CN113562910A - 废水无放流处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废水无放流处理装置及方法，其具备：浓缩器，浓缩废水；蒸发结晶器，以使从浓缩器流入的浓缩水蒸发而结晶化的方式进一步进行浓缩；冷却结晶器，使从蒸发结晶器流入的浓缩水冷却而生成结晶；脱水机，分离冷却结晶器中生成的结晶和滤液；以及冷却系统，使流入冷却结晶器的浓缩水冷却，从脱水机分离的滤液在与冷却系统的制冷剂热交换后，回收至蒸发结晶器。根据本发明的废水无放流处理装置及方法，减少整体的能源消耗量，可实现简化系统构成，通过去除冷却塔来减少外部空气温度的影响，从而使弃置于外部的热源最小化，由于工序简化，因此可节约设备投资和运营费用。此外，可以解决现有的浓缩水通过壳侧时发生的生成氧化皮的问题。

Description

废水无放流处理装置及方法
技术领域
本发明涉及废水的无放流处理，更详细而言，涉及进行如下处理的废水无放流处理装置及方法：将溶解于废水中的离子经过蒸发浓缩和冷却结晶化过程而析出为结晶，只将所析出的结晶从浓缩液中分离。
背景技术
为了稳定地处理从核电厂或火力发电厂等污染源排出处排出的废水，适用蒸发结晶法、冷却结晶法等，最近，试图将它们组合来彼此弥补各自具有的缺点。
在如上所述的废水处理方法中，利用温度变化和蒸发浓缩过程中所伴随的物理化学特性，将以高浓度溶解于废水中的离子析出为结晶而进行处理，在此过程中蒸发的水回收再利用。
示出了如上所述的以往的废水无放流处理装置的一个例子的系统构成图图示于图1。
参照附图，预处理11的废水通过浓缩器10而浓缩，浓缩的浓缩水c1通过蒸发结晶器20而蒸发，从而进一步进行浓缩。如上所述，通过蒸发结晶器20而进一步浓缩的浓缩水c2在冷却结晶器30中冷却而生成结晶s，并且与其余滤液共存。
另外，冷却结晶器30中生成的结晶s和其余滤液f通过脱水机40而分离，分离的滤液f回收至蒸发结晶器20。这时，从脱水机40中分离的滤液f经过滤液罐41而供给至冷却器60(Cooler)，从而与流入冷却结晶器30的浓缩水c2进行热交换。
另一方面，为了冷却供给至上述冷却结晶器30的浓缩水c2，使制冷剂r具备冷却系统50，该冷却系统50由依次用于压缩、冷凝、膨胀和蒸发的压缩机51、冷凝器52、膨胀阀53和蒸发器54构成。
但是，在如上所述的以往的废水无放流处理装置1中，为了使冷却系统50的制冷剂r冷凝，需要用于供给冷却水cw的冷却塔55或代替其的空冷式冷却器(未图示；Air cooler)等，因此需要额外的设备投资(CAPEX；Capital Expenditures)，使得运营费用(OPEX；Operating Expense)提高。
另外，为了上述滤液f与浓缩水c2的热交换，需要冷却器60，作为这样的冷却器60，主要使用壳-管式(Shell-Tube Type；参照图4)的热交换器。但是，在上述壳-管式热交换器中，对于高浓度的滤液f和浓缩水c2，壳(Shell)侧具有容易生成氧化皮(Scale)的结构性弱点。因此存在热交换效率急剧下降的问题。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)1.韩国授权专利第10-0465885(2005.01.13.公告)
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供以通过变更系统的构成而可以节约设备投资(CAPEX)和运营费用(OPEX)的方式实现的废水无放流
Figure BDA0003044069950000021
处理装置及方法。
根据本发明的一个方式的废水无放流处理装置具备：浓缩器，其浓缩废水；蒸发结晶器，其以使从上述浓缩器流入的浓缩水蒸发而结晶化的方式进行进一步浓缩；冷却结晶器，其使从上述蒸发结晶器流入的浓缩水冷却而生成结晶；脱水机，其分离上述冷却结晶器中生成的结晶和滤液；以及冷却系统，其使流入上述冷却结晶器的浓缩水冷却，从上述脱水机分离的滤液在与上述冷却系统的制冷剂进行热交换后，回收至上述蒸发结晶器。
根据本发明的另一方式，提供一种废水无放流处理方法，包括以下步骤：浓缩步骤，使废水浓缩而制造浓缩水；蒸发结晶化步骤，以使所流入的浓缩水蒸发而结晶化的方式进一步进行浓缩；冷却结晶化步骤，利用冷却系统使蒸发结晶化的浓缩水冷却而生成结晶；脱水步骤，分离上述冷却结晶化步骤中生成的结晶和滤液；以及回收步骤,将上述脱水步骤中分离的滤液回收至上述蒸发结晶化步骤，上述脱水步骤中分离的滤液在与上述冷却系统的制冷剂进行热交换后，回收至上述蒸发结晶化步骤。
在这里，上述冷却系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，上述压缩机压缩制冷剂，上述冷凝器使上述压缩机中压缩的制冷剂冷凝，上述膨胀阀使上述冷凝器中冷凝的制冷剂膨胀，上述蒸发器使通过上述膨胀阀的制冷剂蒸发而使周围冷却，从上述脱水机分离的滤液供给至上述冷凝器，从而可以使制冷剂冷凝。
上述冷凝器为壳-管式(Shell-Tube Type)热交换器，滤液向管侧流动且制冷剂向壳侧流动的同时可以彼此进行热交换。
上述废水无放流处理装置还可以具备预处理器，该预处理器对流入上述浓缩器之前的废水进行预处理。
在这里，上述预处理器优选对所流入的废水利用物理化学凝聚沉淀来去除悬浮物质(SS)，对难以用蒸发法析出的高溶解度离子通过软化(Softening)工序进行处理。
上述浓缩器中浓缩的浓缩水优选为120000至160000mg/l的浓度。
上述蒸发结晶器中浓缩的浓缩水优选为300000至400000mg/l的浓度。
流入上述蒸发结晶器的浓缩水优选在65至75℃的温度范围减压浓缩至0.2至0.3barg的压力范围。
流入上述冷却结晶器的浓缩水优选冷却至-10至7℃的温度范围。
上述脱水机可以为篮(Basket)式或卧螺(Decanter)式离心机。
根据本发明的废水无放流处理装置及方法，通过利用低温滤液来使冷却系统的制冷剂冷凝，从而减少整体的能源消耗量，可以实现简化系统构成。
另外，通过去除冷却塔来减少外部空气温度的影响，从而最大程度减少弃置于外部的热源，由于工序简化，因此可以节约设备投资(CAPEX)和运营费用(OPEX)。
而且，在使用用于冷凝制冷剂的壳-管式(Shell-Tube Type)热交换器时，使高浓度的滤液向管(Tube)侧流动并使制冷剂向壳(Shell)侧流动，从而可以解决以往的浓缩水通过壳(Shell)侧时发生的生成氧化皮(Scale)的问题。
附图说明
图1是表示以往的废水无放流处理装置的一个例子的系统构成图，
图2是表示根据本发明的实施例的废水无放流处理装置的系统构成图，
图3是利用了图2中表示的废水无放流处理装置的废水无放流处理方法的流程图，
图4是图示了作为图2中示出的冷凝器的实施例的壳-管式(Shell-Tube Type)热交换器的剖面图。
具体实施方式
根据本发明的实施例的废水无放流处理装置用于将溶解于废水中的离子析出为结晶，回收结晶和所分离的滤液，从而进行无放流处理，通过利用低温滤液来使冷却系统的制冷剂冷凝，从而减少整体的能源消耗量，可以实现简化系统构成，通过去除冷却塔来减少外部空气温度的影响，从而最大程度减少弃置于外部的热源，由于工序简化，因此可以节约设备投资(CAPEX)和运营费用(OPEX)，不仅如此，探明了可以解决以往的在浓缩水通过壳(Shell)侧时发生的生成氧化皮(Scale)的问题，从而完成了本发明。
参照下面所附上的附图，对根据本发明的优选实施例详细地进行说明。
图2是表示根据本发明的实施例的废水无放流处理装置的系统构成图。
参照附图，本发明的废水无放流处理装置100具备浓缩器110、蒸发结晶器120、冷却结晶器130、脱水机140和冷却系统150。
但是，在将废水投入浓缩器110来进行浓缩之前，也可以经过预处理工序。为此，上述废水无放流处理装置100还可以具备预处理器111。在这样的预处理工序中，放入药品并利用凝聚和沉淀、过滤等物理化学方法来去除悬浮物质(Suspended Solid；SS)，对如镁(Mg)那样难以用蒸发法析出的高溶解度离子可以通过软化(Softening)工序进行处理。
上述软化工序是指添加氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)等化学物质来去除诸如镁、钠、钙、氯、硫酸根等的高溶解度离子的通常方法。
但是，上述预处理工序可以根据需要而选择性地进行，不应解释为限定本发明的构成。
上述浓缩器110使废水浓缩而浓缩为具有120000至160000mg/l(约12至16wt％)的浓度的浓缩水c1。作为浓缩器110，一般使用使废水蒸发而浓缩的垂直管降膜蒸发器(Vertical Tube Falling Film Evaporation)，但并不限定于此。
上述蒸发结晶器120以使从浓缩器110流入的浓缩水c1蒸发而结晶化的方式进一步进行浓缩。作为这样的蒸发结晶器120，可以使用强制循环蒸发器(Forced CirculationEvaporation)，使所流入的浓缩水c1浓缩为具有300000至400000mg/l(约23至32wt％)的浓度的浓缩水c2。
这时，作为上述强制循环蒸发器的驱动热源，可以使用热力蒸汽再压缩(ThermalVapor Recompressor；TVR)或机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor Recompressor；MVR)，但并不限定于此。
另外，为了后述的冷却结晶器130的效率，上述蒸发结晶器120可以以65至75℃的温度、0.2至0.3barg的压力进行运行。
上述冷却结晶器130使所流入的浓缩水c2冷却而生成结晶s。作为这样的冷却结晶器130，可以使用强制循环结晶器(Forced Circulation Crystallizer)或奥斯陆结晶器(Oslo Crystallizer)，所流入的浓缩水c2冷却至-10至7℃的温度范围，从而可以生长为平均100至200μm大小的结晶。
上述脱水机140使冷却结晶器130中生成的结晶s和其余滤液f分离。作为这样的脱水机140，可以使用篮式离心机(Basket type centrifuge)或卧螺式离心机(Decantertype centrifuge)，但并不限定于此。
另一方面，上述冷却系统150是为了使流入冷却结晶器130的浓缩水c2冷却而具备的。为此，上述冷却系统150包括压缩机151、冷凝器152、膨胀阀153和蒸发器154，上述压缩机151压缩制冷剂r，上述冷凝器152使上述压缩机151中压缩的制冷剂r冷凝，上述膨胀阀153使冷凝器152中冷凝的制冷剂r膨胀，上述蒸发器154使一边通过膨胀阀153一边膨胀的制冷剂蒸发而使周围冷却。
从上述脱水机140中分离的滤液f在经过滤液罐141而与上述冷却系统150的制冷剂r进行热交换后，回收至上述蒸发结晶器120。
进一步来说明，从上述脱水机140分离的低温滤液f供给至上述冷凝器152，在与制冷剂r进行热交换后，回收至蒸发结晶器120。
如上所述，用滤液f使冷凝器152的被供给的制冷剂r冷凝，因此减少整体的能源消耗量，可以实现简化系统构成。此外，去除冷却塔55(参照图1)，从而最大程度减少弃置于外部的热源，由于工序简化，因此可以节约设备投资(CAPEX)和运营费用(OPEX)。
另一方面，如图4所示，上述冷凝器152可以适用壳-管式(Shell-Tube Type)热交换器。这时，配置为低温滤液f向管侧流动且制冷剂r向壳(Shell)侧流动的同时彼此进行热交换。
因此可以解决以往在浓缩水或滤液通过壳(Shell)侧时发生的生成氧化皮(Scale)的问题。
在下文中，对利用了上述废水无放流处理装置100的废水处理方法进行说明。
图3是利用了图2中表示的废水无放流处理装置的废水无放流处理方法的流程图。
如图2和图3所示，首先，使废水浓缩而制造浓缩水c1(S10)。这样的废水的浓缩可以利用蒸发浓缩器110来使废水浓缩为120000至160000mg/l的浓度。
但是，根据需要，可以在上述浓缩步骤S10以前，事先进行所流入的废水的预处理(S11)。在这里，对所流入的废水利用物理化学凝聚沉淀来去除悬浮物质(SS)，对如镁(Mg)那样难以用蒸发法析出的高溶解度离子可以通过软化(Softening)工序进行处理。
接着，以使经过上述浓缩步骤S10的浓缩水c1蒸发而结晶化的方式进一步进行浓缩(S20)。这样的蒸发浓缩可以使用强制循环蒸发器(Forced Circulation Evaporation)，可以使所流入的浓缩水c1浓缩为具有300000至400000mg/l的浓度的浓缩水c2。
然后，利用冷却系统150来使蒸发结晶化的浓缩水c2冷却而生成结晶(S30)。为了这样的冷却结晶化，可以使用强制循环结晶器(Forced Circulation Crystallizer)或奥斯陆结晶器(Oslo Crystallizer)，所流入的浓缩水c2可以冷却至-10至7℃的温度范围。
通过上述冷却结晶器130来完成浓缩水c2的冷却结晶化(S30)时，所生成的结晶s和滤液f(S40)分离。为此，可以利用垂直式离心机之类的脱水机140。
最后，通过上述脱水机140而分离的滤液f回收至上述蒸发结晶化步骤(S20)(S50)。这时，从脱水机140分离的低温滤液f供给至上述冷凝器152，在与制冷剂r热交换后，回收至蒸发结晶器120。
如上所述，在本发明的再热废水处理方法中，通过利用低温滤液f来使供给至冷却系统150的冷凝器152的制冷剂r冷凝，从而减少整体的能源消耗量，可以实现简化系统构成。
另外，通过去除冷却塔55(参照图1)来减少外部空气温度的影响，从而最大程度减少弃置于外部的热源，由于工序简化，因此可以节约设备投资(CAPEX)和运营费用(OPEX)。
本发明将附图所图示的实施例作为参考进行了说明，但这只不过是例示，只要是本领域技术人员就会理解基于其的各种变形和等同的其它实施例是可能的。因此，本发明真正所要求保护的范围应该通过所附上的权利要求书的技术思想来确定。
符号说明
100：废水无放流处理装置 110：浓缩器
111：预处理器 120：蒸发结晶器
130：冷却结晶器 140：脱水机
150：冷却系统 151：压缩机
152：冷凝器 153：膨胀阀
154：蒸发器 c1、c2：浓缩水
f：滤液 r：制冷剂
s：结晶。

Claims (18)

1.一种废水无放流处理装置，其特征在于，具备：
浓缩器，其浓缩废水；
蒸发结晶器，其以使从所述浓缩器流入的浓缩水蒸发而结晶化的方式进一步进行浓缩；
冷却结晶器，其使从所述蒸发结晶器流入的浓缩水冷却而生成结晶；
脱水机，其分离所述冷却结晶器中生成的结晶和滤液；以及
冷却系统，其使流入所述冷却结晶器的浓缩水冷却，
从所述脱水机分离的滤液在与所述冷却系统的制冷剂进行热交换后，回收至所述蒸发结晶器。
2.根据权利要求1所述的废水无放流处理装置，其特征在于，所述冷却系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，
所述压缩机压缩制冷剂，
所述冷凝器使所述压缩机中压缩的制冷剂冷凝，
所述膨胀阀使所述冷凝器中冷凝的制冷剂膨胀，
所述蒸发器使通过所述膨胀阀的制冷剂蒸发而使周围冷却，
从所述脱水机分离的滤液供给至所述冷凝器而使制冷剂冷凝。
3.根据权利要求2所述的废水无放流处理装置，其特征在于，所述冷凝器为壳-管式热交换器，
从所述脱水机分离的滤液向管侧流动且制冷剂向壳侧流动的同时彼此进行热交换。
4.根据权利要求1所述的废水无放流处理装置，其特征在于，还具备预处理器，所述预处理器对流入所述浓缩器之前的废水进行预处理。
5.根据权利要求4所述的废水无放流处理装置，其特征在于，所述预处理器对所流入的废水利用物理化学凝聚沉淀来去除悬浮物质(SS)，对难以用蒸发法析出的高溶解度离子通过软化工序进行处理。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的废水无放流处理装置，其特征在于，所述浓缩器中浓缩的浓缩水为120000至160000mg/l的浓度。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的废水无放流处理装置，其特征在于，所述蒸发结晶器中浓缩的浓缩水为300000至400000mg/l的浓度。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的废水无放流处理装置，其特征在于，流入所述蒸发结晶器的浓缩水在65至75℃的温度范围减压浓缩至0.2至0.3barg的压力范围。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的废水无放流处理装置，其特征在于，流入所述冷却结晶器的浓缩水冷却至-10至7℃的温度范围。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的废水无放流处理装置，其特征在于，所述脱水机为篮式或卧螺式离心机。
11.一种废水无放流处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
浓缩步骤，使废水浓缩而制造浓缩水；
蒸发结晶化步骤，以使所流入的浓缩水蒸发而结晶化的方式进一步进行浓缩；
冷却结晶化步骤，利用冷却系统使蒸发结晶化的浓缩水冷却而生成结晶；
脱水步骤，分离所述冷却结晶化步骤中生成的结晶和滤液；以及
回收步骤，将所述脱水步骤中分离的滤液回收至所述蒸发结晶化步骤，
所述脱水步骤中分离的滤液在与所述冷却系统的制冷剂进行热交换后，回收至所述蒸发结晶化步骤。
12.根据权利要求11所述的废水无放流处理方法，其特征在于，还包括预处理步骤，所述预处理步骤在所述浓缩步骤之前对流入的废水进行预处理。
13.根据权利要求12所述的废水无放流处理方法，其特征在于，在所述预处理步骤中，对所流入的废水利用物理化学凝聚沉淀来去除悬浮物质(SS)，对难以用蒸发法析出的高溶解度离子通过软化工序进行处理。
14.根据权利要求11所述的废水无放流处理方法，其特征在于，所述浓缩步骤中浓缩的浓缩水为120000至160000mg/l的浓度。
15.根据权利要求11所述的废水无放流处理方法，其特征在于，所述蒸发结晶化步骤中浓缩的浓缩水为300000至400000mg/l的浓度。
16.根据权利要求11所述的废水无放流处理方法，其特征在于，所述蒸发结晶化步骤中流入的浓缩水在65至75℃的温度范围减压浓缩至0.2至0.3barg的压力范围。
17.根据权利要求11所述的废水无放流处理方法，其特征在于，所述冷却结晶化步骤中流入的浓缩水冷却至-10至7℃的温度范围。
18.根据权利要求11所述的废水无放流处理方法，其特征在于，所述脱水步骤使用篮式或卧螺式离心机。
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