CN111003738A - 一种蒸发作业方法及蒸发系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蒸发作业方法，包含以下步骤：（i）液体进入蒸发器罐体，加热装置对罐体进行加热，当罐体内的温度为50‑90度时停止加热，罐体内部开始抽真空；（ii）蒸发后一段时间后加入新的液体，加热套继续加热直至罐体内的温度为50‑95度，罐体再次抽真空；（iii）重复2～6次步骤（ii）。采用批次进料、反复蒸发的方式，在后续步骤中分别添加新的液体与已蒸发过一次或数次的浓液一起蒸发，在不同阶段设定不同的温度和负压条件，可以最大程度的节约蒸发所需能耗。蒸发系统使用温度计、压力表对蒸发器罐体内的温度和压力进行实时监控，防止蒸发罐体内部达到金属化合物的结晶条件使金属化合物析出，防止管路堵塞，全程不会析出固体物质。

Description

一种蒸发作业方法及蒸发系统
技术领域
本发明涉及表面处理行业废水处理领域，尤其是一种蒸发作业方法及蒸发系统。
背景技术
表面处理工艺是指利用化学或电化学的方法对金属或非金属表面进行装饰、防护及获取某些新的表面特性的工艺过程，其中镀前处理、镀上金属层和镀后处理等过程中排放的废水组分复杂，主要污染物为各种重金属、酸碱、表面活性剂、添加剂及有机物的污染，其中以有害的重金属为主要污染物，有的以Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+等阳离子形式存在，有的以CrO4 2-、Cr2O7 2-、Cu(CN)4 3-、Cu(P2O7)2 6-等阴离子或络合离子形式存在。重金属不能被分解，只能转变其物理和化学形态。如果处理不当，让重金属离子以土壤或水为介质进入环境，会对环境及人类健康带来极大危害，如某些地区重金属污染土壤而引起农作物的重金属积累；含氰废水排入河、湖中，造成渔业减产甚至大量死亡等。
目前，表面处理行业废水的处理主要是先将各种废水按铬系、氰系、酸碱、油、磷等分类处理，然后再进行综合处理。这种方法流程复杂，操作环节多，劳动强度大，运行费用高，且产生的污泥量大。目前铬系废水最常用的方法是化学还原沉淀法，该方法的基本原理是以废铁屑或硫酸亚铁作还原剂，先将六价铬还原成三价铬，再加絮凝剂将使三价铬生成氢氧化物沉淀，然后进行固液分离，以达到除铬的目的。
如中国专利ZL201710983122.0公开了一种化学沉淀法+膜法处理含铬废水的方法，包括漂洗、化学沉淀、反渗透深度处理、蒸发结晶等步骤，其中化学沉淀步骤中需要将六价铬还原为三价铬，采用化学还原沉淀的方法，在此步骤中已经将铬离子去除，后续的反渗透深度处理、蒸发结晶等步骤仅是针对沉淀后的上清液所做的处理，也即仅是针对上清液中其他可溶性盐分、有机物、胶体及微生物的处理，目的是使上清液达到排放的标准, 化学还原沉淀处理得到的含铬的固体状污泥无法重新利用，只能丢弃或填埋，但可能发生铬离子逆转，使处理前功尽弃，甚至会扩散造成更为严重的污染。在化学处理步骤中，可能由于反应不充分，或者部分三价铬离子会逆转，因而废水中会残留六价铬离子，由于六价铬离子具有较强的腐蚀性，在后续的蒸发步骤时六价铬离子会严重腐蚀蒸发器罐体，导致蒸发器发生损坏无法使用。
现有的如中国专利ZL201110449172.3公开了一种重金属废水处理工艺，废水利用隔油池隔油后依次进入综合调节池、pH调节池、浓缩槽、管式超滤膜系统、pH调节池、RO膜系统最终得到回用水，采用物理过滤加pH调节的方式处理含重金属的废水，处理过程仍需使用大量pH调节剂，而且用DF膜过滤去除的金属、TSS和COD留在DF膜上，当DF膜承载到一定污染量必须要对DF膜进行反洗处理或直接丢弃，反洗时仍会形成重金属废水，直接丢弃则成本相当高，另外，此方法未对无法通过RO系统的剩余废液进行处理，剩余废液仍是污染环境的有害物质，因此，此方法无法彻底进行废水全面处理，处理后仍剩余大量废液待处理。
现有的工业废水蒸发装置多使用外接换热器进行循环加热，蒸发罐内的废水从外接的管路进入换热器加热后再通过管路返回蒸发罐，由于液体在循环加热的管路中有温度流失，所以蒸发到废水所需浓度需要消耗的能量高，另外，由于经过化学沉淀步骤后，废液中含盐量大大增加，如使用二氧化硫还原法，SO42-会大量残留在废水中，到蒸发步骤时，废水稍经换热器加热，盐分立即大量析出，很容易堵塞蒸发器与换热器之间的管路，堵塞管路后只能停机拆除清洗，严重影响处理进程。现有也有使用MVR进行蒸发的蒸发装置，虽然节能但是MVR算法复杂且蒸发装置内部结构复杂。
发明内容
本申请人针对上述现有生产中蒸发器容易堵塞管路、能耗高等缺点，提供一种蒸发作业方法及蒸发系统，蒸发罐整体结构简单，能耗低，保证蒸发器管路不会发生堵塞，批量化生产。
本发明所采用的技术方案如下：
一种蒸发作业方法，包含以下步骤：
（i）液体进入蒸发器罐体，加热装置对罐体进行加热，当罐体内的温度为50-90度时停止加热，罐体内部开始抽真空；
（ii）蒸发后一段时间后加入新的液体，加热套继续加热直至罐体内的温度为50-95度，罐体再次抽真空；
（iii）重复2～6次步骤（ii）。
作为上述技术方案的进一步改进：
步骤i中抽真空的真空度为-0.093～-0.095兆帕，步骤ii中抽真空的真空度为-0.095～-0.097兆帕。
步骤i至步骤iii中抽真空的真空度每1～4个步骤上升0.001兆帕。
步骤i至步骤iii中加热的温度每次上升1～5度。
每个步骤中蒸发的时间为2-7min。
最后1～2次的步骤中不加入新的液体。
步骤i中液体进入蒸发器罐体前，罐体内部不抽真空。
加入新液体的步骤中每次加入的液体量为第i步中加入液体量的10%～35%。
一种上述蒸发作业方法使用的蒸发系统，包括至少一个蒸发器罐体，罐体上开设有真空口、温度计口、第一压力表口、进料口和出料口，在罐体外设置加热装置。
作为上述技术方案的进一步改进：
罐体为卧式，罐体上还设置有第二压力表口、排污口；所述加热装置为套设在罐体外的加热套，加热套上设置有加热介质进口和加热介质出口。
本发明的有益效果如下：
本发明的蒸发作业方法采用批次进料、反复蒸发的方式，在后续步骤中分别添加新的液体与已蒸发过一次或数次的浓液一起蒸发，在不同阶段设定不同的温度和负压条件，温度和压力依次上升，浓液在罐体内不停流动蒸发，可以最大程度的节约蒸发所需能耗。
本发明的蒸发系统使用温度计口的温度计和第一压力表口的压力表对蒸发器罐体内液体的温度和压力进行实时监控，防止蒸发罐体内部达到金属化合物的结晶条件使金属化合物析出，防止管路堵塞，全程不会析出固体物质。
本发明不采用外接换热器对罐体内的液体进行循环加热，而是在卧式的罐体外部设置加热套直接对罐体本身进行加热，间接加热罐体内的液体，温度控制更加精确，减少液体经过的管路和可能在经过管路时发生堵塞的风险，因而本发明的有效避免在蒸发器内部的液体的结晶堵塞，更不存在堵管问题。
本发明的废水处理系统全程不对废水中的如氧化铬、铬酸苷等进行化学处理，这些物质均以稳定的化合物形式溶于水中，稳定性好，不会腐蚀蒸发器；另外，化合物的结晶温度远高于盐物质，因此本身不容易结晶，具有一定的抗结晶性，因此在蒸发过程中不易堵塞管路。
附图说明
图1为废水处理工艺流程图。
图2为本发明的蒸发器罐体。
图3为图2的左视图（显示内部结构）。
图中：1、原水收集池；2、原水中继罐；3、砂过滤系统；4、砂过滤中继罐；5、精密过滤系统；6、精密过滤中继罐；7、超滤系统；8、超滤中继罐；9、一级膜系统；10、第一浓液中继罐；11、第一清液中继罐；12、二级膜系统；13、第二清液中继罐；14、三级膜系统；15、回用水系统；16、蒸发系统；17、烤干粉系统；18、反洗系统；19、空压机；20、过滤机系统；21、滤芯固废处置装置；22、燃气系统；23、冷却系统；24、冷凝系统；25、负压系统；26、回用油出口；27、固废出口；28、废气处理装置；29、真空口；30、温度计口；31、第二压力表口；32、第一压力表口；33、检查口；34、进料口；35、加热介质出口；36、液位计口；37、加热介质进口；38、出料口；39、排污口；40、罐体；41、加热套。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明所述的废水处理系统包括依次连接的原水收集池1、原水中继罐2、砂过滤系统3、砂过滤中继罐4、精密过滤系统5、精密过滤中继罐6、超滤系统7、超滤中继罐8、RO膜系统、第一浓液中继罐10、蒸发系统16和烤干粉系统17，精密过滤系统5上设置有回用油出口26，RO膜系统与回用水系统15连接，烤干粉系统17上设置有固废出口27。本发明在RO膜过滤过滤系统前设置精密过滤系统5，由于油在污水中分散的颗粒很小，甚至小于水颗粒，这部分油不易从污水中浮上来，如不提前去除在后续RO膜过滤系统中，这些油物质容易堵塞RO膜，通过前置精密过滤系统5可去除表面处理行业废水中的油物质，防止油物质堵塞RO膜。
RO膜系统包括依次设置的若干级膜系统，本实施例中共有三级的膜系统，超滤中继罐8与一级膜系统9连接，一级膜系统9的浓液出口与第一浓液中继罐10连接，一级膜系统9的清液出口依次连接有第一清液中继罐11、二级膜系统12，二级膜系统12的浓液出口与超滤中继罐8连接，二级膜系统12的清液出口依次连接有第二清液中继罐13、三级膜系统14，三级膜系统14的清液出口连接回用水系统15，三级膜系统14的浓液出口与第一清液中继罐11连接。
本发明在若干级的RO膜过滤系统内设置多级浓液回流，从二级膜系统12开始过滤产生的浓液不直接进入下一步的蒸发系统16，而是回流到上一级膜系统前方的中继罐中再次进行上一级的过滤，循环过滤使所有浓液均只能从一级膜系统9截留后被排放到下一步的蒸发系统16中，从而确保进入蒸发系统16的浓液的浓度较高，减少蒸发系统16整体蒸发所需能耗。
本发明还设置有反洗系统18，反洗系统18与砂过滤系统3、精密过滤系统5、超滤系统7和RO膜系统的反冲洗入水口连接，砂过滤系统3、精密过滤系统5、超滤系统7和RO膜系统的反冲洗出水口与过滤机系统20连接，过滤机系统20的清水出口与砂过滤中继罐4连接，过滤机系统20的冲洗水出口与滤芯固废处置装置21连接。
砂过滤系统3根据内部的压力控制器所测数值、精密过滤系统5根据压力控制器所测数值及出水量、超滤系统7和RO膜系统则根据出水量和电导率各自独立自动进行反冲洗作业，反冲洗时，空压机19向砂过滤系统3、精密过滤系统5或超滤系统7中输入水，水流反冲洗砂过滤系统3、精密过滤系统5或超滤系统7的滤芯，冲洗水进入过滤机系统20过滤，过滤机系统20过滤得到杂质进入滤芯固废处置装置21进行处理，反洗系统18同时与RO膜系统连接，RO膜系统排出的冲洗水同样进入过滤机系统20进行过滤，过滤机系统20过滤得到的清水进入砂过滤中继罐4，随后进入后续水处理环节。一方面，反洗系统18可以根据每个系统各自的需要自动完成砂过滤系统3、精密过滤系统5、超滤系统7和RO膜系统的滤芯的反冲洗工作，另一方面，过滤机系统20过滤得到的清水再次通入本系统的砂过滤中继罐4中，过滤机系统20过滤得到的清水不单独排出，统一进入本发明的系统内进行处理，减少系统的出水口，简化系统整体结构。
本发明还设置有加温系统21，加温系统21分别与蒸发系统16和烤干粉系统17连接，加温系统21由燃气系统22供热，并同时将热量提供给蒸发系统16和烤干粉系统17。烤干粉系统17与废气处理装置28连接，烤干过程产生的废气经废气处理装置28处理后排出。
本发明还设置有冷却系统23，冷却系统23与RO膜系统的一级膜系统9、二级膜系统12和三级膜系统14连接，冷却系统23对RO膜系统进行降温冷却，冷却系统23、蒸发系统16分别与冷凝系统24连接，冷凝系统24的冷凝水出水口与第一清液中继罐11连接，通过负压系统25将冷却系统23和蒸发系统16中的水分抽至冷凝系统24中，冷凝水流入第一清液中继罐11，并通过二级膜系统12、三级膜系统14排出。利用系统内本身的水过滤系统对冷凝系统24产生的水进行收集过滤，使整个系统内的产生的水都经过集中过滤后从同一出水口排出，可以减少本系统的排水出口，简化纯水收集工作。
蒸发系统16包括若干并联的蒸发器罐体40，如图2、图3所示，卧式的蒸发器罐体40一端封闭，另一端开设液位计口36，靠近封闭端在罐体40上方从左往右依次开设真空口29、温度计口30、第二压力表口31、第一压力表口32、进料口34，温度计口30的温度计和第一压力表口32的压力表监测罐体40内液体的温度和压力，第二压力表口31的压力表监测加热介质的压力。在罐体内下半部分靠近罐体40外套设加热套41，在加热套41的底部和上部分别设置加热介质进口37和加热介质出口35，加热介质可以选择热煤油、蒸汽、水等，采用热煤油加热可以使加热更加均匀，当然也可以选择罐体40外周设置的电加热其他加热方式，也可以选择整个罐体40外全部套设有加热套41。在加热套41上部和罐体40交界处开设检查口33，用于查看罐体40内部的蒸发作业。在罐体40底部设置圆筒状排污管路，排污管路底部开设排污口39，排污管路侧面开设出料口38。
本发明蒸发系统16的蒸发步骤设置4到8个蒸发次数，根据不同的废液类型确定每一个阶段的温度、负压条件，通过以下实施方式实现：
（i）罐体40内部不抽真空，含固量约为5%的浓液进入蒸发器罐体40，加热套41对罐体40进行加热，当罐体40内的温度为50-90度时停止加热，罐体40开始抽真空，真空度为-0.093~-0.095兆帕；
（ii）此时罐内液体内水分在高温低压的情况下快速蒸发，蒸发2-7min后加入新的浓液，加热套41继续加热直至罐体40内的温度为50-95度，对罐体40内部再次抽真空，真空度为-0.095~-0.097兆帕；
（iii）重复2~6次步骤（2），加热套41加热的温度每次递增上升1~5度，抽真空的真空度每1~4个步骤上升0.001兆帕。在最后1~2次的步骤中可不加入新的液体，到达确定浓度后完成蒸发，最后从蒸发系统16出来的浓缩液含固量为30~40%。
加入新液体的步骤中每次加入的液体量为第一步中加入液体量的10%~35%，优选每次均恒定加入1/3的液体。
蒸发作业的实施例一：
1.当处理的废水为含铬废水时，经过RO膜步骤后过滤液中的含固量约为5%，进入第一浓液中继罐10，第一浓液中继罐10的150公斤浓液进入蒸发器罐体40，此时，罐体40内部不抽真空，热油从加热介质进口37进入加热套41，从加热介质出口35离开，热油循环对罐体40进行加热，当温度计口30的温度计监测到罐体40内的温度为60度时停止加热，罐体40开始抽真空，真空度为-0.094兆帕，直至水开始沸腾，2-3min后水份蒸发约65公斤。
2.随后从第一浓液中继罐10加入50公斤浓液，在加液过程中，罐体40内部损失一部分真空度与压力，温度下降，加热套41将液体加热到62度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.095兆帕，5-6min后水份蒸发约50公斤。
3. 随后从第一浓液中继罐10再加入50公斤浓液，加热套41将液体加热到64度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.095兆帕，5-6min后水份蒸发约50公斤。
4. 随后从第一浓液中继罐10再加入50公斤浓液，加热套41将液体加热到66度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.095兆帕，5-6min后水份蒸发约40公斤。
5. 随后从第一浓液中继罐10再加入50公斤浓液，加热套41将液体加热到68度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.095兆帕，5-6min后水份蒸发约35公斤。
6. 随后不再加入浓液，加热套41将液体加热到69度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.096兆帕，6-7min后水份蒸发约30公斤。
7.随后不再加入浓液，加热套41将液体加热到70度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.097兆帕，6-7min后水份蒸发约25公斤，最后从蒸发系统16出来的液体含固量为31.8%。
蒸发作业的实施例二：
1.当处理的废水为含镍废水时，经过RO膜步骤后过滤液中的含固量约为5%，进入第一浓液中继罐10，第一浓液中继罐10的150公斤浓液进入蒸发器罐体40，此时，罐体40内部不抽真空，热油从加热介质进口37进入加热套41，从加热介质出口35离开，热油循环对罐体40进行加热，当温度计口30的温度计监测到罐体40内的温度为55度时停止加热，罐体40开始抽真空，真空度为-0.094兆帕，直至水开始沸腾，6-7min后水份蒸发约70公斤。
2.随后从第一浓液中继罐10加入50公斤浓液，加热套41将液体加热到58度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.095兆帕，5-6min后水份蒸发约50公斤。
3. 随后从第一浓液中继罐10再加入50公斤浓液，加热套41将液体加热到61度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.095兆帕，5-6min后水份蒸发约50公斤。
4. 随后从第一浓液中继罐10再加入50公斤浓液，加热套41将液体加热到63度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.096兆帕，5-6min后水份蒸发约45公斤。
5. 随后从第一浓液中继罐10再加入50公斤浓液，加热套41将液体加热到65度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.096兆帕，5-6min后水份蒸发约45公斤。
6. 随后不再加入浓液，加热套41将液体加热到70度，罐体40再次抽真空，真空度为-0.097兆帕，6-7min后水份蒸发约35公斤，最后从蒸发系统16出来的浓缩液含固量为31.8%。
从蒸发系统16出来的浓缩液在烤干粉系统17喷射烘干，并烤去所有水份，最终形成固体物质。
所述废水处理方法包括以下步骤：
（I）初过滤：废水进入原水收集池1进行预处理，根据不同的废水类型设置不同的处理方法，并对废水中的大颗粒物质、悬浮颗粒、有机物进行初步过滤，废水进入原水中继罐2；
（II）砂过滤：废水进入砂过滤系统3，过滤去除水中的有机物，进一步降低水中的COD值（化学需氧量），同时进一步去除砂砾，滤液进入砂过滤中继罐4；
（III）精密过滤：滤液进入精密过滤系统5，过滤去除水中的油物质以及0.5~5um以上的微小颗粒，过滤得到的油从回用油出口26排出，滤液进入精密过滤中继罐6；
（IV）超滤：滤液进入超滤系统7，过滤去除0.01um以上的微小颗粒，此步骤基本可以去除水中的所有细菌等微生物，滤液进入超滤中继罐8；
（V） RO膜浓缩：滤液进入若干级RO膜系统，无法通过一级膜系统9的滤渣即为含重金属的浓液，浓液直接进入第一浓液中继罐10中，清液则进入第一清液中继罐11中，随后清液进入二级膜系统12进行二次膜过滤，二次膜过滤得到的浓液回流到超滤中继罐8中再次进行一级膜系统9过滤，二次膜过滤得到的清液进入第二清液中继罐13中，随后清液进入三级膜系统14进行三次膜过滤，三次膜过滤得到的浓液回流到第一清液中继罐11中再次进行二级膜过滤，二次膜过滤得到的清液也即最终得到的干净回收水直接进入回用水系统15，回收水的电导率为200s/m以下。
（VI）蒸发：第一浓液中继罐10中的含重金属的浓液进入蒸发系统16，采用上述蒸发方法蒸发；
（VII）烤干粉：经过蒸发后的浓缩液进入烤干粉系统17，250度~320度喷射烘干得到高纯度的含铬盐、镍盐或其他金属盐的化合物，并从固废出口27排出，烤干过程产生的废气从废气处理装置28排出。
本发明采用物理处理方式，不进行化学处理，烤干粉系统17最终得到的固废是纯度很高的含铬盐、镍盐或其他金属盐的化合物，这些物质是可以直接重复再利用，而无需进行填埋或丢弃处理，因此不会产生额外的环境污染，具有显著的经济价值；省去化学处理步骤亦可以节约大量化学试剂的使用，避免化学试剂的二次污染，生产成本显著降低。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种蒸发作业方法，其特征在于：包含以下步骤：
（i）液体进入蒸发器罐体（40），加热装置对罐体（40）进行加热，当罐体（40）内的温度为50-90度时停止加热，罐体（40）内部开始抽真空；
（ii）蒸发后一段时间后加入新的液体，加热套（41）继续加热直至罐体（40）内的温度为50-95度，罐体（40）再次抽真空；
（iii）重复2~6次步骤（ii）。
2.按照权利要求1所述的蒸发作业的方法，其特征在于：步骤i中抽真空的真空度为-0.093~-0.095兆帕，步骤ii中抽真空的真空度为-0.095~-0.097兆帕。
3.按照权利要求1所述的蒸发作业的方法，其特征在于：步骤i至步骤iii中抽真空的真空度每1~4个步骤上升0.001兆帕。
4.按照权利要求1所述的蒸发作业的方法，其特征在于：步骤i至步骤iii中加热的温度每次上升1~5度。
5.按照权利要求1所述的蒸发作业的方法，其特征在于：每个步骤中蒸发的时间为2~7min。
6.按照权利要求1所述的蒸发作业的方法，其特征在于：最后1~2次的步骤中不加入新的液体。
7.按照权利要求1所述的蒸发作业的方法，其特征在于：步骤i中液体进入蒸发器罐体（40）前，罐体（40）内部不抽真空。
8.按照权利要求1所述的蒸发作业的方法，其特征在于：加入新液体的步骤中每次加入的液体量为第i步中加入液体量的10%~35%。
9.一种如权利要求1所述蒸发作业方法使用的蒸发系统，其特征在于：包括至少一个蒸发器罐体（40），罐体（40）上开设有真空口（29）、温度计口（30）、第一压力表口（32）、进料口（34）和出料口（38），在罐体（40）外设置加热装置。
10.按照权利要求9所述的蒸发系统，其特征在于：罐体（40）为卧式，罐体（40）上还设置有第二压力表口（31）、排污口（39）；所述加热装置为套设在罐体（40）外的加热套（41），加热套（41）上设置有加热介质进口（37）和加热介质出口（35）。
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