CN113683145B - 一种变电站废水降膜蒸发零排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站废水降膜蒸发零排放系统，属于污水处理技术领域，包括蓄水池和降膜蒸发装置，所述蓄水池和降膜蒸发装置通过污水管连接，所述降膜蒸发装置内部设置若干降膜管，所述降膜管外侧设置亲水性聚合物材料，所述降膜蒸发装置顶部设置蒸汽排出管，所述降膜管上部设置滴液器，所述滴液器用于将所述污水管输送进所述降膜蒸发器的污水输送至所述降膜管外侧；所述降膜蒸发装置下部与污水回流管一端连通，污水回流管另一端与蓄水池连通。采用竖管降膜蒸发，在降膜蒸发管外设置亲水材料，亲水材料有助于破坏液膜表面张力，液膜自身热容量小，便于快速蒸发，缩短了降膜蒸发装置启动时间，增加了装置生活污水蒸发效率。

Description

一种变电站废水降膜蒸发零排放系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种变电站废水降膜蒸发零排放系统。

背景技术

在中国，约70％的变电站地处市政条件不发达的地区，基础设施条件较差。很多变电站的原有生活污水处理方式粗放，同时伴随着环境法规及排放标准的日益提高，变电站原有生活污水处理及排放方式受到极大挑战。此外，随着智能化变电站建设工作的深入，新建变电站运行人员锐减，变电站生活污水量减少，这对原有的生活污水处理工艺带来了极大影响。变电站生活污水排放量很小，变电站生活污水主要来源于站内运行人员和值守人员生活排放，偶有巡视检修人员产生的生活污水，量很少。变电站生活污水主要为站内工作人员生活污水。目前，新建110kV及220kV变电站一般为无人值守站，但是许多老站内工作人员依然较多。生活污水主要来源于工作人员洗涤污水、冲厕废水和淋浴废水等，主要污染物为COD、BOD、SS；主要特点有排放量较小且污水量间歇排放波动大，每天不同时段的水质水量变化较大，且较集中。

变电站生活污水可生化性好，污染程度较低。变电站生活污水主要由人粪尿、洗涤废水、洗漱废水、厨房废水等组成。生活污水主要污染物包括SS、COD、BOD5、TP、TN等，pH接近中性，基本不含重金属及其他难降解有机物。BOD5/COD＞0.5，生化性好。与此同时，变电站生活污水水质波动较大。在不同时段，变电站生活污水来源不同，主要污染因子也不同。目前变电站主流污水处理工艺为地埋式污水处理系统，地埋式生活污水处理系统采用生物接触氧化原理，典型工艺流程，主要特点是采用A/O工艺、并有出水回流和污泥回流，能实现同步脱氮除磷，出水经消毒后排放。剩余污泥采用厌氧消化实现减量化和稳定化，消化污泥清掏周期为1～2年，采用吸泥车外运。

随着环保要求的提高，地埋式污水处理装置使用越来越普及。但是，随着运行人数减少，生活污水排放量太小，不连续，一般污水先进入地埋式污水处理装置中的调节池，水量满足处理要求后再进行处理。目前，因变电站污水排放量小，微生物无法正常生长，导致生物接触氧化处理难以实现，地埋式污水处理装置无法投入正常使用，仅能达到化粪池的功能。针对变电站水质情况，如何实现变电站污水零排放成了目前研究重点。

发明内容

本发明提供了一种变电站废水降膜蒸发零排放系统，实现变电站污水零排放。

为达到上述目的，本发明一种变电站废水降膜蒸发零排放系统，包括蓄水池和降膜蒸发装置，所述蓄水池和降膜蒸发装置通过污水管连接，所述降膜蒸发装置内部设置若干降膜管，所述降膜管外侧设置亲水性聚合物材料，所述降膜蒸发装置顶部设置蒸汽排出管，所述降膜管上部设置滴液器，所述滴液器用于将所述污水管输送进所述降膜蒸发装置的污水输送至所述降膜管外侧；所述降膜蒸发装置下部与污水回流管一端连通，污水回流管另一端与蓄水池连通。进一步的，亲水性聚合物材料为棉布、化纤布中的一种或组合。

进一步的，亲水性聚合物材料厚度为1-20mm。

进一步的，亲水性聚合物材料经过改性，所述改性过程为：先用异丙醇初步浸泡所述亲水性聚合物材料30-90min，然后放入改性溶液中改性，在超声的环境下浸泡1-1.5小时，然后取出，静置10小时后干燥，将干燥后的亲水性聚合物材料饱和吸水后放在暗室，用紫外灯照射8小时-12小时。

进一步的，改性溶液为十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、乙二胺、丙烯酸、戊二醛溶液中的一种或多种。

进一步的，亲水性聚合物材料上负载光催化剂，所述降膜蒸发装置内部设置紫外灯。

进一步的，滴液器上部设置氨吸附层，所述氨吸附层为多孔吸附材料。

进一步的，蒸汽排出管上设置风机。

进一步的，降膜蒸发装置与太阳能热水器连通。

进一步的，还包括过滤装置，所述过滤装置包括过滤层和设置在过滤层下方且与过滤层连通的积水区，所述过滤装置包括石英砂过滤层、锰砂过滤层、活性炭过滤层中的一种或多种。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

(1)采用竖管降膜蒸发，在降膜蒸发管外设置亲水材料，亲水材料有助于破坏液膜表面张力，液膜自身热容量小，便于快速蒸发，缩短了降膜蒸发装置启动时间，增加了装置生活污水蒸发效率；

(2)亲水材料在液膜蒸发过程中，会将污水中污染物截留在亲水材料上，在起到提高蒸发速率的同时，对污染物进行了截留；在紫外催化的作用下，提高了污水处理效果，防止回流水污染物浓度高；

(3)在降膜蒸发器内还设置了紫外灯，并结合亲水材料聚合物中负载的光催化剂，使得废水中的污染物降解，同时降低了臭气的排放浓度；

(4)对亲水材料进行了改性，在改性作用下，进一步提高了水分在降膜蒸发装置中的蒸发效率；

(5)由于变电站废水的水质、水量变化波动大，在降膜蒸发装置中设置了紫外灯，在二氧化钛的催化作用下，将VOCs氧化降解，防止有机物随着蒸汽外排造成大气污染；

(6)设置氨吸附层，并在氨吸附层上部设置微电解填料，生活污水在蒸发过程中，高温作用下尿素会分解为氨，氨经过氨吸附层过程中沸石、活性炭会将其截留，部分未分解的有机物与水蒸气在微电解填料过程中，微电解作用会产生镁离子落入氨吸附层，并与氨吸附层中的磷、氨发生反应，形成鸟粪石，降低排出气体中氨等臭气的排放。

(7)本发明所述的系统，还包括过滤装置，变电站污水经过滤装置过滤后再流入蓄水池，过滤装置可过滤掉污水中的一定厚度的粒状或非粒的石英砂、悬浮物质和固体颗粒。

附图说明

图1为一种变电站污水太阳能降膜蒸发零排放系统；

图2为过滤装置示意图；

图3为亲水性聚合物材料厚度蒸发效率图；

图4为改性后亲水性聚合物材料蒸发效率图；

图5为风机的风量对竖管降膜蒸发器的加污水蒸发速率的变化情况图。

附图中：1、蓄水池，2、降膜蒸发装置，3、过滤装置，11、液位计，12、水泵，13、污水管，21、风机，22、降膜管，23、热水进入口，24、污水回流管，25、滴液器，26、除泡器，31、石英砂过滤层，32、锰砂过滤层，33、活性炭过滤层，34、储水区，35、隔板，36、过水孔，37、进水口，38、透水板，39、积水区，310、滤料盖板，311、总盖板，312、托盘，313、提拉装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，一种变电站污水太阳能降膜蒸发零排放系统，包括蓄水池1、降膜蒸发装置2，蓄水池1和降膜蒸发装置2通过污水管13和污水回流管24连接，污水管13上设置水泵12。蓄水池1中设置液位计11。降膜蒸发装置包括壳体，壳体下端与污水回流管24连通，壳体上端连通有蒸汽排出管，蒸汽排出管上安装有风机21。壳体内部设置若干降膜管22，所有降膜管22上设置翅片，降膜管22外侧包裹有1-20mm的亲水性聚合物材料，所述亲水性聚合物材料为棉布、化纤布中的一种或组合。棉布为未经过任何改性的原始棉织物。降膜管22顶部设置滴液器25，滴液器25上方设置有除泡器26。滴液器25将污水管13输送进降膜蒸发装置2的污水输送至降膜管22外侧，污水经亲水性聚合物材料向下汇集，并经污水回流管24回流至蓄水池1中。

采用储水式热水器作为热源，通过循环泵使热水在竖管降膜蒸发装置2中循环，通过热传导方式加热其外表面生活污水液膜，生活污水液膜以对流和辐射的传热方式与低温湿空气进行换热。在降膜蒸发传质过程中，生活污水水分子受热离开液膜表面，液膜表面分压力增大，水分子继续向周围空间扩散，导致生活污水液膜中水分子持续补充。在此过程中，由于水蒸气密度低于干空气密度，蒸发传质对对流传热有促进作用。

蓄水池1中的污水经污水管13进入蒸发装置内对应蒸发面(即竖管外表面)顶端的滴液器25内，生活污水从滴液器25的出水孔进入亲水材料形成均匀液膜，储水式热水器对热水器内水体进行加热，热水器的出口与热水进入口23连通，热水进入口23和所有的降膜管22连通，且设置在降膜管22下方，通过热水将热量传递给降膜管22外表面的生活污水液膜而促使其蒸发，未蒸发的生活污水沿蒸发面向下流动，流经流入污水回流管24，最终排入生活污水水箱中。所述降膜管22顶部连通冷却水回流管，冷却水回流管和储水式热水器的冷却水进口连接，储水式热水器为太阳能热水器。

优选的，所述亲水性聚合物材料上负载光催化剂，所述光催化剂为二氧化钛，所述降膜蒸发装置2内部设置有紫外灯。

优选的，所述滴液器25上部设置氨吸附层，所述氨吸附层为多孔吸附材料，所述多孔吸附材料为沸石、活性炭的混合物；所述沸石和/或活性炭经过改性处理，所述改性处理为将沸石和/或活性炭浸泡在磷酸盐溶液中。所述氨吸附层顶部还设置有微电解填料，所述微电解填料中C、Fe、Mg的质量比为:(50-55):(30-35)：(10-20)。

实施例2

参照图2，在实施例1的基础上，系统还包括过滤装置3，过滤装置3包括过滤层和设置在过滤层下方的积水区39，过滤层包括依次设置的储水区34、石英砂过滤层31、锰砂过滤层32、活性炭过滤层33和积水区39。储水区34和石英砂过滤层31之间、石英砂过滤层31和锰砂过滤层32之间、锰砂过滤层32和活性炭过滤33层之间均设置隔板35；隔板35上设置过水孔36。活性炭层33底部设置透水板38，经过滤的污水经透水板38流入积水区39。所述积水区39底部连通蓄水池1，石英砂过滤层31、锰砂过滤层32、活性炭过滤层33顶部设置有滤料盖板310，过滤装置顶部设置总盖板311，所述总盖板311上设置进水口37，所述进水口37连通储水区34，所述储水区34底部设置有托盘312；所述托盘312上设置提拉装置313。

实施例2

污水的停留时间会对热水的热传递造成影响，而停留时间与聚合物材料的厚度直接相关，因此聚合物材料厚度是污水蒸发的关键。当热水循环温度为70℃，污水进水量为1.5kg/h，风量为2200m³/h，对不同厚度的聚合物材料(棉布)进行实验，如图3所示，随着聚合物材料的总厚度从1mm增加到10mm，污水蒸发速率从0.11kg/h急速增加到0.33kg/h，而当厚度继续增加到20mm时，蒸发速率反而开始降低为0.24kg/h。这是因为当聚合物材料厚度很小时，在其表面形成的液膜不稳定或者几乎无法形成，气液界面的接触面积较小，若无法以液膜的形式铺满材料的蒸发表面，其表面上的水膜就无法导致蒸发面与冷凝面之间存在一定的压力差，因此污水不能在该压力差的作用下向冷凝面移动并在冷凝面上凝结成淡水，从而造成蒸发速率较低；而随着聚合物材料厚度的不断增大，其表面的布水情况逐渐改善，热传递性能也增强。当聚合物材料厚度达到最佳值后继续增大，其蒸发表面液膜增厚，液膜热阻增大，热交换性能降低。因此，亲水聚合物的最佳厚度为10mm。

亲水性聚合物材料在所述降膜管22上包裹1-20层。亲水性聚合物材料包裹时亲水性材料压缩后的厚度为原来厚度的50％-100％。

实施例3

在实施例2的基础上，选取亲水性聚合物材料的厚度为10mm，并对亲水性聚合物材料进行改性，研究其改性效果。

为增强棉布的蒸发性能，用十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、乙二胺、丙烯酸或戊二醛五种不同的有机物对棉布进行改性。取六块形状相同的棉布，先用异丙醇初步浸泡材料1小时，然后将六块棉布分别放入蒸馏水、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、乙二胺、丙烯酸、戊二醛溶液中，在超声的环境下浸泡1小时，然后取出，静置10小时。之后，取出棉布在室温下自然风干。完全干燥后，六种不同的棉布各吸水400ml，然后放在暗室，用紫外灯照射8小时。对改性后的棉布进行蒸发实验，见图4。由此可见，十二烷基磺酸钠改性的棉布更有利于水分的蒸发。

实施例4

在实施例1的基础上，控制热水循环温度为70℃，进水量为1.5kg/h时，风机的风量对竖管降膜蒸发器的加污水蒸发速率的变化情况见图5。随着风量从1400m³/h增大到2200m³/h，污水蒸发速率也从0.21kg/h增加到0.33kg/h，但是当风量继续达到2400m³/h时，蒸发速率开始下降到0.28kg/h。造成这种现象的原因可能是随着风速增大，亲水材料上形成的液膜扰动加强，液膜表面的空气流速度增大，促进其表面的热交换，使传热系数增大。但是当风量超过一定值后，导致液膜分布情况恶化，液膜的更新速度加快，温度降低，一方面会降低材料表面蒸发液膜的传质系数，另一方面材料表面液膜与热水的接触时间变短，热交换时间变短，导致污水蒸发速率降低。因此最佳风量选择2200m³/h。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各科研领域测试数据的分析处理，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (4)

1.一种变电站废水降膜蒸发零排放系统，其特征在于，包括蓄水池(1)和降膜蒸发装置(2)，所述蓄水池(1)和降膜蒸发装置(2)通过污水管(13)连接，所述降膜蒸发装置(2)内部设置若干降膜管(22)，所述降膜管(22)外侧设置亲水性聚合物材料，所述降膜蒸发装置(2)顶部设置蒸汽排出管，所述降膜管(22)上部设置滴液器(25)，所述滴液器(25)用于将所述污水管(13)输送进所述降膜蒸发装置(2)的污水输送至所述降膜管(22)外侧；所述降膜蒸发装置(2)下部与污水回流管(24)一端连通，污水回流管(24)另一端与蓄水池(1)连通；

所述亲水性聚合物材料厚度为1-20mm；

所述亲水性聚合物材料经过改性，所述改性过程为：先用异丙醇初步浸泡所述亲水性聚合物材料30-90min，然后放入改性溶液中改性，在超声的环境下浸泡1-1.5小时，然后取出，静置10小时后干燥，将干燥后的亲水性聚合物材料饱和吸水后放在暗室，用紫外灯照射8小时-12小时；

所述改性溶液为十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇、乙二胺、丙烯酸、戊二醛溶液中的一种或多种；

所述亲水性聚合物材料上负载光催化剂，所述降膜蒸发装置(2)内部设置紫外灯；

所述亲水性聚合物材料为棉布、化纤布中的一种或组合；

所述滴液器(25)上部设置氨吸附层，所述氨吸附层为多孔吸附材料，所述多孔吸附材料为沸石、活性炭的混合物；所述沸石和/或活性炭经过改性处理，所述改性处理为将沸石和/或活性炭浸泡在磷酸盐溶液中；所述氨吸附层顶部还设置有微电解填料，所述微电解填料中C、Fe、Mg的质量比为:(50-55):(30-35)：(10-20)。

2.根据权利要求1的一种变电站废水降膜蒸发零排放系统，其特征在于，所述蒸汽排出管上设置风机(21)。

3.根据权利要求1的一种变电站废水降膜蒸发零排放系统，其特征在于，所述降膜蒸发装置(2)与太阳能热水器连通。

4.根据权利要求1的一种变电站废水降膜蒸发零排放系统，其特征在于，还包括过滤装置(3)，所述过滤装置(3)包括过滤层和设置在过滤层下方且与过滤层连通的积水区(39)，所述过滤装置(3)包括石英砂过滤层(31)、锰砂过滤层(32)、活性炭过滤层(33)中的一种或多种。

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