CN110526480B - 组合蒸发装置及蒸发控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种组合蒸发装置及蒸发控制方法，组合蒸发装置包括：初级蒸发器，初级蒸发器设置有第一进料口、第一排料口和第一排气口；终级蒸发器，终级蒸发器设置有第二进料口、第二排料口和第二排气口，第二进料口连接第一排料口，使经过初级蒸发器初级蒸发后的初级浓缩液能够输送到终级蒸发器；以及渣水分离器，渣水分离器设置有第三进料口、第三排料口和回流口，第三进料口连接终级蒸发器的第二排料口，渣水分离器用于对终级浓缩液进行固液分离，回流口连接终级蒸发器。本发明通过对终级蒸发器中回流输送渣水分离的上清液，使终级蒸发器内的悬浮固体浓度下降，容易实现顺畅排渣，保障终级蒸发器的连续稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护的废水处理技术领域，特别涉及高盐废水的组合蒸发装置及蒸发控制方法。
背景技术
随着我国环境保护法规的日趋严格和排放标准要求的逐渐提高，越来越多的行业或地区要求废水零排放，因此在污水和废水处理过程中产生越来越多的高盐废水，如垃圾渗滤液的膜浓缩液、危险废物处理残余高盐水等。由于通常高盐废水含有较高浓度的有机污染物、重金属以及易结垢的钙、镁离子等物质而难于处理。
蒸发是高盐废水处理的常用技术，基于间接接触传热蒸发机制的机械蒸汽压缩蒸发、多效蒸发等应用较多。由于高盐废水通常含有较高浓度的钙、镁等离子，高盐废水在蒸发浓缩过程中，如果浓度过高的话，易出现严重的结垢问题。
基于直接接触传热原理的浸没燃烧蒸发技术克服了结垢难题，已经应用于高盐废液处理领域，特别是垃圾渗滤液膜浓缩液、危险废物高盐废水的处理。但是在浸没燃烧蒸发器内通常保持极高的物料浓度，由此带来两个严重问题：
(1)浸没燃烧蒸发器运行过程中产渣快、产渣量大，如排渣不及时会导致蒸发器内部积累沉渣，进而导致系统堵塞而无法连续运行，影响蒸发器的生产效率。
(2)由于浸没燃烧蒸发器内物料浓度高，在直接接触传热蒸发的局部高温条件下，易形成挥发性污染物，进而导致严重的尾气异味问题。
发明内容
为解决或缓解上述技术问题中的至少一个问题，本发明旨在提出一种组合蒸发设备及蒸发控制方法。
本发明提出一种组合蒸发装置，所述组合蒸发装置包括：
初级蒸发器，所述初级蒸发器设置有第一进料口、第一排料口和第一排气口，所述第一进料口用于向所述初级蒸发器输送待处理液；
终级蒸发器，所述终级蒸发器设置有第二进料口、第二排料口和第二排气口，所述第二进料口连接所述第一排料口，使经过所述初级蒸发器初级蒸发后的初级浓缩液能够输送到所述终级蒸发器；以及
渣水分离器，所述渣水分离器设置有第三进料口、第三排料口和回流口，所述第三进料口连接所述终级蒸发器的所述第二排料口，使经过所述终级蒸发器终级蒸发形成的终级浓缩液能够输送到所述渣水分离器，所述渣水分离器用于对所述终级浓缩液进行固液分离，所述回流口连接所述终级蒸发器，能够将所述渣水分离器分离出的上清液输送到所述终级蒸发器。
优选地，所述初级蒸发器设置有多台，多台所述初级蒸发器的所述第一排料口均连接所述终级蒸发器。
优选地，所述组合蒸发装置还包括调节罐，所述调节罐设置于所述初级蒸发器1和所述终级蒸发器之间，所述调节罐用于汇总收集来自所述初级蒸发器的所述初级浓缩液。
优选地，所述初级蒸发器采用直接接触传热蒸发或者间接接触传热蒸发的方式进行蒸发，所述终级蒸发器采用直接接触传热蒸发的方式进行蒸发。
优选地，所述渣水分离器设置有降温组件，通过所述降温组件对所述渣水分离器内的液体降温，促进溶解于液体的溶解性固体析出。
本发明还提出一种蒸发控制方法，所述蒸发控制方法使用上述技术方案中任一项所述的组合蒸发装置。
优选地，所述组合蒸发装置的总进料量Q≤nX+Y，每台所述初级蒸发器的进料量为Q/n，所述初级蒸发器的浓缩倍数α≥Q/Y，其中
Q表示所述组合蒸发装置的总进料量；
n表示所述初级蒸发器的数量；
X表示每台所述初级蒸发器的蒸发处理能力；
Y表示每台所述终级蒸发器的蒸发处理能力；
α表示所述待处理液在所述初级蒸发器中蒸发的浓缩倍数。
优选地，单位时间内从所述渣水分离器分离的上清液回流到所述终级蒸发器的液体体积和输入到所述终级蒸发器的液体体积之比为回流比γ，
所述回流比
其中
α表示所述待处理液在所述初级蒸发器中蒸发的浓缩倍数
β表示所述待处理液的溶解性固体在所述终级蒸发器中转化为悬浮固体的转化率；
Cin表示进入所述初级蒸发器的所述待处理液的总固体浓度；
CO表示所述终级蒸发器内溶解性固体的浓度；
CR表示所述渣水分离器分离出的上清液的溶解性固体的浓度。
优选地，所述终级蒸发器内悬浮固体浓度C′O小于或等于200g/L。
优选地，经过初级蒸发形成的初级蒸汽进行余热回收或排放到大气，经过终级蒸发形成的终级蒸汽经过净化处理设备净化处理后排放到大气，
所述净化处理设备包括用于去除雾沫夹带的分离塔、用于去除蒸汽的冷凝组件和用于去除挥发性污染物的吸附组件。
通过上述技术方案可以获得以下有益效果中的至少一个效果：
(1)浓缩过程分为初级浓缩和终级浓缩，初级浓缩中污染物浓度较低，终级浓缩中污染物浓度较高，只有终级浓缩时产生的蒸汽存在异味问题，减小了异味的影响。
(2)通过对终级蒸发器中回流输送渣水分离的上清液，使终级蒸发器内的悬浮固体浓度下降，容易实现顺畅排渣，保障终级蒸发器的连续稳定运行。
(3)通过控制回流比，使输入组合蒸发装置的待处理液中可分离出的固体总量与蒸发装置产生的固体总量持平，可以确保整个蒸发过程稳定，使组合蒸发装置内总固体量保持平衡，避免物料堆积、阻碍正常运行的现象。
(4)初级蒸发可采用间接传热蒸发的形式，初级蒸发形成的初级蒸汽为水蒸气，可以采用机械蒸汽压缩蒸发或多效蒸发的形式回收余热，从而节约能源，而且采用间接接触传热蒸发的形式也为利用其他外部的低温热源提供了可能。
附图说明
图1示出了一种根据本发明的实施方式的组合蒸发装置的原理示意图。
附图标记说明
1初级蒸发器； 11第一进料口； 12第一排料口； 13第一排气口；
2终级蒸发器； 21第二进料口； 22第二排料口； 23第二排气口；
3渣水分离器； 31第三进料口； 32第三排料口； 33回流口。
具体实施方式
为了更加清楚地阐述本发明的上述目的、特征和优点，在该部分结合附图详细说明本发明的具体实施方式。除了在本部分描述的各个实施方式以外，本发明还能够通过其他不同的方式来实施，在不违背本发明精神的情况下，本领域技术人员可以做相应的改进、变形和替换，因此本发明不受该部分公开的具体实施例的限制。本发明的保护范围应以权利要求为准。
如图1所示，本发明提出一种组合蒸发装置，其包括初级蒸发器1、终级蒸发器2和渣水分离器3。
初级蒸发器1设置有第一进料口11、第一排料口12和第一排气口13。第一进料口11用于向初级蒸发器1输送待处理液，例如高盐废水，待处理液可以在初级蒸发器1中初级浓缩形成初级浓缩液。第一排料口12用于将经过初级浓缩形成初级浓缩液排出初级蒸发器1。第一排气口13可以设置于初级蒸发器1的顶部或上部，第一排气口13可以将初级蒸发时挥发的初级蒸汽排出初级蒸发器1。
初级蒸发器1可以设置n台，优选地，n大于或等于1并且小于或等于4，例如可以设置三台初级蒸发器1。
初级蒸发器1可以采用直接接触传热蒸发或间接接触传热蒸发的形式，例如浸没燃烧蒸发、机械蒸汽压缩蒸发、多效蒸发、负压蒸发等，优选采用负压蒸发。
可以理解，初级蒸发器1中液体的污染物浓度较低，初级蒸发形成的初级蒸汽的污染物浓度也较低，可以对多台初级蒸发器1排出的初级蒸汽收集后统一冷凝处理、回收余热或排放到大气。
具体地，初级蒸发器1若采用间接接触传热蒸发的形式，形成的初级蒸汽主要为水蒸气，可以采用机械蒸汽压缩蒸发或多效蒸发的形式回收余热，从而节约能源，而且采用间接接触传热蒸发的形式也为利用其他外部的低温热源提供了可能。
初级蒸发器1若采用直接接触传热蒸发的形式，例如浸没燃烧蒸发，则形成的初级蒸汽包括燃烧未利用的过量空气和燃烧生成的二氧化碳，初级蒸汽可以直接排放到大气或经管道输送进入冷凝塔被冷却为冷凝水。
终级蒸发器2设置有第二进料口21、第二排料口22和第二排气口23。第二进料口21连接第一排料口12，第二进料口21用于向终级蒸发器2输送从第一排料口12排出的初级浓缩液。第二排料口22用于将经过终级浓缩形成的终级浓缩液排出终级蒸发器2。第二排气口23可以设置于终级蒸发器2的顶部或上部，第二排气口23可以将终级蒸发时挥发的终级蒸汽排出终级蒸发器2。
多台(例如三台)初级蒸发器1的第一排料口12均连接终级蒸发器2的第二进料口21，可以使多台初级蒸发器1蒸发形成的初级浓缩液均通入终级蒸发器2中进一步蒸发浓缩，增加低浓度的初级浓缩液的产量。
在初级蒸发器1和终极蒸发器2之间可以设置有调节罐(未示出)，调节罐用于汇总收集来自多台所述初级蒸发器的初级浓缩液，从而容易使初级浓缩液稳定地输送至终极蒸发器2。
可以理解，由于经过了初级浓缩，终级蒸发器2中液体的污染物浓度较高，所以终级蒸发形成的终级蒸汽的污染物浓度较高，需要对终级蒸汽进行净化处理才能排放。第二排气口23可以连接净化处理设备，使终级蒸发器2 中产生的终级蒸汽经过净化处理后排放到大气。净化处理设备可以包括用于去除雾沫夹带的分离塔、用于去除蒸汽的冷凝组件和用于去除挥发性污染物的吸附组件。
终级蒸发器2采用直接接触传热蒸发的形式，例如浸没燃烧蒸发，接触传热蒸发适合于对较高浓度的终级浓缩液进行蒸发处理。
渣水分离器3设置有第三进料口31、第三排料口32和回流口33，渣水分离器3用于将终级蒸发器2排出的终级浓缩液进行固液分离。第三进料口31连接第二排料口22，第三进料口31用于向渣水分离器3输送从第二排料口22排出的终级浓缩液。第三排料口32用于将通过渣水分离器3分离出的固体渣料排出渣水分离器3。回流口33可以连接终级蒸发器2的第二进料口21，回流口 33用于将通过渣水分离器3分离出的上清液输送至终级蒸发器2。
在终级蒸发器2内，初级浓缩液蒸发使大量固体析出并沉淀，终级蒸发器2和第三进料口31之间可以连接用于中转的收集器(未示出)，终级浓缩液可以从收集器经由水泵输送至渣水分离器3进行固液分离。终级浓缩液中分离出的固体渣料经脱水后集中处置，终级浓缩液中分离出的上清液回流到终级蒸发器2进一步蒸发。回流的上清液可以直接输送到终级蒸发器2，或者经过中间料池再输送到终级蒸发器2。
进一步地，渣水分离器3可以设置有降温组件，通过降温组件使所述渣水分离器3内的终级浓缩液降温，促进溶解于液体中的溶解性固体析出。渣水分离器3可以采用沉淀、离心或板框过滤等固液分离方式进行渣水分离。
可以理解，通过控制输入组合蒸发装置的待处理液中可分离出的固体总量与组合蒸发装置产生的固体总量持平，可以确保整个蒸发过程稳定，使组合蒸发装置内总固体量保持平衡，这样就不会在蒸发装置中发生物料堆积的现象。
下面具体介绍使蒸发过程稳定的蒸发控制方法。
初级蒸发器1设置有n台，每台初级蒸发器1的蒸发处理能力为X吨/天，每台终级蒸发器2的蒸发处理能力为Y吨/天，待处理液总进料量Q小于或等于 nX+Y吨/天。
每台初级蒸发器1向终级蒸发器2输送初级浓缩液的输送量小于或等于 Y/n吨/天，待处理液在初级蒸发器1的浓缩倍数α≥Q/Y，浓缩倍数可以通过控制蒸发的温度、时间等进行控制，每台初级蒸发器1的进料量为Q/n吨/天，小于或等于(nX+Y)/n吨/天。通过控制每台初级蒸发器1的进料量使待处理液在每台初级蒸发器1中的总量都保持平衡，既不会使待处理液在初级蒸发器1 中逐渐堆积，也不会使初级蒸发器1中的待处理液逐渐减少。
输送到终级蒸发器2的初级浓缩液中的溶解性固体在终级蒸发器2中可以析出转化为悬浮固体，悬浮固体的转化率β是终级蒸发器2的固有属性参数。
单位时间内从渣水分离器3分离的上清液回流到终级蒸发器2的液体的体积和输入到终级蒸发器2的液体的体积之比称为上清液的回流比γ。可以理解，若回流比γ过小，终级蒸发器2内液体的悬浮固体浓度C′O过高，表示终级蒸发器2中的固体沉渣较多，这样容易导致沉渣在终级蒸发器2中堆积，进而可能导致第二排料口22堵塞，影响终级蒸发器2的工作效率，且由于局部高温可能导致堆积的沉渣发生分解并释放出导致异味的挥发性物质。若回流比γ过大，则过多的液体反复经过在终级蒸发器2中加热和在渣水分离器3中降温的过程，导致能源浪费。因此，控制适当的回流比γ能使组合蒸发装置稳定高效地运行。这里限定：
其中，Cin表示进入初级蒸发器1的待处理液的总固体浓度；
CO表示终级蒸发器2内溶解性固体的浓度；
CR表示渣水分离器3分离出的上清液的溶解性固体的浓度。
在某种确定的待处理液中，待处理液的总固体浓度Cin是可以通过检测分析等方法得到。在组合蒸发装置中，溶解性固体从溶液中析出发生在终级蒸发器2与渣水分离器3，在终级蒸发器2与渣水分离器3中溶解性固体的浓度为溶解性固体在终级蒸发器2和渣水分离器3的环境(温度)下的饱和浓度。因此，终级蒸发器2内溶解性固体的浓度CO和渣水分离器3分离出的上清液的溶解性固体的浓度CR也容易得到。
进一步地，通过控制终级蒸发器2内液体的悬浮固体浓度C′O来限定回流比γ。
其中，Cin表示进入初级蒸发器1的待处理液的总固体浓度；
C′R表示渣水分离器3分离出的上清液的悬浮固体浓度。
终级蒸发器2内液体的悬浮固体浓度C′O可以小于或等于200g/L，这样可以实现终级浓缩液顺畅地排出终级蒸发器2。终级蒸发器2内液体的悬浮固体浓度C′O通过回流比γ控制，回流比γ越大，终级蒸发器2内液体的悬浮固体浓度C′O越低，回流比γ越小，终级蒸发器2内液体的悬浮固体浓度C′O越高。
可以理解，初级蒸汽的污染物浓度很低，不会出现异味，终级蒸发器2 内液体的悬浮固体浓度C′O也被控制在一定浓度之下，终级蒸汽的异味也会有所减少。因此，只有部分蒸汽有异味，使异味得到较好的抑制。
Claims (8)
1.一种蒸发控制方法，其特征在于，所述蒸发控制方法使用如下组合蒸发装置，
所述组合蒸发装置包括：
初级蒸发器(1)，所述初级蒸发器(1)设置有第一进料口(11)、第一排料口(12)和第一排气口(13)，所述第一进料口(11)用于向所述初级蒸发器(1)输送待处理液；
终级蒸发器(2)，所述终级蒸发器(2)设置有第二进料口(21)、第二排料口(22)和第二排气口(23)，所述第二进料口(21)连接所述第一排料口(12)，使经过所述初级蒸发器(1)初级蒸发后的初级浓缩液能够输送到所述终级蒸发器(2)；以及
渣水分离器(3)，所述渣水分离器(3)设置有第三进料口(31)、第三排料口(32)和回流口(33)，所述第三进料口(31)连接所述终级蒸发器(2)的所述第二排料口(22)，使经过所述终级蒸发器(2)终级蒸发形成的终级浓缩液能够输送到所述渣水分离器(3)，所述渣水分离器(3)用于对所述终级浓缩液进行固液分离，所述回流口(33)连接所述终级蒸发器(2)，能够将所述渣水分离器(3)分离出的上清液输送到所述终级蒸发器(2)，
其中，单位时间内从所述渣水分离器(3)分离的上清液回流到所述终级蒸发器(2)的液体体积和输入到所述终级蒸发器(2)的液体体积之比为回流比γ，
所述回流比
其中
α表示所述待处理液在所述初级蒸发器(1)中蒸发的浓缩倍数；
β表示所述待处理液的溶解性固体在所述终级蒸发器(2)中转化为悬浮固体的转化率；
Cin表示进入所述初级蒸发器(1)的所述待处理液的总固体浓度；
CO表示所述终级蒸发器(2)内溶解性固体的浓度；
CR表示所述渣水分离器(3)分离出的上清液的溶解性固体的浓度。
2.根据权利要求1所述的蒸发控制方法，其特征在于，所述组合蒸发装置的总进料量Q≤nX+Y，每台所述初级蒸发器(1)的进料量为Q/n，所述初级蒸发器(1)的浓缩倍数α≥Q/Y，其中
Q表示所述组合蒸发装置的总进料量；
n表示所述初级蒸发器(1)的数量；
X表示每台所述初级蒸发器(1)的蒸发处理能力；
Y表示每台所述终级蒸发器(2)的蒸发处理能力；
α表示所述待处理液在所述初级蒸发器(1)中蒸发的浓缩倍数。
3.根据权利要求1所述的蒸发控制方法，其特征在于，所述终级蒸发器(2)内悬浮固体浓度C′O小于或等于200g/L。
4.根据权利要求1所述的蒸发控制方法，其特征在于，经过初级蒸发形成的初级蒸汽进行余热回收或排放到大气，经过终级蒸发形成的终级蒸汽经过净化处理设备净化处理后排放到大气，所述净化处理设备包括用于去除雾沫夹带的分离塔、用于去除蒸汽的冷凝组件和用于去除挥发性污染物的吸附组件。
5.根据权利要求1所述的蒸发控制方法，其特征在于，所述初级蒸发器(1)设置有多台，多台所述初级蒸发器(1)的所述第一排料口(12)均连接所述终级蒸发器(2)。
6.根据权利要求1所述的蒸发控制方法，其特征在于，所述组合蒸发装置还包括调节罐，所述调节罐设置于所述初级蒸发器(1)和所述终级蒸发器(2)之间，所述调节罐用于汇总收集来自所述初级蒸发器(1)的所述初级浓缩液。
7.根据权利要求1所述的蒸发控制方法，其特征在于，所述初级蒸发器(1)采用直接接触传热蒸发或者间接接触传热蒸发的方式进行蒸发，所述终级蒸发器(2)采用直接接触传热蒸发的方式进行蒸发。
8.根据权利要求1所述的蒸发控制方法，其特征在于，所述渣水分离器(3)设置有降温组件，通过所述降温组件对所述渣水分离器(3)内的液体降温，促进溶解于液体的溶解性固体析出。
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| JPS63258698A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-26 | Kubota Ltd | 工場処理水の循環利用方法 |
| CN106044908A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-10-26 | 清华大学 | 高盐有机废水的蒸发处理工艺 |
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