CN112624245A - 一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置 - Google Patents

一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，包括高盐废水循环系统、用于处理高盐废水的结冰系统、用于破碎所述结冰系统产物的破碎系统、用于所述破碎系统送出产物固液分离的分离系统、用于所述结冰系统制冷的制冷系统以及用于所述结冰系统容霜的容霜系统；所述制冷系统包括压缩机、与所述压缩机连通的冷凝器、与所述冷凝器制冷剂出口连通的蒸发器以及设置于所述冷凝器与所述蒸发器之间的膨胀阀；所述结冰系统的载冷剂进口与所述蒸发器的载冷剂出口连通，所述结冰系统的载冷剂出口与所述蒸发器的载冷剂进口连通。本发明结合动态结冰以及破碎分离技术，解决了高盐废水处理的问题，实现了高效连续浓缩高盐废水和快速处理高盐废水。

Description

一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置，特别涉及一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置。
背景技术
高盐废水指的是含有有机物和至少总溶解固体的质量分数≥3.5％的废水。这些高盐、高有机物废水，若未经处理直接外排，势必会对水体生物、生活饮用水和工农业生产用水产生极大的危害。目前，高盐废水的处理方法主要有物理法、化学法和生化法。在实际的工业运用中，物理法和化学法其费用较高，还可能会带来二次污染。在物理化学法处理高盐度废水的研究中主要通过反渗透、离子交换、电分解等方法进行高盐度废水的处理，但是这些处理方法的费用都很高。在利用生物法对高盐度废水进行处理的研究中，无机盐类对微生物的生长过程起着重要作用，如：促进酶反应、维持膜平衡以及调节渗透压等。但是，盐浓度太高又抑制了微生物的生长。为此，如果采取生物处理高含盐废水，就要在处理前首先对其进行稀释，使盐分分子的质量分数小于1％，但这样又会对水资源造成浪费，使工艺复杂、前期投资增加并提高了运行费用。目前，对高盐废水进行生物处理时，普遍倾向于不脱盐、不稀释，直接进行处理。但对高盐废水的处理技术进行综合性分析，又存在如下一些问题：
(1)当高盐水的盐度小于29g/L条件时，可能通过驯化微生物处理含盐污水。但是驯化盐度浓度必须逐渐地提高，分阶段性的将系统驯化到要求盐度水平。
(2)稀释高盐水盐度：高盐水的盐度在一定范围内将抑制微生物的生长，因此要对高盐水盐度进行稀释，使其低于毒域值，保证生物处理过程不受到抑制。此种方法操作简单，易于维护和运行；其缺点就是当增加处理规模时，基建投资和运行费用都将增加，处理过程水资源浪费比较严重，而且产生二次污染。
随着工业化进程的加速发展，水环境污染和能源短缺成为制约当今社会发展的两大主要问题。寻找新的废水处理方法以解决水环境污染问题和开发新的绿色能源以解决能源短缺的问题迫在眉睫。冷冻法与一些传统工艺相比，该法已表现出一定的优越性，主要有：(1)应用范围广，对废水几乎无选择性；(2)在处理极端废水时，能耗远低于焚烧、蒸发浓缩等工艺；(3)低温下操作，对容器腐蚀小，设备成本低；(4)无需外加化学物质，无外源污染；(5)获得洁净水的同时可回收有用物质；冷冻法可以作为一种良好的废水浓缩减量和生产再生水的方法。对于高毒性、高含盐量、难降解等不适宜生化处理的废水，经冷冻浓缩减量后，可以降低后续处理的难度和成本。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置。本发明结合动态结冰以及破碎分离技术，解决了高盐废水处理的问题，实现了高效连续浓缩高盐废水和快速处理高盐废水。
技术方案：本发明所述的一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，包括高盐废水循环系统、用于处理高盐废水的结冰系统、用于破碎所述结冰系统产物的破碎系统、用于所述破碎系统送出产物固液分离的分离系统、用于所述结冰系统制冷的制冷系统以及用于所述结冰系统容霜的容霜系统；所述制冷系统包括压缩机、与所述压缩机连通的冷凝器、与所述冷凝器制冷剂出口连通的蒸发器以及设置于所述冷凝器与所述蒸发器之间的膨胀阀；所述结冰系统的载冷剂进口与所述蒸发器的载冷剂出口连通，所述结冰系统的载冷剂出口与所述蒸发器的载冷剂进口连通。
所述容霜系统包括设置所述压缩机与所述冷凝器之间的换热器，所述换热器的载热剂出口与所述结冰系统的载热剂进口连通，所述换热器的载热剂进口与所述结冰系统的载热剂出口连通。
所述离心系统出口处设置有能量回收系统，所述能量回收系统包括用于所述离心系统送出液体能量回收的第一回收系统以及用于所述分离系统送出固体能量回收的第二回收系统。
所述破碎系统包括设置于所述结冰系统出口处的用于传送结冰产物的输送机构以及设置于输送机构传送端的碎冰机构。
所述高盐废水循环系统包括用于储存所述结冰系统出口流出液的储存罐、与所述储存罐的出口连通的第一循环泵以及与所述第一循环泵的出口连通的用于将高盐水送入所述结冰系统的分布器。
所述结冰系统的载冷剂出口与所述蒸发器的载冷剂进口之间设置有第一阀门以及用于将载冷剂送入蒸发器的第二循环泵。
所述结冰系统的载冷剂进口与所述蒸发器的载冷剂出口之间设置有第二阀门。
所述换热器的载热剂出口与所述结冰系统的载热剂进口之间设置有第三阀门，所述换热器的载热剂进口与所述结冰系统的载热剂出口之间设置有第四阀门以及第三循环泵。
所述分布器通过总管与第一循环泵的出口连通，所述总管的出口连接有若干根并联设置的支管。
本发明利用上述处理装置用于处理高盐废水的方法，包括以下步骤：
(a)高盐废水送入结冰系统，高盐废水在结冰系统内结冰，实现初步盐水分离，送入结冰系统内的未结冰的高盐废水经过高盐废水循环系统重新送入结冰系统，制冷系统通过载冷剂的循环维持结冰系统的冷场；
(b)关闭制冷系统，开启容霜系统，对结冰系统内的结冰进行融霜除冰，自结冰系统送出的产物通过破碎系统进行破碎，破碎后的产物送入分离系统进行再次除盐；
(c)经过分离系统分离的液体作为高盐液体回收，分离系统得到的固体为分离后的净水结冰产物。
有益效果：(1)本发明通过高盐废水循环系统、结冰系统、融霜系统、破碎系统、分离系统解决高盐废水连续浓缩的高效性及处理过程的快速性；(2)本发明通过用于能量回收的回收系统提高高盐废水浓缩过程能效比，实现设备节能运行；(3)本发明通过结冰系统实现动态结冰提高了高盐废水的处理效率；(4)本发明通过设备的整体撬装化，实现占地面积小，现场安装方便快捷；(5)本发明解决高浓缩液快速高效与冰分离问题，通过能量回收系统实现纯净冰水和高浓缩盐液的冷量回收，实现纯净水和高浓缩液常温处理，实现装置的节能运行；(6)本发明确保长周期高盐废水浓缩比＞3，清液得水率＞70％。
附图说明
图1为本发明高盐废水冷冻浓缩分离处理装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，本发明的一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，包括高盐废水循环系统100、用于处理高盐废水的结冰系统200、用于破碎结冰系统200产物的破碎系统300、用于破碎系统300送出产物固液分离的分离系统400、用于结冰系统200制冷的制冷系统500以及用于结冰系统200容霜的容霜系统600；制冷系统500包括压缩机501、与压缩机501连通的冷凝器502、与冷凝器502制冷剂出口连通的蒸发器503以及设置于冷凝器502与蒸发器503之间的膨胀阀504；结冰系统200的载冷剂进口与蒸发器503的载冷剂出口连通，结冰系统200的载冷剂出口与蒸发器503的载冷剂进口连通。
制冷系统500的压缩机501将高温高压的制冷剂送入冷凝器502降温成低温的制冷剂，低温的制冷剂自冷凝器502通过膨胀阀504送入蒸发器503，低温的制冷剂在蒸发器503内与结冰系统200的载冷剂出口送出的载冷剂换热，将结冰系统200送出的载冷剂降温后再通过蒸发器503的载冷剂出口送入结冰系统200，维持结冰系统200的冷场。为了实现载冷剂的循环和回路的控制，结冰系统200的载冷剂出口与蒸发器503的载冷剂进口之间设置有第一阀门505以及用于将载冷剂送入蒸发器503的第二循环泵506，结冰系统200的载冷剂进口与蒸发器503的载冷剂出口之间设置有第二阀门507。
高盐废水循环系统100包括用于储存结冰系统200出口流出液的储存罐101、与储存罐101的出口连通的第一循环泵102以及与第一循环泵102的出口连通的用于将高盐水送入结冰系统200的分布器103，在第一循环泵102与分布器103之间设置有第五阀门104。分布器103进水口作为高盐废水的入口，为了将高盐废水均匀送入结冰系统200，分布器103通过总管1031与第一循环泵102的出口连通，总管1031的出口连接有若干根并联设置的支管1032，并联设置的若干根支管1032均匀分布至换热器每一面，使得高盐废水均匀在结冰系统200的两侧面流动，本实施例中，通过分布器103中管道并联结构的设置，实现了高盐废水在结冰换热器内流速稳定控制及液体分布更加均匀。并通过结冰系统200的温度控制，使得流经结冰系统200侧面的流动高盐废水随着水流的流动实现动态结冰，提高盐分与水的分离效率。
如图1所示的结冰系统200结构，结冰系统200为结冰换热器，结冰系统200内分布竖向设置的若干片结冰换热面201，分布器103由上至下的方向送入高盐废水，在具体应用时，结冰系统200温度控制在-8℃，由上之下方向送入的高盐废水在流动过程中，实现动态结冰，未结冰的高盐废水自结冰系统200的液体流出口送入储存罐101，储存罐101内的高盐废水通过高盐废水循环系统100再次送入结冰系统200，当储存罐101内的高盐废水的含盐量过高时，可以直接排出储存罐101。
当结冰系统200表面的结冰超过一定厚度时，关闭第一阀门505、第二循环泵506以及第二阀门507，从而关闭载冷剂循环回路，开启容霜系统600。容霜系统600包括设置压缩机501与冷凝器502之间的换热器601，换热器601与冷凝器502串联设置，即压缩机501送出的高温制冷剂先经过换热器601后送入冷凝器502。换热器601的载热剂出口与结冰系统200的载热剂进口连通，换热器601的载热剂进口与结冰系统200的载热剂出口连通。换热器601的载热剂出口与结冰系统200的载热剂进口之间设置有第三阀门602，换热器601的载热剂进口与结冰系统200的载热剂出口之间设置有第四阀门603以及第三循环泵604。换热器601通过压缩机501送出的高温制冷剂实现载热剂的增温并储存，从而提供结冰系统200容霜的能量。结冰系统200容霜时，开启第三阀门602、第四阀门603以及第三循环泵604，载热剂通过第三循环泵604送入结冰系统200的载热剂进口，通过高温的载热剂融化结冰系统200表面冰层，融化后的冰层送入破碎系统300。当容霜过程结束后，关闭第三阀门602、第四阀门603以及第三循环泵604，即关闭容霜系统600，重新开启制冷系统500。另外还需要说明的是，本实施例中的载冷剂和载热剂的进口以及出口为同一个，是通过制冷系统500和容霜系统600设置的通路的开启关闭实现循环回路的控制。
本实施例中，破碎系统300包括设置于结冰系统200出口处的用于传送结冰产物的输送机构301以及设置于输送机构301传送端的碎冰机构302，输送机构301为输送链板，冰块通过融霜与结冰系统200的换热面脱离落到下面的输送链板，随后送入碎冰机构302(本实施例中为破碎机)，破碎机破碎后送入离心系统400，本实施例中离心系统400为离心机，离心机将破碎后的冰块进一步固液分离，实现冰冻的冰块与高盐水进一步分离。离心系统400出口处设置有能量回收系统700，能量回收系统700包括用于离心系统400送出液体能量回收的第一回收系统701以及用于分离系统400送出固体能量回收的第二回收系统702，第一回收系统701为分离的纯净冰水能量回收器，第二回收系统702为高浓缩盐液能量回收器，第一回收系统701对冰水(块)的能量进行回收后，该处理后的清液达标排放，第二回收系统702内的高浓缩液另做处理。
实施例2：利用实施例1的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置进行高盐废水处理，处理步骤如下：包括以下步骤：
步骤1：高盐废水送入结冰系统200，高盐废水在结冰系统200内结冰，实现初步盐水分离，送入结冰系统200内的未结冰的高盐废水经过高盐废水循环系统100重新送入结冰系统200，制冷系统500通过载冷剂的循环维持结冰系统200的冷场。
步骤2：关闭制冷系统500，开启容霜系统600，对结冰系统200内的结冰进行融霜除冰，自结冰系统200送出的产物通过破碎系统300进行破碎，破碎后的产物送入分离系统400进行再次除盐。
步骤3：经过分离系统400分离的液体作为高盐液体回收，分离系统400得到的固体为分离后的净水结冰产物。
在具体应用时，采用以下参数进行高盐废水处理：
步骤1：与蒸发器503换热的载冷剂降温后，通过结冰系统200的载冷剂进口送入结冰系统200，随后载冷剂经过结冰系统200的载冷剂出口送入蒸发器503制冷，实现载冷剂循环。
步骤2：高盐废水通过分布器103送入结冰系统200，结冰系统200冷冻温度优选-8℃，高盐废水通过分布器103均匀分布至结冰换热器每一面，高盐废水在结冰系统200换热面形成动态的水膜，流速0.3m/s，高盐废水在流经换热面的过程水分子不断的结冰，未能结冰的高盐废水流过换热面送入储存罐101，再此过程，实现高盐废水被初步浓缩，高盐废水在结冰系统200内结冰，实现初步盐水分离，储存罐101内的高盐废水通过第一循环泵102重新泵入分布器103，送入结冰系统200。
步骤3：当高盐废水中的水分子在结冰系统200(结冰换热器)换热面动态结冰至5cm厚度，通过关闭第一阀门505、第二循环泵506以及第二阀门507，关闭制冷系统500；开启第三阀门602、第四阀门603以及第三循环泵604进而开启容霜系统600，进行融霜处理，载热剂通过第三循环泵604送入结冰系统200的载热剂进口送入结冰系统200进行融霜处理，动冰块通过融霜与换热面脱离落到下面的输送链板，融霜介质热量来自制冷系统压缩机排气热，没有外界热源，提高制冷系统的能效比，降低能耗。
步骤4：自结冰系统200送出的产物通过输送链板送至碎冰机进行破碎，破碎后冰块为1-4cm大小不规则颗粒，破碎后的产物送入分离系统400(离心机)进行再次除盐，根据高盐废水水质变化，控制离心机转速600～1200转/分钟，实现冰块中未来及分离的盐液与冰快速分离。达到高效快速浓缩的目的。
步骤5：经过分离系统400离心后分纯净冰和高浓缩液两部分，两部分分别通过能量回收系统700进行能量回收，通过纯净冰水能量回收器和高浓缩盐液能量回收器进行冷量回收，实现纯净水和高浓缩液常温出处理装置，将冰中冷量全部回收，进而实现装置的节能运行，节能效果明显。
本实施例中装置为整体撬装设备，高盐废水浓缩比＞3，清液得水率＞70％。
应用例1：将该设备用于处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液，水量30m3/d。
首先启动制冷系统，将反渗透浓缩液冷冻至-8℃，反渗透浓缩液在结冰换热器内挂冰至5cm厚度进行融霜处理，采用TDS检测器检测结冰指标，连续检测3天，每3小时取样检测1次，其中结冰换热器冷冻进口反渗透浓缩液TDS浓度为30000mg/L～50000mg/L，结冰换热器内挂冰后进行融霜下来的冰融化后TDS浓度为15000mg/L～25000mg/L，待通过破碎系统、离心系统，高浓缩液被快速高效与冰分离，其中清液TDS浓度＜3000mg/L，浓液废水TDS浓度＞120000mg/L浓缩比＞3，清液得水率＞70％；
应用例2：将该设备用于处理石化行业高盐废水，水量12m3/d。
首先启动制冷系统，将石化行业高盐废水冷冻至-8℃，石化行业高盐废水在动态结冰换热器内挂冰至5cm厚度进行融霜处理，采用TDS检测器检测结冰指标，连续检测3天，每3小时取样检测1次，其中冷冻进口石化行业高盐废水TDS浓度为15000mg/L～20000mg/L，动态结冰换热器内挂冰后进行融霜下来的冰融化后TDS浓度为10000mg/L～12000mg/L，待通过破碎系统、离心系统，高浓缩液被快速高效与冰分离，其中清液TDS浓度＜2000mg/L，浓液废水TDS浓度＞80000mg/L浓缩比＞3，清液得水率＞70％；
应用例3：将该设备用于处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液，水量23m3/d。
首先启动制冷系统，将垃圾渗滤液纳滤浓缩液冷冻至-8℃，垃圾渗滤液纳滤浓缩液在动态结冰换热器内挂冰至5cm厚度进行融霜处理，采用TDS检测器检测结冰指标，连续检测3天，每3小时取样检测1次，其中冷冻进口反渗透浓缩液TDS浓度为20000mg/L～25000mg/L，动态结冰换热器内挂冰后进行融霜下来的冰融化后TDS浓度为10000mg/L～15000mg/L，待通过破碎系统、离心系统，高浓缩液被快速高效与冰分离，其中清液TDS浓度＜2000mg/L，浓液废水TDS浓度＞70000mg/L浓缩比＞3，清液得水率＞70％；
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (9)

1.一种高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，包括高盐废水循环系统(100)、用于处理高盐废水的结冰系统(200)、用于破碎所述结冰系统(200)产物的破碎系统(300)、用于所述破碎系统(300)送出产物固液分离的分离系统(400)、用于所述结冰系统(200)制冷的制冷系统(500)以及用于所述结冰系统(200)容霜的容霜系统(600)；所述制冷系统(500)包括压缩机(501)、与所述压缩机(501)连通的冷凝器(502)、与所述冷凝器(502)制冷剂出口连通的蒸发器(503)以及设置于所述冷凝器(502)与所述蒸发器(503)之间的膨胀阀(504)；所述结冰系统(200)的载冷剂进口与所述蒸发器(503)的载冷剂出口连通，所述结冰系统(200)的载冷剂出口与所述蒸发器(503)的载冷剂进口连通。
2.根据权利要求1所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述容霜系统(600)包括设置所述压缩机(501)与所述冷凝器(502)之间的换热器(601)，所述换热器(601)的载热剂出口与所述结冰系统(200)的载热剂进口连通，所述换热器(601)的载热剂进口与所述结冰系统(200)的载热剂出口连通。
3.根据权利要求1所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述离心系统(400)出口处设置有能量回收系统(700)，所述能量回收系统(700)包括用于所述离心系统(400)送出液体能量回收的第一回收系统(701)以及用于所述分离系统(400)送出固体能量回收的第二回收系统(702)。
4.根据权利要求1所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述破碎系统(300)包括设置于所述结冰系统(200)出口处的用于传送结冰产物的输送机构(301)以及设置于输送机构(301)传送端的碎冰机构(302)。
5.根据权利要求4所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述高盐废水循环系统(100)包括用于储存所述结冰系统(200)出口流出液的储存罐(101)、与所述储存罐(101)的出口连通的第一循环泵(102)以及与所述第一循环泵(102)的出口连通的用于将高盐水送入所述结冰系统(200)的分布器(103)。
6.根据权利要求1所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述结冰系统(200)的载冷剂出口与所述蒸发器(503)的载冷剂进口之间设置有第一阀门(505)以及用于将载冷剂送入蒸发器(503)的第二循环泵(506)。
7.根据权利要求1所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述结冰系统(200)的载冷剂进口与所述蒸发器(503)的载冷剂出口之间设置有第二阀门(507)。
8.根据权利要求2所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述换热器(601)的载热剂出口与所述结冰系统(200)的载热剂进口之间设置有第三阀门(602)，所述换热器(601)的载热剂进口与所述结冰系统(200)的载热剂出口之间设置有第四阀门(603)以及第三循环泵(604)。
9.根据权利要求5所述的高盐废水冷冻浓缩分离处理装置，其特征在于，所述分布器(103)通过总管(1031)与第一循环泵(102)的出口连通，所述总管(1031)的出口连接有若干根并联设置的支管(1032)。
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