專利名稱：冷凍離心污水脫鹽與凈化的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于環境工程技術領域，涉及污水脫鹽與凈化技術，特別是應用于海水淡化、RO濃水脫鹽和污水凈化的方法，更具體地說是一種冷凍離心污水脫鹽與凈化方法的裝置。
背景技術：
隨著世界環境的變化，人口的增加、城市化進程加速、工農業污染加劇以及人民生活水平的提高，當今整個世界都面臨著淡水資源嚴重短缺的局面。中國是世界上十三個貧水國之一，人均水資源占有量僅為世界的1/4。淡水資源緊缺已成為制約我國國民經濟發展和人們生活水平提高的瓶頸，發展海水淡化技術，開拓穩定可靠的淡水資源，是緩解我國沿海地區淡水資源缺乏的戰略性的根本措施。城市污水廠通常采用反滲透(RO)工藝制備回用水或生產純水，該工藝具有運行操作簡便可靠、水質穩定、成本低等諸多優點，但存在著產水率低的弱點，通常為50% — 75%，該過程中會產生大量濃水，其中含有各種有機和無機污染物，若直接排放可能會對土壤、地表水、海洋等產生污染；若排入市政污水處理系統，過高的總溶解性固體對活性污泥的生長也非常不利，將海水淡化廠被高度濃縮的RO濃水以及由清洗劑、阻垢劑引入的化學物質直接排入環境，也必然會對海洋水質、生態環境和海洋生物產生了不利的影響，因而， 在水資源日益緊缺的當今，反滲透的濃水處理與回用成為急需解決的難題。目前，海水淡化和反滲透濃水的處理方法主要有蒸餾法、反滲透膜法、冷凍法、溶劑萃取法和離子交換法等。其中，冷凍法原理是指在海水結冰的過程中，能夠產生鹽、水分離的現象，大量的鹽分被排除在冰晶之外，這樣就能大大降低海水的鹽分；該方法與蒸餾法、膜法相比，由于在低溫下操作，具有保留水中的有益微量元素、對設備的腐蝕和結垢相對緩和、不用預處理等優點，同時，由于水的凝固潛熱為334.4kJ/kg，僅為蒸發氣化潛熱2257JkJ/kg的1/7，因此，冷凍法海水淡化具有制取低成本淡化水的潛力。 冷凍法主要包括天然冷凍法和人工冷凍法。其中，天然冷凍法是指在高緯度地區，利用冬季溫度較低，海水自然冷凍結冰，采取自然或人工方法取冰，利用不同方法進一步去除天然冰體中鹽分的方法。人工冷凍法是指利用冷凍裝置將海水冷卻至冰點以下，使海水結冰， 取其冰晶洗滌、融化而得到淡水。上述兩種淡化水的水質不能滿足生產和生活應用的需要， 因為在降溫過程中，鹽水來不及排出冰體而包裹的高濃度鹽水造成淡化水中含鹽量偏高， 因此，還需要再結合其他的方法進一步去除冰晶體中的鹽水，這些方法主要包括離心法、 融凍法、洗滌法、擠壓法、反滲透法、蒸餾法等，使高濃度鹽水易于從冰晶中排出從而降低海冰的鹽分含量，最終獲取優質的淡水。
發明內容本實用新型的目的是為了克服現有自然冰凍方法中存在的缺點與不足，提供一種冷凍離心污水脫鹽與凈化方法的裝置。它可以有效地脫除污水中的鹽分和去除水體中藻類。為實現上述目的，本實用新型提供如下的技術方案一種冷凍離心污水脫鹽與凈化的裝置，它是由進水系統、空調制冷系統、轉筒產冰系統和冰塊分離收集系統構成，其特征在于進水系統由預冷水箱(1)、潛水泵(2)和穿孔噴淋管(3)組成，所述的預冷水箱(1)固定在支架(4)下方，潛水泵(2)位于預冷水箱(1) 中，通過管道與穿孔噴淋管(3)連接；空調制冷系統由壓縮機(5)、冷凝器(6)、節流閥(7)、 蒸發器(8)和低溫溫度傳感器(9)組成，所述的蒸發器(8)纏繞在內筒(10)的保溫層(11) 上，低溫溫度傳感器(9)位于內筒(10)和外轉筒(12)間；轉筒產冰系統包括固定內筒(10)、 保溫層(11)、外轉筒(12)和由變頻調速電動機(13)與變頻器(14)組成的傳動系統，所述的固定內筒(10)和外轉筒(12)位于同一主軸(15)上，主軸兩端設有緊固螺絲，固定在支架 (4)上，其中內筒(10)固定在主軸上，外轉筒(12)通過兩個帶座外球面軸承與主軸(15)連接，變頻調速電動機(13)與外轉筒(12)連接，實現內筒(10)固定，外轉筒(12)隨傳動系統轉動的功能；冰塊分離收集系統包括刮刀(16)、方斗(17)、篩網(18)和離心機(19)組成，所述的刮刀(16)固定在支架(4)上，位于支架(4)與外轉筒(12)順時針方向30° -45°夾角處，方斗(17)固定在支架(4)上，篩網(18)固定在方斗(17)內，離心機(19)位于方斗(17) 下方。本實用新型所述的裝置，其中所述的預冷水箱位于外轉筒下方，利用外轉筒轉動時對污水進行降溫，預冷水箱中設置有補水閥門和潛水泵，潛水泵與噴淋系統相連接。本實用新型所述的裝置，其中所述的內、外兩個筒體均由不銹鋼焊接而成，其中內筒固定在主軸上，外轉筒通過兩個帶座外球面軸承與主軸連接。本實用新型所述的裝置，其中所述的內筒體表面包裹保溫材料，降低冷源損失，外筒體設有檢測口，供維修檢測所用。本實用新型所述的裝置，其中所述的傳動裝置能進行變頻調速運行。本實用新型所述的裝置，其中所述的空調制冷系統采用蒸發式冷凝器；蒸發器由纏繞在內筒體保溫材料上的銅管組成，并在內外筒體間設有低溫溫度傳感器，可實時監控筒體溫度。本實用新型所述的裝置，其中所述的刮刀位于與外轉筒旋轉相反方向，刮刀與外轉筒間距可根據需求進行調節。本實用新型所述的裝置，其中所述的冰塊分離收集系統是指利用篩網將污水與冰晶體進行初步分離，然后將冰晶體置入離心機內，在500r/min-3000r/min的轉速下，去除冰晶體中所夾帶的污水，最終得到淡水或凈水。本實用新型進一步公開了采用冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置冷凍離心污水脫鹽的方法，它是將污水從預冷水箱中利用潛水泵抽到穿孔噴淋管，均勻流到外轉筒一側，污水在外轉筒表面凝固為冰層，當其表面的冰層厚度超過刮刀與外轉筒間距時，由刮刀將外轉筒表面的冰層刮下并通過重力分離篩，將冰層所附帶的污水分離，后將冰塊置入離心機中離心分離微冰晶聚集形成冰塊時所夾帶的污水，再將冰塊自然融化即得到優質淡水。其中所述的制冷系統工作流程低溫低壓制冷劑氣體經壓縮機壓縮后，變為高溫高壓制冷劑氣體，在冷凝器中冷凝為高壓制冷劑液體，經節流閥降壓后變為低溫低壓的制冷劑液體及氣體混合物，進入內筒外壁纏繞的銅管蒸發器，進行吸熱使外轉筒表面的溫度低于待處理污水的冰點溫度，制冷劑液體變為氣體排出蒸發器并進入氣液分離器，在氣流分離器將夾帶的少量制冷劑液體分離，制冷劑氣體進入壓縮機開始下一個循環。本實用新型更加優選的冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置的使用方法是開通制冷系統后，低溫低壓制冷劑氣體經壓縮機(5)壓縮后，變為高溫高壓制冷劑氣體，在冷凝器(6) 中冷凝為高壓制冷劑液體，進入干燥過濾器除去其中的雜質和微量水分，經節流閥(7)降壓后變為低溫低壓的制冷劑液體及氣體混合物，進入內筒(10)外壁纏繞的銅管蒸發器(8)， 進行吸熱使外轉筒(12)表面的溫度低于污水的冰點溫度，制冷劑液體變為氣體排出蒸發器 (8)并進入氣液分離器，在氣流分離器將夾帶的少量制冷劑液體分離，制冷劑氣體進入壓縮機5開始下一個循環。待空調制冷系統開啟預冷半小時后，開啟潛水泵(2)和傳動系統， 外轉筒(12)順時針旋轉，將待處理污水從預冷水箱(1)中利用潛水泵(2)抽到穿孔噴淋管 (3)，均勻流到外轉筒(12) —側，由于外轉筒(12)表面的溫度低于待處理污水的冰點溫度， 污水在外轉筒(12)表面凝固為冰層，當其表面的冰層越來越厚，表面的冰層達到刮刀(16) 處，由刮刀(16)將外轉筒表面的冰層刮下，進入方斗(17)，并通過重力分離篩網(18)，將冰層所附帶的污水分離，后將冰晶體置入離心機(19)中去除微冰晶聚集形成冰塊時所夾帶的污水，盡量減少冰晶中附帶的污水而引起的不利影響，最終將通過離心機(19)分離后的冰晶體自然融化獲得優質淡化水。本實用新型將人工冷凍法與離心機分離法進行結合，能夠有效地避免自然冰凍法所存在的產水量低、產水季節受限制等問題，通過離心機產生的外力作用，使冰晶體鹽胞中的鹽水與冰晶體之間產生受力差，促使冰晶體中鹽水的離心移動，通過冰內鹽胞與冰內結構中的孔隙排除到冰晶體外，從而分離高濃度鹽水與冰晶，達到更好的淡化效果。同時， 利用轉筒式冷凍造冰裝置，從冷表面分離層狀結冰所需裝置比較簡單，比從冷溶液中分離顆粒冰要容易。該方法易于大規模連續生產，且生產能耗低，在今后海水淡化、濃水脫鹽和污水凈化方面將有廣泛的應用。本實用新型公開的冷凍離心污水脫鹽與凈化方法及其裝置與現有的技術相比所具有的積極效果在于(1)本實用新型的冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置，能經濟、有效地去除海水和RO 濃水中的鹽分，同時能去除污水中藻類和其它污染物，在海水淡化、濃水脫鹽和污水凈化方面具有較好的處理效果。(2)本實用新型克服了自然冰凍法不易打撈、季節因素限制、產水量低等缺點，利用人工冷凍法能連續生產，能耗較低，自動化程度高；同時利用離心方法能有效去除冰晶體中殘留的污水，能獲得更加優質的淡化水，適宜在工程中推廣應用。
圖1是本實用新型的冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置結構示意圖。其中(1)為預冷水箱、(2)為潛水泵、(3)為穿孔噴淋管、(4)為固定支架，(5)為壓縮機、(6)為冷凝器、(7)為節流閥、(8)為蒸發器、(9)為低溫溫度傳感器、(10)為內筒、 (11)為保溫層、(12)為外轉筒、(13)為變頻調速電動機、(14)為變頻器、(15)為主軸、(16) 為刮刀、(17)為方斗、(18)為篩網、(19)為離心機。
具體實施方式
[0023]
以下結合附圖和實施例詳細說明本實用新型冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置及其使用方法。但本實施例并不用于限制本實用新型，凡是采用本實用新型相似結構及其相似變化，均應列入本實用新型的保護范圍。實施例1冷凍離心污水脫鹽與凈化的裝置(1) 一種冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置，包括進水系統、空調制冷系統、轉筒產冰系統和冰塊分離收集系統。進水系統由預冷水箱(1)、潛水泵(2)和穿孔噴淋管(3)組成， 所述的預冷水箱(1)固定在支架(4)下方，潛水泵(2)位于預冷水箱(1)中，通過管道與穿孔噴淋管(3)連接；空調制冷系統由壓縮機(5)、冷凝器(6)、節流閥(7)、蒸發器(8)和低溫溫度傳感器(9)組成，所述的蒸發器(8)纏繞在內筒(10)的保溫層(11)上，低溫溫度傳感器(9)位于內筒(10)和外轉筒(12)間；轉筒產冰系統包括內筒(10)、保溫層(11)、外轉筒 (12)和由變頻調速電動機(13)與變頻器(14)組成的傳動系統，所述的內筒(10)和外轉筒 (12)位于同一主軸(15)上，主軸兩端設有緊固螺絲，固定在支架(4)上，其中內筒(10)固定在主軸上，外轉筒(12)通過兩個帶座外球面軸承與主軸(15)連接，變頻調速電動機(13) 與外轉筒(12)連接，實現內筒(10)固定，外轉筒(12)隨傳動系統轉動的功能；冰塊分離收集系統由刮刀(16)、方斗(17)、篩網(18)和離心機(19)組成，所述的刮刀(16)固定在支架 (4)上，位于支架(4)與外轉筒(12)順時針方向30°夾角處(或45°夾角處)，方斗(17)固定在支架(4)上，篩網(18)固定在方斗(17)內，離心機(19)位于方斗(17)下方。(2)使用時，首先啟動制冷系統，使外轉筒(12)表面的溫度低于污水的冰點溫度， 隨后開啟潛水泵(2)和傳動系統，外轉筒(12)順時針旋轉，將污水從預冷水箱(1)中利用潛水泵(2)抽到穿孔噴淋管(3)，均勻流到外轉筒(12)—側，由于外轉筒(12)表面的溫度低于污水的冰點溫度，污水在外轉筒(12)表面凝固為冰層，當其表面的冰層越來越厚，表面的冰層達到刮刀(16)處，由刮刀(16)將外轉筒表面的冰層刮下，進入方斗(17)，并通過重力分離篩網(18)，將冰層所附帶的污水分離，后將冰晶體置入離心機(19)中去除微冰晶聚集形成冰塊時所夾帶的污水，盡量減少冰晶中附帶的污水而引起的不利影響，最終將通過離心機(19)分離后的冰晶體自然融化獲得優質淡化水。根據需要也可以在支架(4)上方安裝封閉式箱體，箱體內外設置保溫層，以便減小冷源損失。實施例2利用本實用新型裝置進行海水淡化試驗，海水采自渤海灣，海水鹽度為32. 08，將海水進行冰凍離心脫鹽裝置處理后，對進出水水質進行監測，結果表明該系統對海水中鹽度的脫除率為93. 82%，海水中藻類去除率為62. 50%，經處理后淡化水中鹽分等各項指標均可達到農田灌溉水質標準，可滿足農業灌溉和工業生產用水要求。實施例3利用本實用新型裝置進行RO (反滲透)濃水淡化試驗，RO濃水取自天津市某鋼鐵廠，鹽度為11.25，RO濃水經過冰凍離心脫鹽裝置處理后，對進出水水質進行監測，結果表明該系統對RO濃水中鹽度的脫除率為91. 56%，經處理后淡化水中鹽分指標達到農田灌溉水質標準，可滿足農業灌溉和工業生產用水要求。實施例4[0034]利用本實用新型裝置進行濱海鹽堿地區河道水體凈化試驗，河水采自天津市大港區，河水鹽度為8. 3，河水經過冰凍離心脫鹽裝置處理后，對進出水水質進行監測，結果表明出水中鹽度為0. 56，該系統對河水中鹽度的脫除率為93. 25%，對河水中藻類去除率達 68. 25%，經處理后河水中鹽分等各項指標均可達到農田灌溉水質標準，可滿足農業灌溉和工業生產用水要求。綜上所述，本實用新型的內容并不局限在上述實施例中，相同領域內的有識之士可以在本實用新型的技術指導思想之內可以輕易提出其他的實施例，但這種實施例都包括在本實用新型的范圍之內。
權利要求1.一種冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置，其特征在于它是由進水系統、空調制冷系統、 轉筒產冰系統和冰塊分離收集系統構成，其中進水系統由預冷水箱(1)、潛水泵(2)和穿孔噴淋管(3)組成，所述的預冷水箱(1)固定在支架(4)下方，潛水泵(2)位于預冷水箱(1) 中，通過管道與穿孔噴淋管(3)連接；所述的空調制冷系統由壓縮機(5)、冷凝器(6)、節流閥(7)、蒸發器(8)和低溫溫度傳感器(9)組成，所述的蒸發器(8)纏繞在內筒(10)的保溫層(11)上，低溫溫度傳感器(9)位于內筒(10)和外轉筒(12)間；所述的轉筒產冰系統包括固定內筒(10)、保溫層(11)、外轉筒(12)和由變頻調速電動機(13)與變頻器(14)組成的傳動系統，所述的固定內筒(10)和外轉筒(12)位于同一主軸 (15)上，主軸兩端設有緊固螺絲，固定在支架(4)上，其中內筒(10)固定在主軸上，外轉筒 (12)通過兩個帶座外球面軸承與主軸(15)連接，變頻調速電動機(13)與外轉筒(12)連接； 所述的冰塊分離收集系統由刮刀(16)、方斗(17)、篩網(18)和離心機(19)組成，所述的刮刀(16)固定在支架(4)上，位于支架(4)與外轉筒(12)順時針方向30° -45°夾角處，方斗(17)固定在支架(4)上，篩網(18)固定在方斗(17)內。
2.權利要求1所述的裝置，其中所述的預冷水箱位于外轉筒下方，利用外轉筒轉動時對污水進行降溫，預冷水箱中設置有補水閥門和潛水泵，潛水泵與噴淋系統相連接。
3.權利要求1所述的裝置，其中所述的內、外兩個筒體均由不銹鋼焊接而成，其中內筒固定在主軸上，外筒通過兩個帶座外球面軸承與主軸連接。
4.權利要求3所述的裝置，其中所述的外筒體設有檢測口，供維修檢測所用。
5.權利要求4所述的裝置，其中所述的傳動裝置能進行變頻調速運行。
6.權利要求1所述的裝置，其中所述的空調制冷系統采用蒸發式冷凝器；蒸發器由纏繞在內筒體保溫材料上的銅管組成，并在內外筒體間設有低溫溫度傳感器，可實時監控筒體溫度。
7.權利要求1所述的裝置，其中所述的刮刀位于與外轉筒旋轉相反方向，刮刀與外轉筒間距可根據需求進行調節。
8.權利要求1所述的裝置，其中所述的冰塊分離收集系統是指利用篩網將污水與冰晶體進行初步分離，然后將冰晶體置入離心機內，在500r/min-3000r/min的轉速下，去除冰晶體中所夾帶的污水，最終得到淡水或凈水。
專利摘要本實用新型公開了一種冷凍離心污水脫鹽與凈化方法的裝置，它是由進水系統、空調制冷系統、轉筒產冰系統和冰塊分離收集系統組成。進水系統由預冷水箱、潛水泵和穿孔噴淋管組成；空調制冷系統由壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器組成；轉筒產冰系統包括內筒、外轉筒和由變頻調速電動機與變頻器組成的傳動系統；冰塊分離收集系統由刮刀、方斗、篩網和離心機組成。采用本實用新型的凈化裝置可以使污水中鹽分去除率達到80～96%，藻類去除率維持在35～70%。本實用新型采用冷凍離心污水脫鹽與凈化裝置進行脫鹽的方法易于大規模連續生產,且生產能耗低，在今后海水淡化、濃水脫鹽和污水凈化方面將有廣泛的應用。
文檔編號C02F1/38GK202007164SQ20112005471
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者于丹, 劉紅磊, 劉雄, 孫貽超, 張征云, 袁敏, 邵曉龍 申請人:天津市環境保護科學研究院