CN102329036A - 余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法 - Google Patents

Abstract

一种余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法，它采用化学预处理+膜工艺预处理+蒸发结晶+干燥对废液体进行回收零排放处理，充分利用工厂余热，可以处理含盐污水和其它废水，从高浓度含盐废水和其它废水中每天回收高质量净水。本发明能以较少的项目投资和运行费用，实现高效绿色环保零排放要求。

Description

余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理方法，尤其是一种高浓度无机或有机废水的处理方法，具体地说是一种余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法。

背景技术

 “零排放”是指无限地减少污染物和能源排放直至为零的活动：即利用清洁生产，3R(Reduce,Reuse,Recycle) 及生态产业等技术，实现对自然资源的完全循环利用，从而不给大气，水体和土壤遗留任何废弃物。 

目前，各种工业，如电力、化工、炼油、医药等行业，会产生一些高浓度的废水，这些废水很难采用传统废水处理工艺进行100%处理而达到排放的要求。很多时候工业由于其本身设施排出的废水而受到限制，严格的环保要求需要更精湛的废水回用系统，特别是在西部干旱地区水资源匮乏。现今为保护环境，降低水耗，企业都有兴建许多回用水厂。但这些回用水厂在生产高质量的纯水时，也同时产生大量的不能满足排放要求的废水，因而不能成为真正意义上的零排放水厂。

发明内容

本发明的目的是针对目前普遍使用的盐水膜处理、浓缩器和结晶器成本高，特别是预处理或膜处理工艺无法一次实现零排放的问题，如果再需要利用蒸发器进行二次处理，结果是蒸发器大型化、用贵金属多，废水处理成本高，无法推广使用。本发明一种余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法，同时提供一种成套处理装置，使蒸发器得体积最小化、最经济。

本发明的技术方案之一是：

 一种余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法，其特征是它包括以下步骤：

    一种余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法，其特征是它包括以下步骤：

    第一步，使含盐废水进入搅拌装置中，加药搅拌均匀，并调整其PH值在5～6之间，以保证含盐废水中的碳酸盐转化为溶解的CO₂ ，加热后变成蒸气；

    第二步，使经过PH值调整后的含盐废水进入膜预处理装置中进行处理，使废水的含盐率小于10%；

    第三步，将上述经过膜预处理的废水送入换热装置中进行预加热，控制温度从常温加热至接近沸点；

第四步，将经过预加热的废水送入脱气器中进行脱气，以去除其中生成的气体；

第五步，将经过脱气处理的含盐废水送入二次膜预处理装置中进行处理，以使废水的含盐率小于5%；

第六步，将经过二次膜预处理的废水送入二次换热器进行二次加热，使含盐废水的温度在90℃-100℃的汽化点；

第七步，将经过二次加热的废水送入脱气器中进行二次脱气，以去除其中生成的气体，脱气器内压力要稍高于蒸发器底部混合器内压力；

第八步，经过二次脱气的废水进入到一个或多个蒸发器底部的混合器内与蒸发器管内结晶浓缩出蒸发器底部被分离蒸汽后的浓盐进行混合，（浓盐水的浓度为1%-15%），分离出来的蒸汽引入下级蒸发器作为蒸发管热源或引入二次换热器作为热源加热废水后冷凝成净水回用；蒸发器底部混合器内被混合的浓盐液再进入分离器沉淀分离，分离出结晶盐分送干燥使用；分离出的含盐水液经循环泵送到蒸发器顶部的管箱,经分布器将含盐水均匀分布到蒸发器换热管束每个管子内被管外蒸汽加热汽化、结晶，下降到蒸发管底部的管箱内将蒸汽与结晶盐分离；所述的管外蒸汽为余热回收装置产生的低压蒸汽或工厂余汽、中压蒸汽经减温减压的低压蒸汽或上一级蒸发器混合分离出的蒸汽，低压蒸气的作用是将其潜热传到管束内的浓盐水中；蒸汽释放潜热后变成冷凝水从蒸发器管束底部引出作为二次加换热器的热源加热废水后变为冷凝水工业用或由泵输送到锅炉回用。零排放系统的产水水质非常高，完全达到纯水的指标，可直接回用于循环冷却或经简单精处理后用作锅炉补给水。这种纯水若用于循环冷却水，其循环浓缩倍数可高达15倍，循环冷却系统基本不产生排污水。

蒸发器工作原理：在蒸发系统启动前，通过向蒸发器底部混合器料液中添加硫酸钙晶体(做为盐种),使含盐水在循环过程产生的硫酸钙等沉淀在盐种上结晶增长。由于在蒸发器循环蒸发浓缩过程中产生了新的盐种,而且新的盐种连续产生，因此在蒸发器正常运行时不需要另外添加盐种。

蒸发器底部浓盐水经过底部分离后连续循环到蒸发器顶部，在顶部经过分配器流入蒸发器换热管束，并在管束内下降到底槽。在水膜下降过程中，一部分水被加热蒸发。分布器将浓盐水在管束内形成均匀薄膜从而防止管壁结垢。蒸气进入加热器的壳程把热量传递到管束内的浓盐水，蒸汽释放热量后在壳程形成冷凝水。冷凝水用来加热预热进料水或冷却后冷凝水进行回用。

为避免在蒸发器中形成结垢，含盐种的浓盐水在换热器管束内连续循环。由于管束内浓盐水膜的水蒸发，剩余的成为超饱和盐水薄膜，硫酸钙、磷酸钙、硅土和其它结垢化合物开始沉淀。沉淀的物质促进了浓液中结晶的形成，沉淀物质粘附在盐种表面上，从而防止沉淀结垢物质不在管的表面结垢。通过控制蒸发器底部槽中结晶浓液的排放量以保持浓盐水中有合适的浓度。

本发明利用脱盐水、汽对废水进行预加热和加热或用二级（即末级）蒸发器换热管束产生蒸汽或用一、二级蒸发器换热管外加热蒸汽被冷凝的水加热进入蒸发器前的废（盐）水。也可用加热换热器被冷凝的净水再预热废（盐）水，达到充分利用余热回收的目的。

本发明利用一级蒸发器换热管束产生的蒸气经除雾和分离后，送入二级蒸发器换热管束作为热源，充分利用余热；以此类推，在二级蒸发器换热管束产生的蒸气经除雾和分离后，送入三级蒸发器换热管束作为热源。

所述的换热器为一开一备，并配备有就地清洁系统。

所述的膜预处理装置和二次膜预处理装置为离子膜、膜生物反应器、反渗透、纳滤、超滤或微滤装置。

本发明的技术方案之二是：

一种含盐废水零排放回收系统，其特征是它包括

一搅拌器1，该搅拌器1设有加药口，以使含盐废水与所加药液搅搅拌均匀，使废水的PH值在5～6之间；

一膜预处理器2，该膜处理器2能使经过PH值调整后的含盐废水的含盐率小于10%；

一预换热装置3，该预换热装置用于使经过膜处理器过滤的废水从常温加热至接近沸点；

一脱气器4，该脱气器4用于将经过预加热器3加热的废水送进行脱气，以去除含盐废水中生成的气体；

一第二膜预处理器5，该第二膜预处理器5将经过脱气器4脱气后的含盐废水进行二次膜过滤，以使废水的含盐率小于5%；

 一第二换热器6，该第二换热器6用于将经过二次膜预处理器过滤的废水进行二次加热，使含盐废水的温度在90℃-100℃；

一第二脱气器7，该第二脱气器7用于将经过二次加热的废水进行脱气，以去除其中生成的气体，该第二脱气器7的内压力要高于蒸发器8污底部内压力；

一蒸发器8，该蒸发器8由一个或多个蒸发器并串接组成，该蒸发器8由底部的混合器801、中间的蒸发管802和上部的分布器803组成，混合器801与蒸发器8外部的分离器9相连，分离器9分别连接有结晶盐干燥器10和循环泵，循环泵将分离器9分离出的含盐废水泵入蒸发器顶部的管箱中，再流到分布器803中，分布器803再将含盐废水送入蒸发管802中。

本发明的有益效果：

本发明综合应用化学处理，膜分离,蒸发结晶和干燥等物理、化学、生化过程，将废水当中的固体盐分浓缩至很高浓度，盐水结晶使用，而不排出系统。特别实现了预处理或膜处理工艺无法一次实现零排放的问题，即是再利用蒸发器进行二次处理，结果是蒸发器大型化、用贵金属多，废水处理成本高，无法推广使用。本发明一种充分利用余热余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法，使蒸发器得体积最小化、最经济。 

本发明可以处理含盐污水和其它废水，从高浓度含盐废水和其它废水中每天回收高质量锅炉补给水和公用水。最终将帮助工厂以较少的项目投资和运行费用，实现绿色环保零排放要求。

    本发明采用膜法/热法结合，能显著降低系统的投资和运行费用：跟传统热法相比，本发明可使投资减少50%～85%，运行费用减少40%～80%，从而使液体零排放系统更经济实用。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    实施例一。

如图1所示。

一种余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法，它采用化学预处理+膜工艺预处理+蒸发结晶+干燥的废液体零排放技术（ZLD），可以处理含盐污水和其它废水，从高浓度含盐废水和其它废水中每天回收高质量锅炉补给水和公用水。最终将帮助工厂以较少的项目投资和运行费用，实现绿色环保零排放要求。

具体的处理方法为：

含盐废水或废水进入污水零排放（ZLD）装置后，分别经加酸加碱搅拌、膜化学预处理（除去90%的含盐废水）、用脱盐水预热、脱气处理、膜化学预处理（除去95%以上的含盐废水）、再用水汽加热、脱气处理，然后废水进入多个并联或串联的含盐废水蒸发器，使用外部提供的低压蒸汽（工厂废蒸汽、废气余热回收产汽或中压蒸汽经减温减压的蒸汽），将蒸发器管束内的浓盐水蒸发结晶，与蒸发器管内结晶出蒸发器底部被分离蒸汽后的浓盐进行混合，分离出来的蒸汽引入换热器作为热源加热废水后冷凝成净水回用；蒸发器底部混合器内被混合的浓盐液再进入分离器沉淀分离，分离出结晶盐分送干燥使用；分离出的含盐水液经循环泵送到到蒸发器顶部的管箱,经分布器将含盐水均匀分布到蒸发器换热束每个管子内被管外蒸汽加热汽化、结晶，下降到蒸发器底部的管箱将蒸汽与结晶盐分离；管外蒸汽为余热回收装置产生的低压蒸汽或工厂余汽或中压蒸汽经减温减压的低压蒸汽，低压蒸气的作用是将其潜热传到管束内的浓盐水中；蒸汽释放潜热后变成冷凝水从蒸发器管束底部引出作为预热器热源加热废水后变为冷凝水工业用或由泵输送到锅炉回用。

具体步骤为：

第一步，使含盐废水进入搅拌装置中，加药（如氯化钙、硫酸和阻垢剂）搅拌均匀，并调整其PH值在5～6之间，以保证含盐废水中的碳酸盐转化为溶解的CO₂ ，加热后变成蒸气；

    第二步，使经过PH值调整后的含盐废水进入膜预处理装置中进行处理，使废水的含盐率小于10%（即含盐废水中90%以上的盐分已被去除）；

    第三步，将上述经过膜预处理的废水送入换热装置中进行预加热，控制温度从 常温（20℃）加热至接近沸点（约 80-90℃）；

第四步，将经过预加热的废水送入脱气器中进行脱气，以去除其中生成的气体（除去二氧化碳、氧气和其它不凝气体）；

第五步，将经过脱气处理的含盐废水送入二次膜预处理装置中进行处理，以使废水的含盐率小于5%（至此，含盐废水中95%以上的盐分被去除）；

第六步，将经过二次膜预处理的废水送入二次换热器进行二次加热，使含盐废水的温度在90℃-100℃以上。

第七步，将经过二次加热的废水送入脱气器中进行脱气，以去除其中生成的气体（除去二氧化碳、氧气和其它不凝气体），脱气器内压力要稍高于蒸发器污底部内压力。

经过二次脱气的废水进入到一个或多个蒸发器底部的混合器内与蒸发器管内结晶浓缩出蒸发器底部被分离蒸汽后的浓盐进行混合（控制混合后的废水的质量浓度为1%-15%，浓盐可为与被处理废水相配的结晶盐，也可为与被处理废水相配的浓盐水，浓盐水的质量百分比可为任意值，只需控制混合后的含盐废水的质量深度即可，分离出来的蒸汽引入下级蒸发器作为蒸发管热源或引入二次换热器作为热源加热废水后冷凝成净水回用；蒸发器底部混合器内被混合的浓盐液再进入分离器沉淀分离，分离出结晶盐分送干燥使用；分离出的含盐水液经循环泵送到蒸发器顶部的管箱,经分布器将含盐水均匀分布到蒸发器换热管束每个管子内被管外蒸汽加热汽化、结晶，下降到蒸发管底部的管箱内将蒸汽与结晶盐分离；所述的管外蒸汽为余热回收装置产生的低压蒸汽或工厂余汽、中压蒸汽经减温减压的低压蒸汽或上一级蒸发器混合分离出的蒸汽，低压蒸气的作用是将其潜热传到管束内的浓盐水中；蒸汽释放潜热后变成冷凝水从蒸发器管束底部引出作为二次加换热器的热源加热废水后变为冷凝水工业用或由泵输送到锅炉回用。

详述如下：

一、加酸加碱搅拌：在进料搅拌罐中加氯化钙、硫酸（或盐酸）和阻垢剂，用搅拌器进行搅拌均化。在罐内用酸把PH值调整到5-6，以保证碳酸盐转化为溶解的CO₂ 蒸气，可从脱气器中除去。防垢剂可防止前端换热器和除气器内结垢。

二、膜化学预处理：膜法预处理浓缩系统（利用离子膜、膜生物反应器，反渗透,纳滤,超滤,微滤等膜技术）。

利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同可分为无机膜和有机膜，无机膜如陶瓷膜和金属膜。有机膜如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。膜法预处理浓缩能力除去含盐90%的废水。

三、脱盐水预热：经过调整了PH值和膜预处理的进料用泵输送到换热器中对进料进行预热，换热器为一开一备，并配备一个就地清洁系统。预热热源来自蒸发器中的蒸馏水加热或用二级（即末级）蒸发器换热管束产生蒸汽或用一、二级蒸发器换热管外加热蒸汽被冷凝的水加热进入蒸发器前的废（盐）水。也可用加热换热器被冷凝的净水再预热废（盐）水，达到充分利用余热回收的目的。

四、脱气处理：经预热的含盐废水在脱气器中去除去二氧化碳、氧气和其它不凝气体。去除二氧化碳防止碳酸盐结垢，去除氧防腐蚀。

五、膜二次处理：利用膜（微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜）的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩。二次处理浓缩能力达到除去含盐95%以上。

六、二次加热：二次加热目的是进料含盐水温度接近沸点（90℃以上），节省蒸发器用蒸汽量，减小蒸发器的体积，减少贵金属，节省成本。

七、二次脱气处理：经加热的含盐废水在脱气器中去除去二氧化碳、氧气和其它不凝气体。脱气器的底部设有一台储水槽，进料水在此有大约5 分钟的停留时间。脱气器内压力要稍高于蒸发器底部压力。

八、含盐废水蒸发器（包括膜式蒸发器、喷射膜蒸发器、太阳能蒸发器）：

经过脱气的废水进入到一个或多个蒸发器底部混合器内与蒸发器管内结晶出蒸发器底部被分离蒸汽后的浓盐进行混合，分离出来的蒸汽引入换热器作为热源加热废水后冷凝成净水回用；蒸发器底部混合器内被混合的浓盐液再进入分离器沉淀分离，分离出结晶盐分送干燥使用；分离出的含盐水液经循环泵送到到蒸发器顶部的管箱,经分布器将含盐水均匀分布到蒸发器换热束每个管子内被管外蒸汽加热汽化、结晶，下降到蒸发器底部的管箱将蒸汽与结晶盐分离；管外蒸汽为余热回收装置产生的低压蒸汽或工厂余汽或中压蒸汽经减温减压的低压蒸汽，低压蒸气的作用是将其潜热传到管束内的浓盐水中；蒸汽释放潜热后变成冷凝水从蒸发器管束底部引出作为预热器热源加热废水后变为冷凝水工业用或由泵输送到锅炉回用。

二级（或三级）含盐废水蒸发器的工作原理与一级相同，以此类推。

实施例二。

如图1所示。

一种含盐废水零排放回收系统，它包括主要由搅拌器1、膜预处理器2、预换热装置3、脱气器4、第二膜预处理器5、第二换热器6、第二脱气器7、蒸发器8、分离器9和结晶盐干燥器10组成，如图1所示，其中：搅拌器1设有加药口，以使含盐废水与所加药液搅搅拌均匀，使废水的PH值在5～6之间；该膜处理器2能使经过PH值调整后的含盐废水的含盐率小于10%；预换热装置用于使经过膜处理器过滤的废水从常温加热至接近沸点；脱气器4用于将经过预加热器3加热的废水送进行脱气，以去除含盐废水中生成的气体；第二膜预处理器5将经过脱气器4脱气后的含盐废水进行二次膜过滤，以使废水的含盐率小于5%；第二换热器6用于将经过二次膜预处理器过滤的废水进行二次加热，使含盐废水的温度在90℃-100℃；第二脱气器7用于将经过二次加热的废水进行脱气，以去除其中生成的气体，该第二脱气器7的内压力要高于蒸发器8污底部内压力；蒸发器8，该蒸发器8由一个或多个蒸发器并串接组成，该蒸发器8由底部的混合器801、中间的蒸发管802和上部的分布器803组成，混合器801与蒸发器8外部的分离器9相连，分离器9分别连接有结晶盐干燥器10和循环泵，循环泵将分离器9分离出的含盐废水泵入蒸发器顶部的管箱中，再流到分布器803中，分布器803再将含盐废水送入蒸发管802中。本实施例中的搅拌器1、膜预处理器2、预、加换热装置为高效换热器3、脱气器4、第二膜预处理器5、第二换热器6、第二脱气器7、蒸发器8、分离器9和结晶盐干燥器10均为水处理行业专用设备，均可从市场直接购置或订购，也可采用相关水处理规范自行设计制造。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种余热利用高效含盐废水零排放回收处理方法，其特征是它包括以下步骤：

    第一步，使含盐废水进入搅拌装置中，加药搅拌均匀，并调整其PH值在5～6之间，以保证含盐废水中的碳酸盐转化为溶解的CO₂ ，加热后变成蒸气；

    第二步，使经过PH值调整后的含盐废水进入膜预处理装置中进行处理，使废水的含盐率小于10%；

    第三步，将上述经过膜预处理的废水送入换热装置中进行预加热，控制温度从常温加热至接近沸点；

第四步，将经过预加热的废水送入脱气器中进行脱气，以去除其中生成的气体；

第五步，将经过脱气处理的含盐废水送入二次膜预处理装置中进行处理，以使废水的含盐率小于5%；

第六步，将经过二次膜预处理的废水送入二次换热器进行二次加热，使含盐废水的温度在90℃-100℃的汽化点；

第七步，将经过二次加热的废水送入脱气器中进行二次脱气，以去除其中生成的气体，脱气器内压力要稍高于蒸发器底部混合器内压力；

第八步，经过二次脱气的废水进入到一个或多个蒸发器底部的混合器内与蒸发器管内结晶浓缩出蒸发器底部被分离蒸汽后的浓盐进行混合，控制混合后的含盐废水的质量浓度为1%-15%，分离出来的蒸汽引入下级蒸发器作为蒸发管热源或引入二次换热器作为热源加热废水后冷凝成净水回用；蒸发器底部混合器内被混合的浓盐液再进入分离器沉淀分离，分离出结晶盐分送干燥使用；分离出的含盐水液经循环泵送到蒸发器顶部的管箱,经分布器将含盐水均匀分布到蒸发器换热管束每个管子内被管外蒸汽加热汽化、结晶，下降到蒸发管底部的管箱内将蒸汽与结晶盐分离；所述的管外蒸汽为余热回收装置产生的低压蒸汽或工厂余汽、中压蒸汽经减温减压的低压蒸汽或上一级蒸发器混合分离出的蒸汽，低压蒸气的作用是将其潜热传到管束内的浓盐水中；蒸汽释放潜热后变成冷凝水从蒸发器管束底部引出作为二次加换热器的热源加热废水后变为冷凝水工业用或由泵输送到锅炉回用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是在一级蒸发器换热管束产生的蒸气流到底部管箱经除雾和分离后，送入二级蒸发器换热管束作为热源，充分利用余热；以此类推，在二级蒸发器换热管束产生的蒸气经除雾和分离后，送入三级蒸发器换热管束作为热源。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是用二级（即末级）蒸发器换热管束产生蒸汽或用一、二级蒸发器换热管外加热蒸汽被冷凝的水加热进入蒸发器前的废（盐）水。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是用加热换热器被冷凝的净水再预热废（盐）水。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是向含盐废水搅拌器中加入氯化钙、硫酸和阻垢剂，以保证碳酸盐转化为溶解的CO₂ 蒸气，使其能从脱气器中除去，防垢剂可防止前端换热器和脱气器内结垢。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是利用脱盐水、汽对废水进行预加热和加热。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的预热器、加热器为一开一备，并配备有就地清洁系统；加热热源来自蒸发器中的蒸汽冷凝水或净水。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的膜预处理装置和二次膜预处理装置为离子膜、膜生物反应器、反渗透、纳滤、超滤或微滤装置。

9.一种含盐废水零排放回收系统，其特征是它包括

一搅拌器（1），该搅拌器（1）设有加药口，以使含盐废水与所加药液搅搅拌均匀，使废水的PH值在5～6之间；

一膜预处理器（2），该膜处理器（2）能使经过PH值调整后的含盐废水的含盐率小于10%；

一预换热装置（3），该换热装置用于使经过膜处理器过滤的废水从常温加热至接近沸点；

一脱气器（4），该脱气器（4）用于将经过预加热器（3）加热的废水送进行脱气，以去除含盐废水中生成的气体；

一第二膜预处理器（5），该第二膜预处理器（5）将经过脱气器（4）脱气后的含盐废水进行二次膜过滤，以使废水的含盐率小于5%；

 一第二换热器（6），该第二换热器（6）用于将经过二次膜预处理器过滤的废水进行二次加热，使含盐废水的温度在90℃-100℃；

一第二脱气器（7），该第二脱气器（7）用于将经过二次加热的废水进行脱气，以去除其中生成的气体，该第二脱气器（7）的内压力要高于蒸发器（8）底部混合室内压力；

一蒸发器（8），该蒸发器（8）由一个或多个蒸发器并串接组成，该蒸发器（8）由底部的混合器（801）、中间的蒸发管（802）和上部的分布器（803）组成，混合器（801）与蒸发器（8）外部的分离器（9）相连，分离器（9）分别连接有结晶盐干燥器（10）和循环泵，循环泵将分离器（9）分离出的含盐废水送入蒸发器顶部的管箱中，再流到分布器（803）中，分布器（803）再将含盐废水送入蒸发管（802）中。

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