CN110498549A - 一种废水处理结合多效立管结晶分盐工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种运作成本低、能耗低、浓缩效果好且能够输出达到工业使用盐级别的副产品的废水处理结合多效立管结晶分盐工艺及装置。废水处理结合多效立管结晶分盐装置包括依次连接的预处理池、电催化氧化池、电渗析单元、多级强制循环蒸发模组以及出水池,多级强制循环蒸发模组包括依次连接的若干个加热蒸发模块以及结晶器，加热蒸发模块包括加热器，多级强制循环蒸发模组还包括板式换热器；废水处理结合多效立管结晶分盐工艺基于废水处理结合多效立管结晶分盐装置实现结晶分盐。本发明应用于废水处理的技术领域。

Description

一种废水处理结合多效立管结晶分盐工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种废水处理结合多效立管结晶分盐工艺及装置。

背景技术

现有的废水处理首先需要经过生物降解系统，在系统中添加一些化学药剂或者活性污泥，进行硝化和反硝化，或者厌氧和好氧，使得去除废水中的部分有机物CODcr。然后沉淀，上清液流入到下道工艺系统，污泥经过污泥脱水机后送去污泥处置中心处理。生物降解去除部分有机物后，水质中还含有较高的钙镁离子，必须通过投加碳酸钠和氢氧化钠进行沉淀去除钙镁离子。上清液流入到下道工艺系统。

通过上述二道预处理工序后，废水进入MVR蒸发结晶系统，废水首先经过板式换热系统回收部分热量，在通过循环泵打入到MVR蒸发主体，废水在蒸发主体产生蒸发，部分被蒸发的废水经过冷凝后形成冷凝水，最后排出蒸发系统后，用于作为工业回用水进水会用；没有被蒸发的废水一直在蒸发系统内循环，直达到饱和浓度，达到一定饱和浓度后，饱和溶液进入结晶系统，最后产生晶体。

然而生物降解技术由于废水中含有较高的无机盐，对有些不可降解的有机物降解不了，最终影响晶体品质，不能够作为副产品销售，只能作为危险废物进行处置，这样带来昂贵的二次处理费用。由于废水中含有较高的有机物和钙镁离子，需要投加大量的药剂，运行成本非常。而且不能彻底去除废水中的有机物和钙镁离子。另外，废水中含有很高的钙镁离子，MVR蒸发设备蒸发到一定的时候或者浓度时，MVR蒸发系统容易结垢，因此影响设备的稳定运行和处理能力。而且需要增加大量的人力物力采取人工清理结垢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种运作成本低、能耗低、浓缩效果好且能够输出达到工业使用盐级别的副产品的废水处理结合多效立管结晶分盐工艺及装置。

本发明所采用的技术方案是：所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置包括依次连接的预处理池、电催化氧化池、电渗析单元、多级强制循环蒸发模组以及出水池，所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置还包括碱液罐和二氧化碳储罐，所述碱液罐、所述二氧化碳储罐均与所述预处理池连接,所述多级强制循环蒸发模组包括依次连接的若干个加热蒸发模块以及结晶器，所述加热蒸发模块包括加热器，所述多级强制循环蒸发模组还包括板式换热器，所述电渗析单元的浓缩液输出管道经过所述板式换热器后连接至所述加热蒸发模块中，所有所述加热器的冷凝水输出管道汇集后经过所述板式换热器再连接至所述出水池。

由上述方案可见，通过依次连接的所述预处理池、所述电催化氧化池以及所述电渗析单元对输入的废水进行硬度去除处理、氧化还原去除有机物以及脱盐处理，有效去除废水中的钙镁离子避免所述析硝器和所述析盐器出现结垢。通过多级所述加热蒸发模块实现对原液进行多次蒸发以达到提高盐的浓度的效果，通过将所有所述加热器的冷凝水输出管道连接至所述板式换热器，进而降低排出系统的冷凝水和蒸馏水的温度减少热污染，同时提高进入所述多级强制循环蒸发模组的原液的温度，减少系统的能耗，提高系统的预热率。

一个优选方案是，所述加热蒸发模块还包括分离器和循环泵，所述加热器的输出端连接至所述分离器的内部，所述加热器的输出端末端设置有喷洒器，所述循环泵与所述分离器的底部输出口连接，所述分离器的顶部设置有蒸汽出口，所述加热器中设置有冷凝管道。

由上述方案可见，加热面上沸腾的产品容易形成结垢或产生结晶，通过设置所述循环泵使浓缩液具有较高的流动速度，避免出现结垢或产生结晶；同时给浓缩液提供一定的压力，避免浓缩液在所述加热器中出现蒸发现象。通过在所述加热器的输出端末端设置所述喷洒器，使浓缩液进入所述分离器时在压力差的作用下进行部分蒸发，进而增加浓缩液的浓度。

一个优选方案是，所述多级强制循环蒸发模组共设有三个所述加热蒸发模块，所述电渗析单元的浓缩液输出管道连接至位于第一级的所述加热蒸发模块的加热器中，第一级的所述加热蒸发模块的加热器的所述冷凝管道与外部的蒸汽发生器连接；所述循环泵的输出端连接至次级所述加热蒸发模块的加热器，所述分离器的蒸汽出口连接至次级所述加热蒸发模块的加热器的冷凝管道；最后的所述加热蒸发模块的循环泵连接至所述结晶器，所述结晶器将工业盐晶体脱水后输出。

由上述方案可见，通过上级所述加热蒸发模块排出的蒸汽提供热量对次级加热器提供热量。

一个优选方案是，所述加热器上设有料液输入端和料液输出端，所述料液输入端位于所述加热器的底部，所述料液输出端位于所述加热器的顶部。

由上述方案可见，浓缩液由所述循环泵自下而上打入所述加热器，使浓缩液沿所述加热器的内管向上流动，这样可以有效避免所述循环泵气蚀的问题，延长所述循环泵的使用寿命同时使蒸发工作能够连续进行。

一个优选方案是，所述预处理池包括依次连接的反应池和沉淀池，所述碱液罐、所述二氧化碳储罐均与所述反应池连接，所述碱液罐储存有氢氧化钠，所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置还包括凝絮剂罐，所述凝絮剂罐与所述沉淀池连接，所述沉淀池中的上清液送至所述电催化氧化池。

由上述方案可见，二氧化碳易溶于水形成碳酸。碳酸是一种弱酸，在水中电离出H⁺、HCO₃ ^-和CO₃ ^2-，H⁺可以中和碱性水中的OH^-达到调节水质pH的作用，CO₃ ^2-与水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子反应生成沉淀达到降低硬度的作用。由于碳酸的弱酸特性，在H⁺、CO₃ ^2-被不断消耗的情况下，溶解于水中的二氧化碳可以持续电离出CO₃ ^2-，达到与纯碱软化几乎同样的效果。二氧化碳为大气天然组成成分，在压力下以液态储存，性质稳定，不可燃，无腐蚀性，不会增加水中的含盐量。由于二氧化碳分子量小于纯碱分子量，在用量和成本上可以有较大的节省。同时，二氧化碳在调节pH值的过程中具有平缓中和曲线，尤其在pH=6～8中性阶段，pH值仍然缓慢变化，且很难降到pH=6以下，不会造成酸化过度的问题，因此无需精确投加控制系统也能实现准确的pH值控制。

一个优选方案是，所述电催化氧化池与外部电源连接，所述电催化氧化池的顶部设置有气体回收净化装置，所述气体回收净化装置将所述电催化氧化池产生的氢气和氧气回收利用。

由上述方案可见，电催化氧化是指在外加电场或电压的作用下，通过化学、物理作用达到高效净化水中污染物的清洁处理工艺。电化学氧化法是使污染物在电极上发生直接的电化学反应，或者利用电极表面产生的强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原反应，生成无害物的过程。前者称为直接电化学反应，后者称为间接电化学反应。直接电化学反应通过阳极氧化可使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质，阴极还原则可从水中去除硝酸根离子和重金属离子。这两个过程同时伴生放出 H₂ 与 O₂，使电流效率降低，但通过电极材料的选择和电位控制可加以防止。间接电化学反应可利用电化学反应产生的氧化还原剂使污染物转化为无害物，这时产生的氧化还原剂是污染物与电极交换电子的中介体。这种中介体可以是催化剂， 也可以是电化学产生的短寿命中间体。此外，也可以利用O₂在阴极还原为 H₂O₂， 而后生成羟基自由基，进而氧化有机物，该技术可用于难生化降解的处理苯酚、苯胺、醛类及氰化物等污染物。基于以上原理，开发通过电催化高级氧化技术产生大量活性极强的羟基自由基，由于羟基自由基的氧化能力极强，几乎可以无选择地将任何有机污染物矿化。生成的羟基自由基进而与有机化合物发生加合、代替、电子转移、断键等产生，使污水中难降解的大分子有机物氧化降解成为低毒或无毒的小分子物质，甚至直接矿化为CO₂和H₂O。

一个优选方案是，所述电渗析单元包括脱盐室、离子交换膜、隔板和电极，所述离子交换膜和所述隔板配合形成浓缩室，所述电极在所述电渗析单元中形成直流电场，所述脱盐室的输入口与所述电催化氧化池连接，所述脱盐室的输出口与所述出水储存池连接，所述浓缩室与所述多级强制循环蒸发模组连接。

由上述方案可见，电渗析是一种利用膜的选择透过性，对水中的带电电解质和不带电物质进行分离脱盐、浓缩的一种膜分离设备。电渗析器的主要部件为阴、阳离子交换膜、隔板与电极三部分。隔板构成的隔室为液体流经过的通道；物料经过的隔室为脱盐室，浓水经过的隔室为浓缩室，在直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，阳离子透过阳膜，阴离子透过阴膜，脱盐室的离子向浓缩室迁移，浓缩室的离子由于膜的选择透过性而无法向脱盐室迁移。这样淡室的盐分浓度逐渐降低，相邻浓缩室的盐分浓度相应逐渐升高，把废水中的的无机盐分进行脱盐或浓缩。

所述废水处理结合多效立管结晶分盐工艺包括以下步骤：

a.将废水送至所述预处理池，先经过所述反应池使水中的钙、镁离子与碳酸离子反应并在所述沉淀池中形成沉淀，进而降低硬度；

b.然后所述沉淀池的上清液送至所述电催化氧化池，在外加电场的作用下使废水发生氧化还原反应去除废水中的有机污染物、硝酸根离子和重金属离子，并通过所述气体回收净化装置回收产生的氢气和氧气；

c.然后处理液送至所述电渗析单元后，通过电渗析原理降低所述脱盐室内盐分浓度，浓缩室中的浓缩液则输送至所述多级强制循环蒸发模组，而脱盐后的淡水则输送至所述出水池；

d.浓缩液先经过所述板式换热器进行吸收热量进行预热，然后进入第一级的的所述加热蒸发模块的加热器中吸收由外部的蒸汽发生器生成的热量，然后通过所述喷洒器均匀的喷洒在第一级的所述分离器中，浓缩液在进入所述分离器时在压力差的作用下部分水份蒸发成蒸汽并通过所述蒸汽出口脱出，而底部浓缩液则在所述循环泵的动力作用下输出至次级的加热蒸发模块中；

e.第一级的所述加热蒸发模块输出的蒸汽进入次级的加热蒸发模块的加热器中，同时蒸汽与由第一级的所述循环泵输送的浓缩液进行热量交换，蒸汽冷凝成水后送至所述板式换热器为原液提供热量，而第一级输出的浓缩液则进入第二的所述分离器中再次蒸发水分，同理第二级和第三级的两个所述加热蒸发模块依次进行第二次和第三次的蒸发；

f.经过三级蒸发后浓缩液的呈固液混合状态，混合液在液体泵的带动下输送至所述结晶器，所述结晶器进行固液分离，固体通过外部包装系统打包成产品，而离心的母液则收集或回流到所述多级强制循环蒸发模组中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图;

图2是所述多级强制循环蒸发模组的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，在本实施例中，所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置包括依次连接的预处理池1、电催化氧化池2、电渗析单元3、多级强制循环蒸发模组以及出水池，所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置还包括碱液罐4和二氧化碳储罐5，所述碱液罐4、所述二氧化碳储罐5均与所述预处理池1连接,所述多级强制循环蒸发模组包括依次连接的若干个加热蒸发模块6以及结晶器7，所述加热蒸发模块6包括加热器8，所述多级强制循环蒸发模组还包括板式换热器9，所述电渗析单元3的浓缩液输出管道经过所述板式换热器9后连接至所述加热蒸发模块6中，所有所述加热器8的冷凝水输出管道汇集后经过所述板式换热器9再连接至所述出水池。

在本实施例中，所述加热蒸发模块6还包括分离器10和循环泵11，所述加热器8的输出端连接至所述分离器10的内部，所述加热器8的输出端末端设置有喷洒器12，所述循环泵11与所述分离器10的底部输出口连接，所述分离器10的顶部设置有蒸汽出口13，所述加热器8中设置有冷凝管道。

在本实施例中，所述多级强制循环蒸发模组共设有三个所述加热蒸发模块6，所述电渗析单元3的浓缩液输出管道连接至位于第一级的所述加热蒸发模块6的加热器8中，第一级的所述加热蒸发模块6的加热器8的所述冷凝管道与外部的蒸汽发生器连接；所述循环泵11的输出端连接至次级所述加热蒸发模块6的加热器8，所述分离器10的蒸汽出口13连接至次级所述加热蒸发模块6的加热器8的冷凝管道；最后的所述加热蒸发模块6的循环泵11连接至所述结晶器7，所述结晶器7将工业盐晶体脱水后输出。

所述加热器8上设有料液输入端和料液输出端，所述料液输入端位于所述加热器8的底部，所述料液输出端位于所述加热器8的顶部。

在本实施例中，所述预处理池1包括依次连接的反应池14和沉淀池15，所述碱液罐4、所述二氧化碳储罐5均与所述反应池14连接，所述碱液罐4储存有氢氧化钠，所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置还包括凝絮剂罐16，所述凝絮剂罐16与所述沉淀池15连接，所述沉淀池15中的上清液送至所述电催化氧化池2。

在本实施例中，所述电催化氧化池2与外部电源连接，所述电催化氧化池2的顶部设置有气体回收净化装置，所述气体回收净化装置将所述电催化氧化池2产生的氢气和氧气回收利用。

在本实施例中，所述电渗析单元3包括脱盐室、离子交换膜、隔板和电极，所述离子交换膜和所述隔板配合形成浓缩室，所述电极在所述电渗析单元3中形成直流电场，所述脱盐室的输入口与所述电催化氧化池2连接，所述脱盐室的输出口与所述出水池连接，所述浓缩室与所述多级强制循环蒸发模组连接。

所述废水处理结合多效立管结晶分盐工艺包括以下步骤：

a.将废水送至所述预处理池1，先经过所述反应池14使水中的钙、镁离子与碳酸离子反应并在所述沉淀池15中形成沉淀，进而降低硬度；

b.然后所述沉淀池15的上清液送至所述电催化氧化池2，在外加电场的作用下使废水发生氧化还原反应去除废水中的有机污染物、硝酸根离子和重金属离子，并通过所述气体回收净化装置回收产生的氢气和氧气；

c.然后处理液送至所述电渗析单元3后，通过电渗析原理降低所述脱盐室内盐分浓度，浓缩室中的浓缩液则输送至所述多级强制循环蒸发模组，而脱盐后的淡水则输送至所述出水池；

d.浓缩液先经过所述板式换热器9进行吸收热量进行预热，然后进入第一级的的所述加热蒸发模块6的加热器8中吸收由外部的蒸汽发生器生成的热量，然后通过所述喷洒器12均匀的喷洒在第一级的所述分离器10中，浓缩液在进入所述分离器10时在压力差的作用下部分水份蒸发成蒸汽并通过所述蒸汽出口13脱出，而底部浓缩液则在所述循环泵11的动力作用下输出至次级的加热蒸发模块6中；

e.第一级的所述加热蒸发模块6输出的蒸汽进入次级的加热蒸发模块6的加热器8中，同时蒸汽与由第一级的所述循环泵11输送的浓缩液进行热量交换，蒸汽冷凝成水后送至所述板式换热器9为原液提供热量，而第一级输出的浓缩液则进入第二的所述分离器10中再次蒸发水分，同理第二级和第三级的两个所述加热蒸发模块6依次进行第二次和第三次的蒸发；

f.经过三级蒸发后浓缩液的呈固液混合状态，混合液在液体泵的带动下输送至所述结晶器7，所述结晶器7进行固液分离，固体通过外部包装系统打包成产品，而离心的母液则收集或回流到所述多级强制循环蒸发模组中。

本发明应用于废水处理的技术领域。

虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置，其特征在于：它包括依次连接的预处理池（1）、电催化氧化池（2）、电渗析单元（3）、多级强制循环蒸发模组以及出水池，所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置还包括碱液罐（4）和二氧化碳储罐（5），所述碱液罐（4）、所述二氧化碳储罐（5）均与所述预处理池（1）连接,所述多级强制循环蒸发模组包括依次连接的若干个加热蒸发模块（6）以及结晶器（7），所述加热蒸发模块（6）包括加热器（8），所述多级强制循环蒸发模组还包括板式换热器（9），所述电渗析单元（3）的浓缩液输出管道经过所述板式换热器（9）后连接至所述加热蒸发模块（6）中，所有所述加热器（8）的冷凝水输出管道汇集后经过所述板式换热器（9）再连接至所述出水池。

2.根据权利要求1所述的一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置，其特征在于：所述加热蒸发模块（6）还包括分离器（10）和循环泵（11），所述加热器（8）的输出端连接至所述分离器（10）的内部，所述加热器（8）的输出端末端设置有喷洒器（12），所述循环泵（11）与所述分离器（10）的底部输出口连接，所述分离器（10）的顶部设置有蒸汽出口（13），所述加热器（8）中设置有冷凝管道。

3.根据权利要求2所述的一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置，其特征在于：所述多级强制循环蒸发模组共设有三个所述加热蒸发模块（6），所述电渗析单元（3）的浓缩液输出管道连接至位于第一级的所述加热蒸发模块（6）的加热器（8）中，第一级的所述加热蒸发模块（6）的加热器（8）的所述冷凝管道与外部的蒸汽发生器连接；所述循环泵（11）的输出端连接至次级所述加热蒸发模块（6）的加热器（8），所述分离器（10）的蒸汽出口（13）连接至次级所述加热蒸发模块（6）的加热器（8）的冷凝管道；最后的所述加热蒸发模块（6）的循环泵（11）连接至所述结晶器（7），所述结晶器（7）将工业盐晶体脱水后输出。

4.根据权利要求3所述的一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置，其特征在于：所述加热器（8）上设有料液输入端和料液输出端，所述料液输入端位于所述加热器（8）的底部，所述料液输出端位于所述加热器（8）的顶部。

5.根据权利要求4所述的一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置，其特征在于：所述预处理池（1）包括依次连接的反应池（14）和沉淀池（15），所述碱液罐（4）、所述二氧化碳储罐（5）均与所述反应池（14）连接，所述碱液罐（4）储存有氢氧化钠，所述废水处理结合多效立管结晶分盐装置还包括凝絮剂罐（16），所述凝絮剂罐（16）与所述沉淀池（15）连接，所述沉淀池（15）中的上清液送至所述电催化氧化池（2）。

6.根据权利要求5所述的一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置，其特征在于：所述电催化氧化池（2）与外部电源连接，所述电催化氧化池（2）的顶部设置有气体回收净化装置，所述气体回收净化装置将所述电催化氧化池（2）产生的氢气和氧气回收利用。

7.根据权利要求6所述的一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置，其特征在于：所述电渗析单元（3）包括脱盐室、离子交换膜、隔板和电极，所述离子交换膜和所述隔板配合形成浓缩室，所述电极在所述电渗析单元（3）中形成直流电场，所述脱盐室的输入口与所述电催化氧化池（2）连接，所述脱盐室的输出口与所述出水池连接，所述浓缩室与所述多级强制循环蒸发模组连接。

8.一种利用如权利要求7所述的一种废水处理结合多效立管结晶分盐装置来实现的废水处理结合多效立管结晶分盐工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

a.将废水送至所述预处理池（1），先经过所述反应池（14）使水中的钙、镁离子与碳酸离子反应并在所述沉淀池（15）中形成沉淀，进而降低硬度；

b.然后所述沉淀池（15）的上清液送至所述电催化氧化池（2），在外加电场的作用下使废水发生氧化还原反应去除废水中的有机污染物、硝酸根离子和重金属离子，并通过所述气体回收净化装置回收产生的氢气和氧气；

c.然后处理液送至所述电渗析单元（3）后，通过电渗析原理降低所述脱盐室内盐分浓度，浓缩室中的浓缩液则输送至所述多级强制循环蒸发模组，而脱盐后的淡水则输送至所述出水池；

d.浓缩液先经过所述板式换热器（9）进行吸收热量进行预热，然后进入第一级的的所述加热蒸发模块（6）的加热器（8）中吸收由外部的蒸汽发生器生成的热量，然后通过所述喷洒器（12）均匀的喷洒在第一级的所述分离器（10）中，浓缩液在进入所述分离器（10）时在压力差的作用下部分水份蒸发成蒸汽并通过所述蒸汽出口（13）脱出，而底部浓缩液则在所述循环泵（11）的动力作用下输出至次级的加热蒸发模块（6）中；

e.第一级的所述加热蒸发模块（6）输出的蒸汽进入次级的加热蒸发模块（6）的加热器（8）中，同时蒸汽与由第一级的所述循环泵（11）输送的浓缩液进行热量交换，蒸汽冷凝成水后送至所述板式换热器（9）为原液提供热量，而第一级输出的浓缩液则进入第二的所述分离器（10）中再次蒸发水分，同理第二级和第三级的两个所述加热蒸发模块（6）依次进行第二次和第三次的蒸发；

f.经过三级蒸发后浓缩液的呈固液混合状态，混合液在液体泵的带动下输送至所述结晶器（7），所述结晶器（7）进行固液分离，固体通过外部包装系统打包成产品，而离心的母液则收集或回流到所述多级强制循环蒸发模组中。