CN101905955A - 一种淡化海砂的方法及利用该方法淡化海砂所使用的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种淡化海砂的方法及利用该方法淡化海砂所用的装置，本发明的淡化海砂的方法巧妙地将浸渍和冲洗海砂结合起来，利用砂渗透性大的原理，在已浸渍过的海砂上部或下部注入淡水，在海砂体上部或下部人为附加水压力，挤压因浸渍而氯离子含量增大的浸渍水，将其逐步挤压、剥离出海砂体，并对海砂表面的氯离子形成反复冲洗，从而达到淡化海砂的效果，提高了淡化海砂的效果和效率，可以节约大量淡水，达到事半功倍的效果。本发明的淡化海砂的装置具有前期投入少、运行费用低、使用寿命长的优点。

Description

一种淡化海砂的方法及利用该方法淡化海砂所使用的装置
技术领域
本发明涉及海砂处理领域，具体涉及一种淡化海砂的方法及一种利用该方法淡化海砂所使用的装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，建设规模的日益扩大，特别是东南沿海地区城市进程的快速推进，导致很多沿海城市面临河砂资源枯竭的困境。随着河砂资源的日益减少和人们对河砂开采对河床、生态破坏的认识的增强，将海砂淡化后用于城市建筑将成为不可避免的未来建筑用砂趋势。
国内外很早就有海砂用于建筑，目前日本建筑用砂90％以上是经过处理的海砂。在世界各国有关海砂除盐的技术种类可分为散水自然清洗法、自然放置法、机械法。散水自然清洗法1m3海砂大约用0.2t的淡水进行清洗，清洗设备比较简单，这种方法处理过的海砂质量较为一般。自然放置法是将海砂堆积到一定厚度，自然堆放数月或几年，根据季节至少需要两个月时间。利用取样化验含盐量合格后使用。此方法虽然成本低，但费时，效果不一，不能解决应急需要，难以满足日渐增长的施工需求。
我国浙江省宁波市从90年代就开始了机械法处理海砂的方法的探索，研制海砂淡化方法及相关成套定型设备，目前我国普遍使用的淡化方法为首先将海砂卸到清洗池中浸渍，然后机械转动带动料仓，将砂挖起，料仓中的水在重力作用下向下流，用机械反复将砂倒入水池清洗，从而降低海砂氯离子含量，海砂经过淡化处理后砂中氯离子含量可达到0.01％，这种方法存在的缺点是前期投入大，运行费用高，需要消耗大量的淡水资源，根据宁波的经验，要使海砂达到建筑用砂一级品，淡化1m3海砂需要使用1吨淡水，经过反复试验，发现海砂氯离子含量减少的速率与浸渍的时间有关系。浸渍初期，海砂氯离子含量减少的速度较快，随时间的增加，氯离子含量减少的速度越来越慢，直至氯离子含量不再减少。在这一过程中，浸渍海砂空隙中的水氯离子含量逐渐增大。以往的方法因浸渍而氯离子含量增加的水是在自重力作用下自然排出海砂体，但由于海砂表面的吸附作用，自重力太小，大量因浸渍而氯离子含量增大的水分难以排出。不仅增加了海砂氯离子含量，还增加了为再次浸渍而注入淡水的氯离子含量。由于清洗过程中池水氯离子含量增加了，难以进一步降低海砂的氯化物含量。经过一次清洗难以达到国标要求，所以需要多次清洗，无疑造成成本的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种成本低、效率高、效果佳的淡化海砂的方法及一种利用该方法淡化海砂所使用的装置。
首先，本发明提供一种淡化海砂的方法，其技术方案是：
一种淡化海砂的方法，其特征在于包括以下步骤：
(4)将海砂放入淡化池内，平铺；
(5)注入海水或淡水，使水位不低于海砂表面，浸渍海砂，浸渍时间为5分钟以上，使附着在海砂上的氯化物溶化或脱离海砂表面，进入浸渍水中；
(3)浸渍完成后，注入淡水冲洗；所述淡水从海砂体上方注入，注水量不小于砂体上表面至浸渍水上表面之间的容积量，同时应满足不小于砂体表面以上2cm高度容积量的注水量要求；或者所述淡水从海砂体下方注入，注水量要大于海砂体下表面至淡化池溢流口之间的淡化池的容积量的三分之一，使浸渍水及部分二次注水从淡化池上部的溢流口排出，待溢流作业结束后，停止注水，注水完成；
(4)排水，水从淡化池下部排出，直至淡化池中的水排完为止。
进一步地，所述方法可进一步包括重复步骤(2)-(4)的操作，直至经淡化的海砂的氯离子含量符合国家建筑用砂标准对氯离子含量的要求。
海砂中氯离子含量在《建筑用砂》规范中有要求。根据国标《建筑用砂》，海砂中氯化物含量(以氯离子的质量计)＜0.01％的属于一级海砂，大于0.01％而小等于0.02％的属于二级海砂，大于0.02％而小等于0.06％的属于三级海砂。2009年底我国通过审查的《海砂混凝土应用技术规范》进一步提高了要求，要求海砂中的氯离子含量要小于0.03％。海砂中氯离子含量的试验可按照相关规范的规定的试验方法进行。
再进一步地，所述步骤(2)中，海水或淡水可从海砂体上方注入，或者从海砂体下方注入。
更进一步地，所述步骤(3)中，在二次注入淡水前，最好先进行排水，使浸渍水水位降低到低于海砂体上表面后再进行注水。这样做，既可以降低海砂体空隙中水的氯离子含量，又可以保证因浸渍海砂而氯离子含量增大的浸渍水不容易混入淡水中，完成二次注水后，再进行步骤(4)的排水，在水压力的作用下，淡水或混入部分因浸渍而氯离子含量增大浸渍水的淡水迅速地向下渗流，均匀且全面地将由于浸渍海砂一段时间而氯离子量增大的浸渍水挤压出海砂的空隙，冲洗海砂表面的氯离子，使海砂氯离子含量大幅降低，同时实现经过一段时间浸渍而有所成化的浸渍海砂水体的排出、更新。
其次，本发明还提供一种利用上述方法淡化海砂所使用的装置，包括上部开口的淡化池，其特征在于：
所述淡化池的底部铺设反滤体层，所述反滤体层根据颗粒粒径自下向上逐级减小的原则按照卵石、碎石和砂的顺序逐级铺设而成；
所述反滤体层中均匀布设水管，所述水管包括主水管及多个支水管，支水管的一端与主水管连通，另一端开口在所述反滤体层中，作为所述支水管的出入水口，所述主水管通过所述淡化池的下部池壁的开孔向淡化池外延伸，通过引出管连通下位阀门，所述下位阀门再通过三通与水源阀门和排水阀门连通；
所述淡化池内的反滤体层的上方空间用于铺填海砂；
所述淡化池的上部池壁开孔，自所述开孔向淡化池外延伸的引出管与上位阀门连通，所述上位阀门通过三通与水源阀门和排水阀门连通。
进一步地，本发明的技术方案还可以是：
所述反滤体层的上表面铺设土工布层。
本发明还提供另一种利用上述方法淡化海砂所使用的装置，包括上部开口的淡化池，其特征在于：
所述淡化池的底部为反滤体层；所述反滤体层包括由衬板上下隔开的上滤层及下隔层；所述衬板上密布多个间隔分布的上下贯通的通孔；所述上滤层根据颗粒粒径自下向上逐级减小的原则按照卵石、碎石和砂的顺序逐级铺设而成；所述衬板下表面与池底上表面之间形成一个间隔空间的下隔层，下隔层内腔中均匀布设水管，所述水管包括主水管及多个支水管，支水管的一端与主水管连通，另一端开口在所述下隔层内腔中，作为所述支水管的出入水口，所述主水管通过所述淡化池的下部池壁的开孔伸出至淡化池外，连通下位阀门，所述下位阀门通过三通与水源阀门和排水阀门连通；所述淡化池的上部池壁开孔，自所述开孔向淡化池外延伸的引出管与上位阀门连通，所述上位阀门通过三通与水源阀门和排水阀门连通。
进一步地，本发明的技术方案还可以是：
所述反滤体层的上表面铺设土工布层。
本发明的淡化海砂的方法跳出了传统清洗的思路，改为冲洗法，先用海水或淡水将海砂表面的结晶盐溶解，利用砂渗透性大的原理，在海砂体不同部位人为制造压力差，形成快速渗流，用淡水对海砂表面的氯化物及其它有害物质实现挤压驱离和连续冲洗，并且淡水只能单向运动，利用氯化物在水中扩散需要一段时间而砂体渗流所需时间很短的特点，前面的淡水冲洗海砂氯离子含量增加不会污染后面的淡水，从而保证冲洗海砂的最好效果，因此本发明的方法充分利用海砂的材料特性和水力学原理，简化了处理工艺，成本低，提高了海砂淡化效果和效率，可以节约大量淡水，淡化1m3海砂仅需要淡水0.1～0.2m3，而且淡化处理效果要好于现有的方法，达到事半功倍的效果。本发明的淡化海砂的装置结构简单、成本低、效率高，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的一种淡化海砂的装置的结构示意图。
图2为本发明的另一种淡化海砂的装置的结构示意图。
附图标记说明：
1、淡化池  2、反滤体层  3、主水管  4、支水管  5、下位阀门  6、水源阀门  7、排水阀门  8、海砂  9、引出管  10、上位阀门  11、水源阀门  12、排水阀门  13、衬板  14、上滤层  15、下隔层  16、通孔
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示的本例的淡化海砂的装置，包括上部开口的淡化池1，淡化池1的底部铺设反滤体层2，反滤体层2是根据颗粒粒径自下向上逐级减小的原则按照卵石、碎石和砂的顺序逐级铺设而成的。反滤体层2中均匀布设水管，水管包括主水管3及多个支水管4，支水管4的一端与主水管3连通，另一端开口在反滤体层2中，作为支水管的出入水口，主水管3通过淡化池的下部池壁的开孔向淡化池外延伸，通过引出管连通下位阀门5，下位阀门5再通过三通与水源阀门6和排水阀门7连通。水流可以从主水管经支水管，从出入水口进入反滤体层，也可以在排水时，水流由出入水口进入支水管，再集中到主水管后，排出淡化池。为了水流的出入方便、迅速，支水管的数量很多，而且，在每个支水管上可以开设多个开口作为出入水口使用，支水管以及出入水口的数量以能够达到水流的迅速排放和注入的目的而设置。在淡化池1内的反滤体层2的上方空间用于铺填海砂8。淡化池1的上部池壁开孔，自开孔向淡化池外延伸的引出管9与上位阀门10连通，所述上位阀门10通过三通与水源阀门11和排水阀门12连通。
本例中，反滤体层2的上表面还可铺设土工布(图中未显示)，将海砂铺填在该土工布层上，可进一步保证海砂不会下沉进入反滤体层，从而渗入底部的水管中，造成堵塞或海砂的浪费，可达到节约成本和确保淡化海砂量的效果。
实施例2
如图2所示的本例的淡化海砂的装置，包括上部开口的淡化池1，淡化池1的底部为反滤体层2，反滤体层2包括由衬板13上下隔开的上滤层14及下隔层15；衬板13上密布多个间隔分布的上下贯通的通孔16；上滤层14根据颗粒粒径自下向上逐级减小的原则按照卵石、碎石和砂的顺序逐级铺设而成；衬板13的下表面与池底上表面之间形成一个间隔空间的下隔层15，下隔层15内腔中铺设水管，水管包括主水管3及多个支水管4，支水管4的一端与主水管3连通，另一端开口在下隔层15内腔中，作为支水管的出水口，主水管3通过淡化池1的下部池壁的开孔伸出至淡化池外，连通下位阀门5，下位阀门5通过三通与水源阀门11和排水阀门12连通。水流可以从主水管经支水管，从出入水口进入下隔层15内腔中，也可以在排水时，水流由出入水口进入支水管，再集中到主水管后，排出淡化池。为了水流的出入方便、迅速，支水管的数量很多，而且，在每个支水管上可以开设多个开口作为出入水口使用，支水管以及出入水口的数量以能够达到水流的迅速排放和注入的目的而设置。淡化池1的上部池壁开孔，自该开孔向淡化池外延伸的引出管9与上位阀门10连通，上位阀门10通过三通与水源阀门11和排水阀门12连通。
本例中，反滤体层的上表面还可铺设土工布(图中未显示)，将海砂铺填在该土工布层上，可进一步保证海砂不会下沉进入反滤体层，从而通过衬板的通孔进入底部的水管中，造成堵塞水管或海砂的浪费，也可防止海砂堵塞衬板的通孔，可达到节约成本和确保海砂淡化量的效果，保证海砂淡化的长期运行的可靠性。
实施例3
本例中，利用图1的淡化海砂的装置实现本发明的海砂淡化方法，具体包括以下步骤：
(1)将海砂运至淡化池，并填加到淡化池的反滤体层上，根据需要确定铺填高度，用机械推平。
(2)关闭下位阀门，打开上位阀门及与其连通的水源阀门，然后往淡化池注入海水，海水覆盖海砂体顶部；
(3)浸渍超过1小时，打开上位阀门及与其连通的水源阀门，二次注入淡水，注水量不小于砂体上表面至浸渍水上表面之间的容积量，且应满足不小于砂体表面以上2cm高度容积量的注水量要求。
(4)二次注水完成后，打开下位阀门排水，水压力挤压因浸渍而氯离子含量增大的水排出，获得符合国家建筑用砂标准对氯离子含量的要求的淡化后的海砂。
由于我国各地海砂氯离子含量不同，国家建筑用砂不同级别的砂氯离子含量标准不同，因此当利用本发明的上述方法获得的淡化海砂的氯离子含量不合格时，可在排除浸渍水后，关闭下位阀门，重复上述步骤(2)-(4)的操作，具体重复次数可以根据海砂的具体情况、使用要求和浸渍时间进行确定，一般可为2-3次，直至测得经冲洗过的海砂氯离子含量符合国家建筑用砂标准对氯离子含量的要求，完成海砂淡化过程。
本例中，步骤(2)中注入的也可以是淡水。本发明浸渍时可用海水或淡水，因为海水中含盐度未饱和，仍可化盐。在淡水缺乏的环境下可节约淡水。
本例中，步骤(2)中，也可以从下位阀门注水，注入的可以是海水，也可以是淡水。
本例中，步骤(3)中，还可以从下位阀门注水，注水量要大于海砂体下表面至上位阀门高度之间的淡化池的容积量，在水压力的作用下，二次注水和浸渍水迅速地向上渗流，均匀且全面地将由于浸渍海砂一段时间而氯离子量增大的浸渍水挤压出海砂的空隙，使浸渍水及二次注水从作为溢流口的上位阀门排出，待溢流作业结束后，下位阀门停止注水，则二次注水完成。
本例中，步骤(3)中，在二次注水前，还可以先将下位阀门打开进行排水，使浸渍水水位降低到低于海砂体上表面后再进行二次注水。这样做，既可以降低海砂体空隙中水的氯离子含量，又可以保证因浸渍海砂而氯离子含量增大的浸渍水不容易混入二次注入的淡水中，完成二次注水后，打开排水下位阀门，在水压力的作用下，淡水和混入部分浸渍水的水迅速地向下渗流，均匀且全面地将由于浸渍海砂一段时间而氯离子量增大的浸渍水挤压出海砂的空隙，冲洗海砂表面的氯离子，使海砂氯离子含量大幅降低，同时实现经过一段时间浸渍而有所成化的浸渍海砂水体的排出、更新。
本例中，也可以先往淡化池中注水，然后再填入海砂，使水体覆盖海砂体顶部。
如果注入淡化池的海砂之前已经进行了浸渍，同时海砂是连同浸渍水一起倒入淡化池中的，或者采用其它办法使海砂表面附带的可溶氯化物溶解到附带的水中，此时可以减少浸渍过程，直接进行二次注水，用淡水将氯离子含量较高的水强制挤压出海砂体，经处理的海砂氯化物含量指标就可以达到国家建筑用砂标准。
实施例4
本例中，利用图2的淡化海砂的装置实现本发明的淡化海砂的方法，与上述实施例3的不同在于由于淡化海砂的装置中由衬板13将反滤体层2上下隔开形成上滤层14及下隔层15，因此浸渍水和二次注水的流动增加了通过衬板上的通孔的过程，衬板上的通孔的孔径一般要小于其上的上滤层14的颗粒孔径，防止海砂和上滤层的颗粒通过通孔进入下部的下隔层，堵塞下隔层空间中的水管，在与实施例3同样可确保淡化海砂效果的同时，又能够延长淡化海砂的装置的使用寿命。
本发明的淡化海砂的装置具有前期投入少、运行费用低、使用寿命长的优点。
本发明巧妙地将浸渍和冲洗海砂结合起来，首先进行海砂浸渍，使附着在海砂的氯化物溶化或脱离海砂表面，利用砂渗透性大的原理，在已浸渍过的海砂上部或下部注入海水或淡水，在海砂体上下游人为附加水压力，使淡水依次逐步渗流经过海砂体，挤压因浸渍而氯离子含量增大的浸渍水，同时利用水分子之间的亲和性，将因浸渍而氯离子含量增大的浸渍水的低氯离子含量水迅速与吸附在海砂表面的因浸渍海砂而氯离子含量增大的水分融合，并将其逐步挤压、剥离出海砂体，并对海砂表面的氯离子形成反复冲洗，形成多次浸渍与冲洗相结合，从而达到淡化海砂的效果，本方案巧妙利用水压力，克服了自然排出法的缺点，提高了海砂淡化效果和效率，可以节约大量淡水，达到事半功倍的效果。
利用本发明的淡化海砂的装置和淡化方法，对福建省宁德市的海砂进行了处理，未经处理的海砂氯离子含量为0.14％，采用当地的海水浸渍，经过3小时浸渍，二次注入少量淡水，挤出浸渍水，进行淡化处理后的海砂氯化物含量经有资质的试验单位检测为0.00％，处理效果好，优于国家建筑用砂标准一级品氯化物含量0.01％的要求，海砂氯化物含量远低于我国2009年底通过审查的《海砂混凝土应用技术规范》0.03％的要求，低于日本《预拌混凝土》JISA5308：2003对砂的氯离子含量最严格的标准要求。
上述仅对本发明中的具体实施例加以说明，但并不是对本发明的保护范围作任何形式上的限定，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种淡化海砂的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将海砂放入淡化池内，平铺；
(2)注入海水或淡水，使水位不低于海砂表面，浸渍海砂，浸渍时间为5分钟以上，使附着在海砂上的氯化物溶化或脱离海砂表面，进入浸渍水中；
(3)浸渍完成后，注入淡水冲洗；所述淡水从海砂体上方注入，注水量不小于砂体上表面至浸渍水上表面之间的容积量，同时应满足不小于砂体表面以上2cm高度容积量的注水量要求；或者所述淡水从海砂体下方注入，注水量要大于海砂体下表面至淡化池溢流口之间的淡化池的容积量的三分之一，使浸渍水及部分二次注水从淡化池上部的溢流口排出，待溢流作业结束后，停止注水，注水完成；
(4)排水，水从淡化池下部排出，直至淡化池中的水排完为止。
2.根据权利要求1所述的淡化海砂的方法，其特征在于：所述方法进一步包括重复步骤(2)-(4)的操作，直至经淡化的海砂的氯离子含量符合国家建筑用砂标准对氯离子含量的要求。
3.根据权利要求1所述的淡化海砂的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，海水或淡水可从海砂体上方注入，或者从海砂体下方注入。
4.根据权利要求1所述的淡化海砂的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在二次注入淡水前，先进行排水，使浸渍水水位降低到低于海砂体上表面后再进行注水。
5.一种利用上述任一权利要求所述的淡化海砂的方法淡化海砂所使用的装置，包括上部开口的淡化池，其特征在于：
所述淡化池的底部铺设反滤体层，所述反滤体层根据颗粒粒径自下向上逐级减小的原则按照卵石、碎石和砂的顺序逐级铺设而成；
所述反滤体层中均匀布设水管，所述水管包括主水管及多个支水管，所述支水管的一端与所述主水管连通，另一端开口在所述反滤体层中，作为所述支水管的出入水口，所述主水管通过所述淡化池的下部池壁的开孔向淡化池外延伸，通过引出管连通下位阀门，所述下位阀门再通过三通与水源阀门和排水阀门连通；
所述淡化池内的反滤体层的上方空间用于铺填海砂；
所述淡化池的上部池壁开孔，自所述开孔向淡化池外延伸的引出管与上位阀门连通，所述上位阀门通过三通与水源阀门和排水阀门连通。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述反滤体层的上表面铺设土工布层。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：在所述每个支水管上开设多个开口作为出入水口使用。
8.利用上述任一权利要求所述的淡化海砂的方法淡化海砂所使用的装置，包括上部开口的淡化池，其特征在于：
所述淡化池的底部为反滤体层；
所述反滤体层包括由衬板上下隔开的上滤层及下隔层；
所述衬板上密布多个间隔分布的上下贯通的通孔；
所述上滤层根据颗粒粒径自下向上逐级减小的原则按照卵石、碎石和砂的顺序逐级铺设而成；
所述衬板下表面与池底上表面之间形成一个间隔空间的下隔层，下隔层内腔中均匀布设水管，所述水管包括主水管及多个支水管，支水管的一端与主水管连通，另一端开口在所述下隔层内腔中，作为所述支水管的出入水口，所述主水管通过所述淡化池的下部池壁的开孔伸出至淡化池外，连通下位阀门，所述下位阀门通过三通与水源阀门和排水阀门连通；
所述淡化池的上部池壁开孔，自所述开孔向淡化池外延伸的引出管与上位阀门连通，所述上位阀门通过三通与水源阀门和排水阀门连通。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述反滤体层的上表面铺设土工布层。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：在所述每个支水管上开设多个开口作为出入水口使用。
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