CN102139982A - 一种旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置及其应用，该装置及其应用的技术适用于废水处理及海水淡化领域，尤其适用于处理浓废水以及极难处理废水和海水淡化后浓盐水的水质净化，该装置是由原水预处理池、离心式旋转喷雾装置、汽水分离器、换热器组和水质深度处理装置等组成的水质净化再生装置。本发明使用工厂中的废热或以低价值的方式获取的自然能并转化热能来加热原水，进入喷雾干燥装置的原水仅需经过粗滤和中和，经离心式旋转喷雾装置雾化分离，改变了传统的废水处理工艺和改进了海水淡化技术，减少了废水处理和海水淡化过程中化学试剂的添加，避免了二次污染，缩短了处理时间，降低了吨水处理成本，达到了能源及资源回收再生利用和污染物零排放，实现了清洁生产和节能减排的双重目的，具有广泛的推广前景和应用价值。

Description

一种旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种废水处理及海水淡化领域的旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置及其应用的技术，该装置及其应用的技术尤其适用于处理浓废水以及极难处理废水和海水淡化后浓盐水的水质净化。

技术背景

水资源匮乏已成为当今世界许多国家和地区丞待解决的大问题，随着工业发展和城市化进程的加速，如何开发并通过高效的节能环保技术来净化废水和淡化海水，并实现能源、水资源及原水中有价值物质的循环再利用，已经成为当今社会研究、发展及应用的一个趋势。

废水，传统意义上系指居民活动过程中排出的水及径流雨水的总称。它包括生活污水、工业废水和流入排水管渠等其它无用水，一般指没有利用或没利用价值的水。其实不然，废水是一种放错地方的资源，其中的洁净水及有用组分可以通过工艺技术进行分离和纯化，从而实现资源的回收及循环再利用。

在传统工艺上，按照使用的技术、废水处理的原理和作用对象，废水处理的方法分为三大类，分别为物理法、化学法和生物法。物理法可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法；化学处理法以投加药剂产生化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：混凝、中和、氧化还原等；而以传质作用为基础的处理单元则有：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换。另一类处理方法为物理化学法则有：电渗析和反渗透。生物处理法系通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理法，可分为需氧生物处理和厌氧生物处理两种类型，其中需氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法两类。

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。目前已有的海水淡化技术有：冷冻法，反渗透法，太阳能法，低温多效，多级闪蒸，电渗析法，压汽蒸馏，露点蒸发法等。以上传统海水淡化工艺主要以处理低盐度海水，排放高盐度浓水的方式运行。随着海水淡化产业的发展和规模的不断扩大，传统海水淡化工艺产生的大量高浓度盐水将对近海水域生态系统的动态平衡和水生生物造成威胁，影响沿海渔业发展和造成沿海滩涂的进一步盐碱化。因此，如何妥善处理大规模的高浓度盐水，确保沿海地区经济，工业和环境的可持续发展，已成为海水淡化产业规模化发展中即将面临的新课题。

发明内容

本发明旨在提供一种区别于传统废水处理和海水淡化技术的旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置及其应用的技术，该方法的特点是：尤其适合于处理TDS范围为0～500g/L，COD范围为0～20000mg/L的浓废水、极难处理的废水(例如造纸废水、印染废水、高COD废水、含氰化物废水、含重金属废水、垃圾渗滤液、泥浆水)和海水淡化后的浓盐水。原水经离心旋转喷雾分离后获得净水和有价值的固态组分，因此可应用于废水处理及海水淡化领域，尤其适用于处理浓废水、极难处理废水和海水淡化后浓盐水的水质净化，而且占地面积小，能源利用率高，吨水处理成本低，维修成本低，可高效处理不同浓度和不同组分的原水，充分实现能源及资源回收再生利用和污染物零排放。从而实现了能源回收和资源的再生利用。

本发明是通过下述的技术方案实现的：

a.在给水泵的左侧与原水预处理池连接，给水泵的右侧与III级换热器连接，III级换热器通过管道与喷雾干燥装置内的离心式旋转喷雾装置连接，喷雾干燥装置下方连接固态组分收集罐；

b.喷雾干燥装置上方通过管道直接和I级换热器的上方相连接；

c.I级换热器的下方与汽水分离器的下方相连，汽水分离器左侧与净水收集池相连，汽水分离器上方和III级换热器的下部连接；

d.III级换热器的上方通过管道与净水收集池相连；

e.风机通过管道依次与I级换热器和II级换热器连接，II级换热器通过管道与喷雾干燥装置内的离心式旋转喷雾装置连接；

f.净水收集池上方安装净水冷却装置，净水收集池左边连接水质深度处理装置。

本发明所述的一种旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置的应用，包括以下过程：

a.一路空气通过风机[8]进入I级换热器[7]，在喷雾干燥装置[5]内抽真空负压10kPa～30kPa的情况下，喷雾干燥装置[5]内的湿热汽体吸入I级换热器[7]与空气高效换热，升温至50～60℃，进入II级换热器[6]，进一步预热空气至70-110℃后直接吹入喷雾干燥装置[5]内的离心式旋转喷雾装置[4]；

b.经I级换热器降温后的温湿汽体进入汽水分离器，冷凝水直接流入净水收集池，剩余湿热汽体进入III级换热器；

c.另一路原水来自原水预处理池，原水在原水预处理池中经细格栅的粗滤和酸碱中和至pH＝7～8，通过输送泵直接泵送到III级换热器进行换热；

d.经III级换热器换热后的原水直接进入喷雾干燥装置上方的离心式旋转喷雾装置，原水与热空气在离心式旋转喷雾装置内接触后，原水被离心式旋转喷雾装置雾化成颗粒细小且分布均匀的云状雾团，在喷雾干燥装置内，云状雾团与螺旋上升热空气接触后迅速蒸发并结晶成可回收的固态组分，落入固态组分收集罐；

e.从III级换热器出来被降温处理的湿热汽体，直接排入净水收集池，为避免净水收集池内水温过热，安装冷却装置进行降温处理；

f.净水收集池后端连接水质深度处理装置，可按照终端用户对给水水质的要求进行深度处理，再生后的净水分别进入相应的给水管线，用于补给日常用水。

本发明所述的原水预处理池中装有孔径范围1.5-10mm的细格栅和孔径范围0.3-1.5mm的滤网，用于去除和阻拦固体杂质和丝状物，细格栅是从臂式格栅机、链式格栅机、钢绳式格栅机或回转式格栅机中任选一种。

本发明所述的原水预处理池中装有搅拌器，用于混合和调节废水的酸碱度，使废水的pH值控制在6-8，搅拌器的转速范围控制在0-150r/min，搅拌器是从旋桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、桨式搅拌器、锚式搅拌器、螺带式搅拌器、磁力搅拌器、磁力加热搅拌器、折叶式搅拌器或变频双层搅拌器中任选一种。

本发明所述的用于输送原水的输送泵是经过防腐处理的变频泵，流量范围为0-100M³/H，扬程为0-70米，根据输送废水的性质，选择输送泵型为离心泵、屏蔽泵、隔膜泵或齿轮泵中的一种。

本发明所述的用于热量传递的I级换热器、II级换热器和III级换热器的内壁经过防腐处理，延长了设备的使用寿命，它们选自夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、管壳式换热器或陶瓷换热器中的一种。

本发明所述的汽水分离器的内壁也经过防腐处理。

本发明所述的净水收集池后端连接满足最终需求的水质深度处理装置，水质深度处理装置选择的模块式膜处理装置为渗透和反渗透、超滤和微滤、渗析和电渗析或膜精馏和膜萃取中的一种。

本发明所述的II级换热器使用的热源为工厂的余热、地热、太阳能或热泵转化的高位热能。

本发明所述的喷雾干燥装置，在抽真空负压10kPa～30kPa的情况下，II级换热器[6]的出口热风温度为70-110℃。

本发明的有益效果：

1、本发明的离心式旋转喷雾装置，对进入喷雾干燥装置的原水仅需简单粗滤和中和就可以直接进行离心式旋转喷雾处理，进水水质要求低，不容易出现类似压力式喷雾干燥装置喷头堵塞的情况，因此可进一步降低水质处理成本，简化工艺和减少占地面积。

2、减少了废水处理和海水淡化过程中化学试剂的添加，避免了二次污染，缩短了处理时间，降低了吨水处理成本，达到了能源及资源回收再生利用和污染物零排放，实现了清洁生产和节能减排的双重目的。

3、本发明比现有技术的能耗降低50％，运行成本降低40％，操作简单，维修方便，能源利用率高。

4、可高效处理不同浓度和不同组分的水质，充分实现能源及资源回收再生利用和污染物零排放。

附图说明

图1是本发明旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置组成示意图。

图2是图1中的离心式旋转喷雾装置结构示意图。

图中标号表示：

1-原水预处理池，2-输送泵，3-III级换热器，4-离心式旋转喷雾装置，5-喷雾干燥装置，6-II级换热器，7-I级换热器，8-风机，9-固态组分收集罐，10-汽水分离器，11-冷却装置，12-净水收集池，13-水质深度处理装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例来进一步阐述本发明，但实施例不是对本发明的限制。

本发明的实施例工艺步骤如下：

a.从工厂各个地方收集到的污水进入到原水预处理池1，在线监测出水质的pH值，检测仪反馈酸碱加料信号给酸碱加料泵，控制酸碱投料量，通过原水预处理池1中的搅拌器混合搅拌废水，使得池中废水pH值控制在6-8之间。

b.空气由风机8分别输送至I级换热器7和II级换热器6，在喷雾干燥装置5内抽真空负压10kPa～30kPa的情况下，喷雾干燥装置5内的湿热汽体吸入I级换热器7与空气高效换热，升温至50～60℃，进入II级换热器6，进一步预热空气至70-110℃后直接吹入喷雾干燥装置5内的离心式旋转喷雾装置4。

c.干燥脱水后固态组分从喷雾干燥装置5排出，进入固态组分收集罐9。

d.待进入I级换热器7的壳程换热湿热汽体后，进入汽水分离器10，凝结水直接通过管路进入净水收集池12，温湿汽体进入III级换热器3进行冷凝，冷凝下来的凝结水排入净水收集池12。

e.净水收集池12内的在线监测仪在线监测水质指标，若进水超出污水综合排放标准GB8978-1996，则进水将被输送回污水预处理池1再处理。按照现场对淡水用水指标的要求，净水收集池12后接水质深度处理装置13，进一步处理确保回收再生的淡水能满足各最终用户的要求(中水回用，清洗用水，工艺用水，消防用水，绿化用水等)。

若工厂预热能不足，可通过节能环保高效的能源供给方式，例如热泵、地热，太阳能等辅助供给II级换热器6的热能，从而实现废水处理系统的高效性、节能环保性、持续性。

实施例1：

本实施例所述的在喷雾干燥装置5内抽真空负压15kPa，风机8产生的空气流量为78kg干空气/h，含水量为0.27kg水/kg干空气，进料原水为废水，废水TDS＝76500mg/L，COD＝6125mg/L，流量为50L/h，初始温度为25℃，II级换热器6的出口热风温度为75℃的情况下，净水产量为68.2kg/h，出水水质TDS＝450mg/L，COD＝47mg/L，符合污水综合排放标准GB8978-1996，回收固态组分3634g/h。

实施例2：

本实施例所述的在喷雾干燥装置5内抽真空负压25kPa，风机8产生的空气流量为103kg干空气/h，含水量为0.23kg水/kg干空气，进料原水为浓盐水，浓盐水TDS＝92000mg/L，COD＝5mg/L，流量为50L/h，初始温度为25℃，II级换热器6的出口热风温度为75℃的情况下，净水产量为65.9kg/h，出水水质TDS＝420mg/L，COD＝1mg/L，符合污水综合排放标准GB8978-1996，回收固态组分4140g/h。

以上实施案例所述的旋转喷雾蒸发-废水净化再生装置在普通污水处理工艺的基础上使能耗降低50％，运营成本降低40％，且操作简单，维修方便，能源利用率高，可高效处理不同浓度和不同组分的原水，充分实现能源及资源回收再生利用和污染物零排放。

本发明所述的“原水”为废水、海水或海水淡化后的浓盐水，体现其资源性及循环再生性。

本发明所述的“固态组分”为干燥分离收集的固态及半固体物质。

Claims (10)

1.一种旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置，其特征在于，该装置组成包括：

a.给水泵[2]的左侧与原水预处理池[1]连接，给水泵[2]的右侧与III级换热器[3]连接，III级换热器[3]通过管道与喷雾干燥装置[5]内的离心式旋转喷雾装置[4]连接，喷雾干燥装置[5]下方连接固态组分收集罐[9]；

b.喷雾干燥装置[5]通过管道直接和I级换热器[7]的上方相连接；

c.I级换热器[7]的下方与汽水分离器[10]的下方相连，汽水分离器[10]左侧与净水收集池[12]相连，汽水分离器[10]上方和III级换热器[3]的下部连接；

d.III级换热器[3]的上方通过管道与净水收集池[12]相连；

e.风机[8]通过管道依次与I级换热器[7]和II级换热器[6]连接，II级换热器[6]通过管道与喷雾干燥装置[5]内的离心式旋转喷雾装置[4]连接；

f.净水收集池[12]上方安装净水冷却装置[11]，净水收集池[12]左边连接水质深度处理装置[13]。

2.根据权利要求1所述的一种旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置的应用，其特征在于该应用方法包括以下过程：

a.一路空气通过风机[8]进入I级换热器[7]，在喷雾干燥装置[5]抽真空负压10kPa～30kPa的情况下，喷雾干燥装置[5]内的湿热汽体吸入I级换热器[7]与空气高效换热，升温至50～60℃，进入II级换热器[6]，进一步预热空气至70-110C后直接吹入喷雾干燥装置[5]内的离心式旋转喷雾装置[4]，

b.经I级换热器[7]降温后的温湿汽体进入汽水分离器[10]，汽水分离器[10]内的冷凝水直接流入净水收集池[12]，剩余湿热汽体进入III级换热器[3]；

c.另一路原水来自原水预处理池[1]，原水在原水预处理池[1]中经细格栅粗滤和酸碱中和至pH＝6～8，通过输送泵[2]直接泵送到III级换热器[3]进行换热；

d.经III级换热器[3]换热后的原水直接进入喷雾干燥装置[5]上方的离心式旋转喷雾装置[4]，原水与热空气在离心式旋转喷雾装置[4]内接触后，原水被离心式旋转喷雾装置[4]雾化成颗粒细小且分布均匀的云状雾团，在喷雾干燥装置[5]内，云状雾团与螺旋上升热空气接触后迅速蒸发并结晶成可回收的固态组分，落入固态组分收集罐[9]；

e.从III级换热器[3]出来被降温处理的湿热汽体，直接排入净水收集池[12]，为避免净水收集池[12]内水温过热，安装冷却装置[11]进行降温处理；

f.净水收集池[12]后端连接水质深度处理装置[13]，按照终端用户对给水水质的要求进行深度处理，再生后的净水分别进入相应的给水管线，用于补给日常用水。

3.根据权利要求1所述的旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置，其特征在于：原水预处理池[1]中装有孔径范围1.5-10mm的细格栅和孔径范围0.3-1.5mm的滤网，细格栅是从臂式格栅机、链式格栅机、钢绳式格栅机或回转式格栅机中任选一种。

4.根据权利要求1所述的旋转喷雾蒸发的水质净化再生装置，其特征在于：原水预处理池[1]中装有搅拌器，用于混合和调节废水的酸碱度，使废水的pH值控制在6-8，搅拌器的转速范围控制在0-150r/min，搅拌器是从旋桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、桨式搅拌器、锚式搅拌器、螺带式搅拌器、磁力搅拌器、磁力加热搅拌器、折叶式搅拌器或变频双层搅拌器中任选一种。

5.根据权利要求1所述的旋转喷雾蒸发的废水净化再生装置，其特征在于：用于输送原水的输送泵[2]是经过防腐处理的变频泵，流量范围为0-100M3/h，扬程为0-70米，根据输送废水的性质，选择输送泵型为离心泵、屏蔽泵、隔膜泵或齿轮泵中的一种。

6.根据权利要求1所述的旋转喷雾蒸发的废水净化再生装置，其特征在于：用于传递热量的I级换热器[7]、II级换热器[6]和III级换热器[3]的内壁经过防腐处理，它们选自夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、管壳式换热器或陶瓷换热器中的一种。

7.根据权利要求1所述的旋转喷雾蒸发的废水净化再生装置，其特征在于：汽水分离器[10]的内壁是经过防腐处理的。

8.根据权利要求1所述的旋转喷雾蒸发的废水净化再生装置，其特征在于：净水收集池[12]后端连接水质深度处理装置[13]，水质深度处理装置[13]选择的模块式膜处理装置为渗透和反渗透、超滤和微滤、渗析和电渗析或膜精馏和膜萃取中的一种。

9.根据权利要求2所述的旋转喷雾蒸发的废水净化再生装置的应用，其特征在于：II级换热器[6]所使用的热源为工厂的余热、地热、太阳能或热泵转化的高位热能。

10.根据权利要求2所述的旋转喷雾蒸发的废水净化再生装置的应用，其特征在于：在喷雾干燥装置[5]内抽真空负压10kPa～30kPa的情况下，II级换热器[6]的出口热风温度为70-110C。

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