CN206278945U

CN206278945U - 一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置

Info

Publication number: CN206278945U
Application number: CN201621097482.8U
Authority: CN
Inventors: 黄仕元; 陈旺明; 王艳辉
Original assignee: University of South China
Current assignee: University of South China
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2026-10-03

Abstract

本实用新型公开了一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置，该装置包括高电压控制装置，蒸发器，回流空气进风风机，回流空气排风风机，循环泵，换热器，冷凝器。本实用新型的特点是高盐废水经过换热器加热到较低温度，热的高盐废水以雾状或水滴状喷洒在蒸发器的多孔性填料上发生相变和进行热交换，水蒸气经过排风风机形成回流热空气，在冷凝器中冷凝成液态水，并对下一级高盐废水加热，实现能量循环；冷凝空气则由进风风机回流至蒸馏器中进入下一次循环；此外在蒸发室内设有高电压装置，在填料层之间形成高压静电场，此时水的内部结构发生变化，加快水份挥发和能量传递，提高了高盐废水的浓缩和结晶效率。

Description

一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置

技术领域

本实用新型应用于高盐度污废水浓缩的技术领域，即将高压静电场技术与气液接触蒸发技术联合应用于高盐度废水浓缩的一种新技术。

背景技术

常规的含盐废水处理技术主要有膜分离技术（简称膜法）与热浓缩技术（简称热法）。膜法(如纳滤、微滤、超滤、反渗透)处理含盐废水，需要协同加入杀菌剂、还原剂、防腐剂等药剂，不仅会引入二次污染物，而且系统本身将产生大量更高盐含量的浓水。此外，膜分离技术还存在占地面积大、投资费用及运行费用高等问题。热法是将含盐废水通过外加热源进行蒸发浓缩、结晶分离，从而实现回收冷凝水、最大减量化的目的，但该技术需要外加热源，能耗高，处理成本高，难以广泛应用。近年来，国内外学者积极探究含盐废水处理新技术，如机械蒸汽再压缩技术（MVR），该技术的主要优势在于仅在冷启动时引入热源（可以采用蒸汽、也可采取电加热措施）加热原液产生蒸汽，然后用风扇压缩使蒸汽获得额外能量，再利用压缩蒸汽的潜热加热液体继续产生蒸汽，并成为下一循环的热源，在运行过程中不需要额外的热源。在汽-液热交换过程中，加热蒸汽被冷凝成冷凝水后收集，经多级蒸发浓缩后的浓缩液从蒸发器底部排出或进一步结晶提纯等。该技术及产品具有运行稳定，资源回收率高、占地面积小、清洁环保、不需要添加药剂等优势，但该技术需要压缩机和蒸汽、能耗和处理成本仍然偏高等缺点。

高压静电场技术近些年来应用较广泛，大量应用于各个领域，尤其在食品干燥，水处理和生理学领域内的应用较为突出，其中在食品干燥领域，利用高压静电场技术可以促进水分蒸发的特性，应用于热敏性物料的干燥，效果显著；在水处理领域，将高压静电场技术应用于循环冷却水等热水循环管道中的阻垢性能研究，发现高压静电技术具有良好的阻垢性能；在生理学研究领域，徐洪斌，张桂生等大批学者专家发现高压静电场影响微生物的生理活动较强，在一定强度和时间下，具有杀菌灭藻作用的综合效应。

该实用新型利用高压静电场技术与气液接触蒸发技术进行联合应用，相比传统的蒸发装置，可使加快水分蒸发，降低能耗，实现能量多级利用，且无污染，在很大程度上可以节约能源和成本。

发明内容

为了克服传统热法处理高盐废水的的高能耗，高成本，低效率的不足之处，本实用新型提供了一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水技术。将高压静电场技术和气液接触法联合应用于高盐废水的浓缩，与传统的热法相比，其它热法（多级闪蒸法，低温多效，MVR等），在同等条件下，可以提高浓缩效率，节约能耗，实现能量多级利用，且无污染，在很大程度上可以节约能源和成本。

本实用新型所采用的技术方案是高盐度废水经过外加热源（废热、余热、太阳能及电加热等热源）加热到较低温度（50-70^oC），高盐废水通过配水管（带有喷头）以水滴状均匀喷洒在气液接触蒸发室内的多孔性填料上，多孔性材料的比表面积大，便于气液两相进行热交换和相变；在填料表面和间隙中，水蒸气进行挥发，同时实现能量交换，在风机机械排风的条件下，热水蒸气和空气的混合气体形成回流热空气，在冷凝器中进行第二次热交换，热蒸气作为热媒介质对下一级高盐废水进行加热，实现对能量的重复利用，水蒸气冷凝成液态水，冷凝水由冷水排水管排出；冷凝后的空气回流至蒸馏器中，进行下一次循环；同时在蒸发室的填料层之间设计高压针极板形成高压静电场，在高压静电场下，水的内部结构发生变化，水份更易挥发，可以加快废水的浓缩效率，以达到节能增效的目的。

上述所说的高压静电场式气液接触蒸发器包括配水装置，气液接触蒸发场所（包括填料层和承托层），浓盐水收集槽，高压静电场发生控制装置，回流空气循环装置。

上述所说的配水装置是将一次预热高盐废水均匀地配送至有多孔性材料制成的填料层上，其中进水管采用穿孔管均匀配水，进水端设置电子流量计和在线监测流量计，配水端采用喷头配水，使一次预热高盐废水以水滴的形式均匀地散在填料层上。

上述所说的气液接触蒸发场所（包括填在填料空隙和表面），水会在填料间之间的空隙形成水膜，在回流空气进风风机和排风风机的机械排风作用下，快速的空气穿过水膜时，水膜破裂，并在水膜形成与破坏的循环过程中，水分更易形成水蒸气；同时在蒸发器蒸馏室与多孔性填料层之间的高压电极板形成高压静电场，在高压静电场下，水的内部结构发生变化，水份更易挥发，可以加快高盐水的浓缩效率。

上述所说的回流空气循环装置是指蒸发的水蒸气与空气形成的混合气体在进风风机和排风风机的机械排风作用下，在冷凝器中进行第二次热交换，热水蒸气作为热媒对下一级高盐废水进行加热，水蒸气冷凝成液态水，空气回流至蒸馏室中，进入下一次循环。

上述所说的气液接触蒸发场所（包括填料层和承托层）是指水蒸气与废水液面进行热量交换和水发生相变的场所，其中填料层由多孔性轻质材料制成，材料的孔隙率大，疏水性强，密度小，吸附性能差等特点，例如无烟煤，陶粒，新型复合型混凝土板等均可作为填料层；承托层主要是对填料层起支撑作用，同时作为浓盐水和回流空气的通道（孔板），承托层可由轻质聚乙烯塑料板或其它质轻、强度高和绝缘性能良好的材料制成，承托层上均匀布满孔洞。

上述所说的浓盐水收集装置是指高盐废水在填料层上完成水分挥发和能量交换后，产生的浓盐废水穿过承托层，在浓盐废水集水槽中收集，通过排水管排出，排水管上安装在线监测流量计。

上述所说的高压静电场发生装置，包括高压电发生装置，针电极板（负极）和铜网电极板（正级）构成。针电极板（负极）设置在距离喷头上方3-5cm处，喷头距离填料层上表面5-8cm；铜网电极板（正级）设置在填料层中间以下位置，填料层厚度宜为10-20cm,极板间间距宜控制在10-15cm。

以上所述的新技术与现有技术相比,本实用新型将低温多效，高压电技术及气液接触蒸发技术进行联合运用，相比传统的热法浓缩技术，可以提高浓缩效率，降低能耗，达到节能增效的目的。

附图说明

图1为本实用新型所涉高压静电场式气液接触蒸发高盐废水浓缩装置原理图。

其中图1，1-高电压转换控制装置，1a-220V交流电压接触端，1b-直流高压负极输出端，1b’-直流高压正极输出端。

2-高压静电场式气液接触蒸发器，2a-针电极板，2a’-铜网电极，2b-高盐热废水进水口，2b’-高盐废水出水口，2c-回流空气蒸发器入口，2c’-回流空气蒸发器出口，2d-浓缩盐水排放口，2e-高盐废水进配水管，2f-填料层，2g-承托层，2h-浓海水收集槽，2i-高盐废水入口。

3-回流空气进风风机，3’-回流空气排风风机，3c-回流空气风机入口，3c’-回流空气风机出口。

4-高盐废水循环泵；5-换热器，5a-换热器废水入口，5a’-换热器废水出口，5b-热源入口，5b’-热源出口。

6-冷凝器，6a-回流空气冷凝器入口，6a’-回流空气冷凝器出口，6b-下一级高盐废水冷凝器入口，6b’-下一级高盐废水冷凝器出口，6c-冷凝水排水口。

7-热源循环回流管道；8-回流空气管道；9-高盐废水回流管道；10-下一级高盐废水回流管道；11-冷凝水排水管。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。所述的一种高压静电场式气液接触蒸发高盐废水浓缩装置，该装置包括高电压转换控制装置（1），高压静电场式气液接触蒸发器（2），回流空气进风风机（3），流空气排风风机（3’），高盐废水循环泵（4），换热器（5），冷凝器（6），热源循环回流管道（7），回流空气管道（8），高盐废水回流管道（9），下一级高盐废水回流管道（10），冷凝水排水管（11）。

所述高电压转换控制装置（1）包括220V交流电压接触端（1a），直流高压负极输出端（1b），直流高压正极输出端（1b’）；

所述高压静电场式气液接触蒸发器（2）包括针电极板（2a），铜网电极（2a’），高盐热废水进水口（2b），高盐废水出水口（2b’），回流空气蒸发器入口（2c），回流空气蒸发器出口（2c’），浓缩盐水排放口（2d），高盐废水进配水管（2e），填料层（2f），承托层（2g），浓海水收集槽（2h），高盐废水入口（2i）；

所述换热器（5）包括换热器废水入口（5a），换热器废水出口（5a’），热源入口（5b），热源出口（5b’）；其中冷凝器（6）包括回流空气冷凝器入口（6a），回流空气冷凝器出口（6a’），下一级高盐废水冷凝器入口（6b），下一级高盐废水冷凝器出口（6b’），冷凝水排水口（6c）。

本实用新型所实现的方式是高盐度废水通过高盐废水入口（2i）进入到高压静电场式气液接触蒸发器（2）的浓海水收集槽（2h），进水达到指定水位后，关闭进水阀门；开启高盐废水循环泵（4）及高盐废水回流管道（9）的阀门，高盐废水在换热器（5）经过外加热源（废热、余热、太阳能及电加热等热源）加热到较低温度（50-70^oC）后，高盐热废水通过高盐热废水进水配水管（2b）（带有喷头）以水滴状均匀喷洒在气液接触蒸发室内的多孔性填料层（2f）上，在填料表面和间隙中，水蒸气进行挥发，同时实现能量交换，在回流空气进风风机（3）和回流空气排风风机（3’）的机械排风条件下，热水蒸气和空气的混合气体形成回流热空气，在冷凝器（6）中进行第二次热交换，热蒸气作为热媒介质对下一级高盐废水进行加热，实现对能量的重复利用，水蒸气冷凝成液态水，冷凝水由冷凝水排水口（6c）排出；冷凝后的空气由回流空气管道（8）回流至蒸发器（2）中，进行下一次循环；同时在蒸发室的填料层（2f）之间设有高压针极板形成高压静电场，在高压静电场下，水的内部结构发生变化，水份更易挥发，可以加快废水的浓缩效率，以达到节能增效的目的。

具体地，上述中的填料层（2f）上水分蒸发具体实现方式是在填料空隙和表面，水会在填料间之间的空隙形成水膜，在回流空气进风风机（3）和回流空气排风风机（3’）地机械排风作用下，快速的空气穿过水膜时，水膜破裂，并在水膜形成与破坏的循环过程中，增加了水分的比表面积，水分更易形成水蒸气挥发。

具体地，上述中的高压静电场发生装置是指在蒸发器蒸馏室上部（气相）中设有针电极板（2a）与多孔性填料层（2f）中的铜网电极（2a’）之间形成高压静电场，在高压静电场下，水的物化性质发生变化，水份更易挥发，可以加快废水的浓缩效率。

具体地，上述所说的回流空气进风风机（3）和回流空气排风风机（3’）的目的：一方面是将蒸发的水蒸气与空气形成的湿空气快速地运送到冷凝器（5）中进行第二次热交换，热水蒸气作为热媒对下一级高盐废水进行加热，水蒸气冷凝成液态水后，再将“干”空气回运送至蒸馏室中，进入下一次循环，可以加快热量传递效率；另一方面风机可以破坏填料层上的水膜，加快水份的蒸发效率。

具体地，上述所说的冷凝器（6）相当于下一级蒸发装置的换热器，循环的回流热空气相当于循环热源，对下一级蒸发器中的高盐废水进行加热，冷凝器中高盐废水与湿热空气的输送方向相反，冷凝器（6）高盐废水的出口端与下一级蒸发器的高盐热水进水口（2b）相连，冷凝器（6）高盐废水的进口端与下一级蒸发器的高盐热水出水口（2b’）相连。

Claims

1.一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置，其特征是该装置包括高电压转换控制装置（1），高压静电场式气液接触蒸发器（2），回流空气进风风机（3），流空气排风风机（3’），高盐废水循环泵（4），换热器（5），冷凝器（6），热源循环回流管道（7），回流空气管道（8），高盐废水回流管道（9），下一级高盐废水回流管道（10），冷凝水排水管（11）。

2.根据权利要求1所述的一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置，其特征是上述高电压转换控制装置（1）中220V交流电压接触端（1a）接220V交流电，直流高压负极输出端（1b）与高压静电场式气液接触蒸发器（2）的针电极板（2a）的外接触端连接，其中针电极及导线均采用铜制导体，针电极及电极棒外包面均采用聚四氟乙烯材料包裹，直流高压正极输出端（1b’）与铜网电极（2a’）的外接触端连接，并且正极端需要接地连接，正负极板之间之间形成负高压；高电压转换控制装置（1）还可以显示回路电压和电流值。

3.根据权利要求1所述的一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置，其特征是上述高压静电场式气液接触蒸发器（2）中高盐热废水进水口（2b）与换热器废水出口（5a’）连接，高盐废水出水口（2b’）与高盐废水循环泵（4）的进水口连接；回流空气蒸发器入口（2c）与回流空气进风风机（3）的排风口连接，回流空气蒸发器出口（2c’）与流空气排风风机（3’）的排风口连接；浓缩盐水排放口（2d）与高盐废水入口（2i）共用一个进水口，且在进水口处均安装电动阀门，通过三通连接浓缩盐水排放管和高盐废水进水管。

4.根据权利要求1所述的一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置，其特征是上述回流空气进风风机（3）的回流空气进风风机入风口（3c）通过回流空气管道（8）与冷凝器（6）中的回流空气冷凝器出口（6a’）连接，回流空气排风风机（3’）的回流空气进风风机排风口（3c）通过回流空气管道（8）与冷凝器（6）中的回流空气冷凝器入口（6a）连接。

5.根据权利要求1所述的一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置，其特征是上述换热器（5）中的热源入口（5b）及热源出口（5b’）与热源循环回流管道（7）首位连接，其中热源为废热、太阳能产生的热媒及电加热。

6.根据权利要求1所述的一种高压静电场式气液接触蒸发浓缩高盐废水装置，其特征是上述冷凝器（6）中的下一级高盐废水冷凝器出口（6b’）及下一级高盐废水冷凝器入口（6b）通过下一级高盐废水回流管道（10）首位进行连接，下一级高盐废水通过与回流空气的热交换，得到加热后作为下一级高盐热废水，与下一级蒸发器(2)的热废水进水口（2b）相连接；回流空气中含有大量的水蒸气在冷凝器（6）中冷凝形成蒸馏水由冷凝水排水口（6c）收集，再由冷凝水排水管（11）排出。