TWI803198B

TWI803198B - 多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統

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Publication number: TWI803198B
Application number: TW111105912A
Authority: TW
Inventors: 陳信亦
Original assignee: 陳信亦
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-05-21
Also published as: TW202334041A

Abstract

本發明提供了一種多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，包括：一能量供應器、一第一換熱器組、一第一槽、一第二槽、一第二換熱器組、一鼓風機、一過濾裝置以及一氣液分離裝置。第二換熱器組包括一蒸發器及一冷凝器；且氣液分離裝置包括至少一多孔層及至少一溫度感測器。能量供應器分別與第一換熱器組、第二換熱器組、鼓風機和氣液分離裝置相接；第一換熱器組分別與第一槽和氣液分離裝置相接；第一槽與蒸發器相接；以及第二槽與冷凝器相接。並且，蒸發器、鼓風機、過濾裝置和氣液分離裝置依次相接；以及冷凝器與氣液分離裝置相接。

Description

多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統

本發明是提供了一種機械式蒸氣再壓縮處理系統，特別是指一種適用於處理含硼、含硒、含氨氮、含硝酸鹽氮等無機鹽類或含重金屬鹽之工業廢水的多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統。

目前常見用於處理工業用之廢水的方法為化學混凝沉澱法、吸附法等，其中化學混凝沉澱法，主要是透過在廢水中加入化學藥劑，以對因絮凝而沉降的汙染物進行去除。惟，受限於混凝劑的種類，該方法在去除廢水中含重金屬汙染物的表現上是好的，但卻無法同樣使用在去除廢水中的含鹽、硼、硒等汙染物上。

又，由於上述方法在使用時需要添加沉澱劑及混凝劑，故容易在處理好廢水之後產生大量的汙泥，進而衍生出額外的汙泥處理費用，造成清運成本的增加。

有鑑於此，一種適用於處理含硼、含硒、含氨氮、含硝酸鹽氮等無機鹽類或含重金屬鹽之工業廢水的機械式蒸氣再壓縮處理系統，仍為相關領域的業者所期盼的發明。

為解決上述至少一問題，本發明提供一種機械式蒸氣再壓縮處理系統，特別是指一種適用於處理含硼、含硒、含氨氮、含硝酸鹽氮等無機鹽類或含重金屬鹽之工業廢水的機械式蒸氣再壓縮處理系統。

根據本發明的一些實施例，提供了一種機械式蒸氣再壓縮處理系統，包括：一能量供應器、一第一換熱器組、一第一槽、一第二槽、一第二換熱器組、一鼓風機、一過濾裝置以及一氣液分離裝置。且第二換熱器組包括一蒸發器及一冷凝器。其中，能量供應器分別與第一換熱器組、第二換熱器組、鼓風機及氣液分離裝置相接；所述第一換熱器組分別與第一槽及氣液分離裝置相接；第一槽與蒸發器相接；以及第二槽與冷凝器相接。又，蒸發器、鼓風機、過濾裝置和氣液分離裝置依次相接。而，冷凝器則與氣液分離裝置相接。

根據本發明的一些實施例，提供了另一種機械式蒸氣再壓縮處理系統，除上述機械式蒸氣再壓縮處理系統所包括之能量供應器、第一換熱器組、第一槽、第二槽、第二換熱器組、鼓風機、過濾裝置以及氣液分離裝置外，更包括一控制裝置，所述控制裝置與所述氣液分離裝置相連接，且控制裝置被配置為：對氣液分離裝置所分離之一分離氣體進行檢測；根據一回收條件，判定分離氣體之一部份是一第一氣體，或者是一第二氣體；若分離氣體之一部份符合該回收條件，則判定該部份的分離氣體是第二氣體，若否，則判定該部份的分離氣體是第一氣體。

根據本發明的一些實施例，提供了又一種機械式蒸氣再壓縮處理系統，除上述機械式蒸氣再壓縮處理系統所包括之能量供應器、第一換熱器組、第一槽、第二槽、第二換熱器組、鼓風機、過濾裝置以及氣液分離裝置外，所述氣液分離裝置更包括：至少一多孔層以及至少一溫度感測器。其中，至少一多孔層被設置在氣液分離裝置內部，且至少一溫度感測器被氣液分離裝置的頂段、中間段或尾段。

根據本發明的一些實施例，提供了再一種機械式蒸氣再壓縮處理系統，除上述機械式蒸氣再壓縮處理系統所包括之能量供應器、第一換熱器組、第一槽、第二槽、第二換熱器組、鼓風機、過濾裝置以及氣液分離裝置外，該第一換熱器組更包括：串聯佈置的一第一加熱器及一第二加熱器。第一加熱器分別與第二加熱器、第一槽及氣液分離裝置相接，而第二加熱器則分別與第一加熱器及第二槽相接。

以上對本發明的簡述，目的在於對本發明的數種面向和技術特徵作一基本說明，發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。

本發明是關於一種機械式蒸氣再壓縮處理系統，特別是指一種適用於處理含硼、含硒、含氨氮、含硝酸鹽氮等無機鹽類或含重金屬鹽之工業廢水的機械式蒸氣再壓縮處理系統。

為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：

首先，請參照圖1，圖1示出了本發明一實施例的機械式蒸氣再壓縮處理系統的構成示意圖。本實施例為一種機械式蒸氣再壓縮處理系統1，包括：一能量供應器2、一第一換熱器組10、一第一槽G1、一第二槽G2、一第二換熱器組20、一鼓風機30、一過濾裝置40以及一氣液分離裝置50，第二換熱器組20包括一蒸發器210及一冷凝器220。

如圖1所示，所述能量供應器2分別與第一換熱器組10、第二換熱器組20、鼓風機30和氣液分離裝置50相接。所述第一換熱器組10分別與第一槽G1及第二槽G2相接。所述第一槽G1與蒸發器210相接。所述第二槽G2與冷凝器220相接。所述蒸發器210、所述鼓風機30、所述過濾裝置40及所述氣液分離裝置50依次相接。所述冷凝器220與氣液分離裝置50相接。並且可選地，上述第二槽G2可進一步與上述第一換熱器組10相接。

在本實施例中，係定義所述第一換熱器組10之一入水口為用於導入廢水之入口，且定義所述第二槽G2之一出水口為用於排出已處理之該廢水(以下統一稱：回收水)之出口。於此，所稱「廢水」是指總溶解固體量(Total Dissolved Solid, TDS)大於6000 mg/l的工業廢水。而所稱「已處理之廢水(即，回收水)」則是指TDS小於200mg/l的乾淨水。

須說明的是，本實施例的圖1雖省略，但本領域的通常知識者應能瞭解，在上述第二換熱器組20與上述鼓風機30之間、在上述鼓風機30與上述過濾裝置40之間、以及在過濾裝置40與氣液分離裝置50之間，將可視實際情況而組裝有至少一閥門。

請繼續參照圖1，於圖1中，本實施例的廢水會先經過第一換熱器組10之入水口流入其內以進行一預熱反應，並於預熱完成後接著流入第二換熱器組20內以進行一汽化反應。這個時候，所述廢水將可基於第二換熱器組20的排氣而最後流入氣液分離裝置50，並可被分離為一分離氣體及一分離液體，其中，所述分離氣體可為一第一氣體、一第二氣體或其組合。於此，所稱「第一氣體」是指因不符合一回收條件而無法被回收再使用的氣體總稱；而所稱「第二氣體」則是指因符合前述回收標準而可被回收再使用的氣體總稱。且於此，所稱「回收條件」是指可視實際回收需求而指定之一個或多個參數值，例如，回收條件可為依據放流水標準中的項目而設定的一pH值或一導電度等。

於上述情形下，如圖1中的一循環所示，由所述廢水於氣液分離後產生的所述分離液體，將會最後流入第一換熱器10中以作為與一新廢水(即，自第一換熱器組10之入水口新流入的廢水)進行上述預熱反應的熱源之一。

又，如圖1中的另一循環所示，由所述廢水於氣液分離後產生的所述分離氣體之第一氣體，將會最後流入第二換熱器組20中以作為與經預熱的所述新廢水進行上述汽化反應的熱源之一。

再，如圖1中的另一循環所示，由所述廢水於氣液分離後產生的所述分離氣體之第二氣體，將會最後流入第二換熱器組20中以作為與經預熱的所述新廢水進行所述汽化反應的另一熱源；且於換熱後液化成為前述回收水，並自第二槽G2離開本機械式蒸氣再壓縮處理系統1。其中，於前述第二槽G2有另連接前述第一換熱器組10時，所述回收水亦可從第一換熱器組10排出。

據此，早先被導入的所述廢水將可先藉由與第一換熱組中的熱源之換熱而被預熱；然後，再藉由與第二換熱器組20之蒸發器210和/或冷凝器220中的熱源之換熱，達到一個部份汽化/或全部汽化的狀態；最後，便可藉由氣液分離裝置50的分離成為可作為第二換熱器組20之熱源之一的分離氣體及可作為第一換熱器組10之熱源之一的分離液體。

進一步地，所述分離液體於第一換熱器組10放出熱量後，其將可基於與在第一換熱器組10吸收熱量的新廢水的混合，而一同流入第二換熱器組20進行次一階段的汽化反應。

更進一步地，當所述分離氣體含有第一氣體時，其將可作為蒸發器210的熱源而與上述經混合的新廢水進行熱交換，並與之混合。又，當所述分離氣體含有第二氣體時，第二氣體將可作為前述回收水之蒸氣態，而在冷凝器220放出熱量後凝結成為液態，並自第二槽G2的出水口離開本機械式蒸氣再壓縮處理系統1。

如此一來，本機械式蒸氣再壓縮處理系統1便可藉由充分回收上述第一氣體及上述分離液體所含有的能量；以及上述第二氣體所放出的熱量，來為次一階段的其它處理程序(如預熱反應、汽化反應等)提供足夠的能量，從而減少以來自能量供應器2等額外源之熱提供此能量的需求；

並且，藉由持續不斷地循環上述第一氣體及上述分離液體，本機械式蒸氣再壓縮處理系統1亦可同時達到廢水零排放之目的。。

再者，由於在設計上，上述第一蒸氣在進到圖1的鼓風機30進行循環前，會先被上述過濾裝置40過濾成較乾淨的氣體，因而可大幅降低所述鼓風機30因廢水之汙染物(例如：NO ^3-、Cl-、NH ₄、NH ^3-N、Se-等)的腐蝕而損壞的情形。

另，本實施例並未限定所述過濾裝置40中具備過濾膜種類或數量。例如，所述過濾膜可為一或多個微過濾膜(MF)、超過濾膜(UF)、奈米過濾膜(NF)、逆浸透膜(RO)或其等的組合，使所述第一氣體可以在進入到鼓風機30之前先被所述過濾膜過濾，從而有效提高所述鼓風機30的使用壽命

具體來說，在本實施例中，圖1的能量供應器2可以是蒸氣鍋爐、電熱鍋爐、熱水鍋爐等加熱設備，以提供第一換熱器組10、第二換熱器組20、鼓風機30及氣液分離裝置50進行動作的基本熱量。

且，圖1的第一換熱器組10及第二換熱器組20可為管殼式換熱器、板式換熱器、多管式換熱器、翅片管換熱器或其等的組合。

又，圖1的鼓風機30可為壓縮機，其被配設為對供應到上述蒸發器210的第一氣體施加壓力，使得所述第一氣體能夠經由壓縮成為高溫高壓之壓縮氣體。

而，圖1的的氣液分離裝置50則可經設計而更具有如圖4所示的至少一多孔層510以及至少一溫度感測器520。其中，所述至少一多孔層510係位於氣液分離裝置50的內部，並可沿著氣液分離裝置50之內周而設置，以對經汽化的所述廢水中所含有的顆粒雜質進行去除。又其中，所述至少一溫度感測器520係經配設而分別位於氣液分離裝置50之頂段、中間段和/或尾段，用於對所述氣液分離裝置50內部之溫度進行適時偵測。

更，於本發明的實際應用中，上述氣液分離裝置50必然連接有如圖4所示的至少一控制裝置60，以便經由執行對分離氣體的檢測，來實現對第一氣體及第二氣體的識別。並且，上述氣液分離裝置50之溫度感測器520亦可視情況而經由與圖4的控制裝置60間的連結，保存該等溫度，以便用於之後的管道規劃。

具體來說，圖4的控制裝置60可為任何類型的一個或多個處理設備。例如，所述處理設備彼此可為相容的、相同的、於同一系列中的或不同的處理裝置(例如：CPU、MPU、RISC、CISC等)，並連接有至少一儲存器，以經由執行儲存於儲存器中的指令及程式來實現對所述分離氣體之檢測以及對所述第一氣體和所述第二氣體之識別。

更具體來說，所述控制裝置60係被配設為：根據一回收條件，對自氣液分離裝置50分離出的一分離氣體進行檢測。並且，若控制裝置60判定分離氣體之一部份符合所述回收條件，則判定該部份的分離氣體是第二氣體；若否，則判定該部份的分離氣體是第一氣體。例如，當所稱「回收條件」依據放流水標準中的項目而被設定為一pH值時，如果一部份的分離氣體的pH值小於等於所述pH值，則控制裝置60將會判定該部份之分離氣體為上述的第二氣體(即，可回收之氣體)；相反的，如果一部份之分離氣體的pH值大於所述pH值，則控制裝置60將判定該部份之分離氣體為上述的第一氣體(即，無法回收之氣體)。

其次，請參照圖2，圖2示出了本發明另一實施例的構成示意圖。在本實施例中，上述第一換熱器組10更包括：一第一加熱器110及一第二加熱器120。第一加熱器110分別與第二加熱器120、第一槽G1和氣液分離裝置50相接，而第二加熱器120則分別與第一加熱器110和第二槽G2相接。

其中，第一加熱器110可以與第二加熱器120並聯連接或串聯連接，進而較佳為串聯連接，且當如此設定時，上述回收水將可以更低的溫度自本機械式蒸氣再壓縮處理系統1排出。。

在本實施例中，係定義所述第一加熱器110之一入水口為用於導入前述廢水之入口，且定義所述第二加熱器120之一出水口為用於排出前述回收水之出口。

且須說明的是，本實施例的圖2雖省略，但本領域的通常知識者應能瞭解，在上述第一加熱器110與上述第二加熱器120之間，將可視實際情況而組裝有至少一閥門。

於上述情形下，如圖2所示，早先被導入的所述廢水將可先藉由第一加熱器110中的熱源之換熱而被預熱；然後，再依次藉由與第二加熱器120和第二換熱器組20之蒸發器210中的熱源之換熱，達到一個部份汽化/或全部汽化的狀態；最後，便可藉由氣液分離裝置50的分離成為可作為第二換熱器組20之熱源之一的分離氣體及可作為第一換熱器組10之熱源之一的分離液體。

進一步地，所述分離液體於第一換熱器組10放出熱量後，其將可基於與在第一換熱器組10吸收熱量的新廢水的混合，而一同流入第二換熱器組20之蒸發器210進行次一階段的汽化反應。

更進一步地，當所述分離氣體含有第一氣體時，其將可作為蒸發器210的熱源而於依次經過過濾裝置40的過濾及鼓風機30的增壓後，與上述經混合的新廢水於蒸發器210中進行熱交換，並與之混合。又，當所述分離氣體含有第二氣體時，第二氣體將可作為前述回收水之蒸氣態，而在冷凝器220放出熱量後凝結成為液態，並自第二加熱器120的出水口離開本機械式蒸氣再壓縮處理系統1。

值得一提的是，當所述分離氣體含有第二氣體時，所述第二氣體將可於冷凝器220的凝結後，繼續於第二加熱器120中，與自第一加熱器110之入水口新流入的廢水進行二次熱交換，使得前述回收水可以更低的溫度離開本機械式蒸氣再壓縮處理系統1，而有效降低對環境的污染(例如：避免優氧化現象)。

最後，請參照圖3，圖3示出了根據圖2所述機械式蒸氣再壓縮處理系統的溫度示意圖。應注意，以下示出的各溫度僅為一例，並未限定本發明。

如圖3所示，於預熱處理時，約50°C廢水依次經過第一加熱器110的換熱及第二加熱器120的換熱而升溫至約80°C ~90°C，並隨後經過第一槽G1流入蒸發器210進行汽化處理。於汽化處理時，已升溫之廢水自第一氣體及/或能量供應器2提供的熱能吸收熱量而再次升溫形成約105°C ~110°C的蒸氣氣體，汽化後的廢水以高溫低壓形式流入氣液分離裝置50分離成為約101°C ~110°C的第一氣體、約101°C ~110°C的第二氣體及約100°C的分離液體。

又如圖3所示，在約100°C的分離液體回流入第一加熱器110與新導入的廢水進行換熱時，即完成一循環；且在第一氣體依次經過過濾裝置40的過濾及鼓風機30的加壓而以約110°C ~120°C之高溫高壓形式流入蒸發器210與該預熱後的新廢水進行換熱時，即完成另一循環；以及在第二氣體以約101°C ~110°C之高溫低壓形式流入冷凝器220與該預熱後的新廢水進行換熱，再以約100°C的液態形式流入第二加熱器120與再次新導入的廢水進行換熱，從而可以約50°C的液態形式自第二加熱器120的出水口排出，即完成再一循環。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍的基礎上，當可作各種的更動和潤飾。因此，本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1:機械式蒸氣再壓縮處理系統 2:能量供應器 10:第一換熱器組 110:第一加熱器 120:第二加熱器 20:第二換熱器組 210:蒸發器 220:冷凝器 30:鼓風機 40:過濾裝置 50:氣液分離裝置 510:多孔層 520:溫度感測器 60:控制裝置 G1:第一槽 G2:第二槽

圖1為本發明一實施例的機械式蒸氣再壓縮處理系統的構成示意圖。

圖2為本發明一實施例的機械式蒸氣再壓縮處理系統的另一構成示意圖。

圖3為本發明一實施例的機械式蒸氣再壓縮處理系統的溫度示意圖。

圖4為本發明一實施例的機械式蒸氣再壓縮處理系統的氣液分離裝置示意圖。

1:機械式蒸氣再壓縮處理系統

2:能量供應器

10:第一換熱器組

20:第二換熱器組

210:蒸發器

220:冷凝器

30:鼓風機

40:過濾裝置

50:氣液分離裝置

G1:第一槽

G2:第二槽

Claims

一種多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，包括：一能量供應器；一第一換熱器組，連接該能量供應器；一第二換熱器組，連接該能量供應器，且該第二換熱器組包括一蒸發器及一冷凝器；一第一槽，分別連接該第一換熱器組及該第二換熱器組中的該蒸發器；一第二槽，連接該第二換熱器組中的該冷凝器；一鼓風機，分別連接該能量供應器及該第二換熱器組中的該蒸發器；一過濾裝置，連接該鼓風機；以及一氣液分離裝置，分別連接該能量供應器、該過濾裝置及該第一換熱器組，該氣液分離裝置包括至少一多孔層以及至少一溫度感測器，該至少一多孔層被設置在該氣液分離裝置內部，且該至少一溫度感測器被設置在該氣液分離裝置的頂段、中間段或尾段。
如請求項1所述的多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，其中，該第二槽進一步與該第一換熱器組相接。
如請求項1所述的多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，其中，該至少一多孔層是沿著該氣液分離裝置的內周而設置。
如請求項1所述的多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，其中，該能量供應器為蒸氣鍋爐、電熱鍋爐或熱水鍋爐。
如請求項1所述的多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，其中，該第一換熱器組包括：一第一加熱器以及一第二加熱器，該第一加熱器分別連接該第二加熱器、該第一槽及該氣液分離裝置，且該第二加熱器則分別連接該第一加熱器及該第二槽，其中，該第一加熱器及該第二加熱器為串聯連接。
如請求項1所述的多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，其中，該過濾裝置包括：至少一過濾膜，且該至少一過濾膜為微過濾膜、超過濾膜、奈米過濾膜、逆浸透膜或其等的組合。
如請求項1所述的多循環機械式蒸氣再壓縮處理系統，其進一步包括：一控制裝置，連接該氣液分離裝置，該控制裝置被配置為：對該氣液分離裝置之一分離氣體進行檢測；根據放流水標準設定一回收條件，判定該分離氣體之一部分是一第一氣體，或者是一第二氣體；若該分離氣體之一部份符合該回收條件，則判定該部份的該分離氣體是該第二氣體，若否，則判定該部份的該分離氣體是該第一氣體；其中，該第一氣體為不可回收再使用之氣體，且該第二氣體為可回收再使用之氣體。