CN103861302B - 一种工业化工废液分离回收利用装置 - Google Patents

Abstract

一种工业化工废液分离回收利用装置，包括：分离浓缩单元，包括用以加热待处理废液的加热模块、用以对加热后的废液进行雾化处理的雾化模块、用以将加热后的废液输送至雾化模块的泵浦，用以使雾化废液中的至少部分挥发性组分和/或部分水分通过，而将浓缩废液保留于分离浓缩单元内的气液分离模块；用以对由分离浓缩单元输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽进行冷凝处理的冷凝分离回收单元，并且分离浓缩单元与冷凝分离回收单元还彼此连通形成一封闭气流回路；以及用以在封闭气流回路中产生负压的负压发生单元。本发明结构简单紧凑，易于组装维护，成本低廉，使用寿命长，便于操作，能实现废液中多种成分的高效回收利用，安全、节能、环保。

Description

一种工业化工废液分离回收利用装置

技术领域

本发明特别涉及一种工业化工废液分离回收利用装置，属于环境保护技术领域。

背景技术

当前钢铁、化工染化、电镀阳极氧化等行业所排放的大量废水中往往含有大量酸碱性物质及重金属盐等，因而必须经过净化处理后才可排放。以钢铁工业、金属制品业为例，在生产过程中需要对金属材料表面氧化层进行酸洗处理，而再次过程中会产生大量酸洗废液，有些高粘度酸液往往都是被工件带入到水中而浪费，其中通常会包含游离酸、金属盐和水等。对于此类废水，目前国内普遍采用焙烧法、中和法等工艺处理，但前者工艺复杂，成本高，后者往往会造成资源浪费和二次污染。鉴于这两种工艺的缺陷，国内外研究人员又提出了如CN203436836U等文献所述及的蒸发结晶法等工艺，但此类工艺又大多存在设备复杂，使用寿命短、工作效率低、周期长，有价值组分回收利用率差等缺陷。

另外，考虑到废水处理领域习于采用将多种工业废水集中后统一处理的现状(属于后堵工艺，能耗大，产生副产物废物及废气多容易又形成二次污染)，如何有效处理此类成分复杂的废水且实现其中不同组分的高效回收利用，这亦已经成为当前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业化工废液分离回收利用装置及方法，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种工业化工废液分离回收利用装置，包括：

分离浓缩单元，包括：

加热模块，至少用以加热待处理废液，

至少一雾化模块，至少用以对加热后的废液进行雾化处理，

泵浦，至少用以将加热后的废液输送至至少一雾化模块，

气液分离模块，至少可使因输入所述分离浓缩单元的气流驱使而经过的雾化废液中的至少部分挥发性组分和/或部分水分以气体形态通过，而将浓缩后的废液保留于所述分离浓缩单元内；

冷凝分离回收单元，至少用以对由所述分离浓缩单元的出气口输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽进行冷凝处理，实现至少部分挥发性组分和/或水的回收，并且，所述分离浓缩单元的进气口还与所述冷凝分离回收单元的出气口连通，从而形成一封闭气流回路；

以及，负压发生单元，至少用以在所述封闭气流回路中产生负压，使气流于所述分离浓缩单元和冷凝分离回收单元之间循环流通。

进一步的，该装置还可包括：

余热回收单元，至少用以将回收自热源的余热(也包括设备自身使用过的热能)对空气进行加热且经所述分离浓缩单元的进气口输入所述封闭气流回路；

其中，所述热源包括所述分离浓缩单元中的加热模块和/或所述冷凝分离回收单元的冷凝模块，所述冷凝模块包括至少用以吸收由所述分离浓缩单元输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽所含的部分热量，并使所述该至少部分挥发性组分和/或水蒸气凝结为液态的机构。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：该工业化工废液分离回收利用装置结构简单紧凑，易于组装维护，成本低廉，使用寿命长，便于操作，和其他设备并联串联组合如离子交换，电渗析，纳滤反渗透等配合方便快捷要求条件低，且能实现废液中多种成分的安全快捷高效的回收利用，节能环保。

附图说明

图1是本发明一实施例中一种工业化工废液分离回收利用装置的结构示意图，其中：11-主分离室；

图2是本发明另一实施例中一种工业化工废液分离回收利用装置的结构示意图；

图3是本发明又一实施例中一种工业化工废液分离回收利用装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的主旨在于提供一种工业化工废液分离回收利用装置，其包括：

分离浓缩单元，包括：

加热模块，至少用以加热待处理废液，

至少一雾化模块，至少用以对加热后的废液进行雾化处理，

泵浦，至少用以将加热后的废液输送至至少一雾化模块，

气液分离模块，至少可使因输入所述分离浓缩单元的气流驱使而经过的雾化废液中的至少部分挥发性组分和/或部分水分以气体形态通过，而将浓缩后的废液保留于所述分离浓缩单元内；

冷凝分离回收单元，至少用以对由所述分离浓缩单元的出气口输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽进行冷凝处理，实现至少部分挥发性组分和/或水的回收，并且，所述分离浓缩单元的进气口还与所述冷凝分离回收单元的出气口连通，从而形成一封闭气流回路；

以及，负压发生单元，至少用以在所述封闭气流回路中产生负压，使气流于所述分离浓缩单元和冷凝分离回收单元之间循环流通。

显然，藉由前述设计可以同时实现相对较难挥发或非挥发组分的浓缩回收利用以及部分易挥发物质的回收利用，并且因气流系在所述分离浓缩单元与所述冷凝分离回收单元之间形成的封闭气流回路中循环允许，可以避免气体泄露到外部，且亦无二次废液排出，安全环保，同时还可使气流中所含的挥发性组分可在多次循环的过程中被最大程度的凝聚而得以回收利用。

并且，在本发明的分离浓缩单元中，系采用将废液一次加热后直接雾化，并蒸发分离去除废液中水分的方式，其具有效率高，安全、能耗小等优点。

进一步的，该工业化工废液分离回收利用装置还可包括：

余热回收单元，至少用以将回收自热源的余热对空气进行加热且经所述分离浓缩单元的进气口输入所述封闭气流回路；

其中，所述热源包括所述分离浓缩单元中的加热模块和/或所述冷凝分离回收单元的冷凝模块，所述冷凝模块包括至少用以吸收由所述分离浓缩单元输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽所含的部分热量，并使所述该至少部分挥发性组分或水蒸气和该至少部分挥发性组分凝结为液态的机构。

其中，所述余热回收单元自热源回收余热的方式可以有多种，例如，通过金属等导热体直接传热、通过导热流体导热等等，且不限于此。并且，通过将空气预热后输入分离浓缩单元，可防止雾化后的废液于分离浓缩单元内因遭遇冷气流而过快凝结，并有利于其中水分的蒸发和挥发性组分的挥发，从而实现更佳浓缩分离速度及效果。

进一步的，在前述分离浓缩单元中，可使输入所述分离浓缩单元的气流方向与所述雾化模块的喷雾方向相逆或垂直交叉，从而进一步增加雾化液滴与气流的接触面积，提升冷热交换蒸发效率。

进一步的，请参阅图1，在本发明的一典型实施例中，所述分离浓缩单元1可包含一壳体，该壳体的下部腔室内可安装加热模块14及收纳废液，因而亦可认为是废液浓缩分离主槽12，而上部腔室内则主要配置为主分离室11，该上部腔室和下部腔室之间可彼此隔离，并通过一自上部腔室穿入下部腔室的自动回流管道13连通，同时还可在分离浓缩单元内配置泵浦15，用以将废液浓缩分离主槽内的废液输送至位于该主分离室内的雾化模块16内。该雾化模块可采用业界所知的各种类型的喷雾机构，其可设置在靠近该分离浓缩单元的进气口的位置处，其喷雾方向可与气流流通方向垂直。该主分离室内还可设置气液分离模块，该气液分离模块可包括一水平设置的气液分离膜网板组合机构17，而在所述气液分离膜网板组合机构上方还分布有一高度可调节的网状分离机构18，且该网状分离机构设于该气液分离膜网板组合机构与该分离浓缩单元的出气口之间。

较为优选的，可以在位于该网状分离机构上方、且分布于该分离浓缩单元的进气口与该冷凝分离回收单元的出气口之间的管路内设置一液相重力差分离区19，该液相重力差分离区的高度可以为2-4m。

前述的加热模块可采用电热机构或其它加热机构，优选的可采用加热盘管等，通过在其中通入热流体，可实现对该废液浓缩分离主槽中的废液加热，而从该加热盘管输出的流体(如箭头a所示流向)中应还含有较多热量，故可以输入与该分离浓缩单元配套的余热回收单元中进行余热回收利用。

前述的网状分离机构优选采用至少沿沿竖直方向自由伸缩的网状分离机构。

又及，在该主分离室内，还可设置一变流挡板110。

该分离浓缩单元的进气口和出气口分别与一冷凝分离回收单元的出气口和进气口连通，从而在该两者之间形成一封闭气流回路(例如，其中的局部管路系气体回流管路6)。在该分离浓缩单元的出气口与冷凝分离回收单元的进气口之间的管路上可设置负压发生单元4，用以在所述封闭气流回路中产生负压，使气流于该封闭气流回路内循环流通。

进一步的，该负压发生单元可包括负压压力风机41以及气体调节阀门42。

该冷凝分离回收单元2亦可包含一具有进气口和出气口的壳体(也可命名为冷凝回收槽24)，且在壳体内置入冷凝模块，籍以实现对由所述分离浓缩单元的出气口输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽进行冷凝处理，从而将其中的至少部分挥发性组分和/或水回收。该冷凝模块可采用冷凝盘管(其中导热流体的流向可如箭头b所示)。

优选的，还可在该冷凝分离回收单元的出气口处的管路上设置用以滤除自该冷凝分离回收单元输出的气流中的水蒸气、液滴及固态颗粒的过滤网22。

又及，在本实施例中，该余热回收单元3同样可以包含一具有进气口和出气口的壳体(可命名为第一壳体)，在壳体内腔中设有用以回收热源(例如，前述加热模块和/或前述冷凝模块，当然也可以是其它工业热源例如高温导热油，热水等)的余热的热回收模块31，其可对空气进行加热且经该分离浓缩单元的进气口输入该封闭气流回路。该热回收模块可采用热回收盘管或板式或片式翅型换热器等，其可与前述的加热盘管、冷凝盘管等连通。

又及，为了调整进入前述的分离浓缩单元、余热回收单元、冷凝分离回收单元等的气流流量、流速、压力等，以满足对不同成分的废液的处理，还可在连通这些单元的管路上设置气流、气压调节阀门(如压力调节阀111、回收调节阀门23、设于余热回收单元进气口32的压力调节阀)等，并可另外设置压力监控自动传感设备根据溶液性质需求可以自动切换调整压力，保证分离效果(如气压表5等)，以提高其安全性能。

当然，在本发明的分离浓缩单元、冷凝分离回收单元之中，还可设置液流的入口、出口(如冷凝回收槽液流出口25)等。

在利用本实施例对废液进行处理时，可首先通过加热模块对废液进行加热，再经泵浦输入雾化模块，雾化后的废液在输入分离浓缩单元的热气流驱动下，到达气液分离模块，其中的挥发性组分(例如，盐酸、硝酸、有机溶剂等)和/或部分水分可以气体形态通过该气液分离模块，而其余难挥发或非挥发组分(例如，硫酸、磷酸或金属盐类等)与其余水分则冷凝回流，并重新进入废液浓缩分离主槽，而后再次经泵浦输入雾化模块，重新进行雾化、气液分离等过程，如此，经过多次反复后，即可将废液浓缩至所需浓度，而从分离浓缩单元输出的含水蒸气和挥发性组分的气流在进入冷凝分离回收单元后，将会快速释出热量使其中的水分和/或部分挥发性组分凝聚，实现其中挥发性组分的回收(例如，盐酸、硝酸等)，而携带有部分未凝聚的挥发性组分的气流在通过该冷凝分离回收单元后，还可与余热回收单元提供的热气流汇聚，并再次输入分离浓缩单元，从而实现循环利用，使热能损失较小，亦即可以降低能耗，同时，经过多次循环后，还可将挥发性组分最大程度的凝聚回收。

再请参阅图2-图3，在本发明的其它实施案例中，亦可将用以输送气流进入分离浓缩单元的管道伸入分离浓缩单元(相当于将分离浓缩单元的进气口内缩)，并使管道口114设于雾化模块下方且抵近雾化模块，同时在雾化模块上方依次分布气液分离模块和气液分离室。此种设计可以使气流垂直输往气液分离模块，从而减少风损，并提高效率。

另外，请继续参阅图2-图3，还可在气液分离室内设置有一块以上倾斜挡板113，且使挡板与气液分离室的内壁或各挡板之间形成一喇叭形收束结构，该收束结构的尾端设有所述分离浓缩单元的出气口，如此可进一步提高气流的输出效率。

综述之，本发明至少具有如下优点：

1.本发明的各组件结构简单，可采用模块化设计，且各组件还可进一步集成化组合，使得形成的该工业化工废液分离回收装置的体积紧凑，可有效节约空间。同时，该工业化工废液分离回收装置中的各组件可主要采用PP、PVC、CPVC、PVDF、FPR、碳纤维等构成，可以应用于处理各种高腐蚀性液体，并在多种温度条件下正常运转有极高的安全性能，而现有的其他类型回收分离浓缩系统大多采用不锈钢或钢板内衬防腐蚀材料制作，这种内衬容易出故障，密封难度大，耗用空间高度和占地面积大，修复困难，附属设备多设备造价高，维修安装不方便。

2.本发明可采用普通负压设备，特别是微负压装置作为负压发生单元，其安全性远远优于其他高真空负压设备，制造时不需要特殊设备，制造成本低、周期短，零部件工作压力低无故障易于安装维护。优选的，该负压发生单元中所采用的负压风机可以由FPR和碳纤维等制作(电机轴和蜗壳可采用真空密封保障无泄漏)，其可耐高温，且具有高轻度、高耐腐蚀等特性。

3.本发明通过设置余热回收单元，可以针对工业工厂中很多加热设备的二次热能进行回收(回收率至少在20-30％)以及再次利用(利用负压风速自动吸入热能，节能环保，降低污染)。

4.本发明采用负压风速、液体泵浦压力、气液分离网、液体温度、液相重力差，冷热交换等多种原理综合工艺进行处理废液，实现了废液中挥发和非挥发组分的高效回收利用。当然，对于一些成本较为简单的废液的处理工序，亦可采用常规鼓风设备向本发明的系统内提供常压气流，且可将其设置为能够与负压发生设备自动切换的模式。

5.本发明浓缩化学液体的最高浓度可达到80-95％，且设备运行稳定性高，保养维护几乎是零成本，以基本没有零件老化磨损问题，而现有的其他系统如分离膜、反渗透系统等最高浓缩浓度仅在20-40％左右，若采用真空浓缩器则造价高昂，密封性能保障低，若采用石墨蒸发器则寿命不足，占地面积大，附属设备多，且设备安装复杂，运行维护保养稳定性差，虽然真空设备浓缩效率高，但是对密封要求严格，随着电能的紧缺，抽取真空要消耗太多电的能耗，真空泵压力大故障高安全性能低。而如前所述，根据药液的性质本发明可以自动切换常压和微负压工作状态，从而保证设备安全无故障(本发明工作只需要3-7kw的电力供应)。

6.本发明的冷凝分离回收单元可以回收提纯分离多种可挥发性的液体，例如酸类、有机溶液等，因此尤其适于对制药废水、化工液体的特殊处理工艺。进一步的，在应用本发明的冷凝分离回收单元收集挥发性组分时，可根据其挥发度、沸点、温度、比重，粘度等条件情况可以调整设备温度、自动传感变频风压压力、风速等来控制调节回收药业的浓度及纯度，反之，分离浓缩主槽所保留的是另外一种非挥发性药液，且可根据其成分评估及分析而用作他处。

7.本发明在工作时，无需对废液进行过度加热，而只需较低的加热温度，能耗低，能量利用率高，且基本无废气废液排放。

8.本发明设备的效率可以随时自行调节，例如可通过调整管路中各处的气流、气压阀门等而改变设备效率，而不需要改变设备的大小以及各种泵浦大小其他配件的功率等，从而达到客户需求的效率和分离状况。

9.本发明利用空气动力学和流体动力学相结合的方式达到设备高效的效果，设备在分离网区域具有高度可以调节的装置(即前述网状机构)，其可根据不同性质的药液比重重力不同的特性调整高度，达到兼容效果。

又及，本发明属于前端防呆提前分类处理回收和重新利用工艺，可大大减轻后端处理工艺和设备压力(例如本发明的前述实施例应用于铝阳极氧化工艺中磷酸的回收及再生，可以降低废水80％的压力，使污泥量降低80-95％。进一步的，通过将本发明与离子交换树脂等配合使用，还可以完成再生磷酸硫酸，在降低废水压力的同时，可使工厂的磷酸购买使用量可以减少70-80％，降低大量的成本，并且，一般来说，若使用本发明的装置，3-6个月就可以收回成本。)

应当理解，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于包括：

分离浓缩单元，包括：

加热模块，至少用以加热待处理废液，

至少一雾化模块，至少用以对加热后的废液进行雾化处理，

泵浦，至少用以将加热后的废液输送至至少一雾化模块，

气液分离模块，至少可使因输入所述分离浓缩单元的气流驱使而经过的雾化废液中的至少部分挥发性组分和/或部分水分以气体形态通过，而将浓缩后的废液保留于所述分离浓缩单元内；

冷凝分离回收单元，至少用以对由所述分离浓缩单元的出气口输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽进行冷凝处理，实现至少部分挥发性组分和/或水的回收，并且，所述分离浓缩单元的进气口还与所述冷凝分离回收单元的出气口连通，从而形成一封闭气流回路；

以及，负压发生单元，至少用以在所述封闭气流回路中产生负压，使气流于所述分离浓缩单元和冷凝分离回收单元之间循环流通；

其中，输入所述分离浓缩单元的气流方向与所述雾化模块的喷雾方向相逆或垂直交叉，所述分离浓缩单元的进气口设于所述雾化模块下方且抵近所述雾化模块，所述雾化模块上方依次分布有气液分离模块和气液分离室，且所述气液分离室内设置有至少一倾斜挡板，所述挡板与所述气液分离室的内壁或各挡板之间形成一喇叭形收束结构，所述收束结构的尾端设有所述分离浓缩单元的出气口。

2.根据权利要求1所述的工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于还包括：

余热回收单元，至少用以将回收自热源的余热对空气进行加热且经所述分离浓缩单元的进气口输入所述封闭气流回路；

其中，所述热源包括所述分离浓缩单元中的加热模块和/或所述冷凝分离回收单元的冷凝模块，所述冷凝模块包括至少用以吸收由所述分离浓缩单元输出的至少部分挥发性组分和/或水蒸汽所含的部分热量，并使该至少部分挥发性组分和/或水蒸汽凝结为液态的机构。

3.根据权利要求2所述的工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于所述余热回收单元包括：

具有进气口和出气口的第一壳体，置于所述第一壳体内的、用以对流经所述余热回收单元的气体进行加热的热回收盘管或板式或片式翅型换热器；

所述分离浓缩单元中的加热模块采用加热盘管，所述冷凝分离回收单元的冷凝模块采用冷凝盘管，且所述热回收盘管还与所述加热盘管和/或冷凝盘管连通。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于所述负压发送单元设置在用以连通所述分离浓缩单元的出气口与冷凝分离回收单元的进气口之间的管路上，且所述负压发生单元包括负压压力风机以及气流调节阀门。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于所述气液分离模块包括至少一水平设置的气液分离膜网板组合机构，而在所述气液分离膜网板组合机构上方还分布有至少一高度可调节的网状分离机构，且所述网状分离机构设于所述气液分离膜网板组合机构与所述分离浓缩单元的出气口之间。

6.根据权利要求5所述的工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于，在位于所述网状分离机构上方、且分布于所述分离浓缩单元的进气口还与所述冷凝分离回收单元的出气口之间的管路内还设有一液相重力差分离区。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于所述冷凝分离回收单元的出气口处的管路上还设有用以滤除自所述冷凝分离回收单元输出的气流中的水蒸气、液滴及固态颗粒的过滤网。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的工业化工废液分离回收利用装置，其特征在于，至少在与所述分离浓缩单元的进气口直接连通的管路上以及至少在与所述冷凝分离回收单元的进气口直接连通的管路上还均设有气体调节阀门。