【摘 要】
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新疆地处内陆干旱区,降雨少、蒸发大,淡水资源匮乏,严重制约了新疆地区社会经济发展。南疆地区拥有丰富的咸水资源,但并未被有效利用,反而对灌区排水载体造成严重污染。因此,南疆地区咸水的开发利用刻不容缓。咸水淡化作为缓解淡水资源紧张、减轻水体污染的有效途径,被众多学者所关注。冷冻法具有能耗低、预处理简单、腐蚀轻等优点,是一种高效的咸水淡化技术,在淡化效率、经济效应、能量损耗等方面做出了深入研究,但冷冻法
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新疆地处内陆干旱区,降雨少、蒸发大,淡水资源匮乏,严重制约了新疆地区社会经济发展。南疆地区拥有丰富的咸水资源,但并未被有效利用,反而对灌区排水载体造成严重污染。因此,南疆地区咸水的开发利用刻不容缓。咸水淡化作为缓解淡水资源紧张、减轻水体污染的有效途径,被众多学者所关注。冷冻法具有能耗低、预处理简单、腐蚀轻等优点,是一种高效的咸水淡化技术,在淡化效率、经济效应、能量损耗等方面做出了深入研究,但冷冻法在冻融过程中盐分及离子变化规律尚不明晰。为此,本文以南疆咸水（农田排水、地下水）为研究对象,通过冷冻法室内模拟实验,探索不同温度处理（-6、-12、-18℃）、不同受冷面积处理（20 cm×20 cm、25 cm×25 cm、30 cm×30cm）、不同结冰方式（分级冷冻、完全冷冻）及不同融冰方式（常规融化、重力脱盐）对咸水冻融过程中盐分及离子变化的影响。得出以下结论:（1）农田排水、地下水分级冻融试验结冰过程中,冰融水矿化度随冷冻级数的增加而升高,随冷冻温度的降低而显著上升（P＜0.05）,-18℃时盐分去除效果最差。冰融水矿化度与浓缩水矿化度呈较好的线性拟合关系;浓缩水矿化度阈值随冷冻温度的降低而降低,拟合线斜率呈-18℃＞-12℃＞-6℃的分布规律。（2）农田排水、地下水分级冻融试验结冰过程中,冰融水离子浓度随冷冻级数的增加而升高,随冷冻温度的降低显著上升（P＜0.05）,-6℃时离子去除效果最好。冰晶逐级冷冻过程中,冷冻级数为第一级时,各离子结冰比率呈SO42-＞Na+＞Cl-＞K+的分布规律,各温度处理下SO42-结冰比率高于其他离子。各离子进入冰晶的迁移速率存在差异,离子结冰比率拟合线斜率呈K+＞Cl-＞Na+＞SO42-的分布规律。（3）农田排水、地下水分级冻融试验融冰过程中,冰晶逐级融化过程中,冰融水矿化度呈现先快速下降、后缓慢下降,最终趋于平稳的变化趋势。冰融水矿化度与融化量两者之间呈现较好的指数衰减关系,同一溶液浓度下,融化量阈值随冷冻温度的增加而降低;同一冷冻温度条件下,融化量阈值随冷冻级数的增加而增加。（4）农田排水、地下水分级冻融试验融冰过程中,冰晶逐级融化过程中,Cl-、K+、Na+浓度呈现先快速下降、后缓慢下降、最终趋于平稳的变化趋势;SO42-浓度下降趋势平稳。（5）农田排水完全冻融试验结冰过程中,冰融水矿化度与离子浓度随冷冻温度的升高而降低,随冰层厚度的增加而上升。-6℃处理下冰融水中盐分及离子含量最低,盐分及离子去除效果最好。（6）农田排水完全冻融试验结冰过程中,冰晶逐级融化过程中,冰融水矿化度、Cl-、K+、Na+浓度呈现先快速下降、后缓慢下降、最终趋于平稳的变化趋势;SO42-浓度下降趋势平稳。综上所述,分级冷冻试验中,冷冻温度为-6℃、冰晶逐级冷冻过程中,冷冻级数为第一级时、冰晶逐级融化过程中,融冰级数为第五级时,冰融水中的盐分及离子含量最低。完全冷冻试验中,冷冻温度为-6℃、冰层厚度为3cm、冰晶逐级融化过程中,融冰级数为第五级时,冰融水中盐分及离子含量最低。
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