CN112093835A - 折流式超重力浓缩设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高盐废水处理设备领域，特别涉及折流式超重力浓缩设备，包括壳体，壳体的顶部设有进液管和出风口，壳体的底部分别设有进风口和出水口，壳体中从上至下设有多层水平动盘，多层水平动盘的中心固定穿设有同一根中心转轴，中心转轴的上端与壳体顶部转动连接，中心转轴的下端穿出壳体的底部连接有动力装置，水平动盘的上方对应设有水平静盘，水平静盘的外环壁与壳体内壁固定连接，水平静盘与水平动盘之间形成气液流通通道。与现有技术相比，本发明提供的折流式超重力浓缩设备，利用干冷空气将含盐废水中的水分带走，使废水中的含盐量达到饱和浓度，避免了传统的加热界面，避免了汽液分离专用设备，处理效率高、处理成本低。
Description
技术领域
本发明涉及高盐废水处理设备领域，特别涉及折流式超重力浓缩设备。
背景技术
高盐废水指总含盐质量分数高于1％的废水。属于世界性难处理废水，原因是盐含量的提高使水的渗透压变高、主流的生化处理中淡水微生物会因强渗透压导致质膜分离，也就是脱水而很难维持其活性。现代工业发展日新月异，随着国家环保要求提高，工厂含盐水的排放也成了一件头疼的事情。纵观水处理行业,目前除盐工艺不胜枚举，但吨水处理成本及设备设施一次性投资的高门槛将多半的中小型企业拒之门外。
如最常见的多效蒸发(MED)设备，其一次性投资价格至少在50万元/t·h，而运行费用则高达130元/t，并且材质是不锈钢并非钛合金的情况下。最新型的机械强制再压缩(MVR)设备更是价格接近100万元/t·h的建设费用，不包含蒸汽管路，储液槽，离心机以及周转罐等公用设施。虽然运行时吨水成本可以降低到50元/t，但存在浓缩液的高昂处置费用、技术性人才匮乏以及维护费用高等缺陷。其他多级闪蒸(MSF)等工艺需要大量余热利用的前提条件限制了许多中小工厂的盐水处理。
不仅如此，许多蒸发除盐设备因其高昂的建设费用及维护费用显得娇贵。对水质要求颇高。比如，氯离子浓度过高的水会腐蚀设备主体。钙镁离子高可能堵塞设备。浓缩液中的硫酸盐粘度变化高，会影响循环泵及管路等等原因，使得许多工厂对于投资蒸发除盐设备时顾前虑后，信心不足。高盐废水就这样形成了让人头疼又不得不面对的恶性循环。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种造价低、运行费用低、维护保养技术要求不高且适用于所有水质的折流式超重力浓缩设备。
本发明采用的技术方案如下：折流式超重力浓缩设备，关键在于：包括壳体，所述壳体的顶部设有进液管和出风口，所述壳体的底部分别设有进风口和出水口，所述壳体中从上至下设有多层水平动盘，多层所述水平动盘的中心固定穿设有同一根中心转轴，所述中心转轴的上端与壳体顶部转动连接，所述中心转轴的下端穿出所述壳体的底部连接有动力装置，所述水平动盘的上方对应设有水平静盘，所述水平静盘的外环壁与所述壳体内壁固定连接，所述水平静盘与所述水平动盘之间形成气液流通通道。
优选的，所述水平动盘包括盘体和设置在所述盘体上表面的多个动环，所述动环上均匀开设有出液孔，多个所述动环同轴心设置，位于最外侧的所述动环设有涡轮，所述进液管的出水端位于最内侧的所述动环与所述中心转轴之间。
优选的，所述水平静盘包括环形板和设置在所述环形板下表面的多个静环，多个所述静环同轴心设置，所述静环设置在相邻的所述动环之间。
优选的，所述出风口中固定安装有支撑架，所述中心转轴的顶部与所述支撑架通过轴承连接，所述进液管依次穿过所述出风口和所述支撑架，进入所述壳体中。
优选的，多个所述动环的高度从内至外依次增大，多个所述静环的高度从内至外依次增大。
优选的，位于所述水平动盘下方的所述水平静盘上表面设有超声波发生器。
优选的，所述壳体内壁安装有紫外灯。
优选的，位于所述水平动盘下方的所述水平静盘为铁碳电解床。
优选的，所述进液管设置加药装置，所述出风口管道连接收渣装置。
优选的，所述静环和所述动环均为PP材质，所述盘体和环形板均为金属材质，其表面涂覆PP塑料。
与现有技术相比，本发明提供的折流式超重力浓缩设备，具有以下有益效果：
(1)本发明属于常温设备，通过离心作用将温度范围在60-10℃之间的含盐废水变成微小液滴，利用干燥的冷空气进行多次直接接触换热，将水分带走，从而使废水中的含盐量达到饱和浓度，并使废水温度降低，盐份结晶析出，极大提高了传质系数及传质通量，大大超过传统蒸发设备的蒸发量，可达到完全处理废水的目的；设备属于低温蒸发，没有换热界面，不会在传热界面上出现结垢和结焦现象，可承受高浓度氯离子，不怕沾壁而且运行维护成本低；与现有的MED，MVR及ED等除盐设备比较，整体造价低，且理论运行费用可降低至18元/吨；设备不需要储液槽，周转桶等公共设施，安全性高，易操作好维护，对操作人员的要求也相对较低；故本发明具有占地面积小、低能耗、低投资、安全性高和系统寿命长的优势，具有广阔市场价值；
(2)用于各浓度的含氨废水处理，气液比可达到10000：1，传质彻底，利用电机的高转速获取较高的初速度喷射水雾，在气水高速逆流传质过程中，NH4OH---NH3↑+H2O反应向右倾斜，达到几毫秒内反应90％的效率；
(3)用于各类有机废水的处理，结合了芬顿氧化、铁碳微电解及臭氧氧化的高级催化氧化技术，针对100000mg/L的含有一些极为顽固的有机污染物质的合成废水经30min处理后，出水COD可降至22000mg/L左右，对比传统的Fe-C电解，芬顿氧化，高HRT的水解酸化等预处理相比效果可提高四个数量级，并且溶剂的贫富液亦可反复的回收，以甲醇为例可获取大于85％浓度的含杂甲醇，可视为处理废水的同时原料的回收或处理价格的降低；
(4)用于切削液废水处理，主要用作药剂与废水的混合传质，处理切削液废水时，将药剂与待处理水同时进入设备，切削液废水乳化层被破除后，CODcr从上千万降至几千甚至几百，反应速率高，破乳后的浮渣比水轻，会从出风口源源不断的被吹出，循环处理效果好；
(5)本发明还可以与热泵或冷冻机组联用，用于处理工业难处理废水，例如：电镀废水、含铬废水、含重金属废水、高盐废水、酸水与碱水、高氯废水和辐射废水，利用热泵的廉价热搬运实现低能耗的处理此类废水，此外许多原料均可回收，比如盐类，金属类以及高沸点的有机酸颜料等；
(6)本发明还可以与光量子氧化，活性炭吸附，生物洗涤塔等传统废气处理设备联用，代替大部分喷淋塔的角色，用于废气的集中处理，例如：脱硫、脱氨、除尘、消除臭味、PM2.5，气液混合时设备会产出高速射流雾状液膜层，可以极高效地截留粉尘颗粒，碱/酸液时可以针对氨气或二氧化硫等酸碱气体迅速吸收，总功率不超过4Kw的情况下处理1000㎡机加工车间的粉尘。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实施例3的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1
如图1所示，折流式超重力浓缩设备，包括壳体，所述壳体1的顶部设有进液管2和出风口，所述出风口中固定安装有支撑架10，所述进液管2依次穿过所述出风口和所述支撑架10，进入所述壳体1中，所述壳体1的底部分别设有进风口4和出水口5，所述壳体1中从上至下设有三层水平动盘6，三层所述水平动盘6的中心固定穿设有同一根中心转轴7，所述中心转轴7的顶部与所述支撑架10通过轴承连接，所述中心转轴7的下端穿出所述壳体1的底部连接有动力装置8，所述水平动盘6的上方对应设有水平静盘9，所述水平静盘9的外环壁与所述壳体1内壁固定连接，所述水平静盘9与所述水平动盘6之间形成气液流通通道；
所述水平动盘6包括盘体61和设置在所述盘体61上表面的多个动环62，多个所述动环62的高度从内至外依次增大，所述动环62上均匀开设有出液孔63，多个所述动环62同轴心设置，位于最外侧的所述动环62设有涡轮64，所述进液管2的出水端位于最内侧的所述动环62与所述中心转轴7之间；所述水平静盘9包括环形板91和设置在所述环形板91下表面的多个静环92，多个所述静环92同轴心设置，多个所述静环92的高度从内至外依次增大，所述静环92设置在相邻的所述动环62之间，所述静环92和所述动环62均为PP材质，所述盘体61和环形板91均为金属材质，其表面涂覆PP塑料。
将含盐废水从进液管2送入设备，进水盐分含量不限，进水温度65℃，流量为100t/h；将干冷空气从进风口4送入设备，进风温度5℃，流量2000m3/min；出水温度可降至35℃，出风温度升至35℃，蒸发速率可达3500Kg/h。不断循环浓缩，盐分会结晶，最终可将原水中所有淡水与结晶盐分离。
工作原理：将含盐废水管道输送至蒸发器中，在强大离心作用下，位于水平动盘6的含盐水会从动环62中向外撒出，形成高速细流，细流打在静环92上形成水雾，并顺着环形板91向下流动至下层的水平动盘6，停留一瞬间，又被水平动盘6的离心力作用而加速，如此循环至最后一层水平动盘6后，浓缩液从出水口5流出，每层水平动盘6上都有涡轮64，干燥的冷空气从进风口4进来，经气液流通通道，穿过多层水雾层，水流层，最后通过出风口排出，全过程中不断的与水雾层，水流层接触传质传热，干燥的风会被润湿，形成当前温度饱和或常温时过饱和的含水空气再排出设备，进入蒸发器的含盐废水因为干燥的冷空气不断的带走的水分，从而含盐量会渐渐提高，达到逐步浓缩的目的，会形成当前温度饱和或常温时过饱和的浓缩液排出设备外进入浓缩槽，在浓缩槽中冷却至室温，过程中产生的结晶盐过滤掉，清液为室温状态的饱和盐水。
实施例2
如图2所示，折流式超重力浓缩设备，包括壳体1，所述壳体1内壁安装有紫外灯12，所述壳体1的顶部设有进液管2和出风口，所述出风口中固定安装有支撑架10，所述进液管2依次穿过所述出风口和所述支撑架10，进入所述壳体1中，所述壳体1的底部分别设有进风口4和出水口5，所述壳体1中从上至下设有十层水平动盘6，十层所述水平动盘6的中心固定穿设有同一根中心转轴7，所述中心转轴7的顶部与所述支撑架10通过轴承连接，所述中心转轴7的下端穿出所述壳体1的底部连接有动力装置8，所述水平动盘6的上方对应设有水平静盘9，所述水平静盘9的外环壁与所述壳体1内壁固定连接，所述水平静盘9与所述水平动盘6之间形成气液流通通道；所述水平动盘6包括盘体61和设置在所述盘体61上表面的多个动环62，多个所述动环62的高度从内至外依次增大，所述动环62上均匀开设有出液孔63，多个所述动环62同轴心设置，位于最外侧的所述动环62设有涡轮64，所述进液管2的出水端位于最内侧的所述动环62与所述中心转轴7之间；所述水平静盘9包括环形板91和设置在所述环形板91下表面的多个静环92，多个所述静环92同轴心设置，多个所述静环92的高度从内至外依次增大，所述静环92设置在相邻的所述动环62之间，所述静环92和所述动环62均为PP材质，所述盘体61为金属材质，其表面涂覆PP塑料，位于所述水平动盘6下方的所述环形板91为铁碳电解床。
将农药废水和双氧水混合后，从进液管2送入蒸发器，流量为30m3/h，将空气从进风口4送入蒸发器，流量为2000m3/min，紫外灯的波长为160-200nm，水力停留时间为100s。处理后出水COD去除率为85％，色度去除率为90％、硫化物去除率接近100％。
实施例3结合超声波处理
如图3所示，折流式超重力浓缩设备，包括壳体，所述壳体1的顶部设有进液管2和出风口，所述出风口中固定安装有支撑架10，所述进液管2依次穿过所述出风口和所述支撑架10，进入所述壳体1中，所述壳体1的底部分别设有进风口4和出水口5，所述壳体1中从上至下设有五层水平动盘6，五层所述水平动盘6的中心固定穿设有同一根中心转轴7，所述中心转轴7的顶部与所述支撑架10通过轴承连接，所述中心转轴7的下端穿出所述壳体1的底部连接有动力装置8，所述水平动盘6的上方对应设有水平静盘9，所述水平静盘9的外环壁与所述壳体1内壁固定连接，所述水平静盘9与所述水平动盘6之间形成气液流通通道；
所述水平动盘6包括盘体61和设置在所述盘体61上表面的多个动环62，多个所述动环62的高度从内至外依次增大，所述动环62上均匀开设有出液孔63，多个所述动环62同轴心设置，位于最外侧的所述动环62设有涡轮64，所述进液管2的出水端位于最内侧的所述动环62与所述中心转轴7之间；所述水平静盘9包括环形板91和设置在所述环形板91下表面的多个静环92，位于所述水平动盘6下方的所述环形板91上表面设有超声波发生器11，多个所述静环92同轴心设置，多个所述静环92的高度从内至外依次增大，所述静环92设置在相邻的所述动环62之间，所述静环92和所述动环62均为PP材质，所述盘体61和环形板91均为金属材质，其表面涂覆PP塑料。
将含氨废水从进液管2送入蒸发器，流量为13m3/h，将空气从进风口4送入蒸发器，流量为2000m3/min，水力停留时间为50s。处理后出水氨氮去除率为80-85％。
实施例4
如图1中所示，折流式超重力浓缩设备，包括壳体，所述壳体1的顶部设有进液管2和出风口，所述进液管2上设置加药装置，所述出风口管道连接收渣装置，所述出风口中固定安装有支撑架10，所述进液管2依次穿过所述出风口和所述支撑架10，进入所述壳体1中，所述壳体1的底部分别设有进风口4和出水口5，所述壳体1中从上至下设有三层水平动盘6，三层所述水平动盘6的中心固定穿设有同一根中心转轴7，所述中心转轴7的顶部与所述支撑架10通过轴承连接，所述中心转轴7的下端穿出所述壳体1的底部连接有动力装置8，所述水平动盘6的上方对应设有水平静盘9，所述水平静盘9的外环壁与所述壳体1内壁固定连接，所述水平静盘9与所述水平动盘6之间形成气液流通通道；
所述水平动盘6包括盘体61和设置在所述盘体61上表面的多个动环62，多个所述动环62的高度从内至外依次增大，所述动环62上均匀开设有出液孔63，多个所述动环62同轴心设置，位于最外侧的所述动环62设有涡轮64，所述进液管2的出水端位于最内侧的所述动环62与所述中心转轴7之间；所述水平静盘9包括环形板91和设置在所述环形板91下表面的多个静环92，多个所述静环92同轴心设置，多个所述静环92的高度从内至外依次增大，所述静环92设置在相邻的所述动环62之间，所述静环92和所述动环62均为PP材质，所述盘体61和环形板91均为金属材质，其表面涂覆PP塑料。
将COD为2×107mg/L的切削液废水与破乳药剂按比例从进液管2送入蒸发器，流量为50m3/h，将空气从进风口4送入蒸发器，流量为3300m3/min，乳化层破除后，因浮渣的重量比较轻，空气接近液泛极限风速时泡沫浮渣源源不断地从出风口被排出，处理后出水COD为500mg/L，色素去除率为99％。
分别将使用本发明与其它常规盐水处理设备进行对比实验研究，以实施例1为例，结果如下表所示：
(1)设备运行及维护费用、设备使用情况比较
(2)传统雾化蒸发设备与本发明设备运行情况的对比
重庆某香料工厂600t/h新型冷却塔(采用传统高压雾化喷头)，于2020年7月1日至2020年9月30日运行数据
成都某化工厂600t/h离心冷却塔(采用本发明实施例1)，于2020年6月25日至2020年9月30日运行数据
| 参数类别 | 具体数值 | 备注说明 |
| 平均气温 | 31℃ | 环境温度，干湿球温度 |
| 进水温度 | 45℃ | 冷却塔待处理热水 |
| 出水温度 | 28℃ | 冷却塔处理后冷水 |
| 循环水量 | 600t/h | |
| 漂移水量 | 0.05t/h | 被吹出设备外，随风损失的水量 |
| 补水量 | 395t/天 | 循环池每天的补水量±5t |
| 蒸发水量 | 16.3t/h | 冷却塔主要降温热量来自蒸发 |
| 水雾直径 | 400μm | Dv.80≤0.4mm |
| 水泵功率 | 15Kw | 流量660m<sup>3</sup>/h，扬程6m |
| 喷射初速率 | 109m/s | 喷口处的射水速率 |
| 传质速度 | 150.9g/m<sup>2</sup>·s | 单位时间单位面积的传质速度 |
| 气液比 | 217∶1 | 空气和水的供应比例 |
| 风机功率 | 7.5Kw | 风量13000m<sup>3</sup>/h，全压300Pa |
| 排风面积 | 2.4m<sup>2</sup> | 排风速率15.6m/s |
| 转子功率 | 11Kw | 驱动离心雾化转子的单位时间能耗 |
| 总功率 | 33.5Kw |
上表中可以看到，本发明相较于使用传统雾化蒸发设备的新型冷却塔，由于气液两相的传质速度和气液比大大提升，蒸发量达到了新型冷却塔的3倍，蒸发效率大大提高，并且本发明的能耗也仅为新型冷却塔的1/3，表明更加节能环保。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.折流式超重力浓缩设备，其特征在于：包括壳体(1)，所述壳体(1)的顶部设有进液管(2)和出风口，所述壳体(1)的底部分别设有进风口(4)和出水口(5)，所述壳体(1)中从上至下设有多层水平动盘(6)，多层所述水平动盘(6)的中心固定穿设有同一根中心转轴(7)，所述中心转轴(7)的上端与壳体(1)顶部转动连接，所述中心转轴(7)的下端穿出所述壳体(1)的底部连接有动力装置(8)，所述水平动盘(6)的上方对应设有水平静盘(9)，所述水平静盘(9)的外环壁与所述壳体(1)内壁固定连接，所述水平静盘(9)与所述水平动盘(6)之间形成气液流通通道。
2.根据权利要求1所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：所述水平动盘(6)包括盘体(61)和设置在所述盘体(61)上表面的多个动环(62)，所述动环(62)上均匀开设有出液孔(63)，多个所述动环(62)同轴心设置，位于最外侧的所述动环(62)设有涡轮(64)，所述进液管(2)的出水端位于最内侧的所述动环(62)与所述中心转轴(7)之间。
3.根据权利要求3所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：所述水平静盘(9)包括环形板(91)和设置在所述环形板(91)下表面的多个静环(92)，多个所述静环(92)同轴心设置，所述静环(92)设置在相邻的所述动环(62)之间。
4.根据权利要求1所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：所述出风口中固定安装有支撑架(10)，所述中心转轴(7)的顶部与所述支撑架(10)通过轴承连接，所述进液管(2)依次穿过所述出风口和所述支撑架(10)，进入所述壳体(1)中。
5.根据权利要求3所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：多个所述动环(62)的高度从内至外依次增大，多个所述静环(92)的高度从内至外依次增大。
6.根据权利要求4所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：位于所述水平动盘(6)下方的所述环形板(91)上表面设有超声波发生器(11)。
7.根据权利要求4所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：所述壳体(1)内壁安装有紫外灯(12)。
8.根据权利要求3所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：位于所述水平动盘(6)下方的所述环形板(91)为铁碳电解床。
9.根据权利要求1所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：所述进液管(2)设置加药装置，所述出风口管道连接收渣装置。
10.根据权利要求3所述的折流式超重力浓缩设备，其特征在于：所述静环(92)和所述动环(62)均为PP材质，所述盘体(61)和环形板(91)均为金属材质，其表面涂覆PP塑料。
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