CN103466736B - 一种高浓度含盐废水的循环处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高浓度含盐废水的循环处理系统，包括蒸发室、冷凝室、固液分离器、混合槽、换热器、热泵机组、空冷器和风机，其中，蒸发室、冷凝室和风机彼此连接形成第一循环回路，蒸发室的浓盐水出口依次连接有混合槽、换热器，且换热器的一个出水端与蒸发室的塔顶相连形成第二循环回路，蒸发室底部的结晶物出口与固液分离器相连接，且固液分离器的液体出水端与蒸发室相连接形成第三循环回路；冷凝室依次与热泵机组的冷凝室、换热器、热泵机组的蒸发室、空冷器相连接，且空冷器的出水端与冷凝室的塔顶相连形成第四循环回路。废水经过各循环回路的循环处理后，废水中的盐可结晶回收，产生的水回用，实现了高浓度含盐废水的资源化、无害化处理。

Description

一种高浓度含盐废水的循环处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种废水的处理系统，具体涉及一种高浓度含盐废水的蒸发结晶循环处理系统及工艺，属于环保水处理领域。

背景技术

随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，其中较大一部分是高浓度含盐废水，该废水对生态环境有诸多危害，而工业上主要处理方法是利用高效耐盐菌处理或加水稀释排放，这样既浪费了大量水资源，又不能从总量上控制排入环境中的盐量，所以高浓度含盐废水的处理已成为国内环保行业急需解决的难题。

为了解决高浓度含盐废水处理问题，近些年出现了许多的蒸发浓缩结晶设备，但这些设备基本上都是相对独立的操作单元。例如，蒸发有单效蒸发、多效蒸发、升膜蒸发及降膜蒸发等，而结晶也分为浓缩结晶、冷却结晶、等电点结晶等。其中每个操作单元中设备的结构都比较复杂，功能单一，设备操作不够方便，而且各单元操作的能耗相对较高，能量重复利用率比较低。因此，这种不具有通用性的单元操作给企业生产带来不便。机械蒸汽再压缩技术中使用了循环压缩机，对二次蒸汽再压缩，然后给原水进行加热，与传统结晶器相比，能耗得到了一定的节约。但不足的是，相应配套的设备也随之增加，是整个系统变得复杂，占地面积较大，运行费用也相对增加。在降膜蒸发技术中针对现有生产技术中换热效果差，蒸发效率低等缺点，提拱了一种结构合理的切向进料的高效降膜蒸发器，从而实现了液体流入导热装置时均匀，大大提高了换热效率。但是，关于降膜蒸发易积垢堵塞的问题没有解决，而且降膜蒸发存在能耗高，热量重复利用低等特点。因此，在蒸发浓缩结晶过程中如何提高热能的利用率，降低运行成本，并使蒸发浓缩结晶一体化，实现高效稳定运行以及具有一定通用性的系统单元一直是废水处理行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、系统化，占地面积小、能耗低、能量重复利用率高、运行费用低，高效、节能、运行效果稳定的高浓度含盐废水的蒸发结晶循环处理系统，本发明还提供了一种所述循环处理系统的处理工艺。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高浓度含盐废水的循环处理系统，包括蒸发室、冷凝室、固液分离器、混合槽、换热器、热泵机组、空冷器和风机，其中，所述蒸发室、冷凝室和风机彼此连接形成第一循环回路，所述蒸发室的浓盐水出口通过管道及循环泵依次连接有混合槽、换热器，且换热器的一个出水端与蒸发室的塔顶相连形成第二循环回路，所述蒸发室底部的结晶物出口通过管道及循环泵与固液分离器相连接，且固液分离器的液体出水端通过管道及循环泵与蒸发室相连接形成第三循环回路；所述冷凝室通过管道及循环泵依次与热泵机组的冷凝器、换热器、热泵机组的蒸发器、空冷器相连接，且空冷器的出水端与冷凝室的塔顶相连形成第四循环回路。

优选的是：所述蒸发室和冷凝室的结构相同，其内部从上至下依次设置有布水系统、填料层、收水器及储槽。

优选的是：所述布水系统包括布水管路及设置于布水管路上向下设置的布水喷头。

优选的是：所述填料层上设置有填料，所述填料为点波填料。

优选的是：所述收水器的外形为V型结构。

优选的是：所述第二循环回路和第三循环回路中的循环泵为螺杆泵，第四循环回路中的循环泵为普通离心泵。

优选的是：所述风机为轴流变频风机。

优选的是：所述的换热器为钛板式换热器；所述的热泵机组为溴化锂吸收式热泵机组。

优选的是：所述循环处理系统还包括对整个系统实现自动运行控制的PLC控制系统。

一种高浓度含盐废水的循环处理工艺，包括以下步骤：

1）一次循环：蒸发室对浓盐水进行蒸发，在风机的作用下，空气在蒸发室和冷凝室内进行强制循环，冷空气在蒸发室内经过与原水换热后携带一部分水气和热量至冷凝室中，并在冷凝室中与冷却水换热降温，降温后的空气又在风机的作用下返回至蒸发室中；

2）二次循环：高浓度含盐废水原水在混合槽中与蒸发室蒸发产生的浓盐水混合后，进入换热器中换热升温后返回至蒸发室内进行蒸发；

3）三次循环：蒸发室底部富集的含有结晶物的混合液经进入到固液分离器中进行脱水分离，脱水产生的浓水返回至蒸发室中进行蒸发；

4）四次循环：冷凝室中产生的高温冷却水进入到热泵机组的冷凝器中升温，然后进入换热器中与二次循环步骤中的废水换热冷却后进入到热泵机组的蒸发器中降温，随后，冷却水进入到空冷器中进行再次降温后从塔顶返回至冷凝室中。

相比于现有的废水蒸发结晶处理系统，本发明的循环处理系统具有以下优点：

1）本发明的循环处理系统利用的是低温循环水、冲渣水、地热尾水、太阳能热水、废热油等余热，因此，系统高效节能，相应大大减少了系统的运行费用；

2）由于蒸发温度在80℃以下，温度相对较低，因此可实现低温高效；

3）通过喷淋冷凝，可将水气所携带的能量转移进水里，进而在经过机组的吸收给原水加热，充分利用了能量，回收了能量，能量重复利用率高；

4）整个系统处于密闭状态，不产生任何废气，不向空气中排放任何气体，不污染环境；

5）通过不断循环蒸发与浓缩处理，最终使得废水中的盐结晶，系统产生的清水可进行回用，处理彻底，达到真正的“零排放”要求，实现了各类高浓度含盐废水的资源化和无害化处理；

6）处理对象广泛，对化工类、制药类、以及各种高浓度含盐废水以及海水淡化等均适用；

7）无高温高压设备，系统运行安全可靠，并且智能；

8）并将蒸发与结晶有效的融合，占地面积小，实现了系统一体化。

附图说明

图1示出了本发明所述的循环处理系统的结构示意图；

图2为常压、不同温度下饱和湿空气的含水量曲线图；

图3为不同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如附图1所示，本发明所述的循环处理系统，包括蒸发室1、冷凝室2、固液分离器3、混合槽4、换热器5、热泵机组6、空冷器7和风机8，其中，所述蒸发室1、冷凝室2和风机8通过管道连接形成第一循环回路，所述蒸发室1的浓盐水出口通过管道及循环泵依次连接有混合槽4、换热器5，且换热器5的一个出水端与蒸发室1的塔顶相连以形成第二循环回路，所述蒸发室1底部的结晶物出口通过管道及循环泵与固液分离器3相连接，且固液分离器3分离出的液体出水端通过管道及循环泵与蒸发室1相连接形成第三循环回路；所述冷凝室2通过管道及循环泵依次与热泵机组6的冷凝器、换热器5、热泵机组6的蒸发器、空冷器7相连接，且空冷器7的出水端与冷凝室2的塔顶相连以形成第四循环回路。

本发明中，所述蒸发室1和冷凝室2的结构相同，均由可耐80℃左右、并具有防腐、保温以及有一定强度及较好的密封性能的材料如不锈钢、玻璃钢等制成的横流式机械通风设备，即水的流向为由上至下，风的流向为一侧进另一侧出，所述蒸发室1和冷凝室2的内部从上至下依次设置有布水系统、填料层、收水器及储槽，所述布水系统为喷洒式布水，包括布水管路及设置于布水管路上向下设置的布水喷头，所述填料层上设置有填料，所述填料为点波填料，所述收水器的外形为V型结构，以尽可能的阻止蒸发室1和冷凝室2内的微小液滴被强制循环的空气带走，所述储槽位于蒸发室1或冷凝室2的底部，具有一定的坡度，可以使结晶析出的盐及时顺利排出。本发明中，所述的布水喷头、收水器及储槽均可耐80℃左右温度，且耐腐蚀，此外，根据所需处理的废水量，本发明中的蒸发室1和冷凝室2可多个串联使用。

进一步地，本发明所述的循环处理系统中，第二循环回路和第三循环回路中的循环泵为螺杆泵，第四循环回路中的循环泵为普通离心泵。所述风机8为轴流变频风机，具有防爆和防腐特性；所述混合槽4的作用是将原水和从蒸发室1出来的浓盐水进行充分混合，由具有防腐性的材质制成；所述的换热器5为高效并防腐的钛板式换热器；所述的热泵机组6采用溴化锂吸收式热泵机组，包括蒸发器和冷凝器，以便更多地利用低品位的工业余热和废热；此外，本发明所述循环处理系统还包括对整个系统实现自动运行控制的PLC控制系统。

以本发明所述的循环处理系统处理高浓度含盐废水，其主要原理是利用不同温度条件下饱和湿空气的含水量的不同进行蒸发分离，通过对空气进行加热和冷却，使其在饱和蒸汽压的推动下不断地吸收和释放一定量的水蒸气，进而实现浓盐水的蒸发与结晶。图2示出了不同温度下饱和湿空气的含水量曲线图，图3为与其对应的不同温度下水蒸气的饱和蒸汽压曲线图。

本发明所述的循环处理系统的处理工艺包括以下步骤：

1）一次循环：蒸发室1在对浓盐水进行蒸发的过程中，通过风机8提供的动力使得空气在蒸发室1和冷凝室2内进行强制循环，冷空气在蒸发室1内经过与原水换热后携带一部分水气和热量至冷凝室2中，并在冷凝室2中与冷却水换热降温，降温后的空气又在风机8的作用下返回至蒸发室1中，从而完成第一循环回路的循环；此循环过程是通过水在填料上的淋洒对空气进行加热和冷凝，即：在蒸发室1内对热的浓盐水进行淋洒，通过和空气换热进而使水分蒸发，水气所带走的热量来源于热盐水本身温度的下降，在冷凝室2内利用淋洒温度较低的水对冷空气进行冷凝，冷凝水气所放出的热量储存在水里，通过蒸发和冷凝对浓盐水进行浓缩结晶，冷凝室2冷凝产生的清水可以作为中水回用；

2）二次循环：蒸发室1蒸发产生的浓盐水经泵提升进入混合槽4中，并在混合槽4中与高浓度含盐废水的原水混合后，经泵提升进入换热器5中换热升温后再次从塔顶进入蒸发室1内进行蒸发，完成第二循环回路的循环；

3）三次循环：蒸发室1底部富集的含有结晶物的混合液经泵提升进入到固液分离器4中进行脱水分离，当水流在一定的压力下以切线方向进入固液分离器4后，会产生强烈的旋转运动，由于结晶物和水的密度不同，在离心力、向心力、浮力和流体曳力的共同作用下，密度大的结晶物下沉至固液分离器4的底部，并经底部的固体盐出口去往盐精制单元，而密度低的盐水上升，并在循环泵的作用下经管道返回至蒸发室1中进行循环蒸发，从而完成第三循环回路的循环；

4）四次循环：冷凝室2中产生的高温冷却水在循环泵的作用下，进入到热泵机组6的冷凝器中升温5～10℃后，进入换热器5中与二次循环中的废水换热降温后进入到热泵机组6的蒸发器中降温，随后，冷却水进入到空冷器7中进行再次降温后从塔顶返回至冷凝室2中，从而完成第四循环回路的循环。

本发明中，虽然蒸发室1和冷凝室2的内部结构相同，但其作用并不相同，在蒸发室1内是通过循环原水给空气加热，而在冷凝室2内则是通过循环冷却水给空气进行降温，根据不同温度的空气所携带的水气不同，进而实现蒸发结晶过程。从能量平衡角度上来说，在一次循环过程中，水气所携带的能量由蒸发室1转移到冷凝室2中，对于蒸发室1来说，来自二次循环从塔顶进入蒸发室1中，经过布水系统喷洒在填料层的填料上，并与从蒸发室1的一侧进入蒸发室1内的来自冷凝室2的冷空气在填料上进行充分换热，换热后的热空气携带一定量的水气从蒸发室1另一侧去往冷凝室2中冷凝，而蒸发室1中经降温后的含有结晶物的废水进入储水槽中，并在循环泵的作用下，浓水去往混合槽4中，含有结晶物的废水进入到固液分离器3中；对于冷凝室2来说，循环冷却水经布水系统喷洒在填料层的填料上，并与从冷凝室2的一侧进入冷凝室2内的来说蒸发室1的热空气在填料上进行充分换热，被降温后的冷空气返回至蒸发室1中，而被加热后的冷却水则进入到第四循环回路中进行循环。

此外，本发明的第四循环回路中，采用热泵机组6到对降温的热水进行加热以及对温度升高的冷水进行降温，即：利用冷凝放热对原水进行加热，理论上蒸发吸热和冷凝放热是等量的，因此，热泵机组6从理论上时不提供能量的，但实际使用中，有少量能量损失，进而只需补充极少的能量即可，本发明中热泵机组6消耗的能量来自于废热或余热，包括低温循环水、冲渣水、地热尾水、太阳能热水、废热油等，因此，显著降低了能耗，提高了热量的利用率。

实施例1

20%的氯化钠浓盐水以0.80m³/h的流量进入本发明所述的循环处理系统进行处理，其处理结果如表1所示：其中，表1中的a、b至l分别对应于图1中的取样点a、b至l。

表1氯化钠浓盐水的处理结果表

上述浓盐水经过本发明的循环系统及工艺处理后，获得每立方产水所需的废热量小于40KW·h。

实施例2

20%的硫酸钠浓盐水以0.76m³/h的流量进入本发明所述的循环处理系统进行处理，其处理结果如表2所示：其中，表2中的a、b至l分别对应于图1中的取样点a、b至l。

表2硫酸钠浓盐水的处理结果表

上述浓盐水经过本发明的循环系统及工艺处理后，获得每立方产水所需的废热量小于40KW·h。

实施例3

10%的氯化钠和10%的硫酸钠混合浓盐水以0.5m³/h的流量进入本发明所述的循环处理系统进行处理，其处理结果如表3所示：其中，表3中的a、b至l分别对应于图1中的取样点a、b至l。

表3混合浓盐水的处理结果表

上述浓盐水经过本发明的循环系统及工艺处理后，获得每立方产水所需的废热量小于40KW·h。

本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。

本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化或过分形式化。公知的功能或结构处于简要和清楚地考虑或不再赘述。

Claims (8)

1.一种高浓度含盐废水的循环处理系统，其特征在于：包括蒸发室、冷凝室、固液分离器、混合槽、换热器、热泵机组、空冷器和风机，其中，所述蒸发室、冷凝室和风机彼此连接形成第一循环回路，所述蒸发室的浓盐水出口通过管道及循环泵依次连接有混合槽、换热器，且换热器的一个出水端与蒸发室的塔顶相连形成第二循环回路，所述蒸发室底部的结晶物出口通过管道及循环泵与固液分离器相连接，且固液分离器的液体出水端通过管道及循环泵与蒸发室相连接形成第三循环回路；所述冷凝室通过管道及循环泵依次与热泵机组的冷凝器、换热器、热泵机组的蒸发器、空冷器相连接，且空冷器的出水端与冷凝室的塔顶相连形成第四循环回路；其中：所述蒸发室和冷凝室的结构相同，为横流式机械通风结构，其内部从上至下依次设置有布水系统、填料层、收水器及储槽；所述填料层上设置有填料，所述填料为点波填料。

2.根据权利要求1所述的循环处理系统，其特征在于：所述布水系统包括布水管路及设置于布水管路上向下设置的布水喷头。

3.根据权利要求1所述的循环处理系统，其特征在于：所述收水器的外形为V型结构。

4.根据权利要求1所述的循环处理系统，其特征在于：所述第二循环回路和第三循环回路中的循环泵为螺杆泵，第四循环回路中的循环泵为普通离心泵。

5.根据权利要求1所述的循环处理系统，其特征在于：所述风机为轴流变频风机。

6.根据权利要求1所述的循环处理系统，其特征在于：所述的换热器为钛板式换热器；所述的热泵机组为溴化锂吸收式热泵机组。

7.根据权利要求1～6任一项所述的循环处理系统，其特征在于：所述循环处理系统还包括对整个系统实现自动运行控制的PLC控制系统。

8.一种利用如权利要求1所述的循环处理系统处理高浓度含盐废水的循环处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)一次循环：蒸发室对浓盐水进行蒸发，在风机的作用下，空气在蒸发室和冷凝室内进行强制循环，冷空气在蒸发室内经过与原水换热后携带一部分水气和热量至冷凝室中，并在冷凝室中与冷却水换热降温，降温后的空气又在风机的作用下返回至蒸发室中；

2)二次循环：高浓度含盐废水原水在混合槽中与蒸发室蒸发产生的浓盐水混合后，进入换热器中换热升温后返回至蒸发室内进行蒸发；

3)三次循环：蒸发室底部富集的含有结晶物的混合液经进入到固液分离器中进行脱水分离，脱水产生的浓水返回至蒸发室中进行蒸发；

4)四次循环：冷凝室中产生的高温冷却水进入到热泵机组的冷凝器中升温5～10℃，然后进入换热器中与二次循环步骤中的废水换热冷却后进入到热泵机组的蒸发器中降温，随后，冷却水进入到空冷器中进行再次降温后从塔顶返回至冷凝室中。