CN110606613A - 一种高含盐废水波能结晶方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高含盐废水波能结晶方法和装置，该波能结晶方法为：将高含盐废水通过波能加热，升温至40～100℃，然后在结晶器中闪蒸，使无机盐晶体结晶析出，得到晶浆和蒸汽；然后将制得的晶浆进行固液分离，得到无机盐晶体和滤液，滤液送入结晶器中循环闪蒸。采用波能加热结晶，无需传热媒介，热损失少，传热系数高，能耗低，加热效率高；同时蒸发过程温和，可制得粒度均一、粒径大、高纯的无机盐晶体。相应的装置包括波能发生器、结晶器以及离心机，波能发生器设置于结晶器上或结晶器的进水管道上；离心机的出液口与结晶器连接，将固液分离所得滤液送入结晶器中循环蒸发结晶。该装置简单，无传统的换热器，占地面积小，可大大降低投资成本。

Description

一种高含盐废水波能结晶方法和装置

技术领域

本发明涉及一种高含盐废水波能结晶方法和装置，属于废水处理领域。

背景技术

工业废水中，含盐废水量逐年增加，高盐废水是指总含盐质量分数至少1％的废水，如果直接排放，对环境将会造成极大的影响，如何有效回收处理高盐废水中的无机盐成为高含盐废水处理的关键。

目前高含盐废水处理的方法通常为蒸发浓缩或者蒸发结晶，存在结晶过程传热系数低、加热效率低、系统复杂等问题。亟需一种新的处理方法，解决上述问题。

发明内容

发明目的：针对高含盐废水结晶过程中存在的效率低、稳定性差、系统复杂等问题，本发明提供了一种高含盐废水波能结晶方法，还提供了一种基于该方法的专用装置。

技术方案：本发明所述的一种高含盐废水波能结晶方法，包括如下步骤：

(1)高含盐废水通过波能加热，升温至40～100℃，然后在结晶器中闪蒸，使无机盐晶体结晶析出，得到晶浆和蒸汽；

(2)将步骤(1)制得的晶浆进行固液分离，得到无机盐晶体和滤液，该滤液送入结晶器中循环闪蒸。

上述步骤(1)中，波能可采用微波、电磁波、高频电波或其他形式的波。通过波能加热时，波能可以直接作用在结晶器上，也可以作用于结晶器的进水管道上。当波能作用于进水管道上时，可以采用直接或间接的方式作用，直接作用方式如将波能发生器直接安装在进水管道上；间接作用方式如在进水管道上装一个加热器，将波能发生器作用在该加热器上，间接对进水管道内的高含盐废水进行加热。

上述处理方法还可包括对高含盐废水的预热过程，优选的，可对闪蒸后所得蒸汽进行冷凝，得到冷凝水，采用冷凝水对高含盐废水进行预热，预热后再进行波能加热。

较优的，步骤(1)中采用波能加热使高含盐废水升温至40～100℃后，可采用常压蒸发、真空闪蒸的形式进行蒸发结晶；具体而言，先进行常压蒸发浓缩、制得高含盐浓缩液，然后将高含盐浓缩液送入结晶器中闪蒸、控速结晶。其中，闪蒸的压力优选为10～100kpa绝压；常压蒸发的温度可为40～100℃，优选为50～90℃，最好为60～80℃。

本发明所述的高含盐废水波能结晶专用装置基于上述处理方法，包括用于将高含盐废水加热至蒸发温度的波能发生器、用于对加热后的高含盐废水进行蒸发结晶的结晶器、以及用于将结晶后所得晶浆进行固液分离的离心机，波能发生器设置于结晶器上或结晶器的进水管道上；其中，离心机的出液口与结晶器连接，将固液分离所得滤液送入结晶器中循环蒸发结晶。

优选的，该装置还可包括用于对高含盐废水进行预热的预热器，该预热器的高含盐废水出口与结晶器的进水管道连通，使预热后的高含盐废水进入设置有波能发生器的进水管道内或结晶器中，进行波能加热。

进一步的，该装置还可包括用于对结晶器蒸发结晶产生的蒸汽进行冷凝的冷凝器，该冷凝器的冷凝水出口与预热器的热源入口连通，从而可利用冷凝水的余热来预热高含盐废水，降低装置能耗。

其中，结晶器内还可设有用于去除蒸汽夹带的液滴的除雾器，使蒸汽净化后再冷凝。

进一步的，还可包括真空系统，该真空系统与冷凝器的冷凝水出口连通，使结晶器内处于负压状态，降低结晶器内废水的沸点，从而降低系统的能耗。

另外，该装置中还可添加与结晶器相连的细晶消除系统，结晶器上部溢流液进入细晶消除系统，然后再返回至结晶器，通过将细晶返回至结晶器中继续长大，可制得粒度均一、粒径大的无机盐晶体。进一步的，还可再添加结晶盐淘洗系统，使无机盐晶体经过淘洗后提高产品纯度；结晶盐淘洗系统位于结晶器底部，可以与结晶器作为一体。

工作原理：高含盐废水送入预热器，在预热器中经过冷凝水预热，回收冷凝水中热量；经过预热的高含盐废水进入结晶器进水管道或结晶器内，经波能发生器产生的波能加热，形成过热流体后在结晶器中闪蒸，控制结晶器中的流场，防晶体沉积和结垢；波能加热能够很好地控制蒸发速率、控制过饱和度的产生速率，使得高含盐废水在结晶器中实现控速结晶。结晶器排出的晶浆排至离心机，晶浆经离心排出无机盐晶体，滤液送入结晶器中循环；结晶器产生的蒸汽经过除雾器去除夹带的液滴，使蒸汽得到净化，然后经过冷凝器，蒸汽冷凝后得到冷凝水，送入到预热器中。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的高含盐废水波能结晶方法采用波能加热结晶，无需传热媒介，直接加热到液体内部，热损失少，传热系数高，能耗低，而且升温速度快，加热效率高；与现有的加热器蒸发结晶相比，采用波能加热结晶蒸发过程温和，可控制过饱和度的产生速率，使得产生的过饱和度主要以晶体成长的方式达到平衡，制得粒度均一、粒径大、高纯的无机盐晶体；(2)本发明的装置简单，无传统的换热器，占地面积小，可大大降低投资成本。

附图说明

图1为本发明的高含盐废水波能结晶专用装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的一种高含盐废水波能结晶方法，包括如下步骤：

(1)高含盐废水通过波能加热，升温至40～100℃，然后在结晶器中闪蒸，使无机盐晶体结晶析出，得到晶浆和蒸汽；

其中，波能可采用微波、电磁波、高频电波或其他形式的波。波能可以直接作用在结晶器上，也可以作用于结晶器的进水管道上。

可先对高含盐废水进行预热，预热后再进行波能加热。其中，预热的热源来自与闪蒸所得蒸汽冷凝得到的冷凝水。

采用波能加热使高含盐废水升温至40～100℃后，可直接真空闪蒸进行结晶，闪蒸的压力为10～100kpa绝压。也可采用常压蒸发、真空闪蒸的形式进行蒸发结晶：先进行常压蒸发浓缩、制得高含盐浓缩液，然后将高含盐浓缩液送入结晶器中闪蒸、控速结晶；常压蒸发的温度可为40～100℃，优选为50～90℃，最好为60～80℃，闪蒸的压力可为10～100kpa绝压。

(2)将步骤(1)制得的晶浆进行固液分离，得到无机盐晶体和滤液，该滤液送入结晶器中循环闪蒸。

如图1，本发明的基于上述处理方法的高含盐废水波能结晶专用装置包括波能发生器4、结晶器5和离心机9。

其中，波能发生器4(如微波发生器)用于将高含盐废水加热至蒸发温度，一般为40～100℃；其可采用制冷介质循环冷却降温，也可采用风冷形式降温。波能发生器4设置于结晶器5上或结晶器5的进水管道上，升温后的高含盐废水通过结晶器5进行蒸发结晶；为控制结晶器内的废水流场防止结晶器内结垢，结晶器5内的高含盐废水可通过外设的循环泵13进行强制循环。

结晶器5的进料形式可采用轴向进料、径向进料或喷雾进料。

结晶器5出液口可通过晶浆泵8与离心机9连接，离心机9将结晶后所得晶浆进行固液分离，得到无机盐晶体滤液，其中，无机盐晶体自离心机固体出口排出，滤液自离心机出液口排出；离心机9的出液口与结晶器5连通，如可依次通过滤液罐10、滤液泵14与结晶器5连接，将滤液送入结晶器5中循环。

本发明的装置还可包括预热器2，用于对高含盐废水进行预热，该预热器2设有高含盐废水入口、高含盐废水出口、冷凝水入口和冷凝水出口，其中，高含盐废水出口与结晶器5的进水管道连通，废水可通过进水泵1送入高含盐废水入口，预热后经由高含盐废水出口进入设置有波能发生器4的进水管道内或结晶器5中，进行波能加热。

作为热源的冷凝水可来自结晶器5蒸发结晶过程产生的蒸汽。可设置冷凝器15，冷凝器15进气口与结晶器5的蒸汽出口连通，与蒸汽作为热源、并以循环冷却水给水作为冷源，换热后降温的冷凝水自冷凝器15的冷凝水出口流出，可先储存在冷凝水箱12中，然后经冷凝水泵11由预热器的冷凝水入口送入预热器2中，与初始的高含盐废水换热；通过该冷凝器15的冷凝水出口与预热器2的冷凝水入口连通，可利用冷凝水的余热来预热高含盐废水，降低装置能耗。

结晶器5上部、蒸汽出口位置还可设置除雾器3，用于去除蒸汽夹带的液滴的除雾器，使蒸汽净化后再冷凝。结晶器5后可设置真空系统16，该真空系统16可与冷凝器15的冷凝水出口连通，通过控制蒸汽的进出量使结晶器5内处于负压状态，降低结晶器内废水的沸点，从而降低系统的能耗。

另外，该装置中还可添加与结晶器5相连的细晶消除系统6，结晶器上部溢流液进入细晶消除系统6，然后再返回至结晶器5，通过将细晶返回至结晶器中继续长大，可制得粒度均一、粒径大的无机盐晶体。进一步的，还可再添加结晶盐淘洗系统7，使无机盐晶体经过淘洗后提高产品纯度；结晶盐淘洗系统7位于结晶器5底部，可以与结晶器5作为一体。

该装置的工作原理为：

高含盐废水(常温)经进水泵1送入预热器2，在预热器2中经过冷凝水(80℃左右)给废水预热，回收冷凝水中热量；

经过预热的废水进入结晶器5，结晶器5上设置波能发生器4，产生的波能对废水进行加热至40～100℃，废水在结晶器5中形成过热流体后闪蒸，通过循环泵13进行强制循环，控制结晶器5中的流场，防晶体沉积和结垢，并在结晶器5中进行控速结晶；

结晶器5排出的晶浆排至离心机9，晶浆经脱水并排放出无机盐晶体，滤液进入滤液罐10后由滤液泵14送入结晶器5中循环；结晶器5产生的蒸汽经过除雾器3去除夹带的液滴，使蒸汽得到净化，并经过冷凝器15，蒸汽冷凝后进入冷凝水箱12中，经过冷凝水泵11送入到预热器2；真空系统16调节抽气量、使结晶5器处于负压状态，降低废水的沸点，从而降低系统的能耗。

本发明的方法和装置可以处理放入高含盐废水水质条件为：COD_cr为20～30000mg/L，pH为6～10，SS为10～10000mg/L，总硬为50～5000mg/L。采用本发明的方法和装置处理得到的无机盐晶体的纯度可达97.5％以上，最高可达99.1％以上。

实施例

处理对象：高含盐废水，水质COD 3000mg/L，pH为8，SS为5000mg/L，总硬为3000mg/L。

由于高含盐废水硬度和SS高，先将其通过软化澄清池进行预处理，在软化澄清池内用双碱法除硬，并去除悬浮物；预处理后的水质条件为：水质COD 3000mg/L，pH为8，SS为30mg/L，总硬为150mg/L。

装置结构如图1，包括进料泵1、预热器2、除雾器3、微波发生器4、结晶器5、细晶消除装置6、结晶盐淘洗装置7、晶浆泵8、离心机9、滤液罐10、冷凝水泵11、冷凝水箱12、循环泵13、滤液泵14、冷凝器15、真空系统16。其中，波能发生器4采用微波发生器，设置于结晶器5上。

具体处理步骤为：

将预处理后的高含盐废水(常温)经进水泵1送入预热器2，在预热器2中经过冷凝水(80℃)给废水预热，回收冷凝水中热量；

经过预热的废水进入结晶器5，微波发生器产生的微波能对废水进行加热至85℃，废水在结晶器5中形成过热流体后闪蒸，闪蒸压力为50kpa绝压；通过循环泵13进行强制循环，控制结晶器5中的流场，防晶体沉积和结垢，并在结晶器5中进行控速结晶；结晶器5上部溢流液进入细晶消除系统6，然后再返回至结晶器5中循环；

结晶器5排出的晶浆经结晶盐淘洗系统7淘洗后排至离心机9，晶浆经脱水并排放出无机盐晶体，滤液进入滤液罐10后由滤液泵14送入结晶器5中循环；结晶器5产生的蒸汽经过除雾器3去除夹带的液滴，使蒸汽得到净化，并经过冷凝器15，蒸汽冷凝后进入冷凝水箱12中，经过冷凝水泵11送入到预热器2；真空系统16调节抽气量、使结晶5器处于负压状态，降低废水的沸点，从而降低系统的能耗。

最终制得的无机盐晶体纯度为99％；同时，由于取消了传统的加热器，装置总投资降低约30％。

Claims (10)

1.一种高含盐废水波能结晶方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)高含盐废水通过波能加热，升温至40～100℃，然后在结晶器中闪蒸，使无机盐晶体结晶析出，得到晶浆和蒸汽；

(2)将步骤(1)制得的晶浆进行固液分离，得到无机盐晶体和滤液，所述滤液送入结晶器中循环闪蒸。

2.根据权利要求1所述的高含盐废水波能结晶方法，其特征在于，步骤(1)中，所述波能为微波、电磁波或高频电波。

3.根据权利要求1所述的高含盐废水波能结晶方法，其特征在于，步骤(1)中，波能加热时，所述波能作用于结晶器的进水管道上，或者直接作用于结晶器上。

4.根据权利要求1所述的高含盐废水波能结晶方法，其特征在于，步骤(1)中，对闪蒸后所得蒸汽进行冷凝，得到冷凝水；对高含盐废水进行波能加热前，先采用所述冷凝水对高含盐废水进行预热。

5.根据权利要求1所述的高含盐废水波能结晶方法，其特征在于，步骤(1)中，波能加热使高含盐废水升温至40～100℃后，先进行常压蒸发浓缩、制得高含盐浓缩液，然后将高含盐浓缩液送入结晶器中闪蒸，所述闪蒸的压力为10～100kpa绝压。

6.一种权利要求1所述的高含盐废水波能结晶方法的专用装置，其特征在于，包括用于将高含盐废水加热至蒸发温度的波能发生器、用于对加热后的高含盐废水进行蒸发结晶的结晶器、以及用于将结晶后所得晶浆进行固液分离的离心机，所述波能发生器设置于结晶器上或结晶器的进水管道上；所述离心机的出液口与结晶器连接，将固液分离所得滤液送入结晶器中循环蒸发结晶。

7.根据权利要求6所述的高含盐废水波能结晶专用装置，其特征在于，还包括用于对高含盐废水进行预热的预热器，该预热器的高含盐废水出口与结晶器的进水管道连通。

8.根据权利要求7所述的高含盐废水波能结晶专用装置，其特征在于，还包括用于对结晶器蒸发结晶产生的蒸汽进行冷凝的冷凝器，所述冷凝器的冷凝水出口与预热器的热源入口连通。

9.根据权利要求8所述的高含盐废水波能结晶专用装置，其特征在于，所述结晶器内设有用于去除蒸汽夹带的液滴、净化蒸汽的除雾器。

10.根据权利要求8所述的高含盐废水波能结晶专用装置，其特征在于，还包括真空系统，该真空系统与冷凝器的冷凝水出口连通，用于控制结晶器内处于负压状态。