CN112209551A - 含盐废水浓缩系统及盐水浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高盐废水处理设备领域，特别涉及含盐废水浓缩系统及盐水浓缩方法，包括至少一个超重力浓缩装置、热泵机组和沉淀池；超重力浓缩装置包括壳体，壳体的顶部设有进液管和第一出风口，壳体的底部分别设有进风口和出水口，第一出风口和进风口分别与热泵机组的蒸发室连通，进液管和沉淀池分别与热泵机组的冷凝室管道连通，出水口与沉淀池管道连通。与现有技术相比，本发明结合热水冷风的传质形式和离心雾化的方式，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，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，并且通过热泵机组同时完成空气制冷和盐水的加热，处理效率高、成本低。

Description

含盐废水浓缩系统及盐水浓缩方法

技术领域

本发明涉及高盐废水处理设备领域，特别涉及含盐废水浓缩系统及盐水浓缩方法。

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含盐废水浓缩系统及盐水浓缩方法。

本发明采用的技术方案如下：含盐废水浓缩系统，关键在于：包括至少一个超重力浓缩装置、热泵机组和沉淀池；所述超重力浓缩装置包括壳体，所述壳体的顶部设有进液管和第一出风口，所述壳体的底部分别设有进风口和出水口，所述第一出风口和所述进风口分别与所述热泵机组的蒸发室连通，所述进液管和所述沉淀池分别与所述热泵机组的冷凝室管道连通，所述出水口与所述沉淀池管道连通，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，多个所述动环的高度从内至外依次增大，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,所述动环为PP材质，所述盘体为金属材质，其表面涂覆PP塑料。

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，多个所述静环的高度从内至外依次增大，所述静环设置在相邻的所述动环之间，所述静环为PP材质，所述环形板为金属材质，其表面涂覆PP塑料。

优选的，所述第一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第一出风口和所述支撑架，进入所述壳体中。

优选的，还包括工作室一和工作室二，所述超重力浓缩装置和所述蒸发室位于所述工作室一中，所述蒸发室位于所述超重力浓缩装置上方，所述蒸发室中设有蒸发器，所述蒸发室上开设有第二进风口、第二出风口和冷凝水出口，所述沉淀池、所述热泵机组的压缩机和冷凝室均位于所述工作室二中。

优选的，所述冷凝室中设有冷凝器，所述冷凝室上开设有进水口和出水口，所述第一进液管与所述出水口管道连接，所述进水口与所述沉淀池管道连通。

优选的，所述沉淀池包括并排设置的一级沉淀池和二级沉淀池，所述一级沉淀池中安装有滗水器，所述滗水器的出水端位于所述二级沉淀池中，所述一级沉淀池与所述浓缩液出口管道连接，所述二级沉淀池与所述冷凝室通过隔膜泵管道连通。

一种高盐废水的浓缩方法，关键在于包括以下步骤：

步骤一、废水进入热泵机组的冷凝室中，通过冷凝器将其加热至50℃以上；

步骤二、被加热的盐水经管道从超重力浓缩装置的顶部进入，同时干冷空气从从超重力浓缩装置的底部进入，在强大离心作用下，位于最上层水平动盘的盐水会从动环中向外撒出，形成高速细流，细流打在静环上形成水雾，并顺着环形板向下流动至下层的水平动盘，停留一瞬间，又被水平动盘的离心力作用而加速，如此循环至最后一层水平动盘后，浓缩液从浓缩液出口流出，每层水平动盘上都有涡轮，干冷空气从第一进风口进入，经气液流通通道，穿过多层水雾层，水流层，最后通过第一出风口排出，全过程中不断的与水雾层，水流层接触传质传热，干燥的空气会变成湿热空气排出设备，进入超重力浓缩装置的含盐废水会变成浓缩液排出设备；

步骤三、湿热空气进入热泵机组的蒸发室中，通过蒸发器将其冷却，冷凝水从冷凝水出口排出，而干冷空气继续进入超重力浓缩装置中与加热的盐水进行混合传质；

步骤四、浓缩液浓缩液经管道进入一级沉淀池，盐份结晶析出，清液经隔膜泵再次进入热泵机组的冷凝室加热后送入超重力浓缩装置中；

步骤五、以上步骤一至步骤四，反复循环，源源不断地从含盐水中提取淡水，并使其结晶。

与现有技术相比，本发明提供的含盐废水浓缩系统，具有以下有益效果：

(1)本发明的超重力浓缩装置属于常温设备，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；本发明采用的是低温蒸发，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；

(2)本发明采用热水冷风的传质形式，相对于传统的冷水热风传质形式，在同样的循环水量和通风量下，本发明的蒸发量是传统冷却塔的1.3倍，因而，对蒸发而言，热水冷风传质更适合；

(3)本发明中热泵机组的蒸发端提供的冷源，对超重力浓缩装置排出的湿热空气进行冷却卸水后送入超重力浓缩装置中，干燥的冷空气继续与加热后的含盐水进行第二次的混合传质，热泵机组的冷凝端提供的热源将含盐废水加热后送入超重力浓缩装置中进行蒸发处理，如此往复循环可以源源不断地从含盐水中提取淡水，并使其结晶。

(4)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；

(5)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HGT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。

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，含盐废水浓缩系统，包括四个超重力浓缩装置a、热泵机组b和沉淀池c、工作室一d和工作室二e；所述超重力浓缩装置a和所述蒸发室b1位于所述工作室一d中，所述蒸发室b1位于所述超重力浓缩装置a上方，所述蒸发室b1中设有蒸发器b2，所述蒸发室b1上开设有第二进风口b3、第二出风口b4和冷凝水出口b5；所述沉淀池c、所述热泵机组b的蒸发室和所述热泵机组b的压缩机均位于所述工作室二e中，所述冷凝室中设有冷凝器，所述沉淀池c包括并排设置的一级沉淀池c1和二级沉淀池c2，所述一级沉淀池c1中安装有滗水器f，所述滗水器f的出水端位于所述二级沉淀池c2中；所述超重力浓缩装置a包括壳体1，所述壳体1的顶部设有第一进液管2和第一出风口，所述壳体1的底部分别设有第一进风口4和浓缩液出口5，所述第一出风口、所述第一进风口4分别与第二进风口b3、第二出风口b4连通，所述浓缩液出口5与所述一级沉淀池c管道连通，所述二级沉淀池c2通过隔膜泵g与所述冷凝室的进水口管道连通，所述第一进液管2与所述冷凝室的出水口管道连通。

工作原理：含盐废水进入热泵机组的冷凝室中，通过冷凝器将其加热至50℃以上，被加热的盐水经管道进入超重力浓缩装置中，与进入超重力浓缩装置中的干冷空气进行逆流热交换，盐水中的水分被带走，从而使盐水中的含盐量达到饱和浓度，浓缩液经管道进入一级沉淀池，盐份结晶析出，清液经隔膜泵再次进入热泵机组的冷凝室加热后送入超重力浓缩装置中，而湿热空气进入热泵机组的蒸发室中，通过蒸发器将其冷却，冷凝水从冷凝水出口排出，而干冷空气继续进入超重力浓缩装置中与加热的盐水进行混合传质，如此往复循环可以源源不断地从含盐水中提取淡水，并使其结晶。

实施例2

如图1所示，超重力浓缩装置，包括壳体，所述壳体1的顶部设有第一进液管2和第一出风口，所述第一出风口中固定安装有支撑架10，所述第一进液管2依次穿过所述第一出风口和所述支撑架10，进入所述壳体1中，所述壳体1的底部分别设有第一进风口4和浓缩液出口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，所述第一进液管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。

工作原理：将含盐废水管道输送至超重力浓缩装置中，在强大离心作用下，位于最上层水平动盘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，浓缩液从浓缩液出口5流出，每层水平动盘6上都有涡轮64，干燥的空气从第一进风口4进来，经气液流通通道，穿过多层水雾层，水流层，最后通过第一出风口排出，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，进入超重力浓缩装置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。

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，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2)，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。

(3)传统蒸发结晶设备与本发明设备运行情况的对比

上表中可以看到，本发明相较于传统蒸发结晶设备，由于水滴比表面积和气液两相的传质速度均大大提升，使得蒸发过程中气液传质通量极大提高，并且由于空气的含水率和温度有极大的关系，温度越高单位体积的空气能溶解的水量就越多，本发明的热泵/冷冻机组的蒸发器吸热时会将空气里的水蒸气迅速冷凝为液态水，空气就会被干燥，冷凝器散热时给水加热，干燥的冷空气与热水接触，空气温度提升，可瞬间溶解大量水分，从而蒸发量远高于自然蒸发的蒸发量，蒸发效率大大提高，并且本发明的运行能耗和维护成本也是明显低于其他传统蒸发结晶设备。

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.含盐废水浓缩系统，其特征在于：包括至少一个超重力浓缩装置(a)、热泵机组(b)和沉淀池(c)；所述超重力浓缩装置(a)包括壳体(1)，所述壳体(1)的顶部设有第一进液管(2)和第一出风口，所述壳体(1)的底部分别设有第一进风口(4)和浓缩液出口(5)，所述第一出风口和所述第一进风口(4)分别与所述热泵机组(b)的蒸发室(b1)连通，所述第一进液管(2)、所述沉淀池(c)分别与所述热泵机组(b)的冷凝室管道连通，所述浓缩液出口(5)与所述沉淀池(c)管道连通，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所述的含盐废水浓缩系统，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)，所述第一进液管(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2所述的含盐废水浓缩系统，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所述的含盐废水浓缩系统，其特征在于：所述第一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，所述第一进液管(2)依次穿过所述第一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所述的含盐废水浓缩系统，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3或5所述的含盐废水浓缩系统，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。

7.根据权利要求3所述的含盐废水浓缩系统，其特征在于：还包括工作室一(d)和工作室二(e)，所述超重力浓缩装置(a)和所述蒸发室(b1)位于所述工作室一(d)中，所述蒸发室(b1)位于所述超重力浓缩装置(a)上方，所述蒸发室(b1)中设有蒸发器(b2)，所述蒸发室(b1)上开设有第二进风口(b3)、第二出风口(b4)和冷凝水出口(b5)，所述沉淀池(c)、所述热泵机组(b)的压缩机和冷凝室均位于所述工作室二(e)中。

8.根据权利要求3所述的含盐废水浓缩系统，其特征在于：所述冷凝室中设有冷凝器，所述冷凝室上开设有进水口(b6)和出水口(b7)，所述第一进液管(2)与所述出水口(b7)管道连接，所述进水口(b6)与所述沉淀池(c)管道连通。

9.根据权利要求8所述的含盐废水浓缩系统，其特征在于：所述沉淀池(c)包括并排设置的一级沉淀池(c1)和二级沉淀池(c2)，所述一级沉淀池(c1)中安装有滗水器(f)，所述滗水器(f)的出水端位于所述二级沉淀池(c2)中，所述一级沉淀池(c)与所述浓缩液出口(5)管道连接，所述二级沉淀池(c2)通过隔膜泵(g)与所述进水口(b6)管道连通。

10.一种高盐废水的浓缩方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、废水进入热泵机组的冷凝室中，通过冷凝器将其加热至65℃以上；

步骤二、被加热的盐水经管道从超重力浓缩装置的顶部进入，同时干冷空气从从超重力浓缩装置的底部进入，在强大离心作用下，位于最上层水平动盘的盐水会从动环中向外撒出，形成高速细流，细流打在静环上形成水雾，并顺着环形板向下流动至下层的水平动盘，停留一瞬间，又被水平动盘的离心力作用而加速，如此循环至最后一层水平动盘后，浓缩液从浓缩液出口流出，每层水平动盘上都有涡轮，干冷空气从第一进风口进入，经气液流通通道，穿过多层水雾层，水流层，最后通过第一出风口排出，全过程中不断的与水雾层，水流层接触传质传热，干燥的空气会变成湿热空气排出设备，进入超重力浓缩装置的含盐废水会变成浓缩液排出设备；

步骤三、湿热空气进入热泵机组的蒸发室中，通过蒸发器将其冷却，冷凝水从冷凝水出口排出，而干冷空气继续进入超重力浓缩装置中与加热的盐水进行混合传质；

步骤四、浓缩液浓缩液经管道进入一级沉淀池，盐份结晶析出，清液经隔膜泵再次进入热泵机组的冷凝室加热后送入超重力浓缩装置中；

步骤五、以上步骤一至步骤四，反复循环，源源不断地从含盐水中提取淡水，并使其结晶。

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