CN105399170A - 一种协同净化污水及污染空气的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协同净化污水及污染空气的方法及装置。该方法包括如下步骤：（1）污染空气与污水在蒸发器中混合并蒸发；（2）步骤（1）蒸发浓缩后的污染物排出，蒸发产生的饱和湿气在冷凝器里冷凝；（3）冷凝得到的二次污水与空气重复步骤（1）至（2）的操作，直至水与空气达到排放标准。装置主要包括加热器、蒸发器、冷凝器、机械压缩器，可根据具体污染物特性设立多级蒸发冷凝，利用不同温度分别进行净化，回收有价值的成分，并且各阶段多余的热量可收集并分配，可用来升温污水或污染空气以达到其最佳活性，也可回收再利用，实现高效洗涤和热传质的同时，热量回收利用，同时处理污水与污染空气，节能环保。

Description

一种协同净化污水及污染空气的方法及装置

技术领域

本发明属于污水、污染空气净化技术领域，尤其是指一种同时净化污染空气与污水的方法及装置。

背景技术

目前，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上；全世界每天约有数百万吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8L淡水，所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40%的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染，欧洲55条河流中仅有5条水质勉强能用，水污染对人类健康造成很大危害。发展中国家约有10亿人喝不清洁水，每年约有2500多万人死于饮用不洁水，全世界平均每天5000名儿童死于饮用不洁水，约1.7亿人饮用被有机物污染的水，3亿城市居民面临水污染。与此同时，工业的迅猛发展也加剧了大气环境的负担，近年来，国内部分地区频繁出现严重雾霾现象，给城市居民健康带来了较大的威胁，引起了市民的恐慌和广泛关注，未得到有效治理和监测的无组织排放给大气环境带来沉重的负担和难以忽视的后果，在这些气态污染物进入大气之前便在其源头被有效清除是环境保护的重点和关键。大部分工业过程污水总是与污染空气相生相伴，因此能找到一种低成本，低能耗高效的同时净化污水与污染空气的方法与装置变得十分重要。

目前国内外针对污染空气净化方法主要采用的方法有旋风除尘器、袋式除尘器、、电除尘器、湿式除尘器等，虽然这些方法的除尘效率可高达90%以上，但对于气态污染物中的细微颗粒的脱除效率并不高，而这些细微颗粒对环境和市民身心健康均存在巨大的影响。废水处理主要有三类方法，物理法：利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物；化学法：利用化学反应或物理化学作用回收可溶性废物或胶体物质；生物法：利用微生物的生化作用处理废水中的有机物。但是目前还没有同时净化污水与污染空气的方法与装置，而且在单独净化空气或净化污水的过程中极易伴生污水或污染空气，造成二次污染。单独净化能耗大，成本高，效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，针对多数情况下污染空气与污水伴生的特点，提出一种同时净化污水与污染空气的方法及装置，该方法主要利用液体蒸发，饱和，凝结，碰并原理协同净化污染空气与污水。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种协同净化污水及污染空气的方法，包括如下步骤：

（1）污染空气与污水在蒸发器中混合并蒸发；

（2）步骤（1）蒸发浓缩后的污染物排出，蒸发产生的饱和湿气在冷凝器里冷凝；

（3）冷凝得到的二次污水与空气重复步骤（1）至（2）的操作，直至水与空气达到排放标准。

进一步，利用空气饱和湿度与温度的关系，通过调节温度加强液体蒸发与凝结核（空气中的颗粒污染物中的凝结颗粒）的凝聚过程,使污染空气中的颗粒污染物的凝结长大，碰并沉降，实现污染空气的净化过程。

进一步，步骤（1）中利用雾化混合、声波破碎等手段促进污水在空气中的蒸发，达到所述温度下的饱和湿度。

进一步，步骤（2）中利用声波震荡、电磁、流场扰动、水雾喷淋等手段促进饱和湿气中凝结核的快速凝结长大。

进一步，污染空气包括燃煤、燃油、燃气等燃料燃烧以及固态废弃物燃烧所产生的污染烟气，可实现多种不同气态污染物的洗涤脱除。

进一步，可在污水中添加净化助剂，可以为碱性洗涤液、化学抑尘剂、海水、中水，根据不同的污染物选择相应的净化助剂进行高效净化，可达到一套装置，多种用途的目的，节约成本，有利于推广使用。

进一步，可在污染空气中加入净化助剂，可以是臭氧，碱性气体，酸性气体，根据不同的污染物选择相应的净化助剂进行高效净化，可达到一套装置，多种用途的目的，节约成本，有利于推广使用。

进一步，通过压缩制冷，制热或机械式蒸汽再压缩等方法在蒸发与凝结过程中充分利用热能与冷能，通过热传递装置实现能量高效利用，整个系统只需极少的能源输入，将热能和冷能搬运到需要加热和冷却的部位。

一种协同净化污水及污染空气的装置，包括预热器、蒸发器、冷凝器和机械压缩器，污染空气和污水分别经过预热器由空气入口和水入口进入蒸发器中，蒸发器的湿气出口与冷凝器的入口相连，机械压缩器分别与蒸发器和冷凝器相连。通过机械压缩器对蒸发器补充热源，对冷凝器提供冷源。

进一步，蒸发器中装有若干组雾化喷嘴，喷嘴组数由污水的种类和浓度确定。

进一步，所述装置采用多级串联设置：第N级的冷凝器的空气出口和水出口与第N+1级的蒸发器的空气入口和水入口联接，N为正整数。N的取值如1、2、3、4、5、6、7等。

进一步，所述机械压缩器为压缩制冷机或机械蒸汽压缩机。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的工艺流程框图；

图2是本发明的装置结构示意图。

图3是本发明的装置中机械压缩器工作示意图。

图中：1、7.预热器，2、8.蒸发器，3、9.雾化喷嘴，4、10.机械压缩器，5、11.冷凝器，6、12.水泵，13.冷却器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种协同净化污水及污染空气的方法，工艺流程如图1所示，污染空气与污水分别经过预热器预热进入蒸发器中，在蒸发器中，污水蒸发浓缩排除污染物，污染空气达到高温湿度饱和状态，高温饱和湿气进入冷凝器，急剧降温以污染空气中的颗粒物为凝结核快速凝结长大，形成密集水滴快速落下，初步净化空气。凝结生成的二次污水与净化空气再经预热进入下一级蒸发器中，二次污水蒸发浓缩排除污染物，净化空气达到高温湿度饱和状态，高温饱和湿气进入冷凝器，急剧降温以污染空气中的颗粒物为凝结核快速凝结长大，形成密集水滴快速落下，深度净化空气与清洁水。根据排放的要求，可以适当设置蒸发器和冷凝器装置的级数，经过重复蒸发与冷凝实现污水与空气的净化。在蒸发器与冷凝器之间可通过压缩制冷，制热或机械式蒸汽再压缩等方法在蒸发与凝结过程中充分利用热能与冷能，通过热传递实现能量高效利用，只需要补充很小的损耗就可以实现排放净化的同时回收能量，可以节省能耗。

如图2所示，本发明的装置包括预热器1、7；蒸发器2、8；雾化喷嘴3、9；机械压缩器4、10；冷凝器5、11；水泵6、12；冷却器13。污染空气与污水分别经过预热器1预热后由空气入口和水入口进入蒸发器2中，其中污水通过蒸发器2内设置的雾化喷嘴3雾化喷出快速蒸发，蒸发浓缩的污染物沉于蒸发器2的底部，定时对其底部进行清污，污染空气与蒸发的水蒸气混合达到高温湿度饱和状态，高温饱和湿气通过管道引入冷凝器5中快速凝结饱和形成水滴沉积于冷凝器5底部。机械压缩器4(如压缩制冷机)分别与蒸发器2和冷凝器5相连，机械压缩器的工作原理如图3所示，气体介质经机械压缩机压缩成高压液态并导至蒸发器2，利用气体压缩成高压液态时释放的热量实现对蒸发器的加热，加热后高压液态介质经节流器（膨胀阀）热力膨胀导至冷凝器5，介质在膨胀成气体时需吸收大量热量，从而实现对冷凝器的冷却，机械压缩器4使得此装置可以充分利用冷能与热能，实现输入污水和污染空气的冷热能充分利用。下一级蒸发器8的空气进口通过预热器7与冷凝器5的气体出口相连，下一级蒸发器8的污水入口通过预热器7和水泵6与冷凝器5的污水出口相连，冷凝器快速凝结分离出的空气与二次污水再经预热后分别进入蒸发器8中，其中二次污水通过蒸发器8中设置的雾化喷嘴9雾化喷出快速蒸发，再次蒸发浓缩的污染物沉于蒸发器8的底部，定时对其底部进行清污，产生的高温饱和湿气通过管道引入冷凝器11中快速凝结饱和形成水滴沉积于冷凝器11底部，实现对污染空气和污水的二次深度净化，二次浓度净化后的清洁水由水泵12泵至冷却器13回收热量后达标排放，二次浓度净化后的清洁空气导入冷却器13回收热量后达标排放。机械压缩器10分别与蒸发器8和冷凝器11相连,每一个单元包括一个蒸发器和冷凝器，在每一个单元之间都装有机械压缩器以实现冷能与热能的充分利用。如果机械压缩机采用机械蒸汽压缩机，则可以将冷凝器分离出的湿空气（其温度和湿度均较低）导入压缩机，压缩提高湿空气的焓，将其作为蒸发器2、8的补充热源，然后再重循环回冷凝器。在各级蒸发器中可以增加声波发生装置，利用雾化混合、声波破碎等方式促进污水在空气中的蒸发。在各级冷凝器中可以增加声波发生器、电磁装置、流场扰动装置和/或水雾喷淋装置，通过声波震荡、电磁、流场扰动、水雾喷淋等手段促进高温饱和湿气中凝结核的快速凝结长大。

其中，根据排放等级要求以及污染源的浓度，本装置可适当调整装置中蒸发器和冷凝器的串联级数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种协同净化污水及污染空气的方法，包括如下步骤：

（1）污染空气与污水在蒸发器中混合并蒸发；

（2）步骤（1）蒸发浓缩后的污染物排出，蒸发产生的饱和湿气在冷凝器里冷凝；

（3）冷凝得到的二次污水与空气重复步骤（1）至（2）的操作，直至水与空气达到排放标准。

2.根据权利要求1所述协同净化污水及污染空气的方法，其特征在于，步骤（2）中利用空气饱和湿度与温度的关系，通过调节温度加强液体蒸发与凝结核的凝聚过程，使污染空气中的颗粒污染物凝结长大、碰并沉降，实现污染空气的净化。

3.根据权利要求1所述协同净化污水及污染空气的方法，其特征在于，步骤（1）中利用雾化混合、声波破碎促进污水在空气中的蒸发。

4.根据权利要求2所述协同净化污水及污染空气的方法，其特征在于，步骤（2）中利用声波震荡、电磁、流场扰动、水雾喷淋促进饱和湿气中凝结核的快速凝结长大。

5.根据权利要求1所述协同净化污水及污染空气的方法，其特征在于，通过压缩制冷、制热或机械式蒸汽再压缩方法在蒸发与凝结过程中充分利用热能与冷能，通过热传递实现能量高效利用。

6.一种协同净化污水及污染空气的装置，包括预热器、蒸发器、冷凝器和机械压缩器，污染空气和污水分别经过预热器由空气入口和水入口进入蒸发器中，蒸发器的湿气出口与冷凝器的入口相连，机械压缩器分别与蒸发器和冷凝器相连。

7.根据权利要求6所述协同净化污水及污染空气的装置，其特征在于，蒸发器中装有若干组雾化喷嘴。

8.根据权利要求6所述协同净化污水及污染空气的装置，其特征在于，所述装置采用多级串联设置：第N级的冷凝器的空气出口和水出口与第N+1级的蒸发器的空气入口和水入口联接，N为正整数。

9.根据权利要求6所述协同净化污水及污染空气的装置，其特征在于，所述机械压缩器为压缩制冷机或机械蒸汽压缩机。