CN115583753B - 一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，通过分析工业污废水成分特性，采用物理过滤、生物灭活、化学反应多级净化途径，结合机械振动、气电传动等机构动作，创造性提出短程快速雾化涵道，使反应釜中酸碱氧化还原反应更快速、充分，并实现了盐溶液的固液分离，最终得到偏中性的冷凝水，实现工业污水回收。该装置解决了传统工业污水处理工艺复杂、能耗较高、所需设备繁杂、处理副产物较多、环境不友好等问题，实现了常规工业废水无需过度预处理前提下的快速回收再利用。

Description

一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置

技术领域

本发明涉及一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

工业生产通常伴随很多酸碱废水，其中常含酸、碱、盐、有机/无机物、悬浮物、固体颗粒物等杂质或重金属有害物质，直接排放会对环境产生不可逆污染和破坏，需要处理后排放。由于工业污水来自不同行业，包括化工机械、矿业、冶金、印染等，其中含有的杂质成分、浓度均有较大差别，处理难度较大，耗费工时较长，所需设备及工艺复杂，且会产生很多副产物，目前很难有一种高度集成的装置能够快速、高效地处理未知来源的工业废水。

目前，酸碱中和反应通常被作为处理污水的基本思路，但是单纯氧化还原反应并不能有效解决工业污废水净化问题，其中酸碱中和后产生的大量酸式/碱式盐的处理仍需单独设备和工序进行针对性处理，且受溶液浓度、酸碱度影响，难以在短时间内实现自动处理和收集，传统工序零散导致配套批量生产用连续工业污废水处理成为限制行业发展的关键问题，成本较高，效率较低，亟待解决短板问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有工业污水处理过程的弊端，提供一种基于废水酸碱去污的、多级过滤复合的工业污水回收装置，通过复合物理过滤方法、生物处理方法、化学反应方法，可以使未知来源的工业污废水在短时间内，以较少设备和较低成本实现连续、快速、高效的净化处理。

本发明的技术解决方案：一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，通过以下步骤实现：

第一步，一级物理过滤。首先将工业污废水从源头以连续流动的方式引入设备，通过多层具有不同吸附特性的过滤层/膜实现块状、絮状固体杂质的剔除，同时利用膜层可以有针对性去除部分颜色物质。

第二步，二级物理过滤。通过带有小空隙滤网的摇摆振动筛将溶液中的悬浮颗粒筛选出来，随后静置在箱体内部，实现固体颗粒物去除率98％以上。

第三步，化学-生物过滤。通过生物灭活剂的添加，将溶液中潜在含有的微生物或细菌进行灭活处理，为后续流体稳定反应提供酸碱度及温度平衡环境。

第四步，增温增压雾化处理。通过增压泵提供输入端高压，结合输送涵道内独特的双螺旋结构，实现短程、高速雾化准备，最终将高温高压流体输送进反应釜中。

第五步，氧还反应及冷凝系统。在反应釜内将高温高压的流体进行雾化处理，并结合系统内集成的酸碱液喷淋进行雾化状态反应，实现雾化状态氧化还原反应及蒸馏过程，实现物理相变、化学反应两级反应同步完成，最终得到净化后的工业废水及其可利用酸式盐/碱式盐颗粒物。

本发明的一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，包括一级物理过滤系统、二级物理过滤系统、化学-生物过滤系统、酸碱液分流系统、增温增压快速雾化涵道、酸碱蒸馏耦合反应釜。的一级物理过滤系统连接于二级物理过滤系统侧面靠上端开口部分，二级物理过滤系统横置，与化学-生物过滤系统通过并排的增压泵管道连接，输送管道端口均位于箱槽下部，的酸碱液分流系统置于化学-生物过滤系统的侧面下端，内含酸碱液分流阀门，受电控系统控制开闭动作，并与增温增压快速雾化涵道连接，最终将雾化后的酸碱液输送至酸碱蒸馏耦合反应釜中。

一级物理过滤系统由分级漏斗和多层过滤层组成，包括石棉过滤层、活性炭过滤层、明矾滤层，的分级漏斗口部呈倒锥形，内壁预留滤纸装夹结构，下部通过L形管道进行连接，石棉过滤层、活性炭过滤层、明矾滤层按照顺序依次分层叠放在竖直管道内。首先从工业污废水源引入稳定、连续流动的混合流体，经过分级漏斗汇流，逐级通过各层过滤层，石棉过滤层主要对大块及絮状杂质起过滤作用，活性炭过滤层由于具有较大比表面积，对明细大颗粒固体具有较强的吸附作用，明矾滤层则跟溶剂产生水解反应，进行悬浮物吸附。经过一级物理过滤系统过滤后的工业污废水流体，会去除较明显的固体杂质，为下一阶段二级物理过滤作预先准备。滤纸厚度保持在液体能够稳定顺利留出的程度，一般针对黏度较低的工业污废水，建议控制在10mm-15mm。

二级物理过滤系统由一级摇摆振动筛(大孔径)、二级摇摆振动筛(小孔径)、物理静置层、摇摆电机、电泵、输送管道组成。一级摇摆振动筛(大孔径)、二级摇摆振动筛(小孔径)呈叠放位置连接于箱体内壁，其上设置有小空隙矩阵排列的网格，一级摇摆振动筛(大孔径)网格孔径约为1mm，二级摇摆振动筛(小孔径)的孔径约为0.1-0.5mm，两级摇摆振动筛上下叠放，连接轴处设置有限位结构，限制旋转角度范围为-30°至30°，确保互不干涉，其动作由摇摆电机控制，摇摆电机需具有转向功能。经过一级过滤后溶液其中还含有一定质量分数的微小颗粒，通过不同孔径筛网振动后可实现颗粒去除率达到98％以上。随后停止振动，将经过二级过滤后的流体静置在箱体底部的物理静置层，再将静置流体通过电泵和输送管道输送至化学-生物过滤系统，电泵和输送管道设置在箱体外侧，根据流量需要选择电泵功率和输送管道排布方式，输送管道设计为变孔径管道，中间部位孔径较大，端头部位孔径较小，以实现增压效果。

化学-生物过滤系统包括储液箱体、搅拌桨、酸碱度指示仪探针、温度探针、化学静置层。储液箱体侧壁设置有纵向贯通式的酸碱度指示仪探针、温度探针，其在溶液注入过程中实时采集酸碱度信号和温度信号，并将PH值和温度信号值实时传递到信号处理器中，其底部设置有搅拌桨，受电机控制进行旋转运动。经过二级物理过滤后的工业污废水流体进入储液箱体中，加入生物灭活剂，例如四羟甲基硫酸磷、次氯酸盐或通入氯气，对溶液中的微生物进行灭杀，过程伴随搅拌桨旋转分散溶液浓度，使酸碱度指示仪探针和温度探针探测到的信号值稳定、真实。

随后，经过两级物理过滤和生物灭活过程的溶液经由酸碱液分流系统向后道工序流转。的酸碱液分流系统包括酸碱度温度处理系统和流道阀门自动选择系统，两系统的工作模式为，处理器接收溶液实时反馈的酸碱度信号和温度信号，按如下信号处理逻辑进行数据分析和动作判断：首先根据温度值判断阀门开闭，温度值小于等于50℃时选择阀门开启，超过50℃时选择两阀门闭合，闭合优先级高于两侧/单侧开启指令；再满足温度值指令前提下再根据PH值判断阀门开闭，0<PH≤7开启酸性阀门，7<PH<14开启碱性阀门，温度信号优先级高于酸碱度信号。在全过程中，温度信号优先级高于酸碱度信号。经过灭活剂作用，溶液温度会升高，超过一定范围会影响溶液酸碱度判断，通过搅拌桨作用既可以均匀化溶液，同时可以对流体温度进行稳定，保持信息采集的有效和准确。

的增温增压快速雾化涵道包括增压泵、输入端压力表、酸性涵道、碱性涵道、输出端压力表、加热线圈、大螺旋叶、小螺旋叶。灭活后的流体经增压泵输送到涵道系统，观察输入端压力表，根据流体黏度将压力调至指定要求，随后进入酸性涵道/碱性涵道中，涵道外侧设置有螺旋状覆盖缠绕的电加热线圈，以快速加热涵道内流体，涵道内部设置有错落间隔的大螺旋叶和小螺旋叶，基于平面形特斯拉阀的结构，利用螺旋缠绕结构，将大螺旋叶于涵道内壁紧密连接，小螺旋叶与涵道内壁间隙连接，保持部分空隙供流体经过，保证流体通过小螺旋叶时先产生分流，后经间隙留出与大螺旋叶的支流会和，对流体进行加速，螺旋结构使得加速周期重复进行，叠加初始高压，能够使流体加速到较高速度，基于平面特斯拉阀门原理，利用复合螺旋内置叶片设计三维空间流体增压系统，实现流体的快速增压。结合外侧加热线圈，流体流至涵道末端时可以具有较高温度和较高流速，为后续雾化作准备。

酸碱蒸馏耦合反应釜包括反应釜、电阻加热系统、雾化系统、酸碱液喷淋系统、蒸馏器、冷凝器。高温高压流体进入反应釜，首先由内置雾化系统将临界状态的流体进行雾化，雾化后的液体弥散分布在腔体内，由置于反应釜底部的电阻加热系统进行环境保温，后经由酸碱液喷淋系统依据工业污水酸碱度值喷洒对应酸碱液进行中和反应，发生弥散态氧化还原反应，酸碱液喷淋系统包括酸碱液储舱，舱体开闭选择由酸碱度指示仪探针反馈的酸碱度信号确定，一般其浓度需满足中和后的溶液PH值为7.0。最终反应产物为弥散态盐溶液，经蒸馏器分解为弥散态水和酸式/碱式盐，经冷凝器收集汇集为回收水，过程中酸式/碱式盐可进行化学沉淀或物理结晶，得到反应副产物。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明相较于现有技术，进行了工序优化和整合，通过设备集成实现了多级过滤处理以及多种过程复合的工业污水净化处理，极大提高了净化效率、经济效益，降低了处理成本，较大程度提高了工业污水处理自动化程度。

(2)本发明采用两级物理过滤装置，实现了从大尺寸块状、絮状固体杂质到小尺寸重金属盐颗粒、悬浮物等微小杂质的高比例过滤，同时使用多级的泵系统提高输送效率，较现有技术获得了更好的过滤质量。

(3)本发明利用高精度酸碱度指示仪和温度指示仪，并将其集成处理，综合信息优先级给出指令判断阀门开闭，并与最终反应釜内的酸碱喷淋系统联动，整个系统的闭环处理能够极大程度提高反应的灵敏性和准确性，大幅提高工业污水的净化效果。

(4)本发明提出的内置螺旋叶片增温增压涵道，能够利用结构提高流体流速和温度，使其具备短程快速达到雾化临界点的效果，降低雾化能耗并提高生产效率。

附图说明

图1为本发明基于废水酸碱去污的工业污水回收装置示意图A

图2为本发明基于废水酸碱去污的工业污水回收装置示意图B

图3为本发明一级物理过滤系统结构示意图

图4为本发明二级物理过滤系统结构示意图A

图5为本发明二级物理过滤系统结构示意图B

图6为本发明化学-生物过滤系统结构示意图

图7为本发明增温增压快速雾化涵道结构示意图

图8为本发明酸性/碱性涵道结构示意图

图9为本发明酸碱蒸馏耦合反应釜结构示意图

图中：1、一级物理过滤系统；1-1、分级漏斗；1-2、石棉过滤层；1-3、活性炭过滤层；1-4、明矾滤层；2、二级物理过滤系统；2-1、一级摇摆振动筛；2-2、二级摇摆振动筛；2-3、物理静置层；2-4、摇摆电机；2-5、电泵；2-6、输送管道；3、化学-生物过滤系统；3-1、储液箱体；3-2、搅拌桨；3-3、酸碱度指示仪探针；3-4、温度探针；3-5、化学静置层；4、酸碱液分流系统；4-1、酸碱度温度处理系统；4-2、流道阀门自动选择系统；5、增温增压快速雾化涵道；5-1、增压泵；5-2、输入端压力表；5-3、酸性涵道；5-4、碱性涵道；5-5、输出端压力表；5-6、加热线圈；5-7、大螺旋叶；5-8、小螺旋叶；6、酸碱蒸馏耦合反应釜；6-1、反应釜；6-2、电阻加热系统；6-3、雾化系统；6-4、酸碱液喷淋系统；6-5、蒸馏器；6-6、冷凝器。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例

一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，通过如下工艺方案实现工业污水酸碱去污及副产物回收再利用。采用基于多级过滤系统复合处理的工业污水回收装置，目标处理对象的具体参数如下：

(1)温度：15℃-30℃；

(2)领域：化工、矿业、机械、能源、生物、水处理等；

(3)流量：保持连续流动。

第一步，一级物理过滤。首先根据工业污水来源和流量状态选择合适管路将其引入锥形漏斗中，无序水流经锥形漏斗内壁汇聚向下，先后经过分级漏斗1-1上负载的石棉过滤层1-2、活性炭过滤层1-3、明矾滤层1-4，先后过滤工业污水中的块状、絮状固体杂质、大颗粒重金属盐固体、悬浮物等。经过石棉过滤层1-2后水流流速较注入速度降低，经过活性炭过滤层1-3流速继续降低至细股状，最终经明矾滤层1-4呈现出滴漏状，通过滤层孔隙率和厚度的选择，可以对流出状态进行调控。

第二步，二级物理过滤。经过一级物理过滤后，工业污废水中的明显大块污染物被大部分去除，但是此时液体中仍存在部分颗粒杂质，主要由无机盐类组成，通过单独滤层不足以完全去除。二级物理过滤通过小孔径筛网的摇摆和振动可以模拟过滤筛除动作从而将部分无机盐颗粒去除，通过静止沉淀将过滤后的酸碱废液隔离开。随后沉降在底层的过滤液将通过电泵2-5作用吸入到输送管道2-6中，输送到化学-生物过滤系统3中。

第三步，化学-生物过滤。经过两级物理过滤的滤液固体含量质量分数不超过2％。待注入液体达到储液箱体3-1内壁高度的2/3以上，往储液箱体3-1中加入生物灭活剂，启动底部的搅拌桨3-2，使储液箱体3-1中的溶液充分溶解反应，同步启动酸碱度分析系统，酸碱度指示仪探针3-3及时采集流入溶液的酸碱度值，温度探针3-4采集溶液温度值，将信号返回至酸碱度分析系统，当反应进行到无明显特征时(例如持续出现气泡、升温、变色等)，该过程一般持续约30min，即可进入后道分流工序。

第四步，酸碱液分流。待生物灭活过程进行到无明显反应特征时，酸碱液分流系统4将开始工作，其中温度探针反馈的指标值降至小于等于50℃时选择阀门开启；根据PH值判断酸式/碱式阀门开闭，PH位于0-7开启酸性阀门，位于7-14开启碱性阀门，温度信号优先级高于酸碱度信号。随后工业污废水进入增温增压快速雾化涵道5。

第五步，增温增压快速雾化。流体经增压泵5-1加压，进入涵道入口端，通过涵道侧面连接的输入端压力表5-2可以清楚看出此时流体的压力，可以根据需要调整流体压力。流体流入涵道内壁，首先经过大螺旋叶5-7端口进行分流成两股支流，其中一股支流将沿管道中间位置流动，另一股支流将绕过小螺旋叶5-8内侧缝隙，后与第一股支流汇聚，由于流体截面变化，当绕弯支流与主支流汇聚时，将会产生明显的加速效果，单周期内的加速距离等于大螺旋叶5-7的螺距，根据需要叠加管道长度即可叠加加速周期，从而使得最终从涵道出口端流出的液体达到很高的流速，此外，涵道外侧螺旋状缠绕的加热线圈5-6将会持续对涵道进行预热、保温，使涵道内的流体保持较高的温度，流体温度从入口端向出口端逐渐提高，最终在出口端达到溶液雾化临界值，出口端设置有输出端压力表5-5，可以参照输出端压力表5-5对增压泵5-1使用功率进行调节，其中的工艺参数包括起始压力、起始温度、涵道加速周期、末端压力、末端温度、末端涵道内径等，通过多种工艺参数的调试配合，可以使工业废水流体进行有效加速，最终获得雾化临界值，为后续反应状态作预备。

第六步，雾化酸碱反应再蒸馏。酸碱废液通过涵道加速后具备临界雾化条件，经雾化系统处理最终在进入反应釜内时呈现雾化态，此时酸碱液喷淋系统6-4喷洒出弥散状酸碱液，PH值依据生物灭活工序反馈的信号进行匹配，酸碱中和反应后，得到弥散状盐溶液，所得到的盐类根据电离程度不同可以分为易溶解和难溶解，部分难溶解盐类直接进入冷凝器6-6发生凝华反应得到盐类固体颗粒，易溶解盐溶液在蒸馏器6-5的蒸馏器作用下分解为水和结晶盐，最终得到净化后的处理水体和盐类颗粒，实现基于酸碱去污的工业污废水回收处理。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，其特征在于：包括一级物理过滤系统(1)、二级物理过滤系统(2)、化学-生物过滤系统(3)、酸碱液分流系统(4)、增温增压快速雾化涵道(5)、酸碱蒸馏耦合反应釜(6)，所述的一级物理过滤系统(1)连接于二级物理过滤系统(2)侧面靠上端开口部分，所述二级物理过滤系统(2)横置，与化学-生物过滤系统(3)通过并排的管道连接，管道端口均位于箱槽下部，所述的酸碱液分流系统(4)置于化学-生物过滤系统(3)的侧面下端，内含酸碱液分流阀门，受电控系统控制开闭动作，并与增温增压快速雾化涵道(5)连接，最终将雾化后的酸碱液输送至酸碱蒸馏耦合反应釜(6)中；

所述的增温增压快速雾化涵道(5)包括增压泵(5-1)、输入端压力表(5-2)、酸性涵道(5-3)、碱性涵道(5-4)、输出端压力表(5-5)、加热线圈(5-6)、大螺旋叶(5-7)、小螺旋叶(5-8)，待处理工业污水流体通过生物净化后经过增压泵(5-1)加压输送进酸性涵道(5-3)或碱性涵道(5-4)内，涵道由外侧螺旋覆盖的加热线圈(5-6)和内部复合螺旋叶片组成，内部螺旋叶片采用大小间隔设置，且小螺旋叶(5-8)与涵道内壁间隙连接，保持部分空隙供流体经过，基于平面特斯拉阀门原理，利用复合螺旋内置叶片设计三维空间流体增压系统，实现流体的快速增温增压；

所述的酸碱蒸馏耦合反应釜(6)包括反应釜(6-1)、电阻加热系统(6-2)、雾化系统(6-3)、酸碱液喷淋系统(6-4)、蒸馏器(6-5)、冷凝器(6-6)，雾化系统(6-3)将高温高压流体雾化处理，在反应釜(6-1)内形成弥散酸碱雾气，酸碱液喷淋系统(6-4)依据工业污水酸碱度值喷洒对应酸碱中和反应，待反应后将盐溶液输送至蒸馏器(6-5)进行蒸馏，最终进入冷凝器(6-6)得到净化水。

2.根据权利要求1所述的一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，其特征在于：所述的一级物理过滤系统(1)包括分级漏斗(1-1)、石棉过滤层(1-2)、活性炭过滤层(1-3)、明矾滤层(1-4)，所述的分级漏斗(1-1)口部呈倒锥形，内壁预留滤纸装夹结构，下部通过L形管道进行连接，所述石棉过滤层(1-2)、活性炭过滤层(1-3)、明矾滤层(1-4)按照顺序依次分层叠放在竖直管道内，滤纸厚度为10mm-15mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，其特征在于：所述的二级物理过滤系统(2)包括一级摇摆振动筛(2-1)、二级摇摆振动筛(2-2)、物理静置层(2-3)、摇摆电机(2-4)、电泵(2-5)、输送管道(2-6)，所述的一级摇摆振动筛(2-1)由矩阵排列的网格组成，网格孔径为1mm，二级摇摆振动筛(2-2)的孔径为0.1～0.5mm，两级摇摆振动筛上下叠放，摇摆动作依靠同步摇摆电机(2-4)控制，确保互不干涉，摇摆幅度为-30°～+30°，所述的物理静置层(2-3)位于二级物理过滤系统(2)箱体下部，所述电泵(2-5)将物理静置层(2-3)中的工业污水通过并排的输送管道(2-6)输送到化学-生物过滤系统(3)。

4.根据权利要求1所述的一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，其特征在于：所述的化学-生物过滤系统(3)包括储液箱体(3-1)、搅拌桨(3-2)、酸碱度指示仪探针(3-3)、温度探针(3-4)、化学静置层(3-5)，所述储液箱体(3-1)底部置有搅拌桨(3-2)，将生物灭活溶剂混合进储液箱体(3-1)，启动搅拌桨(3-2)进行充分溶解反应，所述的酸碱度指示仪探针(3-3)和温度探针(3-4)实时采集储液箱体(3-1)内工业污水的酸碱度和温度信号传递给处理器，等待充分反应后将溶液置于储液箱体(3-1)底部的化学静置层(3-5)，等待处理器的信号反馈。

5.根据权利要求4所述的一种用于工业污水中废水酸碱去污的回收装置，其特征在于：所述的酸碱液分流系统(4)包括酸碱度温度处理系统(4-1)和流道阀门自动选择系统(4-2)，两系统的工作模式为，将溶液的酸碱度信号和温度信号实时反馈至处理器，信号处理逻辑如下：根据温度值选择阀门开闭，温度值小于等于50℃时选择阀门开启；根据PH值判断阀门开闭，0<PH≤7开启酸性阀门，7<PH<14开启碱性阀门，温度信号优先级高于酸碱度信号。