基于渐进冷冻过程的海水脱盐方法及微观机理研究

论文摘要

我国是世界上水资源短缺的国家之一,海水淡化作为解决淡水资源紧缺的重要途径受到国家的高度重视。近年来政府加大了对于清洁能源的支持,LNG接受站蓬勃发展。LNG汽化过程中释放大量冷能,如果能将这部分冷能用作冷冻法海水淡化中的冷源,将提高LNG冷能利用率,大大降低冷冻法海水淡化成本,为基于冷冻过程的海水淡化技术发展提供契机。本论文主要分为两部分,第一部分是在宏观层面,对冷冻法海水淡化方法脱盐效果的实验研究,主要包括单纯渐进冷冻脱盐实验研究以及冷冻-重力复合脱盐实验研究,并探讨了冷冻-重力复合脱盐与反渗透方法结合的可行性。第二部分是利用X射线计算机断层扫描成像技术（X-ray computed tomography,X-CT）对人工盐水冰中的盐胞、气泡等微观结构进行研究。实验研究主要得到了如下结论:（1）冷冻温度越高,冷冻脱盐效果越好,当冷冻为-10℃时,实验得到的最高脱盐率为69.70%。（2）冷冻-重力复合脱盐方法能够有效去除海水盐分。融化速率越慢,重力脱盐效果越好。对于初始TDS含量为35325mg/L的原海水,将其在-24℃条件下冷冻至几乎全部冻结,使冰块在20℃环境温度中进行重力脱盐,当融化率达到80%时,Cl-含量,TDS含量,总硬度三项指标均达到饮用水标准。（3）将冷冻-重力产水作为反渗透进水的运行模式,相较直接反渗透处理,泵耗大幅降低,并且淡水产水率较冷冻-重力脱盐提高。（4）对于初始浓度分别为3wt%和9wt%的单向冷冻所得盐水冰样,初始浓度9wt%的盐水冰样中盐胞在分析区域所占面积比和盐胞尺寸明显大于初始浓度3wt%的盐水冰样,但两样品中的气泡尺寸相差不大。另外在垂直方向上,两个冰样的盐胞尺寸和离散度都呈现从上往下逐渐增大的趋势;（5）初始浓度9wt%的冰样中盐胞的分形维数整体上大于初始浓度3wt%的冰样,说明9wt%冰样中的盐胞形态比3wt%冰样中更加复杂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 既有海水淡化方法研究
•     1.2.1 海水淡化方法综述
•     1.2.2 基于冷冻过程的海水淡化方法研究
•   1.3 海冰的微观研究
•   1.4 本文研究内容
• 第2章 实验原理及图像处理方法
•   2.1 冷冻实验原理
•     2.1.1 冷冻脱盐原理
•     2.1.2 重力脱盐原理
•   2.2 CT技术原理
•     2.2.1 CT的成像基本原理
•     2.2.2 CT分辨率
•   2.3 图像处理方法
•     2.3.1 图像增强
•     2.3.2 图像分割
•     2.3.3 形态学处理
•     2.3.4 ImageJ软件简介
•   2.4 本章小结
• 第3章 冷冻脱盐实验研究
•   3.1 实验材料与水质检测方法
•   3.2 渐进冷冻脱盐实验研究
•     3.2.1 实验方法
•     3.2.2 实验结果
•   3.3 冷冻-重力复合脱盐实验研究
•     3.3.1 融化率对重力脱盐效果的影响
•     3.3.2 融化速率对重力脱盐效果的影响
•     3.3.3 与反渗透结合
•   3.4 本章小结
• 第4章 NaCl溶液冰微观结构研究
•   4.1 前期准备
•   4.2 图像处理
•     4.2.1 图像增强
•     4.2.2 图像分割
•     4.2.3 形态学处理及ROI选择
•   4.3 不同溶液初始浓度的影响
•     4.3.1 盐胞、气泡面积在感兴趣区域内的面积占比
•     4.3.2 尺寸分布
•     4.3.3 分形维数
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张皓兴

导师: 杨晖,李彩斌

关键词: 海水淡化,冷冻法,重力脱盐,微观结构,盐胞,气泡

来源: 北京建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 北京建筑大学

基金: 中石化天津液化天然气有限责任公司,北京科委

分类号: P747

总页数: 63

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