專利名稱：利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法及設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明海水淡化及利用的技術(shù)，尤其是利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法及設(shè)施(設(shè)備)，涉及海冰淡化水的采收或制取方法。
背景技術(shù)：
淡水是人類生存中最寶貴的資源，有關(guān)國計(jì)民生，但我國人均淡水資源量僅為世界的四分之一，而降水量的時(shí)空分布又嚴(yán)重不均，使我國北方和西北地區(qū)缺水情況極為嚴(yán)峻。甚至不少大城市也出現(xiàn)了缺水狀況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國610個(gè)中等以上城市，不同程度缺水的就達(dá)400多個(gè)。很多地區(qū)的缺水已經(jīng)影響到其社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，如果缺水狀況繼續(xù)惡化，甚至?xí)绊懙饺藗冊(cè)谠摰貐^(qū)的繼續(xù)生存。總之，淡水資源在不少地方已經(jīng)成為生存的關(guān)健。解決淡水資源最有效的方法是“開源”，而海水淡化、向陸地增加淡水的重要“開源”措施之一，深受全世界的重視。目前，以海水淡化制取淡水已工程化的技術(shù)有蒸餾法和膜法兩類。蒸餾法中實(shí)用的技術(shù)可以用多級(jí)閃蒸(MSF)和多效蒸餾(MED)為代表，其技術(shù)成熟，運(yùn)行安全。但基建投入大，運(yùn)行費(fèi)用貴，能耗特高。目前除特殊條件下采用以外少有問津。膜法中可以用反滲透法(RO)為代表，其運(yùn)行費(fèi)用和能耗都比蒸餾法低，是海水淡化技術(shù)中近二十年來發(fā)展最快的。但是，RO法淡化海水的能耗和成本仍嫌太高，難以在我國大規(guī)模推廣。其適用地域范圍和對(duì)象有限。另，海水淡化技術(shù)盡管已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史，而且在全球范圍內(nèi)取得了巨大成功，但隨著社會(huì)的發(fā)展和人類的需求都對(duì)研究開發(fā)更新、成本更低廉的淡化技術(shù)提出了更高的要求，人類的確需要探索另外的影響更大的淡化技術(shù)，或新的技術(shù)集成出現(xiàn)，從而對(duì)人類的生存、發(fā)展產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。此外，值得一提的是還有另一類的天然淡化方法是指利用海水結(jié)冰來獲取淡水的方法，其原理是由于海冰是海水的冰晶，它是海水在冬天寒冷季節(jié)被天然淡化的產(chǎn)物，海冰融化后即為淡水。在我國北方的沿海漁村和海島上，人們?cè)?xí)慣在冬天鑿取海冰儲(chǔ)存到了夏天以海冰來制冷或以融化的海冰獲取淡水，但這種最原始簡易的手工作業(yè)方式不可能獲得大量淡水。所謂冷凍結(jié)冰法(不論是天然或人工的)是指將海水冷凍到冰點(diǎn)以下，淡水結(jié)冰、分離、再融化為淡水過程，由天津大學(xué)王世昌主編的《海水淡化工程》2003年2月由化學(xué)工業(yè)出版社出版)一書提到“冷凍法有利用天然冰法和人工冷凍法兩種，但二者都尚處于研究中”，目前還未見到有利用海水大規(guī)模制取淡水的成熟技術(shù)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法及設(shè)施，使得有利于發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)和利用海洋優(yōu)勢(shì)，開辟新的淡水來源，有利于從根本上解決或改善我國西北和北方地區(qū)缺乏淡水資源的嚴(yán)峻情況。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是鑒于我國海域遼闊，每年寒冬季節(jié)在渤海和遼東半島的黃海北部的沿岸區(qū)域，大部分近岸的海面上都會(huì)結(jié)海冰，有的甚至向海中延伸幾十公里；海冰是海水在寒冷季節(jié)氣溫降低到-1.9℃以下的淡水結(jié)晶物，海冰在氣溫上升到冰點(diǎn)以上會(huì)天然融化成淡水；冰比水的密度小，因而海冰都結(jié)晶在海水表面，使得海冰和海水易于分離和開采。有鑒于上述思路，本發(fā)明方法的技術(shù)特征在于利用海水在寒冬季節(jié)凍結(jié)后被天然淡化的海冰進(jìn)行大規(guī)模(或大量)制取淡水的方法，該法包括直接從海上采海冰取淡水法，即在冬天(-1.9℃以下)結(jié)冰季節(jié)直接從海上采收海冰融化后取淡水法，和/或海水內(nèi)陸制冰取淡水法，即先將海水調(diào)運(yùn)內(nèi)陸在冬天(-1.9℃以下)結(jié)冰季節(jié)天然結(jié)冰后獲取淡水的方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)解決方案還可進(jìn)一步具體為以下幾種技術(shù)特征一、所述的在冬天結(jié)冰季節(jié)直接從海上采收海冰融化后取淡水法，該法依序包括如下步驟對(duì)海冰進(jìn)行分割、撈取和輸送上岸、運(yùn)輸至目的地儲(chǔ)存和保存。
二、所述的對(duì)海冰進(jìn)行分割步驟是指利用水刀、圓盤鋸、皮帶鋸等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行切割以分割冰塊。
三、所述的對(duì)海冰進(jìn)行分割步驟也可以是指在海冰上打眼埋炸藥，以“定向爆破”技術(shù)對(duì)冰進(jìn)行定形爆破的辦法來分割冰塊。
四、所述的對(duì)海冰進(jìn)行分割步驟還可以是指在海面即將結(jié)冰前，在近岸海域放置按規(guī)定的冰塊尺寸制成的成形框架群以便讓海水能結(jié)冰于框架的各腔孔中，在成形框架群的各腔孔內(nèi)與冰接融的表面均覆以“高疏水”材料，框架內(nèi)各腔孔的深度略大于當(dāng)?shù)睾１暮穸?，框架?nèi)的各腔孔應(yīng)制成上小下大的錐形孔結(jié)構(gòu)，以便于向上提起框架時(shí)讓成形冰塊方便脫落和采收。
五、所述的對(duì)分割后的海冰進(jìn)行撈取和輸送上岸步驟是指對(duì)近岸的冰塊是采用滾子輸送機(jī)(帶)直接將近岸海冰冰塊撈出輸送至岸上，對(duì)遠(yuǎn)岸的冰塊是先使用拖船大孔圍網(wǎng)將冰塊拖至近岸后再用輸送機(jī)將冰塊撈出輸送至岸上。
六、所述的先將海水調(diào)運(yùn)到內(nèi)陸地區(qū)后讓其在冬天(-1.9℃以下)結(jié)冰季節(jié)天然結(jié)冰后獲取淡水法，該法依序包括如下步驟修建大型海水儲(chǔ)置設(shè)施，包括修建儲(chǔ)置海水的大型淺底水池、小海、湖泊或水庫，抽調(diào)海水上陸并調(diào)運(yùn)至作為儲(chǔ)置地設(shè)施的水池或小海、湖泊或水庫中，在冬季天然結(jié)冰后，讓冰與海水分離，海冰的儲(chǔ)存和保存，剩余高濃度濃鹽海水的處置和處理(可進(jìn)一步濃縮和鹽析后進(jìn)行化工處理)等。
七、所述的抽調(diào)(汲取)海水上陸并調(diào)運(yùn)至儲(chǔ)置地步驟是指將汲取抽調(diào)上陸的海水是通過輸水管道或露天(明)渠道進(jìn)行遠(yuǎn)距離大規(guī)模(廉價(jià))調(diào)運(yùn)輸送至內(nèi)陸儲(chǔ)置地。所述的儲(chǔ)置地設(shè)施可以是指修建位于北京西部和西北部或更遠(yuǎn)的遠(yuǎn)離海濱的內(nèi)陸沙漠、戈壁或干旱地區(qū)的荒原地帶的儲(chǔ)存海水的大型水池、水庫、湖泊或小海。旦這些大型水池、水庫、湖泊或小海其儲(chǔ)水的深度平均應(yīng)在1.5～3m之間為宜，且這些儲(chǔ)置地每年必須有足夠冷的溫度和足夠長的寒冷時(shí)間凍結(jié)海水，使能得到0.5～0.6m以上厚度的(淡水)冰層。
八、所述的海水儲(chǔ)置設(shè)施還可以是指制成一種高位水池與低位水池相互串聯(lián)配置的結(jié)構(gòu)，其中高位水池的儲(chǔ)水深度大于低位水池的深度，而低位水池的面積大于高位水池的面積，兩者面積之比應(yīng)大于2倍以上(如2.5倍)，在高位水池的底部裝有通往低位水池的排水管道及海水排放閥，在低位水池也裝有通往外部的排水管道及海水排放閥以用來排放濃鹽海水，而在高低位水池的靠近池底部處還都設(shè)有一個(gè)淡水排放閥，以用來排放融化后的淡水，利用高低位水池的好處是與利用一般水池，湖泊或小海的相比，在相同面積下可獲更多淡水且成本較低。
九、所述的高低位水池的池壁及池底基礎(chǔ)材料為抗凍水泥另加拌適量纖維(化纖或其他無毒纖維)所修建而成，以提高水泥池壁抗裂強(qiáng)度，還可在池壁及池底的水泥層表面涂有疏水材料，以防止池壁表面吸入海水影響淡水質(zhì)量，同時(shí)使池壁無冰凍結(jié)有利于采冰。
本發(fā)明的可行性(可實(shí)施性)探討第一種的直接采海冰取淡水法我國的渤海沿岸和遼東半島的黃海沿岸約1500公里海岸線的近岸范圍內(nèi)每年海冰的產(chǎn)生量在200億m3以上，適合大規(guī)模開采的海冰厚度為0.4m～1.5m之間，可開采量每年在150億m3以上，海冰的采收工作包括分割、撈取、運(yùn)輸至目的地儲(chǔ)存和保存。
采收海冰的效益可獲得超大量的淡水，如果每年能從渤海和黃海采收150億m3海冰，其質(zhì)量為137.55億噸(海冰密度為0.917t/m3)，于是可得淡水137.55億立方米(m3)，這宗淡水資源不但可濟(jì)北京、天津之急需、還可分濟(jì)河北、山東、遼寧等一些極端缺水城市之急需。
海冰采收后的儲(chǔ)存和保存儲(chǔ)存冰塊的地點(diǎn)沒有特殊要求。失效的水庫、干涸的池沼、湖泊或廢棄的洼地、礦井、地窖都可改造成“冰庫”。只要不漏水、清潔無污染、有較好的防融化措施和收集融冰的設(shè)備皆可使用。
本發(fā)明還可節(jié)約大量能源1、海冰可作冷源利用從海洋中采收的海冰進(jìn)行冬儲(chǔ)夏融，在夏季既可提供淡水、又能供冷。為使海冰能維持到炎熱的盛夏供冷，應(yīng)對(duì)儲(chǔ)存后的冰進(jìn)行隔熱保存，保存時(shí)對(duì)冰堆四周和頂部進(jìn)行隔熱，四周及頂部加設(shè)隔熱保溫層，并用農(nóng)用大棚覆蓋。據(jù)估算1噸-10℃的冰化成20℃水所吸收的熱量與能效比為2.6的2KW(千瓦)的空調(diào)機(jī)連續(xù)工作一天的制冷量所耗電能相當(dāng)。若2KW(千瓦)空調(diào)機(jī)每天工作8小時(shí)，則1噸冰的制冷量與空調(diào)機(jī)三天的制冷量相當(dāng)，10噸冰的制冷量就與2KW(千瓦)空調(diào)機(jī)一個(gè)月的制冷量相當(dāng)。如果一個(gè)大中城市能有1億噸冰制冷，則可節(jié)省該城市夏季空調(diào)制冷的全部電力能耗。
2、若137.55億噸的海冰從0℃冰化成0℃水，其溶解熱以79.7cal/g(卡/克)或79.7×106cal/t(卡/噸)計(jì)，則可吸熱10962×108Mcal(兆卡)，即45890×108MJ(兆焦耳)。相當(dāng)于以熱能效比為2.6的空調(diào)機(jī)制冷時(shí)的用電量45890×108÷2.6÷3.6≈4900×108(KWh)這4900億度電等于一個(gè)5600萬瓩電站連續(xù)發(fā)電一年的電能。據(jù)預(yù)測(cè)，我國2005年全年用電量約為2萬多億瓧時(shí)，華東用電量約5千多億瓩時(shí)，所以137.55億噸海冰的制冷量接近華東2005年的全年用電量，這還只是137.55億噸海冰從0℃冰化成0℃水的制冷量。
3、節(jié)省大量制冷用原油的估算根據(jù)日本利用冰雪能源的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果對(duì)冷庫冷卻，終年保持0～4℃，則每噸冰雪的制冷可節(jié)省10升原油。若原油密度以0.9Kg/L(千克/升)計(jì)，按此推算，則從渤海和黃海采冰137.55億噸，可為國家節(jié)省制冷用原油1.2億噸以上。
海水天然淡化與人工“RO”法淡化的比較海水在寒冷季節(jié)天然制冰，即海水天然淡化，不消耗人類提供的能源，可節(jié)省人工海水淡化所耗費(fèi)的能量，尤其是電力能量，對(duì)國家建設(shè)十分有利，目前用于大量海水淡化最節(jié)能(包括節(jié)電和節(jié)熱的總量)的技術(shù)是“反滲透(RO)膜濾法”。在大投入有高回收電能裝備的情況下，“RO”法每淡化海水獲1m3淡水所耗電能(電能高回收時(shí))約為5.2KWh(千瓦時(shí))。即“電耗淡化水比”為5.2KWh/m3(千瓦時(shí)/立方米)。當(dāng)回收電能裝備的投入較少，回收電能低時(shí)，則電耗淡化水比為8～14KWh/m3。這樣，即使按高投入高回收電能時(shí)的“RO法”淡化海水獲得137.55億/m3淡化水，也將耗電712.4×108KWh。從節(jié)能這一點(diǎn)看，海水天然淡化是人工“RO法”淡化所不能企及的。
綜上所述，利用海上采冰法，進(jìn)行冬儲(chǔ)夏融，不但可獲得大量淡水，同時(shí)又獲得冷源，充分開發(fā)利用這個(gè)冷源，可節(jié)省大量的制冷能耗和費(fèi)用，還可節(jié)約人工淡化海水所消耗的能量和費(fèi)用。另，海上采冰法還具有海冰是在海洋中自然形成的，不占用陸地，冰層達(dá)一定厚度即可采收，可開采的海冰量大，且不必處理結(jié)冰后的濃鹽水等優(yōu)點(diǎn)。
第二種的使用海水內(nèi)陸制冰法，即先將海水調(diào)運(yùn)內(nèi)陸冬季結(jié)冰后取淡水工程包括海水調(diào)運(yùn)上陸工程、陸上儲(chǔ)置海水工程、冰與海水分離工程，儲(chǔ)冰工程，海水濃縮和鹽析化工利用處理等，其中1、海水調(diào)運(yùn)上陸工程可避免冰塊固體運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)問題、運(yùn)費(fèi)高和季節(jié)性強(qiáng)等致命缺點(diǎn)，只要避開嚴(yán)寒結(jié)冰期，都可通過管道或露天(明)渠道進(jìn)行大規(guī)模廉價(jià)輸送，在我國華北，西北和內(nèi)蒙地區(qū)，每年至少有8-9個(gè)月可進(jìn)行輸送，而冰塊固體的大規(guī)模運(yùn)輸每年卻只有1-2個(gè)月。
2、陸上儲(chǔ)置海水工程。由于海水可遠(yuǎn)距離向內(nèi)陸調(diào)運(yùn)，所以可把海水凍結(jié)制冰的地點(diǎn)設(shè)置在遠(yuǎn)離海濱的內(nèi)陸沙漠、戈壁、干旱的不毛之地或荒原地帶，在那里修筑儲(chǔ)存海水并能凍結(jié)制冰的大型淺底水池、水庫、湖泊或小海。這樣，既不占用現(xiàn)有的能產(chǎn)出價(jià)值的土地，又可以改造不毛之地，使其既能產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益，又產(chǎn)出環(huán)境效益，一舉兩得。我們還可以根據(jù)需要將海水西調(diào)制冰獲取淡水的工程延伸到河北省張北和康保地區(qū)、內(nèi)蒙古的渾善達(dá)克沙地及毛烏素沙地周圍，甚至擴(kuò)展至騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠或更遠(yuǎn)的荒漠地區(qū)。但海水西調(diào)工程應(yīng)以不影響和干擾相關(guān)地區(qū)淡水河湖水系為條件，另這些地方每年必須有足夠冷的溫度和足夠長的寒冷時(shí)間凍結(jié)海水，使我們能得到0.5-0.6m以上厚度的淡水冰層。海水結(jié)冰溫度為-1.9℃以下。前面提到的海水西調(diào)的北京西部和西北部、幾處沙地、沙漠都能滿足這個(gè)要求，有的地方氣溫可達(dá)-20℃以下，每年寒冷時(shí)間甚至超過三個(gè)月。
3、冰與海水分離工程。冰與海水的分離，一種方法是采用成群的一般水池凍冰，在冰層達(dá)到足夠厚度(如0.5m～0.6m)時(shí)，將冰下的濃鹽海水抽調(diào)至集中的專用水庫或湖泊中，供作綜合開發(fā)利用以制取食鹽并從鹵水中分離出鎂鹽、鉀鹽和碘等。而保留在原水池中的冰，既可用切割法開采使用，也可用成形框架使其按規(guī)格尺寸凍結(jié)成形后采運(yùn)，還可以不采收，而等到春季氣溫升高后任其融成淡水后泵出使用。
關(guān)于海水調(diào)運(yùn)上陸工程中的單位能耗問題根據(jù)測(cè)算，當(dāng)以內(nèi)徑為3m的管子輸送海水，管內(nèi)海水單位流量為5.55m3/s，流速為0.7855m/s時(shí)，輸送1m3的海水的單位能耗以從天津北塘汲渤海水西調(diào)為例，取輸送到離汲水口距離L＝200km，海拔H＝500m的北京西部、西北部地區(qū)、輸水系統(tǒng)的能量效率η＝80％時(shí)，則1m3海水的單位能耗W＝1.825kwh/m3，即輸送每1m3海水能耗不到2度電。另當(dāng)采用前述的“高低位水池”后，還能比一般水池、水庫在灌入等量海水后能獲得更多的凍冰或者說淡水。
按每年西調(diào)海水1億立方米，采用一般水池群凍冰，得冰三分之一計(jì)，可獲3056萬立方米淡水和3333萬立方米冰的冷源，若采用“高低位水池”群，則可獲8860萬立方米淡水和9960萬立方米冰的冷源。
綜合上述，內(nèi)陸上制冰法與海上采冰法比較，除了可獲取大量淡水和冷源外，更提高了能源效益和節(jié)約能源，特別是采用高低位水池設(shè)施用來使冰與海水分離的方法，可以更多地獲得海冰，即淡水。同時(shí)，從低位水池排出的接近飽和的濃鹽海水，可為后續(xù)的鹽析化工加工處理提供了高品位的原料，既節(jié)約了生產(chǎn)能耗，又降低了成本。此外，本發(fā)明還有一種出人意料的極大好處是有利改善海水儲(chǔ)置地(北京西部和西北部)周邊區(qū)域的氣候，使生態(tài)環(huán)境朝良性循環(huán)方向發(fā)展，如以西調(diào)海水1億立方米計(jì)，采用一般水池，儲(chǔ)水深度為2米時(shí)，水池群將占地50平方公里，如增加西調(diào)海水量，則水池群面積更加擴(kuò)大，這將增加當(dāng)?shù)氐乃舭l(fā)量(根據(jù)推算，約有30～50％以上的海水將消耗于蒸發(fā))，對(duì)改善干旱氣候有利。在融冰季節(jié)，也將影響周邊氣候，使白天降溫，夜間升溫，氣溫日夜均衡，有利于“鋒面”雨的形成。這些都將促使荒原生態(tài)環(huán)境改觀，并對(duì)當(dāng)?shù)氐墓?、農(nóng)、林、牧、養(yǎng)殖業(yè)和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。
值得一提的是海上采冰法所需的運(yùn)輸設(shè)備和基本建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都很高，采冰、運(yùn)冰和儲(chǔ)冰的季節(jié)性很強(qiáng)，一切操作都要掄時(shí)間，防融防碎難度大，而內(nèi)陸制冰取淡水法的缺點(diǎn)是需要大管徑輸水管道，并且管道鋪設(shè)的長度很長，至北京西部就有200公里，至騰格里沙漠有1000公里，這么長管線的大管徑管道，投入將是相當(dāng)大的，但它和水電站一樣，一次投入，長期受益?！瓣懮现票ā钡牧硪粋€(gè)缺點(diǎn)是大面積修建水池群的人力，物力、財(cái)力的消耗也相當(dāng)可觀。上述缺點(diǎn)雖然不可否認(rèn)，可是當(dāng)今發(fā)送達(dá)國家都十分重視發(fā)展利用海洋優(yōu)勢(shì)，寧愿以較高的成本從海洋中取水，以換取發(fā)展經(jīng)濟(jì)的寶貴時(shí)間和機(jī)會(huì)，何況在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，水的價(jià)值遠(yuǎn)不是傳統(tǒng)的、靜止的價(jià)值觀所能衡量的，在很多情況下過分調(diào)水，將有可能會(huì)給被調(diào)地區(qū)經(jīng)濟(jì)帶來的長遠(yuǎn)損失將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過淡水本身之價(jià)值，因此一味地從外地調(diào)水無異于挖肉補(bǔ)瘡，長時(shí)間地等待傳統(tǒng)觀念中的“廉價(jià)”水源，必定坐失良機(jī)，因小失大。


圖1是本發(fā)明所述高低位水池配置設(shè)施的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的俯視圖。圖3是所述成形框架群的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
在附圖中，1～高位水池，2～高位水池池壁，3～高位水池池底，4～進(jìn)水管，5～淡水排放閥，6～海水排放閥，7～低位水池，8～池底，9～(濃鹽)海水排放閥，10～淡水排放閥。
具體實(shí)施例方式
以下是采海冰制取淡水法的一種具體實(shí)例在該法中海冰的采收工程包括分割，撈取運(yùn)輸至目的地儲(chǔ)存和保存。為方便后續(xù)工序的運(yùn)行，海冰的分割形狀不能任意粗放，而有一定的要求，應(yīng)使其面積的長、寬一致，并對(duì)冰塊的重量有所限制。海冰分割方法有以下幾種①、切割法可用水刀、圓盤鋸、皮帶鋸等機(jī)械進(jìn)行切割。使用不同的切割機(jī)械其割隙深度可能不同。當(dāng)割隙深度＜冰層厚度時(shí)，應(yīng)在割隙被再次凍結(jié)前，使用小型“破冰船”或其他設(shè)備進(jìn)行撞壓，以分割冰塊。
②、定形爆破法在海冰面上打眼填埋炸藥，以“定向瀑破”技術(shù)對(duì)冰進(jìn)行定形爆破，打眼和埋藥要合適，足夠而最少，以保證冰塊定形而炸藥的污染為最小。本法不怕在埋藥后冰眼再凍結(jié)。
③、成形框架法海面即將結(jié)冰前，在不妨礙海上航行，養(yǎng)殖、捕漁及其他作業(yè)的近岸海域，放入按規(guī)定的冰塊尺寸制成的成形框架群，這些框架以剛好能漂浮在海水表面之下為宜，海水結(jié)冰于框架的各孔內(nèi)，框架內(nèi)與冰接觸的表面均覆以“高疏水材料”，如聚乙烯或其他廉價(jià)疏水材料等。框架的高度略比當(dāng)?shù)睾１穸雀咝┘纯??？蚣軆?nèi)的孔應(yīng)為上小下大的錐形孔，以利提起框架時(shí)冰塊的脫落和采收。本法還可方便地使冰塊邊緣制成便于撈取和抓吊的形狀。
冰塊撈取的技術(shù)和裝備①近岸冰塊撈取由于“傳送帶”起端伸入海水中，在海面推冰塊漂滑至傳送帶上，撈至岸上。②遠(yuǎn)岸冰塊撈取由于“傳送帶”不可能建的離岸太遠(yuǎn)，所以應(yīng)使用拖船大孔圍網(wǎng)將冰塊拖至近岸的傳送帶上輸送，由于冰塊是漂浮著的，且拖網(wǎng)孔徑較大，運(yùn)動(dòng)速度較慢，故所費(fèi)動(dòng)力不大。對(duì)運(yùn)輸至儲(chǔ)置地儲(chǔ)存和保存的冰塊按照前述方法進(jìn)行(略)。
以下是海水內(nèi)陸制冰取淡水法的一種具體實(shí)施例海水內(nèi)陸制冰法包括海水調(diào)運(yùn)上陸工程，陸上儲(chǔ)置海水工程，冰與海水分離工程、儲(chǔ)冰工程，對(duì)濃鹽海水進(jìn)一步濃縮和鹽析化工處理等。調(diào)運(yùn)海水上陸，只要避開嚴(yán)寒的結(jié)冰期都可通過輸水管道或露天明渠或人工運(yùn)河進(jìn)行大規(guī)模廉價(jià)輸運(yùn)?？梢园押Ｋ畠鼋Y(jié)制冰的地點(diǎn)設(shè)置在遠(yuǎn)離海濱的內(nèi)陸沙漠，戈壁、干旱的荒原地帶或不毛之地，在那里修建儲(chǔ)存海水的大型淺底水池、水庫、湖泊或小海，或池沼系統(tǒng)。這些地方必須有足夠冷的溫度和較長的寒冷時(shí)間凍結(jié)海水，使能得到0.5～0.6m以上厚度的淡水冰層。因海水結(jié)冰溫度為-1.9℃以下，所以儲(chǔ)存海水結(jié)冰的地方每年應(yīng)至少有一個(gè)月以上是氣溫在-9℃以下，前述提到的海水西調(diào)北京西部和西北部其他省份幾處沙地、沙漠都能滿足這個(gè)要求，有的地方氣溫可達(dá)-20℃以下，每年寒冷時(shí)間甚至超過三個(gè)月。在陸上儲(chǔ)置海水的湖泊水池，為使其結(jié)冰冰層厚，結(jié)冰量多，其儲(chǔ)水的深度不宜深，平均深度應(yīng)不大于2m。如按2m深計(jì)算，有50平方公里以上的實(shí)用荒原面積，即可容納1億立方米的海水。寒冷季節(jié)海水凍結(jié)到足夠厚度時(shí)，應(yīng)將海冰和未結(jié)冰的濃鹽海水分離。
當(dāng)使用高低位水池設(shè)施進(jìn)行冰與海水的分離工程時(shí)，這種分離方法可以更多地獲得海冰即淡水。參見附圖，高位水池和低位水池串聯(lián)，高位水池的儲(chǔ)水深度比低位水池要深，但低位水池的面積比高位水池大。高位水池底部通往低位水池的管道上裝有海水排放閥。低位水池底部通往外部的管道上也裝有海水排放閥。從渤海來的海水由進(jìn)水管先流入高位水池，需要的時(shí)候可打開海水排放閥，使海水自動(dòng)流到低位水池。兩池底的四個(gè)角都應(yīng)做成圓角。兩水池的底面都要有一定的坡度，以便排凈海水。而在兩池的側(cè)面靠近池底處都有一個(gè)排放閥，用來排放融化后的淡水。這兩個(gè)淡水閥也可不設(shè)，在融冰季節(jié)濃鹽海水已排凈的情況下，淡水經(jīng)由海水排放閥放出，但應(yīng)根據(jù)池外管網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際布置分流濃鹽海水和淡水的閥門。各池池壁的基礎(chǔ)材料為抗凍抗裂水泥，另加拌適量纖維，可用化纖或其他纖維，以提高水泥抗裂強(qiáng)度。但纖維和水泥都應(yīng)能抗海水腐蝕和對(duì)水無污染。
池中海水的灌入或排放應(yīng)根據(jù)冰層厚度適時(shí)進(jìn)行操作。冰的凍結(jié)速度與冰層厚度有關(guān)，冰層愈厚，凍結(jié)速度愈慢。當(dāng)高位水池結(jié)冰厚度達(dá)0.45m時(shí)，就要把冰下的濃鹽海水全部排放到低位水池中。低位水池的面積比高位水池大，其結(jié)冰面積大，水深約為0.435m，在寒冷季節(jié)能快速結(jié)冰，當(dāng)冰層厚度達(dá)0.4m時(shí)，就應(yīng)把低位水池冰下濃度更高的濃鹽海水全部排放到池外，集中進(jìn)行后續(xù)處理和加工。從上述的操作進(jìn)程可知，低位水池的海水比高位水池的海水鹽濃度要高，而低位水池結(jié)冰后排出池外的海水鹽濃度則更高。這種“高低位水池”比一般水池、水庫在灌入等量海水后能獲得更多的凍冰或者說淡水，同時(shí)從低位水池排出的接近飽和的濃鹽海水，為后續(xù)的鹽析化工提供了高品位的原料，這既節(jié)約了生產(chǎn)能耗，又降低了成本。
兩池中冰的采收?？捎们笆龊１墒展こ踢M(jìn)行采收，由于池子在陸地上，采收會(huì)更易操作，也可不采，而等到春季氣溫升高冰融成淡水后泵出應(yīng)用。
采用“高低位水池”可獲得更多淡水的分析測(cè)算取高位水池的實(shí)際儲(chǔ)水深度H＝1.5m，低位水池的實(shí)際儲(chǔ)水深度H＜0.5m，高低位水池的池寬分別為B和2.5B，兩水池的長度均為L(見圖1、2)。以上是示意舉例，只要高、低位水池的面積比符合1∶2.5，具體的寬長可根據(jù)實(shí)際的地形地貌而定。
我們企望在高位、低位水池中能凍結(jié)盡可能多的冰而又無過飽和的鹽析出。以上例舉的“高低位水池”，其高位，低位水池的面積比、高度差，水池的儲(chǔ)水深度、結(jié)冰厚度和排放鹽水的操作，都是根據(jù)這個(gè)要求確定的，可供具體實(shí)施時(shí)作參考，本例冰下濃鹽海水均為自流排放，如因地形制約，也可泵出，但耗能增加?！案叩臀凰亍迸c一般的水池相比可獲得更多淡水且成本較低，它是一種十分節(jié)能的海水淡化做法。對(duì)它所排放的濃鹽海水的后處理和加工，不但產(chǎn)鹽也產(chǎn)鹵水，自鹵水中分離出鎂鹽、鉀鹽和碘的成本也不高。本法每西調(diào)海水1億立方米，可獲8860萬立方米淡水和9960萬立方米冰的冷源，并且在冰凍季節(jié)之前，大量海水積存于大面積水池群中，將使當(dāng)?shù)氐乃舭l(fā)量大為增加，對(duì)改善當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)的干旱氣候有利。
本法存在的問題是當(dāng)高位水池儲(chǔ)水高度取1.5m時(shí)，西調(diào)1億立方米海水，高位水池有效占地面積為66.67平方公里，加上低位水池總占地面積達(dá)233.35平方公里，雖然這些都是荒漠之地，但在這么大的地面上修建水池群，工程量是相當(dāng)浩大的。
權(quán)利要求
1.一種利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于該方法是指利用海水在寒冬季節(jié)凍結(jié)后被天然淡化的海冰進(jìn)化行大規(guī)?；虼罅恐迫〉姆椒?，該法包括直接從海采海冰取淡水法，即在冬天結(jié)冰季節(jié)直接從海上采海冰融化后取淡水法、和/或海水內(nèi)陸制冰取淡水法，即先將海水調(diào)運(yùn)內(nèi)陸在冬天結(jié)冰季節(jié)天然結(jié)冰后獲取淡水的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于所述的在冬天結(jié)冰季節(jié)直接從海上采收海冰融化后取淡水的方法，該法依序包括如下步驟對(duì)海冰進(jìn)行分割、撈取和輸送上岸、運(yùn)輸至目的地儲(chǔ)存和保存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于所述的對(duì)海冰進(jìn)行分割的步驟是指利用水刀、圓盤鋸、皮帶鋸等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行切割以分割冰塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于所述的對(duì)海冰進(jìn)行分割的步驟也可以是指在海冰上打眼填埋炸藥，以“定向爆破”技術(shù)對(duì)冰面進(jìn)行定形爆破的辦法來分割冰塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于所述的對(duì)海冰進(jìn)行分割的步驟也可以是指在海面即將結(jié)冰前，在近岸海域放置按規(guī)定的冰塊尺寸制成的成形框架群以便讓海水能結(jié)冰于框架的各腔孔中，在成形框架群的各腔孔內(nèi)與冰接觸的表面均覆以“高疏水”材料，框架內(nèi)各腔孔的深度略大于當(dāng)?shù)睾１暮穸?，框架?nèi)各腔孔應(yīng)制成上小下大的錐形孔結(jié)構(gòu)以便于向上提起框架時(shí)讓成形冰塊方便脫落和采收。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于所述的對(duì)分割后的海冰進(jìn)行撈取和輸送上岸的步驟是指對(duì)近岸的冰塊是采用滾子輸送機(jī)直接將近岸海冰冰塊撈出輸送至岸上，對(duì)遠(yuǎn)岸的冰塊是先使用拖船大孔圍網(wǎng)將冰塊拖至近岸后再用輸送機(jī)將冰塊撈出輸送至岸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于所述的先將海水調(diào)運(yùn)到內(nèi)陸地區(qū)后讓其在冬天結(jié)冰季節(jié)天然結(jié)冰后獲取淡水的方法，該法依序包括如下步驟修建大型海冰儲(chǔ)置設(shè)施，包括修建儲(chǔ)置海水的大型淺底水池、小海、湖泊或水庫、抽調(diào)海水上陸并調(diào)運(yùn)至作為儲(chǔ)置地設(shè)施的水池或小海、湖泊或水庫中，在冬季天然結(jié)冰后，讓冰與海水分離，海冰的儲(chǔ)存和保存，剩余濃鹽海水的處置和處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法，其特征在于所述的汲取海水上陸并調(diào)運(yùn)至儲(chǔ)置地的步驟是指將汲取抽調(diào)上陸的海水是通過輸水管道或露天渠道進(jìn)行遠(yuǎn)距離大規(guī)模廉價(jià)調(diào)運(yùn)輸送至內(nèi)陸儲(chǔ)置地，所述的儲(chǔ)置地設(shè)施可以是指修建位于北京西部和西北部的遠(yuǎn)離海濱的內(nèi)陸沙漠、戈壁或干旱的地區(qū)、或荒原地帶的儲(chǔ)存海水的大型水池、水庫、湖泊或小海，這些大型水池、水庫、湖泊或小海其儲(chǔ)水的深度平均應(yīng)在1.5～3m之間為宜，且這些儲(chǔ)置地每年必須有足夠冷的溫度和足夠長的寒冷時(shí)間凍結(jié)海水，使能得到0.5～0.6m以上厚度的淡水冰層。
9.一種如權(quán)利要求1或7所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的設(shè)施，其特征在于其中所述的海水儲(chǔ)置設(shè)施，可以是指制成一種高位水池與低位水池相互串聯(lián)配置的結(jié)構(gòu)，其中高位水池的儲(chǔ)水深度大于低位水池的深度，而低位水池的面積大于高位水池的面積，兩者面積之比應(yīng)大于2倍以上，在高位水池的底部裝有通往低位水池的排水管道及海水排放閥，在低位水池也裝有通往外部的排水管道及海水排放閥以用來排放濃鹽海水，而在高、低位水池的靠近池底部還都設(shè)有一個(gè)淡水排放閥以排放融化后的淡水。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的設(shè)施，其特征在于所述的高低位水池的池壁及池底基礎(chǔ)材料為抗凍水泥另加拌適量纖維如化纖或其他無毒纖維所修建而成，在池壁及池底的水泥層表面還涂有疏水材料。
全文摘要
一種利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的方法及設(shè)施，其特征是該法包括從海上采海冰取淡水法，即在冬天結(jié)冰季節(jié)直接從海上采海冰融化后取淡水法、和/或海水內(nèi)陸制冰取淡水法，即先將海水調(diào)運(yùn)內(nèi)陸在冬天結(jié)冰季節(jié)天然結(jié)冰后獲取淡水的方法，利用海水結(jié)冰大規(guī)模制取淡水的設(shè)施，是指海水內(nèi)陸儲(chǔ)置設(shè)施，包括制成一種高位水池與低位水池相互串聯(lián)配置的結(jié)構(gòu)，高位水池的儲(chǔ)水深度大于低位水池的深度，而低位水池的面積大于高位水池的面積，兩者面積之比應(yīng)大于2倍以上。本發(fā)明可獲取大量淡水和冷源，有利節(jié)約能源。特別是采用高低位水池設(shè)施可以更多地獲得海冰，即淡水，還有利促使荒原生態(tài)環(huán)境改觀，并對(duì)當(dāng)?shù)毓?、農(nóng)、林、牧、養(yǎng)殖業(yè)和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。
文檔編號(hào)C02F103/08GK1923714SQ20051004465
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者薛廷芳, 鄭祖斌 申請(qǐng)人:薛廷芳, 鄭祖斌