具有自动通风机构的海冰脱盐淡化装置的使用方法与流程

本发明涉及一种海冰脱盐淡化的方法，尤其是涉及一种通过重力方法使海冰脱盐淡化的方法。属于海水淡化技术领域。

背景技术：

环渤海地区是我国淡水资源最缺乏的地区之一，渤海是我国冬季主要结冰海区，开发海冰资源用以解决环渤海地区的缺水状况，是我国海水淡化研究领域的最新前沿课题。

海冰主要由多边形的纯水冰晶、卤水胞、空气和少量固体杂质组成。海冰中所含有的盐分主要来自冰体内部的卤水胞，卤水胞为高浓度盐水，在一般的低温环境中（-30℃）也不会结冰，而以液体形式存在于海冰内部。海冰内部的冰晶之间还存在有缝隙，这为卤水胞在重力作用下沿着这些缝隙流出冰体提供了条件。海冰重力脱盐就是根据海冰的液-固两相共生的结构特征，通过重力作用将海冰冰体中的卤水胞排出去的方法。

中国发明专利申请200510092863.7公开了一种重力法海冰脱盐设施，但这种设施存在缺陷，主要表现为堆积的海冰受空气温度变化影响很大，融化速度得不到控制。海冰重力脱盐是指海冰内部的卤水胞受重力作用而下渗流出冰体的过程，由于海冰内部的缝隙非常细小，因此卤水胞的下渗速度很慢、渗出量也少。但海冰的融化受环境温度，也就是空气温度的影响很大。当脱盐设施中的海冰暴露在空气之中时，如果中午时分的空气温度升至海冰的冰点温度（-1.4℃）以上，海冰中的纯水冰晶就会产生部分融化，这些融水会下渗到脱盐设施的底部，并与受重力作用而下渗到此的卤水混合在一起，此时若想把卤水排出脱盐设施，势必要带走很多淡水；若不进行排水，则重力脱盐过程将无法实现。因此，合理地控制和减缓海冰融化速度，对于充分排出冰内卤水胞、提高重力脱盐率，对于减少淡水冰晶融化、提高淡水回收率都是非常重要的。

中国发明专利申请2010102414342（一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺）公布了一种用隔温层覆盖在海冰上，隔离海冰与外界气温的方法，其目的是控制融冰的温度：为了加快卤水胞的下渗速度，可以适时对隔温层内的海冰进行通入温暖的空气，使冰块内部的温度发生变化，促进冰块内部缝隙扩大，使卤水能顺利渗出海冰冰体；当冰块中的纯水冰晶将要融化时，停止温暖空气的输入。该方法的优点是提高了淡水的回收率。但是该方法一方面需要通风设备和消耗电力；另一方面，在融冰后期，将出现数量较多的盐度在1‰至1.3‰的低盐度卤水，该卤水盐度已经接近标准淡水的盐度，且数量较大，作为废水处理，十分可惜。

技术实现要素：

针对上述专利申请2010102414342（一种海冰或咸水冰脱盐淡化的装置和工艺）的不足之处，本发明提出这样一种装置和方法：利用自然力对海冰进行通风融冰制作淡水；利用自然力将1‰至1.3‰的低盐度卤水改造成为淡水。此外，该装置和方法还能够在无人值守的情况下根据卤水的出水量自动控制通风融冰的时间。

本发明设计思路：1、利用伯努利原理，驱使自然气流进入海冰堆中进行热交换。2、利用太阳能对高盐度卤水进行蒸馏，所取得的蒸馏水用来稀释1‰至1.3‰的低盐度卤水，使之成为盐度低于1‰的淡水。3、根据海冰中淡水冰晶在即将融化前卤水量增大的现象，利用出卤量大小，自动控制通风机构的开闭。

本发明是通过如下技术方案实现的：该装置包括隔温层、脱盐池和脱盐池下部的集水槽，脱盐池中心向外顺序设置有第一圆柱铁丝网、圆形框架、第二圆柱铁丝网、环形气隙和多条倾斜的气道；第一圆柱铁丝网上部与排气管固连，排气管上部与弧形风帽固连；隔温层覆盖在圆形框架、第二圆柱铁丝网、环形气隙和气道上；圆形框架内设置有多根通气管，通气管管壁设置有多个出气孔；

脱盐池旁边设置有低盐卤水池和蒸馏池；脱盐池通过集水槽与低盐卤水池和蒸馏池连通；蒸馏池上方设置有倾斜的透光棚，透光棚的最低处位于低盐卤水池的上方；所述低盐卤水池与集水槽连通处设置有第一闸门，所述蒸馏池与集水槽连通处设置有第二闸门；

设置一自动通风机构；该机构包括接卤桶、牵引绳、闷盖、滑块、拉伸弹簧、滑块座和支架；支架固定于地面，滑块座与支架固连，滑块与滑块座移动连接，闷盖与滑块固连；牵引绳的一端连接接卤桶，另一端连接滑块的一端；滑块的另一端连接拉伸弹簧的一端，拉伸弹簧的另一端固定在滑块座上；接卤桶的桶底设置有一漏洞；接卤桶设在低盐卤水池或蒸馏池内；闷盖设置在弧形风帽上方，闷盖通过拉绳连接隔温层的边缘。

所述的通气管的一端为喇叭口，该喇叭口紧贴于第二圆柱铁丝网，通气管的另一端朝第一圆柱铁丝网设置。

所述的自动通风机构还包括第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮；第一滑轮设置在所述的滑块座上，第二滑轮设置在低盐卤水池上方的支架上，第三滑轮设置在蒸馏池上方的支架上；所述的牵引绳绕过第一滑轮、第二滑轮或第三滑轮。

所述的圆形框架的边缘与第二圆柱铁丝网同高且与地面齐平；第二圆柱铁丝网与脱盐池池边形成环形气隙；多条倾斜的气道设置在脱盐池池边上。

该装置的使用方法：

第一步骤：待脱盐淡化的碎块状的海冰放置在圆形框架的空隙中；之后，将隔温层覆盖在圆形框架、第二圆柱铁丝网、环形气隙和气道上；此时，隔温层下的海冰中温度低，海冰中下渗的卤水量较少，从集水槽流入接卤桶内的卤水全部从漏洞流出；闷盖被拉伸弹簧拉起离开弧形风帽，露出排气管管口；闷盖通过拉绳拉起隔温层的边缘，露出环形气隙和气道；进入自然通风阶段：一方面，外界气流流过弧形风帽和闷盖的圆弧形顶面，流速加快，压强变小，隔温层下的空气被抽吸向上，从排气管上方流出；另一方面，外界的气流通过多条倾斜的气道和环形气隙进入到第二圆柱铁丝网以内，一部分气流自通气管进入，从通气管的多个出气孔流出，散发在海冰堆中；另一部分气流从海冰与海冰之间的空隙流入到海冰堆中；这两部分气流进而流入第一圆柱铁丝网中，之后，被抽吸向上从排气管上方流出；

第二步骤：气流如此不断运行，使隔温层下的海冰与外界空气进行热交换；当外界温度升高，卤水量增加，表明淡水冰晶即将融化，流入接卤桶内的较大量的卤水来不及全部从漏洞流出，使得接卤桶内卤水越积越多，最后承接了一定量卤水的接卤桶通过牵引绳克服拉伸弹簧的弹力，拉动固连着闷盖的滑块下降，使闷盖封闭排气管管口，同时隔温层的边缘随闷盖下降而封闭气隙和气道，从而自动隔绝外界的温暖空气进入海冰堆，阻止淡水冰晶的融化；

第三步骤：此后，隔温层下的温度逐渐降低，冰块中卤水下渗的速度逐渐变慢，集水槽中出现的卤水量就会逐渐变少，接卤桶中的卤水逐渐减少；当接卤桶的重量无法克服拉伸弹簧的弹力，闷盖和隔温层的边缘又被拉伸弹簧拉起，露出排气管的管口、气道和环形气隙，隔温层下的海冰与外界空气又开始进行热交换；

重复第一步骤、第二步骤和第三步骤，也就是不断地间断性使隔温层下的海冰与外界空气进行热交换，促使海冰脱盐淡化；

当集水槽中测得卤水盐度大于1.3‰时，关闭第一闸门，打开第二闸门，集水槽中的卤水通过接卤桶排入蒸馏池；当集水槽中测得卤水盐度在1‰—1.3‰之间时，关闭第二闸门，打开第一闸门，集水槽中的卤水通过接卤桶排入低盐卤水池；当集水槽中测得卤水盐度小于1‰时，关闭第一闸门和第二闸门，之后，闷盖持续被拉伸弹簧拉起离开排气管管口，同时闷盖通过拉绳拉起隔温层的边缘，露出环形气隙和气道；隔温层下的海冰与外界空气持续进行热交换，在脱盐池中逐渐融化为淡水；

阳光透过透光棚，加热蒸馏池中的卤水，使卤水蒸发，其水蒸汽上升，在透光棚上遇冷，凝结成蒸馏水，蒸馏水流向位于透光棚最低处，进而流入低盐卤水池，低盐卤水池中的卤水不断被蒸馏水稀释，最后成为盐度小于1‰的淡水。

当所述脱盐池内的海冰全部融化为水，且测得脱盐池中的水为盐度小于0.9‰以下的淡水，而此时低盐卤水池中的卤水还没有被足够多的蒸馏水稀释成为盐度小于1‰的淡水；为尽快结束淡水制作，可以将一定数量的脱盐池中的淡水加入到低盐卤水池中，使低盐卤水池中的水稀释成为盐度小于1‰的淡水。

本发明与现有技术相比的特点和有益效果是：

1、本发明利用伯努利原理设计的通风结构，使海冰脱盐淡化的方法比现有技术省略了用于融冰的通风设备和电力消耗。

2、本发明通过稀释和太阳能蒸馏的方法，将1‰至1.3‰的低盐度卤水，使之成为淡水。从而将现有技术中的废水变成淡水，因此比现有技术较大程度地提高了淡水的生产效率。

3、根据卤水量的大小自动控制通风机构的开合，减轻了值守人员的工作量。

4、由于有了自动控制通风机构，可以根据环境温度自动增加通风次数（而现有技术通常是选择在中午时分通风一次），从而加快了将海冰制作成淡水的速度。

附图说明

下面结合图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明装置的总体示意图。

图2是图1中的a-a剖视图。

图3是图1的装置在使用过程的状态图。

图4是图1中的b部局部放大图。

图5是图1的装置中的脱盐池1的立体示意图。

图6是气流进出本发明装置的示意图。

图7是本发明装置内部框架结构图。

图8是本发明装置中的通气管的立体示意图。

图9是图2中的c-c局部剖视图。

具体实施方式

实施例1：先参见图1、图2、图5和图7，本发明的装置包括隔温层14、脱盐池1。脱盐池1下部设置承接来自海冰融化时的卤水的集水槽16。脱盐池1为圆形，脱盐池中心向外顺序设置有第一圆柱铁丝网11、圆形框架12、第二圆柱铁丝网13、环形气隙18和多条倾斜的气道81；圆形框架12的边缘与第二圆柱铁丝网13同高且与地面齐平；第二圆柱铁丝网13与脱盐池1池边的间距，形成进气的环形气隙18；多条倾斜的气道81设置在脱盐池1的周边。第一圆柱铁丝网11通过圆形框架12与第二圆柱铁丝网13固连，以此加强彼此的稳固性；第一圆柱铁丝网11上部与排气管149固连，排气管上部与弧形风帽9固连；隔温层14覆盖在圆形框架12、第二圆柱铁丝网13、环形气隙18和气道81上；为增加海冰堆中的通气量，圆形框架12内设置有多根通气管82，通气管管壁设置有多个出气孔822；通气管的一端为喇叭口821，紧贴于第二圆柱铁丝网13，另一端朝第一圆柱铁丝网11安置。气流从通气管的喇叭口821进入，从多个出气孔822流出，进而流入海冰堆中。

脱盐池1旁边设置有低盐卤水池2和蒸馏池3；脱盐池1通过集水槽16与低盐卤水池2和蒸馏池3连通；蒸馏池3上方设置有倾斜的透光棚33，透光棚33的最低处位于低盐卤水池2的上方；所述低盐卤水池2与集水槽16连通处设置有第一闸门29，所述蒸馏池3与集水槽16连通处设置有第二闸门39。

由于海冰重力脱盐过程需要三个月左右，在此期间需要人工观测卤水的出水量情况，根据出水量的大小，进而实施对海冰的通风与否。本实施例具有一套能根据卤水量的多少，自动进行通风的机构，从而可以省略这方面的人工值守。同时，根据环境温度可以自动增加通风次数（而现有技术通常只是选择在中午时分通风一次），从而加快了将海冰制作成淡水的速度。自动通风机构见图1和图4，该机构包括接卤桶97、牵引绳94、闷盖142、滑块95、拉伸弹簧96、滑块座92和支架91；支架91固定于地面，滑块座92与支架91固连，滑块95与滑块座92移动连接；闷盖142设置在弧形风帽9上方且与滑块95固连，用于控制进出排气管149的气流；闷盖142另一个作用是通过拉绳143连接隔温层14的边缘；自动通风机构还包括第一滑轮98、第二滑轮93和第三滑轮89；第一滑轮93设置在滑块座92上，第二滑轮98设置在低盐卤水池2上方的支架91上，第三滑轮89设置在蒸馏池3上方的支架91上；牵引绳94绕过第一滑轮93、第二滑轮98或第三滑轮89，牵引绳94的一端连接接卤桶97，另一端连接滑块95的一端；滑块95的另一端连接拉伸弹簧96的一端，拉伸弹簧96的另一端固定在滑块座92上；接卤桶97的桶底设置有一漏洞99；接卤桶97设在低盐卤水池2或蒸馏池3内。

为防止碎冰落入集水槽16中，可以采用现有技术，即在集水槽16上设置铁篦子（未画出)，铁篦子网眼的长和宽尺寸均为10厘米。

该装置的使用方法：

第一步骤：待脱盐淡化的碎块状的海冰放置在圆形框架12的空隙中；之后，将隔温层14覆盖在圆形框架12、第二圆柱铁丝网13、环形气隙18和气道81上；这样，可以隔绝隔温层14下的海冰与外界空气进行热交换，以防止纯水冰晶由于外界气温高而融化；此后，海冰冰体中的卤水受重力作用下渗，流入集水槽16；但隔温层14下的温度过低时，冰块中的卤水下渗的速度很慢。为了加快卤水胞的下渗速度，现有技术是选择在气温较高时间段，比如中午时分，使用风机对隔温层内的海冰通入外界温暖的空气1-2小时，使冰块内部的温度发生变化，促进冰块内部缝隙扩大，使卤水能顺利渗出海冰冰体；当冰块中的纯水冰晶将要融化时，则关闭风机停止温暖空气的输入。但现有技术需要通风设备和消耗电能，且需要人工值守。而本申请采用的是重力和自然通风原理进行自动控制隔温层下的海冰脱盐温度。其过程如下：在外界气温很低的的情况下，隔温层14下的温度也很低，冰块中的卤水下渗的速度很慢，因此，集水槽16中出现的卤水量就会很少。此时卤水浓度通常大于1.3‰，关闭第一闸门29，打开第二闸门39，集水槽16中的卤水流入接卤桶97，进而从漏洞99全部流出排入蒸馏池3；（也就是从漏洞99流出的水量要大于此时流入接卤桶97内的卤水量），接卤桶97的空桶的重量不足以拉动拉伸弹簧（96），闷盖142和隔温层14处于图1所示状态，即闷盖142被拉伸弹簧拉起离开弧形风帽9，露出排气管149管口；隔温层14的边缘被闷盖142通过拉绳143拉起，露出气道81和环形气隙18。此时，根据伯努利原理，本发明的装置处于自然通风状态。自然通风过程是这样的：一方面，外界气流流过弧形风帽9和闷盖142的圆弧形顶面，流速加快，根据伯努利原理，流速快，压强小，于是隔温层14下的空气被抽吸向上，从排气管149上方流出；另一方面，外界的气流通过多条倾斜的气道81和环形气隙18进入到第二圆柱铁丝网13以内，一部分气流从通气管的喇叭口821进入，从多个出气孔822流出，散发在海冰堆中；另一部分气流从海冰与海冰之间的空隙流入到海冰堆中；这两部分气流进而流入第一圆柱铁丝网11中，之后被抽吸向上从排气管149上方流出；

第二步骤：气流如此不断运行；当外界温度升高时，隔温层14下的海冰与外界温度高的空气持续进行热交换（通常情况下，空气温度升至海冰的冰点温度（-1.4℃）以上，海冰中的纯水冰晶就会产生部分融化），通风时间为1-2小时，卤水量就会增大；流入接卤桶97内的较大量的卤水来不及全部从漏洞99流出，接卤桶97内卤水越积越多，最后超过一定重量（桶内卤水的重量+空桶的重量）的接卤桶97通过牵引绳94克服拉伸弹簧96的弹力拉动固连着闷盖142的滑块95下降，使闷盖142封闭排气管149的管口，同时隔温层14的边缘随闷盖142下降而封闭气道81和环形气隙18（见图3），从而自动隔绝了外界的温暖空气进入海冰堆，阻止淡水冰晶的融化。

第三步骤：此后，隔温层14下的温度逐渐降低，冰块中的卤水下渗的速度逐渐变慢，因此，集水槽16中出现的卤水量就会逐渐变少，此时流入接卤桶97内的卤水和原累积在接卤桶97内的卤水逐步从漏洞99流出；接卤桶97中的卤水逐渐减少，当接卤桶97的重量（桶内少量卤水的重量+空桶的重量）无法克服拉伸弹簧96的弹力，闷盖142和隔温层14的边缘又被拉伸弹簧96拉起，处于图1所示状态，即排气管149的管口是开启的，隔温层14的边缘被闷盖142通过拉绳143拉起，露出气道81和环形气隙18。隔温层14下的海冰与外界空气又开始进行热交换。

确定拉伸弹簧的弹力，可选择如下方法：拉伸弹簧的弹力大于闷盖142的重量+隔温层14的边缘被拉起的重力+接卤桶97的重量（积累在桶内的卤水重量+空桶的重量）。其中，积累在桶内的卤水重量是指：选择在6-8度的气温下，通风1.5小时后，积累在接卤桶内卤水重量。

重复第一步骤、第二步骤和第三步骤，也就是不断地间断性使隔温层下的海冰与外界空气进行热交换，促使海冰脱盐淡化；

当集水槽16中测得卤水盐度大于1.3‰时，关闭第一闸门29，打开第二闸门39，集水槽16中的卤水通过接卤桶97排入蒸馏池3；当集水槽16中测得卤水盐度在1‰—1.3‰之间时，关闭第二闸门39，打开第一闸门29。将接卤桶97移至低盐卤水池2，调整牵引绳94的长度，使集水槽16中的卤水通过接卤桶97排入低盐卤水池2。当集水槽16中测得卤水盐度小于1‰时，关闭第一闸门29和第二闸门39。之后，闷盖142持续被拉伸弹簧96拉起，离开排气管149管口，同时闷盖142通过拉绳143拉起隔温层14的边缘，露出环形气隙18和气道81；隔温层14下的海冰与外界空气持续进行热交换，在脱盐池1中逐渐融化为淡水；

现有技术通常将盐度在1‰—1.3‰的卤水作废水处理，本发明可以利用蒸馏水稀释的方法，将这部分低盐度的卤水改造成为淡水：阳光透过透光棚33，加热蒸馏池3中的卤水，使卤水蒸发，其水蒸汽上升，在透光棚33上遇冷，凝结成蒸馏水，蒸馏水流向位于透光棚33最低处，进而流入低盐卤水池2，低盐卤水池2中的卤水不断被蒸馏水稀释，最后成为盐度小于1‰的淡水。

如果蒸馏水足够多的话，也可以将1‰—1.5‰的卤水或者盐度更高的卤水改造成淡水。

实施例2、当脱盐池1内的海冰全部融化为水，且测得脱盐池1中的水为盐度小于0.9‰以下的淡水，而此时低盐卤水池2中的卤水还没有被足够多的蒸馏水稀释成为盐度小于1‰的淡水；为尽快结束淡水制作，可以通过以下两种方法尽快得到更多的淡水：第一种方法，可以将一定数量（通过计算）的脱盐池1中的淡水加入到低盐卤水池2中，使低盐卤水池2中的水稀释成为盐度小于1‰的淡水；第二种方法，将一定数量（通过计算）的低盐卤水池2中的盐度大于1‰的水，加入到脱盐池1中盐度小于0.9‰以下的淡水中，使脱盐池1中的水成为盐度小于1‰的淡水。

实施例3、如果选择不采用自动通风机构，则可以像现有技术一样，在中午时分，由人工打开闷盖142，露出排气管149管口；拉起隔温层14的边缘，露出环形气隙18和气道81；使隔温层14下的海冰与外界空气持续进行热交换，通风时间控制在1-2小时。

实施例4、为阻止外界的空气从集水槽16进入到脱盐池1，影响脱盐池1中的温度的控制。可以在集水槽16中设置浮动闸门100（见图2和图9）。浮动闸门100呈l形，其内中空，为一壳体，底部呈一向上弯曲的弧面，恰如船头，迎水而浮。当浮动闸门100内灌入水后，就会下沉至集水槽16底部，阻止集水槽16中的水流出。