CN108793571A - 一种强化淡化高盐废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化淡化高盐废水处理系统，包括预热磁化系统、极化喷雾蒸发系统、结晶分离系统、热交换系统、凝结水系统、热泵循环系统和PLC智能补偿控制系统，所述预热磁化系统包含进料泵、原液储存箱、空气能热泵、磁化模块和原液循环泵，极化喷雾蒸发系统包括高压进水泵、极化模块、蒸发塔、增压气泵和细水雾喷射装置，结晶分离系统包括结晶器、母液室、通气管、浓水回流泵和离心脱水装置，凝结水系统包括淡水凝结室和循环风扇；热泵循环系统包括一级热泵冷凝器、二级热泵冷凝器、热泵蒸发器、压缩机和膨胀阀。本发明能够在中低温环境下稳定运行，不结垢、不堵塞，维护方便，可实现高盐废水零排放和固体结晶盐的资源化利用。

Description

一种强化淡化高盐废水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体是一种强化淡化高盐废水处理系统。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，印染、造纸、化工、炼油、海水利用等领域会产生大量的高盐废水。高盐废水如果直接或者稀释外排，一方面造成了水资源浪费; 另一方面会对环境造成恶劣影响，因此对高盐废水有效处理方法的研究已迫在眉睫。现有MVR、多效蒸发等处理技术存在投资成本高、运行管理难、容易堵塞等问题，限制了推广使用。

热泵作为一种由电力驱动的可再生能源设备，是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。热泵通过获取环境介质、余热中的低品位能量，提供可被利用的高品位热能，每消耗１份电能，可以获得4~6倍的热量，大大提高了能源的利用效率，是一种高效节能的清洁能源产品。

用磁场处理污水的方法是最近几年才发展起来的新型污水处理技术，在蒸发工程方面应用原理为：通过磁场对流动的污水进行磁化作用，破坏水分子原来的结构,使较大的缔合水分子集团变成较小的缔合水分子集团，甚至是单个的水分子，从而降低水的蒸发潜热，提高蒸发速率。

极化水处理系统是目前一种先进的设备内壁阻垢、除垢技术。其原理为：在极化场的作用下，利用极化能量完成对水分子的极化作用，形成水偶极子，当水中含有溶解盐的离子时，这些阳离子和阴离子将分别被水偶极子包围，按正负顺序整齐地排列在水偶极子群中，使之不能自由运动，从而无法靠近器壁；并能释放活性氧，破坏垢分子之间的电子结合力，改变其晶体结构，使坚硬垢变为疏松软垢，使积垢逐渐剥蚀，乃至成碎屑、碎片脱落，达到除垢目的。但是目前尚未有将磁化和极化联合运用的实例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强化淡化高盐废水处理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种强化淡化高盐废水处理系统，包括预热磁化系统、极化喷雾蒸发系统、结晶分离系统、热交换系统、凝结水系统、热泵循环系统和PLC智能补偿控制系统，所述预热磁化系统包含进料泵、原液储存箱、空气能热泵、磁化模块和原液循环泵，极化喷雾蒸发系统包括高压进水泵、极化模块、蒸发塔、增压气泵和细水雾喷射装置，结晶分离系统包括结晶器、母液室、通气管、浓水回流泵和离心脱水装置，热交换系统包括一级热交换单元和二级热交换单元，凝结水系统包括淡水凝结室和循环风扇；热泵循环系统包括一级热泵冷凝器、二级热泵冷凝器、热泵蒸发器、压缩机和膨胀阀，进料泵与原液储存箱相连通，原液储存箱分别与高压进水泵、浓水回流泵、离心脱水装置、磁化模块和原液循环泵相连通，细水雾喷射装置、一级热泵冷凝器和二级热泵冷凝器均安装在蒸发塔内，细水雾喷射装置通过极化模块与高压进水泵相连，母液室与浓水回流泵和结晶器相连通并且母液室通过通气管与蒸发塔内部相连通，结晶器与离心脱水装置相连通，一级热泵冷凝器和二级热泵冷凝器相连通，循环风扇和热泵蒸发器均安装在淡水凝结室内，一级热泵冷凝器通过压缩机与热泵蒸发器相连通，二级热泵冷凝器通过膨胀阀与热泵蒸发器相连通，蒸发塔通过一级热交换单元和二级热交换单元与淡水凝结室相连通。

作为本发明进一步的方案：细水雾喷射装置包含自动压力调节装置和多孔径组合喷嘴，通过PLC智能补偿控制系统监测高盐废水的浓度，自动选择使用匹配的压力和孔径，以满足在不同浓度（1%~6%）条件下，均能有效形成细水雾。

作为本发明进一步的方案：多孔径组合喷嘴采用气液两相流细水雾喷嘴，气相来自于系统内部循环空气，液相即所喷高盐废水；通过增压气泵调节气相压力和温度，其中气相温度高于液相温度20℃以上；细水雾粒径范围20μm~200μm。

作为本发明进一步的方案：结晶器采用U型结晶管，通过圆弧离心力强化沉降作用以及水力分级作用，大大提高结晶速率。

所述强化淡化高盐废水处理系统的工作流程，具体步骤如下：

步骤一，预热磁化系统运行流程：经过预处理的高盐原液，高盐原液的pH=4~12，悬浮物≤400mg/L，通过进料泵输送至原液储存箱，空气能热泵、磁化模块、原液循环泵通过管道依次连接，对原液储存箱内的高盐原液进行循环加热、磁化；

步骤二，极化喷雾蒸发系统运行流程：高压进水泵将原液储存箱中高盐原液提升加压，进入极化模块进行极化处理，随后进入蒸发塔内的细水雾喷射装置进行喷雾，二级热泵冷凝器释放的热能对细水雾喷射装置下部的气流加热，一级热泵冷凝器释放的热能对细水雾喷射装置上部的气流加热，细水雾快速蒸发，形成饱和热蒸汽随循环风带入一级热交换单元，蒸发后的过饱和残液进入结晶器；

步骤三，结晶分离系统运行流程：蒸发后的过饱和残液进入蒸发塔底部的结晶器快速析出结晶，未结晶的浓水进入母液室，母液室上部空气由通气管排入蒸发塔，结晶器底部固体盐定期排放至离心脱水装置进行固液分离，固体残渣外排，脱出的水回流至原液储存箱，当蒸发塔底部液位达到一定高度时，通过浓水回流泵将母液室的浓水回流至原液储存箱，以降低蒸发塔底部液位；

步骤四，分级热回收运行流程：来自于蒸发塔的饱和热蒸汽首先和来自于淡水凝结室的循环冷风在一级热交换单元进行热交换，回收部分热能；再根据需要和外界空气在二级热交换单元进行热交换，释放部分热能，保证系统热平衡；饱和热蒸汽释放部分热能后进入淡水凝结室，循环冷风经过预热后进入蒸发塔；

步骤五，凝结水系统运行流程：循环风扇为循环风提供动力，将来自于二级热交换单元的饱和蒸汽吹入热泵蒸发器，释放大量热量，使饱和蒸汽凝结成大量淡水从淡水凝结室底部排出，循环风变为干燥冷风进入一级热交换单元预热；

步骤六，热泵循环系统运行流程：冷媒通过压缩机的加压和膨胀阀的降压作用，将热泵蒸发器吸收的热量转移至一级热泵冷凝器和二级热泵冷凝器，分段释放热量，用以细水雾加热蒸发；

步骤七，PLC智能补偿控制系统对系统运行的各项参数进行监控，自动调节系统内各部位运行工况，确保整个系统稳定运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明克服了现有高盐废水处理技术造价高、能耗高、运行维护复杂等缺点，磁化模块和极化模块通过联合作用，能够在中低温环境下稳定运行，不结垢、不堵塞，维护方便，可实现高盐废水零排放和固体结晶盐的资源化利用。

附图说明

图1为强化淡化高盐废水处理系统的结构示意图。

其中：1-进料泵，2-原液储存箱，3-空气能热泵，4-原液循环泵，5-磁化模块，6-高压进水泵，7-极化模块，8-蒸发塔，9-细水雾喷射装置，10-结晶器，11-母液室，12-通气管，13-浓水回流泵，14-离心脱水装置，15-一级热交换单元，16-二级热交换单元，17-淡水凝结室，18-循环风扇，19-热泵蒸发器，20-压缩机，21-膨胀阀，22-一级热泵冷凝器，23-二级热泵冷凝器，24-增压气泵，25-PLC智能补偿控制模块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种强化淡化高盐废水处理系统，包括预热磁化系统、极化喷雾蒸发系统、结晶分离系统、热交换系统、凝结水系统、热泵循环系统和PLC智能补偿控制系统，所述预热磁化系统包含进料泵1、原液储存箱2、空气能热泵3、磁化模块5和原液循环泵4，极化喷雾蒸发系统包括高压进水泵6、极化模块7、蒸发塔8、增压气泵24和细水雾喷射装置9，结晶分离系统包括结晶器10、母液室11、通气管12、浓水回流泵13和离心脱水装置14，热交换系统包括一级热交换单元15和二级热交换单元16，凝结水系统包括淡水凝结室17和循环风扇18；热泵循环系统包括一级热泵冷凝器22、二级热泵冷凝器23、热泵蒸发器19、压缩机20和膨胀阀21，进料泵1与原液储存箱2相连通，原液储存箱2分别与高压进水泵6、浓水回流泵13、离心脱水装置14、磁化模块5和原液循环泵4相连通，细水雾喷射装置9、一级热泵冷凝器22和二级热泵冷凝器23均安装在蒸发塔8内，细水雾喷射装置9通过极化模块7与高压进水泵6相连，母液室11与浓水回流泵13和结晶器10相连通并且母液室11通过通气管12与蒸发塔8内部相连通，结晶器10与离心脱水装置14相连通，一级热泵冷凝器22和二级热泵冷凝器23相连通，循环风扇18和热泵蒸发器19均安装在淡水凝结室17内，一级热泵冷凝器22通过压缩机20与热泵蒸发器19相连通，二级热泵冷凝器23通过膨胀阀21与热泵蒸发器19相连通，蒸发塔8通过一级热交换单元15和二级热交换单元16与淡水凝结室17相连通。

高盐废水处理流程如下：

S1所述预热磁化系统运行流程为，经过预处理的高盐原液（pH=4~12，悬浮物≤400mg/L）通过进料泵1输送至原液储存箱2，空气能热泵3、磁化模块5、原液循环泵4通过管道依次连接，对原液储存箱2内的高盐原液进行循环加热、磁化。

S2所述极化喷雾蒸发系统运行流程为，高压进水泵6将原液储存箱2中高盐原液提升加压，进入极化模块7进行极化处理，随后进入蒸发塔8内的细水雾喷射装置9进行喷雾，二级热泵冷凝器23释放的热能对细水雾喷射装置9下部的气流加热，一级热泵冷凝器22释放的热能对细水雾喷射装置9上部的气流加热，使得细水雾快速蒸发，形成饱和热蒸汽随循环风带入一级热交换单元15，蒸发后的过饱和残液进入结晶器10。

S3所述结晶分离系统运行流程为，蒸发后的过饱和残液进入蒸发塔8底部的结晶器10快速析出结晶，未结晶的浓水进入母液室11，母液室11上部空气由通气管12排入蒸发塔，结晶器11底部固体盐定期排放至离心脱水装置14进行固液分离，固体残渣外排，脱出的水回流至原液储存箱2，当蒸发塔8底部液位达到一定高度时，通过浓水回流泵13将母液室的浓水回流至原液储存箱，以降低蒸发塔8底部液位。

S4所述热交换系统运行流程为，来自于蒸发塔8的饱和热蒸汽首先和来自于淡水凝结室17的循环冷风在一级热交换单元15进行热交换，回收部分热能；再根据需要和外界空气在二级热交换单元16进行热交换，释放部分热能，保证系统热平衡；饱和热蒸汽释放部分热量后进入淡水凝结室17，循环冷风经过预热后进入蒸发塔8。

S5所述凝结水系统运行流程为，循环风扇18为循环风提供动力，将来自于二级热交换单元16的饱和蒸汽吹入热泵蒸发器19，释放大量热量，使饱和蒸汽凝结成大量淡水从淡水凝结室17底部排出，循环风温度大大降低后进入一级热交换单元15。

S6所述热泵循环系统运行流程为，冷媒通过压缩机20的加压和膨胀阀21的降压作用，将热泵蒸发器19吸收的热量转移至一级热泵冷凝器22和二级热泵冷凝器23，分段释放热量，用以细水雾加热蒸发。

S7 PLC智能补偿控制系统24对系统运行的各项参数进行监控，自动调节系统内各部位运行工况，确保整个系统稳定运行。

本发明的工作原理是：磁化模块5和极化模块7通过联合作用，可改变水分子的性质，降低水的蒸发潜热，并能防垢除垢，大大增加蒸发效率，即能够强化淡化。细水雾喷射装置9包含自动压力调节装置和多孔径组合喷嘴，通过PLC智能补偿控制系统25监测高盐废水的浓度，自动选择使用匹配的压力和孔径，以满足在不同浓度（1%~6%）条件下，均能有效形成细水雾。喷嘴采用气液两相流细水雾喷嘴，气相来自于系统内部循环空气，液相即所喷高盐废水；通过增压气泵调节气相压力和温度，其中气相温度高于液相温度20℃以上；所述细水雾粒径范围20μm~200μm。热泵循环系统使用分级-自适应能量补偿（温差±5℃）的方法，实现-10℃~50℃环境下热泵系统的逆卡诺热循环，提高系统热回收效率；所述分级，即热泵循环系统结合一级热交换单元15和二级热交换单元16的换热循环，实现三个层级的热循环；所述自适应，即三个层级的热循环能够根据蒸发塔内气体温度情况自动进行热补偿或冷补偿，以使整个系统保持稳定运行；PLC智能补偿控制系统25对系统运行的各项参数包括废水密度、喷雾流量、气流温度、循环风量等进行监控，通过PLC模块内置特殊算法，自动调节平衡系统内各部位运行工况；结晶器10采用U型结晶管，通过圆弧离心力强化沉降作用以及水力分级作用，大大提高结晶速率。

应用实施例1

利用本发明的系统进行农药化工废水处理，进水水质如下：pH为10，TDS为40000mg/L，CODcr为38000mg/L。系统运行24小时，每隔1h对排出的淡水取样，并进行检测。检测结果表明：CODcr去除率≥95%，TDS去除率≥99.9%。

应用实施例2

利用本发明的系统进行电厂脱硫高盐废水处理，进水水质如下：pH为5.6，TDS为27000mg/L，CODcr为3000mg/L。系统运行24小时，每隔1h对排出的淡水取样，并进行检测。检测结果表明：CODcr去除率≥99.5%，TDS去除率≥99.9%。

应用实施例3

利用本发明的系统进行反渗透浓缩高盐废水处理，进水水质如下：pH为7.5，TDS为21000mg/L，CODcr为740mg/L。系统运行24小时，每隔1h对排出的淡水取样，并进行检测。检测结果表明：CODcr去除率≥99.7%，TDS去除率≥99.9%

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种强化淡化高盐废水处理系统，其特征在于，包括预热磁化系统、极化喷雾蒸发系统、结晶分离系统、热交换系统、凝结水系统、热泵循环系统和PLC智能补偿控制系统，所述预热磁化系统包含进料泵、原液储存箱、空气能热泵、磁化模块和原液循环泵，极化喷雾蒸发系统包括高压进水泵、极化模块、蒸发塔、增压气泵和细水雾喷射装置，结晶分离系统包括结晶器、母液室、通气管、浓水回流泵和离心脱水装置，热交换系统包括一级热交换单元和二级热交换单元，凝结水系统包括淡水凝结室和循环风扇；热泵循环系统包括一级热泵冷凝器、二级热泵冷凝器、热泵蒸发器、压缩机和膨胀阀，进料泵与原液储存箱相连通，原液储存箱分别与高压进水泵、浓水回流泵、离心脱水装置、磁化模块和原液循环泵相连通，细水雾喷射装置、一级热泵冷凝器和二级热泵冷凝器均安装在蒸发塔内，细水雾喷射装置通过极化模块与高压进水泵相连，母液室与浓水回流泵和结晶器相连通并且母液室通过通气管与蒸发塔内部相连通，结晶器与离心脱水装置相连通，一级热泵冷凝器和二级热泵冷凝器相连通，循环风扇和热泵蒸发器均安装在淡水凝结室内，一级热泵冷凝器通过压缩机与热泵蒸发器相连通，二级热泵冷凝器通过膨胀阀与热泵蒸发器相连通，蒸发塔通过一级热交换单元和二级热交换单元与淡水凝结室相连通。

2.根据权利要求1所述的强化淡化高盐废水处理系统，其特征在于，所述细水雾喷射装置包含自动压力调节装置和多孔径组合喷嘴。

3.根据权利要求2所述的强化淡化高盐废水处理系统，其特征在于，所述多孔径组合喷嘴采用气液两相流细水雾喷嘴。

4.根据权利要求1或2所述的强化淡化高盐废水处理系统，其特征在于，所述结晶器采用U型结晶管。

5.一种如权利要求1-4任一所述的强化淡化高盐废水处理系统的工作流程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，预热磁化系统运行流程：经过预处理的高盐原液，高盐原液的pH=4~12，悬浮物≤400mg/L，通过进料泵输送至原液储存箱，空气能热泵、磁化模块、原液循环泵通过管道依次连接，对原液储存箱内的高盐原液进行循环加热、磁化；

步骤二，极化喷雾蒸发系统运行流程：高压进水泵将原液储存箱中高盐原液提升加压，进入极化模块进行极化处理，随后进入蒸发塔内的细水雾喷射装置进行喷雾，二级热泵冷凝器释放的热能对细水雾喷射装置下部的气流加热，一级热泵冷凝器释放的热能对细水雾喷射装置上部的气流加热，细水雾快速蒸发，形成饱和热蒸汽随循环风带入一级热交换单元，蒸发后的过饱和残液进入结晶器；

步骤三，结晶分离系统运行流程：蒸发后的过饱和残液进入蒸发塔底部的结晶器快速析出结晶，未结晶的浓水进入母液室，母液室上部空气由通气管排入蒸发塔，结晶器底部固体盐定期排放至离心脱水装置进行固液分离，固体残渣外排，脱出的水回流至原液储存箱，当蒸发塔底部液位达到一定高度时，通过浓水回流泵将母液室的浓水回流至原液储存箱；

步骤四，分级热回收运行流程：来自于蒸发塔的饱和热蒸汽首先和来自于淡水凝结室的循环冷风在一级热交换单元进行热交换，回收部分热能；再根据需要和外界空气在二级热交换单元进行热交换；饱和热蒸汽释放部分热能后进入淡水凝结室，循环冷风经过预热后进入蒸发塔；

步骤五，凝结水系统运行流程：循环风扇为循环风提供动力，将来自于二级热交换单元的饱和蒸汽吹入热泵蒸发器，使饱和蒸汽凝结成大量淡水从淡水凝结室底部排出，循环风变为干燥冷风进入一级热交换单元预热；

步骤六，热泵循环系统运行流程：冷媒通过压缩机的加压和膨胀阀的降压作用，将热泵蒸发器吸收的热量转移至一级热泵冷凝器和二级热泵冷凝器，分段释放热量，用以细水雾加热蒸发；

步骤七，PLC智能补偿控制系统对系统运行的各项参数进行监控，自动调节系统内各部位运行工况，确保整个系统稳定运行。