CN107416929A - 利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统 - Google Patents
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Abstract
利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，它涉及一种水处理系统。现有对工业废水进行处理的过程中，操作过程复杂、驱动能耗高、无法彻底解决换热器内结晶的弊端，同时还需要另加热源，耗费能源。本发明中始端多效真空相变换热器和末端多效真空相变换热器间并列设置，高温工业废水从始端多效真空相变换热器顶效蒸发器进入且其从始端多效真空相变换热器的底效蒸发器流出，至少一个中间多效真空相变换热器设在始端多效真空相变换热器和末端多效真空相变换热器之间实现水流逐级降温的工作过程和水流逐级加热的工作过程。水流逐级加热和水流逐级冷却的工作过程分别是提热和放热过程，二者相互独立无影响。本发明用于水处理过程中。
Description
技术领域
本发明涉及化工及能源等领域，具体涉及多级闪蒸技术,是一种利用该技术进行工业废水处理的系统。
背景技术
铁合金生产过程中会产生大量的工业废水，直接将工业废水排入河流中会对周围环境造成严重污染。工业废水中含有V--0.1g/L钒、NH3-N--1.0g/L氨氮、Cr6+0.6--2g/L铬离子、Cl---10g/L氯离子、Na+--20g/L钠离子、Ca2+--2.0mmol/L钙离子等元素，为了避免工业废水对环境造成污染，同时回收工业废水中的贵重金属，需要从工业废水中提炼贵重金属，因此需要将工业废水浓缩到10％，也就是把300m3的废水浓缩到30m3，以便企业通过吸附等手段对有价值的成份进行回收。
多级闪蒸(MSF)是多级闪急蒸馏法的简称。多级闪蒸是一种在20世纪50年代发展起来的海水淡化法，该方法不仅用于海水淡化，而且已广泛用于火力发电厂、石油化工厂的锅炉供水、工业废水和矿井苦咸水的处理与回收，以及印染工业、造纸工业废碱液的回收。
现有多级闪蒸设备系统结构复杂、耗能高、占地面积大，例如CN2015106963534公开了一种工业废水多效蒸发浓缩装置及方法，其所处理的工业废水需要经过热源加热到一定高温才能够进行处理过程，加热步骤耗费能源，同时该方案在实际运行过程中存在操作过程复杂、驱动能耗高、无法彻底解决换热器内结晶等问题。
发明内容
本发明是为了解决现有对工业废水进行处理的过程中，操作过程复杂、驱动能耗高、无法彻底解决换热器内结晶的弊端，同时还需要另加热源，耗费能源的问题，进而提供了一种利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，它包括高温工业废水、始端多效真空相变换热器、末端多效真空相变换热器、待处理废水和至少一个中间多效真空相变换热器，始端多效真空相变换热器和末端多效真空相变换热器之间并列设置，高温工业废水从始端多效真空相变换热器的顶效蒸发器进入且其从始端多效真空相变换热器的底效蒸发器流出，至少一个中间多效真空相变换热器设置在始端多效真空相变换热器和末端多效真空相变换热器之间实现水流逐级降温的工作过程和水流逐级加热的工作过程：
水流逐级加热的工作过程为将待处理废水通入到末端多效真空相变换热器的底效冷凝器的入水端中，末端多效真空相变换热器的顶效冷凝器与中间多效真空相变换热器的底效冷凝器的进水端相连通，中间多效真空相变换热器的顶效冷凝器的出水端与始端多效真空相变换热器的底效冷凝器的进水端相连通；
水流逐级降温的工作过程为始端多效真空相变换热器的顶效冷凝器的出水端与其靠近的中间多效真空相变换热器的顶效蒸发器的进水端相连通，中间多效真空相变换热器的底效蒸发器的出水端与末端多效真空相变换热器的顶效蒸发器的进水端相连通，末端多效真空相变换热器的底效蒸发器的出水端与冷却塔相连接；水流逐级加热的工作过程和水流逐级冷却的工作过程相互配合形成零排放废水的循环过程。
利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，作为优先方案，冷却塔的出水端与固液分离系统的入口相连接，固液分离系统包括凉水池、底滤池、浓缩液蓄水池和工业废水源，所述冷却塔的出水端与凉水池的进水端相连通，凉水池的出水端与底滤池的进水端相连通，工业废水源与底滤池相连通，底滤池的出水端与浓缩液蓄水池的进水端相连通，浓缩液蓄水池的出水端将待处理废水通入到末端多效真空相变换热器的底效冷凝器的入水端处。
利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，作为优先方案，它还包括冷凝水用收集系统，冷凝水用收集系统包括收集水箱和多个收集管路，多个收集管路均与收集水箱相连通，始端多效真空相变换热器的底效冷凝器对应设置有一个收集管路，始端多效真空相变换热器的底效冷凝器通过其对应的收集管路与收集水箱相连通；每个中间多效真空相变换热器的底效冷凝器对应设置有一个收集管路，每个中间多效真空相变换热器的底效冷凝器通过其对应的收集管路与收集水箱相连通；末端多效真空相变换热器的底效冷凝器对应设置有一个收集管路，末端多效真空相变换热器的底效冷凝器通过其对应的收集管路与与收集水箱相连通。
利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，作为优先方案，高温工业废水的余热为始端多效真空相变换热器、末端多效真空相变换热器、待处理废水和至少一个中间多效真空相变换热器的驱动热源。
利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，作为优先方案，末端多效真空相变换热器的底效蒸发器的温度取值范围为35℃至45℃。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中水流逐级加热的工作过程和水流逐级冷却的工作过程相互配合有效实现往复循环式的处理过程。水流逐级加热的工作过程有效实现工业废水的提热过程，水流逐级冷却的工作过程通过闪蒸方法有效实现工业废水的浓缩过程。两个过程各自独立进行，其中提热过程为升温过程，各个换热器无结晶物产生，降温过程工业废水的结晶物均在冷却塔冷却过程中析出，从而有效避免结晶物堵塞各个多效真空相变换热器中的冷凝器。有效保证本发明的水处理性能长期可靠，同时还能够延长本发明的使用寿命。
2、本发明自身循环方式充分利用工业废热，具有节省能耗的效果，本发明能够直接处理从工厂中排出的工业废水，利用工业废水的自身热交换即可实现浓缩固化的处理过程，有效节省能耗，有效节省处理成本10％～15％。
3、本发明利用真空相变原理从易结晶结垢的高温工业废水中提取热量作为驱动热源，解决了常规间壁式换热器在此类高温工业废水取热过程中造成的换热器污染、堵塞、腐蚀或其他瓶颈问题。
4、本发明的水处理系统通过工业废水源、始端多效真空相变换热器、末端多效真空相变换热器和至少一个中间多效真空相变换热器之间相互配合有效简化了组装步骤，降低组装难度。
5、本发明没有外排，通过水流逐级加热的工作过程和水流逐级冷却的工作过程相互配合形成零排放废水的往复循环过程。循环过程中水流最终从末端多效真空相变换热器的底效蒸发器流出进入冷却塔，经固液分离后与待处理废水混合后通入末端多效真空相变换热器的底效冷凝器中，形成完整的水处理过程。
6、本发明适用范围广泛，能够适用于海水淡化过程或工业废水的浓缩处理过程，此外本发明还能够通过高温工业废水驱动始端多效蒸汽发生器、末端多效蒸汽发生器和/或至少一个中间多效蒸汽发生器，从而用于供热。
附图说明
图1为本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括高温工业废水1、始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3、待处理废水和至少一个中间多效真空相变换热器4，始端多效真空相变换热器2和末端多效真空相变换热器3之间并列设置，高温工业废水1从始端多效真空相变换热器2的顶效蒸发器2-1进入且其从始端多效真空相变换热器2的底效蒸发器2-4流出，至少一个中间多效真空相变换热器4设置在始端多效真空相变换热器2和末端多效真空相变换热器3之间实现水流逐级降温的工作过程和水流逐级加热的工作过程：
水流逐级加热的工作过程为待处理废水与末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3的入水端相连通，末端多效真空相变换热器3的顶效冷凝器3-2与中间多效真空相变换热器4的底效冷凝器4-3的进水端相连通，中间多效真空相变换热器4的顶效冷凝器4-2的出水端与始端多效真空相变换热器2的底效冷凝器2-3的进水端相连通；
水流逐级降温的工作过程为始端多效真空相变换热器2的顶效冷凝器2-2的出水端与其靠近的中间多效真空相变换热器4的顶效蒸发器4-1的进水端相连通，中间多效真空相变换热器4的底效蒸发器4-4的出水端与末端多效真空相变换热器3的顶效蒸发器3-1的进水端相连通，末端多效真空相变换热器3的底效蒸发器3-4的出水端与冷却塔7相连接；水流逐级加热的工作过程和水流逐级冷却的工作过程相互配合形成零排放废水的循环过程。
上述过程为本发明中的中间多效真空相变换热器4的个数为一个时的0排放废水的循环过程，当中间多效真空相变换热器4的个数为多个时，相邻的两个中间多效真空相变换热器4的连接关系与上述过程中的中间多效真空相变换热器4与末端多效真空相变换热器3之间的连接关系同理。
本发明的中间多效真空相变换热器4个数以及每个中间多效真空相变换热器4的设置效数根据实际日常处理量的大小具体设置，同理于始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3的设置效数。
在本发明中循环的流质为无易挥发气体的流质。
本发明中始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3和中间多效真空相变换热器4的结构相同且均为现有结构，始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3和中间多效真空相变换热器4的工作原理均与现有产品的工作原理相同。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式中冷却塔7的出水端与固液分离系统的入口相连接，固液分离系统包括凉水池8、底滤池9、浓缩液蓄水池10和工业废水源11，所述冷却塔7的出水端与凉水池8的进水端相连通，凉水池8的出水端与底滤池9的进水端相连通，工业废水源11与底滤池9相连通，底滤池9的出水端与浓缩液蓄水池10的进水端相连通，浓缩液蓄水池10的出水端与末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3的入水端相连通。
本发明中浓缩液蓄水池10内的水为待处理废水，浓缩液蓄水池10的出水端将待处理废水通入到末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3的入水端处。
本发明中废水流最终从末端多效真空相变换热器3的底效蒸发器3-4流出进入冷却塔7，经固液分离系统的固液分离后与工业废水源11混合后通入末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3中。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式还包括冷凝水用收集系统6，冷凝水用收集系统6包括收集水箱6-1和多个收集管路6-2，多个收集管路6-2均与收集水箱6-1相连通，始端多效真空相变换热器2的底效冷凝器2-3对应设置有一个收集管路6-2，始端多效真空相变换热器2的底效冷凝器2-3通过其对应的收集管路6-2与收集水箱6-1相连通；每个中间多效真空相变换热器4的底效冷凝器4-3对应设置有一个收集管路6-2，每个中间多效真空相变换热器4的底效冷凝器4-3通过其对应的收集管路6-2与收集水箱6-1相连通；末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3对应设置有一个收集管路6-2，末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3通过其对应的收集管路6-2与与收集水箱6-1相连通。
本发明中始端多效真空相变换热器2的底效冷凝器2-3、末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3和每个中间多效真空相变换热器4的底效冷凝器4-3均加工有冷凝水出口，用于与各自对应的收集管路6-2相连通。本发明中的冷凝水用收集系统6是用于收集冷凝水。能够起到固液分离效果的其他现有结构均可。收集水箱6-1处连通有真空装置12，真空装置12为现有装置。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式中高温工业废水1的余热为始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3、待处理废水和至少一个中间多效真空相变换热器4的驱动热源。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式中末端多效真空相变换热器3的底效蒸发器3-4的温度取值范围为35℃至45℃。
本实施方式中末端多效真空相变换热器3的底效蒸发器3-4的温度控制在35℃至45℃范围内，使本发明对高温工业废水1的余热进行了充分利用。同时，该温度范围为工业废水中大部分溶质溶解度较大区间，系统进入稳定循环工况后，工业废水源11在冷却塔7中降温到25℃至30℃时析出结晶物，经过滤后为该温度饱和溶液，溶液中溶质随溶液温度升高溶解度变大，保证了后续的升温过程中各个冷凝器内无结晶物析出；冷却过程浓缩导致溶液浓度增加，溶质浓度仍小于当前温度对应饱和溶液的浓度。所以循环过程中在始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3、中间多效真空相变换热器4中的溶液始终未达到饱和，结晶物均在冷却塔冷却降温过程中析出，有效地避免了结晶物堵塞各个各个冷凝器。
本发明通过样品试验得出的结果如下：
高温工业废水1来流温度为80℃，通过始端多效真空相变换热器2的顶效冷凝器2-2来水加热至70℃，经过若干个中间多效真空相变换热器4后每级温降15℃，在末端多效真空相变换热器3的底效蒸发器3-4后流出40℃的水流进入冷却塔7冷却并固液分离系统的固液分离后水流的温度降为30℃形成待处理废水，待处理废水通过末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3中加热升温，经过若干个中间多效真空相变换热器4的冷凝侧后，每级加热15℃，换热量为9MW的3台设备，处理回收工业废水能力为37.5t/h，每级12.5t/h，废热需求量为9MW，吨水耗电量14kw.h。
工作原理：
始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3和中间多效真空相变换热器4均为多效真空相变换热器，多效真空相变换热器由蒸发器和冷凝器组成，在每一效换热器内，正向流动的工业废水在换热器的蒸发器侧闪蒸得到纯净的蒸汽，并与冷凝器侧逆向流动的工业废水进行换热，蒸汽冷凝为脱盐水，冷凝器侧的工业废水被加热，若干个中间多效真空相变换热器4与始端多效真空相变换热器2、末端多效真空相变换热器3串联连接，始端多效真空相变换热器2从高温工业废水1中提取热量作为中间多效真空相变换热器4和末端多效真空相变换热器3进行水处理的驱动热源。末端多效真空相变换热器3的底效蒸发器3-4的出水端连接至冷却塔7，进行降温、固液分离处理后，再进入末端多效真空相变换热器3的底效冷凝器3-3的入水端，被逐级加热。最终系统将待处理废水进行溶质与水的分离，实现工业废水的零排放。
Claims (5)
1.利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，其特征在于：它包括高温工业废水(1)、始端多效真空相变换热器(2)、末端多效真空相变换热器(3)、待处理废水和至少一个中间多效真空相变换热器(4)，始端多效真空相变换热器(2)和末端多效真空相变换热器(3)之间并列设置，高温工业废水(1)从始端多效真空相变换热器(2)的顶效蒸发器(2-1)进入且其从始端多效真空相变换热器(2)的底效蒸发器(2-4)流出，至少一个中间多效真空相变换热器(4)设置在始端多效真空相变换热器(2)和末端多效真空相变换热器(3)之间实现水流逐级降温的工作过程和水流逐级加热的工作过程：
水流逐级加热的工作过程为将待处理废水通入到末端多效真空相变换热器(3)的底效冷凝器(3-3)的入水端中，末端多效真空相变换热器(3)的顶效冷凝器(3-2)与中间多效真空相变换热器(4)的底效冷凝器(4-3)的进水端相连通，中间多效真空相变换热器(4)的顶效冷凝器(4-2)的出水端与始端多效真空相变换热器(2)的底效冷凝器(2-3)的进水端相连通；
水流逐级降温的工作过程为始端多效真空相变换热器(2)的顶效冷凝器(2-2)的出水端与其靠近的中间多效真空相变换热器(4)的顶效蒸发器(4-1)的进水端相连通，中间多效真空相变换热器(4)的底效蒸发器(4-4)的出水端与末端多效真空相变换热器(3)的顶效蒸发器(3-1)的进水端相连通，末端多效真空相变换热器(3)的底效蒸发器(3-4)的出水端与冷却塔(7)相连接；水流逐级加热的工作过程和水流逐级冷却的工作过程相互配合形成零排放废水的循环过程。
2.根据权利要求1所述的利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，其特征在于：冷却塔(7)的出水端与固液分离系统的入口相连接，固液分离系统包括凉水池(8)、底滤池(9)、浓缩液蓄水池(10)和工业废水源(11)，所述冷却塔(7)的出水端与凉水池(8)的进水端相连通，凉水池(8)的出水端与底滤池(9)的进水端相连通，工业废水源(11)与底滤池(9)相连通，底滤池(9)的出水端与浓缩液蓄水池(10)的进水端相连通，浓缩液蓄水池(10)的出水端将待处理废水通入到末端多效真空相变换热器(3)的底效冷凝器(3-3)的入水端处。
3.根据权利要求1或2所述的利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，其特征在于：它还包括冷凝水用收集系统，冷凝水用收集系统包括收集水箱(6-1)和多个收集管路(6-2)，多个收集管路(6-2)均与收集水箱(6-1)相连通，始端多效真空相变换热器(2)的底效冷凝器(2-3)对应设置有一个收集管路(6-2)，始端多效真空相变换热器(2)的底效冷凝器(2-3)通过其对应的收集管路(6-2)与收集水箱(6-1)相连通；每个中间多效真空相变换热器(4)的底效冷凝器(4-3)对应设置有一个收集管路(6-2)，每个中间多效真空相变换热器(4)的底效冷凝器(4-3)通过其对应的收集管路(6-2)与收集水箱(6-1)相连通；末端多效真空相变换热器(3)的底效冷凝器(3-3)对应设置有一个收集管路(6-2)，末端多效真空相变换热器(3)的底效冷凝器(3-3)通过其对应的收集管路(6-2)与与收集水箱(6-1)相连通。
4.根据权利要求3所述的利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，其特征在于：高温工业废水(1)的余热为始端多效真空相变换热器(2)、末端多效真空相变换热器(3)、待处理废水和至少一个中间多效真空相变换热器(4)的驱动热源。
5.根据权利要求1或4所述的利用高温工业废水余热的工业废水浓缩固化水处理系统，其特征在于：末端多效真空相变换热器(3)的底效蒸发器(3-4)的温度取值范围为35℃至45℃。
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2017
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