CN101336211A - 废水零排放的微咸水和工业废物脱盐/净化装置说明 - Google Patents
废水零排放的微咸水和工业废物脱盐/净化装置说明 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及有废水零排放功能的微咸水和工业废物脱盐净化装置，具有反渗透模块(1和9)或过滤模块(20)、用于接收废水的容器(18)、离心模块(6)、干燥器(7)和(17)、加热回路(11)，以及具有喷射器(15)的高真空室(14)，向喷射器(15)提供淡水，作为驱动流体。本发明也具有一个由内部燃烧发动机(12)，该燃烧发动机与交流发电机(19)连接后发电，这样把本发明配置成一个热电联产装置。利用所述的发动机(12)以及用于运行装置所必需的电能，该装置生产出大量可以被输出到电网的电能，同时利用废气的热能和发动机的制冷来加热封闭的加热回路(11)和干燥器(17)中的空气。
Description
发明目的
如工作规范所述，本发明是关于一种零废水排放的微咸水和工业废物脱盐/净化装置，其目的是依靠对不同来源的水体进行脱盐或净化的方法生成淡水和饮用水，同时不产生任何液体残余物，从而完全解决脱盐工艺产生的盐水所造成的环境问题。另一方面，工业残余物或废物在通过本装置固化后还可用于不同的用途。本装置综合采用了反渗透工艺或通过复杂的盐水或废物化学处理或离心和高真空过滤的工艺，能在冷却中产生电能、热量，并能充分利用这些能量和来自发动机的废水，具有环保优势。
更具体地说，本发明的目的是一种结合上述工艺的脱盐-净化装置，这些工艺在可负担的价格基础上生成高质量的淡水和足够数量的能量。通过把这些生成的能量输出到电网中，还可补偿剩余工艺过程的能量和热量成本。凭借对系统的佳化和对可能损害环境的废物的有力控制，本发明具有一定商用价值。
发明领域
本发明的应用领域是进行饮用水、脱盐和净化装置开发的行业。
关于本发明的背景信息
本发明的申请人了解目前微咸水的脱盐方法和不同来源的工业水净化方法。
由于当前正在发生的气候变化以及对含水层的过度开发和污染，对地球上水的需求日趋紧张，这意味着饮用水一天天减少，不仅针对人类消耗，而且对农业和工业用途的其它使用也同样如此。
使用目前可用的方法，每立方米脱盐水和净化水的成本相当高，这些脱盐和净化工艺要求消耗相当大数量的能量。
如果这样，石油的短缺还会加剧，开发能减少产水成本的科技也势在必行，同时废水中越来越高的含盐量，还可能向公司强制性标准化倾倒征收工业废水净化税，但当前的净化工艺并不能解决所有问题。
消除上述工业废水的最常见方法通常是利用倾倒管道(在某些行业中进行了基本净化后，但不能完全分解水体中的盐份和其他成份)。然而在上述净化装置周围区域的下水道、海洋或河流中已经观察到明显的污染，原因是不完全的净化水和很多半净化水也仍然包含大量盐浓聚物和在水净化前后必须添加的化学品，因此不能重新使用，甚至不能用于农业灌溉。在净化上投入大量金钱并在对被污染的工业废物出口上投入重大工作量之后，这些水仍然必须排入海洋或河流。
如果采用脱盐工艺，尤其是当采用基于渗透压力开发被称为薄膜的反渗透元件的新工艺时，随着制造这些薄膜和调节反渗透工艺元件的新材料发展，每立方米脱盐水的成本已经相应地下降，尽管微咸水和海水除盐的成本有明显差异并且后者生成有害物。
通过反渗透对海水进行初步或基本处理会增加电力成本并降低生产性能，并且还伴有出现盐水废弃的严重问题，而这具有高污染性。
该问题在内地的含盐井中更加严重，因为不可能去除含盐井中的盐水。
消除盐水的最常见方式是依靠向海洋或河流倾倒的盐水管道。由于这种盐水或废弃物也包含高浓度的盐和大量必须在其流过薄膜前后添加的化学品，在所述的反渗透装置的污水管周围已经观察到死区的自然形成。
很明显，针对所述现存环境问题的解决方案是双重综合脱盐装置，它的废水零排放，可有效避免出现上述污染环境问题。
因此，值得一提的是发明请求人没有意识到存在用于微咸水和工业排放并具有废水零排放特点的脱盐净化装置，该装置结合上述工艺过程并提供同本发明相似的技术、结构和集成的特性，目标是为本相同用途解决前述的目前系统的不方便之处。
本发明的说明
本发明提出的用于微咸水和工业废物的废水零排放脱盐净化装置就自身来说是其应用领域内非常新颖的事物，按照其安装和使用，我们明确地为前述问题设法提供一个具有成本优势的完整解决方案。
更确切地说，本装置在作为水脱盐装置或工业水净化装置的应用功能的基础上，合并了一系列的模块并略有变化，可作为供选方案的单独选项。本装置主要由一组带有一个待处理流体入口和两个出口(其中一个出口用于经过净化的水而另外一个用于水体)的沉积器组成，；这些沉积器通过用于输送废物的相关管道和泵系统而适当地互连起来。装置也包括离心机模块、干燥器(由热电联产发动机产生的热空气驱动，热空气通过气体发生器输送)以及用于固体废物的沉积器，而这些固体废物在工艺流程的第一或第二阶段到达这些沉积器；向热管道和高真空室的喷射器提供软水(来自与发动机水相同的生产过程)，而上述的热电联产发动机的制冷水利用该热管道和高真空室向加热回路提供热量，以抽出沸腾所生成的蒸汽。
在把本发明的饮用水装置作为脱盐装置使用时，值得注意的是该装装置合并了初始和后续的反渗透阶段所必需的元件。
为此，第一次反渗透所生成的盐水的废弃物被输送到沉积器，并根据其成份中盐的类型，运用某些物理和化学原理来分离其中导致结壳的成份使盐水只含有氯化钠；在另一方面，这种结壳现象会导致工艺流程不同元件(反渗透装置、交换器、泵和干燥器)的短时失效。
前述的盐水被送到第二个反渗透装置中并生成比先前浓度更大的废物，然后盐水被送到具有不同交换器的加热回路再到达高真空室，最后在该高真空室里生成脱盐水和极浓的氯化钠废弃物；生成的氯化钠废弃物继续被送到使用发动机废热的喷雾干燥器，形成粉末状的普通氯化钠，这样易于处置并能回收。
依次地，在物理和化学原理应用中沉淀的结壳盐(主要和钙、镁)被送到另外一个干燥器，蒸馏水在这个干燥器中被浓缩，而获得的干燥盐被装袋用于后继工业化的农业中和应用以及分离其中最有商业用途的成份。
在把本发明装置作为净化工业水体的可选方案时，减少了反渗透步骤。该步骤位于过滤的第一个步骤中，在过滤过程中把未净化水从入口点泵入并进行化学调节。
上述过滤生成的固体废物被送到沉积器，和前述例子一样，根据其成份中的废物类型采用物理和化学原理分离这些固体废物；分离后的废物按随后的价值估定被输送到干燥器模块和储存在沉积器中，或者在不能估值的情况下将这些分离后废物倾倒。
对含有固体成份的废水进行化学调节并送至加热回路；如前面所述，在进入高真空室之前利用加热器在加热回路中对这些废水进行加热；加热后的废水在进入高真空室后立即产生蒸发，喷射器的发动机流体的流动抑制生成的蒸汽，这样获得高质量的蒸馏水和高浓度的经过处理的工业废物；这些高质量的蒸馏水和高浓度废物流过干燥器模块，从而生成能够容易处理并回收的干燥废物。
值得指出的是通过使用本发明具有废水零排放功能的微咸水和工业废物脱盐净化装置，能够方便地从未净化水获得更多数量的淡水以及能够容易处理的和估价的最终固体废物；同样地，归功于进行的结壳盐分离的化学和物理处理，材料的使用以及更加合理和均匀的工艺过程延长了装置的使用寿命。
在另一方面，脱盐净化装置在一个单一系统中合并了整个工艺流程。这个有最优化能源的单一系统被配置为一种热电联产装置，可以把大量剩余的能源输出到电网，从而补偿不同工艺过程的电力成本，这些工艺过程包括反渗透装置和不同型号的泵，以及应用热能提高进入高真空室的水流温度和使用干燥器热空气干燥生成的盐和废物所必须的余热。
再回到把本发明作为脱盐装置使用的情况，值得注意的是要脱盐的水在进入反渗透模块之前的目标是利用加入定量酸和抑制剂的方法抑制非易溶解盐的沉淀，依靠配料泵(通常利用磁性薄膜)进行所述的定量给料。
本预处理的目的是保护反渗透模块的薄膜，避免进行过度频繁的相同化学清理，同时避免在表面上产生结壳盐形式的沉淀。
有时取决于给水的质量，有必要采用成份通常是氯的抗微生物剂，并且由于薄膜的渗透对氯的作用敏感，它随后会作为一种中和氯氧化作用的产品来使用。
通常通过在沙层中进行过滤的方法来进行物理预处理，随后使用有适宜选择度的聚丙烯滤芯进行微细过滤，这样消除所有可能的不良物质，包括可能进入给水的悬浮粒子和胶质。
一旦完成物理化学预处理，经过调节后的给水进入高压泵装置，该高压泵装置由一组通常采用多级型离心机的电动机泵构成，根据给水的盐度以可变压力驱动给水流向薄膜，按照每个不同的情况计算该可变压力。
安装保护设备以避免损坏高压泵，保护设备包括用于泵上游水的压力控制器，该压力控制器侦测压力下降，例如泵下游的压力控制器侦测可能对反渗透薄膜造成不可逆损坏的过高压力。
出口装置由包含压力管的管束构成，而压力管含有薄膜元件并且每个压力管有一个入口和两个出口，一个出口用于排除经过净化的水而另外一个用于排出废物或盐水。
即使是薄膜受到了最大程度的保护，对薄膜进行定期化学冲洗以恢复其相同的生产值也非常必要，否则薄膜会出现生物性溶解或被盐阻塞。依靠化学清洁产品泵系统进行所述的化学冲洗。
部分来自渗透作用的渗透物或水被送到用于储存的沉积器中，因而在装置阻塞时，可以在压力管中对现有的盐水进行洗涤并用产品水进行稀释，从而保护反渗透膜。
废弃物或盐水流被送到储存罐中，利用化学和物理原理在储存罐中分离其结壳的盐成份，分离的步骤取决于水体的质量，但是通常按照如下步骤进行：
a)对于高碳酸氢盐的水体，采用以下工艺流程：
-独特的冷态碱性化学工艺流程；
-或者在冷态/真空下消除二氧化碳的混合流程，随后进行碱性化；
-或者在冷态和/或真空下独特的物理应用流程；
盐水在钙和镁含量的基础上包含相互比例定量的这两种阳离子；
b)对于高硫酸盐的水体，采用以下工艺流程：
在第一阶段，对有害健康的结壳成份进行选择性沉淀；或者反之，按照两个备选方案在最终阶段排除替代本步骤：
-有害健康的结壳成份在获得结晶氯化钠之前的阶段中被沉淀；
-有害健康的结壳成份以硫酸钙或硫酸钠的形式在最终结晶步骤的过渡阶段沉淀；
食用盐水在钙和镁成份的基础上，并还有一定比例的这两种阳离子；
值得注意的是在微咸水生成软水过程中进行的残余盐水分离模式是可能的；
从该过程获得钙盐和结壳镁的沉淀流体；
微咸水包含结壳盐；带结壳盐的浓缩微咸水被送到沉积器中进行离心和干燥，而多余的水和氯化钠一起被送到微咸水沉积器中。
这种只含有氯化钠的微咸水被送到沉积器中，并且在该沉积器中通过高压泵把该微咸水送至第二个反渗透装置中。
把第二个反渗透装置的废弃流体送至一个储存罐中，然后把废弃流体送到通过装置发动机的制冷水的热量进行加热的加热回路，再送到利用两个喷射器产生高真空的真空模块，这样为沸腾微咸水实现理想的温度和压力条件。这个过程一方面获得蒸馏水，另外一方面获得不断变浓的氯化钠微咸水的废弃物，在达到某个浓度水平时把这些氯化钠微咸水的废弃物送至非常浓的微咸水进行混合。
该微咸水被泵入由来自发动机热废气驱动的处理干燥器中，水蒸汽在该干燥器中被冷凝成蒸馏水进行使用，并通过适当的工艺流程消除所有液体残余物和获得容易处理并且有回收化学元素可能性的固体残余物，并且能够对这些固体残余物进行估价。
在脱盐时用于两个反渗透工艺流程、化学工艺流程以及在两种流程下的离心机和高真空所有必需的电能均可方便地通过本项目中的热电联产装置获得。
因此，在进入真空室前，制冷发动机水主要用于对现有带交换器的加热回路进行加热，并且利用交换器把废气用于加热含盐空气或残余物干燥器。
通过生成的余热确定热电联产装置的尺寸大小。产生的电能中只有10％用于前述的工艺流程，剩余的90％用于热电联产并输出到电网。
废水零排放的微咸水和工业废物新型脱盐净化装置因而代表了一种关于构造和基本特性的创新结构，而用于该功能的这种结构是前所未闻的。至于考虑哪种结构在什么时候在实际中使用，需要给出充分的理由以获得要求的专有特权。
图纸说明
为了在这里补充详细的说明，帮助对本发明特性的更好了解，我们为本技术规格说明书增加一套计划，并作为整体的一部分。该计划包括但不仅限于我们在以下所述的图解：
图1-方框图示例，它是把本发明装置合并为脱盐装置的对应部件的图示。该图示还包括在装置中进行的工艺流程，包括从反渗透处理到用于消除结壳盐的工艺流程，以及到利用加热、高真空、离心和干燥的流程对盐进行回收。
图2-方框图示例；它是在可选方案中把本发明的装置合并成一种工业水净化装置的对应部件的图示。我们在本图示中说明了主要部件以及在本装置中应用的不同工艺流程。
本发明的优先实施
根据所述示意图和按照所采取的编号，从图1中我们可以注意到本发明的装置以其变体作为一种水脱盐装置，它在第一阶段由反渗透装置(1)构成；从海洋或井把水泵入该反渗透装置(1)并通过主回路在4bar的压力下进行循环，同时对主回路的不同参数如传导率、酸碱度和温度进行测量；然后水被送至所述的反渗透模块(1)，在这里生成的软水被送至主储存沉积器(2)，而生成的微咸水残余物被送至另外一个沉积器(3)；沉积器(3)中的微咸水流被引导流过一组沉积器(4)，并且微咸水在沉积器(4)中会进行不同的化学处理以去除其中可能对系统造成损坏的结壳盐。
这些从微咸水中去除的结壳盐被送到沉积器(5)以在离心模块(6)中进行离心，随后在干燥器(7)中进行干燥，而离心操作生成的多余水被送至沉积器(8)中以重新进行离心和干燥。
不含结壳盐的微咸水被送至上述的沉积器(8)中，而从先前模块(6)的离心工艺过程中获得的水也相同地送至沉积器(8)；如前说述，这些水在第二个装置(9)中经历另外一个反渗透工艺过程并在该装置中分成两股流体；一股流体是流向主储存沉积器(2)的软水，而另一股流体是流向沉积器(10)的浓缩微咸水，这部分浓缩微咸水在沉积器(10)中经过新的化学处理以去除其可能含有的结壳盐。
这些盐被送至沉积器(5)中，而不含结壳盐的微咸水流入加热回路(11)，通过交换器(13)利用来自发动机的制冷热电联产水(12)的热量对加热回路(11)提供能量。这些不含结壳盐的微咸水从加热回路(11)流入高真空室(14)，由来自发动机流体相同生产流程的水对喷射器(15)进行驱动，同时利用喷射器(15)在达到规定温度时形成重要的真空，以抽出微咸水在进入真空室时沸腾而生成的蒸汽。
在高真空室中不蒸发的微咸水在封闭的加热回路(11)中循环，并且在泵驱动回路的开始时返回，本循环将进行多次。因而一旦达到足够的连通性，这些不蒸发的微咸水在连续的蒸发过程后被泵入被称为微咸水呼吸器(brine lung)的浓缩微咸水沉积器(16)。
储存在所述沉积器(16)中的浓缩微咸水被泵入干燥器模块(17)中，并同来自热电联产发动机废气(12)的热空气一起运行并利用气体发生器进行输送。
浓缩微咸水通过喷射器被喷射入干燥器(17)中并与热空气接触，浓缩微咸水转变为蒸汽并在被冷凝时作为蒸馏水送到主储存沉积器(2)，而沉淀到干燥器(17)底部的粉末形式的盐被输送到沉积器或筒仓(18)。
为了清理可能沉积在整个回路里的盐微粒，部分所述蒸馏水将被用于对回路进行清扫。
在示意图2中，我们能看到本发明的变体如何作为一种工业水净化装置进行使用。本发明存在于通过待处理工业水的沉积器(3)的初始通路中，工业水从沉积器(3)被送入过滤模块(20)中，而半固体残余物被送至沉积器(5)中并从这里移送到离心模块(6)中；在进行离心操作之后，这些潮湿的固体从离心模块(6)被送至干燥器(7)接受干燥工艺流程，然后被送到为本目的所建造的最终残余物沉积器(18)。
作为来自在模块(6)中先前所进行的离心操作阶段的液体，不含固体残余物的工业水被送到沉积器(4)，然后接受适当的化学处理。流体从这里流入加热回路(11)，如先前的示例所述，依靠交换器(13)利用热电联产制冷水(12)对加热回路(11)提供能量。一旦流体在高真空室内达到规定的温度，依靠喷射器(15)形成一个明显的真空以抽出输入到高真空室(14)的工业残余物沸腾时生成的蒸汽，而喷射器(15)由来自发动机流体相同生产过程的淡水提供能量。输送生成的淡水到主储存沉积器(2)并且如果把非常浓的残余物从主储存沉积器(2)输送到沉积器(16)，这些残余物被送至由发动机(12)产生的热空气提供能量的干燥器(17)中并由气体发生器进行输送。
仍然包含工业残余物的水蒸汽从这里开始冷凝、蒸发并作为蒸馏水被送至主储存沉积器(2)；而干燥的残余物被送至固体残余物沉积器(18)，如果这些固体残余物还有价值，则在固体残余物沉积器(18)中以大袋的形式包装后进行销售，如果这些固体残余物没有价值，则以受控的方式倾倒。
正如前面所提到的，本发明具有一个由燃烧发动机(12)组成的动力装置，该燃烧发动机与交流发电机(19)连接后发电，这样把本发明配置成一个热电联产装置。利用所述的发动机(12)以及用于运行装置所必需的电能，该装置生产出大量可以被输出到电网的电能，同时利用废气的热能和发动机的制冷来加热封闭的加热回路(11)和干燥器(17)中的空气。
在对本发明的特性及其运行进行了充分说明后，我们强调在本发明的基本范围内，还可以采取与所举示例在细节上有所不同的其它形式实施。只要没有变更、改变或修改本发明的基本原理，也可以达到相同的目标。
Claims (7)
1.本发明具是有废水零排放功能的微咸水和工业废物脱盐净化装置，该装置类型的用途是采取对不同来源的水进行脱盐或净化的方法生产淡水和饮用水，并且不生成任何液体残余物，其特点是具有一系列的反渗透模块或过滤模块；作为用于海水或来自水井的微咸水的脱盐系统或作为工业水的净化系统并取决于其应用，还包括一个待处理水入口和两个出口的沉积器，其中一个出口用于排出经过净化的水，另一个出口用于排出残余物，并且依靠用于输送残余物的相关管道和泵送系统而适当地相互连接。其中包括由热电联产发动机生成的并由气体发生器输送的热空气提供能量的离心模块(6)、干燥器(7)和(17)，以及固体残余物在工艺流程的第一或第二阶段到达的固体残余物沉积器。本装置还具有一条加热回路(11)，依靠交换器(13)利用所述热电联产发动机的制冷水的热量为该加热回路提供能量；此外还有一个具有喷射器(15)并抽出沸腾所产蒸汽的高真空室(14)，而来自发动机流体相同生产过程的淡水为喷射器(15)提供能量。本发明也具有一个由内部燃烧发动机(12)，该燃烧发动机与交流发电机(19)连接后发电，这样把本发明配置成一个热电联产装置。利用所述的发动机(12)以及用于运行装置所必需的电能，该装置生产出大量可以被输出到电网的电能，同时利用废气的热能和发动机的制冷来加热封闭的加热回路(11)和干燥器(17)中的空气。
2.按照权利要求1所述，废水零排放的微咸水和工业废物脱盐净化装置的特点是有一个与冷凝器相结合的干燥器(17)，而冷水流过该冷凝器；由于为了清洁可能沉积在回路中的盐粒子，部分蒸馏水被用于对回路进行“清理”。
3.按照权利要求1和2所述，在作为脱盐装置使用时，废水零排放的微咸水和工业废物脱盐净化装置的特点是包含一个反渗透模块(1)，在这里生成的淡水和微咸水残余物被分别送至主储存沉积器(2)和另外一个沉积器(3)；把微咸水流从沉积器(3)送至沉积器(4)所组成的网路中接受不同的化学处理，以去除其中的结壳盐，然后这些微咸水被输送至沉积器(5)以在模块(6)中进行离心和在干燥器(7)中进行干燥；而不含结壳盐的微咸水被送至另外一个沉积器(8)中经历第二个装置(9)的另外一个反渗透工艺流程，在此生成的淡水流向主储存沉积器，而其它微咸水凝聚物送至沉积器(10)中进行新的化学处理。
4.按照权利要求3所述，废水零排放的微咸水和工业废物脱盐净化装置的特点是化学处理后在沉积器(10)所得到的盐被送至沉积器(5)中，而不含结壳盐的微咸水被送至加热回路(11)再从这里送至高真空室(14)中；一旦流体在高真空室内达到规定的温度，依靠喷射器(15)形成一个明显的真空以抽出微咸水在进入真空室时因沸腾产生的蒸汽，而发动机流体相同生产过程中形成的淡水为喷射器(15)提供能量。在高真空室中不蒸发的微咸水在封闭的加热回路(11)中循环，并且在泵驱动回路的开始时返回，本循环进行许多次。因而一旦达到足够的连通性，这些不蒸发的微咸水在连续的蒸发过程后被泵入被称为微咸水呼吸器的浓缩微咸水沉积器(16)。浓缩微咸水通过进行喷射的喷射器进入干燥器(17)并与热空气接触，浓缩微咸水转变为蒸汽并在被冷凝时作为蒸馏水送到主储存沉积器(2)，而沉淀到干燥器(17)底部的粉末形式的盐被输送到沉积器或筒仓(18)。
5.按照权利要求3和4所述，废水零排放的微咸水和工业废物脱盐净化装置的特点是从海洋或水井向反渗透模块(1)泵入要脱盐的水，然后这些水以4bar的压力在主回路中循环，并在主回路中对不同参数如传导率、酸碱度和温度进行测量。
6.按照权利要求1和2所述，当作为工业水的净化装置使用时，废水零排放的微咸水和工业废物脱盐净化装置的特点是包括沉积器(3)，而废水被送至过滤模块(20)。过滤后的半固体残余物被送至沉积器(5)中并从这里移送到离心模块(6)中；在进行离心操作之后，这些潮湿的固体从离心模块(6)被送至干燥器(7)接受干燥工艺流程，然后被送到为本目的所建造的最终残余物沉积器(18)。
7.按照权利要求6所述，废水零排放的微咸水和工业废物脱盐净化装置的特点是不含固体废物的工业水被送至沉积器(4)中接受适当的化学处理，然后以水流的形式送至加热回路(11)再送至高真空室(14)中；一旦到达规定的温度，利用喷射器(15)产生一个明显的真空，以抽出输入到高真空室(14)的工业残余物沸腾时所产生的蒸汽；生成的淡水被送至主沉积器(2)，而非常浓的残余物被送至沉积器(16)再到达干燥器(17)。在干燥器中来自仍然含有工业废物的水体被蒸发，蒸汽被冷凝成蒸馏水送到主储存沉积器(2)中，干燥的废物被送至固体残余物沉积器(18)。
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