CN103253820A - 高效液体零排放废水处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种高效液体零排放废水处理方法及系统，它主要由预处理系统，膜处理系统及热蒸发结晶系统组成，其特征是所述的热蒸发结晶系统由降膜蒸发装置（1），结晶装置（2），固液分离装置（3）和混合槽（4）组成，含盐废水与出自降膜蒸发装置（1）的浓盐水在混合槽（4）中进行充分混合均匀后再进入降膜蒸发装置（1）蒸发浓缩后，生成的浓盐水一部分回流到混合槽（4）并与含盐废水混合后流至降膜蒸发装置（1），其余部分进入结晶装置（2）继续浓缩；所述的浓盐水或经过固液分离装置（3）后，将重组分直接回流到降膜蒸发装置（1）中，轻组分中的一部分回流到混合槽（4）并与含盐废水混合后再回流至降膜蒸发装置（1），轻组分中的其余部分进入结晶装置（2）继续浓缩。本发明具有蒸发效率高，能耗低，造价小，运行费用省等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理系统，尤其是一种无液体排放的零排放废水处理系统，具体地说是一种高效液体零排放废水处理方法系统。
背景技术
众所周知，液体零排放（ZLD，Zero Liquid Discharge），是指通过特定的工艺技术将液体污水浓缩，产生可供循环利用的回用水，将废水的排放量尽量减少到最低，将废水中的盐分与杂质进行浓缩至接近固体。液体零排放技术综合应用了物理、化学、生化、以及膜分离，蒸发结晶和/或干燥等过程，实现水的回收与利用。
液体零排放技术可以最大限度地回收水资源，实现最小的环境污染。然而，一方面，在液体零排放系统的蒸发、结晶和干燥等需要产生相变分离水的过程中，需要大量的能源供给；另一方面，高浓废水的腐蚀性很强，导致设备的材质等级很高。以上原因导致了过程的运行费用和设备投资都较高，限制了液体零排放技术的大规模应用。
降膜蒸发是一种高效的蒸发技术，具有高的传热系数，热流密度和低的传热温差等优点。降膜蒸发器已广泛应用在海水淡化、废液处理、产品浓缩以及副产品回收等过程。目前的降膜蒸发器主要可以分为竖直管降膜蒸发器、水平管降膜蒸发器及板式降膜蒸发器。在竖直管降膜蒸发器中，一般采用物料走管内，蒸汽在管外加热；在水平管降膜蒸发器中，一般采用物料走管外，蒸汽在管内加热。
在已有的成熟液体零排放工艺中，为了防止高浓废水的腐蚀及蒸发管的结垢问题，采用了强制循环竖直管降膜蒸发技术，但该技术无论是运行能耗还是蒸发器的造价都相对较高。因此，一种低运行能耗及低装置造价的液体零排放技术是液体零排放的发展方向。
发明内容
本发明的目的是针对现有的液体零排放工艺中为了防止高浓废水的腐蚀及蒸发管的结垢问题采用强制循环竖直管降膜蒸发技术而造成运行能耗及蒸发器的造价较高的问题，发明一种能有效地降低运行能耗及装置造价的高效液体零排放废水处理方法及系统。
本发明的技术方案之一是：
一种高效液体零排放废水处理方法，其特征是：首先，使经过预处理系统、膜处理系统处理后的含盐废水进入混合槽，并与出自降膜蒸发装置的浓盐水进行充分混合，然后进入降膜蒸发装置，降膜蒸发装置采用晶种法或采用非晶种法运行，降膜蒸发装置采用外部蒸汽供热或机械蒸汽压缩或热力蒸汽压缩工艺对含盐废水进行蒸发浓缩产生二次蒸汽和浓盐水，浓盐水依据悬浮颗粒含量确定是直接一部分送往结晶装置另一部分送至混合槽，还是先经过固液分离装置进行固液分离后再一部分送往结晶装置，另一部分送至混合槽；在降膜蒸发装置中，含盐废水经过液体喷淋组件均匀分布至降膜蒸发组件，含盐废水在降膜蒸发组件的表面受热蒸发，生成的二次蒸汽从降膜蒸发装置的顶部经过汽液分离组件进行汽液分离后排出，浓缩后的浓盐水经过结垢牺牲板后，流入液体收集槽中。
本发明的技术方案之二是：
一种高效液体零排放废水处理系统，它主要由预处理系统，膜处理系统及热蒸发结晶系统组成，废水依次经过预处理系统，膜处理系统，热蒸发结晶系统，生成产品水和固体物质，其特征是所述的热蒸发结晶系统由降膜蒸发装置1，结晶装置2，固液分离装置3和混合槽4组成，降膜蒸发装置1连接有蒸汽进气管和冷凝液排管以及二次蒸汽引出管，含盐废水与出自降膜蒸发装置1的浓盐水在混合槽4中进行充分混合均匀后再进入降膜蒸发装置1蒸发浓缩后，生成的浓盐水一部分回流到混合槽4并与含盐废水混合后流至降膜蒸发装置1，其余部分进入结晶装置2继续浓缩；所述的浓盐水或经过固液分离装置3后，将重组分直接回流到降膜蒸发装置1中，轻组分中的一部分回流到混合槽4并与含盐废水混合后再回流至降膜蒸发装置1，轻组分中的其余部分进入结晶装置2继续浓缩。所述的重组分和轻组分是针对进入固液分离装置3的含盐废水分离后得到的两股流体而言的。由于含盐废水经过蒸发系统后，会存在一些悬浮颗粒（蒸发浓缩过程中产生或工艺需要人为加入晶种），为了将悬浮颗粒进行分离，采用了固液分离装置3。进入固液分离装置3的含有悬浮颗粒的废水经过旋流分离，形成了所谓的”重组分“和”轻组分“，实际上轻组分就是经过固液分离装置3后得到的含悬浮颗粒质量比很小的废水，重组分就是经过固液分离装置3后得到的含有大量悬浮颗粒的类似悬浆态的废水。
所述的降膜蒸发装置1由一台或多台组成，由多台组成时，相互之间采用并联、串联或并联和串联混合的方式相连，进料方式为顺流、逆流、平流或它们的任意组合，采用单效或多效蒸发流程；降膜蒸发装置1的加热方式为外部蒸汽供给、机械蒸汽压缩、热力蒸汽压缩或它们的组合。
所述的降膜蒸发装置1为降膜蒸发器，它主要由壳体5和安装在壳体5中的液体喷淋组件6，降膜蒸发组件7，液体收集槽8，结垢牺牲板9和气液分离组件10组成，气液分离组件10位于液体喷淋组件6的上部，降膜蒸发组件7位于液体喷淋组件6的下部，结垢牺牲板9和液体收集槽8均位于降膜蒸发组件7的下部。
所述的壳体5呈矩形或圆桶形结构，材质为金属、非金属或金属和非金属的复合材质。
所述的液体喷淋组件6的流量通过加大单个组件的流量和增加组件数量两种方法进行调节，材质为金属、非金属及金属和非金属复合材质。
所述的降膜蒸发组件7由一组或几组水平或倾斜的蒸发管或蒸发板组成，采用并联、串联或并联和串联混合的方式相连，采用单效或多效蒸发流程，所述蒸发管或蒸发板的材质为金属，非金属以及金属和非金属复合材质。
所述的液体收集槽8与壳体5下部相连或置于壳体5的底部，液体收集槽8的底部由管道连接至蒸发器壳体5的外部。
所述的结垢牺牲板9采用电加热或蒸汽加热，且结垢牺牲板9表面的温度不低于降膜蒸发管表面的温度，位置在液体喷淋组件6和液体收集槽8之间，位于降膜蒸发管组件7的上面、下面或穿插在蒸发管组件7的中间。
所述的汽液分离组件10采用旋涡分离式、折流板分离式、丝网除沫式或其组合，材质为金属，非金属以及金属和非金属复合材质。
本发明的有益效果：
本发明可以通过不同的工艺流程组合和材料选择，有效地降低运行能耗和设备造价。同时，运行过程中可以有效地防止腐蚀和结垢。
附图说明
图1是本发明的蒸发结晶系统组成示意图。
图2是本发明的降膜蒸发装置的结构示意图。
图3是本发明实施例1的蒸发结晶系统示意图。
图4是本发明实施例1的降膜蒸发装置结构示意图。
图5是本发明实施例2的蒸发结晶系统结构示意。
图6是本发明实施例2的降膜蒸发装置结构示意图。
图7是本发明实施例3的蒸发结晶系统结构示意图。
图8是本发明实施例4的降膜蒸发装置结构示意图。
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。
如图1-2所示。
一种高效液体零排放废水处理系统，它主要由预处理系统，膜处理系统及热蒸发结晶系统组成，废水依次经过预处理系统，膜处理系统，热蒸发结晶系统，生成产品水和固体物质，所述的热蒸发结晶系统由降膜蒸发装置1，结晶装置2，固液分离装置3和混合槽4组成，降膜蒸发装置1连接有蒸汽进气管和冷凝液排管以及二次蒸汽引出管，含盐废水与出自降膜蒸发装置1的浓盐水在混合槽4中进行充分混合均匀后再进入降膜蒸发装置1蒸发浓缩后，生成的浓盐水一部分回流到混合槽4并与含盐废水混合后流至降膜蒸发装置1，其余部分进入结晶装置2继续浓缩；所述的浓盐水或经过固液分离装置3后，将重组分直接回流到降膜蒸发装置1中，轻组分中的一部分回流到混合槽4并与含盐废水混合后再回流至降膜蒸发装置1，轻组分中的其余部分进入结晶装置2继续浓缩。所述的重组分和轻组分是针对进入固液分离装置3的含盐废水分离后得到的两股流体而言的。由于含盐废水经过蒸发系统后，会存在一些悬浮颗粒（蒸发浓缩过程中产生或工艺需要人为加入晶种），为了将悬浮颗粒进行分离，采用了固液分离装置3。进入固液分离装置3的含有悬浮颗粒的废水经过旋流分离，形成了所谓的”重组分“和”轻组分“，实际上轻组分就是经过固液分离装置3后得到的含悬浮颗粒质量比很小的废水，重组分就是经过固液分离装置3后得到的含有大量悬浮颗粒的类似悬浆态的废水。具体实施时：
所述的降膜蒸发装置1可由一台或多台组成，由多台组成时，相互之间采用并联、串联或并联和串联混合的方式相连，进料方式为顺流、逆流、平流或它们的任意组合，采用单效或多效蒸发流程；降膜蒸发装置1的加热方式为外部蒸汽供给、机械蒸汽压缩、热力蒸汽压缩或它们的组合。
所述的降膜蒸发装置1可为降膜蒸发器，它主要由壳体5和安装在壳体5中的液体喷淋组件6，降膜蒸发组件7，液体收集槽8，结垢牺牲板9和气液分离组件10组成，气液分离组件10位于液体喷淋组件6的上部，降膜蒸发组件7位于液体喷淋组件6的下部，结垢牺牲板9和液体收集槽8均位于降膜蒸发组件7的下部。
所述的壳体5可为矩形或圆桶形结构，材质为金属、非金属或金属和非金属的复合材质。
所述的液体喷淋组件6的流量可通过加大单个组件的流量和增加组件数量两种方法进行调节，材质为金属、非金属及金属和非金属复合材质。
所述的降膜蒸发组件7可由一组或几组水平或倾斜的蒸发管或蒸发板组成，采用并联、串联或并联和串联混合的方式相连，采用单效或多效蒸发流程，所述蒸发管或蒸发板的材质为金属，非金属以及金属和非金属复合材质。
所述的液体收集槽8与壳体5下部相连或置于壳体5的底部，液体收集槽8的底部由管道连接至蒸发器壳体5的外部。
所述的结垢牺牲板9可采用电加热或蒸汽加热，且结垢牺牲板9表面的温度不低于降膜蒸发管表面的温度，位置在液体喷淋组件6和液体收集槽8之间，位于降膜蒸发管组件7的上面、下面或穿插在蒸发管组件7的中间。
所述的汽液分离组件10可采用旋涡分离式、折流板分离式、丝网除沫式或其组合，材质为金属，非金属以及金属和非金属复合材质。
本发明的废水处理方法为：
如图1所示，经过预处理系统、膜处理系统处理后的含盐废水进入混合槽4，并与出自降膜蒸发装置1的浓盐水进行充分混合，然后进入降膜蒸发装置1，降膜蒸发装置1可以采用晶种法也可以采用非晶种法运行，降膜蒸发装置1采用外部蒸汽供热或机械蒸汽压缩或热力蒸汽压缩工艺对含盐废水进行蒸发浓缩产生二次蒸汽和浓盐水，浓盐水依据悬浮颗粒含量确定是直接一部分送往结晶装置2另一部分送至混合槽4，还是先经过固液分离装置3进行固液分离后再一部分送往结晶装置2另一部分送至混合槽4。在降膜蒸发装置1中，含盐废水经过液体喷淋组件6均匀分布至降膜蒸发组件7，含盐废水在降膜蒸发组件7的表面受热蒸发，生成的二次蒸汽从降膜蒸发装置1的顶部经过汽液分离组件10进行汽液分离后排出，浓缩后的浓盐水经过结垢牺牲板9后，流入液体收集槽8中，如图2所示。
实例1。
某工厂需要液体零排放系统对工厂的高含盐废水进行零排放处理，该废水经过预处理系统，膜处理系统处理后，如图3所示，含盐废水进入混合槽14，并与出自降膜蒸发装置11的浓盐水进行充分混合，然后进入降膜蒸发装置11，降膜蒸发装置11采用晶种法运行，降膜蒸发装置11采用外部蒸汽供热对含盐废水进行蒸发浓缩产生二次蒸汽和浓盐水，浓盐水先经过固液分离装置13进行固液分离后再一部分送往结晶装置12另一部分送至混合槽14。在降膜蒸发装置11中，如图4所示，壳体15是采用碳钢内衬FRP材质的卧式圆形桶体，含盐废水经过金属液体喷淋组件16均匀分布至水平管式降膜蒸发组件17，含盐废水在水平管式降膜蒸发组件17的表面受热蒸发，生成的二次蒸汽从降膜蒸发装置11的顶部经过丝网除沫式分离组件20进行汽液分离后排出，浓缩后的浓盐水经过蒸汽加热的结垢牺牲板18后，流入位于壳体底部且与壳体相连的液体收集槽19中。
实例2。液体零排放系统对工厂的高含盐废水进行零排放处理，该废水经过预处理系统，膜处理系统处理后，如图5所示，含盐废水进入混合槽24，并与出自降膜蒸发装置21的浓盐水进行充分混合，然后进入降膜蒸发装置21，降膜蒸发装置21采用非晶种法运行，降膜蒸发装置21采用机械蒸汽压缩工艺对含盐废水进行蒸发浓缩，机械蒸汽压缩机23对二次蒸汽进行压缩升温后对降膜蒸发装置21进行供热产生二次蒸汽和浓盐水，生成的浓盐水一部分送往结晶装置22另一部分送至混合槽24。在降膜蒸发装置21中，如图6所示，壳体25是采用高级不锈钢材质的矩形壳体，含盐废水经过聚四氟乙烯液体喷淋组件26均匀分布至采用电加热的结垢牺牲板28后，重新分布至倾斜板式降膜蒸发组件27，含盐废水在倾斜板式降膜蒸发组件27的表面受热蒸发，生成的二次蒸汽从降膜蒸发装置21的顶部经过漩涡分离式分离组件30进行汽液分离后排出，浓缩后的浓盐水流入位于壳体内下部的液体收集槽29中。
实例3。
某工厂需要液体零排放系统对工厂的高含盐废水进行零排放处理，该废水经过预处理系统，膜处理系统处理后，如图7所示，含盐废水进入混合槽34，并与出自降膜蒸发装置31的浓盐水进行充分混合，然后进入降膜蒸发装置31，降膜蒸发装置31采用非晶种法运行，降膜蒸发装置31采用热力蒸汽压缩的二效蒸发工艺对含盐废水进行蒸发浓缩，蒸汽喷射器33对二次蒸汽进行压缩升温后对降膜蒸发装置21进行供热产生二次蒸汽和浓盐水，生成的浓盐水一部分送往结晶装置32另一部分送至混合槽34。在降膜蒸发装置31中，如图8所示，壳体35是采用碳钢内衬非金属涂层的卧式圆筒形壳体，由两效蒸发构成，逆流操作。在第一效中，来自第二效的浓盐水经过不锈钢液体喷淋组件36均匀分布至水平管式降膜蒸发组件37，浓盐水在板式降膜蒸发组件18的表面受热蒸发，生成的二次蒸汽经过折流板分离式分离组件40进入第二效作为加热蒸汽，再次浓缩后的浓盐水经过蒸汽加热的结垢牺牲板39后流入位于壳体内下部的液体收集槽38中。在第二效中，含盐废水经过不锈钢液体喷淋组件36均匀分布至水平管式降膜蒸发组件37，在板式降膜蒸发组件18的表面受热蒸发，生成的二次蒸汽经过折流板分离式分离组件40进入蒸汽喷射器，浓盐水被送入第一效的液体喷淋组件。
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 (10)
1.一种高效液体零排放废水处理方法，其特征是：首先，使经过预处理系统、膜处理系统处理后的含盐废水进入混合槽，并与出自降膜蒸发装置的浓盐水进行充分混合，然后进入降膜蒸发装置，降膜蒸发装置采用晶种法或采用非晶种法运行，降膜蒸发装置采用外部蒸汽供热或机械蒸汽压缩或热力蒸汽压缩工艺对含盐废水进行蒸发浓缩产生二次蒸汽和浓盐水，浓盐水依据悬浮颗粒含量确定是直接一部分送往结晶装置另一部分送至混合槽，还是先经过固液分离装置进行固液分离后再一部分送往结晶装置，另一部分送至混合槽；在降膜蒸发装置中，含盐废水经过液体喷淋组件均匀分布至降膜蒸发组件，含盐废水在降膜蒸发组件的表面受热蒸发，生成的二次蒸汽从降膜蒸发装置的顶部经过汽液分离组件进行汽液分离后排出，浓缩后的浓盐水经过结垢牺牲板后，流入液体收集槽中。
2.一种高效液体零排放废水处理系统，它主要由预处理系统，膜处理系统及热蒸发结晶系统组成，废水依次经过预处理系统，膜处理系统，热蒸发结晶系统，生成产品水和固体物质，其特征是所述的热蒸发结晶系统由降膜蒸发装置（1），结晶装置（2），固液分离装置（3）和混合槽（4）组成，降膜蒸发装置（1）连接有蒸汽进气管和冷凝液排管以及二次蒸汽引出管，含盐废水与出自降膜蒸发装置（1）的浓盐水在混合槽（4）中进行充分混合均匀后再进入降膜蒸发装置（1）蒸发浓缩后，生成的浓盐水一部分回流到混合槽（4）并与含盐废水混合后流至降膜蒸发装置（1），其余部分进入结晶装置（2）继续浓缩；所述的浓盐水或经过固液分离装置（3）后，将重组分直接回流到降膜蒸发装置（1）中，轻组分中的一部分回流到混合槽（4）并与含盐废水混合后再回流至降膜蒸发装置（1），轻组分中的其余部分进入结晶装置（2）继续浓缩。
3.根据权利要求2所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征是所述的降膜蒸发装置（1）由一台或多台组成，由多台组成时，相互之间采用并联、串联或并联和串联混合的方式相连，进料方式为顺流、逆流、平流或它们的任意组合，采用单效或多效蒸发流程；降膜蒸发装置（1）的加热方式为外部蒸汽供给、机械蒸汽压缩、热力蒸汽压缩或它们的组合。
4.根据权利要求2或3所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征是所述的降膜蒸发装置（1）为降膜蒸发器，它主要由壳体（5）和安装在壳体（5）中的液体喷淋组件（6），降膜蒸发组件（7），液体收集槽（8），结垢牺牲板（9）和气液分离组件（10）组成，气液分离组件（10）位于液体喷淋组件（6）的上部，降膜蒸发组件（7）位于液体喷淋组件（6）的下部，结垢牺牲板（9）和液体收集槽（8）均位于降膜蒸发组件（7）的下部。
5.根据权利要求4所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征所述的壳体（5）呈矩形或圆桶形结构，材质为金属、非金属或金属和非金属的复合材质。
6.根据权利要求4所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征所述的液体喷淋组件（6）的流量通过加大单个组件的流量和增加组件数量两种方法进行调节，材质为金属、非金属及金属和非金属复合材质。
7.根据权利要求4所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征所述的降膜蒸发组件（7）由一组或几组水平或倾斜的蒸发管或蒸发板组成，采用并联、串联或并联和串联混合的方式相连，采用单效或多效蒸发流程，所述蒸发管或蒸发板的材质为金属，非金属以及金属和非金属复合材质。
8.根据权利要求4所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征所述的液体收集槽（8）与壳体（5）下部相连或置于壳体（5）的底部，液体收集槽（8）的底部由管道连接至蒸发器壳体（5）的外部，或收集槽（8）设置于壳体（5）外的底部，用管道连接至蒸发器壳体（5）内。
9.根据权利要求4所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征所述的结垢牺牲板（9）采用电加热或蒸汽加热，且结垢牺牲板（9）表面的温度不低于降膜蒸发管表面的温度，位置在液体喷淋组件（6）和液体收集槽（8）之间，位于降膜蒸发管组件（7）的上面、下面或穿插在蒸发管组件（7）的中间。
10.根据权利要求4所述的高效液体零排放废水处理系统，其特征所述的汽液分离组件（10）采用旋涡分离式、折流板分离式、丝网除沫式或其组合，材质为金属，非金属以及金属和非金属复合材质。
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