CN105060602B - 工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺，包括如下步骤：⑴超声波协同废水预处理：初步絮凝化处理；沉淀；超声波、催化剂有机物质分解；末端臭氧灭菌处理，出口紫外线处理；⑵强制循环型超声蒸发结晶：在超声蒸发器中进行蒸发与分离操作；二次蒸汽进入冷凝器进行冷凝，相变成的冷凝水进入冷凝水储罐；完成液经过结晶器降温结晶操作。本发明还涉及其一体化装置，由超声波协同废水预处理单元及强制循环型超声蒸发结晶单元构成。本发明工艺及装置具有结构设计合理，工艺过程新颖，处理方式独特，工业废水处理效率高，抑制蒸发结晶设备结垢等优点。

Description

工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置

技术领域

本发明属于废水处理和蒸发结晶领域，特别是一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置。

背景技术

超声波的研究已经在食品、医疗卫生和焊接检测等领域，表现为超声提取、超声灭菌、超声波探伤等方面。近些年来，超声波在防除垢方面的研究受到国内外学者们的广泛关注，研究主要集中在超声波除垢工艺的方面。

超声波除垢在造纸黑液蒸发器的机理研究中，发现超声波去垢效果明显，提高了传热系数，同时发现超声波对碳酸钙的晶体的形成方面的影响机理。

现有的研究主要是把超声波换能器作用一个外部辅助部件，没有实现与前处理中的工艺和蒸发过程设备的有机结合，这对超声蒸发的深入研究产生瓶颈。同时，单一的臭氧、光催化和紫外线废水处理工艺中的效率较低，投入成本较高，不利于长期的工业化生产。

虽然，超声波也被作为一种预处理手段加入到废水的处理过程中，但是形式较为单一，不利于超声波的作用发挥；而且现有工艺处理的废水在蒸发结晶阶段在蒸发设备中的结垢一直以来就是蒸发结晶中的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置，其可提高工业废水的处理效率并抑制蒸发结晶设备结垢。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺，其特征在于：包括如下步骤：

⑴超声波协同废水预处理：

①工业废水首先进入混合反应器中，加入絮凝剂使废水进行初步絮凝化处理；

②絮凝之后的混合液进入沉淀槽中静置，沉淀槽下部产生沉淀；

③沉淀槽中上部液进入超声波混合处理槽中，经过超声波反应器的不同频率的激振作用，空化溃败废水中的有机大分子物质，同时使用催化剂促进有机物质分解；

④处理之后进入末端处理槽，末端处理槽进口处进行臭氧灭菌处理，出口处进行最终的紫外线处理；

⑤自末端处理器出来的废水达到COD＜30mg/L指标后进入蒸发结晶工艺的预热罐中进行预热；

⑥在上述操作过程中若废水处理指标达不到上述指标则重复进行其中的③、④、⑤操作；

⑵强制循环型超声蒸发结晶：

①预热罐达到进料温度后，通过进料泵进料，在超声蒸发器中进行蒸发与分离操作；

②分离出的二次蒸汽进入冷凝器进行冷凝，相变成的冷凝水进入冷凝水储罐；

③分离出的完成液经过结晶器降温结晶操作，进入结晶盐储罐；

④未达到结晶要求的完成液进入储罐中，将重复进行蒸发结晶操作；

⑤常压热水锅炉提供整个工作过程中的加热蒸汽的供给，由真空泵维持工作时系统的真空度。

一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化装置，其特征在于：由超声波协同废水预处理单元及强制循环型超声蒸发结晶单元构成，所述超声波协同废水预处理系统由混合反应器、沉淀槽、超声波混合处理槽及末端处理槽通过液体管路依次连通；所述强制循环型超声蒸发结晶单元由预热罐、进料泵、强制循环型超声蒸发器、结晶器、冷凝器、常压热水锅炉、补给水箱、补给水泵、真空泵、冷凝水储罐、完成液储罐、结晶盐储罐、生蒸汽冷凝水储罐、生蒸汽循环泵构成，预热罐的出料口通过进料泵连接至强制循环型超声蒸发器的物料进口，强制循环型超声蒸发器的浓缩液出口连接至结晶器，结晶器的析出口连接至结晶盐储罐，结晶器的液体出口连接至完成液储罐；强制循环型超声蒸发器的二次蒸汽出口连接冷凝器的进口，冷凝器的冷凝水出口连接至冷凝水储罐，常压热水锅炉的加热蒸汽出口连接强制循环型超声蒸发器的加热蒸汽入口，补给水箱通过补给水泵与冷凝器循环连接，强制循环型超声蒸发器的冷凝水出口连接至生蒸汽冷凝水储罐，并通过生蒸汽循环泵连接至常压热水锅炉，冷凝水储罐、完成液储罐、结晶盐储罐均与真空泵连接。

而且，所述的超声波混合处理槽内部设置有上部超声波发生器组及下部超声波发生器组，所述上部超声波发生器组为6个24kHz超声波发生器，所述下部超声波发生器组为4个48kHz超声波发生器。

而且，所述的强制循环型超声蒸发器主要由加热室、分离室和循环管构成，加热室包括上管箱、下管箱和管壳组成的外壳，在管壳内的两端焊接上管板及下管板，上管板及下管板之间安装一组换热管，加热室的沸腾蒸汽出口连接至分离室的进口，分离室制有二次蒸汽出口，分离室的流体出口通过循环管连接回加热室，其特征在于：在加热室的下管箱内安装第一超声换能器，在加热室的上管箱内安装第二超声换能器。

而且，所述的第一超声换能器是垂直安装，超声波的冲击为垂直冲击。

而且，所述的第一超声换能器的功率参数为：频率：22kHz，作用可调垂直距离≥350mm，工作电压：220V，极限电流：1.5A，工作功率范围：44—300W；所述第一超声换能器的完全湍动工作功率采用220W，此时电流1.0A。

而且，所述的第二超声换能器是水平安装，超声波的冲击为水平冲击。

而且，所述的第二超声换能器的功率为：频率22kHz，作用可调距离水平距离≥150mm，工作电压：220V，极限电流：1.5A，工作功率范围：44—300W；所述的第二超声换能器的完全湍动工作功率采用176W，此时电流0.8A。

而且，所述的第一超声换能器及第二超声换能器均由一组复合棒压电换能器构成。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置，通过在传统上臭氧、光催化、紫外线的废水处理工艺上加入超声波处理工艺，同时控制超声波反应器的不同输出频率，在混合处理中形成混合流场，能有效的处理大分子量有机物，使得废水中的有机物质得到充分的降解，便于在蒸发结晶之前进行处理，也使得蒸发结晶盐中的杂质成分含量降低。

2、本发明的工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置，使用强制循环型超声蒸发器，使得处理之后的工业废水能够充分进行蒸发，在完成液排出时经过冷却结晶产生盐分晶体。整个过程能够防止蒸发过程中污垢的产生，通过超声空化作用，使得蒸发器内部垢层的产生受到抑制。在蒸发浓缩阶段，物料废水在超声波的作用下，在加热室内产生空化，产生超声雾化，大大地提高了传热面积，湍流系数和蒸汽的挥发速率。同样可以使废水在较低的温度下，较短的时间内完成超声蒸发，降低了液面的成核势垒，促进废水料液的内部的能量交换，提高传热系数，强化传热，节省能源的消耗率。

3、本发明的工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置，采用强制循环式超声蒸发装置，其第一超声换能器及第二超声换能器产生的超声波与强制循环的蒸发液连续接触，从而使蒸发液在超声空化的作用下，产生剧烈的扰动，甚至产生雾化现象。这样的话，就大大的提高了湍流系数，增加了传热面积。同时，蒸发液可以在较低的温度下快速的蒸发，降低了成核势垒，降低了蒸发液表面张力，促进溶液内部的能量交换，提高换热效率。

4、本发明的工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置，采用强制循环式超声蒸发装置，第一超声换能器的完全湍动工作功率采用220W，第二超声换能器的完全湍动工作功率采用176W；在加热室内部加入两个不同功率的超声换能器，下部的第一超声换能器使加热室加热管内产生扰动以及雾化，增加湍动，提高换热；上部的第二超声换能器使得沸腾的蒸发液产生雾化，在进入分离室之前使得气相中液滴足够的小，更加利于料液的分离。

5、本发明的工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺及装置，采用强制循环式超声蒸发装置，能有效地防止加热室内的结垢，有明显的去垢效果，从而进一步地提高传热系数，使得料液的蒸发过程得以强化，这样就为处理易结垢物料提供了一条非常有效的途径。

6、本发明工艺及装置具有结构设计合理，工艺过程新颖，处理方式独特，工业废水处理效率高，抑制蒸发结晶设备结垢等方面的优点。

附图说明

图1为本发明的超声波协同废水预处理单元的流程示意图；

图2为本发明的强制循环型超声蒸发结晶单元的流程示意图；

图3为本发明的强制循环型超声蒸发器的结构示意图。

附图标记说明

1-生蒸汽循环泵，2-进料泵，3-预热罐，4-强制循环型超声蒸发器，5-结晶器，6-冷凝器，7-常压热水锅炉，8-补给水箱，9-补给水泵，10-真空泵，11-第一冷凝水储罐、12-第二冷凝水储罐，13-完成液储罐，14-第一结晶盐储罐、15-第二结晶盐储罐，16-生蒸汽冷凝水储罐、17-混合反应器、18-沉淀槽、19-超声波混合处理槽、20-末端处理槽、21-第二超声换能器、22-上管箱、23-加热蒸汽入口、24-管壳、25-换热管、26-物料进口、27-下管箱、28-第一超声换能器、29-冷凝水出口、30-循环管、31-浓缩液出口、32-分离室、33-二次蒸汽出口、34-沸腾蒸汽出口、35-加热室。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化装置，其由超声波协同废水预处理单元及强制循环型超声蒸发结晶单元构成。

超声波协同废水预处理系统由混合反应器17、沉淀槽18、超声波混合处理槽19及末端处理槽20通过液体管路依次连通。

强制循环型超声蒸发结晶单元由预热罐3、进料泵2、强制循环型超声蒸发器4、结晶器5、冷凝器6、常压热水锅炉7、补给水箱8、补给水泵9、真空泵10、第一冷凝水储罐11、第二冷凝水储罐12、完成液储罐13、第一结晶盐储罐14、第二结晶盐储罐15、生蒸汽冷凝水储罐16、生蒸汽循环泵1构成。预热罐的出料口通过进料泵连接至强制循环型超声蒸发器的物料进口，强制循环型超声蒸发器的浓缩液出口连接至结晶器，结晶器的析出口连接至结晶盐储罐，结晶器的液体出口连接至完成液储罐；强制循环型超声蒸发器的二次蒸汽出口连接冷凝器的进口，冷凝器的冷凝水出口连接至冷凝水储罐，常压热水锅炉的加热蒸汽出口连接强制循环型超声蒸发器的加热蒸汽入口，补给水箱通过补给水泵与冷凝器循环连接，强制循环型超声蒸发器的冷凝水出口连接至生蒸汽冷凝水储罐，并通过生蒸汽循环泵连接至常压热水锅炉，冷凝水储罐、完成液储罐、结晶盐储罐均与真空泵连接。

超声波混合处理槽内部设置有上部超声波发生器组及下部超声波发生器组，所述上部超声波发生器组为6个24kHz超声波发生器，所述下部超声波发生器组为4个48kHz超声波发生器。

强制循环式超声蒸发装置，主要由加热室35、分离室32和循环管30构成，加热室由上管箱22、下管箱27和管壳24组成的外壳，在管壳内的两端焊接上管板及下管板，上管板及下管板之间安装一组换热管25。本实施例的加热室采用逆流加热室。在管壳上设置加热蒸汽入口23、冷凝水出口29，在上管箱上设置沸腾蒸汽出口34，在下管箱上设置物料进口26。加热室的沸腾蒸汽出口连接至分离室的进口，分离室制有二次蒸汽出口33，分离室的流体出口通过循环管连接回加热室的下管箱。分离室下部制有浓缩液出口31。在下管箱内安装第一超声换能器28，在上管箱内安装第二超声换能器21。第一超声换能器的功率参数为：频率：22kHz，作用可调垂直距离≥350mm，工作电压：220V，极限电流：1.5A，工作功率范围：44—300W。第一超声换能器的完全湍动工作功率采用220W，此时电流1.0A。第一超声换能器是垂直安装，超声波的冲击为垂直距离，上述作用可调垂直距离是产生的超声波能对液面的冲击距离。

第二超声换能器的功率为：频率22kHz，作用可调距离水平距离≥150mm，工作电压：220V，极限电流：1.5A，工作功率范围：44—300W。第二超声换能器的完全湍动工作功率采用176W，此时电流0.8A。第二超声换能器是水平安装，超声波的冲击为水平距离，上述作用可调水平距离是产生的超声波能对液面的冲击距离。第一超声换能器及第二超声换能器均由一组复合棒压电换能器构成。

一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺，其包括如下步骤：

⑴超声波协同废水预处理：

①工业废水首先进入混合反应器中，加入絮凝剂使废水进行初步絮凝化处理；

②絮凝之后的混合液进入沉淀槽中静置，沉淀槽下部产生沉淀；

③沉淀槽中上部液进入超声波混合处理槽中，经过超声波反应器的不同频率的激振作用，空化溃败废水中的有机大分子物质，同时使用光催化剂促进有机物质分解；光催化剂有二氧化钛，二氧化锆，氧化锡。光催化剂促进污水中物质的降解。

④处理之后进入末端处理槽，末端处理槽进口处进行臭氧灭菌处理，出口处进行最终的紫外线处理；

⑤自末端处理器出来的废水达到COD＜30mg/L指标后进入蒸发结晶工艺的预热罐中进行预热；

⑥在上述操作过程中若废水处理指标达不到上述指标则重复进行其中的③、④、⑤操作；

⑵强制循环型超声蒸发结晶：

①预热罐达到进料温度后，通过进料泵进料，在超声蒸发器中进行蒸发与分离操作；

②分离出的二次蒸汽进入冷凝器进行冷凝，相变成的冷凝水进入冷凝水储罐；

③分离出的完成液经过结晶器降温结晶操作，进入结晶盐储罐；

④未达到结晶要求的完成液进入储罐中，将重复进行蒸发结晶操作；

⑤常压热水锅炉提供整个工作过程中的加热蒸汽的供给，由真空泵维持工作时系统的真空度。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种工业废水超声协同处理和超声蒸发结晶一体化工艺，其特征在于：包括如下步骤：

⑴超声波协同废水预处理：

①工业废水首先进入混合反应器中，加入絮凝剂使废水进行初步絮凝化处理；

②絮凝之后的混合液进入沉淀槽中静置，沉淀槽下部产生沉淀；

③沉淀槽中上部液进入超声波混合处理槽中，经过超声波反应器的不同频率的激振作用，空化溃败废水中的有机大分子物质，同时使用催化剂促进有机物质分解；

④处理之后进入末端处理槽，末端处理槽进口处进行臭氧灭菌处理，出口处进行最终的紫外线处理；

⑤自末端处理器出来的废水达到COD＜30mg/L指标后进入蒸发结晶工艺的预热罐中进行预热；

⑥在上述操作过程中若废水处理指标达不到上述指标则重复进行其中的③、④、⑤操作；

⑵强制循环型超声蒸发结晶：

①预热罐达到进料温度后，通过进料泵进料，在超声蒸发器中进行蒸发与分离操作；

②分离出的二次蒸汽进入冷凝器进行冷凝，相变成的冷凝水进入冷凝水储罐；

③分离出的完成液经过结晶器降温结晶操作，进入结晶盐储罐；

④未达到结晶要求的完成液进入储罐中，将重复进行蒸发结晶操作；

⑤常压热水锅炉提供整个工作过程中的加热蒸汽的供给，由真空泵维持工作时系统的真空度。