CN115403200B - 用于处理高盐废水的冷冻结晶器 - Google Patents
用于处理高盐废水的冷冻结晶器 Download PDFInfo
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Abstract
公开了一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，冷冻结晶器中，反应桶设于冷凝桶内，冷凝桶的内壁和反应桶的外壁构成冷却区，蛇形盘式冷凝管设于冷却区且经由换热使得温度降至第一温度范围，螺旋桨设于反应桶内且传动连接转轴以搅拌来自输送管的晶浆母液；导流筒设于反应桶内且位于螺旋桨上方，螺旋式的导流筒与螺旋桨共同作用使晶浆在导流筒内螺旋上升至导流筒上部流出形成内循环，晶浆母液在内循环过程中形成晶体；溢流口设于反应桶上部且连通反应桶外的澄清室以溢出结晶产生的浮垢，澄清室套设于冷凝桶外壁。本冷冻结晶器提高换热效率、减少结晶过程中二次成核、去除浮垢和晶疤以及通过循环提高结晶效率。
Description
技术领域
本发明涉及高盐废水处理技术领域，尤其涉及一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器。
背景技术
高盐废水处理中，冷冻结晶主要针对在冷热情况下溶解度显著变化的物质。高温浓盐水连续送入结晶系统，物料快速降低至-2℃～5℃结晶，同时保证其结晶浓度处于对应条件下的介稳区内，保证晶体均匀成长的同时不发生爆发成核现象。现有技术的真空结晶器是利用真空泵抽走室内空气及少量水蒸汽，使结晶器内压力不断降低，达到一定真空度后形成闪蒸效应，即溶液中水分大量蒸发，从溶液中吸取热量从而使溶液迅速降温。但真空冷却结晶器投资大，操作复杂，蒸汽能耗及电耗较高，其传热传质、压力及温度控制等方面仍有待优化。现有的冷却结晶器则存在传热效果差、结垢严重、浮硝难以去除等问题。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，能够实现高盐废水处理过程中结晶盐回收，解决了上述背景技术提出的缺点与不足，达到高盐废水处理过程中提高换热效率、减少结晶过程中二次成核、去除浮硝、去除晶疤以及通过循环提高结晶效率的目的。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器包括：
冷凝桶，其具有导入晶浆母液的进水口和将晶浆母液输送到反应桶的输送管，所述晶浆母液包括待结晶的晶浆和高盐废水；
反应桶，其设于所述冷凝桶内，所述冷凝桶的内壁和所述反应桶的外壁构成冷却区；
电机，其设于所述反应桶顶端；
转轴，其设于所述反应桶内且沿其轴向延伸，所述转轴连接所述电机的输出轴；
搅拌器，其设于所述冷却区且传动连接所述转轴以搅拌所述晶浆母液；
蛇形盘式冷凝管，其设于所述冷却区且经由换热使得温度降至第一温度范围；
螺旋桨，其设于所述反应桶内且传动连接所述转轴以搅拌来自所述输送管的晶浆母液；
导流筒，其设于所述反应桶内且位于所述螺旋桨上方，螺旋式的导流筒与螺旋桨共同作用使晶浆在导流筒内螺旋上升至导流筒上部流出形成内循环，晶浆母液在内循环过程中形成晶体；
溢流口，其设于所述反应桶上部且连通反应桶外的澄清室以溢出结晶产生的浮垢，所述澄清室套设于所述冷凝桶外壁；
除雾器，其设于所述反应桶内且传动连接所述转轴，所述除雾器位于所述溢流口上方以捕获飞溅的晶浆母液；
曝气管，其设于所述反应桶内经由曝气扰动晶浆母液；
陶析脚，其连通所述反应桶的倾斜底部以沉淀晶体，所述陶析脚的直径小于所述反应桶的直径；
晶体刷，其设于所述陶析脚内且传动连接所述转轴，所述晶体刷相对于陶析脚内壁倾斜布置；
储晶室，其位于所述晶体刷下方以存储结晶，所述储晶室设有出料口。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，所述晶浆包括硫酸钠，所述第一温度范围为-5-5℃。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，所述导流筒下部设有倾斜的挡流板，所述挡流板上方安装曝气管向反应桶内鼓入气泡以对晶浆的搅动，结晶产生的浮垢经由曝气朝所述溢流口移动。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，挡流板的倾斜角度为60°。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，所述螺旋桨的外端设有用于破碎晶疤的破冰刷。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，所述搅拌器设有用于破冰的硅胶刷。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，所述搅拌器的叶片设有布水孔。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，所述电机为变速电机。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，晶体刷与陶析脚内壁倾斜30-60度。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器中，冷冻结晶器还包括，
中间水池，其连通所述澄清室以导入来自澄清室的上清液，
纳滤装置，其一端连通所述中间水池，另一端连接所述进水口，所述澄清室、中间水池、纳滤装置、冷凝桶和反应桶构成循环系统，上清液进入中间水池进行中和混匀后进入纳滤装置再次经过过滤后重新进入反应桶结晶。
高盐废水是指含有有机物和至少3.5％质量浓度的总溶解固体物(TDS)的废水。
在上述技术方案中，本发明提供的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明分设冷却区与结晶区，使高温浓盐水首先进入冷却区降温至设定温度后进入结晶区析出结晶盐，防止冷却管道及结晶器外壁形成晶疤。在反应桶的结晶室内内壁呈螺旋式的导流筒与螺旋桨共同作用使晶浆在桶内螺旋上升至导流筒上部流出形成内循环，晶体在随水流循环过程中逐渐长大，在结晶器内设置曝气系统进行微曝气，微气泡在扰动晶浆使其均匀冷却防止爆冷成核的同时，可附着在浮硝表面使其上浮至液面从而使浮硝与母液去除，同时通过不断曝气也可有效防止曝气管路表面结垢。通过通入冷空气兼具蒸发效应又有制冷的效应，也就是同时起到移去溶剂与冷却溶液的作用使溶液变化沿着溶液浓缩与冷却的两个方向前进，迅速接近介稳区。在导流筒下方设有陶析脚，在其中形成一沉淀区，晶体可在此处稳步生长及沉淀。经过沉淀的晶体由晶体刷推入上盖布有孔的储晶室，从而在储晶室内等待导出。本装置设置可与纳滤循环的管口和泵机，可以通过与纳滤的循环使用而提高冷冻结晶器的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的剖面结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的俯视结构示意图。
图3为本发明实施例提供的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的曝气管的俯视结构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的纳滤-冷冻循环系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外、顺时针、逆时针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设备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，多个的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语安装、相连、连接、固定等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1-4所示，在一个实施例中，本发明的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器包括，
冷凝桶15，其具有导入晶浆母液的进水口14和将晶浆母液输送到反应桶13的输送管6，所述晶浆母液包括待结晶的晶浆和高盐废水；
反应桶13，其设于所述冷凝桶15内，所述冷凝桶15的内壁和所述反应桶13的外壁构成冷却区；
电机1，其设于所述反应桶13顶端；
转轴，其设于所述反应桶13内且沿其轴向延伸，所述转轴连接所述电机1的输出轴；
搅拌器8，其设于所述冷却区且传动连接所述转轴以搅拌所述晶浆母液；
蛇形盘式冷凝管5，其设于所述冷却区且经由换热使得温度降至第一温度范围；
螺旋桨11，其设于所述反应桶13内且传动连接所述转轴以搅拌来自所述输送管6的晶浆母液；
导流筒12，其设于所述反应桶13内且位于所述螺旋桨11上方，螺旋式的导流筒12与螺旋桨11共同作用使晶浆在导流筒12内螺旋上升至导流筒12上部流出形成内循环，晶浆母液在内循环过程中形成晶体；
溢流口4，其设于所述反应桶13上部且连通反应桶13外的澄清室3以溢出结晶产生的浮垢，所述澄清室3套设于所述冷凝桶15外壁；
除雾器2，其设于所述反应桶13内且传动连接所述转轴，所述除雾器2位于所述溢流口4上方以捕获飞溅的晶浆母液；
曝气管10，其设于所述反应桶13内经由曝气扰动晶浆母液；
陶析脚18，其连通所述反应桶13的倾斜底部以沉淀晶体，所述陶析脚18的直径小于所述反应桶13的直径；
晶体刷20，其设于所述陶析脚18内且传动连接所述转轴，所述晶体刷20相对于陶析脚18内壁倾斜布置；
储晶室19，其位于所述晶体刷20下方以存储结晶，所述储晶室19设有出料口17。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，所述晶浆包括硫酸钠，所述第一温度范围为-5-5℃。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，所述导流筒12下部设有倾斜的挡流板，所述挡流板上方安装曝气管10向反应桶13内鼓入气泡以对晶浆的搅动，结晶产生的浮垢经由曝气朝所述溢流口4移动。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，挡流板的倾斜角度为60°。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，所述螺旋桨11的外端设有用于破碎晶疤的破冰刷。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，所述搅拌器8设有用于破冰的硅胶刷7。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，所述搅拌器8的叶片设有布水孔9。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，所述电机1为变速电机1。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，晶体刷20与陶析脚18内壁倾斜30-60度。
所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器的优选实施例中，冷冻结晶器还包括，
中间水池，其连通所述澄清室3以导入来自澄清室3的上清液，
纳滤装置，其一端连通所述中间水池，另一端连接所述进水口14，所述澄清室3、中间水池、纳滤装置、冷凝桶15和反应桶13构成循环系统，上清液进入中间水池进行中和混匀后进入纳滤装置再次经过过滤后重新进入反应桶13结晶。连接纳滤装置说明了冷冻结晶器是可以在水处理的过程中与纳滤装置联合使用，形成循环系统来提高效率。
在一个实施例中，冷凝桶15、反应桶13和澄清室3同心圆布置。
在一个实施例中，所述溢流口4设有倾斜的引流板以引导浮垢导出且阻挡晶浆母液溢出。
在一个实施例中，所述曝气管10分布于连接反应桶13内壁的曝气筒16。
在一个实施例中，所述澄清室3为环形状。
在一个实施例中，所述导流筒12为下小上大的截头圆锥结构，其内壁设有螺旋向上的螺纹线。
在一个实施例中，冷冻结晶器包括有导流筒12、曝气系统、搅拌装置、动力机构、冷却系统、除雾器2、沉淀室、溢流澄清室3和循环系统。
在一个实施例中，冷冻结晶器内部设有一结晶区，结晶区外部设置冷却区，所述冷冻结晶器的动力机构为变速电机1，设置在结晶器外。所述电机1与一个转轴连接导流筒12底部螺旋桨11进行搅拌，所述导流筒12内壁呈螺旋上升式，与螺旋桨11共同作用能使晶浆在反应桶13内螺旋上升至导流筒12上部流出形成内循环，所述导流筒12上部结晶室两侧设有溢流口4，所述溢流口4与结晶室外侧澄清室3连接，冷冻结晶器内所产生的如浮硝的浮垢通过溢流口4溢出进去澄清池进行沉淀，所述溢流口4上部设置除雾器2以捕集飞溅的浆液，降低物料损失、防止结垢的同时防止飞溅的液滴污染环境，所述导流筒12下部设有倾斜挡流板，倾斜角度60°，所述挡流板上方安装曝气管10向结晶室内鼓入微气泡可实现对晶浆的搅动，防止爆冷成核，同时微气泡可粘附于如细小浮硝的浮垢上使其上浮至液面从而通过溢流口4去除，所述斜板下方为沉淀区，较大的结晶进入沉淀区沉淀，所述沉淀区下方设置出料口17。
在一个实施例中，所述冷冻结晶器外部设有冷却系统，该系统由蛇形冷却盘管与外壁和外置螺旋桨11组成，盘管内部有流动的冷却水，外壁与盘管间有晶浆母液，盘管与晶浆母液接触使晶浆母液温度降至-5～5℃的介稳区使芒硝在流入结晶器内部使可以迅速成核。其中搅拌器8与内置螺旋桨11共用同一个电机1，既可以保证冷却系统内部晶浆成旋流状态而降温均匀，同时达到节能的目的，在螺旋桨11外端设有破冰刷，以保证在冷却的过程中不会再外壁形成晶疤而经常更换冲洗。
在一个实施例中，所述循环系统是指冷冻结晶器和纳滤的循环使用方式，在冷冻结晶器的溢流澄清区的上方设置出水口，该出水口的出水为经过沉淀过后的含有氯离子和硫酸根离子的澄清水。为了提高结晶效率，澄清水会暂存入循环系统的中间水池中。中间水池内含机械搅拌设备，能够均匀水质，同时将水输送至纳滤装置，经过浓缩水会再次回到结晶器进行冷冻结晶以达到由循环提高结晶效率的目的。
在一个实施例中，晶浆母液由进水口14进入冷凝桶15，所述冷凝桶15内壁与反应桶13外壁构成冷却区，内部含有蛇形盘式冷凝管5，蛇形盘式冷凝管5内有冷媒循环流动，通过蛇形盘式冷凝管5的管壁与如硫酸钠母液进行换热以保证母液温度均匀降至-5～5℃。在换热过程中，为了防止生成晶疤在冷凝桶15内壁故由电机1带动的搅拌器8叶片旋转形成涡流，不仅使晶浆母液可均匀换热而且带动破冰硅胶刷7刷掉粘贴在冷凝桶15内壁的晶疤。
经过降温的母液通过输送管6进入反应桶13，由电机1带动的螺旋桨11可使反应桶13内母液呈涡流态，从导流筒12的下口进入，经过螺纹导流而从上口排出。同时为了避免过程中浮硝的生成使晶体不达标，利用曝气管10进行曝气，在冷冻结晶器内设置曝气管10进行微曝气，微气泡在扰动晶浆使其均匀冷却防止爆冷成核的同时，可附着在浮硝表面使其上浮至液面从而使浮硝与晶浆母液分离去除，同时通过不断曝气也可有效防止曝气管10表面结垢。通过通入冷空气兼具蒸发效应又有制冷的效应，也就是同时起到移去溶剂与冷却溶液的作用使溶液变化沿着溶液浓缩与冷却的两个方向前进，迅速接近介稳区。
已经结晶的大颗粒会进入陶析脚18，在此中形成为稳定沉淀区，为避免板结，其下方即1储晶室19的上方设有晶体刷20，所述晶体刷20仍由电机1带动。晶体刷20与平面呈30°角以方便晶体可以迅速沉降至储晶室19，最终从储晶室19的出料口17获得芒硝。为了提高效率减少浪费，冷冻结晶器与纳滤装置结合使用，形成循环系统，中间由一个合适尺寸的中间水池相连接，从冷冻结晶器澄清区的溢流口4出来的上清液进入中间水池进行中和混匀后进入纳滤装置再次经过分盐过滤后重新进入冷冻结晶器结晶，通过该循环系统可以使结晶效率大幅提升。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (8)
1.一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，其包括：
冷凝桶，其具有导入晶浆母液的进水口和将晶浆母液输送到反应桶的输送管，所述晶浆母液包括待结晶的晶浆和高盐废水；
反应桶，其设于所述冷凝桶内，所述冷凝桶的内壁和所述反应桶的外壁构成冷却区；
电机，其设于所述反应桶顶端；
转轴，其设于所述反应桶内且沿其轴向延伸，所述转轴连接所述电机的输出轴；
搅拌器，其设于所述冷却区且传动连接所述转轴以搅拌所述晶浆母液；
蛇形盘式冷凝管，其设于所述冷却区且经由换热使得温度降至第一温度范围；
螺旋桨，其设于所述反应桶内且传动连接所述转轴以搅拌来自所述输送管的晶浆母液；
导流筒，其设于所述反应桶内且位于所述螺旋桨上方，螺旋式的导流筒与螺旋桨共同作用使晶浆在导流筒内螺旋上升至导流筒上部流出形成内循环，晶浆母液在内循环过程中形成晶体；
溢流口，其设于所述反应桶上部且连通反应桶外的澄清室以溢出结晶产生的浮垢，所述澄清室套设于所述冷凝桶外壁；
除雾器，其设于所述反应桶内且传动连接所述转轴，所述除雾器位于所述溢流口上方以捕获飞溅的晶浆母液；
曝气管，其设于所述反应桶内经由曝气扰动晶浆母液；
陶析脚，其连通所述反应桶的倾斜底部以沉淀晶体，所述陶析脚的直径小于所述反应桶的直径；
晶体刷，其设于所述陶析脚内且传动连接所述转轴，所述晶体刷相对于陶析脚内壁倾斜布置；
储晶室，其位于所述晶体刷下方以存储结晶，所述储晶室设有出料口，所述第一温度范围为-5-5℃，所述导流筒下部设有倾斜的挡流板，所述挡流板上方安装曝气管向反应桶内鼓入气泡以对晶浆的搅动，结晶产生的浮垢经由曝气朝所述溢流口移动，冷冻结晶器还包括，
中间水池，其连通所述澄清室以导入来自澄清室的上清液，
纳滤装置，其一端连通所述中间水池，另一端连接所述进水口，所述澄清室、中间水池、纳滤装置、冷凝桶和反应桶构成循环系统，上清液进入中间水池进行中和混匀后进入纳滤装置再次经过过滤后重新进入反应桶结晶，高盐废水是指含有有机物和至少3.5％质量浓度的总溶解固体物的废水，导流筒为下小上大的截头圆锥结构，其内壁设有螺旋向上的螺纹线。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，所述晶浆包括硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，挡流板的倾斜角度为60°。
4.根据权利要求1所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，所述螺旋桨的外端设有用于破碎晶疤的破冰刷。
5.根据权利要求1所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，所述搅拌器设有用于破冰的硅胶刷。
6.根据权利要求1所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，所述搅拌器的叶片设有布水孔。
7.根据权利要求1所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，所述电机为变速电机。
8.根据权利要求1所述的一种用于处理高盐废水的冷冻结晶器，其特征在于，晶体刷与陶析脚内壁倾斜30-60度。
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