太阳能集热晒管效应下农田碱盐水气分离装置的设计与试验
农田漫灌洗盐法是新疆地区治理农田土壤盐碱化问题中被广泛采用的方法,然而,漫灌洗盐后产生的盐碱水通过各种农田排碱渠排向河流、和其他农业区,引起更多的盐碱化污染。如何对农田盐碱水进行分离淡化减轻盐碱化污染越来越受到社会关注。针对这一问题,本文提出了一种农田盐碱水分离淡化工艺并研制了太阳能循环集晒管效应下农田盐碱水分离淡化装置。试验地点选取在新疆阿拉尔市塔里木大学土槽实验室进行,对太阳能集热晒管效应下农田盐碱水分离淡化装置设计的合理性进行了验证。研究表明该装置可为解决干旱地区的农田盐碱地富集地区灌溉用水问题提供新的技术参考和有益的工程探索。主要研究内容如下:（1）调研新疆阿拉尔市农田排碱渠内盐碱水形成的原因,以及农田盐碱水对周围环境的影响和农作物的危害,以新疆阿拉尔市10团排碱渠内的盐碱水为研究对象,通过试验获取农田盐碱水的组成成分,结果表明:经常规处理后,原农田盐碱水的平均离子成分为Na+为4411.58 mg/L、Ca2+为798.75 mg/L、Mg2+为543.41 mg/L、Cl-为7468.89 mg/L、SO42-为2124.12 mg/L、HCO3-为763.25 mg/L和总盐为16110 mg/L;离子浓度百分比为Na+为27.38%、Ca2+为4.96%、Mg2+为3.37%、Cl-为46.36%、SO42-为13.19%、HCO3-为4.47%。（2）通过对纳滤-反渗透膜和循环集热晒管加热闪蒸冷凝法的联合设计,确定了农田盐碱水分离淡化工艺流程并提出农田盐碱水分离淡化工艺。农田盐碱水分离淡化工艺流程主要由盐碱水的预处理、纳滤-反渗透膜分离淡化处理、太阳能循环集热晒管加热处理、闪蒸蒸馏处理和管壳式循环冷凝处理组成。农田盐碱水分离淡化工艺为太阳能集热晒管效应下农田盐碱水分离淡化装置的设计提供理论的依据。（3）根据农田盐碱水分离淡化工艺过程,研制了太阳能循环集热晒管效应下农田盐碱水分离淡化装置的关键部件。预处理设备由活性炭过滤器、石英砂过滤器、超滤过滤器串联组成,去除盐碱水中的泥沙、杂质和异味等;太阳能循环集热晒管采用石英管结构,具有高透光性,内管外壁涂有蓝膜具有高效吸光性,内管和外管之间为真空,可以增加太阳能循环集热晒管的加热和保温性;太阳能循环集热晒管的集热面积可以达到浓水用热需求;管壳式循环冷凝器满足闪蒸冷凝需求。（4）农田盐碱水分离淡化装置对预处理设备的处理效果、纳滤-反渗透膜过滤设备的分离效果、太阳能循环集热晒管的集热效果、闪蒸罐的淡化效果和管壳式循环冷凝器的冷凝效果进行测试。结果表明,盐碱水经预处理设备后,产水的平均浊度＜1和平均污染指数＜3,满足纳滤膜和反渗透膜的工作条件;纳滤-反渗透膜组合过滤对盐碱水的脱盐率为96.06%,总硬度去除率为98.93%,Cl-去除率为99.32%,可满足农田灌溉用水标准,部分指标达到生活饮用水卫生标准,实现水资源的二次利用。该装置的太阳能循环集热晒管集热面积为6 m~2,基本满足闪蒸罐蒸馏的用热需求。闪蒸罐的淡水产量随着闪蒸罐进水口浓水温度的升高而升高,随着闪蒸罐内的真空度的增大而增大,当闪蒸罐进水口浓水温度为80℃,真空度为0.8bar时,闪蒸罐的淡水产量可以达到48.32 kg/h。管壳式循环冷凝器散热管末端温度达到25℃左右,可以满足水蒸气冷凝的要求。在太阳能的作用下晒盐箱内的晶体析出,通过XRD验证晶体的主要化合物为Na Cl,Na和Cl元素占相对元素含量的97.87%,表明析出物具有工业用盐的潜在价值。
- 作者：
- 杨乔楠
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2022年
- 导师姓名：
- 弋晓康；胡灿
- 中图分类号：
- S156.4
- 关键词：
- 太阳能海水淡化；盐碱水；漫灌洗盐；循环集热
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- 基金项目：
- 新疆生产建设兵团科技重大项目“盐碱水资源化利用的综合示范”“盐碱水资源化利用关键技术研究与示范”（项目编号:2018AA003）课题主持人:弋晓康教授（塔里木大学）