CN108622971B - 利用新能源的mvr节能环保污水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种利用太阳能的MVR污水处理系统，属于节能环保技术领域。采用分离子系统和余热回收子系统实现两级预热/冷却方式，结合太阳能子系统预热，以及浓缩、干燥子系统中的蒸汽压缩回收利用，最大化回收利用了余热，有效降低了成本。浓缩和干燥子系统实现污水的固态物、净化水和废气的有效分离，完全发挥出加热蒸馏方式进行污水处理的优势。根据饱和蒸汽压力和温度的不同，采用阶梯式利用，减少外部蒸汽用量，保证了两套MVR系统的稳定、连续运行。具有结构简单、易于实现、投资和运行成本都较低的优点，节能和环保效果极其显著，可广泛应用于各类污水、污泥的处理，以及其他如食品饲料、化工、制药等具有类似工艺的领域中。

Description

利用新能源的MVR节能环保污水处理系统
技术领域
本发明涉及一种污水处理系统，特别是一种利用太阳能预热、并利用MVR技术进行蒸汽余热完全回收利用的污水处理系统。属于节能环保技术领域。
背景技术
常见的污水或废水，包括生活污水、工业污水、垃圾渗出液、河流湖泊污水等，目前采用生物菌技术、膜过滤技术等，都能起到较好的处理效果，但是上述技术对污泥则难以进行有效地处理。
而且，污水、废水，以及污泥中，一般都含有大量可回收利用的物质，同时也含有细菌、微生物、废气等，采用加热蒸馏方式进行处理，相对而言具有更好的效果：通过蒸馏加热可以杀灭大部分的细菌、微生物；通过加热可促进废气的析出分离，减少废气的处理量；通过蒸发再冷却，得到的冷凝蒸馏水水质有很大改善，可再次利用；通过浓缩干燥可将污水中的固体部分转换为含水较少的固态物或膏状物，便于回收利用，即使没有利用价值，也便于运输和处理。
但是，对污水、污泥的蒸发浓缩和干燥，需要耗费较多的能源，处理成本较高，成为制约这种污水、污泥处理方法的瓶颈。现有的工艺和技术方案存在诸多不完善之处，没有充分发挥出加热蒸馏方式污水处理的优势；即使有采用蒸汽压缩回收利用（MVR）的技术，在一定程度上起到了节能的效果，仍然存在换热效率较低、难以实现余热的最大化利用、蒸汽压缩回收利用系统运行不稳定等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，完全发挥出加热蒸馏方式污水处理的优势，将污水彻底分离为可回收使用的冷凝水、固态物，以及少量便于处理的废气，并能有效杀灭大部分细菌和微生物。解决现有的污水处理工艺中能源浪费过大、环保效果很差的问题，并对余热的最大化利用等提供了有效的解决方案；结构简单、易于实现、投资和运行成本都较低，具有极其显著的节能和环保效果，可广泛应用于各类污水、污泥的处理，以及其他如食品饲料、化工、制药等具有类似工艺的领域中。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，包括分离子系统（1）、余热回收子系统（2）、上料泵（3）、太阳能预热子系统（4）、浓缩子系统（5）、浓缩物料总管（6）、干燥子系统（7）、物料出口（8）、浓缩压缩废蒸汽总管（9）、净化冷凝水总管（10）、干燥压缩废蒸汽总管（11）。
分离子系统（1）中的污水送余热回收子系统（2）进行预热，然后经上料泵（3）送太阳能预热子系统（4）进一步预热，随后进入浓缩子系统（5）进行浓缩，达到预定浓度后进入浓缩物料总管（6），与分离子系统（1）分离出的沉淀物一起送干燥子系统（7）干燥，最后得到的固态物经物料出口（8）排出。固态物根据污水的种类不同、回收目的不同，其形态和含水不同，可能是粉状、膏状等。
浓缩子系统（5）在蒸发浓缩过程中产生的废蒸汽经蒸汽压缩后送入浓缩压缩废蒸汽总管（9），大部分被浓缩子系统（5）进行余热回收利用，换热后得到的冷凝水送入净化冷凝水总管（10），送往余热回收子系统（2）为污水预热，剩余的压缩废蒸汽送往余热回收子系统（2）为污水预热。
干燥子系统（7）在蒸发浓缩过程中产生的废蒸汽经蒸汽压缩后送入干燥压缩废蒸汽总管（11），部分被干燥子系统（7）进行余热回收利用，换热后得到的冷凝水送入净化冷凝水总管（10），送往余热回收子系统（2）为污水预热，部分压缩废蒸汽送往浓缩子系统（5）进行余热回收利用，剩余的压缩废蒸汽送往余热回收子系统（2）为污水预热。
浓缩子系统（5）和干燥子系统（7）送往余热回收子系统（2）的压缩废蒸汽与污水换热后变为冷凝水，与净化冷凝水总管（10）过来的冷凝水混合，送往分离子系统（1）与污水换热冷却，得到净化水。即将污水经过蒸发、浓缩、干燥、冷凝，分离成为固态物和净化水：固态物可能具有再利用的价值或者方便运输和处理，净化水由于是采用蒸发、冷凝获得，可直接达到再利用的标准。
进一步地，所述的分离子系统（1）包括沉淀池（101）、换热管（102）、净化水排出管（103）、废气排放管（104）；污水在沉淀池（101）中沉淀分离出沉淀物，换热管（102）浸没在污水中，余热回收子系统（2）送来的冷凝水通入换热管（102），被污水进一步冷却后经净化水排出管（103）排出，余热回收子系统（2）送来的废气通入沉淀池（101）下部，被污水冷却、溶解后，残余的废气经废气排放管（104）排出，此时的废气主要为冷却后的不凝气，气量很小，便于后续的废气处理装置处理。利用温度较低的污水，最大化回收所述系统的余热，也起到为净化水降温的效果；同时，还使废气的温度和排放量尽量降低减少，便于后续的环保处理。
进一步地，所述的余热回收子系统（2）包括余热回收装置（201）、余热循环泵（202）、浓缩比例阀（203）、干燥比例阀（204）；余热回收装置（201）为列管式结构，污水在余热循环泵（202）的驱动下在列管中循环加热、冷凝水在壳程中换热冷却；浓缩比例阀（203）调控浓缩压缩废蒸汽总管（9）中过来的压缩废蒸汽的气量、干燥比例阀（204）调控干燥压缩废蒸汽总管（11）中过来的压缩废蒸汽的气量。将浓缩子系统（5）和干燥子系统（7）没有用完的压缩废蒸汽全部回收，并得到所需的冷凝水；通过浓缩比例阀（203）和干燥比例阀（204）的气量调节，能够控制浓缩子系统（5）和干燥子系统（7）的浓缩和干燥效率。
进一步地，所述的太阳能预热子系统（4）包括太阳能集热器（401）、太阳能循环泵（402）、太阳能预热罐（403）；太阳能集热器（401）中的热媒在太阳能循环泵（402）的驱动下，与太阳能预热罐（403）构成循环，对太阳能预热罐（403）中的污水进行加热。太阳能集热器（401）的效率相对较高，且投资成本较低，可有效降低污水处理的成本。
进一步地，所述的浓缩子系统（5）包括第一浓缩罐（501）、第二浓缩罐（502）、浓缩废蒸汽总管（503）、浓缩蒸汽压缩机（504），第一浓缩罐（501）和第二浓缩罐（502）并联运行；由太阳能预热子系统（4）送来的预热后的污水在第一浓缩罐（501）、第二浓缩罐（502）中蒸发浓缩产生的二次废蒸汽进入浓缩废蒸汽总管（503），经浓缩蒸汽压缩机（504）压缩后，得到压力和温度均提高的压缩废蒸汽，送入浓缩压缩废蒸汽总管（9）；第一浓缩罐（501）由干燥压缩废蒸汽总管（11）提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管（10），第二浓缩罐（502）由浓缩压缩废蒸汽总管（9）提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管（10）。
干燥压缩废蒸汽总管（11）的压缩蒸汽的温度和压力高于浓缩压缩废蒸汽总管（9），相当于为浓缩子系统（5）提供了稳定的外部蒸汽源，保证了蒸汽压缩回收利用系统的稳定、连续运行。
进一步地，所述的干燥子系统（7）包括第一干燥机（701）、第二干燥机（702）、干燥废蒸汽总管（703）、干燥蒸汽压缩机（704），第一干燥机（701）和第二干燥机（702）串联运行；由浓缩子系统（5）送来的浓缩后的污水和分离子系统（1）送来的分离出的沉淀物首先在第一干燥机（701）中蒸发干燥，随后送往第二干燥机（702）中蒸发干燥，产生的二次废蒸汽进入干燥废蒸汽总管（703），经干燥蒸汽压缩机（704）压缩后，得到压力和温度均提高的压缩废蒸汽，送入干燥压缩废蒸汽总管（11）；第一干燥机（701）由干燥压缩废蒸汽总管（11）提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管（10），第二干燥机（702）由生蒸汽管（12）提供热能，换热后产生的冷凝水经冷凝水管（13）排出。
生蒸汽管（12）连接饱和蒸汽锅炉或外部饱和蒸汽管道，蒸汽的温度和压力高于干燥废蒸汽总管（703），为干燥子系统（7）提供了稳定的外部蒸汽源，保证了蒸汽压缩回收利用系统的稳定、连续运行。干燥子系统（7）中的蒸汽温度可达到120℃，浓缩污水的温度能达到100℃，因此可杀灭大部分有害细菌，这是生物菌技术、膜过滤技术都不具备的，且还能使部分有害物质分解为无害物质。
进一步地，所用电能由新能源发电系统提供。可采用风电、光伏发电，为电饱和蒸汽锅炉供电以提供生蒸汽，为蒸汽压缩机的电机提供电能等，从而进一步降低系统的运行成本。
本发明的有益效果是：
1、采用分离子系统和余热回收子系统实现两级预热/冷却方式，既实现了污水的预热又实现了冷凝水的冷却，同时结合太阳能子系统预热，以及浓缩、干燥过程中的蒸汽压缩回收利用，一方面最大化回收利用了余热，另一方面又利用了太阳能，从而有效降低了污水处理的成本，结构简单、易于实现、投资和运行成本都较低，具有极其显著的节能和环保效果。
2、先用浓缩子系统对浓度低的污水进行浓缩，当浓度增高、浓缩效率下降时，采用干燥子系统对浓度高的污水进行干燥，保证了整个污水处理全过程的效率，最终实现污水的固态物、净化水和废气的有效分离；且在干燥子系统中，采用100℃和120℃的温度，杀灭大部分有害细菌，使部分有害物质分解为无害物质，完全发挥出加热蒸馏方式污水处理的优势，并具有显著的环保效果。
3、浓缩子系统和干燥子系统采用不同的压力蒸发等级、分别构成相对独立的蒸汽压缩回收利用系统，采用生蒸汽为蒸汽品阶高的干燥子系统提供外部蒸汽、干燥子系统产生的压缩废蒸汽为蒸汽品阶低的浓缩子系统提供外部蒸汽，在尽量减少外部蒸汽用量以降低运行成本的情况下，保证了两套蒸汽压缩回收利用系统的稳定、连续运行，可广泛应用于各类污水、污泥的处理中。
附图说明
图1：利用新能源的MVR节能环保污水处理系统示意图。
图中：1-所述的分离子系统、101-沉淀池、102-换热管、103-净化水排出管、104-废气排放管、2-余热回收子系统、201-余热回收装置、202-余热循环泵、203-浓缩比例阀、204-干燥比例阀、3-上料泵、4-太阳能预热子系统、401-太阳能集热器、402-太阳能循环泵、403-太阳能预热罐、5-浓缩子系统、501-第一浓缩罐、502-第二浓缩罐、503-浓缩废蒸汽总管、504-浓缩蒸汽压缩机、6-浓缩物料总管、7-干燥子系统、701-第一干燥机、702-第二干燥机、703-干燥废蒸汽总管、704-干燥蒸汽压缩机、8-物料出口、9-浓缩压缩废蒸汽总管、10-净化冷凝水总管、11-干燥压缩废蒸汽总管、12-生蒸汽管、13-冷凝水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示为利用新能源的MVR节能环保污水处理系统示意图。图1中，所述的分离子系统（1）包括沉淀池（101）、换热管（102）、净化水排出管（103）、废气排放管（104）；污水在沉淀池（101）中沉淀分离出沉淀物，换热管（102）浸没在污水中，余热回收子系统（2）送来的冷凝水通入换热管（102），被污水进一步冷却后经净化水排出管（103）排出，余热回收子系统（2）送来的废气通入沉淀池（101）下部，被污水冷却、溶解后，残余的废气经废气排放管（104）排出。分离子系统（1）中得到的就是最终可回收利用的净化冷凝水，以及冷却后的不凝气；净化冷凝水由于是采用蒸发、冷凝获得，可直接达到再利用的标准，不凝气可采用焚烧、光解等手段进行最后的处理，而且需处理的气量相对很小，有显著的环保效果。
图1中，所述的余热回收子系统（2）包括余热回收装置（201）、余热循环泵（202）、浓缩比例阀（203）、干燥比例阀（204）；余热回收装置（201）为列管式结构，污水在余热循环泵（202）的驱动下在列管中循环加热、冷凝水在壳程中换热冷却；浓缩比例阀（203）调控浓缩压缩废蒸汽总管（9）中过来的压缩废蒸汽的气量、干燥比例阀（204）调控干燥压缩废蒸汽总管（11）中过来的压缩废蒸汽的气量。
图1中，所述的太阳能预热子系统（4）包括太阳能集热器（401）、太阳能循环泵（402）、太阳能预热罐（403）；经余热回收子系统（2）预热后的污水，经上料泵（3）送太阳能预热子系统（4），太阳能集热器（401）中的热媒与污水之间是完全隔离的，在太阳能循环泵（402）的驱动下，与太阳能预热罐（403）的换热系统构成循环，对太阳能预热罐（403）中的污水进行加热。
太阳能集热器（401）的效率比光伏发电要高的多，且投资成本要低的多，可有效降低污水处理的成本。
图1中，所述的浓缩子系统（5）包括第一浓缩罐（501）、第二浓缩罐（502）、浓缩废蒸汽总管（503）、浓缩蒸汽压缩机（504）；由太阳能预热子系统（4）送来的预热后的污水在第一浓缩罐（501）、第二浓缩罐（502）中蒸发浓缩产生的二次废蒸汽进入浓缩废蒸汽总管（503），经浓缩蒸汽压缩机（504）压缩后，得到压力和温度均提高的压缩废蒸汽，送入浓缩压缩废蒸汽总管（9）；第一浓缩罐（501）由干燥压缩废蒸汽总管（11）提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管（10），第二浓缩罐（502）由浓缩压缩废蒸汽总管（9）提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管（10）。干燥压缩废蒸汽总管（11）的压缩蒸汽的温度和压力高于浓缩压缩废蒸汽总管（9），相当于为浓缩子系统（5）提供了稳定的外部蒸汽源，保证了蒸汽压缩回收利用系统的稳定、连续运行。
显然，浓缩子系统（5）中的浓缩罐至少为2个，相互之间并联运行，以提高浓缩效率，保证废蒸汽的有效利用。
图1中，所述的干燥子系统（7）包括第一干燥机（701）、第二干燥机（702）、干燥废蒸汽总管（703）、干燥蒸汽压缩机（704）；由浓缩子系统（5）送来的浓缩后的污水和分离子系统（1）送来的分离出的沉淀物首先在第一干燥机（701）中蒸发干燥，随后送往第二干燥机（702）中蒸发干燥，产生的二次废蒸汽进入干燥废蒸汽总管（703），经干燥蒸汽压缩机（704）压缩后，得到压力和温度均提高的压缩废蒸汽，送入干燥压缩废蒸汽总管（11）；第一干燥机（701）由干燥压缩废蒸汽总管（11）提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管（10），第二干燥机（702）由生蒸汽管（12）提供热能，换热后产生的冷凝水经冷凝水管（13）排出。生蒸汽管（12）连接饱和蒸汽锅炉或外部饱和蒸汽管道，蒸汽的温度和压力高于干燥废蒸汽总管（703），为干燥子系统（7）提供了稳定的外部蒸汽源，保证了蒸汽压缩回收利用系统的稳定、连续运行。
干燥子系统（7）中的蒸汽温度可达到120℃，浓缩污水的温度能达到100℃，因此可杀灭大部分有害细菌，这是生物菌技术、膜过滤技术都不具备的，且还能使部分有害物质分解为无害物质；最后得到的固态物根据污水的种类不同、回收目的不同，其形态和含水不同，可能是粉状、膏状等，可能具有再利用的价值，而且干燥后也方便运输和处理。
显然，干燥子系统（7）中的干燥机至少为2个，相互之间串联运行，以保证最终的干燥效果和废蒸汽的有效利用。
此外，污泥相当于浓度较高的污水，沉淀后也会分为污水和沉淀物，同样可以采用所述系统进行处理。如果污泥的浓度很高，也可调整工艺流程，直接送入干燥子系统（7）进行处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，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 (6)

1.利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，其特征在于：包括分离子系统(1)、余热回收子系统(2)、上料泵(3)、太阳能预热子系统(4)、浓缩子系统(5)、浓缩物料总管(6)、干燥子系统(7)、物料出口(8)、浓缩压缩废蒸汽总管(9)、净化冷凝水总管(10)、干燥压缩废蒸汽总管(11)、生蒸汽管(12)、冷凝水管(13)；
分离子系统(1)中的污水送余热回收子系统(2)进行预热，然后经上料泵(3)送太阳能预热子系统(4)进一步预热，随后进入浓缩子系统(5)进行浓缩，达到预定浓度后进入浓缩物料总管(6)，与分离子系统(1)分离出的沉淀物一起送干燥子系统(7)干燥，最后得到的固态物经物料出口(8)排出；
浓缩子系统(5)在蒸发浓缩过程中产生的废蒸汽经蒸汽压缩后送入浓缩压缩废蒸汽总管(9)，大部分被浓缩子系统(5)进行余热回收利用，换热后得到的冷凝水送入净化冷凝水总管(10)，送往余热回收子系统(2)为污水预热，剩余的压缩废蒸汽送往余热回收子系统(2)为污水预热；
干燥子系统(7)在蒸发浓缩过程中产生的废蒸汽经蒸汽压缩后送入干燥压缩废蒸汽总管(11)，部分被干燥子系统(7)进行余热回收利用，换热后得到的冷凝水送入净化冷凝水总管(10)，送往余热回收子系统(2)为污水预热，部分压缩废蒸汽送往浓缩子系统(5)进行余热回收利用，剩余的压缩废蒸汽送往余热回收子系统(2)为污水预热；
浓缩子系统(5)和干燥子系统(7)送往余热回收子系统(2)的压缩废蒸汽与污水换热后变为冷凝水，与净化冷凝水总管(10)过来的冷凝水混合，送往分离子系统(1)与污水换热冷却，得到净化水；
所述的浓缩子系统(5)包括第一浓缩罐(501)、第二浓缩罐(502)、浓缩废蒸汽总管(503)、浓缩蒸汽压缩机(504),第一浓缩罐(501)和第二浓缩罐(502)并联运行；
由太阳能预热子系统(4)送来的预热后的污水在第一浓缩罐(501)、第二浓缩罐(502)中蒸发浓缩产生的二次废蒸汽进入浓缩废蒸汽总管(503)，经浓缩蒸汽压缩机(504)压缩后，得到压力和温度均提高的压缩废蒸汽，送入浓缩压缩废蒸汽总管(9)；
第一浓缩罐(501)由干燥压缩废蒸汽总管(11)提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管(10)，第二浓缩罐(502)由浓缩压缩废蒸汽总管(9)提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管(10)。
2.根据权利要求1所述的利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，其特征在于：所述的分离子系统(1)包括沉淀池(101)、换热管(102)、净化水排出管(103)、废气排放管(104)；
污水在沉淀池(101)中沉淀分离出沉淀物，换热管(102)浸没在污水中，余热回收子系统(2)送来的冷凝水通入换热管(102)，被污水进一步冷却后经净化水排出管(103)排出，余热回收子系统(2)送来的废气通入沉淀池(101)下部，被污水冷却、溶解后，残余的废气经废气排放管(104)排出。
3.根据权利要求1所述的利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，其特征在于：所述的余热回收子系统(2)包括余热回收装置(201)、余热循环泵(202)、浓缩比例阀(203)、干燥比例阀(204)；
余热回收装置(201)为列管式结构，污水在余热循环泵(202)的驱动下在列管中循环加热、冷凝水在壳程中换热冷却；
浓缩比例阀(203)调控浓缩压缩废蒸汽总管(9)中过来的压缩废蒸汽的气量、干燥比例阀(204)调控干燥压缩废蒸汽总管(11)中过来的压缩废蒸汽的气量。
4.根据权利要求1所述的利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，其特征在于：所述的太阳能预热子系统(4)包括太阳能集热器(401)、太阳能循环泵(402)、太阳能预热罐(403)；
太阳能集热器(401)中的热媒在太阳能循环泵(402)的驱动下，与太阳能预热罐(403)构成循环，对太阳能预热罐(403)中的污水进行加热。
5.根据权利要求1所述的利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，其特征在于：所述的干燥子系统(7)包括第一干燥机(701)、第二干燥机(702)、干燥废蒸汽总管(703)、干燥蒸汽压缩机(704),第一干燥机(701)和第二干燥机(702)串联运行；
由浓缩子系统(5)送来的浓缩后的污水和分离子系统(1)送来的分离出的沉淀物首先在第一干燥机(701)中蒸发干燥，随后送往第二干燥机(702)中蒸发干燥，产生的二次废蒸汽进入干燥废蒸汽总管(703)，经干燥蒸汽压缩机(704)压缩后，得到压力和温度均提高的压缩废蒸汽，送入干燥压缩废蒸汽总管(11)；
第一干燥机(701)由干燥压缩废蒸汽总管(11)提供热能，换热后产生的冷凝水送净化冷凝水总管(10)，第二干燥机(702)由生蒸汽管(12)提供热能，换热后产生的冷凝水经冷凝水管(13)排出。
6.根据权利要求1所述的利用新能源的MVR节能环保污水处理系统，其特征在于：所用电能由新能源发电系统提供。
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