CN105036223A - 一种高效节能的污水处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种对工业污水进行无害化处理、并能充分利用处理过程中的热能、并可对水资源和其它工业产品进行重复利用的方法及装置。本发明的这种污水处理方法是:首先将待处理的污水预热到设定温度后送入MVR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MVR蒸发器中的浓缩液浓度达到预定值后得到被处理液,被处理液引入强制循环蒸发器进行再蒸发浓缩处理。本发明的设备可实现本发明的方法,可实现有效且高效地处理废水,可使设备的停机清洗时间大大缩短、并且设备的再清洗更简单,能最大限度地降低设备成本。

Description

一种高效节能的污水处理方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种对工业污水,特别是一种对生活或工业高盐废水以及造纸行业黑液废水进行无害化处理、并能充分利用处理过程中的热能,并可对水资源和其它工业产品进行重复利用的方法及装置。本发明的方法采用了机械强制循环蒸发的方法,在将待处理的污水预热到设定温度后送入MVR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MVR蒸发器中的浓缩液浓度达到预定值后得到被处理液,被处理液引入强制循环蒸发器进行再蒸发浓缩,使浓缩液体进一步浓缩后分别得到再浓缩的污水和二次蒸汽,强制循环蒸发器中的二次蒸汽形成的轻污冷凝水送至轻污冷凝水槽直接回用。本发明的装置中包括:依次相互用管路串联连通的预热器、MVR、强制循环蒸发器,与前述的各预热器、蒸发器、加热器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐,MVR的蒸汽压缩机,以及设置于MVR、各冷凝水罐、加热室管路上的栗与阀门及控制系统。
背景技术
[0002] 水是人类生存和发展不可缺少的自然资源,是生命起源的摇篮,是任何其他物质所不可替代的物质基础。我国是一个多干旱、缺水严重的国家,近年来随着工业生产的发展,对于水资源的需求量不断加大,粗放型经济发展模式又忽视了中国水资源短缺的事实,另外环境污染情况不仅没有得到根本治理,反而有逐步加重的趋势。因此水资源紧缺矛盾和环境污染压力在未来一段时期内将更加凸显。将工业污水采取适当措施治理后循环利用,是改善生存环境、解决用水困难的一种有效手段,可以采用的方法有很多,但就目前而言,投资和运行成本最低、技术水平最高、治理效果最为显著的方法还是采用蒸馏法。传统治理污水的蒸馏法采用多级蒸发器串联的方式,由于其具备操作方式简单、运行可靠平稳等诸多优点,因此得到了广泛的应用。但是传统蒸发系统运行过程当中需要采用燃煤锅炉提供大量动力蒸汽,煤炭在燃烧前要进行脱硫处理,燃烧过程中造成粉尘二次污染,排放出数倍于燃煤量的二氧化碳,造成地球温室气体效应。其中I效蒸发器使用锅炉产生的新鲜蒸汽作为加热热源,其后的各效蒸发器依次利用上一效蒸发器所产生的二次蒸汽作为加热热源,末效二次蒸汽进入冷凝器冷凝成蒸馏水,完成整个蒸发过程。用于冷凝末效二次蒸汽的工业清水用量和配备设备数量很多,且将很大一部分热量白白浪费,不能得到有效循环利用,这样就造成设备能耗较高,运行成本加大和环境污染等问题。
[0003]同时,为了降低能耗,提高热能利用效率,传统蒸发系统大多数情况下都采用多效蒸发器的组合方式,这样便使得整个系统设备数量繁多、占用场地增加、控制系统复杂。而多效蒸发器系统当蒸发器效数增加到一定程度时,由于有效温差减小,温度损失增多,蒸发强度下降,每增加一效蒸发器都要付出极大的设备投入,而节能效果却不再有明显的改善,所以目前基本上蒸发系统的蒸发器效数都在五至七效之间,在传统蒸发系统上进一步提高能源利用效率的目标陷入技术瓶颈,在目前形势下,节能降耗指标无法完成。
[0004] 近年来MVR蒸发器作为一种新型的蒸发设备,由于其对传统蒸发系统工艺、原理和方式进行了彻底的改变,充分减少了系统中的各种热量损失、利用了各种有效热能,采取机械做功而获得高品质热源,并且在正常运行中无需再使用燃煤锅炉提供蒸汽,改变为使用电力等清洁能源,具有明显的节能降耗效果、设备集成化程度高、占地面积大大减小、自动控制系统简单、投资成本低等传统蒸发设备所不具备的优势,因此在不同行业得到了广泛的应用。例如中国发明专利201410271604X公开的一种染料中间体对位酯生产废水的处理方法、中国发明专利2011102333975公开的一种处理高盐高浓工业废水以废治废的方法、中国实用新型专利公开的一种废水处理系统均采用了 MVR蒸发设备。
[0005] 但是在实际使用过程当中,其本身固有的一些缺点也凸显出来,主要变现为:
一、MVR蒸发器只适合于低浓度、低粘度的溶液蒸发,当被蒸发溶液浓度达到一定程度时,由于其粘度增大、流动性变差,将会在换热元件表面形成水垢,溶液中的固形物不断附着其上,换热效率急剧下降,阻断了换热,蒸发难以持续进行。因此,其应用领域一般为低浓度大蒸发水量的情况,对于较高浓度和粘度的溶液蒸发则无能为力。但是实际生产应用中,为了达到某种特定的工艺需要或实现某种特殊品质的物料条件,则需要将待处理溶液浓缩到具有高浓度的状态,以实现既定的工艺目标,降低综合应用成本。其实,在此条件和状态之下,系统需要的能量消耗并不多,相反,所带来的经济效益和工艺条件十分可观,但是,MVR蒸发系统无法进一步实现提浓目标。
[0006] 二、尽管MVR蒸发器中可以设置自汽提装置,将蒸发所获得的二次蒸馏冷凝水以轻污冷凝水和重污冷凝水的形式分别排出,通常情况下轻污冷凝水罐COD含量在350mg/L以下,达到工业用水的使用标准,可以直接回流程使用;但是重污冷凝水COD含量一般都在4000mg/L甚至更高,达不到工业用水使用标准,依靠MVR自身蒸发系统无法对其进行下一步处理,不能实现处理后全部回用和零排放要求。
[0007]因此,MVR蒸发系统是一个蒸发单元,其所适应的被蒸发溶液为低浓度、低粘度,在实际使用过程当中工艺的适应性不高,无法独立完成工厂需要。
[0008] 在传统多效蒸发系统中,一般广泛采用汽提塔来处理不合格的重污冷凝水,进入汽提塔处理重污冷凝水的动力源为锅炉新鲜蒸汽,经过汽提塔的蒸汽被一些不凝性气体和有机物污染,需要在某效蒸发器内单独设立一组换热系统来应用汽提塔的蒸汽并形成持续工作的系统动力。由于传统蒸发系统设备效数多,工艺延伸范围广,由汽提塔排出蒸汽的换热元件系统可以利用系统本身的工艺条件得到处理和应用。但是,目前MVR蒸发系统是一个单一的蒸发单元,不具备处理汽提塔排出蒸汽的工艺条件,使得MVR蒸发系统和汽提系统不能得到有机的组合。
[0009]同时,利用强制循环蒸发器能达到抗盐析、抗结垢的特点,可以将废液浓缩成为可以分离或燃烧处理的状态。但是,往往强制循环蒸发自成多级蒸发系统,利用前后的层级关系和末端真空系统进行工作,难以和MVR蒸发系统在温度、压力和能量平衡方面得到有机组合和匹配。
发明内容
[0010] 本发明提供一种可克服现有技术不足,将汽提系统、强制循环蒸发系统和MVR系统有机组合,发挥各自优点、采用蒸发处理方式进行污水处理的方法及装置。
[0011] 本发明的这种污水处理方法是:首先将待处理的污水预热到设定温度后送入MVR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MVR蒸发器中的浓缩液浓度达到预定值后得到被处理液,被处理液引入强制循环蒸发器进行再蒸发浓缩,使浓缩液体进一步浓缩后分别得到再浓缩的污水和二次蒸汽,强制循环蒸发器中的二次蒸汽形成的轻污冷凝水送至轻污冷凝水槽直接回用,本发明中MVR经蒸汽压缩机升温加压后的蒸汽在MVR蒸发器中形成轻污冷凝水,该轻污冷凝水从MVR蒸发器换热元件中引出并用做加热待处理污水的换热热源后直接返回使用,剩余汽体进行蒸汽汽提,形成重污水与不凝气的混合物,不凝气的混合物经再次冷凝后形成重污水待进一步处理;被处理液至少进行一效强制循环蒸发处理,得到的工艺要求的最终浓缩液体,被处理液经强制循环蒸发处理产生的二次蒸汽作为动力介质进行液体汽提;经液体汽提后排出的二次蒸汽经蒸汽汽提得到重污凝水与蒸汽汽提形成重污水混合后进入液体汽提。
[0012] 本发明的污水处理方法中最好采用二效以上强制循环蒸发处理,其中I效强制循环蒸发热源采用新鲜蒸汽,前一效强制循环蒸发处理产生的二次蒸汽用作后一效强制循环蒸发的蒸发热源,最终一效强制循环蒸发处理产生的二次蒸汽用作液体汽提的动力介质。
[0013] 本发明的污水处理装置,包括:依次相互用管路串联连通的预热器、MVR、强制循环蒸发器,与前述的各预热器、蒸发器、加热器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐,MVR的蒸汽压缩机,以及设置于MVR、各冷凝水罐、加热室管路上的栗与阀门、控制系统,等。在本发明中,MVR蒸发器的二次蒸汽与蒸汽压缩机的入口间用管路连通;蒸汽压缩机的出口与蒸汽稳压罐的二次蒸汽入口间用管路连通;蒸汽稳压罐的新鲜蒸汽入口与新鲜蒸汽管网连通(提供启动蒸汽),蒸汽稳压罐与MVR加热器之间用管线连通;强制循环蒸发器加热室的不凝气出口管与蒸发室连通;强制循环蒸发器加热室的冷凝水出口管分别与清洁冷凝水罐连通;强制循环蒸发器的二次蒸汽出口管与液体汽提塔的蒸汽入口管间用管路连通;在靈1?的蒸发器的换热元件中设置一个汽提区将整个换热区域分为上部的重污水区和下部的轻污水区,其中:重污水区的上部与表面泠凝器的不凝气入口管间用管路连通、重污水区的下部与液体汽提塔的蒸汽出口管和重污冷凝罐间分别用管路连通;重污冷凝水加热器的重污水出口与液体汽提塔上部的重污水入口连通,液体汽提塔的轻污冷凝水出口管与重污冷凝水加热器的轻污冷凝水入口管间用管路连通,重污冷凝水加热器的重污水入口与重污冷凝水槽间用管路连通,待处理污水预热器的轻污冷凝水出口与轻污冷凝水槽间用管路连通;表面冷凝器的温水出口和冷却水入口分别与为温水收集管和清水供应管连通,表面冷凝器的冷凝水出口与重污冷凝水罐用管路连通;待处理污水预热器的料液进口和料液出口分别与待处理污水供料管和MVR蒸发器循环栗相连通,待处理污水预热器的冷凝水入口和冷凝水出口分别连通MVR的轻污冷凝水罐和轻污冷凝水槽。
[0014] 本发明的污水处理装置,还可以是在包括:依次相互用管路串联连通的预热器、MVR、强制循环蒸发器,与前述的各预热器、蒸发器、加热器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐,MVR的蒸汽压缩机,以及设置于MVR、各冷凝水罐、加热室管路上的栗与阀门、控制系统等之外,其MVR蒸发器的二次蒸汽与蒸汽压缩机的入口间用管路连通;蒸汽压缩机的出口与蒸汽稳压罐的二次蒸汽入口间用管路连通;蒸汽稳压罐的新鲜蒸汽入口与新鲜蒸汽管网连通,提供系统启动蒸汽,蒸汽稳压罐与MVR加热器之间用管线连通;强制循环蒸发器加热室的不凝气出口管与蒸发室连通;强制循环蒸发器加热室的冷凝水出口管分别与清洁冷凝水罐连通;I效强制循环蒸发器与新鲜蒸汽管连通,前一效强制循环蒸发器的二次蒸汽管与后一效强制循环蒸发的蒸发器的加热器相连,最终一效强制循环蒸发器的二次蒸汽管与液体汽提塔的蒸汽入口管间用管路连通的蒸发器的换热元件中设置一个汽体汽提区将整个换热区域分为上部的重污水区和下部的轻污水区,其中:重污水区的上部与表面泠凝器的不凝气入口管间用管路连通、重污水区的下部与液体汽提塔的蒸汽出口管和重污冷凝罐间分别用管路连通;重污冷凝水加热器的重污水出口与液体汽提塔上部的重污水入口连通,液体汽提塔的轻污冷凝水出口管与重污冷凝水加热器的轻污冷凝水入口管间用管路连通,重污冷凝水加热器的重污水入口与重污冷凝水槽间用管路连通,待处理污水预热器的轻污冷凝水出口与轻污冷凝水槽间用管路连通;表面冷凝器的温水出口和冷却水入口分别与为温水收集管和清水供应管连通,表面冷凝器的冷凝水出口与重污冷凝水罐用管路连通;待处理污水预热器的料液进口和料液出口分别与待处理污水供料管和MVR蒸发器循环栗相连通,待处理污水预热器的冷凝水入口和冷凝水出口分别连通MVR的轻污冷凝水罐和轻污冷凝水槽。
[0015] 作为本发明的装置的实施例中,其强制循环蒸发器采用两个等面积的加热器共用一台蒸发室的结构配备方式。目前对于强制循环蒸发器的传统配置及结构方式为一台强制循环蒸发器由单个的加热器和蒸发室组成,即一对一的匹配方式,当加热器换热管内结垢比较严重影响使用时将整个蒸发系统停机,系统温度恢复到较低的工作状态后拆卸加热器两端的管箱,然后利用机械方式将换热管逐根进行机械清洗。这种结构配置和清洗方式尽管能达到清洗效果,但是清洗劳动强度大、时间长,长时间系统停机造成的费用和人力成本为企业增加了不少负担,每次开机所消耗的蒸汽、电力等十分昂贵,增加了系统运行成本,降低了设备的有效利用率。本发明采用两个等面积的加热器共用一台蒸发室的结构配备方式,即二对一的匹配方式,解决了结垢清洗需要系统停机的缺陷。在实际操作中,当换热管结垢严重影响换热时,只需将其中一台加热器切换到清洗模式,利用系统内的热水在线循环清洗,而另一台加热器还是处于正常的工作状态,此时系统运行效率有所降低,但还能正常工作,满足生产的基本需要,且清洗无需派遣人工去拆解设备,清洗时间较短、清洗方式简单、状态连续,相对于系统停机所造成的损失,几乎可以不计。在线快捷清洗后切入到工作环境,即完成清洗过程。
[0016] 在本发明中在MVR的蒸发器的换热元件中设置的汽提区可以是在MVR的蒸发器换热元件的上部将蒸发区沿L形焊合,形成一条汽提分割焊合线,利用这条汽提分割焊合线使蒸发区被分为位于上部的汽提区和位于下部的轻污冷凝水区。本发明最好是使汽提区的面积占蒸发区板片总面积的10-20%。
[0017] 本发明的装置在工作中会难免产生蒸汽介质串流,特别是在冷凝水管路系统中产生蒸汽介质串流,这会造成系统内压力的变化,致使影响整个装置的正常工作。对这一问题通常的解决办法是在在相应的管路上加设稳压阀,本发明提供一种结构更为简单、成本低廉,且更为妥善、可靠的技术解决方案,即在本发明装置的各冷凝水罐的引入冷凝水的管路上设置至少一个U形段,其U形的底部低于冷凝水罐的底部。通过这一措施可冷凝水在相应区域滞留,形成一段满管水柱的密封区域,防止蒸发器内蒸汽介质串流而造成系统压力的变化波动。
[0018] 本发明的装置还可将各强制循环蒸发器的加热室水平设置。由于采用了卧式安装形式,可以方便地在管箱内设置隔板而将被加热的液体介质在其内的流动分为多程,大大降低了循环栗的流量,从而减少了运行中的电力消耗。
[0019] 在本发明中采用电力驱动1KV高压电机,依次连接齿轮箱和蒸汽压缩机,利用机械做功将二次蒸汽升温、加压后送入到MVR蒸发器内用作蒸发热源。采用1KV高压电机是为了使用清洁能源、提高运行效率、减小工作电流、降低材料和设备投资及运行成本;采用齿轮箱是为了使高压电机和蒸汽压缩机之间的运行转速得到匹配并传递扭矩。在此结构状态下,首先将低浓度的待处理废液送入到MVR蒸发器,当待处理蒸发液在蒸发器内循环流动时,先向蒸发器内通入余热蒸汽或新鲜蒸汽预热,当被蒸发液不断参与换热进而到达沸点时,关闭蒸汽管道阀门,启动高压电机带动蒸汽压缩机工作。此时二次蒸汽经蒸汽压缩机以机械做功为补偿,从周围低温环境中吸热,获得了较高压力、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,分别成为轻污冷凝水和重污冷凝水,其中轻污冷凝水在原液预热器内充分利用其余热后储存于轻污冷凝水槽中直接回用;重污冷凝水送入到重污冷凝水槽中待处理。而蒸发器内的液体又被加热沸腾,产生新的蒸汽,再经蒸汽压缩机压缩做功,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,MVR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,在节能降耗的同时还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,热效率高,节能降耗效果明显。
[0020] 待处理废液在MVR蒸发器内被不断浓缩,被蒸发分离为大量的冷凝水和少量的较高浓度废液。这样充分利用了 MVR蒸发器运行效率高、使用成本低的特点,将大部分废液处理在MVR蒸发器完成。此时废液总量已经很小。
[0021] 本发明利用强制循环蒸发器被蒸发液的循环流动依靠循环栗外加动力的原理,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。此时再将少量的较高浓度废液从MVR蒸发器内送至II效强制循环蒸发器内继续蒸发,进一步浓缩。浓缩到一定程度后再送入到I效强制循环蒸发器做最终浓缩处理。例如利用本发明的方法及装置处理造纸废水,此时废液已经被浓缩为可以分离或直接进行燃烧处理的状态。
[0022] 本发明在传统板式蒸发器的换热元件汽提区内设置单独的蒸汽进口,并将汽提塔的排出蒸汽通入其内,在此区域内换热后形成重污冷凝水,汽提塔的排出蒸汽量和MVR损失能量及补充能量取得平衡关系,形成有机系统。同时,强制循环蒸发器设置为两效,其中I效强制循环蒸发器热源使用余热蒸汽或新鲜锅炉蒸汽,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,汽提塔使用II效强制循环蒸发器产生的二次蒸汽。将1、II效强制循环蒸发器配置成为一个平衡和层级系统,即前后端形成能量的平衡和压力温度变化的层级关系,而II效强制循环蒸发器产生的二次蒸汽的温度、压力和蒸汽量既要和系统前端的I效强制循环蒸发器取得平衡,又要满足汽提塔的工作需要,满足汽提塔所处理的重污冷凝水量和处理后的效果达到要求,满足蒸汽排出汽提塔后MVR的温度、压力和量值平衡。
[0023] 本发明利用MVR蒸发器在低浓度下高效节能的特点蒸发出大量水分,以蒸馏水的形态回工厂流程重复利用,然后将初步蒸发提浓后的溶液送入到两级串联布置的强制循环蒸发器,仅消耗少量能源,便可获得高浓产物,在其内完成最终蒸发;设置特定的系统及配比参数后与汽提塔有机组合,利用汽提塔处理重污冷凝水,使其COD含量符合工业用水标准,从而实现零排放,提供一种可以解决现有技术不足的污水处理方法及装置,高效节能。经理论测算和实际应用结果验证,其运行成本仅为传统蒸发系统的50%,设备投资成本降低15%。
[0024]目前对于强制循环蒸发器的传统配置方式及结构为一台强制循环蒸发器由单个的加热器和蒸发室组成,即一对一的匹配方式。采用现有传统配置方式时,当加热器换热管内结垢比较严重影响使用时将整个蒸发系统停机,系统温度恢复到较低的工作状态后拆卸加热器两端的管箱,然后利用机械方式将换热管逐根进行机械清洗。这种结构配置和清洗方式尽管能达到清洗效果,但是清洗劳动强度大、时间长,长时间系统停机造成的费用和人力成本为企业增加了不少负担,每次开机所消耗的蒸汽、电力等十分昂贵,增加了系统运行成本,降低了设备的有效利用率。本发明采用两个等面积的加热器共用一台蒸发室的结构配备方式,即二对一的匹配方式,解决了结垢清洗需要系统停机的缺陷。在实际操作中,当换热管结垢严重影响换热时,只需将其中一台加热器切换到清洗模式,利用系统内的热水在线循环清洗,而另一台加热器还是处于正常的工作状态,此时系统运行效率有所降低,但还能正常工作,满足生产的基本需要,且清洗无需派遣人工去拆解设备,清洗时间较短、清洗方式简单、状态连续,相对于系统停机所造成的损失,几乎可以不计。在线快捷清洗后切入到工作环境,即完成清洗过程。
[0025] 此外,在本发明中还可以从1、II效强制循环加热器中任意切换出一台做在线清洗。这样将更为方便使用。
[0026] 本发明由于将各强制循环蒸发器的加热室采用了卧式安装形式,而且在加热室内加设的折流板自然形成自汽结构,且其内设置有分程隔板,可将换热管在长度方向按一定的面积比例分隔为多个区域,当热源蒸汽进入到加热室参与热交换时,由于折流板的阻挡作用,将在加热室内沿轴线迂回曲折流动,由于饱和水蒸汽的沸点高于有机挥发物。
[0027] 本发明的方法具有可高效低能耗地处理工业废水的优点,具有极高的热效率,可以大大减小污染物的排放和温室气体效应。
[0028] 本发明的设备可实现本发明的方法,并具有如下优点:
O可实现本发明的方法;
2)可实现有效且高效地处理废水;
3)可使设备的停机清洗时间大大缩短、并且设备的再清洗更简单;
4)能最大限度地降低设备成本。
附图说明
[0029] 附图1为本发明设备及系统连接示意图。
[0030] 附图2为本发明中高压电机、齿轮箱和蒸汽压缩机的连接示意图。
[0031] 附图3为本发明MVR换热元件的分区结构示意图。
[0032] 图中:1为稀黑液槽,2为稀黑液供料管,3为稀黑液收集管,4为温水收集管,5为清水供应管,6为黑液预热器轻污冷凝水出口管,7为黑液预热器,8为表面冷凝器,9为MVR不凝气出口管,10为MVR蒸发器,11为MVR 二次蒸汽管,12为汽提塔蒸汽出口管入MVR控制阀门,13为汽提塔蒸汽出口管,14为蒸汽压缩机,15为调整冷凝器,16为汽提塔蒸汽出口管入调整冷凝器控制阀门,17为调整冷凝器冷凝水罐,18为汽提塔调整冷凝水入口管,19为汽提塔,20为II效强制循环蒸发器二次蒸汽出口管,21为II效强制循环蒸发器蒸发室,22为II效强制循环蒸发器加热室(I),23为I效强制循环蒸发器二次蒸汽管,24为I效强制循环蒸发器蒸发室,25为I效强制循环蒸发器加热室(I ),26为新鲜蒸汽管,27为清洁冷凝水罐,28为清洁冷凝水出口管,29为浓液出料管,30为浓液出料控制阀门,31为清洁冷凝水槽,32为I效强制循环蒸发器循环栗,33为II效强制循环蒸发器轻污冷凝水出水管,34为II效强制循环蒸发器冷凝水罐,35为1、II效过料控制阀门,36为II效强制循环蒸发器循环栗,37为MVR、II效过料控制阀门,38为浓黑液槽,39为汽提塔轻污冷凝水出口管,40为重污冷凝水加热器,41为汽提塔重污冷凝水入口管,42为调整冷凝水栗,43为加热器轻污冷凝水出口管,44为轻污冷凝水槽,45为MVR轻污冷凝水栗,46为MVR轻污冷凝水罐,47为蒸汽压缩机蒸汽出口管,48为MVR轻污冷凝水排出管,49为蒸汽稳压罐,50为重污水槽出水栗,51为重污冷凝水槽,52为重污冷凝水槽入水管,53为MVR蒸发器循环栗,54为MVR蒸发器循环液出口管,55为黑液预热器轻污水入口管,56为MVR重污冷凝水栗,57为MVR重污冷凝水罐,58为预热器黑液出口管,59为MVR新鲜蒸汽供气阀门,60为II效强制循环蒸发器加热室(I)循环液入口切断阀门,61为II效强制循环蒸发器加热室(I)循环液出口管,62为II效强制循环蒸发器加热室(I)清洗液入口切断阀门,63为II效强制循环蒸发器加热室
(2),64为II效强制循环蒸发器加热室(2)循环液入口切断阀门,65为II效强制循环蒸发器加热室(2)循环液出口管,66为II效强制循环蒸发器加热室(2)清洗液入口切断阀门,67为II效强制循环蒸发器加热室清洗液管,68为I效强制循环蒸发器加热室(I)循环液入口切断阀门,69为I效强制循环蒸发器加热室(I)循环液出口管,70为I效强制循环蒸发器加热室(I)清洗液入口切断阀门,71为I效强制循环蒸发器加热室(2),72为I效强制循环蒸发器加热室(2)循环液入口切断阀门,73为I效强制循环蒸发器加热室(2)循环液出口管,74为I效强制循环蒸发器加热室(2)清洗液入口切断阀门,75为I效强制循环蒸发器加热室清洗液管,76为1KV高压电机,77为齿轮箱,78为不凝气出口管,79为汽提塔顶蒸汽入口,80为MVR重污冷凝水出口,81为MVR主蒸汽入口,82为MVR轻污冷凝水出口;83为MVR加热元件轻污冷凝水区;84为MVR加热元件汽提分割焊合线;85为MVR加热元件重污冷凝水区。
具体实施方式
[0033] 本发明结合附图,以处理造纸行业黑液废水采用MVR系统配套两级强制循环蒸发器的实施例进行解释。
[0034] 在本发明污水处理方法及装置系统中,首先将黑液废水从洗浆工段通过稀黑液收集管3收集到稀黑液槽I中,然后通过水栗输送由稀黑液供料管2进入到黑液预热器7,与来自MVR蒸发器10的轻污冷凝水产生热交换,从而将稀黑液加热到一定温度,为进行浓缩蒸发创造初步条件,而轻污冷凝水则通过换热降低到一定的温度,充分利用其热能。被加热后的稀黑液通过预热器黑液出口管58进入到MVR蒸发器10内,启动MVR蒸发器循环栗53,MVR蒸发器10内的稀黑液从底部向蒸发器内换热元件顶部循环流动,并在各换热元件表面形成液膜。打开MVR新鲜蒸汽供气阀门59,向换热元件板腔内输送新鲜压力蒸汽,蒸汽与换热元件表面的液膜充分发生热交换,MVR蒸发器10内的稀黑液被不断加热,进而达到沸腾状态,从稀黑液中产生出大量的二次蒸汽。开启1KV高压电机76的同时关闭MVR新鲜蒸汽供气阀门59,1KV高压电机76输出轴转动,带动齿轮箱77,由齿轮箱77将1KV高压电机76的转速变化为蒸汽压缩机14所需的转速,并传递高压电机机械扭矩,MVR蒸发器10内黑液产生的二次蒸汽通过MVR二次蒸汽管11进入到蒸汽压缩机14内,蒸汽压缩机14以1KV高压电机76提供的机械做功为补偿,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管47返回到MVR蒸发器10的换热元件板腔内,与换热元件表面的液膜充分发生热交换发生相变,分别成为轻污冷凝水和重污冷凝水,其中轻污冷凝水由MVR轻污冷凝水排出管48送入到MVR轻污冷凝水罐46中暂存,由MVR轻污冷凝水栗45输送至黑液预热器7,将稀黑液加热,充分利用其余热后储存于轻污冷凝水槽44中直接回用;重污冷凝水排入到MVR重污冷凝水罐57,连同表面冷凝器8所产生的重污冷凝水一并由MVR重污冷凝水栗56送入到重污冷凝水槽51中待处理。而MVR蒸发器10内的液体又被加热沸腾,产生新的蒸汽,再经蒸汽压缩机压缩做功,返回换热元件内发生热交换,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,MVR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,在节能降耗的同时还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。
[0035] 待处理黑液废水在MVR蒸发器10内被不断浓缩,被蒸发分离为大量的冷凝水和少量的较高浓度废液。这样充分利用了 MVR蒸发器运行效率高、使用成本低的特点,将大部分废液处理在MVR蒸发器完成。此时废液总量已经很小。
[0036] 开启MVR、II效过料控制阀门37向II效强制循环蒸发器内注入较高浓度的黑液废水,同时开启II效强制循环蒸发器循环栗36,将被蒸发浓液强制循环通过II效强制循环蒸发器加热室22、63的换热管,与I效强制循环蒸发器提供的二次蒸汽发生热交换,加热至沸点温度的黑液进入到II效强制循环蒸发器蒸发室21后迅速产生二次蒸汽,黑液被进一步浓缩。I效强制循环蒸发器提供的二次蒸汽发生热交换后形成轻污冷凝水,暂存于II效强制循环蒸发器冷凝水罐34,通过II效强制循环蒸发器轻污冷凝水出水管33送入到轻污冷凝水槽44中直接回用。
[0037] 开启、II效过料控制阀门35,将II效强制循环蒸发器提浓后的黑夜废水送入到I效强制循环蒸发器内,同时开启I效强制循环蒸发器循环栗32,将被蒸发浓液强制循环通过I效强制循环蒸发器加热室25、71的换热管,与新鲜蒸汽管26提供的新鲜蒸汽发生热交换,加热至沸点温度的黑液进入到I效强制循环蒸发器蒸发室24后迅速产生二次蒸汽,黑液被进一步浓缩,从而到达规定浓度。新鲜蒸汽管提供的新鲜蒸汽发生热交换后形成清洁冷凝水,暂存于清洁冷凝水罐27,通过清洁冷凝水出口管28送入到清洁冷凝水槽31中直接回用。
[0038] 本发明中由于后续处理采用了强制循环蒸发的方式,被蒸发液的循环流动依靠循环栗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。
[0039] 开启浓液出料控制阀门30,将浓缩到规定浓度的浓黑液通过浓液出料管29送入到浓黑液槽38中,进而采用燃烧做无害化处理,并充分利用其热量进行发电或其他热能利用。
[0040]由于蒸发时有一定量的污染物会进入到二次蒸汽中,这些污染物大多以有机物的形态存在,具有低沸点、易挥发特性,最终将残留在重污冷凝水中,不能直接为工业生产所利用。为使二次冷凝水达到直接循环再利用的目的,本发明中将储存于重污冷凝水槽51中的重污冷凝水通过重污水槽出水栗50输送至重污冷凝水加热器40,与汽提塔19产生的轻污冷凝水发生热交换,重污冷凝水被加热到一定的温度,为进入到汽提塔做分离处理创造了条件,利用了系统热能。
[0041] 被加热后的重污冷凝水由汽提塔重污冷凝水入口管41送入到汽提塔19,汽提塔19采用浮阀塔盘结构,其原理是采用蒸汽来破坏重污冷凝水中气液两相的平衡关系而建立一种新的气液平衡状态,使重污冷凝水中的有机物成分由于分压降低而解吸出来,趋于建立一种新的平衡关系,使大量有机污染物向气相中扩散,从而达到气液相分离目的。重污冷凝水由汽提塔的顶部淋下,来自II效强制循环蒸发器的二次蒸汽通过II效强制循环蒸发器二次蒸汽出口管20由汽提塔19下不进入,上升的蒸汽与下降的重污水在汽提塔内相遇,蒸汽冲击顶起浮阀,在塔盘上进行传质,汽提净化后的污水成为可用于工业生产用水的轻污冷凝水,由汽提塔轻污冷凝水出口管39进入到重污冷凝水加热器40,将重污冷凝水加热后送入到轻污冷凝水槽44中直接回用。
[0042] 本发明汽提塔19所利用的蒸汽为II效强制循环蒸发器所产生的二次蒸汽,其中
II效强制循环蒸发器所产生的二次蒸汽由于同重污冷凝水参与换热而发生相变,部分形成轻污冷凝水,残留的部分蒸汽用于汽提作用,由汽提塔顶部排出,流经汽提塔蒸汽出口管13,用于补充MVR蒸发器10的热量损失,剩余汽提蒸汽通过调整冷凝器15冷却,最终成为重污冷凝水,暂存于调整冷凝器冷凝水罐17,由调整冷凝水栗42送入到汽提塔19,经汽提处理合格后从汽提塔轻污冷凝水出口管39排出回用。
[0043] 本发明将整个系统配置做平衡设计,其中II效强制循环蒸发器所产生的二次蒸汽量与汽提塔所需的蒸汽量平衡统一,温度和压力平衡统一。II效强制循环蒸发器所产生的二次蒸汽部分用于同重污冷凝水换热,形成轻污冷凝水,残留的大部分蒸汽用于汽提使用,由汽提塔19顶部排出。汽提塔19顶部排出的蒸汽又和MVR蒸发器10做蒸汽量、压力和温度平衡设计,形成能量充分、连续利用的链式配备结构,有效提高能量在系统内的利用率。本发明系统中设定MVR蒸发器10换热元件内的蒸汽工作压力为0.015MPa,工作温度103°C,据此达到系统平衡运行的汽提塔19所需条件为工作压力0.015MPa,工作温度1030C -104°C,II效强制循环蒸发器闪蒸室21工作压力0.028MPa,工作温度106°C,系统压力得以完全匹配,能量得到充分利用。
[0044] 调整冷凝器15和表面冷凝器8中去除蒸汽水分的有机可燃性气体送燃烧处理,利用其热能,实现资源循环利用和废水零排放。
[0045] 本发明将MVR蒸发器10换热元件设置为换热区和汽提区,换热区设置MVR主汽蒸入口 81和MVR轻污冷凝水出口 82,底部形成一个大集箱;汽提区设置汽提塔顶蒸汽入口 79和不凝气出口、MVR重污冷凝水出口 80,中部形成塔顶蒸汽入口和重污冷凝水出口集箱,上部形成不凝气出口集箱,不凝气出口管78连接于其上,成为汽提区连续设置两个集箱的特有结构。由蒸汽压缩机14升温加压后的主蒸汽从底部进入到换热元件内部,在此区域换热后形成轻污冷凝水,从MVR轻污冷凝水出口 82排出;中部由汽提塔顶蒸汽入口 79进入含有大量低沸点、易挥发有机物质的汽提塔顶蒸汽,用于补充MVR蒸发器的热量损失和作为补充热源,换热后在汽提区内分离为重污冷凝水和可燃性气体,含有蒸汽和可燃性气体的混合物从MVR汽提区上部不凝气出口管78排出,通过表面冷凝器8和调整冷凝器15冷却后送燃烧作无害化处理并回用热能,重污冷凝水从MVR重污冷凝水出口 80排出,达到很好的分离效果。
[0046] 当设备使用过程中结垢现象明显,影响使用效果,需要清洗时,作如下步骤实现在线清洗而不需要整体系统停机。如需要清洗II效强制循环蒸发器加热室(I) 22,则需关闭
II效强制循环蒸发器加热室(I)循环液入口切断阀门60,开启II效强制循环蒸发器加热室
(I)清洗液入口切断阀门62,此时黑液循环管路被切断,轻污冷凝水通过II效强制循环蒸发器加热室清洗液管67进入到II效强制循环蒸发器加热室(I )22内,实现清水的流动冲刷清洗,而II效强制循环蒸发器加热室(2) 63还处于正常的工作状态,系统处于低负荷运行,解决了清洗需要整体停机的不足。同理可以实现其它加热器的在线清洗。
[0047] 本发明系统采用智能化DCS控制系统,阀门的关闭、栗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。
[0048] 将加热器分为两个区域,沿此区域在设备壳体内下部设置隔板,两台循环栗使各自区域内的液体独立循环流动。稀液首先进入到其中的一个工作区域,在此区域内被加热至沸点后进而从底部隔板进入到另一区域。这是由于进料液温度通常低于设备运行蒸发的沸点温度,如果只采用单一区域,低温的进料液将使设备内部溶液温度短时间降低,低于沸点温度,这时二次蒸汽不再发生,热源中断,系统将自动停机。而设置两个区域后,进料区域温度降低,蒸发停止,而另一个区域蒸发持续、稳定进行,保证了最低限度的蒸汽发生量,依靠系统平衡作用逐渐恢复正常运行状态,从而保证了设备持续、稳定运行。MVR蒸发系统当浓度达到工艺要求后由出料栗出料,系统自动向蒸发器内增加物料供应。

Claims (9)

1.一种污水处理方法,首先将待处理的污水预热到设定温度后送入MVR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MVR蒸发器中的浓缩液浓度达到预定值后得到被处理液,被处理液引入强制循环蒸发器进行再蒸发浓缩,使浓缩液体进一步浓缩后分别得到再浓缩的污水和二次蒸汽,强制循环蒸发器中的二次蒸汽形成的轻污冷凝水送至轻污冷凝水槽直接回用,其特征在于:MVR经蒸汽压缩机升温加压后的蒸汽在MVR蒸发器中形成轻污冷凝水,该轻污冷凝水从MVR蒸发器换热元件中引出并用做加热待处理污水的换热热源后直接返回使用,剩余汽体进行蒸汽汽提,形成重污水与不凝气的混合物,不凝气的混合物经再次冷凝后形成重污水待进一步处理;被处理液至少进行一效强制循环蒸发处理,得到的工艺要求的最终浓缩液体,被处理液经强制循环蒸发处理产生的二次蒸汽作为动力介质进行液体汽提;经液体汽提后排出的二次蒸汽经蒸汽汽提得到重污凝水与蒸汽汽提形成重污水混合后进入液体汽提。
2.根据权利要求1所述的污水处理方法,其特征在于采用二效以上强制循环蒸发处理,其中I效强制循环蒸发热源采用新鲜蒸汽,前一效强制循环蒸发处理产生的二次蒸汽用作后一效强制循环蒸发的蒸发热源,最终一效强制循环蒸发处理产生的二次蒸汽用作液体汽提的动力介质。
3.权利要求1所述的污水处理方法使用的装置,包括:依次相互用管路串联连通的预热器、MVR、强制循环蒸发器,与前述的各预热器、蒸发器、加热器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐,MVR的蒸汽压缩机,以及设置于MVR、各冷凝水罐、加热室管路上的栗与阀门、控制系统,其特征在于:MVR蒸发器的二次蒸汽与蒸汽压缩机的入口间用管路连通;蒸汽压缩机的出口与蒸汽稳压罐的二次蒸汽入口间用管路连通;蒸汽稳压罐的新鲜蒸汽入口与新鲜蒸汽管网连通(提供启动蒸汽),蒸汽稳压罐与MVR加热器之间用管线连通;强制循环蒸发器加热室的不凝气出口管与蒸发室连通;强制循环蒸发器加热室的冷凝水出口管分别与清洁冷凝水罐连通;强制循环蒸发器的二次蒸汽出口管与液体汽提塔的蒸汽入口管间用管路连通;在MVR的蒸发器的换热元件中设置一个汽提区将整个换热区域分为上部的重污水区和下部的轻污水区,其中:重污水区的上部与表面泠凝器的不凝气入口管间用管路连通、重污水区的下部与液体汽提塔的蒸汽出口管和重污冷凝罐间分别用管路连通;重污冷凝水加热器的重污水出口与液体汽提塔上部的重污水入口连通,液体汽提塔的轻污冷凝水出口管与重污冷凝水加热器的轻污冷凝水入口管间用管路连通,重污冷凝水加热器的重污水入口与重污冷凝水槽间用管路连通,待处理污水预热器的轻污冷凝水出口与轻污冷凝水槽间用管路连通;表面冷凝器的温水出口和冷却水入口分别与为温水收集管和清水供应管连通,表面冷凝器的冷凝水出口与重污冷凝水罐用管路连通;待处理污水预热器的料液进口和料液出口分别与待处理污水供料管和MVR蒸发器循环栗相连通,待处理污水预热器的冷凝水入口和冷凝水出口分别连通MVR的轻污冷凝水罐和轻污冷凝水槽。
4.根据权利要求2所述的污水处理方法使用的装置,包括:依次相互用管路串联连通的预热器、MVR、强制循环蒸发器,与前述的各预热器、蒸发器、加热器、蒸发室分别用管路连通的冷凝水罐,MVR的蒸汽压缩机,以及设置于MVR、各冷凝水罐、加热室管路上的栗与阀门、控制系统构成,其特征在于:MVR蒸发器的二次蒸汽与蒸汽压缩机的入口间用管路连通;蒸汽压缩机的出口与蒸汽稳压罐的二次蒸汽入口间用管路连通;蒸汽稳压罐的新鲜蒸汽入口与新鲜蒸汽管网连通,蒸汽稳压罐与MVR加热器之间用管线连通;强制循环蒸发器加热室的不凝气出口管与蒸发室连通;强制循环蒸发器加热室的冷凝水出口管分别与清洁冷凝水罐连通;I效强制循环蒸发器与新鲜蒸汽管连通,前一效强制循环蒸发器的二次蒸汽管与后一效强制循环蒸发的蒸发器的加热器相连,最终一效强制循环蒸发器的二次蒸汽管与液体汽提塔的蒸汽入口管间用管路连通的蒸发器的换热元件中设置一个汽体汽提区将整个换热区域分为上部的重污水区和下部的轻污水区,其中:重污水区的上部与表面泠凝器的不凝气入口管间用管路连通、重污水区的下部与液体汽提塔的蒸汽出口管和重污冷凝罐间分别用管路连通;重污冷凝水加热器的重污水出口与液体汽提塔上部的重污水入口连通,液体汽提塔的轻污冷凝水出口管与重污冷凝水加热器的轻污冷凝水入口管间用管路连通,重污冷凝水加热器的重污水入口与重污冷凝水槽间用管路连通,待处理污水预热器的轻污冷凝水出口与轻污冷凝水槽间用管路连通;表面冷凝器的温水出口和冷却水入口分别与为温水收集管和清水供应管连通,表面冷凝器的冷凝水出口与重污冷凝水罐用管路连通;待处理污水预热器的料液进口和料液出口分别与待处理污水供料管和MVR蒸发器循环栗相连通,待处理污水预热器的冷凝水入口和冷凝水出口分别连通MVR的轻污冷凝水罐(46 )和轻污冷凝水槽。
5.根据权利要求3或4所述的装置,其特征在于强制循环蒸发器明采用两个等面积的加热器共用一台蒸发室的结构配备方式。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于MVR的蒸发器换热元件的上部将蒸发区沿L形焊合形成一条汽提分割焊合线,使蒸发区被汽提分割焊合线分为位于上部的汽提区和位于下部的轻污冷凝水区。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于MVR的蒸发器换热元件的汽提区面积占蒸发区板片总面积的10-20%。
8.权利要求7所述的装置,其特征在于装置的各冷凝水罐的引入冷凝水的管路上设置有至少一个U形段,其U形的底部低于冷凝水罐的底部。
9.权利要求8所述的装置,其特征在于各强制循环蒸发器的加热室水平设置。
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