申请日2011.03.04
公开(公告)日2012.12.26
IPC分类号C02F1/22
摘要
本发明公开了一种冷冻离心污水脱盐与净化装置的使用方法，它是由进水系统、空调制冷系统、转筒产冰系统和冰块分离收集系统组成。进水系统由预冷水箱、潜水泵和穿孔喷淋管组成;空调制冷系统由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成;转筒产冰系统包括内筒、外转筒和由变频调速电动机与变频器组成的传动系统，内筒为固定筒，表面缠绕了铜管作为制冷系统的蒸发器，采用本发明的净化装置可以使污水中盐分去除率达到80～96%，藻类去除率维持在35～70%。本发明采用冷冻离心污水脱盐与净化装置进行脱盐的方法易于大规模连续生产，且生产能耗低，在今后海水淡化、浓水脱盐和污水净化方面将有广泛的应用。
翻译权利要求书
1. 一种冷冻离心污水脱盐与净化装置的使用方法,其特征在于该装置包括进水系统、空调制冷系统、转筒产冰系统和冰块分离收集系统;
其中进水系统由预冷水箱(1)、潜水泵(2)和穿孔喷淋管(3)组成，所述的预冷水箱(1)固定在支架(4)下方，潜水泵(2)位于预冷水箱(1)中，通过管道与穿孔喷淋管(3)连接;所述的空调制冷系统由压缩机(5)、冷凝器(6)、节流阀(7)、蒸发器(8)和低温温度传感器(9)组成，所述的蒸发器(8)缠绕在内筒(10)的保温层(11)上，低温温度传感器(9)位于内筒(10)和外转筒(12)间;
所述的转筒产冰系统包括内筒(10)、保温层(11)、外转筒(12)和由变频调速电动机(13)与变频器(14)组成的传动系统，所述的内筒(10)和外转筒(12)位于同一主轴(15)上，主轴两端设有紧固螺丝，固定在支架(4)上，其中内筒(10)固定在主轴上，外转筒(12)通过两个带座外球面轴承与主轴(15)连接，变频调速电动机(13)与外转筒(12)连接;所述的冰块分离收集系统由刮刀(16)、方斗(17)、重力分离筛网(18)和离心机(19)组成，所述的刮刀(16)固定在支架(4)上，位于支架(4)与外转筒(12)顺时针方向30°-45°夹角处，方斗(17)固定在支架(4)上，重力分离筛网(18)固定在方斗(17)内，本装置的使用方法为：
首先启动制冷系统，使外转筒(12)表面的温度低于污水的冰点温度，随后开启潜水泵(2)和传动系统，外转筒(12)顺时针旋转，将待处理污水从预冷水箱(1)中利用潜水泵(2)抽到穿孔喷淋管(3)，均匀流到外转筒(12)一侧，由于外转筒(12)表面的温度低于待处理污水的冰点温度，污水在外转筒(12)表面凝固为冰层，当其表面的冰层越来越厚，表面的冰层达到刮刀(16)处，由刮刀(16)将外转筒表面的冰层刮下，进入方斗(17)，并通过重力分离筛网(18)，将冰层所附带的污水分离，后将冰晶体置入离心机(19)中去除微冰晶聚集形成冰块时所夹带的污水，尽量减少冰晶中附带的污水而引起的不利影响，最终将通过离心机(19)分离后的冰晶体自然融化获得优质淡化水。
说明书
一种冷冻离心污水脱盐与净化装置的使用方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，涉及污水脱盐与净化技术，特别是应用于海水淡 化、RO浓水脱盐和污水净化的方法，更具体地说是一种冷冻离心污水脱盐与净化方法及其 装置。
背景技术
随着世界环境的变化，人口的增加、城市化进程加速、工农业污染加剧以及人民生 活水平的提高，当今整个世界都面临着淡水资源严重短缺的局面。中国是世界上十三个贫水 国之一，人均水资源占有量仅为世界的1/4。淡水资源紧缺已成为制约我国国民经济发展和 人们生活水平提高的瓶颈，发展海水淡化技术，开拓稳定可靠的淡水资源，是缓解我国沿海 地区淡水资源缺乏的战略性的根本措施。
城市污水厂通常采用反渗透(RO)工艺制备回用水或生产纯水，该工艺具有运行操作简便可 靠、水质稳定、成本低等诸多优点，但存在着产水率低的弱点，通常为50%-75%，该过程 中会产生大量浓水，其中含有各种有机和无机污染物，若直接排放可能会对土壤、地表水、 海洋等产生污染;若排入市政污水处理系统，过高的总溶解性固体对活性污泥的生长也非常 不利，将海水淡化厂被高度浓缩的RO浓水以及由清洗剂、阻垢剂引入的化学物质直接排入 环境，也必然会对海洋水质、生态环境和海洋生物产生了不利的影响，因而，在水资源日益 紧缺的当今，反渗透的浓水处理与回用成为急需解决的难题。
目前，海水淡化和反渗透浓水的处理方法主要有蒸馏法、反渗透膜法、冷冻法、溶剂萃取法 和离子交换法等。其中，冷冻法原理是指在海水结冰的过程中，能够产生盐、水分离的现象， 大量的盐分被排除在冰晶之外，这样就能大大降低海水的盐分;该方法与蒸馏法、膜法相 比，由于在低温下操作，具有保留水中的有益微量元素、对设备的腐蚀和结垢相对缓和、不 用预处理等优点，同时，由于水的凝固潜热为334.4kJ/kg，仅为蒸发气化潜热2257.2kJ/kg 的1/7，因此，冷冻法海水淡化具有制取低成本淡化水的潜力。 冷冻法主要包括天然冷冻 法和人工冷冻法。其中，天然冷冻法是指在高纬度地区，利用冬季温度较低，海水自然冷冻 结冰，采取自然或人工方法取冰，利用不同方法进一步去除天然冰体中盐分的方法。人工冷 冻法是指利用冷冻装置将海水冷却至冰点以下，使海水结冰，取其冰晶洗涤、融化而得到淡 水。上述两种淡化水的水质不能满足生产和生活应用的需要，因为在降温过程中，盐水来不及 排出冰体而包裹的高浓度盐水造成淡化水中含盐量偏高，因此，还需要再结合其他的方法进 一步去除冰晶体中的盐水，这些方法主要包括离心法、融冻法、洗涤法、挤压法、反渗透 法、蒸馏法等，使高浓度盐水易于从冰晶中排出从而降低海冰的盐分含量，最终获取优质的 淡水。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有自然冰冻方法中存在的缺点与不足，提供一种冷冻离 心污水脱盐与净化方法及其装置。它可以有效地脱除污水中的盐分和去除水体中藻类。为实 现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种冷冻离心污水脱盐与净化装置的使用方法，其特征在于该装置包括进水系统、空调制冷 系统、转筒产冰系统和冰块分离收集系统;开通制冷系统后，低温低压制冷剂气体经压缩机 5压缩后，变为高温高压制冷剂气体，在冷凝器6中冷凝为高压制冷剂液体，进入干燥过滤 器除去其中的杂质和微量水分，经节流阀7降压后变为低温低压的制冷剂液体及气体混合 物，进入内筒10外壁缠绕的铜管蒸发器8，进行吸热使外转筒12表面的温度低于污水的冰 点温度，制冷剂液体变为气体排出蒸发器8并进入气液分离器，在气液分离器将夹带的少量 制冷剂液体分离，制冷剂气体进入压缩机5开始下一个循环;待空调制冷系统开启预冷半小 时后，开启潜水泵2和传动系统，外转筒12顺时针旋转，将待处理污水从预冷水箱1中利 用潜水泵2抽到穿孔喷淋管3，均匀流到外转筒12一侧，由于外转筒12表面的温度低于待 处理污水的冰点温度，污水在外转筒12表面凝固为冰层，当其表面的冰层越来越厚，表面 的冰层达到刮刀16处，由刮刀16将外转筒表面的冰层刮下，进入方斗17，并通过重力分 离筛网18，将冰层所附带的污水分离，后将冰晶体置入离心机19中去除微冰晶聚集形成冰 块时所夹带的污水，尽量减少冰晶中附带的污水而引起的不利影响，最终将通过离心机19 分离后的冰晶体自然融化获得优质淡化水。
一种冷冻离心污水脱盐与净化的装置，它是由进水系统、空调制冷系统、转筒产冰系统和冰 块分离收集系统构成，其特征在于：进水系统由预冷水箱1、潜水泵2和穿孔喷淋管3组 成，所述的预冷水箱1固定在支架4下方，潜水泵2位于预冷水箱1中，通过管道与穿孔喷 淋管3连接;
空调制冷系统由压缩机5、冷凝器6、节流阀7、蒸发器8和低温温度传感器9组成，所述 的蒸发器8缠绕在内筒10的保温层11上，低温温度传感器9位于内筒10和外转筒12间; 转筒产冰系统包括内筒10、保温层11、外转筒12和由变频调速电动机13与变频器14组成 的传动系统，所述的内筒10和外转筒12位于同一主轴15上，主轴两端设有紧固螺丝，固 定在支架4上，其中内筒10固定在主轴上，外转筒12通过两个带座外球面轴承与主轴15 连接，变频调速电动机13与外转筒12连接，实现内筒10固定，外转筒12随传动系统转动 的功能;
冰块分离收集系统包括刮刀16、方斗17、筛网18和离心机19组成，所述的刮刀16固定在 支架4上，位于支架4与外转筒12顺时针方向30°-45°夹角处，方斗17固定在支架4 上，筛网18)固定在方斗17内，离心机19位于方斗17下方。
本发明所述的装置，其中所述的预冷水箱位于外转筒下方，利用外转筒转动时对污水进行降 温，预冷水箱中设置有补水阀门和潜水泵，潜水泵与喷淋系统相连接。
本发明所述的装置，其中所述的内、外两个筒体均由不锈钢焊接而成，其中内筒固定在主轴 上，外转筒通过两个带座外球面轴承与主轴连接。
本发明所述的装置，其中所述的内筒体表面包裹保温材料，降低冷源损失，外筒体设有检测 口，供维修检测所用。
本发明所述的装置，其中所述的传动装置能进行变频调速运行。
本发明所述的装置，其中所述的空调制冷系统采用蒸发式冷凝器;蒸发器由缠绕在内筒体保 温材料上的铜管组成，并在内外筒体间设有低温温度传感器，可实时监控筒体温度。
本发明所述的装置，其中所述的刮刀位于与外转筒旋转相反方向，刮刀与外转筒间距可根据 需求进行调节。
本发明所述的装置，其中所述的冰块分离收集系统是指利用筛网将污水与冰晶体进行初步分 离，然后将冰晶体置入离心机内，在500r/min-3000r/min的转速下，去除冰晶体中所夹带的 污水，最终得到淡水或净水。
本发明进一步公开了采用冷冻离心污水脱盐与净化装置冷冻离心污水脱盐的方法，它是将污 水从预冷水箱中利用潜水泵抽到穿孔喷淋管，均匀流到外转筒一侧，污水在外转筒表面凝固 为冰层，当其表面的冰层厚度超过刮刀与外转筒间距时，由刮刀将外转筒表面的冰层刮下并 通过重力分离筛，将冰层所附带的污水分离，后将冰块置入离心机中离心分离微冰晶聚集形 成冰块时所夹带的污水，再将冰块自然融化即得到优质淡水。
其中所述的制冷系统工作流程：低温低压制冷剂气体经压缩机压缩后，变为高温高压制冷剂 气体，在冷凝器中冷凝为高压制冷剂液体，经节流阀降压后变为低温低压的制冷剂液体及气 体混合物，进入内筒外壁缠绕的铜管蒸发器，进行吸热使外转筒表面的温度低于待处理污水 的冰点温度，制冷剂液体变为气体排出蒸发器并进入气液分离器，在气流分离器将夹带的少 量制冷剂液体分离，制冷剂气体进入压缩机开始下一个循环。
本发明更加优选的冷冻离心污水脱盐与净化装置的使用方法是：开通制冷系统后，低温低压 制冷剂气体经压缩机5压缩后，变为高温高压制冷剂气体，在冷凝器6中冷凝为高压制冷剂 液体，进入干燥过滤器除去其中的杂质和微量水分，经节流阀7降压后变为低温低压的制冷 剂液体及气体混合物，进入内筒10外壁缠绕的铜管蒸发器8，进行吸热使外转筒12表面的 温度低于污水的冰点温度，制冷剂液体变为气体排出蒸发器8并进入气液分离器，在气液分 离器将夹带的少量制冷剂液体分离，制冷剂气体进入压缩机5开始下一个循环。待空调制冷 系统开启预冷半小时后，开启潜水泵2和传动系统，外转筒12顺时针旋转，将待处理污水 从预冷水箱1中利用潜水泵2抽到穿孔喷淋管3，均匀流到外转筒12一侧，由于外转筒12 表面的温度低于待处理污水的冰点温度，污水在外转筒12表面凝固为冰层，当其表面的冰 层越来越厚，表面的冰层达到刮刀16处，由刮刀16将外转筒表面的冰层刮下，进入方斗 17，并通过重力分离筛网18，将冰层所附带的污水分离，后将冰晶体置入离心机19中去除 微冰晶聚集形成冰块时所夹带的污水，尽量减少冰晶中附带的污水而引起的不利影响，最终 将通过离心机19分离后的冰晶体自然融化获得优质淡化水。
本发明将人工冷冻法与离心机分离法进行结合，能够有效地避免自然冰冻法所存在的产水量 低、产水季节受限制等问题，通过离心机产生的外力作用，使冰晶体盐胞中的盐水与冰晶体 之间产生受力差，促使冰晶体中盐水的离心移动，通过冰内盐胞与冰内结构中的孔隙排除到 冰晶体外，从而分离高浓度盐水与冰晶，达到更好的淡化效果。同时，利用转筒式冷冻造冰装 置，从冷表面分离层状结冰所需装置比较简单，比从冷溶液中分离颗粒冰要容易。该方法易于 大规模连续生产，且生产能耗低，在今后海水淡化、浓水脱盐和污水净化方面将有广泛的应 用。
本发明公开的冷冻离心污水脱盐与净化方法及其装置与现有的技术相比所具有的积极效果在 于：
(1)本发明的冷冻离心污水脱盐与净化装置，能经济、有效地去除海水和RO浓水中的盐 分，同时能去除污水中藻类和其它污染物，在海水淡化、浓水脱盐和污水净化方面具有较好 的处理效果。
(2)本发明克服了自然冰冻法不易打捞、季节因素限制、产水量低等缺点，利用人工冷冻 法能连续生产，能耗较低，自动化程度高;同时利用离心方法能有效去除冰晶体中残留的污 水，能获得更加优质的淡化水，适宜在工程中推广应用。