太阳能板电加热器的结构示意图；

图4为本发明提供的海砂淡化池的结构示意图，其中，1为太阳能辅助淡化器，具体为太阳能板电加热器，2为海砂淡化桶，2-1为海砂淡化平台，2-2风力搅拌装置，2-3排水孔，2-4波浪能搅拌装置；

图5为本发明海砂淡化池中海砂淡化桶的结构示意图；

图6为本发明海砂淡化池中风力搅拌装置的结构示意图；

图7为本发明海砂淡化池中波浪能搅拌装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种海砂淡化池，包括海砂淡化桶和太阳能辅助淡化器，所述太阳能辅助淡化器通过可拆卸连接件与所述海砂淡化桶的桶口相连；

所述海砂淡化桶的中部设置有海砂淡化平台；所述海砂淡化平台和所述海砂淡化桶的桶口之间设置有风力搅拌装置，所述风力搅拌装置靠近所述海砂淡化桶的桶口处；

所述海砂淡化桶的底部设置有排水孔，所述排水孔与所述海砂淡化平台之间设置有波浪能搅拌装置。

下面结合图1来描述本发明提供的海砂淡化池的结构，其中，1为太阳能辅助淡化器，具体为凹面镜汇聚太阳光加热器，2为海砂淡化桶，2-1为海砂淡化平台，2-2风力搅拌装置，2-3排水孔，2-4波浪能搅拌装置。

本发明提供的海砂淡化池包括太阳能辅助淡化器；所述太阳能辅助淡化器优选为凹面镜汇聚太阳光加热器；所述凹面镜汇聚太阳光加热器包括第一凹面镜、第二凹面镜和支架，所述第一凹面镜的镜面正对所述海砂淡化桶的中心、并通过支架固定在所述第二凹面镜的焦点位置以下20mm处。在本发明中，所述第一凹面镜的边缘与所述支架连接；所述第二凹面镜的中心处开设圆孔；所述第一凹面镜的半径小于所述第二凹面镜的半径。本发明对所述第一凹面镜的半径、所述第二凹面镜的半径和所述第二凹面镜中心处圆孔的尺寸不做具体限定，本领域技术人员根据实际的海砂淡化桶的尺寸进行设置即可。在本发明中，在所述第二凹面镜中心处开设圆孔的目的是让第一凹面镜汇聚的光射入海砂淡化桶中，由于汇聚后的光束上大下小，故第二凹面镜中心处圆孔的半径可以小于或者等于第一凹面镜的半径。在本发明的具体实施例中，所述第一凹面镜的半径优选为0.1m，所述第二凹面镜的半径优选为0.4m，所述第二凹面镜中心处圆孔的半径优选为0.1m。

在本发明中，所述太阳能加热装置中的第二凹面镜相比第一凹面镜更靠近所述海砂淡化桶。

在本发明中，所述凹面镜汇聚太阳光加热器的结构示意图如图2所示，其中，1为第一凹面镜，2为支架，3为第二凹面镜。

本发明的凹面镜汇聚太阳光加热器中的第二凹面镜将太阳光汇聚，汇聚后的太阳光通过第一凹面镜再次进行汇聚和聚焦，并通过第二凹面镜底部开设的圆孔射入到海砂淡化桶内部的淡水表面，以加热淡化水体，由于温度越高，固体物质的溶解度越高，相应溶解的氯离子更多，这样通过凹面镜汇聚太阳光加热器加热淡化水体的方法增加了淡化水体的氯离子溶解量，使得淡化质量得到提升，同时太阳能和淡水资源均得到充分利用。此外，在雨天，所述凹面镜汇聚太阳光加热器的第二凹面镜还可以起到雨水收集器的作用，并将收集的雨水注入到淡化池中增加淡化池中的淡水，充分利用了雨水进行海砂淡化，提高了资源利用率，降低淡化成本。

在本发明中，所述太阳能辅助淡化器优选还可以为太阳能板电加热器，所述太阳能板电加热器的结构如图3所示；如图3所示，所述太阳能板电加热器包括太阳能板1、照明装置2、蓄电装置3、电热棒4、超声波发生器5、微波发生器6、电控制装置7和支架；所述照明装置、蓄电装置、电热棒、超声波发生器和微波发生器通过支架和所述电控制装置与太阳能板连接。在本发明中，当所述太阳能板电加热器用于海砂淡化池时，所述太阳能板、照明装置、蓄电装置和电控制装置位于海砂淡化桶的上方；所述电热棒、超声波发生器和微波发生器位于海砂淡化桶的内部。具体的所述海砂淡化池的结构如图4所示，其中：1为太阳能辅助淡化器，具体为太阳能板电加热器，2为海砂淡化桶，2-1为海砂淡化平台，2-2风力搅拌装置，2-3排水孔，2-4波浪能搅拌装置。

本发明的太阳能板电加热器将太阳能转化为电能后，不仅可以通过电热棒、超声波发生器和微波发生器实现立体式多途径的海砂净化和淡化，还可以为夜晚海砂淡化提供照明以及工作人员日常生活所需电能，从而安全经济高效地利用海域面积和风能、波浪能和潮汐能。

本发明提供的海砂淡化池包括海砂淡化桶2；所述海砂淡化桶的材料优选为塑料。在本发明中，所述海砂淡化桶优选包括桶体和桶颈，具体结构如图5所示，其中1为桶体，2为桶颈。本发明对所述海砂淡化桶的桶体、桶颈的尺寸不做具体限定，本领域技术人员根据实际情况进行设置即可。在本发明的具体实施例中，所述海砂淡化桶的桶体内径优选为0.9m，高度优选为1.5m，壁厚优选为0.3m。

本发明的海砂淡化桶的材质为塑料，使海砂淡化桶具有自重小、结构简单、容量大，在海上漂浮稳定性好优点，特别适合用于放置在海平面上进行海砂淡化，同时可以很方便地将海砂淡化桶通过绳索连接后固定在运砂船上，方便移动和回收。

在本发明中，所述海砂淡化桶的中部设置有海砂淡化平台2-1；所述海砂淡化平台位于所述海砂淡化桶的内部。在本发明中，所述海砂淡化平台优选包括固定支架和过滤网；所述过滤网优选固定在所述固定支架上。在本发明中，所述过滤网的孔径优选为0.06～0.08mm，进一步优选为0.075mm。本发明对所述海砂淡化平台距离海砂淡化桶桶底的距离不做具体限定，在本发明的具体实施例中，所述海砂淡化平台距离所述海砂淡化桶桶底的距离优选为0.8m。

本发明中海砂淡化平台的过滤网可以将污泥和粒径过小的海砂过滤，粒径小于0.06～0.08mm的海砂由于比表面积过大，会导致水泥用量过多，增加混凝土成本。因此，将海砂淡化平台的过滤网的孔径调节为0.06～0.08mm，使过细的海砂和污泥等其它杂质排出海砂淡化平台，同时该过滤网可以透过氯离子，使海砂中清洗出的氯离子可以透过并随着杂质一起排出海砂淡化桶。

在本发明中，所述海砂淡化平台2-1和所述海砂淡化桶的桶口之间设置有风力搅拌装置2-2。在本发明中，所述风力搅拌装置优选靠近所述海砂淡化桶的桶口处；进一步优选位于所述海砂淡化桶的桶颈上。在本发明中，所述风力搅拌装置与水平线的夹角优选为60°。在本发明中，所述风力搅拌装置的个数优选为2～4个，进一步优选为4个。在本发明中，所述风力搅拌装置优选包括水风车、轴承、水风车支架和风力搅拌器，所述水风车通过所述轴承与所述水风车支架相连，并通过所述轴承和所述风力搅拌器连接；所述水风车通过所述水风车支架固定在所述海砂淡化桶的外侧；所述风力搅拌器位于所述海砂淡化桶的内部。在本发明中，所述水风车的转动半径优选为0.3m。在本发明中，所述风力搅拌器优选为圆弧形；所述风力搅拌器的个数优选为2～4个，进一步优选为4个。

在本发明中，所述风力搅拌装置的结构示意图如6所示，其中，1为水风车，2为轴承，3为水风车支架，4为风力搅拌器。

在本发明中，所述风力搅拌装置可以将风能转化为淡化海砂的机械能，提高淡水和海砂的混合效率，进而提高海砂的淡化效率，同时充分利用可再生清洁能源风能，低碳环保可持续。

在本发明中，所述海砂淡化桶的底部设置有排水孔2-3，本发明对所述排水孔的尺寸不做具体限定，本领域技术人员根据实际需要进行设置即可。

在本发明中，所述排水孔2-3与所述海砂淡化平台2-1之间设置有波浪能搅拌装置2-4。在本发明中，所述波浪能搅拌装置的安装角度优选与水平方向一致。在本发明中，所述波浪能搅拌装置的个数优选≥2，进一步优选为4。在本发明中，所述波浪能搅拌装置优选包括水风车、轴承、水风车支架、传动轴和波浪能搅拌器；所述水风车通过所述轴承与所述水风车支架相连，并通过所述传动轴与所述波浪能搅拌器连接；所述水风车通过所述水风车支架固定在所述海砂淡化桶的外侧；所述波浪能搅拌器位于所述海砂淡化桶的内部。在本发明中，所述水风车的转动半径优选为0.3m；所述水风车支架和所述传动轴优选为z字型。在本发明中，所述波浪能搅拌器优选为折线型；本发明对所述波浪能搅拌器的长度不做具体限定，本领域技术人员根据海砂淡化桶的内径进行选择即可，在本发明的具体实施例中，所述波浪能搅拌器的长度优选为0.4m。本发明对所述波浪能搅拌装置距离所述海砂淡化桶桶底的距离不做具体限定，在本发明的具体实施例中，所述波浪能搅拌装置距离所述海砂淡化桶桶底的距离优选为0.4m。

在本发明中，所述波浪能搅拌装置的结构示意图如图7所示，其中，1为水风车，2为轴承，3为水风车支架，4为传动轴，5为波浪能搅拌器。

在本发明中，所述波浪能搅拌装置通过折线型搅拌器的转动带动淡水的扰动，将海浪的波动能转化为水平方向搅拌淡化池中淡水与海砂混合的机械能，带动海砂淡化平台上海砂的移动，增加了淡水与海砂的混合力度，提高了海砂淡化效率，同时使得波浪能在水平方向和竖直方向(淡化池自身随着波浪上下波动)均得到利用，提高了可再生能源波浪能的利用效率，低碳环保经济。

本发明还提供了上述技术方案所述的海砂淡化池的使用方法，包括以下步骤：

取下太阳能辅助淡化器，在海砂淡化桶的桶口放置一张贝壳杂质过滤网，将海砂注入到海砂淡化桶后，移走所述贝壳杂质过滤网；

关闭排水孔，通过海砂淡化桶的桶口注入淡水，当淡水浸没风力搅拌器后停止淡水注入，将太阳能辅助淡化器安装在海砂淡化桶的桶口；

利用太阳能辅助淡化器加热淡水、利用风力搅拌装置和波浪能搅拌装置搅拌海砂和淡水，使海砂和淡水充分混合后，打开海砂淡化桶底部的排水孔将淡化后的水排出，取下太阳能辅助淡化器，将淡化后的海砂取出。

在本发明中，所述贝壳杂质过滤网的孔径优选为9.0～10.0mm，进一步优选为9.5mm。在本发明中，所述贝壳杂质过滤网可以过滤掉海砂中较大的固体颗粒，如贝壳、塑料垃圾等杂质，对海砂进行初步筛选，以获得较好级配的海砂；同时优选将贝壳杂质过滤网拦截的较大的海砂和贝壳等海洋本来就有的物质重新放回海洋中，降低了对海洋生态环境的影响；通过贝壳杂质过滤网的海砂落入到海砂淡化平台上进行进一步清洗淡化。本发明将海砂优先通过贝壳杂质过滤网既可以清洁海砂，同时杂质中所含的氯离子也被除去，减少淡化氯离子含量，充分节约淡化所用淡水量，提高淡水利用效率。

在本发明中，在所述海砂淡化池中注入的海砂与淡水的质量比优选为1:0.8。本发明对海砂和淡水混合的时间不做具体限定，根据海面风力和太阳光照情况决定，一般在20～40min，混合淡化后海砂应先进行少量的氯离子测试，达标后再进行取砂。

下面结合实施例对本发明提供的海砂淡化池及其使用方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

按照图1所示的海砂淡化池的结构、图2所示的凹面镜汇聚太阳光加热器结构、图5所示的海砂淡化桶结构、图6所示的风力搅拌装置和图7所示的波浪能搅拌装置设置海砂淡化池，其中：

凹面镜汇聚太阳光加热器中第一凹面镜的半径为0.1m，第二凹面镜的半径为0.4m，所述第二凹面镜中心处圆孔的半径为0.1m；所述第一凹面镜通过所述支架固定在所述第二凹面镜的焦点位置以下20mm处；

海砂淡化桶桶体的内径为0.9m，高度为1.5m，厚度为0.3m，材质为塑料；

在所述海砂淡化桶桶颈上设置4个风力搅拌装置，所述风力搅拌装置与水平线的角度为60°；所述风力搅拌装置中水风车的转动半径为0.3m；

在距离所述海砂淡化桶筒底0.8m的位置设置海砂淡化平台，所述海砂淡化平台的过滤网的孔径为0.075mm；

在距离所述海砂淡化桶桶底0.4m的位置设置设置4个波浪能搅拌装置，所述波浪能搅拌装置中的波浪能搅拌器的长度为0.4m，水风车的转动半径为0.3m；

上述海砂淡化池的使用方法，包括以下步骤：

取下凹面镜汇聚太阳光加热器，在海砂淡化桶的桶口放置一张贝壳杂质过滤网(孔径为9.5mm)，将海砂注入到海砂淡化桶中，海砂注入完毕后，移走贝壳杂质过滤网，将贝壳杂质分类收纳或就地放回海中；

关闭排水孔，通过海砂淡化桶的桶口注入淡水，当淡水浸没风力搅拌器的叶片后停止淡水注入，将凹面镜汇聚太阳光加热器安装在海砂淡化桶的桶口；

在所述海砂淡化池中注入的海砂与淡水的质量比为1:0.8；

利用太阳能凹面镜汇聚太阳光加热器产生的热量加热淡水、利用风能搅拌器和波浪能搅拌器搅拌海砂和淡水，使海砂和淡水充分混合10min，打开海砂淡化桶底部的排水孔将淡化后的水排出，取下太阳能凹面镜汇聚太阳光加热器，通过取砂装置将淡化后的海砂取出。

经检测，淡化后的海砂中氯离子含量为0.04％，低于规范要求的0.06％。jgj52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中对砂的氯离子含量作为强制性条文规定：钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得大于-0.06％(以干砂质量百分率计)；

如果所在海域的日照和风力条件达到最佳，10min内可以将海砂中的氯离子含量降低到不超过0.02％，可以满足各种工程用砂要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。