自然冷凍淡化高鹽水的工藝及其設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種淡化水的工藝及其設備，特別是一種自然冷凍淡化高鹽水的工藝 及其設備。
【背景技術】
[0002] 淡水資源的短缺日益成為嚴重制約工、農業健康持續發展的重大瓶頸問題。多年 來人們對開發利用海水、苦咸水資源進行了大量研究，基本上分為咸水淡化和咸水直接利 用兩種途徑。目前，對于咸水淡化主要的方法是采用電能、熱能、化學能、太陽能的方式，同 時結合吸附、電滲析、膜滲透、蒸餾等途徑，上述這些方法主要的問題是成本較高，難以普及 和規模工業推廣。
[0003] 而隨著我國西北干旱地區的煤炭開采及煤化工工業的迅猛發展，各個企業或工業 園區在生產過程中難以回收利用的高鹽水的排放量越來越大，該類高鹽廢水占企業新鮮用 水的20%左右，且其中的溶解性總固體（TDS)可以達到4000mg/L-200000mg/L，還含有一 定量的有機污染物。目前對于這些高鹽水的處理，主要是利用電滲析或反滲透的組合方式 進行淡化及對高鹽水進行適度的提濃處理，其中至多可以淡化回收利用70%左右的高鹽廢 水，剩余的更高濃度的濃鹽水TDS -般能達到10000mg/L-20000mg/L左右，對此傳統工藝情 況下處理后的濃高鹽廢水則是排放到蒸發池中進行自然蒸發。根據目前的相關資料顯示， 建設蒸發池處置煤化工高鹽廢水存在以下嚴峻問題：1)環境風險很大。若處置不當則對周 邊環境和地下水的負面影響非常大，直接影響到周邊20- 50公里范圍內地下水質及其地 下礦物的常規開采，還可能形成嚴重的生態破壞如土地鹽漬化等；2)水資源嚴重浪費。由 于只關注濃鹽水的治理而忽視了其中的水份、鹽分的分離與再資源化利用，使得本來淡水 資源十分貧乏的干旱缺水地區的供用水矛盾日益嚴峻，這將嚴重制約耗水量大的煤化工產 業的健康持續發展。3)輸送高鹽水以及建設蒸發池（湖）的設施投資越來越大，且運行中 沒有產出，使用與維護的費用高昂，使得企業難以承受。
[0004] 現有技術中有利用自然冷能進行高鹽水淡化的裝置，但存在的主要問題是：一 是經淡化處理后的高濃縮含鹽污水無法處理，形成二次污染。以寧夏寧東煤化工基地的 情況來看，未來幾年內園區內的企業每年至少外排500-1500萬立方的TDS在1000 Omg/ L-20000mg/L左右的高鹽水，這部分高濃縮含鹽污水難以再處理并回收利用，只能集中排放 到蒸發池中靠自然蒸發減排處置，這種處置方式的缺憾如上所述。二是現有技術方案無法 形成低成本、大規模的高鹽水淡化生產能力，且難以對高鹽水進行資源化利用。三是自然冷 能脫鹽工藝的冰顆粒體淡化脫鹽獲得滿足使用要求的純化冰體技術尚存在效率低下或淡 化率不高以及綜合成本較高的問題，直接影響了系統技術的技術經濟效益發揮；四是缺乏 分級利用淡化冰雪體的系統技術，質量控制技術建立不全。因此如何實現對高鹽水進行經 濟、實用和工業化規模淡化的技術應用，是目前制約煤炭開采及煤化工工業發展的瓶頸之 一，也是實現區域節水型社會與生態環境保護有機協調發展目標而急需解決的問題之一。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是在因地制宜的資源綜合利用為理念的前提下，從系統工程的角度 出發，提供工業化淡化處理高鹽水與利用含有大量冷能的淡化水相耦合的低碳、循環及清 潔的工業生產技術體系，且工藝路線和設備簡單、處理效率較高、成本較低的自然冷凍淡化 高鹽水的工藝及其設備。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明的技術方案為：一種自然冷凍淡化高鹽水的工藝，其 工藝步驟為：
[0007] 1)儲水降溫：將工業高鹽廢水排入儲水池內進行儲存和自然降溫；
[0008] 2)人工造雪：在自然環境溫度低于_1°C后，利用造雪設備將儲水池內的工業高鹽 廢水抽出進行人工造雪，將人工造出的雪堆放在坡度為1-10%的造雪場地上或儲雪裝置 內，人工造雪的厚度為0. 5 -10米；
[0009] 3)重力溶融脫鹽：在0°C - 15°C環境溫度下對人工造雪進行重力溶融脫鹽，脫鹽 時間為8 - 48小時，將排出的高鹽水集中收集至高鹽水儲池，將重力脫鹽后的雪集中儲存 于儲雪裝置內，就可作為工業用水、農業灌溉用水或工業冷卻用水；
[0010] 將上述人工造出的雪放置至重力脫鹽裝置中，在〇°C - 15°C環境溫度下對人工造 雪進行重力溶融脫鹽，脫鹽時間為8 - 48小時，將排出的高鹽水集中收集至高鹽水儲池，將 重力脫鹽后的雪集中儲存于儲雪裝置內，就可作為工業用水、農業灌溉用水或工業冷卻用 水；
[0011] 或將上述堆放在儲雪場地上的雪收集至離心機中，在〇°C - 15°C環境溫度下進行 固液分離3 - 20分鐘，分離出的高鹽水集中收集至高鹽水儲池，將離心機中的雪集中儲存 于儲雪裝置內，就可作為工業用水、農業灌溉用水或工業冷卻用水；
[0012] 或將上述堆放在儲雪場地上的雪收集至擠壓機中擠壓成塊，擠壓出的高鹽水集中 收集至高鹽水儲池，擠壓出的雪塊集中儲存與儲雪裝置內，可作為工業降溫用，溶化后的水 可作為工業、農業灌溉用水或工業冷卻用水；上述擠壓出的雪塊密度在0. 7 - 0. 95g/cm3;
[0013] 4)將上述步驟中收集至高鹽水儲池中的高鹽水，抽至太陽能溫室內，利用太陽能 進行蒸發，獲無機鹽和蒸餾水；
[0014] 或將高鹽水儲池中的高鹽水抽至蒸發裝置中，利用安裝在蒸發裝置中水池內的加 熱器對蒸發池中的高鹽水進行加熱蒸發，獲無機鹽和蒸餾水。
[0015] 造雪場地為坡度1-10 %的地表做防水處理的場地，在造雪場地最低處設置有沿其 長度方向的排水槽，排水槽與高鹽水儲池相連通。
[0016] 一種自然冷凍淡化高鹽水用儲雪裝置，包括內表面做防滲漏處理的儲雪池，其特 征在于儲雪池的底部為斜面，在斜面的最低處設置有儲水井，儲水井通過管道與高鹽水儲 池和供水管路相連通，在上述管道上安裝有閥門和水泵，在儲水井上安裝有帶孔的蓋板。
[0017] 上述儲水井與高鹽水儲池和供水管路相連的管道上安裝的閥門為電磁閥，在儲水 井與高鹽水儲池相連的管路上安裝有水質檢測傳感器，電磁閥和水質檢測傳感器與電器控 制裝置相連。
[0018] 一種自然冷凍淡化高鹽水用重力脫鹽裝置，其特征在于該裝置是由坡度為0-10% 的造雪場地和黑色塑料薄膜組成，黑色塑料薄膜覆蓋在造雪場地上的0. 5 -10米厚的雪 上，在造雪場地最低處設置有沿其長度方向的排水槽，排水槽與高鹽水儲池相連通。
[0019] 一種自然冷凍淡化高鹽水用重力脫鹽裝置，其特征在于該裝置是由底部為錐形的 儲槽，在錐形底部上安裝有排水管，排水管與高鹽水儲池相連通。
[0020] -種自然冷凍淡化高鹽水用太陽能溫室，包括頂部為斜面或弧形面塑料大棚或玻 璃大棚，其特征在于在塑料大棚或玻璃大棚內設置有水池和霧化裝置，霧化裝置通過管路 與水池內的水泵相連，在塑料大棚或玻璃大棚的一邊或兩邊設置有收集水管，收集水管與 純水收集水槽相連。
[0021] 上述收集水管的截面為半圓形，收集水管的一邊與塑料大棚或玻璃大棚相接觸。
[0022] -種自然冷凍淡化高鹽水用蒸發裝置，包括溫棚內設置的做了防滲漏處理的水 池，其特征在于在上述水池內安裝有加熱器，在水池上方安裝有霧化噴頭，霧化噴頭通過管 路與水池內的水泵相連，在溫棚的一邊或兩邊設置有收集水管，收集水管與純水收集水槽 相連。
[0023] 上述收集水管的截面為半圓形，收集水管的一邊與溫棚內的透光面相接觸。
[0024] 上述加熱器為散熱器，散熱器與工業余熱管路或太陽能集熱器相連通；
[0025] 或上述加熱器為電加熱裝置，電加熱裝置與太陽能電池板電連接。
[0026] 本發明技術路線是利用鹽水結冰時可排除冰體中的鹽分等雜質，獲得淡化的低鹽 冰體，繼而通過進一步的技術措施連續純化冰粒子獲得滿足工農業使用要求的低鹽或淡化 的再生淡水；減量化后的、超高濃縮后的工業廢鹽水通過太陽能溫室等技術進行淡化處理 后，得無機鹽類和蒸餾水，可實現在較低的投入下、以較低成本對工業高鹽廢水進行分級、 分質的淡化處理、綜合利用和零排放。
[0027] 在上述生產技術體系下，本技術方案具有以下顯著特點：1、工藝路線簡單、無廢水 及廢物外排。通過冬季氣溫低于零下的季節，利用人工造雪和重力溶融脫鹽等技術、設備的 耦合，將高鹽水進行淡化處理，以獲得適合工業生產或農業灌溉用水，同時將淡化后的高鹽 濃縮水通過夏季太陽能溫室或工業余熱進行蒸發處理，可獲得無機鹽和蒸餾水，整個工藝 過程真正做到了零排放，解決了現有技術中高鹽濃縮水對環境的二次污染等問題；2、淡化 水的質量可控。根據處理廢水的水質特點及其淡化水的不同用途，通過調整重力溶融脫鹽 的時間、溫度等工藝參數，就可實現對淡化水中含鹽量的控制；3、本工藝過程的生產成本大 大低于現有技術。通過目前對本技術過程的綜合成本核算，處理一般的TDS在10000mg/L- 20000mg/L左右的每立方污水的價格小于12元，處理后的淡化水可達到工業生產或農業灌 溉用水的標準，是目前吸附、電滲析、膜滲透、蒸餾等現有技術生產成本的1/3 -1/2 ;4、回 收的約80%左右的淡水冰（雪）體通過適度的保溫儲存，在3-6個月后仍有約80%以上、 以零度以下的固體冰存在或以4一6°C的冰水存在，其中含有大量的冷能，該淡化冰或冰水 可用于工業工藝冷卻和夏季辦公空調等，具有顯著的低碳、節能以及減排二氧化碳等特點。
【附圖說明】
[0028] 附圖1為本發明工藝路線圖；
[0029] 附圖2為本發明自然冷凍淡化高鹽水用儲雪裝置的結構示意圖；
[0030] 附圖3為本發明高濃縮鹽水處理用太陽能溫室的結構示意圖；
[0031] 附圖4為本發明附圖3中霧化裝置的結構示意圖；
[0032] 附圖5為本發明自然冷凍淡化高鹽水用蒸發裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面以寧夏寧東能源化工基地生產過程中外排的高鹽水為例，對本工藝過程說明 如下：
[0034] 多數情況下企業外排污水的TDS在10000mg/L-20000mg/L左右，其中個別