CN108529806A - 一种焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理技术领域,具体涉及一种焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置及处理方法。所述装置包括:Fenton氧化塔、物料蒸发器、热泵蒸发器、SAP吸收罐、出水槽;所述Fenton氧化塔中部经循环泵与物料蒸发器上端相连,物料蒸发器顶部与SAP吸收罐顶部相连,SAP吸收罐底部与出水槽连接。本方法蒸发一吨水仅需25~40度电,节能效果明显,运行费用降低。且不需要生蒸汽,排出水蒸汽也直接进入吸收罐,就可以避免核心设备腐蚀,热泵压缩机使用寿命长达10年以上。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域,具体涉及一种焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置及处理方法。
背景技术
现有技术中,焦化废水经过二级处理后,再采用膜组合工艺,如“超滤+纳滤+反渗透”、“多介质过滤+反渗透”、“MBR+反渗透”等工艺深度处理后,将近3/4的产水可直接作为循环水系统的补充水回用,但同时产生25%左右的反渗透膜后浓缩液(浓水水质见表1),含有高浓度有机污染物,富含氯盐、硫酸盐、硫氰酸盐和硫代硫酸盐等无机盐,不能直接外排,必须作进一步处理。
表1 焦化废水反渗透浓水水质 单位:mg/L
COD | TDS | 总硬度 | Cl- | SS | 总碱度 | T-CN | NH3-N |
240~790 | 9800~14500 | 380~1290 | 2210~3960 | 3.5~12.2 | 570~980 | 0.96~3.7 | 22~35 |
注:总硬度和总碱度均以CaCO3计。
发明内容
本发明提供一种焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置,该装置包括:Fenton氧化塔、物料蒸发器、热泵蒸发器、SAP吸收罐、出水槽;
所述Fenton氧化塔中部经循环泵与物料蒸发器上端相连,物料蒸发器顶部与SAP吸收罐顶部相连,SAP吸收罐底部与出水槽连接。
进一步的,上述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置中,所述物料蒸发器中部设置热泵冷凝盘管,所述热泵冷凝盘管外连膨胀阀、热泵蒸发器、压缩机,并构成回路。
进一步的,上述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置中,所述物料蒸发器的顶部设置多个喷嘴。
进一步的,上述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置中,所述物料蒸发器的下端与循环泵前端连接,用于母液回流。
进一步的,上述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置中,所述物料蒸发器和热泵蒸发器上均设置有风扇。
进一步的,上述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置中,所述SAP吸收罐由并联的SAP吸收罐A和SAP吸收罐B构成。
进一步的,上述SAP吸收罐A和SAP吸收罐B的顶部相连接,连接管路与热效蒸发器的中部连通。
进一步的,上述SAP吸收罐A和SAP吸收罐B的顶部连接管路和底部连接管路上均设有若干个调节阀。
本发明还提供上述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗处理方法,该方法包括以下步骤:
(1)焦化废水膜滤浓缩液常温下经Fenton氧化处理,处理液经升压后送入物料蒸发器中;
(2)处理液进入物料蒸发器处理后,从物料蒸发器上部排出水蒸气,未蒸发的母液回流至循环泵前端混合来液后继续参与下一次蒸发,物料蒸发器底部浓缩液结晶分离后晶体打包外运;
(3)步骤(2)所得水蒸汽由热风带至SAP吸收灌中进行吸水,当吸水饱和后,进行脱水再生,脱出水分汇入出水槽,出水达到补充水回用的水质标准。
根据本发明处理方法,该方法具体包括以下步骤:
(1)焦化废水膜滤浓缩液常温下经Fenton氧化处理,处理液经升压后送入物料蒸发器中;
(2)处理液被喷淋到热泵竖直冷凝盘管的外壁,形成薄膜向下流动,冷凝盘管内的制冷剂蒸汽冷凝放热,用放出的热量来加热料液,使冷凝盘管外料液蒸发浓缩,产生的水蒸汽;
制冷剂冷凝降温后通过膨胀阀,进入热泵蒸发器,吸收外界空气热量而蒸发,制冷剂蒸汽被压缩机吸入,继续下一次制热循环;
未蒸发的母液回流至循环泵前端混合来液后继续参与下一次蒸发,物料蒸发器底部浓缩液结晶分离后晶体打包外运;
(3)步骤(2)所得水蒸汽在风扇的吹动下,热风带出水蒸汽到SAP吸水颗粒,储存系统蒸发水分,当吸水饱和后,进行脱水再生,再生时不需要额外的能量输入,直接回收利用热泵蒸发器风扇排出的冷风进行SAP吸水颗粒风干脱水,经过脱水的SAP颗粒恢复原有功能,可以重新吸水;脱出水分汇入出水槽,出水达到补充水回用的水质标准。
根据本发明处理方法,步骤(1)中Fenton氧化处理的条件为:pH=3~4、c(Fe2+)=1~2g/L、c(H2O2)=5~9g/L的条件下,持续反应2~4h。浓水中COD、NH3-N和色度的去除率分别为68~80%、90~95%和85~90%,大部分有机物被氧化分解,沉降污泥合并至焦化废水生化部分污泥一并处理。
根据本发明处理方法,步骤(2)中所述处理液的温度20~25℃,喷淋流量1.5~2L/min,水蒸汽的温度20~25℃。
根据本发明处理方法,步骤(3)中补充水回用的水质标准,CODcr<30mg/L、TDS<100mg/L、NH3-N<3mg/L、钙硬度<150mg/L、Cl-<180mg/L、浊度<3.5NTU,即各项水质指标满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2017第6.1.3条的要求,可直接回用于循环水系统。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.传统低温蒸发系统除了蒸汽压缩机、真空泵,还设置有分离器、冷凝器等耗电设备,本系统用吸收装置A、B代替了这些设备,在日常工作状态下,只有控制系统消耗少量电能,相比于MVR低温型蒸发器蒸发一吨水需要耗电为38~75度电,本方法蒸发一吨水仅需25~40度电,节能效果明显,运行费用降低。
2.热泵排风风扇出风量较大,与其让这部分冷风消散到环境中,造成资源浪费,不如通过风管将热泵系统所排冷风收集起来,合理利用于SAP颗粒风干脱水,达到节能的目的。
3.常规蒸发系统采用生蒸汽加热物料,二次蒸汽返回压缩机重复利用,二次蒸汽中有可能夹带少量物料,即有可能引起核心部件蒸汽压缩机的腐蚀,使用寿命降低,通常只有3~5年。而本系统中,不需要生蒸汽,排出水蒸汽也直接进入吸收罐,就可以避免核心设备腐蚀,热泵压缩机使用寿命长达10年以上。
附图说明
图1是本发明处理方法的流程图;
附图标记:1- Fenton氧化塔、2-物料蒸发器、3-热泵蒸发器、4-SAP吸收罐、5-出水槽、6-喷嘴、7-热泵冷凝盘管、8-循环泵、9-膨胀阀、10-压缩机、11-调节阀、12-风扇。
具体实施方式
本发明针对焦化废水反渗透浓水水质特点,提供一套Fenton氧化+热泵低温蒸发+SAP吸水组合处理装置和工艺,实现焦化废水反渗透浓水零排放。其装置及流程如图1所示:焦化废水膜滤浓缩液常温下经Fenton氧化塔1氧化处理,浓水中COD、NH3-N和色度的去除率分别为68~80%、90~95%和85~90%,大部分有机物被氧化分解,沉降污泥合并至焦化废水生化部分污泥一并处理;循环泵8将处理水泵至物料蒸发器2,从喷嘴6内,料液被喷淋到竖直的热泵冷凝盘管7的外壁形成薄膜向下流动,管内制冷剂蒸汽冷凝放热,用放出的热量来加热物料,使管外物料蒸发浓缩,产生水蒸汽,制冷剂冷凝降温后通过膨胀阀9,进入热泵蒸发器3,吸收外界空气热量而蒸发,制冷剂蒸汽被压缩机10吸入,继续下一次制热循环;未蒸发的母液回流至循环泵8前端混合来液后继续参与下一次蒸发,物料蒸发器2底部浓缩液结晶分离后晶体打包外运;热泵冷凝盘管7外产生了以气态、液态同时存在的水蒸汽,在风扇12的吹动下,热风带出湿气到SAP吸收罐4,利用高分子吸水树脂(简称SAP)的超强吸水力,有效的储存系统蒸发水分。所述SAP吸收罐4由并联的SAP吸收罐A和SAP吸收罐B构成,SAP吸收罐A和SAP吸收罐B的顶部相连接,连接管路与热泵蒸发器3的中部连通,且SAP吸收罐A和SAP吸收罐B的顶部连接管路和底部连接管路上均设有若干个调节阀11。当吸水饱和后,进行脱水再生,这时不需要额外的能量输入,直接回收利用热泵蒸发器风扇12排出的冷风进行SAP颗粒风干脱水,经过脱水的SAP颗粒恢复原有功能,可以重新吸水,常规工作状态下,一个吸收罐在进行水汽吸收,另一个吸收罐进行脱水再生,两者交替使用;脱出水分汇入出水槽,出水可达补充水回用的水质标准,CODcr<30mg/L、TDS<100mg/L、NH3-N<3mg/L、钙硬度<150mg/L、Cl-<180mg/L、浊度<3.5NTU,即各项水质指标满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2017第6.1.3条的要求,可直接回用于循环水系统。
实施例1
焦化废水反渗透浓水零排放低能耗处理方法,该方法具体包括以下步骤:
(1)焦化废水膜滤浓缩液常温下经Fenton氧化处理,在pH=3、c(Fe2+)=2g/L、c(H2O2)=9g/L的条件下,持续反应3h,处理液经升压后送入物料蒸发器中;浓水中COD、NH3-N和色度的去除率分别为72%、92%和90%,大部分有机物被氧化分解,沉降污泥合并至焦化废水生化部分污泥一并处理。
(2)23~25℃的处理液被喷淋到热泵竖直冷凝盘管的外壁,喷淋流量1.5L/min,形成薄膜向下流动,冷凝盘管内的制冷剂蒸汽冷凝放热,用放出的热量来加热料液,使冷凝盘管外料液蒸发浓缩,产生的温度23~25℃水蒸汽;
制冷剂冷凝降温后通过膨胀阀,进入热泵蒸发器,吸收外界空气热量而蒸发,制冷剂蒸汽被压缩机吸入,继续下一次制热循环;
未蒸发的母液回流至循环泵前端混合来液后继续参与下一次蒸发,物料蒸发器底部浓缩液结晶分离后晶体打包外运;
(3)步骤(2)所得水蒸汽在风扇的吹动下,热风带出水蒸汽到SAP吸水颗粒,储存系统蒸发水分,当吸水饱和后,进行脱水再生,再生时不需要额外的能量输入,直接回收利用热泵蒸发器风扇排出的冷风进行SAP吸水颗粒风干脱水,经过脱水的SAP颗粒恢复原有功能,可以重新吸水;脱出水分汇入出水槽,出水达到补充水回用的水质标准:CODcr<30mg/L、TDS<100mg/L、NH3-N<3mg/L、钙硬度<150mg/L、Cl-<180mg/L、浊度<3.5NTU,即各项水质指标满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2017第6.1.3条的要求,可直接回用于循环水系统。
实施例2
焦化废水反渗透浓水零排放低能耗处理方法,该方法具体包括以下步骤:
(1)焦化废水膜滤浓缩液常温下经Fenton氧化处理,在pH=4、c(Fe2+)=1.2g/L、c(H2O2)=6g/L的条件下,持续反应4h,处理液经升压后送入物料蒸发器中;浓水中COD、NH3-N和色度的去除率分别为80%、90%和88%,大部分有机物被氧化分解,沉降污泥合并至焦化废水生化部分污泥一并处理。
(2)20~22℃的处理液被喷淋到热泵竖直冷凝盘管的外壁,喷淋流量2L/min,形成薄膜向下流动,冷凝盘管内的制冷剂蒸汽冷凝放热,用放出的热量来加热料液,使冷凝盘管外料液蒸发浓缩,产生的温度20~22℃水蒸汽;
制冷剂冷凝降温后通过膨胀阀,进入热泵蒸发器,吸收外界空气热量而蒸发,制冷剂蒸汽被压缩机吸入,继续下一次制热循环;
未蒸发的母液回流至循环泵前端混合来液后继续参与下一次蒸发,物料蒸发器底部浓缩液结晶分离后晶体打包外运;
(3)步骤(2)所得水蒸汽在风扇的吹动下,热风带出水蒸汽到SAP吸水颗粒,储存系统蒸发水分,当吸水饱和后,进行脱水再生,再生时不需要额外的能量输入,直接回收利用热泵蒸发器风扇排出的冷风进行SAP吸水颗粒风干脱水,经过脱水的SAP颗粒恢复原有功能,可以重新吸水;脱出水分汇入出水槽,出水达到补充水回用的水质标准:CODcr<30mg/L、TDS<100mg/L、NH3-N<3mg/L、钙硬度<150mg/L、Cl-<180mg/L、浊度<3.5NTU,即各项水质指标满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2017第6.1.3条的要求,可直接回用于循环水系统。
Claims (10)
1.一种焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置,其特征在于,该装置包括:Fenton氧化塔、物料蒸发器、热泵蒸发器、SAP吸收罐、出水槽;
所述Fenton氧化塔中部经循环泵与物料蒸发器上端相连,物料蒸发器顶部与SAP吸收罐顶部相连,SAP吸收罐底部与出水槽连接。
2.根据权利要求1所述的焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置,其特征在于,所述物料蒸发器中部设置热泵冷凝盘管,所述热泵冷凝盘管外连膨胀阀、热泵蒸发器、压缩机,并构成回路。
3.根据权利要求1或2所述的焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置,其特征在于,所述物料蒸发器的顶部设置多个喷嘴,所述物料蒸发器的下端与循环泵前端连接,用于母液回流。
4.根据权利要求3所述的焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置,其特征在于,所述物料蒸发器和热泵蒸发器上均设置有风扇。
5.根据权利要求1所述的焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置,其特征在于,所述SAP吸收罐由并联的SAP吸收罐A和SAP吸收罐B构成。
6.根据权利要求5所述的焦化废水反渗透浓水零排放低能耗装置,其特征在于,上述SAP吸收罐A和SAP吸收罐B的顶部相连接,连接管路与热效蒸发器的中部连通;SAP吸收罐A和SAP吸收罐B的顶部连接管路和底部连接管路上均设有若干个调节阀。
7.权利要求1~6任一项所述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗处理方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)焦化废水膜滤浓缩液常温下经Fenton氧化处理,处理液经升压后送入物料蒸发器中;
(2)处理液进入物料蒸发器处理后,从物料蒸发器上部排出水蒸气,未蒸发的母液回流至循环泵前端混合来液后继续参与下一次蒸发,物料蒸发器底部浓缩液结晶分离后晶体打包外运;
(3)步骤(2)所得水蒸汽由热风带至SAP吸收灌中进行吸水,当吸水饱和后,进行脱水再生,脱出水分汇入出水槽,出水达到补充水回用的水质标准。
8.根据权利要求7所述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗处理方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:
(1)焦化废水膜滤浓缩液常温下经Fenton氧化处理,处理液经升压后送入物料蒸发器中;
(2)处理液被喷淋到热泵竖直冷凝盘管的外壁,形成薄膜向下流动,冷凝盘管内的制冷剂蒸汽冷凝放热,用放出的热量来加热料液,使冷凝盘管外料液蒸发浓缩,产生的水蒸汽;
制冷剂冷凝降温后通过膨胀阀,进入热泵蒸发器,吸收外界空气热量而蒸发,制冷剂蒸汽被压缩机吸入,继续下一次制热循环;
未蒸发的母液回流至循环泵前端混合来液后继续参与下一次蒸发,物料蒸发器底部浓缩液结晶分离后晶体打包外运;
(3)步骤(2)所得水蒸汽在风扇的吹动下,热风带出水蒸汽到SAP吸水颗粒,储存系统蒸发水分,当吸水饱和后,进行脱水再生,再生时不需要额外的能量输入,直接回收利用热泵蒸发器风扇排出的冷风进行SAP吸水颗粒风干脱水,经过脱水的SAP颗粒恢复原有功能,可以重新吸水;脱出水分汇入出水槽,出水达到补充水回用的水质标准。
9.根据权利要求8所述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗处理方法,其特征在于,步骤(1)中Fenton氧化处理的条件为:pH=3~4、c(Fe2+)=1~2g/L、c(H2O2)=5~9g/L的条件下,持续反应2~4h。
10.根据权利要求8所述焦化废水反渗透浓水零排放低能耗处理方法,其特征在于,步骤(2)中所述处理液的温度20~25℃,喷淋流量1.5~2L/min,水蒸汽的温度20~25℃。
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