CN110294503A - 空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水的处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，它包括蒸发分离系统和空气压缩膨胀循环系统，所述的蒸发分离系统包括加料罐、喷雾塔和分离器；所述的空气压缩膨胀循环系统包括压缩机、电动机、膨胀机和三合一换热器。该系统具有以下优点：①采用蒸发分离技术，实现盐和水节能高效地一次性零排放的彻底分离；②通过压缩提高湿空气压力，使得湿空气露点温度提高、相对湿度升高，提高除湿能力，且压缩机有送风功能，节省风机；③通过膨胀机的使用，回收压缩过程的部分耗功，提高能量利用率；④利用压缩空气的膨胀过程使其降温的特性，获得用于冷却压缩空气的冷量，并通过换热器传递给压缩空气使其降温，无需供冷设备，减小能耗。
Description
技术领域：
本发明是一种空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水的处理系统，属于空气压缩膨胀循环的工业应用。
技术背景：
电镀废水是电镀行业中产生量非常大的工业废水，其传统的处理方法有化学法、物理法、生物法和电化学法，但这些方法都有一定的缺点或弊端，对于大量的电镀废水的处理不能满足生产生活需求。
随着环保意识的提高，电镀废水“零排放”的要求出现了。需要将电镀废水通过浓缩、结晶的技术排干水分，以固体颗粒的形式集中处理。目前工业废水处理最常用的蒸发分离法有多效蒸发技术和机械蒸汽再压缩技术。多效蒸发系统由于系统技术成熟、能效较高，在蒸发结晶领域应用广泛，但是多效蒸发系统由于效数多，因而系统投资成本高，是技术密集型技术，不适用于中小型企业的废水处理。机械蒸汽再压缩系统需要维持一定的真空度，导致系统能耗很高，真空环境下运行导致系统的密封要求提高，提高了系统投资成本和技术要求，也不利于系统的运行维护。目前也有将增湿去湿技术用于废水的处理，但其仍然有许多缺点，不适用于“零排放”的蒸发分离。
本发明提出一种空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水的处理系统，用于将电镀废水一次性零排放的处理为可回收利用的金属盐颗粒和工业用水。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水的处理系统及其应用。该系统用于将电镀废水一次性零排放的处理为可回收利用的金属盐颗粒和工业用水。
本发明的另一目的在于提供一种处理电镀废水的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，它包括蒸发分离系统和空气压缩膨胀循环系统，所述的蒸发分离系统包括加料罐(1)、喷雾塔(2)和分离器(3)；所述的空气压缩膨胀循环系统包括压缩机(4)、电动机(5)、膨胀机(6)和三合一换热器(7)；所述加料罐(1)的液体出口端通过管路连通设在所述喷雾塔(2)内上部的喷雾装置(8)，所述喷雾塔(2)的气体出口端通过管路连通所述分离器(3)的气体入口端，所述分离器(3)的气体出口端通过管路连通所述压缩机(4)的气体入口端，所述压缩机(4)的气体出口端通过承压管道连通所述三合一换热器(7)的热侧腔体(71)入口，所述的三合一换热器(7)的热侧腔体(71)出口通过承压管道连通所述膨胀机(6)的气体入口端，所述膨胀机(6)的气体出口端通过管路连通所述三合一换热器(7)的冷侧腔体(72)入口，所述三合一换热器(7)的冷侧腔体(72)出口通过管路连通所述喷雾塔(2)的气体入口端，所述的电动机(5)能够传递膨胀机(6)回收的压力能，同时为压缩机(4)提供膨胀机(6)不足以提供的耗功。
作为一种优选技术方案，所述的三合一换热器(7)具有以下三个功能：能够将膨胀机(6)在气体膨胀过程中所产生的冷量用来冷却所述压缩机(4)中产生的压缩空气，使压缩空气中的水分冷凝出来并进行气水分离，将系统中多余热量带走使系统保持热平衡；所述的三合一换热器(7)是由一个空气与空气换热的换热器和一个空气与冷却水换热的换热器组成的组合换热器，两个换热器都在热侧具有表面冷凝水分分离的能力，所述空气与空气换热的换热器是通过载热流体回路(74)将热侧腔体(71)中空气的热量传递给冷侧腔体(72)中的冷空气，同时也是将所述膨胀机(6)产生的冷量从冷侧腔体(72)中的空气传递到热侧腔体(71)的空气中，用来冷却热侧腔体(71)中的空气，所述空气与冷却水换热的换热器指的是热侧腔体(71)中冷却水管路(75)，可将系统多余热能带走使系统达到热平衡。进一步优选的，所述三合一换热器(7)中还具有冷凝水接水盘(76)，用于将热侧腔体(71)中的空气冷却后使水分冷凝从而被分离到所述的冷凝水接水盘(76)中，通过冷凝水排出管(77)排出三合一换热器(7)。
作为一种优选技术方案，所述的压缩机(4)、电动机(5)和膨胀机(4)同轴，或者采用机械传动装置连接，用于将电动机(5)的输出功和膨胀机(6)的输出功传递到压缩机(4)。
作为一种优选技术方案，所述喷雾塔的气体入口端设在所述喷雾塔的顶端，所述喷雾塔的底部设有固体颗粒排出口。
作为一种优选技术方案，所述的分离器为除尘设备，所述的除尘设备为布袋除尘器、旋风除尘器、滤网除尘器或静电吸附除尘器，但不限于此。
作为一种优选技术方案，所述的压缩机为透平压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机或多缸活塞压缩机等排气连续性高的压缩机，但不限于此。所述的压缩机(4)为系统必要部件，用来提高湿空气的压力，以提高其露点温度，提升其相对湿度，有利于湿空气中水分分离过程的进行，提高系统废水处理效率。
作为一种优选技术方案，所述的膨胀机(6)为透平膨胀机或螺杆膨胀机，但不限于此。所述的膨胀机(6)为系统必要节能部件，用于释放压缩空气的压力能，回收部分压缩功，补偿部分压缩机(4)耗功，减小电动机(5)的输入功率，节约能量。同时使用膨胀机(6)使空气在膨胀过程中降温，产生用于冷却高压湿空气的冷量，并通过三合一换热器(7)传递给压缩空气，用来冷却压缩空气。
所述的三合一换热器(7)是必要换热设备，其与压缩机(4)的气体出口端以及膨胀机(6)的气体入口端相连的一端需要承担压力，是压力容器，且需要有气水分离装置，与膨胀机(6)气体出口端以及喷雾塔(2)顶部进风口(即设在喷雾塔(2)顶部的气体入口端)相连的一端不需要承压，换热器包括采用但不限于热管换热器。
使用三合一冷却器(7)进行换热，利用了来自膨胀机(6)的冷量，将湿空气中的水分与空气分离，释放系统多余输入功使系统整体达到热平衡，以维持系统稳定运行。
一种处理电镀废水的方法，采用上述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统对电镀废水进行处理。
上述的处理电镀废水的方法，首先加料罐(1)中存放的电镀废水通过管路送入喷雾塔(2)中，并在喷雾塔(2)内通过喷雾装置(8)雾化，与从塔顶送入的干燥热空气混合并被干燥成金属盐颗粒从喷雾塔(2)底部排出，湿空气通过喷雾塔(2)的气体出口端送入分离器(3)进行气体除尘后送入压缩机(4)中压缩，之后在三合一换热器(7)中冷却，使空气中的水分冷凝出来与空气分离，再经过膨胀机(6)膨胀回收膨胀功，然后送入三合一换热器(7)加热转化成干燥热空气，最后干燥热空气送入喷雾塔以供电镀废水的蒸发分离使用。
所述空气压缩膨胀循环系统的作用是处理低温湿空气，转换成90-100℃的干空气，再送入蒸发分离系统中使用。
本发明所述空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统的工作原理为：
电镀废水的盐和水的分离是在蒸发分离系统中完成的：首先加料罐(1)中存放的电镀废水通过管路送入喷雾塔(2)中，并在喷雾塔(2)内部通过喷雾装置(8)雾化，与从塔顶的气体入口端送入的干燥热空气混合并被干燥成金属盐颗粒从喷雾塔(2)底部的固体颗粒排出口排出，湿空气通过设在喷雾塔(2)下部侧面上的气体出口端和管路送入分离器(3)中进行气体除尘，之后送入空气压缩膨胀循环系统；
在空气压缩膨胀循环系统中处理来自蒸发分离系统的湿空气，将其转化为高温干空气，再送回蒸发分离系统中使用：来自蒸发分离系统的湿空气先要在压缩机(4)中压缩，之后通过热侧腔体入口进入三合一换热器(7)中冷却，使空气中的水分冷凝出来与空气分离，冷却气体从所述的三合一换热器(7)的热侧腔体出口输出后经过膨胀机(6)膨胀回收膨胀功，然后经过冷侧腔体入口送入三合一换热器(7)加热转化成干燥热空气，最后干燥热空气送入蒸发分离系统，以供电镀废水的蒸发分离使用。
所述的电动机(5)用于补充压缩机(4)耗功中膨胀机(6)不足以提供的部分。三合一换热器(7)不仅用于换热，用于湿空气的气水分离，还用于带走系统多余能量使系统保持平衡。
本发明的有益效果：
①采用蒸发分离技术，实现盐和水节能高效地一次性零排放的彻底分离；②通过压缩提高湿空气压力，使得湿空气露点温度提高、相对湿度升高，提高除湿能力，且压缩机有送风功能，节省风机；③通过膨胀机的使用，回收压缩过程的部分耗功，提高能量利用率；④利用压缩空气的膨胀过程使其降温的特性，获得用于冷却压缩空气的冷量，并通过换热器传递给压缩空气使其降温，无需供冷设备，减小能耗。
附图说明：
图1为空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统结构图
图2为三合一换热器结构示意图
图中各部件标号如下：1.加料罐、2.喷雾塔、3.分离器、4.压缩机、5.电动机、6.膨胀机、7.三合一换热器、8.喷雾装置、71.热侧腔体、72.冷侧腔体、73.翅片、74.载热流体回路、75.冷却水管路、76.冷凝水接水盘、77.冷凝水排出管。
具体实施方案：
如图1所示，一种空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，它包括蒸发分离系统和空气压缩膨胀循环系统，所述的蒸发分离系统包括加料罐1、喷雾塔2和分离器3；所述的空气压缩膨胀循环系统包括压缩机4、电动机5、膨胀机6和三合一换热器7；所述加料罐1的液体出口端通过管路连通设在所述喷雾塔2内上部的喷雾装置8，所述喷雾塔2的气体出口端通过管路连通所述分离器3的气体入口端，所述分离器3的气体出口端通过管路连通所述压缩机4的气体入口端，所述压缩机4的气体出口端通过承压管道连通所述三合一换热器7的热侧腔体71入口，所述的三合一换热器7的热侧腔体71出口通过承压管道连通所述膨胀机6的气体入口端，所述膨胀机6的气体出口端通过管路连通所述三合一换热器7的冷侧腔体72入口，所述三合一换热器7的冷侧腔体72出口通过管路连通所述喷雾塔2的气体入口端，电动机5为必要的系统能量输入部件，所述的电动机5能够传递膨胀机6回收的压力能，同时为压缩机4提供膨胀机6不足以提供的耗功。蒸发分离系统，其中加料罐1是用于盛放电镀废水的罐体，其通过管路与喷雾塔4内的喷雾装置8相连通，此管路上需要安装朝向喷雾装置8输送的压力泵，使加料罐1中的电镀废水能以一定压力送入喷雾塔2，喷雾塔2是用来将废水蒸发分离的设备。
空气压缩膨胀循环系统，其作用是处理低温湿空气，转换成90-100℃的干空气，再送入蒸发分离系统中使用。从蒸发分离系统出来的管路连通到压缩机4的气体入口端，压缩机4的气体出口端用承压管道连接到三合一换热器7的热侧腔体71入口，三合一换热器7热侧腔体71为承压设备，其热侧腔体71出口用承压管道连接膨胀机6气体入口端，膨胀机6的气体出口端用普通风管连接三合一换热器7冷侧腔体72入口，三合一换热器7冷侧腔体出口连接喷雾塔2的热空气入口。压缩机4采用电动机5驱动，膨胀机6输出工率需传递到压缩机4，所以采用压缩机(4)、电动机5、膨胀机6共用一根主轴，或者采用机械传动装置连接，用于将电动机5的输出功和膨胀机6的输出功传递到压缩机4。
所述的三合一换热器7具有以下三个功能：能够将膨胀机6在气体膨胀过程中所产生的冷量用来冷却所述压缩机4中产生的压缩空气，使压缩空气中的水分冷凝出来并进行气水分离，将系统中多余热量带走使系统保持热平衡。
所述的三合一换热器7的结构如图2所示，所述的三合一换热器7是由一个空气与空气换热的换热器和一个空气与冷却水换热的换热器组成的组合换热器，两个换热器都在热侧具有表面冷凝水分分离的能力，所述空气与空气换热的换热器是通过载热流体回路74将热侧腔体71中空气的热量传递给冷侧腔体72中的冷空气，同时也是将所述膨胀机6产生的冷量从冷侧腔体72中的空气传递到热侧腔体71的空气中，用来冷却热侧腔体71中的空气，所述空气与冷却水换热的换热器指的是热侧腔体71中冷却水管路75，它可将系统多余热能带走使系统达到热平衡，所述的三合一换热器7还具有冷凝水接水盘76，用于将热侧腔体71中的空气冷却后使水分冷凝从而被分离到所述的冷凝水接水盘76中，通过冷凝水排出管77排出三合一换热器7。
在需要进行热传递的换热器表面通过增加翅片73，增大换热器的换热表面积，提高换热效率。
作为一种优选技术方案，所述喷雾塔2的气体入口端设在所述喷雾塔2的顶端，所述喷雾塔2的底部设有固体颗粒排出口。
所述的分离器3为除尘设备，所述的除尘设备为布袋除尘器，但不限于此。
所述的压缩机4为系统必要部件，包括使用但不限于透平压缩机。所述的压缩机4用来提高湿空气的压力，以提高其露点温度，提升其相对湿度，有利于湿空气中水分分离过程的进行，提高系统废水处理效率。
所述的膨胀机6为系统必要节能部件，包括使用但不限于透平膨胀机。膨胀机6用于释放压缩空气的压力能，回收部分压缩功，补偿部分压缩机4耗功，减小电动机5的输入功率，节约能量。同时使用膨胀机6使空气在膨胀过程中降温，产生用于冷却高压湿空气的冷量，并通过三合一换热器7传递给压缩空气，用来冷却压缩空气。
所述的三合一换热器7是必要换热设备，其与压缩机4的气体出口端以及膨胀机6的气体入口端相连的一端需要承担压力，是压力容器，且需要有气水分离装置，与膨胀机6气体出口端以及喷雾塔2顶部进风口(即设在喷雾塔2顶部的气体入口端)相连的一端不需要承压，换热器包括采用但不限于热管换热器。使用三合一冷却器7进行换热，利用了来自膨胀机6的冷量，将湿空气中的水分与空气分离，释放系统多余输入功使系统整体达到热平衡，以维持系统稳定运行。
本发明所述空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统的工作原理为：
电镀废水的盐和水的分离是在蒸发分离系统中完成的：首先加料罐1中存放的电镀废水通过管路送入喷雾塔2中，并在喷雾塔2内部通过喷雾装置8雾化，与从塔顶的气体入口端送入的干燥热空气混合并被干燥成金属盐颗粒从喷雾塔2底部的固体颗粒排出口排出，湿空气通过设在喷雾塔2下部侧面上的气体出口端和管路送入分离器3中进行气体除尘，之后送入空气压缩膨胀循环系统；
在空气压缩膨胀循环系统中处理来自蒸发分离系统的湿空气，将其转化为高温干空气，再送回蒸发分离系统中使用：来自蒸发分离系统的湿空气先要在压缩机4中压缩，之后通过热侧腔体入口进入三合一换热器7中冷却，使空气中的水分冷凝出来与空气分离，冷却气体从所述的三合一换热器7的热侧腔体出口输出后经过膨胀机6膨胀回收膨胀功，然后经过冷侧腔体入口送入三合一换热器7加热转化成干燥热空气，最后干燥热空气送入蒸发分离系统，以供电镀废水的蒸发分离使用。
所述的电动机5用于补充压缩机4耗功中膨胀机6不足以提供的部分。三合一换热器7不仅用于换热，用于湿空气的气水分离，还用于带走系统多余能量使系统保持平衡。
一种处理电镀废水的方法，采用上述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统对电镀废水进行处理。首先加料罐1中存放的电镀废水通过管路送入喷雾塔2中，并在喷雾塔2内通过喷雾装置8雾化，与从塔顶送入的干燥热空气混合并被干燥成金属盐颗粒从喷雾塔2底部排出，湿空气通过喷雾塔2的气体出口端送入分离器3进行气体除尘后送入压缩机4中压缩，之后在三合一换热器7中冷却，使空气中的水分冷凝出来与空气分离，再经过膨胀机6膨胀回收膨胀功，然后送入三合一换热器7加热转化成干燥热空气，最后干燥热空气送入喷雾塔以供电镀废水的蒸发分离使用。
Claims (9)
1.一种空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，其特征在于，它包括蒸发分离系统和空气压缩膨胀循环系统，所述的蒸发分离系统包括加料罐(1)、喷雾塔(2)和分离器(3)；所述的空气压缩膨胀循环系统包括压缩机(4)、电动机(5)、膨胀机(6)和三合一换热器(7)；所述加料罐(1)的液体出口端通过管路连通设在所述喷雾塔(2)内上部的喷雾装置(8)，所述喷雾塔(2)的气体出口端通过管路连通所述分离器(3)的气体入口端，所述分离器(3)的气体出口端通过管路连通所述压缩机(4)的气体入口端，所述压缩机(4)的气体出口端通过承压管道连通所述三合一换热器(7)的热侧腔体(71)入口，所述的三合一换热器(7)的热侧腔体(71)出口通过承压管道连通所述膨胀机(6)的气体入口端，所述膨胀机(6)的气体出口端通过管路连通所述三合一换热器(7)的冷侧腔体(72)入口，所述三合一换热器(7)的冷侧腔体(72)出口通过管路连通所述喷雾塔(2)的气体入口端，所述的电动机(5)能够传递膨胀机(6)回收的压力能，同时为压缩机(4)提供膨胀机(6)不足以提供的耗功。
2.根据权利要求1所述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，其特征在于，所述的三合一换热器(7)具有以下三个功能：能够将膨胀机(6)在气体膨胀过程中所产生的冷量用来冷却所述压缩机(4)中产生的压缩空气，使压缩空气中的水分冷凝出来并进行气水分离，将系统中多余热量带走使系统保持热平衡；所述的三合一换热器(7)是由一个空气与空气换热的换热器和一个空气与冷却水换热的换热器组成的组合换热器，两个换热器都在热侧具有表面冷凝水分分离的能力，所述空气与空气换热的换热器是通过载热流体回路(74)将热侧腔体(71)中空气的热量传递给冷侧腔体(72)中的冷空气，同时也是将所述膨胀机(6)产生的冷量从冷侧腔体(72)中的空气传递到热侧腔体(71)的空气中，用来冷却热侧腔体(71)中的空气，所述空气与冷却水换热的换热器指的是热侧腔体(71)中冷却水管路(75)，可将系统多余热能带走使系统达到热平衡。
3.根据权利要求1所述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，其特征在于，所述的压缩机(4)、电动机(5)和膨胀机(4)同轴，或者采用机械传动装置连接，用于将电动机(5)的输出功和膨胀机(6)的输出功传递到压缩机(4)。
4.根据权利要求1所述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，其特征在于，所述喷雾塔的气体入口端设在所述喷雾塔的顶端，所述喷雾塔的底部设有固体颗粒排出口。
5.根据权利要求1所述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，其特征在于，所述的分离器为除尘设备，所述的除尘设备为布袋除尘器、旋风除尘器、滤网除尘器或静电吸附除尘器。
6.根据权利要求1所述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，其特征在于，所述的压缩机为透平压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机或多缸活塞压缩机等排气连续性高的压缩机。
7.根据权利要求1所述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统，其特征在于，所述的膨胀机(6)为透平膨胀机或螺杆膨胀机。
8.一种处理电镀废水的方法，其特征在于，采用权利要求1～7中任一所述的空气压缩膨胀循环蒸发分离电镀废水处理系统对电镀废水进行处理。
9.根据权利要求8所述的处理电镀废水的方法，其特征在于，首先加料罐(1)中存放的电镀废水通过管路送入喷雾塔(2)中，并在喷雾塔(2)内通过喷雾装置(8)雾化，与从塔顶送入的干燥热空气混合并被干燥成金属盐颗粒从喷雾塔(2)底部排出，湿空气通过喷雾塔(2)的气体出口端送入分离器(3)进行气体除尘后送入压缩机(4)中压缩，之后在三合一换热器(7)中冷却，使空气中的水分冷凝出来与空气分离，再经过膨胀机(6)膨胀回收膨胀功，然后送入三合一换热器(7)加热转化成干燥热空气，最后干燥热空气送入喷雾塔以供电镀废水的蒸发分离使用。
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