一种高浓高盐废水零排放的连续处理方法及装置
技术领域
本发明涉及高盐废水处理技术领域,特别是涉及一种高盐高浓度废水零排放连续、高效处理方法及装置。
背景技术
随着我国化工行业的发展,新开发精细化学品、先进材料种类的不断增多,废水所含化学物质的种类也日益增加。除了需要处理传统高盐废水以外,含有多种有机物的高浓高盐废水亟待开发高效的处理技术。与此同时,环境保护的要求也越来越严格。加大了对各类水污染的治理力度,提出了最严格的源头保护和生态修复制度,要求全面控制污染物排放,着力节约保护水资源,全力保障水生态安全。
对此,学术界和产业界的从业者们开发了多种系统和工艺处理废水,一方面是多种单元操作的组合,将光降解、超临界氧化的方法与高盐废水的处理相结合;另一方面,则是通过加入絮凝剂、活性炭的方法,析出盐分和吸附有机物。例如,中国专利CN105016530A利用活性炭吸附剂吸附高浓高盐废水中的有机质,再将吸附后的活性炭脱水干燥进行再生,而剩下的高盐废水通过纳滤、反渗透、电渗析、冷冻结晶的方法进行处理;中国专利CN107651804A通过非均相催化氧化结合吸附的方法处理高浓高盐废水中的有机物,再辅之以絮凝沉淀、双效蒸发浓缩、离心过滤步骤的步骤处理残余有机物及高盐分;中国专利CN108862698A则采用超临界催化氧化处理高浓高盐废水中的有机物,再通过引入亚临界水将混有氧化步骤的催化剂的盐粒再次溶解,与催化剂分离,盐溶液后续再进行结晶浓缩。总的来说,这些方法更多依赖多种分离类单元操作的简单组合,在设备效率、稳定性、复杂多步中的设备防腐等方面缺少针对性的设计。这些方法及装置,普遍存在投资及运行、维护费用高,工艺流程长,运行维护复杂等一系列问题,还大量引入了催化剂、絮凝剂、吸附剂等物质,又带来了这些物质的再生及固废处理问题。同时,装置的处理能力普遍较低,不能满足全流量高浓高盐废水零排放要求。
高浓高盐废水的雾化与一般喷雾干燥的雾化存在显著差异,前者对雾化过程的传质、传热效率有极高的要求。只有在雾化器产生足够的离心作用、充分旋薄废水形成低厚度液膜,且用于分散液滴的气体分布器剪切强度高,才能获得毫米至亚毫米量级的雾滴,使雾滴在干燥塔内传质传热效率高、停留时间长,实现高浓成分和水的高效蒸发,保证喷雾干燥器的干燥塔塔体及烟道等与烟气介质接触的材料无需进行特殊的防腐处理,并大幅降低装置成本,提高装置寿命。
发明内容
本发明的目的在于解决处理高浓高盐废水遇到的废水成分复杂、废水腐蚀性强、过程力求简便可靠、零排放等问题,通过新型高效旋转喷雾干燥方法结合VOC直接循环燃烧的路线,提供一种针对高浓高盐废水零排放的连续处理方法,方法中涉及的路线如图1所示。
本发明通过新型高效旋转喷雾干燥器将高浓高盐废水分散为极小尺寸的液滴,同时在新型高效旋转喷雾干燥器中并充分利用工厂中大多存在的高温气体将高浓高盐废水快速蒸干,使盐分全部转变为粉体颗粒物,高浓有机物全部通过热气带出,并送入产生热气的锅炉进行燃烧处理,真正实现高浓高盐废水的连续处理和零排放;具体包括如下步骤:
(1)高温气体预处理;工厂气体输送线路中的高温气体先经过脱硝装置处理,再经除尘器除尘后,通过高温气体入口送入新型高效旋转喷雾干燥器;
(2)气液混合及雾化,高浓高盐废水经由缓冲罐通过新型高效旋转喷雾干燥器的废水入口进入新型高效旋转喷雾干燥器,高浓高盐废水在新型高效旋转喷雾干燥器顶部的旋转雾化器中旋转形成雾滴,高温气体经新型高效旋转喷雾干燥器的气体分布器导流后向下压向雾滴并使得雾滴形成伞状雾滴云的形态,实现高温气体与雾滴的充分混合;
(3)雾滴云蒸发与干燥;气液混合后形成雾滴云,雾滴云在新型高效旋转喷雾干燥器的中部干燥塔中水分被全部蒸发,盐分形成粉体颗粒并从干燥塔塔底中心出口排出,完成废水中盐分的处理;
(4)气体循环与燃烧;废水中的有机物转化成VOC随气体从干燥塔塔底侧线出口排出,经除尘器彻底除去粉体颗粒后送入锅炉进行燃烧处理,锅炉出口气体进行步骤(1)中的脱硝、除尘预处理,预处理后的气体按照高浓高盐废水处理所需用量进行部分循环,其余气体进行脱硫处理和排放;
除尘器中的灰尘以及新型高效旋转喷雾干燥器的干燥塔塔底中心出口排出粉体颗粒进入灰库。
进一步地,其特征在于,所述步骤(1)中,若气体不含氮氧化物,脱硝装置可以去掉;若气体不含粉尘和颗粒物,则除尘器可以去掉。
进一步地,其特征在于,所述步骤(1)中高温气体温度200~350℃。
进一步地,其特征在于,所述步骤(2)中气液体积流量比为1000:1~20000:1。
本发明还提出了上述一种针对高浓高盐废水零排放的连续处理装置,通过旋转雾化器的内部流动方式设计及旋转强度控制,充分旋薄废水形成低厚度液膜,结合气体分布器中高温气体的高速剪切,形成毫米至亚毫米量级的雾滴,实现高浓成分和水的高效蒸发。具体而言,其特征在于,以新型高效旋转喷雾干燥器为核心装置,所述的新型高效旋转喷雾干燥器,新型高效旋转喷雾干燥器的主体为干燥塔,干燥塔的上部中线设有电机驱动的旋转轴,旋转轴上固定同轴旋转的旋转雾化器,所述的旋转雾化器上部为圆柱体结构、下部为下端尖的锥形结构,圆柱体结构上端面中心设有凹槽,凹槽底部设有多个均匀分布的向下向外斜的液体流道,液体流道出口位于圆柱体结构底部的侧面,液体流道与水平面的夹角为θ;所述的锥形结构分为两段,上段锥形结构侧面与水平面的夹角小于下段锥形结构侧面与水平面的夹角;下段锥形结构的底部为水平面结构;在圆柱体结构的四周侧面为气体分布器作为高温气体入口,即所述的作为高温气体入口的气体分布器整体为环状结构,在环状结构内均匀分布的多个长方形翅片组成,任意相邻的两个翅片之间均设有空隙可以作为高温气体的进入口,且能够使得高温气体向下向内压向雾滴从而形成雾滴云;圆柱体结构上端面的凹槽设有上端盖,上端盖上设有高浓高盐废水入口;凹槽上端盖上设有气体分布器,气体分布器与高温气体入口连接连通;干燥塔的下部为圆锥形结构,圆锥形结构底部的尖端设有中心出口,圆锥形结构的侧面设有塔底侧线出口。如图2-图4所示。
高浓高盐废水输送线路与新型高效旋转喷雾干燥器顶部入口的旋转雾化器相连接,高温气体输送线路与新型高效旋转喷雾干燥器顶部入口的气体分布器相连接,新型高效旋转喷雾干燥器底部出口与底部出口与除尘器连接,除尘器气体出口与锅炉入口连接使气体燃烧,锅炉出口烟气管路与脱硝装置、除尘器连接后再接入高温气体输送线路、气体排空线路完成气体部分循环。其中,废水在新型高效旋转喷雾干燥器顶部的旋转雾化器中旋转形成雾滴,高温气体经新型高效旋转喷雾干燥器的分布器导流后向下压向雾滴并形成伞状云形态,实现高温气体与雾滴的充分混合,并在新型高效旋转喷雾干燥器的中部干燥塔中完成废水的完全蒸发,废水中的盐分形成粉体颗粒并从新型高效旋转喷雾干燥器塔底中心出口排出,废水中的有机物转化成VOC随气体从塔底侧线出口排出,经除尘器彻底除去粉体颗粒后送入锅炉进行燃烧处理。
进一步地,其特征在于:干燥塔的直径为旋转雾化器、气体分布器进行气液混合后所喷出雾滴云在竖直方向截面直径的1.2~2倍。
进一步地,其特征在于:旋转雾化器的转速为5000~30000转/分钟;雾化器液体流道与水平面夹角θ保持在0°~60°之间,如图3所示;雾化器旋转方向为顺时针、逆时针交替进行,每30天进行一次旋转方向的切换;
内部多个长方形翅片围成环形结构,长方形翅片与所形成的环形结构周向夹角大于0,相邻两个翅片间距为1~100毫米。
优选地,雾化器液体流道与水平面夹角控制在45°±5°,一般可达到最强的离心效率。
进一步地,其特征在于:旋转雾化器的设备材质为聚合物、哈氏合金、不锈钢或以上混合物。
本发明的优点在于:
通过新型高效旋转喷雾干燥方法结合VOC直接循环燃烧的方法,采用高效雾化装置将废水分散为极小尺寸的液滴,并充分利用工厂中大多存在的高温气体将高浓高盐废水快速蒸干,使盐分全部转变为粉体颗粒物,高浓有机物全部通过热气带出,并送入产生热气的锅炉进行燃烧处理,真正实现高浓高盐废水处理的零排放。实现该方法的核心装置是新型高效旋转喷雾干燥器,通过其顶部构件旋转雾化器的内部流动方式设计及旋转强度控制,充分旋薄废水形成低厚度液膜,结合气体分布器中高温气体的高速剪切,形成毫米至亚毫米量级的雾滴,实现高浓成分和水的高效蒸发。这样,一方面保证新型高效旋转喷雾干燥器的干燥塔塔体及烟道等与烟气介质接触的材料无需进行特殊的防腐处理,并大幅降低装置成本,提高装置寿命;另一方面充分利用工厂的烟气、蒸汽等高温气体,既大幅降低了废水处理能耗,又通过气体循环使VOC全部燃烧,真正实现了零排放;此外,本发明装置完全连续运转,不需额外采用防腐蚀储存设备及管线,可以实现高浓高盐废水的连续处理。
附图说明
图1是本发明中高浓高盐废水零排放处理方法的流程图;
图2是新型高效旋转喷雾干燥器的结构示意图;
图3是新型高效旋转喷雾干燥器核心构件旋转雾化器的工作原理图;
图4是新型高效旋转喷雾干燥器中的气体分布器内部翅片结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明,以便于同行业技术人员的理解:
本发明的高浓高盐废水零排放的连续处理方法,关键在于高浓的蒸发、燃烧和高盐的干燥与分离,故所涉及的关键路线一方面是气体的循环与中间的脱硝、除尘处理,另一方面废水形成雾滴的干燥与盐分颗粒收集,方法所涉及全部路线如图1所示。其特征在于该方法包括如下步骤:
(1)高温气体预处理。气体输送线路中的高温气体先经过脱硝装置处理,再经除尘器除尘后,送入新型高效旋转喷雾干燥器。
(2)气液混合及雾化。高浓高盐废水经由缓冲罐通过新型高效旋转喷雾干燥器的废水入口进入旋转喷雾干燥器,高浓高盐废水在新型高效旋转喷雾干燥器顶部的旋转雾化器中旋转形成雾滴,高温气体经新型高效旋转喷雾干燥器的分布器导流后向下压向雾滴并使得雾滴形成伞状雾滴云的形态,实现高温气体与雾滴的充分混合;
(3)雾滴云蒸发与干燥。气液混合后形成雾滴云,雾滴云在新型高效旋转喷雾干燥器的中部干燥塔中将废水全部蒸发,盐分形成粉体颗粒并从干燥塔塔底中心出口排出,完成废水中盐分的处理;
(4)气体循环与燃烧。废水中的有机物转化成VOC随气体从干燥塔塔底侧线出口排出,经除尘器彻底除去粉体颗粒后送入锅炉进行燃烧处理,锅炉出口气体进行步骤(1)中的预处理,预处理后的气体按照废水处理所需用量进行部分循环,其余气体进行脱硫处理和排放;
除尘器中的灰尘以及新型高效旋转喷雾干燥器的干燥塔塔底中心出口排出粉体颗粒进入灰库。
其中,所述步骤(1)中,若气体不含氮氧化物,脱硝装置可以去掉;若气体不含粉尘和颗粒物,则除尘器可以去掉。
其中,所述步骤(1)中高温气体温度200~350℃。
其中,所述步骤(2)中气液流量比为1000:1~20000:1。
本发明高浓高盐废水零排放的连续处理装置包括:
以新型高效旋转喷雾干燥器为核心装置,高浓高盐废水输送线路与新型高效旋转喷雾干燥器顶部入口的旋转雾化器相连接,高温气体输送线路与新型高效旋转喷雾干燥器顶部入口的气体分布器相连接,新型高效旋转喷雾干燥器底部出口与底部出口与除尘器连接,除尘器气体出口与锅炉入口连接使气体燃烧,锅炉出口烟气管路与脱硝装置、除尘器连接后再接入高温气体输送线路、气体排空线路完成气体部分循环。其中,废水在新型高效旋转喷雾干燥器顶部的旋转雾化器中旋转形成雾滴,高温气体经新型高效旋转喷雾干燥器的分布器导流后向下压向雾滴并形成伞状云形态,实现高温气体与雾滴的充分混合,并在新型高效旋转喷雾干燥器的中部干燥塔中完成废水的完全蒸发,废水中的盐分形成粉体颗粒并从新型高效旋转喷雾干燥器塔底中心出口排出,废水中的有机物转化成VOC随气体从塔底侧线出口排出,经除尘器彻底除去粉体颗粒后送入锅炉进行燃烧处理。
其中,所述的新型高效旋转喷雾干燥器由旋转雾化器、气体分布器、干燥塔、塔底中心出口及塔底侧线出口构成,如图2所示。
其中,干燥塔的直径为旋转雾化器、气体分布器进行气液混合后所喷出雾滴云在竖直方向截面直径的1.2~2倍。
其中,旋转雾化器的转速为5000~30000转/分钟;雾化器液体流道与水平面夹角保持在0°~60°之间,如图3所示;雾化器旋转方向为顺时针、逆时针交替进行,每30天进行一次旋转方向的切换;气体分布器内部翅片间距为1~100毫米。
其中,优选地,雾化器液体流道与水平面夹角控制在45°±5°,一般可达到最强的离心效率。
其中,旋转雾化器的设备材质为聚合物、哈氏合金、不锈钢或以上混合物。
实施例1:
本发明实施例1的高浓高盐废水零排放的处理装置,其干燥塔的直径为3m,旋转雾化器的材质为哈氏合金,旋转雾化器的转速为30000转/分钟,雾化器液体流道与水平面夹角为45°,气体分布器内部翅片间距为2毫米。
所处理高浓高盐废水的COD值为5×104mg/L,TDS值为3×105mg/L,Cl-浓度为1.5×105mg/L。
利用上述装置处理高浓高盐废水的步骤为:
(1)高温烟气以4×104m3/h的流量,先经过脱硝装置处理,再经除尘器除尘后,送入新型高效旋转喷雾干燥器;
(2)在新型高效旋转喷雾干燥器内,高浓高盐废水以流量为2吨/小时(约2m3/h)在新型高效旋转喷雾干燥器顶部的旋转雾化器中旋转形成直径为0.5mm雾滴,高温气体经新型高效旋转喷雾干燥器的分布器导流后向下压向雾滴并形成伞状雾滴云的形态,实现高温气体与雾滴的充分混合;
(3)在气液混合后废水形成雾滴云,雾滴云在新型高效旋转喷雾干燥器的中部干燥塔中将废水全部蒸发,盐分形成粉体颗粒并从干燥塔塔底中心出口排出;
(4)干燥塔塔底侧线出口排出的气体经除尘器彻底除去粉体颗粒后送入锅炉进行燃烧处理,进行循环和(1)中的预处理,预处理后的气体分流4×104m3/h送入新型高效旋转喷雾干燥器进行循环,其余气体进行排放,排放气体VOC检测值为0.01mg/m3,粒子计数器检测到的盐分颗粒数量为0,达到了零排放标准。
实施例2:
本发明实施例2的高浓高盐废水零排放的处理装置,其干燥塔的直径为2.5m,旋转雾化器的材质为带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢,旋转雾化器的转速为5000转/分钟,雾化器液体流道与水平面夹角为0°,气体分布器内部翅片间距为100毫米。
所处理高浓高盐废水的COD值为2×104mg/L,TDS值为1×105mg/L,Cl-浓度为5×104mg/L。
利用上述装置处理高浓高盐废水的步骤为:
(1)高温烟气以1000m3/h的流量,先经过脱硝装置处理,再经除尘器除尘后,送入新型高效旋转喷雾干燥器;
(2)在新型高效旋转喷雾干燥器内,高浓高盐废水以流量为1吨/小时(约1m3/h)在新型高效旋转喷雾干燥器顶部的旋转雾化器中旋转形成直径为5mm雾滴,高温气体经新型高效旋转喷雾干燥器的分布器导流后向下压向雾滴并形成伞状雾滴云的形态,实现高温气体与雾滴的充分混合;
(3)在气液混合后废水形成雾滴云,雾滴云在新型高效旋转喷雾干燥器的中部干燥塔中将废水全部蒸发,盐分形成粉体颗粒并从干燥塔塔底中心出口排出;
(4)干燥塔塔底侧线出口排出的气体经除尘器彻底除去粉体颗粒后送入锅炉进行燃烧处理,进行循环和(1)中的预处理,预处理后的气体分流1000m3/h送入新型高效旋转喷雾干燥器进行循环,其余气体进行排放,排放气体VOC检测值为0.02mg/m3,粒子计数器检测到的盐分颗粒数量为0,达到了零排放标准。
实施例3:
本发明实施例3的高浓高盐废水零排放的处理装置,其干燥塔的直径为4m,旋转雾化器的材质为不锈钢,旋转雾化器的转速为10000转/分钟,雾化器液体流道与水平面夹角为60°,气体分布器内部翅片间距为50毫米。
所处理高浓高盐废水的COD值为3×104mg/L,TDS值为1.5×105mg/L,Cl-浓度为1×105mg/L。
利用上述装置处理高浓高盐废水的步骤为:
(1)高温烟气以5000m3/h的流量,先经过脱硝装置处理,再经除尘器除尘后,送入新型高效旋转喷雾干燥器;
(2)在新型高效旋转喷雾干燥器内,高浓高盐废水以流量为0.5吨/小时(约0.5m3/h)在新型高效旋转喷雾干燥器顶部的旋转雾化器中旋转形成直径为2mm雾滴,高温气体经新型高效旋转喷雾干燥器的分布器导流后向下压向雾滴并形成伞状雾滴云的形态,实现高温气体与雾滴的充分混合;
(3)在气液混合后废水形成雾滴云,雾滴云在新型高效旋转喷雾干燥器的中部干燥塔中将废水全部蒸发,盐分形成粉体颗粒并从干燥塔塔底中心出口排出;
(4)干燥塔塔底侧线出口排出的气体经除尘器彻底除去粉体颗粒后送入锅炉进行燃烧处理,进行循环和(1)中的预处理,预处理后的气体分流5000m3/h送入新型高效旋转喷雾干燥器进行循环,其余气体进行排放,排放气体VOC检测值为0.03mg/m3,粒子计数器检测到的盐分颗粒数量为0,达到了零排放标准。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,所属领域的普通技术人员可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。