CN113772764A - 强化自然蒸发结晶装置和蒸发塘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理领域，公开了一种强化自然蒸发结晶装置和具有该蒸发结晶装置的蒸发塘，所述蒸发结晶装置包括蒸发组件、供液单元和布水单元，所述蒸发组件包括多面平行间隔安装的蒸发载体，形成形如立方体的结构，该立方体结构内的每个所述蒸发载体包括多个间隔安装的蒸发板，所述蒸发板包括基材和安装于所述基材上的多层布水网格。本发明通过设置布水网格实现浓盐水达到饱和后蒸发载体表面不析出结晶盐，无需对蒸发载体进行清理和再生，保证了装置运行的连续性，同时在单位占地面积增加大量蒸发表面，提高了蒸发速率，并可实现浓缩和结晶出盐的连续同步进行，实现零液体和零固体排放。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体地涉及一种强化自然蒸发结晶装置和具有该蒸发结晶装置的蒸发塘。
背景技术
工业废水零排放处理一般分为预处理、预浓缩和蒸发结晶等三个步骤。蒸发结晶又分为蒸发和结晶两个工艺段。蒸发段主要采用多效蒸发(MED)或机械蒸汽再压缩(MVR)技术。由于浓盐水的强腐蚀性，蒸发器选材要求很高，投资昂贵，能耗高。结晶段用来进一步处理蒸发段的浓水，其单位投资和运行能耗较蒸发器更加难以承受。此外，采用机械雾化蒸发技术使蒸发塘内的浓盐水雾化来增大浓盐水的表面积，提高蒸发塘的蒸发速度，即提高浓盐水的蒸发速度。
CN 203389343 U和CN 106976924 A中均采用了机械雾化蒸发技术，该技术的原理是将浓盐水雾化成细小的液滴，将蒸发面从二维水平面，变为三维空间的立体蒸发。利用该技术可以实现相同体积的浓盐水蒸发面积增加数倍，大幅度增加蒸发塘中浓盐水与空气的接触面积，起到提高蒸发速度的作用。但是雾化的浓盐水的雾滴与空气接触，并在一定风速的条件下极易漂浮和吹至蒸发塘的外部，甚至浓盐水形成的结晶盐漂浮到蒸发塘外部更远的地方。有的浓盐水的结晶盐含有重金属等对环境有害的物质，容易造成周边环境的二次污染。目前机械雾化蒸发技术在国内内蒙古、新疆等多个煤化工企业或园区的蒸发塘进行了技术示范，但实际效果不佳，没有实现该技术的应用推广。因此过去5-10年很多企业采用蒸发塘来处理以蒸发器浓水为代表的末端浓水。
蒸发塘是一种处理浓盐水的自然蒸发设施，其原理是将达标的高浓盐水排放到一个经过防渗处理的水池里，通过自然蒸发结晶来实现浓盐水减量。蒸发塘具有抗冲击负荷好、运行成本低、使用寿命长等优点，因而被广泛应用在不少国内的煤化工项目中。但实际生产实践中，由于自然蒸发缓慢，蒸发塘存在着浓盐水容易满塘，溢塘的问题，同时如果浓盐水完全蒸发，须占用上百公顷土地。目前，蒸发塘事实上已经无法获批作为新建设施处理高浓废水，蒸发塘面临很大的管理与生存困境。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供强化自然蒸发结晶装置和具有该蒸发结晶装置的蒸发塘，该强化自然蒸发结晶装置通过在单位占地面积设立大量蒸发表面，提高蒸发速率，实现浓缩和结晶出盐的同步进行，实现末端浓盐水的零液体排放和零固体排放。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种强化自然蒸发结晶装置，其包括蒸发组件、供液单元和布水单元；
所述蒸发组件包括多个平行间隔安装的蒸发载体，所述多个平行间隔安装的蒸发载体形成形如立方体的结构，该立方体结构内的每个所述蒸发载体包括多个间隔安装的蒸发板，每个所述蒸发板具有蒸发部，所述蒸发板包括基材和安装于所述基材上的多层布水网格，所述布水网格为所述蒸发板的蒸发部；
所述供液单元用于向所述布水单元提供液体，所述布水单元能够与所述蒸发载体配合，用于向所述蒸发载体提供液体；
所述供液单元包括通过连接管路依次连通的原液桶、原水泵、循环水槽和循环泵，所述循环泵的出口与所述布水单元连接，所述原水泵用于将所述原液桶内的液体输送至所述循环水槽，所述循环泵用于将所述循环水槽内的液体输送至布水单元，所述蒸发组件位于所述循环水槽的上方，所述布水单元提供的液体经过蒸发组件后回流到所述循环水槽中。
优选地，所述蒸发载体包括支撑框架，所述蒸发载体安装于所述支撑框架内。
优选地，所述支撑框架为由经过防腐处理的碳钢形成。
优选地，所述布水网格和所述基材通过塑料焊接连接。
优选地，每个所述蒸发载体竖直地设置，相邻所述蒸发载体为平行地设置；优选每个所述蒸发板竖直地设置，优选所述布水网格由聚丙烯、聚乙烯、尼龙中的任意一种或多种材料形成；
优选所述布水网格的形状为正方形、长方形或菱形中的任意一种；优选所述布水网格的厚度为0.33mm～3.5mm；优选所述布水网格的网孔密度为4～300目；
优选地，所述基材的材料为尼龙、聚碳酸酯、涤纶、聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯中的任意一种或多种；优选所述基材的厚度为3mm～5mm。
优选地，每个蒸发载体上的相邻两个蒸发板之间的距离为50～150mm；优选相邻两个所述蒸发载体之间的距离为50～150mm。
优选地，所述布水单元包括：布水主管路，所述布水主管路具有第一进液口和至少一个第一出液口；和多个布水分管路，每个所述布水分管路具有第二进液口和至少一个第二出液口，所述第二进液口与所述布水主管路的至少一个第一出液口连通，至少一个第二出液口与所述蒸发载体配合。优选所述布水分管路均匀开设小孔。
优选地，所述蒸发组件位于所述循环水槽的上方，所述循环水槽的底部安装有收集管。
本发明第二方面提供蒸发塘，所述蒸发塘包括蒸发池和自然蒸发装置，所述蒸发装置为本发明第一方面所述的强化自然蒸发结晶装置，所述自然蒸发结晶装置与所述蒸发池配合，优选所述自然蒸发结晶装置与所述蒸发池之间设置有提升泵，通过所述提升泵将所述蒸发池内的液体输送至所述原液桶内。
本发明提供的强化自然蒸发结晶装置和具有该蒸发结晶装置的蒸发塘具有如下优势：
(1)根据本发明，通过在单位占地面积设置大量平行布置的竖直蒸发载体，从其顶部供水以形成大面积的蒸发表面，在自然气流的作用下实现自然蒸发的强化过程，蒸发速率达到相同占地面积蒸发塘的20～50倍；
(2)本发明的蒸发结晶装置能够实现浓盐水浓缩减量和结晶出盐的同步进行，随着浓缩的进行，当浓盐水达到过饱和状态后，蒸发载体表面不析出结晶盐，结晶盐析出在供液单元的循环水槽中，通过收集管统一收集，从盐平衡角度，盐找到了合适的出口；
(3)本发明的蒸发结晶装置通过设置布水网格实现浓盐水的浓缩结晶过程中，蒸发载体表面不发生结晶盐的析出和聚集，不需要对蒸发载体进行清洗和再生，保证装置运行的连续性，简化了操作流程，提高了装置的运行效率。
附图说明
图1为根据本发明一种优选实施方式提供的强化自然蒸发结晶装置的结构示意图；
图2为根据本发明一种优选实施方式提供的单面蒸发载体的结构示意图；
图3为根据本发明一种优选实施方式提供的蒸发板结构示意图；
图4为根据本发明一种优选实施方式提供的布水网格的结构示意图。
附图标记说明
1 蒸发组件 2 供液单元
3 布水单元 4 循环泵
11 蒸发载体 12 支撑框架
111 蒸发板 111a 基材
111b 布水网格
21 原液桶 22 原水泵
23 循环水槽 231 收集管
24 循环泵 25 连接管路
31 布水主管路 32 布水分管路
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
在本申请实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
参阅图1-图4所示，本发明提供一种强化自然蒸发结晶装置，所述蒸发结晶装置包括蒸发组件1、供液单元2和布水单元3，参阅图1所示，所述蒸发组件1包括多个平行间隔安装的蒸发载体11，所述平行间隔安装的多个蒸发载体11构成形如立方体的结构，该立方体结构内的每个所述蒸发载体11具有多个蒸发面。
供液单元2用于向所述布水单元3提供液体，布水单元3能够与所述蒸发载体11配合，用于向所述蒸发载体11提供液体，供液单元2包括通过连接管路25依次连通的原液桶21、原水泵22、循环水槽23和循环泵24，所述循环泵24的出口与所述布水单元3连接，原水泵22用于将原液桶21内的液体输送至所述循环水槽23，所述循环泵24用于将所述循环水槽23内的液体输送至布水单元3，所述蒸发组件1位于所述循环水槽23的上方，所述布水单元3提供的液体经过蒸发组件1蒸发结晶后回流到所述循环水槽23中。
为了增加各面蒸发载体11之间的空气流动性，提高蒸发效率，所述蒸发载体11包括多个间隔安装的蒸发板111，每个所述蒸发板111包括基材111a和安装于所述基材111a上的多层布水网格111b，所述布水网格111b为所述蒸发板111的蒸发部。液体通过布水单元3分布到蒸发载体11上，然后顺着蒸发载体11表面流下，若只使用单层的基材111a，水流成股快速流下，会造成布水不均匀，因此在本发明优选实施方式中，蒸发板111具有多层布水网格111b。
通过在单位占地面积设置大量平行竖直布置的蒸发载体11，通过布水单元3从其顶部供水以形成大面积的蒸发表面，在自然气流的作用下，实现自然蒸发的强化过程，蒸发速率达到相同占地面积蒸发塘的20～50倍。本发明的平行布置的蒸发载体11的安装方向与常规风向平行，促进蒸发和保证装置运行的安全性。
供液单元2用于向所述布水单元3提供液体，所述布水单元3能够与所述蒸发载体11配合，用于向所述蒸发载体11提供液体，所述蒸发组件1进一步包括支撑框架12，所述蒸发载体11安装于所述支撑框架12内。
在本发明的一种优选实施方式中，优选基材111a和布水网格111b通过塑料焊接连接，优选蒸发板111为具有双层布水网格111b的复合结构，这种双层复合结构的蒸发板111能够实现液体在蒸发载体11表面均匀的布水，通过配合布水网格111b的结构增大液体向下的流动阻力，均匀分配水流，提高蒸发速率。
在本发明中，每个蒸发载体11、每个蒸发板111均竖直地设置，每个蒸发板111与所述蒸发载体11的设置方向相同，通过这种设置既能够增加水流的流动阻力，又能够均匀地分配水流，通过将每个蒸发板111与所述蒸发载体11的方向设置为同向，能够增加空气流动速率，提高蒸发效果。
通过设置合适的布水网格111b的结构，包括材质、形状、尺寸及颜色等，可以增大水流向下的流动阻力，均匀分配水流，提高蒸发速率，在本发明中基材111a的材料为综合考虑厚度、强度、耐腐蚀性、耐酸碱性、耐氧化性、耐日光性等性能的优选，优选基材111a的材料为尼龙、聚碳酸酯、涤纶、聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯中的一种或多种，表面疏水光滑，厚度3mm～5mm，长度和宽度根据实际使用加工，颜色根据加工要求及原材料决定，优选黑色。优选布水网格111b的材料为聚丙烯、聚乙烯、尼龙中的一种或多种，厚度0.33mm～3.5mm，形状包括但不限于正方形、长方形、菱形，或其它异形，颜色根据加工要求及原材料决定，优选黑色，优选所述布水网格111b的网孔密度为4～300目。
在本发明的一种优选实施方式中，所述布水网格111b为菱形网格，优选该菱形网格的角度为50°～130°，厚度为0.33mm～3.5mm，参阅图4所示。
为了增强各面蒸发载体11之间的空气流动以提高蒸发效率，在本发明中，优选相邻两面蒸发载体11之间的距离为50～150mm，优选每面蒸发载体11上的相邻两个蒸发板111之间的距离为50～150mm。
根据本发明，所述布水单元3包括布水主管路31和多个布水分管路32，所述布水主管路31具有第一进液口和至少一个第一出液口，每个所述布水分管路32具有第二进液口和至少一个第二出液口，所述第二进液口与所述布水主管路31的至少一个第一出液口连通，至少一个第二出液口与所述蒸发载体11配合。
在本发明的一种优选实施方式中，所述至少一个第二出液口为均匀开设于布水分管路32的多个小孔，所述小孔为布水分管路32的出液口，通过所述小孔将液体喷洒到每个蒸发载体11上。
在本发明的一种优选实施方式中，供液单元2包括原液桶21、原水泵22、循环泵24和循环水槽23，所述原水泵22的进出口分别与所述原液桶21和循环水槽23连接，所述循环泵24的进出口分别与所述循环水槽23和布水单元3连接，通过原水泵22能够将原液桶21内的液体输送至循环水槽23，通过循环泵24能够将循环水槽23内的液体输送至布水单元3的布水主管路31的第一进液口。
原液桶21用于储存液体，起到缓冲罐的作用，通过原水泵22将液体输送至循环水槽23，再通过循环泵24将液体输送至布水主管路31的第一进液口。
本发明中蒸发组件1位于所述循环水槽23的上方，具体地，支撑框架12安装于所述循环水槽23内，支撑框架12的底部设置有支撑体，通过支撑体将蒸发载体11和支撑框架12支撑于循环水槽23内液体的液面之上，考虑到液体为浓盐水，浓盐水具有强腐蚀性，在本发明的一种优选实施方式中，所述支撑框架12为经过防腐处理的碳钢材料形成。
在本发明的一种优选实施方式中，通过循环泵24输送至布水主管路31的液体被均匀地分配到多个布水分管路32内，布水分管路32上均匀开设的小孔将液体均匀分布在每一张蒸发载体11上，液体顺着蒸发载体11的表面流下，在流动过程中水分蒸发，未蒸发的部分液体流回到循环水槽23，所述循环水槽23的底部安装有收集管231，结晶物在循环水槽23中析出，形成的晶浆随后通过螺杆泵送至离心机，脱水后可以得到含水率为10％～15％的结晶盐。
本发明的自然蒸发结晶装置在液体达到饱和状态后继续蒸发浓缩，析出的结晶物不会在蒸发载体11的表面聚集，而是析出沉淀在循环水槽23中，最后通过收集管231或者除盐装置统一收集。
本发明还提供了一种蒸发塘，所述蒸发塘包括蒸发池和自然蒸发装置，所述蒸发装置为上述强化自然蒸发结晶装置，所述自然蒸发结晶装置与所述蒸发塘配合，优选所述自然蒸发结晶装置与所述蒸发塘之间设置有提升泵，通过所述提升泵将所述蒸发池内的液体输送至所述原液桶21内。
本发明还提供了一种利用上述自然蒸发结晶装置对蒸发塘浓盐水进行蒸发结晶的方法：
1)提升泵将蒸发塘的浓盐水输送至原液桶21，原水泵22再将原液桶21内的液体输送至循环水槽23；
2)蒸发载体11放置在循环水槽23上部，通过循环泵24将循环水槽23中的液体输送至布水总管路31，其中每个布水分管路32均与布水总管路31连通，浓盐水通过布水分管路32的小孔均匀地分布至每一个蒸发载体11，然后通过重力作用沿着蒸发载体11流下，未蒸发的液体重新流回循环水槽23中；
3)通过计量单位时间内原液桶21和循环水槽23的液位差，计算强化自然蒸发装置的蒸发速率；
4)观察循环水槽23底部结晶盐含量，定期通过收集管231排出晶浆至离心机脱水处理。
下面通过具体的实施例对本发明进一步详细说明，以下各实施例中均采用本发明提供的自然蒸发结晶装置和具有该自然蒸发结晶装置的蒸发塘。
实施例1
本实施例的气候条件：湿度35％，空气温度25℃，水温度22℃，风速4m/s，循环泵的流量1400L/h。
蒸发结晶装置的结构参数：每个蒸发载体11的宽度为3400mm，每个蒸发载体11之间的间距75mm，蒸发载体11数为5，每个蒸发载体11中蒸发板111的宽度300mm，每个蒸发载体11中蒸发板111的长度3400mm，每个蒸发载体11中相邻两个蒸发板111之间的间距为75mm，每个蒸发载体11中蒸发板111的个数9，自然蒸发结晶装置整体的挂布面积为45.9m2。
蒸发载体11采用本发明提供的自然蒸发结晶装置的蒸发载体11，基材111a的材料为聚丙烯(商品牌号：台湾南亚，PP 3210G4)，表面疏水光滑，厚度3mm，颜色为黑色；布水网格111b的材料为聚丙烯(商品牌号：台湾南亚，PP 3210G4)，厚度0.8mm，形状为菱形，颜色为黑色。
表1为实施例1使用的蒸发结晶液体的水质信息。
表1
| 离子种类 | 离子浓度(mg/L) |
| Ca<sup>2+</sup> | 778 |
| Mg<sup>2+</sup> | 1270 |
| Na<sup>+</sup> | 13000 |
| NH<sub>4</sub><sup>+</sup> | 26700 |
| SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> | 97300 |
| Cl<sup>-</sup> | 2900 |
通过实施例1的测量结果得出：
测量蒸发量：19.95kg/h；测量蒸发速率：0.43kg/m2h；
上述自然蒸发结晶装置运行时间8h，蒸发载体11表面没有出现结晶盐的聚集，结晶盐析出在循环水槽23底部，蒸发浓缩减量和结晶出盐过程可以实现连续稳定运行。
对比例
本对比例的空气气候条件：湿度35％，空气温度25℃，水温度22℃，风速4m/s，循环泵的流量1400L/h。
蒸发结晶装置的结构参数：每个蒸发载体11的宽度为3400mm，每个蒸发载体11之间的间距75mm，蒸发载体11数为5，每个蒸发载体11中蒸发板111的宽度300mm，每个蒸发载体11中蒸发板111的长度3400mm，每个蒸发载体11中蒸发板111之间的间距为75mm，每个蒸发载体11中蒸发板111的个数9，自然蒸发结晶装置整体的挂布面积为45.9m2。
对比例中的蒸发载体11采用涤纶布料。
表2为对比例使用的蒸发结晶液体的水质信息。
表2
| 离子种类 | 离子浓度(mg/L) |
| Ca<sup>2+</sup> | 778 |
| Mg<sup>2+</sup> | 1270 |
| Na<sup>+</sup> | 13000 |
| NH<sub>4</sub><sup>+</sup> | 26700 |
| SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> | 97300 |
| Cl<sup>-</sup> | 2900 |
通过对比例的测量结果得出：
测量蒸发量：17.90kg/h；测量蒸发速率：0.39kg/m2h；
采用涤纶布料为蒸发载体11的蒸发结晶装置运行1h后，涤纶布料表面开始析出结晶盐，且结晶盐析出越来越多，最终导致布水不均匀，蒸发速率降低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种强化自然蒸发结晶装置，其特征在于，包括蒸发组件(1)、供液单元(2)和布水单元(3)；
所述蒸发组件(1)包括多个平行间隔安装的蒸发载体(11)，所述多个平行间隔安装的蒸发载体(11)形成形如立方体的结构，该立方体结构内的每个所述蒸发载体(11)包括多个间隔安装的蒸发板(111)，每个所述蒸发板(111)具有蒸发部，所述蒸发板(111)包括基材(111a)和安装于所述基材(111a)上的多层布水网格(111b)，所述布水网格(111b)为所述蒸发板(111)的蒸发部；
所述供液单元(2)用于向所述布水单元(3)提供液体，所述布水单元(3)能够与所述蒸发载体(11)配合，用于向所述蒸发载体(11)提供液体；
所述供液单元(2)包括通过连接管路(25)依次连通的原液桶(21)、原水泵(22)、循环水槽(23)和循环泵(24)，所述循环泵(24)的出口与所述布水单元(3)连接，所述原水泵(22)用于将所述原液桶(21)内的液体输送至所述循环水槽(23)，所述循环泵(24)用于将所述循环水槽(23)内的液体输送至布水单元(3)，所述蒸发组件(1)位于所述循环水槽(23)的上方，所述布水单元(3)提供的液体经过蒸发组件(1)蒸发结晶后回流到所述循环水槽(23)中。
2.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，所述蒸发组件(1)包括支撑框架(12)，所述蒸发载体(11)安装于所述支撑框架(12)内。
3.根据权利要求2所述的蒸发结晶装置，其特征在于，所述支撑框架(12)为由经过防腐处理的碳钢材料形成。
4.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，所述布水网格(111b)和所述基材(111a)通过塑料焊接连接。
5.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，每个所述蒸发载体(11)竖直地设置，相邻所述蒸发载体(11)为平行地设置。
6.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，每个所述蒸发板(111)竖直地设置。
7.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，所述布水网格(111b)由聚丙烯、聚乙烯、尼龙中的任意一种或多种材料形成。
8.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，所述布水网格(111b)的形状为正方形、长方形或菱形中的任意一种；
优选所述布水网格(111b)的厚度为0.33mm～3.5mm；
优选所述布水网格(111b)的网孔密度为4～300目。
9.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，所述基材(111a)的材料为尼龙、聚碳酸酯、涤纶、聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯中的任意一种或多种；
优选所述基材(111a)的厚度为3mm～5mm。
10.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，相邻两个所述蒸发载体(11)的间距为50mm～150mm。
11.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，每个蒸发载体(11)上相邻两个蒸发板(111)之间的间距为50mm～150mm。
12.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，所述布水单元(3)包括：
布水主管路(31)，所述布水主管路(31)具有第一进液口和至少一个第一出液口；和
多个布水分管路(32)，每个所述布水分管路(32)具有第二进液口和至少一个第二出液口，所述第二进液口与所述布水主管路(31)的至少一个第一出液口连通，至少一个第二出液口与所述蒸发载体(11)配合。
13.根据权利要求12所述的蒸发结晶装置，其特征在于，每个所述布水分管路(32)均匀开设小孔。
14.根据权利要求1所述的蒸发结晶装置，其特征在于，所述循环水槽(23)的底部安装有用于收集结晶物的收集管(231)。
15.一种蒸发塘，其特征在于，包括：
蒸发池；和
自然蒸发装置，所述自然蒸发装置为权利要求1-14中任意一项所述的强化自然蒸发结晶装置，所述自然蒸发结晶装置与所述蒸发池配合，优选所述自然蒸发结晶装置与所述蒸发池之间设置有提升泵，通过所述提升泵将所述蒸发池内的液体输送至所述原液桶(21)内。
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