CN218089250U - 一种基于水源热泵的浓缩液处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，水源热泵用于对生化出水及浓缩液进行换热，水源热泵包括冷凝换热器、蒸发换热器以及压缩机和膨胀阀，生化系统用于对垃圾渗滤液进行生化处理，生化系统的循环出水口与循环回水口之间连接有蒸发换热器，生化系统的出水口通过污泥进水管与膜滤单元的进水口连接相通，膜滤单元的浓液出口通过浓液进水管与冷却塔的进水口连接相通；冷却塔用于对浓缩液进行蒸发提浓，冷却塔的下部的浓水循环出水口与喷淋主管之间连接有冷凝换热器。本实用新型能利用水源热泵将生化系统产热有效收集并对浓缩液预热，通过冷却塔对浓缩液蒸发提浓，能大幅降低使用能耗及设备投入。

Description

一种基于水源热泵的浓缩液处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，属于垃圾渗滤液处理技术领域。

背景技术

目前广泛应用的垃圾渗滤液处理方法为MBR法，在MBR反应器，渗滤液经过生化处理后再进入纳滤/反渗透膜集成装置进行深度处理，此处理方法会产生10-30％的膜浓缩液。目前针对膜浓缩液处理采用蒸发工艺，主要包含浸没式燃烧处理技术(SCE)和蒸汽再压缩蒸发处理技术(MVR/MVC)。SCE处理技术是将甲烷与空气燃烧产生的高温烟气直接喷入浓缩液中，通过直接接触传热的方式对其进行加热蒸发；而MVR/MVC处理技术是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量经蒸汽压缩机压缩做功并提升二次蒸汽的热能，如此循环向浓缩液蒸发系统供热，从而减少对外界能源需求的一项节能技术。

但现有的蒸发处理技术均需要浓缩液处于沸腾状态，在较高温度的条件下运行，或者是在保持一定的真空度下降低浓缩液沸点温度的条件下运行，无论是通过外界蒸汽供应或是通过增加额外供电等手段，其系统所需的能耗巨大，因此对现有技术的广泛运用造成一定局限性。

MBR生化系统的活性污泥在代谢消解渗滤液的有机污染物过程中，除了维持自身生长，产生剩余污泥外，会释放大量的生化显热，为维持生化系统的稳定运行，通常使用外置式强制冷却循环装置及配套泵以及板换等设备，将生化系统产热带走，以维持其稳定运行的温度工况。造成MBR生化系统中生化产热未得到有效利用，后端的膜浓缩液蒸发处理工艺仍需要额外补充较大热能，能耗高。水源热泵采用循环的地下水等作为冷源或热源，并实现制冷或制热，而应用于供热、空调或加热生活热水领域。

发明内容

本实用新型的目的是提供能利用水源热泵将生化系统产热有效收集后对浓缩液预热，通过冷却塔对浓缩液的蒸发提浓，大幅降低使用能耗及设备投入的一种基于水源热泵的浓缩液处理装置。

本实用新型为达到上述目的的技术方案是：一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，包括水源热泵、生化系统、膜滤单元和冷却塔；

所述的水源热泵用于对生化出水及浓缩液进行换热，包括冷凝换热器、蒸发换热器以及压缩机和膨胀阀，所述的蒸发换热器、压缩机、冷凝换热器和膨胀阀通过热泵循环管路依次连接相通；

所述的生化系统用于对垃圾渗滤液进行生化处理，生化系统上设有出水口、循环出水口和循环回水口，生化系统的循环出水口与循环回水口之间连接有蒸发换热器，生化系统的出水口通过污泥进水管与膜滤单元的进水口连接相通，膜滤单元的浓液出口通过浓液进水管与冷却塔的进水口连接相通；

所述的冷却塔用于对浓缩液进行蒸发提浓，冷却塔的下部的浓水循环出水口与喷淋主管之间连接有冷凝换热器。

本实用新型膜浓缩液处理装置，利用水源热泵将生化系统的活性污泥产热有效收集，经过水源热泵压缩做功可将其能量进一步提升，形成高品质热源，通过冷凝换热器对浓缩液进行预热，换热降温后水源热泵的循环水流股经水源热泵的膨胀逆做功可使其温度进一步降低，通过蒸发换热器实现对生化系统的降温，源源不断带走生化产热，维持了生化系统稳定运行的温度工况。本实用新型能将余热回收利用做到最大化，使生化余热有效利用于浓缩液的预热，大幅降低使用能耗，同时也减少额外设备的投入，经济性好。本实用新型采用冷却塔作为蒸发装置，利用进出冷却塔温差及换热风扇的蒸发飘散效应，可实现对膜浓缩液的持续提浓，最终形成的母液或结晶盐泥，实现对浓缩液的全量化处理。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。

图1是本实用新型一种基于水源热泵的浓缩液处理装置的结构示意图。

其中：1—冷却塔，2—冷凝换热器，3—压缩机，4—蒸发换热器，5—污泥循环提升泵，6—生化系统，7—浓缩液循环提升泵，8—反渗透膜组件，9—膨胀阀，10—纳滤膜组件11—超滤膜组件，12—出水泵。

具体实施方式

见图1所示，本实用新型一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，包括水源热泵、生化系统6、膜滤单元和冷却塔1。

见图1所示，本实用新型水源热泵用于对生化出水及膜浓缩液进行换热，包括冷凝换热器2、蒸发换热器4以及压缩机3和膨胀阀9，蒸发换热器4、压缩机3、冷凝换热器2和膨胀阀9通过热泵循环管路依次连接相通，水源热泵的热泵循环管路内的循环介质为制冷剂，压缩机3可采用高效压缩机。工作时，在蒸发换热器4的换热作用下，将生化系统内的活性污泥产热收集于热泵循环管路的循环水流股D中，使得循环水流股D升温成为循环水流股B，再经过高效压缩机3的进一步做功压缩，使该循环水流股的品质及热能得到进一步提升，获得温度更高的循环水流股A，后经过冷凝换热器2，将热量传递给冷侧的浓缩液流股后，降温成为循环水流股C，再经膨胀阀9的膨胀逆做功，使得流股介质的焓值进一步降低成为循环水流股D，完成循环水流股的升降温闭环，充分回收生化系统内生化水的余热，大幅降低原有系统的使用能耗。

见图1所示，本实用新型生化系统6用于对垃圾渗滤液进行生化处理，如采用现有MBR生化系统，或AMBR生化系统，生化系统6设有出水口、循环出水口和循环回水口，生化系统6的循环出水口与循环回水口之间连接有蒸发换热器4，从生化系统6中出来的生化出水进入蒸发换热器4中，经过冷却降温重新回到生化系统6中，该过程将生化水显热进行有效收集，同时维持生化系统稳定运行的温度工况。

见图1所示，本实用新型生化系统6的循环出水口通过污泥循环管接蒸发换热器4的热端口，污泥循环管上设有污泥循环提升泵5，蒸发换热器4的冷端口通过污泥回水管与生化系统6的循环回水口连接相通，通过污泥循环提升泵5不断将生化系统6内的生化出水送到蒸发换热器4内，在水源热泵的连续运行，将生化系统的产热源源不断收集，并经过二次压缩做功提高其焓值，用于后续浓缩液的升温并在冷却塔1蒸发提浓。

见图1所示，本实用新型生化系统6的出水口通过污泥进水管与膜滤单元的进水口连接相通，污泥进水管上安装有污泥进水泵12，通过污泥进水泵12将生化出水送至膜滤单元内进行膜滤减量处理。膜滤单元的浓液出口通过浓液进水管与冷却塔1的进水口连接相通，去除悬浮物及盐离子的清液可作为中水回用或达标排放，而膜滤后的浓缩液送到冷却塔1内待其蒸发进一步浓缩处理。

见图1所示，本实用新型冷却塔1用于对浓缩液进行蒸发提浓，冷却塔1的下部的浓水循环出水口与喷淋主管之间连接有冷凝换热器2，冷却塔1内浓缩液流股经过冷凝换热器2预热升温后形成浓缩液流股返回至喷淋主管，并通过喷淋主管送到冷却塔1内的喷淋头喷淋，浓缩液经过冷却塔1顶部的换热风扇以及填料床层的协同作用，浓缩液中的水分不断被蒸发，形成的“白羽”被冷却风扇源源不断带走，实现了浓缩液的持续浓缩，由于蒸发过程吸收了大量汽化潜热，从塔顶喷淋下来回到塔内的浓缩液流股温度逐渐降低，更加有利于提浓浓缩液中结晶盐的析出，冷却塔1内的浓缩液不断循环而得到持续浓缩，最终形成的母液/结晶盐泥收集于塔底的收料锥斗中，通过序批式外排的方式进入离心机中甩干，后经吨袋打包机将形成的干燥盐泥进行无害化填埋，实现了渗滤液的全量化处理过程。

本实用新型冷却塔1内装有可拆卸填料，塔底部具有收料锥斗，通过填料作为气液相间传质提供了充足的接触面积，且其具有抗结垢设计、易于更换等诸多优势。而冷却塔1底部的收料锥斗，可使结晶盐形成有效沉积，以便于后续盐泥的外排输送。

见图1所示，本实用新型冷却塔1的浓水出水口通过与浓水循环管与冷凝换热器2的冷端口连接相通，浓水循环管上安装有浓缩液循环提升泵7，冷凝换热器2的热端口经浓水回水管与喷淋主管连接相通，浓缩液循环提升泵7不断将冷却塔1内浓缩液经冷凝换热器2加热后送至喷淋主管，浓缩液塔内经喷淋下落，使浓缩液升温并在冷却塔1蒸发提浓。

本实用新型膜滤单元包括超滤膜组件11或/和纳滤膜组件10及反渗透膜组件8，超滤膜组件11的清水出口与反渗透膜组件8的进水口连接相通；或纳滤膜组件10的清水出口与反渗透膜组件8的进水口连接相通，还可见图1所示，超滤膜组件11的清水出口与纳滤膜组件10的进水口连接相通，而纳滤膜组件10的清水出口与反渗透膜组件8的进水口连接相通，经反渗透膜组件8对生化出水进行膜滤处理。膜滤单元经纳滤膜组件膜滤后其清液产水得率为80～85％，而反渗透膜组件对纳滤清液膜滤，反渗透清液产水得率为70～75％，反渗透浓缩液得率为25～30％，大幅度减少处理量，超滤浓液及纳滤浓液可送至生化系统6内。

本实用新型反渗透膜组件8为至少两级且膜压力递增的反渗透膜组，更好对超滤或/和纳滤产水更好的浓缩减量，如反渗透膜元件包括相连接的低压的苦咸水膜元件、中压的海水淡化膜元件和高压的抗污染膜元件。

见图1所示，本实用新型工作时，水源热泵的循环水流股以800～900m³/h进行循环，其中冷凝换热器2的循环水流股C温度在44～46℃之间，经膨胀阀9的膨胀逆做功，进蒸发换热器4的循环水流股D温度在24～26℃之间，流出蒸发换热器4的循环水流股B的温度在29～32℃之间，经压缩机3的进一步做功压缩，进入冷凝换热器2的循环水流股A的温度在58～61℃之间。污泥循环提升泵5将生化出水以1300～1400m³/h进行循环，其中进入蒸发换热器4的生化出水温度在34～36℃之间，流出蒸发换热器4的生化出水温度在30～32℃之间，对活性污泥产热有效收集。冷却塔1的浓缩液流股以600～700m3/h运行，冷却塔1水蒸气蒸发量14～15m³/h，进入冷凝换热器2的浓缩液流股温度在34～36℃之间，出冷凝换热器2的浓缩液流股回流至冷却塔1内，此时该浓缩液的温度升至50～52℃之间，在冷却塔1内不断对浓缩液的提浓蒸发，母液/盐泥收集于塔底的收料锥斗中，可以序批次2.6～2.8m³/h将母液/盐泥外排，且母液/盐泥温度在25～30℃之间。

Claims (6)

1.一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，其特征在于：包括水源热泵、生化系统、膜滤单元和冷却塔；

所述的水源热泵用于对生化出水及浓缩液进行换热，包括冷凝换热器、蒸发换热器以及压缩机和膨胀阀，所述的蒸发换热器、压缩机、冷凝换热器和膨胀阀通过热泵循环管路依次连接相通；

所述的生化系统用于对垃圾渗滤液进行生化处理，生化系统上设有出水口、循环出水口和循环回水口，生化系统的循环出水口与循环回水口之间连接有蒸发换热器，生化系统的出水口通过污泥进水管与膜滤单元的进水口连接相通，膜滤单元的浓液出口通过浓液进水管与冷却塔的进水口连接相通；

所述的冷却塔用于对浓缩液进行蒸发提浓，冷却塔的下部的浓水循环出水口与喷淋主管之间连接有冷凝换热器。

2.根据权利要求1所述的一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，其特征在于：所述生化系统的循环出水口通过污泥循环管接蒸发换热器的热端口，污泥循环管上设有污泥循环提升泵，蒸发换热器的冷端口通过污泥回水管与生化系统的循环回水口连接相通。

3.根据权利要求1所述的一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，其特征在于：所述冷却塔的浓水出水口通过与浓水循环管与冷凝换热器的冷端口连接相通，浓水循环管上安装有浓缩液循环提升泵，冷凝换热器的热端口经浓水回水管与喷淋主管连接相通。

4.根据权利要求1所述的一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，其特征在于：所述膜滤单元包括串接的超滤膜组件或/和纳滤膜组件及反渗透膜组件。

5.根据权利要求4所述的一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，其特征在于：所述反渗透膜组件为至少两级且膜压力递增的反渗透膜组。

6.根据权利要求1所述的一种基于水源热泵的浓缩液处理装置，其特征在于：所述冷却塔内装有可拆式卸填料，塔底部具有收料锥斗。

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