CN109956606A - 一种工业废水处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业废水处理装置和处理工业废水的方法，所述工业废水处理装置包括废液引出管道、废液泵、旋流分离器、第一换热器、第二换热器、蒸发器和燃烧装置。本发明的方法可以将工业废水通过蒸发的方式富集，进而得到就净化后的达标可排放水，并且浓缩后的污水可以通过燃烧的方式直接净化方式得到处理，这为压裂返排液提供了一种新的处理方法。

Description

一种工业废水处理装置和方法

技术领域

本发明属于有机废水处理领域，具体涉及一种工业废水处理装置和方法。

背景技术

工业废水具有种类多、成分复杂，单一处理方法无法达标排放、排放量大、COD高、色度高(印染废水)和可生化性差的特点，对于其的处理，一直是本领域亟待解决的问题。

对于工业废水的处理一般遵循如下的原则：

(1)优先选用无毒生产工艺代替或改革落后生产工艺,并尽可能在生产过程中杜绝或减少有毒有害废水的产生；

(2)在使用有毒原料以及产生有毒中间产物和产品过程中,应严格操作、监督,消除滴漏,减少流失,尽可能采用合理流程和设备。

(3)含有剧毒物质废水,如含有一些重金属、放射性物质、高浓度酚、氰废水应与其它废水分流,以便处理和回收有用物质。

(4)流量较大而污染较轻的废水,应经适当处理循环使用,不宜排入下水道,以免增加城市下水道和城市污水处理负荷。

(5)类似城市污水的有机废水,如食品加工废水、制糖废水、造纸废水,可排入城市污水系统进行处理。

(6)一些可以生物降解的有毒废水,如酚、氰废水,应先经处理后,按允许排放标准排入城市下水道,再进一步生化处理。

(7)含有难以生物降解的有毒废水,应单独处理,不应排入城市下水道。工业废水处理的发展趋势是把废水和污染物作为有用资源回收利用或实行闭路循环。

对于工业废水，一般采用生物降解法、化学法或物理法对其进行处理。

所述的生物降解法为通过微生物代谢作用将废水中的有机物分解为无毒物质。生物降解法分为厌氧降解法和好氧降解法，好氧生物处理办法是利用微生物在有氧条件下将废水中有机物氧化分解的；而厌氧法是厌氧细菌在缺氧或者无氧的条件下将有机物分解成二氧化碳、甲烷、酸等。生物处理方法是最便宜的，且不存在二次污染，但是若待处理水中若存在毒性或耐生物降解的分子，特别是工业生产废水，浓度高、色度大，COD值太高，BOD/COD的比值很低，可生化性差，会抑制微生物的生长和繁殖，不能直接采用生物降解的办法，这也是生物降解的局限性。

物理降解法为通过物理作用将水中污染物分离与去除的办法，物理方法包括混凝沉降、吸附、萃取、膜分离等，混凝沉降与絮凝剂的种类、反应温度、使用量以及溶液的pH值有很大的关系，混凝沉降最主要的缺点是产生大量的沉淀；吸附的方式有很多种，交换吸附、化学吸附、物理吸附等，利用吸附剂将废水中的污染物进行吸附以达到去除污染物的目的，污染物去除的程度与吸附剂的性质、结构以及污染物本身的性质结构都有一定的关系。常用的吸附剂主要有树脂、活性炭、活性炭纤维、硅藻土等。吸附的方式处理废水最主要的优点是其占地面积小、投资少、处理效果好，但由于吸附剂的吸附容量有限，吸附饱和的活性炭的再生和处理存在很多问题；且活性炭的价格高，增加了处理成本，而且还容易造成二次污染，这些缺点限制了其实际应用。萃取是利用有机物在不同溶剂中的溶解度不同来分离去除有机物的方法，所使用的萃取剂一般为汽油、乙酸乙酯、苯等，最常见的萃取剂是甲苯，萃取法的最主要的优点就是耗费低、处理周期短；而其最主要的缺点就是萃取剂自身也具有一定的溶解度，因此会产生新的二次污染，另一方面是萃取法难彻底去除有机物。膜分离法是以外界能量或者是化学位差作为推动力利用膜的选择透过性，而使多组分或双组分溶质和溶剂分离、分级、富集和提纯。

化学降解法为使用化学试剂与废水中的污染物进行反应，主要是利用氯气、臭氧、过氧化氢等物质的氧化性对废水进行降解；难降解工业废水在处理前期通常使用化学方法回收废水中的有用成分。化学方法主要包括电解法、混凝处理法、氧化处理法、中和处理法、臭氧处理法等。化学方法具有较快的反应速率，处理效果较其他几种方法更明显，但是需要额外添加化学试剂，不仅增加处理成本，也会造成废水的二次污染。

在实际的操作中，高浓工业废水通常要经过一种或几种处理方法的组合，才能达到排放标准。

如中国实用新型申请CN204897462U公开了工业废水处理装置，包括废水调节池、第一蒸发器、燃烧室、第一冷凝器、第二蒸发器等主设备以及辅助设施，其特征在于，第一蒸发器的气相出口与燃烧室相连，蒸发出来的气体在此与过量空气混合后，经燃料助燃，将夹带出来的低沸点的或能与水形成低沸点共沸物的有机物完全氧化成二氧化碳、水和少量无机物，后经冷凝器冷凝成液态水，再经中和和二次蒸发、冷凝过程，除去水中残存的无机盐。该实用新型所述工业废水处理装置将高浓度、高含盐废水经一次蒸发、焚烧、中和、二次蒸发、冷凝后可去除水中的绝大部分无机盐和有机物，达到净化水质的目的，蒸发后残留的少量高沸点有机物和无机盐，可经固化处理后安全填埋。但是该装置无法处理大浓度的有机污染物。

又如中国实用新型申请CN201288106Y公开了一种焦化行业工业废水综合废水处理系统，其包括：氨水静置槽、废水加热器、空气加热器、氨氰分离器、焦油酚提纯炉、催化裂解炉、烟囱、气水冷凝器、冷凝采暖备用器、排气囱、冷凝水箱、焦油酚回收槽；其中，氨水静置槽与废水加热器相连通，废水加热器分别与空气加热器、氨氰分离器相连通，氨氰分离器分别与焦油酚提纯炉、催化裂解炉相连通，焦油酚提纯炉分别与气水冷凝器、冷凝采暖备用器相连通，催化裂解炉与烟囱相连通，气水冷凝器、冷凝采暖备用器分别与排气囱、冷凝水箱、焦油酚回收槽相连通。应用该实用新型能够有效防止废水外排的问题，并达到水的回收利用、能源充分利用大，但是仍然需要设置专门的储罐用于污染物的存储。

发明内容

针对现有技术处理排放量大、COD高和可生化性差的工业废水时出现的问题，本发明提供了一种用于压裂返排液(天然气开采过程中形成的污染性废液)的工业废水处理的装置。

本发明提供的用于工业废水处理的装置包括

废液缓冲装置，其内设置有存储压裂返排液的空间；

废液引出管道，该管道和所述废液缓冲装置连接；

废液泵，其入口和废液引出管路连接，其出口和旋流分离器连接；

旋流分离器，包括入口、固体出口和液体出口，其入口和废液泵出口连接，其固体出口和固体废弃物收集装置连接；

第一换热器，其上设置有第一液体入口、第一液体出口、第二液体入口和第二液体出口；

第二换热器，其上设置有第一液体入口、第一液体出口、第二液体入口和第二液体出口；

蒸发器，其上设置有抽气口、液体进口管路、除沫器、内循环液管路、列管换热器、雾化装置、内循环液出口、内循环液入口、汽体进口、冷凝液出口、浓缩液出口和浓缩液槽；

所述抽气口设置于蒸发器的上部，所述内循环液出口设置于浓缩液槽上，所述内循环液管路和雾化器连接，所述内循环液出口和所述内循环液入口通过内循环液管路连接，且该管路上设置有循环泵；所述列管换热器设置于所述蒸发器内低于雾化装置处；所述内循环液管路上设置有内循环液循环泵，所述汽体入口和除沫器通过循环液管路连接，且该管路上设置有循环泵；所述除沫器设置于蒸发器的上部，且汽体入口通过管路连接至列管换热器的液体入口；列管式换热器的出口和冷凝液出口连接，冷凝液的出口通过管路连接至第一换热器的第二液体入口；

燃烧装置，包括燃烧机、燃烧室和雾化装置，所述燃烧室内设置有雾化装置，所述燃烧室的气体出口和烟囱连接；

连接旋流分离器液体出口和第一换热器的第一液体入口的管路上设置有第一进液管路，其上设置有支路，所述支路和第二换热器的第一进液口连接；所述第一换热器的第一液体出口通过管路连接至浓缩液槽；所述第二换热器的第一液体出口通过管路连接至浓缩液槽；

所述浓缩液出口设置于浓缩液槽的底部，且通过管路和所述第二换热器的第二液体入口连接，所述第二和换热器的第二液体出口和燃烧装置中雾化装置的液体入口连接。

所述废液缓冲箱用于缓存污水。本发明所处理的压裂返排液是一种在天然气开采过程中形成的污染性废液，其成分非常复杂，COD含量高但BOD较低。每年开采过程中均会形成较大量的废液排出，目前并没有较好的办法处理，由于大量作业区域处于生态薄弱地区，无序排放极易对当地环境形成灾难性后果。压裂返排液一般会有较大的储存设备，会形成自然沉淀。此处可以选择从其沉淀层之上将污水引入后续的处理装置。

作为上述工业废水处理装置一种更好的选择，所述废液泵选择隔膜泵。考虑到溶液的复杂性，此处采用隔膜泵输送效果较好。

所述旋流分离器可以去除固体杂质。由于返排液中含有大量的岩屑，此处采用旋流分离原理，将尺寸超过一定尺寸，如大于0.1mm，的砂粒去除。旋流分离后的重物质有下部的收集装置接受后作为固废排出系统。

本发明使用的多个换热器可以回收热量。蒸发工艺的能耗是制约技术应用的最大障碍，本发明利用系统自身废热进行回热换热处理，此处利用蒸发室凝液为热源，将进料进行第一级加热。

所述第二换热器作为超浓液回热换热器使用，其将离开蒸发室凝液罐的溶液热量回收，以提升进入蒸发室原料的温度。

所述蒸发器为在真空或者负压条件下工作，工作压力为-20kpa(表压)。

所述浓缩液槽用于暂存高含污染浓缩液。

在工作过程中，雾化器中的循环液经升压泵加压后雾化喷射出来，经过阀的调节后通过雾化喷嘴系列均匀地喷向列管换热器

列管换热器的内部为循环液，由列管外表面形成的蒸汽，经过除沫器后汽体部分(饱和蒸汽)经过阀的调节后由升压风机加压原压力的(如1.2倍)，同时温度增加，从而使得蒸汽的焓值增加，后经过调节阀进入列管换热器管内。因为增加而升温后气管内蒸汽的温度降超过管外液体的温度，使得换热可以持续进行。蒸汽因将热量传出，而压力较高，所以换热完成后(流出列管后)，其会凝结成液体离开蒸发系统。这部分凝液是洁净度较高的处理后液体，因为其刚刚凝结，温度较高，存在未利用的能量，故再将其引入第一回热换热器，与待处理污水换热。后经排水泵抽出。1当处理的水质较差时，可以设置活性炭过滤器，以防止出水品质达不到排放要求。处理合格后的污水最后经阀安全排放。这样，原料污染水就变成达标(一般国标2级或1级)水。

浓缩液槽内的污水中的污染物会被浓缩，并由浓缩泵抽出排入焚烧炉。同样浓缩污水的温度较高，为回收其能量，另其经过第二换热器(由阀门控制流量)将热量交换给原料污水。

所述除沫器可以去除气液混合物中的气体，蒸发后的气液混合物在此经过气液分离后蒸汽离开系统，液滴回流。

本发明中，循环液管路上的循环压缩泵，采用罗茨风机，将接近气化的汽水混合物升压提升焓值。

本发明还提供了一种用于处理工业废水的方法，包括：将工业废水通过旋流分离器除去固体，得到的去除固体后的废水，去除固体后的废水分别和处理后的液体以及浓缩后的废水换热后进入蒸发器，在表观压力为负的蒸发器内，去除固体后的废水被雾化并喷淋至蒸发器内设的列管换热器上，形成的气液混合物经除沫器处理后，汽体回流至列管换热器作为工质被冷却得到处理后的液体，浓缩后的废水和去除固体后的废水换热后在燃烧室内被雾化并通过燃烧的方式被净化，燃烧产生的废气直接排空。

作为上述方法一种更好的选择，蒸发器内的气体被直接排空。当蒸发器内的废气是无害气体时，可以将其直接排空，以保持体系的真空度。

作为上述方法一种更好的选择，蒸发器内的表观真空度为不高于-20kPa。

作为上述方法一种更好的选择，和处理后的液体以及浓缩后的废水换热的去除固体后的废水比为2-5：1。

本发明的方法可以将工业废水通过蒸发的方式富集，进而得到就净化后的达标可排放水，并且浓缩后的污水可以通过燃烧的方式直接净化方式得到处理，这为压裂返排液提供了一种新的处理方法。经过最终燃烧处理的超浓液量是进入系统原料量的20％甚至更低，所以能耗可以最大限度降低，以使得这类污染物的处理费用不至于太高而易被采纳；本发明最终的燃烧处理过程可以将废液中的物质无害化，是目前此类废液可接受的处理方式。

附图说明

图1为本发明的处理污水的系统示意图，

附图标识：

1、废液缓冲装置(省略)及阀；2、废液泵；3、旋流除砂器；4、固体废弃物收集装置；5、第一换热器；6、第二换热器；701、蒸发器；702、超浓液储液槽；703、雾化器；704、列管换热器；705、除沫器；706、循环压缩泵；707、流量控制泵；8、废液泵；9、内循环泵；10、真空泵；1002、电磁阀；1101、燃烧机；1102、燃烧室；1103、烟囱；1201排水泵；1202活性炭过滤装置；1203、水泵。

具体实施方式

如下为本发明的具体实施方式，其仅用作对本发明的解释而并非限制。

参见图1，本发明提供的用于工业废水处理的装置包括

废液缓冲装置，其内设置有存储压裂返排液的空间；

废液引出管道，该管道和所述废液缓冲装置连接，其上可以设置阀门1控制流量；

废液泵2，其入口和废液引出管路连接，其出口和旋流分离器连接；

旋流分离器3，其入口和废液泵出口连接，其固体出口和固体废弃物收集装置4连接；

第一换热器5，其上设置有第一液体入口、第一液体出口、第二液体入口和第二液体出口；相应的，还可以设置阀门501，502分别用于控制进出水；

第二换热器6，其上设置有第一液体入口、第一液体出口、第二液体入口和第二液体出口；相应的，还可以设置阀门601，602分别用于控制进出水；

蒸发器，其上设置有抽气口、液体进口管路、除沫器705、内循环液管路、列管换热器、雾化装置、内循环液出口、内循环液入口、汽体入口、冷凝液出口、浓缩液出口和浓缩液槽702，并根据需要在各个管路上设置阀门708，709，707。

所述抽气口设置于蒸发器的上部，所述内循环液出口设置于浓缩液槽上，所述内循环液管路和雾化器连接，所述内循环液出口和所述内循环液入口通过内循环液管路连接，且该管路上设置有循环泵；所述列管换热器设置于所述蒸发器内低于雾化装置处；所述内循环液管路上设置有内循环液循环泵9，所述汽体入口和除沫器通过管路连接，且该管路上设置有循环泵；所述除沫器705设置于蒸发器的上部，且汽体入口通过管路连接至列管换热器的入口；列管式换热器的出口和冷凝液出口连接，冷凝液的出口通过管路连接至第一换热器的第二液体入口；

燃烧装置，包括燃烧机1101、燃烧室1102和雾化装置1104，所述燃烧室内设置有雾化装置，所述燃烧室的气体出口和烟囱1103连接；

连接旋流分离器液体出口和第一换热器的第一液体入口的管路上设置有第一进液管路，其上设置有支路，所述支路和第二换热器的第一进液口连接；所述第一换热器的第一液体出口通过管路连接至浓缩液槽；所述第二换热器的第一液体出口通过管路连接至浓缩液槽702；

所述浓缩液出口设置于浓缩液槽702的底部，且通过管路和所述第二换热器的第二液体入口连接，所述第二和换热器的第二液体出口和燃烧装置中雾化装置的液体入口连接。

所述废液缓冲箱用于缓存污水。本发明所处理的压裂返排液是一种在天然气开采过程中形成的污染性废液，其成分非常复杂，COD含量高但BOD较低。每年开采过程中均会形成较大量的废液排出，目前并没有较好的办法处理，由于大量作业区域处于生态薄弱地区，无序排放极易对当地环境形成灾难性后果。压裂返排液一般会有较大的储存设备，会形成自然沉淀。此处从其沉淀层之上将污水引入后续的处理装置。

所述废液泵选择隔膜泵。考虑到溶液的复杂性，此处采用隔膜泵输送更为合适。

所述旋流分离器为去除固体杂质。由于返排液中含有大量的岩屑，此处采用旋流分离原理将尺寸超过0.1mm的砂粒去除。旋流分离后的重物质有下部的收集装置接受后作为固废排出系统。

本发明所使用的换热器可以回收热量。蒸发工艺的能耗是制约技术应用的最大障碍，本系统利用系统自身废热进行回热换热处理，此处利用蒸发室凝液为热源，将进料进行第一级加热。

所述超浓液会热换热器将离开蒸发室凝液罐的溶液热量回收，以提升进入蒸发室原料的温度。

所述蒸发器为在真空或者负压条件下工作，工作压力为-20kpa(表压)

所述浓缩液储槽用于暂存高含污染浓缩液。

在工作过程中，雾化器中的循环液经升压泵加压后雾化喷射出来，经过阀的调节后通过雾化喷嘴系列均匀地喷向列管换热器

列管换热器的内部为循环液，由列管外表面形成的蒸汽，经过除沫器后气体部分(饱和蒸汽)经过阀的调节后由升压风机加压原压力的(如1.2倍)，同时温度增加，从而使得蒸汽的焓值增加，后经过调节阀进入列管换热器管内。因为增加而升温后气管内蒸汽的温度降超过管外液体的温度，使得换热可以持续进行。蒸汽因将热量传出，而压力较高，所以换热完成后(流出列管后)，其会凝结成液体离开蒸发系统。这部分凝液是洁净度较高的处理后液体，因为其刚刚凝结，温度较高，存在未利用的能量，故再将其引入第一回热换热器，与待处理污水换热。后经排水泵抽出。1当处理的水质较差时，可以设置活性炭过滤器，以防止出水品质达不到排放要求。处理合格后的污水最后经阀安全排放。这样，原料污染水就变成达标(一般国标2级或1级)水。

浓缩液槽内的污水中的污染物会被浓缩，并由浓缩泵抽出排入焚烧炉。同样浓缩污水的温度较高，为回收其能量，另其经过第二换热器(由阀门控制流量)将热量交换给原料污水。

原料污水由电磁阀来调节分配的量，一般来说，因为高浓原料污水的含水量一般超过90％，所以处理后的洁净水量是浓缩污水量的5倍以上，所以换热器5的换热功率也是换热器6的功率的5倍左右。

所述除沫器为去除气液混合物中的气体，蒸发后的气液混合物在此经过气液分离后蒸汽离开系统，液滴回流。

蒸汽回流使用循环压缩泵可采用罗茨风机，将接近气化的汽水混合物升压提升焓值。

蒸发器所使用的流量控制阀，可以根据平衡温度来调节压缩气量。

处理工业废水的方法如下：

将工业废水通过旋流分离器除去固体，得到的去除固体后的废水，去除固体后的废水分别和处理后的液体以及浓缩后的废水换热后进入蒸发器，在表观压力为负(不高于-20kPa)的蒸发器内，去除固体后的废水被雾化并喷淋至蒸发器内设的列管换热器上，形成的气液混合物经除沫器处理后，汽体回流至列管换热器作为工质被冷却得到处理后的液体，浓缩后的废水和去除固体后的废水换热后在燃烧室内被雾化并通过燃烧的方式被净化，燃烧产生的废气直接排空。

当蒸发器内的废气是无害气体时，可以将其直接排空，以保持体系的真空度。

经过最终燃烧处理的超浓液量是进入系统原料量的15％，所以能耗可以最大限度降低，以使得这类污染物的处理费用不至于太高。本发明最终的燃烧处理过程可以将废液中的物质无害化以获得可用的水资源和可以排空的气体，是目前此类废液可接受的处理方式。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.工业废水处理装置，其特征在于，所述工业废水处理装置包括：

废液引出管道，该管道和废液缓冲装置连接；

废液泵，其入口和废液引出管路连接，其出口和旋流分离器连接；

旋流分离器，包括入口、固体出口和液体出口，其入口和废液泵出口连接，其固体出口和固体废弃物收集装置连接；

第一换热器，其上设置有第一液体入口、第一液体出口、第二液体入口和第二液体出口；

第二换热器，其上设置有第一液体入口、第一液体出口、第二液体入口和第二液体出口；

蒸发器，其上设置有抽气口、液体进口管路、除沫器、内循环液管路、列管换热器、雾化装置、内循环液出口、内循环液入口、循环液出口、冷凝液出口、浓缩液出口和浓缩液槽；

所述抽气口设置于蒸发器的上部，所述内循环液出口设置于浓缩液槽上，所述内循环液管路和雾化器连接，所述内循环液出口和所述内循环液入口通过内循环液管路连接，且该管路上设置有循环泵；所述列管换热器设置于所述蒸发器内低于雾化装置处；所述内循环液管路上设置有内循环液循环泵，所述汽体入口和除沫器通过循环液管路连接，且该管路上设置有循环泵；所述除沫器设置于蒸发器的上部，且气体入口通过管路连接至列管换热器的液体入口；列管式换热器的出口和冷凝液出口连接，冷凝液的出口通过管路连接至第一换热器的第二液体入口；

燃烧装置，包括燃烧机、燃烧室和雾化装置，所述燃烧室内设置有雾化装置，所述燃烧室的气体出口和烟囱连接；

连接旋流分离器液体出口和第一换热器的第一液体入口的管路上设置有第一进液管路，其上设置有支路，所述支路和第二换热器的第一进液口连接；所述第一换热器的第一液体出口通过管路连接至浓缩液槽；所述第二换热器的第一液体出口通过管路连接至浓缩液槽；

所述浓缩液出口设置于浓缩液槽的底部，且通过管路和所述第二换热器的第二液体入口连接，所述第二和换热器的第二液体出口和燃烧装置中雾化装置的液体入口连接。

2.根据权利要求1所述的工业废水处理装置，其特征在于：所述废液泵为隔膜泵。

3.根据权利要求1所述的工业废水处理装置，其特征在于：汽体管路上的循环压缩泵为采用罗茨风机。

4.一种处理工业废水的方法，包括：将工业废水通过旋流分离器除去固体，得到的去除固体后的废水，去除固体后的废水分别和处理后的液体以及浓缩后的废水换热后进入蒸发器，在表观压力为负的蒸发器内，去除固体后的废水被雾化并喷淋至蒸发器内设的列管换热器上，形成的气液混合物经除沫器处理后，汽体回流至列管换热器作为工质被冷却得到处理后的液体，浓缩后的废水和去除固体后的废水换热后在燃烧室内被雾化并通过燃烧的方式被净化，燃烧产生的废气直接排空。