CN103241887A - 高盐废水处理回收利用的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对高盐废水进行无害化处理并回收利用的方法及装置。本发明的方法是将高盐废水送入机械蒸汽再循环蒸发器中进行蒸发浓缩，分别得到浓缩的液体和二次蒸汽，直至浓缩液体中的盐进一步浓缩并结晶，再将带有结晶盐的浓缩液体经减压蒸发处理后进行离心处理，分别得到结晶盐与饱和盐水，盐水重复用前述方法进行处理。本发明装置是由依次相互用管路串联连通的预热器、机械蒸汽再循环蒸发器等构成。在对饱和盐水进行处理的处理过程仅需要消耗一些能量，而不会产生附加的污染。本发明的方法及装置可以有效处理高盐废水，在处理过程中所耗能量较少，可使整个装置处理高盐废水的能耗降到最低。

Description

高盐废水处理回收利用的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种对高盐废水进行无害化处理并回收利用的方法及实现这一方法的装置。

背景技术

高盐废水一般来说包括了高盐生活废水和高盐工业废水。主要来源于直接利用海水或含盐水的工业生产、生活用水和食品加工、化工厂和石油气的采集加工等。这些废水中除了含有有机污染物外，还含有大量的无机盐，如钙镁离子、氯离子、钠离子、硫酸根离子等等。近年来对高有机物废水的污染已经引起关注，并已经在实施多种处理的措施，但高盐废水的处理至今尚未引起足够的重视，现实中高盐废水多是不加处理而直接排放，这一现象将导致江河水质矿化度提高，势必会对土壤、水体生物、地表水、地下水带来越来越严重的污染，将直接危及人体健康和恶化生态环境。由于高盐废水对地下水的污染还会加剧用水紧张。高盐废水直接排放后导致地下水硬度增高，对人身和环境造成危害的同时还会对工业设备产生腐蚀，缩短设备使用年限，为此将付出高额的维修和护理费用。当工业上需要把水的硬度降低还原时，就要耗资建设软化水系统对其进行软化，并排出氯化钙、镁软化废液，再渗入地下后又进一步污染地下水，使地下水氯化物和硬度进一步增高，其直接的后果是土壤含盐量增加后板结硬化，无法耕种生产，如此形成了一种恶性循环。如不尽快形成规模化治理措施和方案，将直接影响国民经济的快速和可持续发展。

在国外，例如欧盟等国家和地区，对高盐水制定了较为严格的排放标准，而在我国，钢铁、石化、电力等用水和排水大户，高盐水几乎大都直接外排。因此，对高盐废水的处理将是一个非常紧迫的课题。当采用生物法进行处理时，高浓度的盐类物质对微生物具有抑制作用，处理难以持续进行；当采用物化法处理时，投资大，运行费用高，难以达到预期的净化效果。

发明内容

本发明提供一种对高盐废水进行无害化处理并回收利用的工艺方法及实现这一工艺的装置。

本发明的高盐废水处理回收利用的方法是：首先将高盐废水预热到设定温度后送入机械蒸汽再循环蒸发器中进行蒸发浓缩，分别得到浓缩的液体和二次蒸汽，待机械蒸汽再循环蒸发器中的浓缩液浓度达到接近饱和浓度的预定值后将其引入强制循环蒸发器进行再蒸发浓缩，使浓缩液体中的盐进一步浓缩并结晶，再将带有结晶盐的浓缩液体经减压蒸发处理后进行离心处理，分别得到结晶盐与饱和盐水，分出盐后将饱和盐水与待处理高盐废水混合后再用前述方法进行处理，同时得到二次蒸汽，所得到的各二次蒸汽用做前一级的预热器、机械蒸汽再循环蒸发器或强制循环蒸发器作为热源，然后冷凝得到净水。

本发明的高盐废水处理方法使用的装置是由依次相互用管路串联连通的预热器、机械蒸汽再循环蒸发器、Ⅱ效强制循环蒸发器蒸发室、Ⅰ效强制循环蒸发器蒸发室、自蒸发器、离心机，与前述的各预热器、蒸发器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐，为机械蒸汽再循环蒸发器提供热源的蒸汽压缩机，以及设置于机械蒸汽再循环蒸发器、各冷凝水罐、加热室管路上的泵与阀门、控制系统构成。

本发明的高盐废水处理方法使用的装置中，可在Ⅰ效强制循环蒸发器、Ⅱ效强制循环蒸发器前分别设置有各自的加热室，加热室的加热介质腔与锅炉蒸汽管或余热蒸汽管连通。

由前述的本发明方法内容可知，本发明的方法是一种全物理的处理方式，在对饱和盐水进行处理的处理过程仅需要消耗一些能量，而不会产生附加的污染。

本发明的方法及装置可以有效处理高盐废水，在处理过程中所耗能量较少，特别是当本发明的装置中采用了机械蒸汽再循环蒸发器淡化蒸馏水泵，以及利用余热作为相关加热室的热源，可使整个装置处理高盐废水的能耗降到最低。

附图说明    

附图1为本发明装置的一个实施例示意图。

图中：1为高盐废水收集管，2为清洁冷凝水排出管，3为淡化蒸馏水排出管，4为一级预热器，5为余热或锅炉蒸汽管，6为清洁冷凝水罐，7为清洁冷凝水泵，8为二级预热器，9为机械蒸汽再循环蒸发器淡化蒸馏水泵，10为二级预热器蒸汽入口管，11为机械蒸汽再循环蒸发器淡化蒸馏水罐，12为机械蒸汽再循环蒸发器（简称为MVR蒸发器），13为机械蒸汽再循环蒸发器二次蒸汽管，14为机械蒸汽再循环蒸发器蒸汽入口管，15为蒸汽压缩机，16为Ⅰ效强制循环蒸发器蒸汽入口管，17为Ⅰ效强制循环蒸发器加热室，18为Ⅰ效强制循环蒸发器循环管，19为Ⅰ效强制循环蒸发器蒸发室，20为Ⅰ效强制循环蒸发器二次蒸汽管，21为Ⅱ效强制循环蒸发器加热室，22为Ⅱ效强制循环蒸发器循环管，23为Ⅱ效强制循环蒸发器蒸发室，24为Ⅱ效强制循环蒸发器二次蒸汽管，25为自蒸发器，26为自蒸发器二次蒸汽管，27为表面冷凝器蒸汽入口管，28为离心机，29为表面冷凝器，30为冷凝器淡化蒸馏水罐，31为冷凝器淡化蒸馏水泵，32为冷凝器淡化蒸馏水排出管，33为冷凝器温水管，34为结晶盐排出口，35为离心机饱和盐水排出管，36为离心机供料泵，37为自蒸发器排液管，38为Ⅰ效强制循环蒸发器排液管，39为强制循环蒸发器过料泵，40为Ⅱ效强制循环蒸发器循环泵，41为Ⅱ效强制循环蒸发器淡化蒸馏水泵，42为Ⅱ效强制循环蒸发器淡化蒸馏水罐，43为Ⅰ效强制循环蒸发器循环泵，44为Ⅰ效强制循环蒸发器清洁冷凝水泵，45为Ⅰ效强制循环蒸发器清洁冷凝水罐，46为蒸汽压缩机蒸汽出口，47为机械蒸汽再循环蒸发器排液管，48为机械蒸汽再循环蒸发器循环泵，49为二级预热器排液管，50为Ⅰ效强制循环蒸发器清洁冷凝水排出管，51为一级预热器排液管，52为Ⅱ效强制循环蒸发器淡化冷凝水排出管，53为冷凝器清水入口。

具体实施方式

本发明结合附图，以两级强制循环蒸发器的实施例进行解释。

本发明的高盐废水处理方法使用的装置参见图1所示，是由依次相互用管路串联连通的预热器、机械蒸汽再循环蒸发器12、Ⅱ效强制循环蒸发器蒸发室23、Ⅰ效强制循环蒸发器蒸发室19、自蒸发器25、用于分离盐结晶的离心机28，与前述的各预热器、蒸发器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐，为机械蒸汽再循环蒸发器提供热源的蒸汽压缩机15，以及设置于机械蒸汽再循环蒸发器12、各冷凝水罐和加热室管路上的泵与阀门、控制系统构成。其中：Ⅰ效强制循环蒸发器19前设置有为使Ⅰ效强制循环蒸发器中的液体到达蒸发沸点而进行充分热交换的加热室17，Ⅱ效强制循环蒸发器23前设置有使Ⅱ效强制循环蒸发器中的液体到达蒸发沸点的加热室21，加热室的加热介质腔与锅炉蒸汽管或余热蒸汽管连通。

在本发明高盐废水处理系统中，首先将高盐生活废水和高盐工业废水集中收集，通过高盐废水收集管1进入到一级预热器4内，一级预热器4热源使用机械蒸汽再循环蒸发器12所产生的淡化冷凝水，由于蒸汽在机械蒸汽再循环蒸发器12内发生相变后产生的淡化冷凝水具有较高的温度，本发明将机械蒸汽再循环蒸发器所产生的淡化冷凝水和待处理高盐废水通过不同管道同时进入到一级预热器4内，在一级预热器4内产生热交换，待处理高盐废水被加热到一定温度，而淡化冷凝水被冷却到一定温度，由淡化蒸馏水排出管3送工业或生活回用，这样既有效利用了淡化冷凝水的这部分热源，又可为进一步蒸发浓缩创造了初步条件。保证被蒸发溶液进入到蒸发器是具有较高的温度，为进一步蒸发浓缩创造了有利条件。初步经一级预热器4加热后的高盐废水仍然不具备蒸发所要求的温度条件，因此，在由一级预热器排液管51输送到二级预热器8内，采用余热或锅炉蒸汽管5送来的蒸汽由二级预热器蒸汽入口管10进入到二级预热器8内，再次将高盐废水加热，待处理高盐废水被加热到设定温度，进而由二级预热器排液管49送入到机械蒸汽再循环蒸发器12内，达到规定要求后开启机械蒸汽再循环蒸发器循环泵48，待处理高盐废水被均匀分配给各换热元件表面，开启机械蒸汽再循环蒸发器蒸汽入口管14阀门，向机械蒸汽再循环蒸发器12内输送余热或锅炉蒸汽，待处理高盐废水被不断加热继而到达沸点时，关闭机械蒸汽再循环蒸发器蒸汽入口管14阀门，启动蒸汽压缩机15。此时待处理的高盐废水将迅速沸腾蒸发，产生二次蒸汽由机械蒸汽再循环蒸发器二次蒸汽管13进入到蒸汽压缩机15，蒸汽压缩机15以机械做功为补偿，消耗机械能，利用逆向卡诺循环方式工作，从周围低温环境中吸热，将进入其内的二次蒸汽温度和压力升高，由蒸汽压缩机蒸汽出口46返回到机械蒸汽再循环蒸发器12内，在机械蒸汽再循环蒸发器2产生热交换发生相变，成为淡化冷凝水流入到机械蒸汽再循环蒸发器淡化蒸馏水罐11，在一级预热器4内充分利用其余热后直接回用。而机械蒸汽再循环蒸发器12内的液体又被加热沸腾，产生新的二次蒸汽，再经蒸汽压缩机15压缩做功，往复循环，完成蒸发过程。在此后的正常运行当中，一般情况下蒸汽压缩机工作时不再使用锅炉提供的新蒸汽，机械蒸汽再循环蒸发器系统将自行循环，减少了锅炉燃烧过程，避免了排烟、排污等污染。本发明的装置中的机械蒸汽再循环蒸发器的出料管线47上有出料电控阀，其开启条件是当机械蒸汽再循环蒸发器内的溶液具达到预定的浓度时开启。而机械蒸汽再循环蒸发器内的溶液的浓度测定则通过设置的浓度计进行实时的测量，在到达设定浓度后发出开启电控阀的信号，实现开阀动作。在出料管线47上出料电控阀打开后料液进入到强制循环蒸发器内，这时机械蒸汽再循环蒸发器内的液位下降，由液位信号给管线49上的进料控制阀以开启信号，使其开启，进行进料动作，当料液到达设定液位后自动关闭。Ⅰ效强制循环蒸发器的加热室17的热源可采用外设的蒸汽锅炉供给的新鲜蒸汽或余热锅炉产的余热蒸汽。饱和盐水用轴流泵43强制性送入到17的换热管内进行加热。经加热后的盐水（已经被加热到了沸点温度）用泵送入Ⅰ效强制循环蒸发器蒸发室19进行蒸发。

待处理高浓盐水在机械蒸汽再循环蒸发器12内被不断浓缩，逐渐趋于饱和，被蒸发分离为大量的淡化冷凝水和少量的高浓度含盐水。此时高盐废水总量已经很小，并趋于含盐浓度饱和，此时再将其从机械蒸汽再循环蒸发器12内由机械蒸汽再循环蒸发器排液管47送至Ⅱ效强制循环蒸发器循环泵40的入口，进而进入到Ⅱ效强制循环蒸发器加热室21内。Ⅱ效强制循环蒸发器热源使用Ⅰ效强制循环蒸发器产生的二次蒸汽，由Ⅰ效强制循环蒸发器二次蒸汽管20进入到Ⅱ效强制循环蒸发器加热室21内，利用低温真空蒸发，热效率利用高，进一步实现了节能降耗的目的。Ⅱ效强制循环蒸发器蒸发浓缩产生的二次蒸汽经Ⅱ效强制循环蒸发器二次蒸汽管24送入到表面冷凝器29，被冷却后转化为淡化冷凝水，用冷凝器淡化蒸馏水罐30储存，由冷凝器淡化蒸馏水泵31输送，经冷凝器淡化蒸馏水排出管32流出后回用。

在Ⅱ效强制循环蒸发器被蒸发浓缩的有部分结晶盐析出产生的饱和高盐废水再次由强制循环蒸发器过料泵39被送至Ⅰ效强制循环蒸发器循环泵43入口，继而进入到Ⅰ效强制循环蒸发器加热室17内。开启Ⅰ效强制循环蒸发器蒸汽入口管16阀门，向Ⅰ效强制循环蒸发器加热室17内通入余热蒸汽或新鲜锅炉蒸汽，与高浓度含盐废水产生换热后形成冷凝水，参与一级预热器4的换热后可直接回用。高盐水被蒸发后产生的二次蒸汽由Ⅰ效强制循环蒸发器二次蒸汽管20排出，进入到Ⅱ效强制循环蒸发器加热室21内，作为Ⅱ效强制循环蒸发器热源使用并最终转化为淡化冷凝水，储存至Ⅱ效强制循环蒸发器淡化蒸馏水罐42内，由Ⅱ效强制循环蒸发器淡化蒸馏水泵41输送，经Ⅱ效强制循环蒸发器淡化冷凝水排出管52流出被回用与生产生活。

由于强制循环蒸发器的被蒸发液的循环流动依靠轴流泵的外加动力使被蒸发液在加热器换热管内以较高的速度强制流动，加热器仅作为加热过程，而蒸发分离过程在蒸发室内进行，从而达到抗盐析、抗结垢的目的。

高盐废液经过Ⅰ效强制循环蒸发器的蒸发浓缩，形成大量的含有结晶盐产物的高盐废水，由Ⅰ效强制循环蒸发器排液管38自流到自蒸发器25内，由于此时高盐废水具有较高的温度，而自蒸发器25直接连通表面冷凝器29，具有较大的真空度，因此高盐废水在自蒸发器25内产生较强的自沸过程，从而进一步产生二次蒸汽，过饱和高盐废水温度不断下降，避免了在分离和储存中由于温度较高而产生自沸和强烈挥发过程。而自蒸发器25内高盐废水浓度进一步又被提高、结晶盐产物数量不断增多、体积不断增大，为进入到离心机28分离创造了良好的条件。

含有大量结晶盐产物的高盐废水用离心机供料泵36送至离心机28内，由于结晶盐和水的比重不同，在离心力和惯性及重力的共同作用下被分离为含水结晶盐和饱和盐水。含水结晶盐由结晶盐排出口34送出，经过工业处理后作为工业制剂，饱和盐水由离心机饱和盐水排出管35流出，回流到本系统内再次循环处理。

本系统内，待处理的高盐废水首先进入到一级预热器内将其加热到一定的温度。由于蒸汽在机械蒸汽再循环蒸发器内发生相变后产生的淡化冷凝水具有较高的温度，本发明将机械蒸汽再循环蒸发器所产生的淡化冷凝水和待处理高盐废水通过不同管道同时进入到一级预热器内，在一级预热器内产生热交换，待处理高盐废水被加热到一定温度，而淡化冷凝水被冷却到一定温度，既有效利用了淡化冷凝水的这部分热源，又可为进一步蒸发浓缩创造了初步条件。保证被蒸发溶液进入到蒸发器是具有较高的温度，为进一步蒸发浓缩创造了有利条件。

本发明系统采用强制循环蒸发器进行高浓度盐水的蒸发和形成结晶盐，由于强制循环蒸发器的被蒸发液的循环流动依靠轴流泵的外加动力使被蒸发液在加热器换热管内以较高的速度强制流动，加热器仅作为加热过程，而蒸发分离过程在蒸发室内进行，从而达到抗盐析、抗结垢的目的。本发明中的强制循环蒸发器在正常工作时，启动轴流泵后被蒸发溶液进由加热室循环管进入到加热室中，充分换热后的被蒸发溶液由加热室循环液出口流出，从蒸发室循环液入口中沿蒸发室壳体切向进入到蒸发室内，完成一次被蒸发溶液的循环过程。被蒸发溶液切线方向进入到分离室内时，溶液由于运动惯性和重力作用沿分离室内筒壁形成向下的螺旋运动，可增大溶液表面积，使溶液在沸点条件下迅速产生二次蒸汽，强化蒸发效果，同时由于溶液切向螺旋运动与筒壁之间产生摩擦，从而减少结垢形成，延长了设备正常运行周期。

本发明中含有结晶盐产物的高盐废水被送至自蒸发器内，由于此时高盐废水具有较高的温度，而自蒸发器直接连通冷凝器，具有较大的真空度，因此高盐废水在自蒸发器内产生较强的自沸过程，从而进一步产生二次蒸汽，过饱和高盐废水温度不断下降，避免了在分离和储存中由于温度较高而产生自沸和强烈挥发过程。而自蒸发器内高盐废水浓度进一步又被提高、结晶盐产物数量不断增多、体积不断增大，为进入到离心机分离创造了良好的条件。

含有大量结晶盐产物的高盐废水最后被送至离心机内，被分离为含水结晶盐和饱和盐水，含水结晶盐经过工业处理后作为工业制剂，饱和盐水回流到本系统内再次循环处理。

本发明的装置应用中可以节能降耗，在节能降耗的同时还可减少和降低了一次能源消耗过程中产生的污染排放和温室气体效应。卡诺循环效率很高，所以仅以少量的机械做功便可获得高品质、高能位的热源，因此其热效率高，节能降耗效果明显。

本发明系统采用智能化DCS控制系统，阀门的关闭、泵的开启均由预置程序完成，解放了生产率，提高了工作效率。由于本发明中设备、阀门等数量较少，所以控制环节较少，自动控制程度高。使用由蒸汽压缩机以机械做功为补偿，以获得较高压力、温度和焓值及高品质、高能位的蒸汽，返回用于蒸发器的热损失和补充进出料热焓，在蒸发器内产生热交换而发生相变，处理了大量的高盐废水，节能降耗、运行成本低。高盐废水经过处理后形成含水结晶盐和淡化蒸馏冷却水，实现资源循环利用和废水零排放。

Claims (3)

1.高盐废水处理回收利用的方法，其特征在于首先将高盐废水预热到设定温度后送入机械蒸汽再循环蒸发器中进行蒸发浓缩，分别得到浓缩的液体和二次蒸汽，待机械蒸汽再循环蒸发器中的浓缩液浓度达到接近饱和浓度的预定值后将其引入强制循环蒸发器进行再蒸发浓缩，使浓缩液体中的盐进一步浓缩并结晶，再将带有结晶盐的浓缩液体经减压蒸发处理后进行离心处理，分别得到结晶盐与饱和盐水，分出盐后将饱和盐水与待处理高盐废水混合后再用前述方法进行处理，同时得到二次蒸汽，所得到的各二次蒸汽用做前一级的预热器、机械蒸汽再循环蒸发器或强制循环蒸发器作为热源，然后冷凝得到净水。

2.权利要求1所述的高盐废水处理方法使用的装置，其特征在于装置由依次相互用管路串联连通的预热器、机械蒸汽再循环蒸发器、Ⅱ效强制循环蒸发器蒸发室、Ⅰ效强制循环蒸发器蒸发室、自蒸发器、离心机，与前述的各预热器、蒸发器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐，为机械蒸汽再循环蒸发器提供热源的蒸汽压缩机，以及设置于机械蒸汽再循环蒸发器、各冷凝水罐、加热室管路上的泵与阀门、控制系统构成。

3.根据权利要求2 所述的高盐废水处理方法使用的装置，其特征在于Ⅰ效强制循环蒸发器、Ⅱ效强制循环蒸发器前分别设置有各自的加热室，加热室的加热管与锅炉蒸汽管或余热蒸汽管连通。

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