一种海砂淡化装置及方法与流程

本发明涉及一种海砂淡化装置及方法。

背景技术：

随着天然砂石资源的过度开采以及政府对生态环境保护的高度重视，这几年砂石骨料的价格呈现暴涨趋势，有些地区甚至出现无砂可买的窘境，不少人开始利用海砂配制混凝土。但是，海砂表面会含有大量的氯化物，所以海砂含有大量的氯离子成分，它严重的超出建筑用砂的标准，用于工程建设中会对混凝土内部的钢筋有严重的腐蚀作用，破坏钢筋混凝土的结构。此外，海砂还含有其他的的有害杂质，如：贝壳、淤泥、云母、轻物质、有机物、硫化物。贝壳、云母和轻物质会降低混凝土中骨料与水泥和石料的粘结力。因此，国家明令：海砂未经淡化不得直接用于预应力混凝土。海砂是仅次于石油天然气的第二大海洋矿产，如果将其脱盐淡化，加以利用，可以解决天然砂石资源的供求矛盾。近年来，海砂的脱盐淡化技术和应用倍受重视。为规范海砂淡化利用标准，依据我国《建设用砂》(gb/t14684-2011)标准，国家颁布了《建筑及市政工程用净化海砂》(jg/t494-2016)标准，标准规定：建设用砂所用的一类砂氯离子含量不得超过0.001％，二类用砂氯离子含量不得超过0.005％，而最低要求的三类砂，氯离子含量也不得超过0.01％。目前，海砂淡化主要采用淡水清洗脱盐，通过三级清洗脱盐(即一级清洗脱盐、二级清洗脱盐和三级清洗脱盐)，使海砂的含盐量下降到0.001％以下，从而满足《建设用砂》标准，采用这种利用淡水水洗的方法淡化海砂，每淡化一吨海砂至少要消耗1.2吨的淡水，因此，淡化海砂需要大量的淡水资源。目前，我国大部分沿海地区，淡水资源匮乏。但是，中水和海水资源丰富，因此，如果能采用中水或海水为原料淡化海砂，将是一种不错的选择。因此，急需一种利用中水或海水淡化海砂的装置和方法。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种海砂淡化装置及方法。

本发明通过以下技术方案来实现：一种海砂淡化装置，包括再生水制造系统和海砂脱盐淡化系统，所述再生水制造系统至少包括依次连接的中水水池，中水净化脱盐系统和再生水贮罐中，所述中水水池的中水经所述中水净化脱盐系统处理后储存于再生水贮罐中；所述海砂脱盐淡化系统则至少包括依次设置的海砂灭活破膜系统、去杂振动筛装置、第一级洗砂机、第二级洗砂机和第三级洗砂机，所述第一级洗砂机与所述中水水池连接，所述第二级洗砂机和第三级洗砂机则分别与所述再生水贮罐连接。

较佳的，第三级洗砂机的三级洗砂废水收集池的出水口连通于所述中水水池。

较佳的，还包括废水处理系统，所述废水处理系统至少包括一级和二级洗砂废水沉淀池，三级洗砂废水沉淀池和三级洗砂废水收集池，所述一级和二级洗砂废水沉淀池连接于所述第一级洗砂机以及所述第二级洗砂机的出水口，所述三级洗砂废水沉淀池的进水口则与所述第三级洗砂机的出水口连接，且所述三级洗砂废水沉淀池出水口连接于所述三级洗砂废水收集池，所述该三级洗砂废水收集池的出水口与中水水池相互连通。

较佳的，所述一级和二级洗砂废水沉淀池和所述三级洗砂废水沉淀池的污泥出口连接于一污泥池，所述污泥池与一污泥脱水装置进行连接进行脱水成泥块，

较佳的，所述污泥脱水装置可为离心脱水机、板框压滤机、叠螺脱水机或袋式脱水机中的一种。

较佳的，所述中水净化脱盐系统包括预过滤装置和反渗透系统，所述预过滤装置包括第一过滤装置和第二过滤装置，所述第一过滤装置包括依次与该中水水池连接的多介质过滤器和活性炭过滤器，所述第二过滤装置为微滤、超滤、mbr或纳滤中的一种。

本发明还提供了一种海砂淡化装置，包括海水淡化系统和海砂脱盐淡化系统，所述海水淡化系统至少包括依次连接的海水取水井，海水净化脱盐系统和海水淡化水贮罐，所述海水取水井的海水经所述海水净化脱盐系统处理后储存于海水淡化水贮罐中；所述海砂脱盐淡化系统则至少包括依次设置的海砂灭活破膜系统、去杂振动筛装置、第一级洗砂机、第二级洗砂机和第三级洗砂机，所述第一级洗砂机，第二级洗砂机和第三级洗砂机分别与所述海水淡化水贮罐连接。

较佳的，所述海水净化脱盐系统包括依次连接的海水净化消毒装置，预过滤装置和海水淡化装置，所述海水淡化装置的出水口连接于所述海水淡化水贮罐。

本发明还提供了一种海砂淡化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)再生水的制备：所述中水水池的中水经所述中水处理系统处理后储存于再生水贮罐中，再生水的氯离子含量应≦1.5mg/l；

(2)海砂灭活破膜：将中间水池的水提升到电解装置中电解产生破膜剂，紧接着将电解后含有破膜剂的水喷洒到海砂破膜堆场的海砂上；

(3)过筛去杂：将经过破膜处理后的海砂输送到去杂振动筛装置中，筛去贝壳和砾石；

(4)清洗：筛分后的海砂经料斗进入第一级洗砂机，第一级洗砂机与所述中水水池连接，利用中水水池中的中水和经过第三级洗砂机清洗的回收水对第一级洗砂机中的砂浆进行第一次清洗去除泥浆并脱盐；第一次清洗后的砂浆进入第二级洗砂机中，用再生水贮罐中的再生水进行第二次清洗和脱盐；第二次清洗后的砂浆进入第三级洗砂机，同时利用再生水贮罐的再生水进行第三次清洗脱盐得成品淡化海砂。

较佳的，第一次清洗脱盐时中水的氯离子含量为10mg～150mg/l，中水的用水量为海砂重量的40％～70％；第二次清洗脱盐时，再生水的用水量为海砂重量的25％～40％；第三次清洗脱盐时，再生水用量为海砂重量的30％～50％。

本发明的以城市污水处理厂的中水生产的再生水或海水淡化水为原料的海沙淡化装置及其方法与现有海沙淡化装置及方法比较，具有如下显著优点：

1、解决了现有装置和方法需要使用大量淡水资源，而我国沿海没有大量淡水供应的矛盾，为大量淡化海沙提供了水资源保障；

2、解决了现有城市污水处理厂的中水用途问题，目前，国家大力提倡城市污水处理厂污水深度处理，再生循环利用，但是，如何充分利用中水一直困扰着行业发展；

3、落实国家节约水资源战略的需要。全球水的总储量为13.86亿km3，海水就占有96.5％，人类可取用的地表淡水和浅层地下淡水仅为0.79％，且随地域和季节变化分布极不均匀。淡水资源短缺已经成为21世纪的三大环境问题之一。我国是一个水资源匮乏的国家，人均占有淡水资源不足世界人均的三分之一，为了实现可持续发展战略，节约用水，保障水资源供应，国家制定了节约水资源战略，其中，开展城市污水深度处理，再生循环利用是国家节约水资源战略的重要内容。

4、降低海沙淡化成本，采用城市污水处理厂的中水替代自来水，每吨淡化海沙可以节省用水成本1元以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例一的海砂淡化装置示意图。

图2是本发明的图1的生产工艺流程图。

图3是再生水制造系统(图1中a处)的连接示意图。

图4是本发明实施例二海水淡化系统的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

参考说明书附图1和附图3，一种海砂淡化装置，它由城市污水厂再生水制造系统和海砂脱盐淡化系统构成：

再生水制造系统至少由中水水池11、提升泵、预过滤装置和反渗透系统14构成，其中，该中水水池11、提升泵、预过滤装置和反渗透系统14(或者为离子交换脱盐系统)依次连接，该中水水池11内的水为将城市污水处理厂的中水。该预过滤装置包括第一过滤装置131和第二过滤装置132，该第一过滤装置包括依次与该中水水池11连接的多介质过滤器a和活性炭过滤器b，预先去除中水中的泥砂、悬浮物、胶体等杂质，该第二过滤装置132则可为微滤、超滤、mbr或纳滤中的一种，其中，该微滤或超滤的膜组件可为有机膜、陶瓷膜或金属膜组件三者中的一种，纳滤膜组件为卷式膜组件，纳滤膜组件的膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合纳滤膜，其截留分子量为200～500mwco，进压为6.0～45.0bar，出压为4.5～43.5bar，从而进一步去除中水中杂质，得到净化中水；该反渗透系统14则将预过滤装置所得的净化中水经保安过滤器c过滤后利用高压泵31泵入反渗透系统14中进行过滤脱盐，得到氯离子含量≦1.5mg/l的再生水和浓缩水，该制得的再生水存入该再生水贮罐32中，该浓缩水则可经过处理装置进行净化处理，该处理装置可为由浓缩水处理单元和混凝沉淀单元构成，其中，该高压泵31的工作压力为：6～35bar，进压为6.0～45.0bar，出压为4.5～35bar，该反渗透系统14的膜组件为卷式膜组件，膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合膜，其截留分子量为50～200mwco，对氯化钠的截留率≧99.5％。

该海砂脱盐淡化系统则至少包括依次设置的海砂灭活破膜系统21、去杂振动筛装置22、第一级洗砂机23、第二级洗砂机24、第三级洗砂机25和废水处理系统，其中，该海砂灭活破膜系统21包括依次连接的中间水池21a，电解装置21b和海砂破膜堆场21c，其中，该中间水池21a中的水优选为中水或海水，该中间水池可与中水水池共用同一个水池，该中间水池21a的水可利用提升泵将其提升至该电解装置21b中进行电解，通过电解产生破膜剂(次氯酸溶液)，最后再将电解后的含有次氯酸的水喷淋到海砂破膜堆场21c的海砂上；该第一级洗砂机23，第二级洗砂机24和第三级洗砂机25分别利用第一搅洗机，第二搅洗机和第三搅洗机进行搅洗，提高海砂淡化效果，该第一级洗砂机23与中水水池11连接，第二级洗砂机24和第三级洗砂机25则分别与再生水贮罐32连接；该废水处理系统至少包括一级和二级洗砂废水沉淀池，三级洗砂废水沉淀池和三级洗砂废水收集池，该一级和二级洗砂废水沉淀池连接于该第一级洗砂机23以及第二级洗砂机24的出水口，该三级洗砂废水沉淀池的进水口则与第三级洗砂机25的出水口连接，并且三级洗砂废水沉淀池内的水最终流入该三级洗砂废水收集池中，较佳的，该三级洗砂废水收集池的出水口可连接于中水水池11，进一步重复利用，节约资源。进一步的，该一级和二级洗砂废水沉淀池和三级洗砂废水沉淀池的污泥出口连接于一污泥池，该污泥池与一污泥脱水装置进行连接进行脱水成泥块，较佳的，该污泥脱水装置可为离心脱水机、板框压滤机、叠螺脱水机或袋式脱水机的一种。

下面将对利用城市污水厂中水淡化海砂的实施步骤进行描述，步骤如下：

(1)再生水的制备：将城市污水处理厂的中水依次经过预过滤装置的第一过滤装置131和第二过滤装置132进行过滤，然后该预过滤后的水进入反渗透系统14(或者为离子交换脱盐系统)中进行脱盐，得到氯离子含量小于1.5mg/l的再生水，再生水贮存于再生水贮罐32内；

(2)海砂灭活破膜

利用提升泵将中间水池21a的水提升到电解装置21b中电解，通过电解产生破膜剂(次氯酸溶液)，紧接着将该电解后含有破膜剂的水喷洒到海砂破膜堆场21c的海砂上，利用破膜剂杀灭海砂中的微生物，堆放8-24小时，使海砂表面的生物膜液化破膜；

(3)过筛去杂：通过给料机和传送带将经过破膜处理后的海砂输送到去杂振动筛装置22中，在去杂振动筛装置22中利用振动筛去除贝壳和砾石；

(4)清洗：筛分后的砂经料斗进入第一级洗砂机23，利用中水水池11中的中水和经过第三级洗砂机25清洗的回收水对第一级洗砂机23中的砂浆进行第一次清洗去除泥浆并脱盐，第一次清洗后的砂浆进入第二级洗砂机24中，用再生水贮罐32中的再生水进行第二次清洗和脱盐，第二次清洗后的砂浆进入第三级洗砂机25，同时利用再生水贮罐32的再生水进行第三次清洗脱盐得成品淡化海砂，最后经传送带输送至成品堆场，该成品淡化海砂的氯离子含量小于0.001～0.003％(重量百分比)。

较佳的，所述的海砂淡化还包括废水处理步骤，所述废水处理是将第一次清洗海砂和第二次清洗海砂的含泥废水通过一级和二级洗砂废水沉淀池沉淀后排放；将第三次清洗海砂的含泥废水经过三级洗砂废水沉淀池沉淀净化后进入三级洗砂废水收集池内，并该三级洗砂废水收集池内的废水与中水合并，作为第一次清洗海砂的水源，进一步重复利用，节省资源，降低成本。

较佳的，所述的海砂淡化还包括污泥脱水步骤，所述污泥脱水是将泥浆经过浓缩罐浓缩后再经过污泥脱水装置脱水成泥块，较佳的，该污泥脱水装置可为离心脱水机、板框压滤机、叠螺脱水机或袋式脱水机的一种。

检测情况如下：

第一种情况：经检测，初始时，若该海砂的含盐量≦650mg/㎏，第一次清洗脱盐时中水的氯离子含量≦150mg/l，中水的用水量为海砂重量的70％，经过第一次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦120mg/㎏；第二次清洗海砂的再生水用量为海砂重量的25％，经过第二次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦40mg/㎏；第三次清洗海砂的再生水用量为海砂重量的30％，经过第三次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦30mg/㎏。

第二种情况：经检测，初始时，若海砂的含盐量≦457mg/㎏，第一次清洗脱盐时，中水的氯离子含量≦10mg/l，中水的用水量为海砂重量的40％，经过第一次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦90mg/㎏；第二次清洗海砂的再生水用量为海砂重量的40％，经过第二次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦38mg/㎏；第三次清洗海砂的再生水用量为海砂重量的50％，经过第三次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦10mg/㎏。

第三种情况：经检测，初始时，若海砂的含盐量≦390mg/㎏，第一次清洗脱盐时，中水的氯离子含量≦150mg/l，中水的用水量为海砂重量的60％，经过第一次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦75mg/㎏；第二次清洗海砂的再生水用量为海砂重量的30％，经过第二次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦31mg/㎏；第三次清洗海砂的再生水用量为海砂重量的40％，经过第三次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦10mg/㎏。

第二实施例：

参考说明书附图4，一种以海水淡化水为原料的海砂淡化装置，它由海水淡化系统和海砂脱盐淡化系统构成：

海水淡化系统至少由海水取水井11’，提升泵，海水净化消毒装置，预过滤装置和海水淡化装置14’(例如反渗透过滤装置)构成；海水取水井11’，提升泵，海水净化消毒装置，预过滤装置和海水淡化装置14’依次连接。该预过滤装置13包括第一过滤装置131’和第二过滤装置132’，该第一过滤装置包括依次与该中水水池11连接的多介质过滤器a’和活性炭过滤器b’，预先去除中水中的泥砂、悬浮物、胶体等杂质，该第二过滤装置132’则可为微滤、超滤或纳滤中的一种，该海水淡化装置14’则将预过滤装置所过滤的水经保安过滤器过滤后利用高压泵31’泵入海水淡化装置14’中进行过滤脱盐，得到海水淡化水和浓缩水，所制得的海水淡化水存入该海水淡化水贮罐32’中，该浓缩水则可经过处理装置进行净化处理，其中，该高压泵31’的工作压力为45～60bar，进压为45.0～60.0bar，出压为43～58bar。

参照附图1，该海砂脱盐淡化系统则至少包括依次设置的海砂灭活破膜系统21、去杂振动筛装置22、第一级洗砂机23、第二级洗砂机24、第三级洗砂机25和废水处理系统26，其中，该海砂灭活破膜系统21包括依次连接的中间水池21a，电解装置21b和海砂破膜堆场21c，其中，该中间水池21a中的水优选为再生水或海水，该中间水池21a的水可利用提升泵将其提升至该电解装置21b中进行电解，通过电解产生破膜剂(次氯酸溶液)，最后再将电解后的含有次氯酸的水喷淋到海砂破膜堆场21c的海砂上；该第一级洗砂机23，第二级洗砂机24和第三级洗砂机25分别利用第一搅洗机，第二搅洗机和第三搅洗机进行搅洗，提高海砂淡化效果。该海水淡化水贮罐32’分别与第一级洗沙机23、第二级洗沙机24和第三级洗沙机25连接；该废水处理系统至少包括一级和二级洗砂废水沉淀池，三级洗砂废水沉淀池和三级洗砂废水收集池，该一级和二级洗砂废水沉淀池连接于该第一级洗砂机23以及第二级洗砂机24的出水口，该三级洗砂废水沉淀池的进水口则与第三级洗砂机25的出水口连接，并且三级洗砂废水沉淀池内的水最终流入该三级洗砂废水收集池中，较佳的，该三级洗砂废水收集池的出水口可连接于中水水池，进一步重复利用，节约资源。该一级和二级洗砂废水沉淀池和三级洗砂废水沉淀池的污泥出口连接于一污泥池，该污泥池与一污泥脱水装置进行连接进行脱水成泥块，较佳的，该污泥脱水装置可为离心脱水机、板框压滤机、叠螺脱水机或袋式脱水机的一种。

下面将对利用海水淡化水淡化海砂的实施步骤进行描述，步骤如下：

(1)海水淡化水的制备：将海水经过提升泵、海水净化消毒装置净化消毒处理后，依次经过预过滤装置的第一过滤装置131’和第二过滤装置132’进行过滤，然后该预过滤后的水进入海水淡化装置14’中进行脱盐，得到氯离子含量小于1mg/l的海水淡化水，海水淡化水贮存于海水淡化水贮罐32’内；

(2)海砂灭活破膜

利用提升泵将中间水池21a的水提升到电解装置21b中电解，通过电解产生破膜剂(次氯酸溶液)，紧接着将该电解后含有破膜剂的水喷洒到海砂破膜堆场21c的海砂上，利用破膜剂杀灭海砂中的微生物，堆放8-24小时，使海砂表面的生物膜液化破膜；

(3)过筛去杂：通过给料机和传送带将经过破膜处理后的海砂输送到去杂振动筛装置22中，在去杂振动筛装置22中利用振动筛去除贝壳和砾石；

(4)清洗：筛分后的砂经料斗进入第一级洗砂机23，利用海水淡化水贮罐32’中的淡化水和经过第三级洗砂机25清洗的回收水对第一级洗砂机23中的砂浆进行第一次清洗去除泥浆并脱盐，第一次清洗后的砂浆进入第二级洗砂机24中，用海水淡化水贮罐32’中的淡化水进行第二次清洗和脱盐，第二次清洗后的砂浆进入第三级洗砂机25，同时利用海水淡化水贮罐32’的淡化水进行第三次清洗脱盐得成品淡化海砂，最后经传送带输送至成品堆场，该成品淡化海砂的氯离子含量小于0.001～0.003％(重量百分比)。

较佳的，所述的海砂淡化还包括废水处理步骤，所述废水处理是将第一次清洗海砂和第二次清洗海砂的含泥废水通过一级和二级洗砂废水沉淀池沉淀后排放；将第三次清洗海砂的含泥废水经过三级洗砂废水沉淀池沉淀净化后进入三级洗砂废水收集池内，并该三级洗砂废水收集池内的废水与中水合并，作为利用中水第一次清洗海砂的水源，进一步重复利用，节省资源，降低成本。

较佳的，所述的海砂淡化还包括污泥脱水步骤，所述污泥脱水是将泥浆经过浓缩罐浓缩后再经过污泥脱水装置脱水成泥块，较佳的，该污泥脱水装置可为离心脱水机、板框压滤机、叠螺脱水机或袋式脱水机的一种。

检测情况如下：

第一种情况：经检测，若海砂的含盐量≦600mg/㎏，第一次清洗脱盐时，淡化水的氯离子含量≦20mg/l，淡化水的用水量为海砂重量的70％，经过第一次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦110mg/㎏；第二次清洗海砂的淡化水用量为海砂重量的25％，经过第二次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦40mg/㎏；第三次清洗海砂的去淡化水用量为海砂重量的30％，经过第三次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦30mg/㎏。

第二种情况：经检测，若海砂的含盐量≦500mg/㎏，第一次清洗脱盐时，淡化水的氯离子含量≦18mg/l，淡化水的用水量为海砂重量的70％，经过第一次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦83mg/㎏；第二次清洗海砂的淡化水用量为海砂重量的40％，经过第二次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦29mg/㎏；第三次清洗海砂的去淡化水用量为海砂重量的50％，经过第三次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦10mg/㎏。

第三种情况：经检测，若海砂的含盐量≦375mg/㎏，第一次清洗脱盐时，淡化水的氯离子含量≦15mg/l，淡化水的用水量为海砂重量的60％，经过第一次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦87mg/㎏；第二次清洗海砂的淡化水用量为海砂重量的30％，经过第二次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦32mg/㎏；第三次清洗海砂的去淡化水用量为海砂重量的40％，经过第三次清洗脱盐后，海砂的氯离子含量≦10mg/㎏。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。