CN212504418U - 一种高盐废水的盐水分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高盐废水的盐水分离装置，包括高压泵、水汽混合器、结晶器、储盐池和加热装置；所述高压泵的输入端连接有高盐废水的输出口，高压泵的输出端与加热装置的入口连通，加热装置的出口与水汽混合器的入口连通；所述的结晶器沿垂直方向设置在水汽混合器的下方，结晶器的入口位于结晶器的上表面，结晶器的入口与水汽混合器的出口连通，结晶器出口的下方连接有储盐池，结晶器的一侧设置有开口。本实用新型利用盐溶液在临界区大的过饱和度使盐水体系获得了很大的晶体生长速率以及高的脱盐率，从而大幅降低了脱盐过程的能耗，具有较好的经济性，具有结晶速率快、盐晶体脱除率高的优势。

Description

一种高盐废水的盐水分离装置

技术领域

本实用新型涉及盐水分离技术领域，具体为一种高盐废水的盐水分离装置。

背景技术

高盐废水是指总含盐质量分数至少1％的废水。目前行业内普遍使用蒸发浓缩、蒸馏结晶、热力焚烧等脱盐技术来处理高盐废水实现盐和水分离，所用的装置以蒸发器、储液罐和焚烧炉为主。

然而这些脱盐设备普遍存在盐结晶速率慢、投资高、能耗成本高等问题，这严重制约了高盐废水中盐和水分离的经济性，使得废水治理的成本高昂。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种高盐废水的盐水分离装置，可实现氯化钠、硫酸钠等可溶性无机盐和水的高效分离，降低了成本。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种高盐废水的盐水分离装置，包括高压泵、水汽混合器、结晶器、储盐池和加热装置；

所述高压泵的输入端连接有高盐废水的输出口，高压泵的输出端与加热装置的入口连通，加热装置的出口与水汽混合器的入口连通；

所述的结晶器沿垂直方向设置在水汽混合器的下方，结晶器的入口位于结晶器的上表面，结晶器的入口与水汽混合器的出口连通，结晶器出口的下方连接有储盐池，结晶器的一侧设置有开口。

优选的，所述的结晶器为圆柱形，结晶器的中心设置有沿垂直方向的圆柱形的内筒，内筒的上端与结晶器的入口平齐，内筒的高度小于结晶器。

进一步，所述内筒的横截面为结晶器横截面面积的20％-70％，内筒的高度为结晶器高度的30％-70％。

再进一步，所述内筒和结晶器的内壁之间设有孔径为0.1-1.0mm的过滤板，所述的过滤板位于结晶器的开口处。

优选的，所述结晶器的出口连接有一个过渡管，该过渡管通过第一连接管道与储盐池连接。

优选的，所述结晶器设置有开口的一侧安装有旋液分离器，旋液分离器的一侧与结晶器的开口连通，旋液分离器的下方连接有底流罐，旋液分离器的顶部设置有开口。

进一步，所述的旋液分离器和底流罐通过第二连接管道相连。

再进一步，所述旋液分离器的开口依次连接有换热器和换压设备。

再进一步，所述的储盐池和底流罐均与闪蒸器连接。

进一步，储盐池和底流罐的出口均与冷却器的输入端连接，冷却器的输出端与闪蒸器的输入端连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种高盐废水的盐水分离装置，利用水的临界特性进行脱盐，高压泵的输入端连接有高盐废水的输出口可提升高盐废水的压力，达到高盐废水的临界区域对应的压力，之后高压泵的输出端与加热装置的入口连通，可继续将高盐废水进行预热，加热装置的出口与水汽混合器的入口连通，这样高温高压的水相，即超临界水或过热蒸汽在水汽混合器中可与高盐废水混合来达到快速升温的目的，沿垂直方向设置的结晶器的入口与水汽混合器的出口连通，这样结晶器为高盐废水结晶及晶体生长提供场所，由于结晶器出口的下方连接有储盐池，大颗粒的盐晶体在重力作用下可从结晶器下部沉降到储盐池中，达到了低能耗和快速高效地实现盐水分离的目的。本实用新型不同于常规蒸发结晶通过减少溶剂达到过饱和，而是类似于冷冻结晶，利用盐溶液在临界区大的过饱和度使盐水体系获得了很大的晶体生长速率以及高的脱盐率，从而大幅降低了脱盐过程的能耗，具有较好的经济性。该装置具有结晶速率快、盐晶体脱除率高的优势，为降低高盐废水治理成本提供了一种新的方案。

进一步的，在结晶器的中心设置沿垂直方向有圆柱形的内筒，内筒的上端与结晶器的入口平齐，内筒的高度小于结晶器，这样内筒对进入结晶器的高盐废水起到折流作用，以延长废水的停留时间，确保过饱和的盐溶液具有足够的结晶及晶体生长时间，升压升温后的高盐废水从内筒上端引入临界结晶部分，在内筒中析晶生长，从内筒下端流出后可在结晶器下部空间内进一步长大，提高了盐晶体的脱除率。

进一步的，结晶器的一侧安装旋液分离器，旋液分离器的下方连接底流罐，旋液分离器的顶部设置有开口，这样水相夹带的小颗粒盐晶体可被旋液分离器富集到底流中后最终储存在底流罐中，而旋液分离器的顶端的流体则得到高温高压的脱盐水，提高了盐晶体和水的分离率。

进一步的，旋液分离器的开口依次连接换热器和换压设备，这样盐水两相分离后脱盐水中的热能和压力能也能实现回收，节约了资源和成本。

进一步的，储盐池和底流罐均与闪蒸器连接，闪蒸器将这两个容器中的包含盐晶体的盐浆进行闪蒸，以获得无机盐产品和水蒸气，实现了完全的盐产品和水分离。

附图说明

图1为本实用新型所述高盐废水的盐水分离装置示意图。

图中：1-高压泵，2-水汽混合器，3-内筒，4-结晶器，51-第一连接管道，52-第二连接管道，53-第三连接管道，6-储盐池，7-旋液分离器，8-底流罐，9-换热器，10-换压设备，11-冷却器，12-闪蒸器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型一种高盐废水的盐水分离装置，脱盐原理是利用可溶性无机盐在水的临界区域溶解度急剧降低的原理实现可溶性无机盐的快速结晶，如图1所示，包括高压泵1、水汽混合器2、结晶器4、储盐池6和加热装置。

高压泵1的输入端连接有高盐废水的输出口，高压泵1的输出端与加热装置的入口连通，加热装置的出口与水汽混合器2的入口连通；结晶器4沿垂直方向设置在水汽混合器2的下方，结晶器4的入口位于结晶器4的上表面，结晶器4的入口与水汽混合器2的出口连通，结晶器4出口的下方连接有储盐池6，结晶器4的一侧设置有开口。

进一步而言，具体包括升压升温部分、临界结晶部分、盐水相分离部分、脱盐水后处理部分和盐浆后处理部分，其中临界结晶部分和盐水相分离部分是装置的核心，其他部分可根据原料废水的特性及处理需求进行调整。

升压升温部分的作用是将高盐废水原料升压升温到水的临界区域，使水中盐含量达到过饱和状态。该部分主要包括高压泵1和加热设备，其中废水的升温可以由单个或多个设备完成。优选的方案是预热器和汽水混合器2的组合。具体流程是升压之后的高盐废水先在预热器中由脱盐水预热，然后与高温高压的水相(超临界水或过热蒸汽)在水汽混合器2中混合来达到快速升温的目的。

升压升温部分的下游是临界结晶部分，它包括结晶器4和储盐池6，结晶器4上端通过管道或法兰与升压升温部分的汽水混合器2出口连接，结晶器4下端与储盐池6间借助第一连接管道51连通，可借助高压阀门控制管道的连通状态。结晶器4是一个圆柱形的高压容器，为高盐废水结晶及晶体生长提供场所。结晶器4的优选设计方案是在圆柱状容器内的中心配置一条中空的内筒3，内筒3上端与结晶器4进水口结合，下端在结晶器4下部悬空。内筒3对进入结晶器4的高盐废水起到折流作用，以延长废水的停留时间，确保过饱和的盐溶液具有足够的结晶及晶体生长时间。升压升温后的高盐废水从内筒3上端引入临界结晶部分，在内筒3中析晶生长，从内筒3下端流出后在结晶器4下部空间内进一步长大。大颗粒的盐晶体在重力作用下从结晶器4下部经一个的过渡管和第一连接管道51最终沉降到储盐池6中。析盐后的水相由结晶器4下部经内筒3和结晶器4内壁间的环形通道流到结晶器4上部后，经结晶器4的出口和第三连接管道53排出结晶器4。

结晶器4配置的中空内筒3，其横截面积与结晶器4横截面积的百分比为20％-70％，一般为40％；其高度与结晶器4高度的百分比为30％-70％，一般为50％。中空内筒3横截面积与结晶器4横截面积的百分比，以及中空内筒3高度与结晶器4高度的百分比，这两个参数使液体在结晶器4内有充足的停留时间。

临界结晶部分的下游是盐水相分离部分，其作用是将水相中夹带的部分小颗粒盐晶体捕集下来，以降低脱盐水产品的盐含量。结晶器4设置有开口的一侧安装有旋液分离器7，旋液分离器7的一侧与结晶器4的开口连通，盐水相分离部分包括旋液分离器7(当对分离效果有更高要求时，可在旋液分离器7后端配置若干个串联的旋液分离器组，一般2个即可)和底流罐8，旋液分离器7和底流罐8之间通过第二连接管道52相连，可借助高压阀门控制管道的连通状态。水相夹带的小颗粒盐晶体被旋液分离器7富集到底流中后最终储存在下部的底流罐8中，而旋液分离器7的顶端的流体则得到高温高压的脱盐水。

脱盐水后处理部分包含旋液分离器7开口依次连接的换热器9和换压设备10，其作用是回收脱盐水中的热能和压力能，配置顺序是先换热后换压，这样能保证流体的压力稳定。优选的设备配置是高压管壳式换热器以及正位移式能量回收装置。

盐浆后处理部分包括闪蒸器及相应的配套附件。闪蒸器12通过管道与冷却器11与储盐池6及底流罐8连接，其作用是将两个容器中的包含盐晶体的盐浆进行闪蒸，以获得无机盐产品和水蒸气。

本装置的处理对象为100g/L±50g/L高盐废水，当浓度小于50g/L时需使用反渗透技术进行浓缩，以提高工艺的经济性。废水中无机盐的组分没有特殊要求，同时为保证无机盐产品的品质，水中COD越低越好，有利于提高结晶盐晶体的品质，包括粒度和色度等。若废水中COD值超过500mg/L时，需要通过预处理工艺降低COD值，以保证最终产品的品质。

高盐废水经升温升压操作后热力学状态处于临界区域(温度为250-400℃，压力为10-25MPa)，优选的热力学参数为320±30℃，15±5MPa，具体温度和压力值的选择需要根据无机盐种类、脱盐要求及设备特性进行调整，一般以硫酸钠和氯化钠为代表。

脱盐反应装置可以连续操作也可以间歇操作。特殊情况下结晶器4析盐后的水相中的固体颗粒较小，可以在结晶器4的内壁和内筒3的环形流道上设置烧结金属的过滤板，其孔径为0.10-1.0mm，过滤板位于结晶器4的出口处，借助其过滤作用替代后续的盐水相分离部分。

当脱盐装置的流动阻力增加到一定值后进行周期性的清洗操作，将进水端的三通阀门由高盐废水切换至去离子水，开启加热设备的旁路管线的阀门，借助低温去离子水溶解结晶部分和相分离部分的沉积盐后，将废水排出，实现清洗操作。

本装置脱盐的工艺过程是先在升压升温部分使高盐废水原料达到近临界状态(温度为250-400℃，压力为10-25MPa)，其中无机盐具有很大的过饱和度。随后高盐废水在临界结晶部分发生结晶和晶体生长，大颗粒的盐晶体在重力作用下沉积到储盐池6中，小颗粒的盐晶体被水相夹带经环形通道由结晶器4上部排出。水相夹带的小颗粒盐晶体在相分离部分被旋液分离器7富集到底流罐8中，顶流即为高温高压的脱盐水。该水相在后处理部分经换热和换压操作后，即为最终脱盐水产品。储盐池6和底流罐8中收集的盐浆借助后处理部分的冷却器11降温后，在闪蒸器12内减压闪蒸获得无机盐产品。

实施例1

将浓度为120g/L的硫酸钠溶液在升压升温部分加压加热到21MPa、280℃，然后在水汽混合器2中与400℃的过热蒸汽快速混合后喷入结晶器4发生冲击结晶，混合体系的温度和压力控制在320±20℃和18-20MPa此时硫酸钠的溶解度约为50mg/L。硫酸钠晶体在结晶器4内快速结晶析出，并随着水相的流动长大团聚。其中大部分的晶体颗粒由于重力作用而沉降到结晶器6底部，小部分小颗粒晶体被水相夹带进入后续的旋液分离器7，经旋液分离器7进一步分离纯化后的脱盐水盐含量可控制在100mg/L以下。在后处理部分脱盐水先在换热器9内与高盐废水原料换热，然后经背压阀泄压即得最终的产品水。

实施例2

将浓度为120g/L的氯化钠溶液在升压升温部分加压加热到21MPa、280℃，然后在辐射管加热器内快速升温至400℃后引入结晶器4发生冲击结晶，混合体系的温度和压力控制在320±20℃和18-20MPa此时氯化钠的溶解度约为150mg/L。过饱和的氯化钠溶液在结晶器4内快速结晶析出，晶体随水相流动而长大团聚。结晶器4内壁和筒体3之间的环形通道上设置有烧结金属的过滤板，水相中夹带的无机盐晶体颗粒被烧结金属的过滤板捕获阻隔，而水相则透过烧结金属过滤器上的滤饼后排出结晶器4，如此实现了盐水两相的分离。待装置的流动阻力上升后，将进料由氯化钠溶液切换至去离子水，同时打开升压升温部分的清洗旁路，并截断结晶器下部联通管道上的高压阀门，进行装置的清洗操作。实验完成后，将储盐池6中浆料进行后处理，首先在冷却器11中将浆料冷却至120-140℃然后在高压闪蒸器内将氯化钠浆料闪蒸，最终在储盐池6内获得氯化钠的晶体产品。出结晶器4的脱盐水在后处理部分经降温减压后即为脱盐水产品。

实施例3

来自生产现场的浓度为50g/L的氯化钠和硫酸钠盐溶液经反渗透浓缩至120g/L，然后经升压升温至25MPa和270℃的热状态。将此盐溶液按3:1的质量比与400-450℃的过热蒸汽快速混合后经中空的内筒3喷入结晶器4，混合液在内筒3内经充分换热后氯化钠和硫酸钠快速析出形成无机盐晶体和脱盐水的两相混合物，大部分无机盐晶体在重力作用下由结晶器4下部经第一连通管道51沉积到储盐池6中。脱盐水夹带少量无机盐颗粒流入下游的旋液分离器7，经进一步分离净化后，由旋液分离器7顶流口外排。旋液分离器7分离的无机盐晶体最终收集到底流罐8中。外排的脱盐水作为加热高盐废水原料的热源，并最终经换压后成为脱盐产品水。待实验完成后，分别将储盐池6和底流罐8中的无机盐浆料导入到闪蒸器12中闪蒸，所得蒸汽与去离子水混合后作为超临界水的原料，所得无机盐晶体即为高盐废水的盐产品。

Claims (10)

1.一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，包括高压泵(1)、水汽混合器(2)、结晶器(4)、储盐池(6)和加热装置；

所述高压泵(1)的输入端连接有高盐废水的输出口，高压泵(1)的输出端与加热装置的入口连通，加热装置的出口与水汽混合器(2)的入口连通；

所述的结晶器(4)沿垂直方向设置在水汽混合器(2)的下方，结晶器(4)的入口位于结晶器(4)的上表面，结晶器(4)的入口与水汽混合器(2)的出口连通，结晶器(4)出口的下方连接有储盐池(6)，结晶器(4)的一侧设置有开口。

2.根据权利要求1所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述的结晶器(4)为圆柱形，结晶器(4)的中心设置有沿垂直方向的圆柱形的内筒(3)，内筒(3)的上端与结晶器(4)的入口平齐，内筒(3)的高度小于结晶器(4)。

3.根据权利要求2所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述内筒(3)的横截面为结晶器(4)横截面面积的20％-70％，内筒(3)的高度为结晶器(4)高度的30％-70％。

4.根据权利要求2所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述内筒(3)和结晶器(4)的内壁之间设有孔径为0.1-1.0mm的过滤板，所述的过滤板位于结晶器(4)的开口处。

5.根据权利要求1所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述结晶器(4)的出口连接有一个过渡管，该过渡管通过第一连接管道(51)与储盐池(6)连接。

6.根据权利要求1所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述结晶器(4)设置有开口的一侧安装有旋液分离器(7)，旋液分离器(7)的一侧与结晶器(4)的开口连通，旋液分离器(7)的下方连接有底流罐(8)，旋液分离器(7)的顶部设置有开口。

7.根据权利要求6所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述的旋液分离器(7)和底流罐(8)通过第二连接管道(52)相连。

8.根据权利要求6所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述旋液分离器(7)的开口依次连接有换热器(9)和换压设备(10)。

9.根据权利要求6所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，所述的储盐池(6)和底流罐(8)均与闪蒸器(12)连接。

10.根据权利要求9所述的一种高盐废水的盐水分离装置，其特征在于，储盐池(6)和底流罐(8)的出口均与冷却器(11)的输入端连接，冷却器(11)的输出端与闪蒸器(12)的输入端连接。

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