CN113998748A - 一种低氘水废水循环利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低氘水废水循环利用装置及方法，包括低氘水制备装置、冷却塔和储水池、低氘水制备装置从下至上包括依次连接的蒸馏罐、气液分离罐、收集室和冷凝室，蒸馏罐开设有废水排出口，废水排出口连接至储水池，储水池连接至冷凝室，冷凝室连接至冷却塔，冷却塔连接至储水池，装置各部件之间均通过管道相连，本发明结构简单、操作方便，能够对生产的低氘水中的废水和冷凝水进行有效的收集和反复使用，实现生产过程中水的零排放，充分利用了水资源，节约用水，通过本技术方案单台制水设备有效节约废水排放每天576升以上、冷凝水排放每天24720升以上，均被有效的节约水资源和用水成本，完全实现废水零排放。

Description

一种低氘水废水循环利用装置及方法

技术领域

本发明涉及低氘水生产技术领域，特别涉及一种低氘水废水循环利用装置及方法。

背景技术

低氘水是指氘含量低于150ppm的水，实验研究证明，低氘水具有多种有益于人体的生物效应：如活化人体细胞、增强人体免疫力、防癌保健功能等。低氘水的规模化生产方法主要有电解法、蒸馏法和水/氢双温交换法，其中，蒸馏法由于不需要使用催化剂或化学试剂，且生产工艺简单成熟而被广泛应用。蒸馏法制备低氘水，是在装有若干塔板或填料的蒸馏塔内进行的，液相和气相在塔内逆流流动，在蒸汽上升过程中，由于H₂O挥发度较高被逐渐富集，D₂O由于挥发度较低被逐渐富集。蒸汽在塔顶被冷凝回流至塔内，塔底有蒸馏罐将一部分液体蒸发以提供上升气流。但是，现有的用于低氘水的蒸馏法生产设备在实际使用过程中分离后的存在以下技术问题：蒸馏塔内会产生高氘水，而高氘水均是作为废水直接排放的，虽然直接排放不会造成环境的污染，但造成了水资源的浪费。亟待发明一种可以充分利用高氘水的水资源，实现生产工艺废水零排放的技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种低氘水废水循环利用装置及方法，是一种低氘水在生产过程中废水的自身循环使用和再次利用装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种低氘水废水循环利用装置，包括低氘水制备装置、冷却塔和储水池、低氘水制备装置从下至上包括依次连接的蒸馏罐、气液分离罐、收集室和冷凝室，蒸馏罐开设有废水排出口，废水排出口连接至储水池，储水池连接至冷凝室，冷凝室连接至冷却塔，冷却塔连接至储水池，装置各部件之间均通过管道相连。

作为进一步地改进，本发明所述的废水排出口与储水池之间，靠近废除排放口端的管道上设置有隔膜式真空泵，位于隔膜式真空泵与储水池之间，且靠近隔膜式真空泵端的管道上设有温度监测点，冷凝室上设置有温度传感器，温度传感器信号连至总控制处理器。

作为进一步地改进，本发明所述的储水池输出至冷凝室之间的管路为冷凝水进水管路，冷凝室输出至储水池之间的管路为冷凝室出水管路，冷凝水进水管路上靠近储水池段设有分支点，分支点与储水池之间设有管道式离心泵，管道式离心泵与储水池之间设有阀门，冷凝水进水管路通过分支点分为管路一、管路二和管路三，三条分支管路，管路一连接市政管网，管路一上设有阀门。

作为进一步地改进，本发明所述的冷凝水进水管路上靠近冷凝室段设有汇聚点，汇聚点为管路二和管路三的汇聚之处，汇聚点上设置有T形球阀门。

作为进一步地改进，本发明所述的管路三上设置有换热器，换热器连接制冷压缩机，制冷压缩机上设有温度传感器，冷凝水进水管路和冷凝出水管路上靠近冷凝室段均设有温度表。

作为进一步地改进，本发明所述的冷凝水出水管路上，位于温度表与储水池之间设有冷却塔，冷却塔内通过玻璃钢散热片和负压风扇降温，靠近冷却塔的出水口端设有温度检测点，温度检测点上设置有连接wfi联网模块的控制继电器。

本发明还公开了一种低氘水废水循环利用装置的低氘水废水循环利用方法，包括如下步骤：

1)低氘水在生产过程中，蒸馏罐中产生的高氘水，通过隔膜式真空泵，从废水排出口排出，流经管道至储水池；

2)打开管路一的阀门，市政用水经过管路二流至冷凝室用作冷凝水后再通过冷凝水出水管路中的冷却塔降温后输送至储水池收集，直至储水池达到规定的水位后，关闭管路一阀门；

3)开启管道式离心泵和距离储水池最近的阀门，储水池内的水通过管路二给冷凝室提供冷凝水；

4)当冷凝水进水管路上，最靠近冷凝室的温度表的温度指标显示超过限定值以后，通过操作T型换向球阀，改变冷凝室的供水管路二至管路三，使储水池内水通过管道式离心泵加压后经过管路三输送至换热器，换热器通过制冷压缩机进行水温换热冷却，使其水温控制后再通过管道输送到冷凝室内；

5)从冷凝室内出来的高温冷凝水通过冷凝室出水管路上的冷却塔散热降温后，再重新回流入储水池，实现低氘水废水的零排放和循环使用。

作为进一步地改进，本发明所述的隔膜式真空泵边上的温度监测点连接WiFi联网模块进行实时温度传输和低温报警，低温为低于25℃，冷凝室上的温度传感器在温度超过50℃后将强制停机已确保产出低氘水的氘值达到设定值。

作为进一步地改进，本发明所述的冷凝室内的水被冷凝消耗后产生的高温水为35-42℃，通过冷却塔散热降温后至35℃以下。

作为进一步地改进，本发明所述的步骤4)中，限定值是当冷凝水进水温度超过28℃或者出水温度超过42℃时，开启T形球阀阀门改变水管水路；换热器通过制冷压缩机进行水温换热冷却，通过温度传感器控制在18-24℃。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供了一种低氘水废水循环利用装置，该装置在蒸馏罐上开设了废水排出口，使得所产生的高氘水从废水排出口中排出，同时设计了储水池，高氘水排出后流入储水池，经过对储水池的水温进行调节和监控后，通过管道式离心泵加压后泵出至冷凝室作冷凝水使用，通过设置储水池到冷凝室之间的冷凝水进水管路和冷凝室到储水池之间的冷凝水出水管路，结构简单、操作方便，能够对生产的低氘水中的废水和冷凝水进行有效的收集和反复使用，实现生产过程中水的零排放，充分利用了水资源，节约用水。

2、废水排出口边上的隔膜式真空泵，用于泵出蒸馏罐中的高氘水至储水池。

3、靠近隔膜式真空泵端的管道上设有温度监视点，温度监视点上设置有控制继电器，控制继电器连接WiFi联网模块进行实时温度传输和低温报警，当温度低于25℃，就会产生报警，控制继电器是连接到技术员手机上的，是作为温度远程预警监控，本来蒸馏罐是恒温，30-40度左右，24小时排放，如果温度太低了，说明里面的真空温度或者加热泵损坏了，或者隔膜泵排量水流量变小的，报警说明重水排放系统出现故障，不及时处理将影响低氘水的氘值的稳定，低于设定值时需人工干预了。

4、靠近储水池端的管道上的管道式离心泵，用于泵出储水池中的水至冷凝室当冷凝水使用。

5、冷凝室上方安装有18B20温度传感器，对温度进行监测，温度超过50℃后将强制停机已确保产出低氘水的氘值达到设定值。冷凝室里面是真空温度，蒸馏塔中是负压的，温度一高容易产生上面的冲顶，里面的水蒸气往上冒，会导致管子压力变大，对设备造成破坏和对氘值有影响。

6、管路一用于连通市政管网的水，用做为冷凝水经冷凝室后直接排放的废水通过管道输送至冷却塔物理降温后输送至储水池进行收集，其后，市政管网用水作为储水池补充用水使用，当储水池水量到达规定水位以后，关闭市政管网供水阀门，开启管道式离心泵及阀门，使用储水池内水源通过管路二给冷凝室供冷凝水，当冷凝室进水口的温度表的高于25℃后，通过操作T型换向球阀，改变其供水管水路至管路三，使储水池内水通过管道式离心泵加压后经过管路三管道输送至换热器。换热器通过制冷压缩机进行水温换热冷却，使其水温控制在18-24℃左右后再通过管道输送到低氘水冷凝室装置内做冷凝水使用从而实现低氘水废水的零排放和循环使用。

7、通过对水温进行调节和监控，从而进一步改善了因环境温度造成低氘水出水氘值不稳定的现象，提高制氘设备的稳定性。

8、冷凝水出水管路上，位于温度表与储水池之间设有冷却塔，冷却塔内通过玻璃钢散热片和负压风扇降温，靠近冷却塔的出水口端设有温度监视点，温度监视点上设置有连接wifi联网模块的控制继电器。

9、使用后的高温冷凝水再经过冷却塔散热至35℃已下后重新回流入储水池待用，从而实现低氘水废水的零排放和循环使用。

10、通过本技术方案单台制水设备有效节约废水排放每天576升以上、冷凝水排放每天24720升以上，均被有效的节约水资源和用水成本，完全实现废水零排放。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明冷凝室和收集器的结构示意图；

图中，1是蒸馏罐，2是废水排出口，3是隔膜式真空泵，4是温度传感器，5是阀门，6是分支点，7是管道式离心泵，8是储水池，9是冷却塔，10是T形球阀门，11是温度表，12是冷凝室，13是收集器，14是气液分离罐，15是管路一，16是管路二，17是管路三，18是换热器，19是制冷压缩机，20是低氘水出水口，21是冷凝水出水口，22是冷凝水进水口，23是盘管，24是冷凝水出水总管，25是冷凝水进水总管，26是温度监视点。

具体实施方式

本发明公开了一种低氘水废水循环利用装置，图1是本发明装置的结构示意图，包括低氘水制备装置、冷却塔9和储水池8、低氘水制备装置从下至上包括依次连接的蒸馏罐1、气液分离罐14、收集器13和冷凝室12，蒸馏罐1开设有废水排出口2，废水排出口2连接至储水池8，储水池8连接至冷凝室12，冷凝室12连接至冷却塔9，冷却塔9连接至储水池8，装置各部件之间均通过管道相连；废水排出口2与储水池8之间，靠近废除排放口端的管道上设置有隔膜式真空泵3，位于隔膜式真空泵3与储水池8之间，且靠近隔膜式真空泵3端的管道上设有温度监视点26，温度监视点26上设置有控制继电器，控制继电器连接WiFi联网模块进行实时温度传输和低温报警，当温度低于25℃，就会产生报警，控制继电器是连接到技术员手机上的，是作为温度远程预警监控。冷凝室12上设置有温度传感器4，温度传感器4信号连至总控制处理器，储水池8输出至冷凝室12之间的管路为冷凝水进水管路，冷凝室12输出至储水池8之间的管路为冷凝室12出水管路，冷凝水进水管路上靠近储水池8段设有分支点6，分支点6与储水池8之间设有管道式离心泵7，管道式离心泵7与储水池8之间设有阀门5，冷凝水进水管路通过分支点6分为管路一15、管路二16和管路三17，三条分支管路，管路一15连接市政管网，管路一15上设有阀门5；冷凝水进水管路上靠近冷凝室12段设有汇聚点，汇聚点为管路二16和管路三17的汇聚之处，汇聚点上设置有T形球阀门10，管路三17上设置有换热器18，换热器18连接制冷压缩机19，制冷压缩机19上设有温度传感器4，冷凝水进水管路和冷凝出水管路上靠近冷凝室12段均设有温度表11，冷凝水出水管路上，位于温度表11与储水池8之间设有冷却塔9，冷却塔9内通过玻璃钢散热片和负压风扇降温，靠近冷却塔9的出水口端设有温度监视点26，温度监视点26上设置有连接wifi联网模块的控制继电器。

本发明还公开了一种低氘水废水循环利用装置的低氘水废水循环利用方法，包括如下步骤：

1)低氘水在生产过程中，蒸馏罐1中产生的高氘水，通过隔膜式真空泵3，从废水排出口2排出，流经管道至储水池8；

2)打开管路一15的阀门5，市政用水经过管路二16流至冷凝室12用作冷凝水后再通过冷凝水出水管路中的冷却塔9降温后输送至储水池8收集，直至储水池8达到规定的水位后，关闭管路一15阀门5；

3)开启管道式离心泵7和距离储水池8最近的阀门5，储水池8内的水通过管路二16给冷凝室12提供冷凝水；

4)当冷凝水进水管路上，最靠近冷凝室12的温度表11的温度指标显示超过限定值以后，通过操作T型换向球阀，改变冷凝室12的供水管路二16至管路三17，使储水池8内水通过管道式离心泵7加压后经过管路三17输送至换热器18，换热器18通过制冷压缩机19进行水温换热冷却，使其水温通过温度传感器4控制后再通过管道输送到冷凝室12内；

5)从冷凝室12内出来的高温冷凝水通过冷凝室12出水管路上的冷却塔9散热降温后，再重新回流入储水池8，实现低氘水废水的零排放和循环使用。

本发明所述的隔膜式真空泵3边上的温度监视点26连接WiFi联网模块进行实时温度传输和低温报警，低温为低于25℃，冷凝室12上的温度传感器4在温度超过50℃后将强制停机已确保产出低氘水的氘值达到设定值；冷凝室12内的水被冷凝消耗后产生的高温水为35-42℃，通过冷却塔9散热降温后至35℃以下，步骤4)中，限定值是当冷凝水进水温度超过25℃或者出水温度超过42℃时，开启T形球阀阀门5改变水管水路；换热器18通过制冷压缩机19进行水温换热冷却，控制在18-24℃。

图2是本发明冷凝室12和收集器13的结构示意图，从储水池8泵出或者市政网管输入的水，通过冷凝水进水口22进入冷凝室12的冷凝水进水总管25，然后通过与冷凝水进水总管25连通的若干个竖直排布的盘管23，冷凝水进入到冷凝水出水总管24，然后通过与冷凝水出水总管24连通的冷凝水出水口21排出冷凝室12，盘管23是呈螺旋状的空心圆管，上下口均连通，其下口连通冷凝水进水总管25，上口连通冷凝水出水总管24。低氘水生产装置中的水蒸气通过冷凝室12冷凝为液体，滴入到冷凝室12的底面，冷凝室12的底面与水平面呈现5-30度夹角，因此滴到冷凝室12底面的低氘水会沿着斜坡流入收集器13中，收集器13内的低氘水通过低氘水出水口20排出。

具体实施例：

低氘水生产过程中的废水通过隔膜式真空泵3和管道进入储水池8降温自然冷却至环境温度20-28℃，冷却后的废水通过管道式离心泵7输送到低氘水冷凝室12装置内做冷凝水使用。使用后的高温冷凝水再经过冷却塔9散热至35℃以下后重新回流入储水池8，从而实现低氘水废水的零排放和循环使用。市政管网用水作为储水池8补充用水使用。当储水池8水量到达规定水位以后，关闭市政管网供水阀门5，开启管道式离心泵7及阀门5，使用储水池8内水源给冷凝塔供冷凝水。当温度指标超过25℃以后，通过操作T型换向球阀，改变其供水管水路，使储水池8内水通过管道式离心泵7加压后经过2路管道输送至换热器18。换热器18通过制冷压缩机19进行水温换热冷却，使其水温控制在18-24℃左右后再通过管道输送到低氘水冷凝室12装置内做冷凝水使用，使用后的高温冷凝水再经过冷却塔9散热至35℃已下后重新回流入储水池8待用，从而实现低氘水废水的零排放和循环使用。

装置的具体实现步骤为：

1)废水排放口通过管路连接至隔膜式真空泵3；

2)隔膜式真空泵3排放管上连接18B20温度传感器4进行温度监测；

3)18B20温度传感器4连接WiFi联网模块进行实时温度传输和低温报警，温度低于25℃；

4)隔膜式真空泵3排放管和储水池8相连，废水直接排入储水池8，储水池8降温至20-28℃；

5)打开管路一15上的阀门5，市政管网用水通过管路一15进入冷凝室12；

6)冷凝室12上方安装有18B20温度传感器4，对温度进行监测，温度超过50度后将强制停机已确保产出低氘水的氘值达到设定值；

7)冷凝室12上方的温度传感器4连接总控制处理器的配电控制单元，在温度超过50℃后将强制停机已确保产出低氘水的氘值达到设定值；

8)冷凝室12的排水管路上安装有水温温度表11进行水温监控；

9)冷凝室12内的水被冷凝消耗后产生35-42℃的高温水；

10)被消耗后的高温冷凝水通过管道输送至风冷冷却塔9；

11)水在冷却塔9内进过玻璃钢散热片和负压风扇进行降温，其温度控制在35摄氏度以下；

12)冷却塔9排出口处安装有水温温度表11进行水温监控；

13)冷却后的水通过管道输送回储水池8进行存储；

14)待储水池8水位到达规定值后，关闭市政管网水水阀；

15)开启管道式离心泵7和水阀，使用储水池8内废水通过管路二16供设备冷凝水循环使用；

16)当冷凝水进水温度超过25℃或者出水温度超过42℃时，开启T形球阀阀门5改变水管路至管路三17；

17)开启制冷压缩机19；

18)自冷压缩机安装有温度控制器和温度显示器；

19)通过管道式离心泵7压力将水通过管道输送到换热器18内；

20)换热器18连接制冷压缩机19对换热器18进行制冷，管道内的水通过换热器18降温至18-24℃后被输送至冷凝室12；

21)至此重复步骤10-13即完成设备的冷凝水循环利用。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低氘水废水循环利用装置，其特征在于，包括低氘水制备装置、冷却塔(9)和储水池(8)、所述的低氘水制备装置从下至上包括依次连接的蒸馏罐(1)、气液分离罐(14)、收集器(13)和冷凝室(12)，所述的蒸馏罐(1)开设有废水排出口(2)，所述的废水排出口(2)连接至储水池(8)，所述的储水池(8)连接至冷凝室(12)，所述的冷凝室(12)连接至冷却塔(9)，所述的冷却塔(9)连接至储水池(8)，所述的装置各部件之间均通过管道相连。

2.根据权利要求1所述的低氘水废水循环利用装置，其特征在于，所述的废水排出口(2)与储水池(8)之间，靠近废除排放口端的管道上设置有隔膜式真空泵(3)，位于隔膜式真空泵(3)与储水池(8)之间，且靠近隔膜式真空泵(3)端的管道上设有温度监视点(26)，所述的冷凝室(12)上设置有温度传感器(4)，所述的温度传感器(4)信号连至总控制处理器。

3.根据权利要求1或2所述的低氘水废水循环利用装置，其特征在于，所述的储水池(8)输出至冷凝室(12)之间的管路为冷凝水进水管路，所述的冷凝室(12)输出至储水池(8)之间的管路为冷凝室(12)出水管路，所述的冷凝水进水管路上靠近储水池(8)段设有分支点(6)，所述的分支点(6)与储水池(8)之间设有管道式离心泵(7)，所述的管道式离心泵(7)与储水池(8)之间设有阀门(5)，所述的冷凝水进水管路通过分支点(6)分为管路一(15)、管路二(16)和管路三(17)，三条分支管路，所述的管路一(15)连接市政管网，所述的管路一(15)上设有阀门(5)。

4.根据权利要求3所述的低氘水废水循环利用装置，其特征在于，所述的冷凝水进水管路上靠近冷凝室(12)段设有汇聚点，所述的汇聚点为管路二(16)和管路三(17)的汇聚之处，所述的汇聚点上设置有T形球阀门(5)。

5.根据权利要求4所述的低氘水废水循环利用装置，其特征在于，所述的管路三(17)上设置有换热器(18)，所述的换热器(18)连接制冷压缩机(19)，所述的制冷压缩机(19)上设有温度传感器(4)，所述的冷凝水进水管路和冷凝出水管路上靠近冷凝室(12)段均设有温度表(11)。

6.根据权利要求3所述的低氘水废水循环利用装置，其特征在于，所述的冷凝水出水管路上，位于温度表(11)与储水池(8)之间设有冷却塔(9)，所述的冷却塔(9)内通过玻璃钢散热片和负压风扇降温，靠近冷却塔(9)的出水口端设有温度检测点，所述的温度检测点上设置有连接wfi联网模块的控制继电器。

7.一种如权利要求1或2或4或5或6所述的低氘水废水循环利用装置的低氘水废水循环利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)低氘水在生产过程中，蒸馏罐(1)中产生的高氘水，通过隔膜式真空泵(3)，从废水排出口(2)排出，流经管道至储水池(8)；

2)打开管路一(15)的阀门(5)，市政用水经过管路二(16)流至冷凝室(12)用作冷凝水后再通过冷凝水出水管路中的冷却塔(9)降温后输送至储水池(8)收集，直至储水池(8)达到规定的水位后，关闭管路一(15)阀门(5)；

3)开启管道式离心泵(7)和距离储水池(8)最近的阀门(5)，储水池(8)内的水通过管路二(16)给冷凝室(12)提供冷凝水；

4)当冷凝水进水管路上，最靠近冷凝室(12)的温度表(11)的温度指标显示超过限定值以后，通过操作T型换向球阀，改变冷凝室(12)的供水管路二(16)至管路三(17)，使储水池(8)内水通过管道式离心泵(7)加压后经过管路三(17)输送至换热器(18)，换热器(18)通过制冷压缩机(19)进行水温换热冷却，使其水温通过控制后再通过管道输送到冷凝室(12)内；

5)从冷凝室(12)内出来的高温冷凝水通过冷凝室(12)出水管路上的冷却塔(9)散热降温后，再重新回流入储水池(8)，实现低氘水废水的零排放和循环使用。

8.根据权利要求7所述的低氘水废水循环利用装置的低氘水废水循环利用方法，其特征在于，所述的隔膜式真空泵(3)边上的温度监视点(26)连接WiFi联网模块进行实时温度传输和低温报警，所述的低温为低于25℃，所述的冷凝室(12)上的温度传感器(4)在温度超过50℃后将强制停机已确保产出低氘水的氘值达到设定值。

9.根据权利要求7所述的低氘水废水循环利用装置的低氘水废水循环利用方法，其特征在于，其特征在于，冷凝室(12)内的水被冷凝消耗后产生的高温水为35-42℃，通过所述的冷却塔(9)散热降温后至35℃以下。

10.根据权利要求7所述的氘水废水循环利用装置的低氘水废水循环利用方法，所述的步骤4)中，所述的限定值是当冷凝水进水温度超过25℃或者出水温度超过42℃时，开启T形球阀阀门(5)改变水管水路；换热器(18)通过制冷压缩机(19)进行水温换热冷却，控制在18-24℃。

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