CN110436546A - 一种蒸发结晶分离一体化*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸发结晶分离一体化***，包括蒸发***和结晶***；所述蒸发***包括气液分离器、蒸发加热器和第一罗茨蒸汽压缩机，所述气液分离器设有废液入口，气液分离器和蒸发加热器之间设有循环泵，所述循环泵用于使废液在气液分离器和蒸发加热器之间循环流动，所述气液分离器的气体出口与第一罗茨蒸汽压缩机的气体入口相连，所述第一罗茨蒸汽压缩机的高温高压气体出口与蒸发加热器的气体入口相连。本发明所述***集蒸发浓缩和分离结晶于一体，以罗茨蒸汽压缩机为热源主体，热源自给自足，无需外加蒸汽等热源，先将废液浓缩，进行浓缩减量处理后，再通过结晶***结晶处理，提高处理效率，降低能耗，固液分离后的母液重新进去蒸发结晶器进行浓缩结晶，整***无废液排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理***，具体涉及一种蒸发结晶分离一体化***。
背景技术
水污染是我国面临的主要环境问题之一。随着工业的发展，废水的排放量日益增加，达不到排放标准的工业废水排入水体后，会污染地表水和地下水。水体一旦受到污染，要想在短时间内恢复到原来的状态是不容易的。水体受到污染后，不仅会使其水质不符合饮用水、渔业用水的标准，还会使地下水中的化学有害物质和硬度增加，影响地下水的利用。我国的水资源并不丰富，若按人口平均占有量计算，只相当于世界人均值的四分之一。而地表水和地下水的污染，将进一步使可供利用的水资源数量日益减少，势必影响工农渔业生产，直接或间接地给人民生活和身体健康带来危害。
重金属污染是由重金属及其化合物所引起的环境污染。废水主要来源有以下几个方面：矿及其共生矿开采时的排出水；金属及其合金冶炼工艺的废水；机加工废水；盐和催化剂生产过程中排出的废液；电镀作业和合金、不锈钢材料的电化学加工、浸蚀和漂洗作业等排出的废水液。
目前较为常见的高浓度重金属废水的处理工艺技术有化学还原法、电解法、离子交换法及膜分离(TFS)处理法。
化学还原法：通过在含重金属废水中投入相关的药剂进行化学反应，金属离子和药剂反应生成合成物进行沉淀分离去除，这种方法受进水浓度和加药控制变化不可控等因素，无法做到稳定达标排放，处理后的废水也无法实现回用至生产制程。
电解法：电解的方法是通过电场、电荷电位对废水中的金属离子进行迁移附着的处理技术。这种处理技术一般只适用于水量较少，不含其它杂质金属离子的高浓度重金属废水，对废水中的金属离子最终以金属薄片进行回收。但是对一般低浓度，浓度只有几十或者几百ppm，水量大，低浓度及浓度变化较大含重金属废水，电解的方法很难实现对废水中的金属离子进行有效迁移。而且，电解后的废水其盐分会有较大的增加，很难做到稳定排放及回用。
离子交换法：离子交换法一般是通过离子交换树脂对废水中的金属离子进行吸附。废水中的金属离子被树脂吸附，一段时间后树脂饱和失效，需要耗费大量的酸或碱进行洗脱和再生。再生过程需要大量的自来水进行洗脱和清洗，这大量的清洗水也含有残留金属离子，也需要进行处理后才能排放。离子交换树脂经过反复使用后，一段时间就会失效，失效后需要整体全部更换，造成高昂的处理成本。
膜分离处理法：膜分离法是通过纯物理分离截留的方法对废水中的金属离子进行有效的隔离，该方法处理过程不需要添加任何化学药剂对金属离子进行化学反应。直接对废水中的金属离子进行隔离浓缩。
各方法存在以下缺点：
化学还原法受进水浓度和加药控制变化不可控等因素，出水往往无法做到稳定达标排放，处理后的废水也无法实现回用至生产制程；由于处理过程需要添加大量药剂参与反应，药剂费用较高；污泥的处置费用每吨高达数千元，综合成本高、处理效果不稳定，面临污泥二次污染的风险。
电解法对进水水质要求较高，一般只适用于水量较少，不含其它杂质金属离子的高浓度重金属废水，对一般低浓度，浓度只有几十或者几百ppm，水量大，低浓度及浓度变化较大含重金属废水，电解的方法很难实现对废水中的金属离子进行有效迁移。而且，电解后的废水其盐分会有较大的增加，很难做到稳定排放及回用。
离子交换法需要耗费大量的酸或碱进行洗脱和再生。再生过程需要大量的自来水进行洗脱和清洗，这大量的清洗水也含有残留金属离子，也需要进行处理后才能排放。离子交换树脂经过反复使用后，一段时间就会失效，失效后需要整体全部更换，更换下来的废弃树脂需作危废作委外处理，造成高昂的处理成本。
膜分离法是通过纯物理分离截留的方法对废水中的金属离子进行有效的隔离，该方法处理过程不需要添加任何化学药剂对金属离子进行化学反应。直接对废水中的金属离子进行隔离浓缩。近年来，膜分离法、膜分离与蒸发浓缩组合工艺处理重金属废水得到了广泛的应用。但由于浓缩倍数的限制，导致浓缩液不能直接回用或结晶，一定比例的高浓度浓缩液依然存在，需要进行委外。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种蒸发结晶分离一体化***。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种蒸发结晶分离一体化***，包括蒸发***和结晶***；
所述蒸发***包括气液分离器、蒸发加热器和第一罗茨蒸汽压缩机，所述气液分离器设有废液入口，气液分离器和蒸发加热器之间设有循环泵，所述循环泵用于使废液在气液分离器和蒸发加热器之间循环流动，所述气液分离器的气体出口与第一罗茨蒸汽压缩机的气体入口相连，所述第一罗茨蒸汽压缩机的高温高压气体出口与蒸发加热器的气体入口相连；
所述结晶***包括蒸发结晶器；所述气液分离器中的完成液出口与蒸发结晶器相连；所述蒸发结晶器的出料口与助晶槽相连，所述助晶槽的出料口与固液分离器相连，所述固液分离器的液体出口与蒸发结晶器相连；所述蒸发结晶器内设有搅拌装置；所述蒸发结晶器与第二罗茨蒸汽压缩机相连。
气液分离器与蒸发加热器之间设置循环泵，待处理废液从气液分离器经循环泵打至蒸发加热器，再循环回气液分离器循环进口，如此循环加热、蒸发浓缩。在蒸发加热器中与第一罗茨蒸汽压缩机出汽口与高温高压气体进行换热、升温。气液分离器蒸发出来的二次蒸汽进入第一罗茨蒸汽压缩机的进气口，进行压缩升温升压形成高压高温气体。第一罗茨蒸汽压缩机作为热源，在蒸发加热器中与物料换热，再经循环泵循环作用，进行循环加热、蒸发浓缩，达到浓缩要求后，排至结晶***。
本发明所述蒸发结晶分离一体化***集蒸发浓缩和分离结晶于一体，以罗茨蒸汽压缩机为热源主体，热源自给自足，无需外加蒸汽等热源，所述气液分离器中的完成液出口为饱和或过饱和(含有少量结晶)的废液，先将废液进行浓缩减量处理后，再通过结晶***结晶处理，提高处理效率，降低能耗，所述蒸发结晶器内设有搅拌装置，蒸发结晶过程不易结垢，并且提高换热效率。固液分离后的母液重新进去蒸发结晶器进行浓缩结晶，整***无废液排放。
优选地，所述蒸发***还包括板式换热器，所述板式换热器的进液口与待处理的废液相连，所述板式换热器的出液口与气液分离器的废液入口相连，所述蒸发加热器的冷凝液出口与板式换热器相连。所述蒸发加热器的冷凝液与待处理的废液进行换热，用于预热待处理的废液。
第一罗茨蒸汽压缩机出来的高温、高压饱和蒸汽在蒸发加热器中与废液换热后形成低温低压蒸汽或冷凝水，进入板式换热器进行与待处理的废液进行换热，对物料进行预热升温，最大利用余热，可以提高后续气液分离器中的浓缩效率，节约能源。板式换热器可以根据需要设置一级或多级。
优选地，第一罗茨蒸汽压缩机的进气口和出气口均设有温度、压力变送器，用于检测进气口和出气口的蒸汽温度及压力，通过PLC控制***随时调节第一罗茨蒸汽压缩机的频率，保证***在设计范围内正常运行。
优选地，所述蒸发***还包括废液储罐，所述废液储罐内设有预热器。所述预热器用于在气液分离器启动前加热待处理的废液，当气液分离器启动后，可关闭预热器，利用板式换热器对废液进行预热。
优选地，所述板式换热器的出液口还与废液储罐相连。板式换热器的出液口分别与气液分离器的废液入口和废液储罐相连。
优选地，所述蒸发加热器为管壳式换热器。
优选地，所述结晶***还包括中转储罐；所述气液分离器中的完成液出口通过中转储罐与蒸发结晶器相连；所述固液分离器的液体出口通过中转储罐与蒸发结晶器相连。
优选地，所述助晶槽上设有保温夹套和搅拌器，保温夹套内设有冷却液。助晶槽用于将蒸发结晶器中浓缩出来的废液进行冷却结晶。
优选地，所述废液为高浓度重金属废液。
优选地，所述蒸发结晶分离一体化***还包括箱体，所述蒸发***和结晶***均设于箱体内。本发明所述蒸发结晶分离一体化***的结构简单，布局合理，操作方便，占地空间小，可以将所有装置均设于一个箱体内，作为可移动集装箱式，可有效满足工厂企业高浓度废液日常、应急处理等要求。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种蒸发结晶分离一体化***，所述***集蒸发浓缩和分离结晶于一体，以罗茨蒸汽压缩机为热源主体，热源自给自足，无需外加蒸汽等热源，先将废液浓缩至饱和或过饱和(含有少量结晶)的废液，进行浓缩减量处理后，再通过结晶***结晶处理，提高处理效率，降低能耗，固液分离后的母液重新进去蒸发结晶器进行浓缩结晶，整***无废液排放。
附图说明
图1为蒸发***的结构示意图；
图2为结晶***的结构示意图；
其中，1、蒸发***；2、结晶***；101、废液储罐；102、液分离器；103、蒸发加热器；104、第一罗茨蒸汽压缩机；105、板式换热器；106、循环泵；107、馏出液收集罐；201、中转储罐；202、蒸发结晶器；203、第二罗茨蒸汽压缩机；204、助晶槽；205、真空滤槽；206、母液罐；207、热水罐。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
本发明所述蒸发结晶分离一体化***的一种实施例，本实施例的结构示意图如图1～2所示，所述蒸发结晶分离一体化***包括蒸发***1、结晶***2和箱体(图中未示出)，所述蒸发***1和结晶***2均设于箱体3内部，箱体3为3.0×3.3×12.0m的车厢，车厢上面为敞开式。
所述蒸发***1包括废液储罐101、气液分离器102(φ1000mm×3700mm)、蒸发加热器103(管壳式换热器，φ900×6000mm，双管程)、第一罗茨蒸汽压缩机104(2000kg/h,132kW)和板式换热器105，废液储罐101的体积V＝2000L，废液储罐101的出液口通过进料泵与2个串联的板式换热器105的进液口相连，板式换热器105的面积为4m2，板式换热器105的出液口分别通过循环泵与气液分离器102的废液入口和废液储罐101相连；
气液分离器102和蒸发加热器之间设有循环泵106，所述循环泵106用于使废液在气液分离器102和蒸发加热器103之间循环流动，所述气液分离器102的二次蒸汽出口与第一罗茨蒸汽压缩机104的气体入口相连，所述第一罗茨蒸汽压缩机104的高温高压气体出口与蒸发加热器103的气体入口相连；所述蒸发加热器103的冷凝液出口与板式换热器105相连。所述蒸发加热器103的冷凝液与待处理的废液进行换热，用于预热待处理的废液。板式换热器105的冷凝液出口与馏出液收集罐107相连，馏出液收集罐107收集后的液体可以由排水泵输送至回用点作为回用水使用或直接排放处理。
废液储罐101中设有预热器(图中未示出)，预热器为五组电加热棒，每组12kW，用于在气液分离器启动之前对废液进行预热。
第一罗茨蒸汽压缩机104的进气口和出气口均设有温度、压力变送器，用于检测进气口和出气口的蒸汽温度及压力，通过PLC控制***随时调节第一罗茨蒸汽压缩机的频率，保证***在设计范围内正常运行。
所述结晶***2包括中转储罐201、蒸发结晶器202、第二罗茨蒸汽压缩机203、助晶槽204、真空滤槽205和母液罐206；气液分离器102的完成液出口与中转储罐201相连，中转储罐201体积为2m3；中转储罐201通过进料泵与蒸发结晶器202相连，蒸发结晶器202的尺寸为φ1400mm×5000mm，蒸发结晶器202为带搅拌管壳式加热、汽液分离设备，蒸发结晶器202内设有搅拌装置和变频器，可对搅拌转速进行调节，下部分为管壳式换热结构，上部分为汽液分离器罐体结构，加热蒸汽走壳程，物料浸润下部分管壳式结构，通过搅拌作用，物料在管程中进行循环流动，管壳式设置中间循环管，用于放置搅拌及物料循环通道。所述蒸发结晶器202与第二罗茨蒸汽压缩机203相连，第二罗茨蒸汽压缩机203为500kg/h，36kW；所述蒸发结晶器202的出料口与助晶槽204相连，助晶槽204设有保温夹套，夹套内设有冷却液，蒸发结晶器202的冷却液出口与热水罐207相连；助晶槽204的尺寸为φ1000mm×2200mm；所述助晶槽204的出料口与真空滤槽205(规格1300×1300×1000mm)相连，真空滤槽205的液体出口通过母液循环泵(图中未示出)与母液罐206(体积500L)相连，母液罐206通过循环泵(图中未示出)与中转储罐201相连，真空滤槽205的固体收集后移出运走。
第二罗茨蒸汽压缩机203的进气口和出气口均设有温度、压力变送器，用于检测进气口和出气口的蒸汽温度及压力，通过PLC控制***随时调节第一罗茨蒸汽压缩机的频率，保证***在设计范围内正常运行。
蒸发结晶器202为带搅拌管壳式加热、气液分离设备，下部分为管壳式换热结构，上部分为汽液分离器罐体结构。加热蒸汽走壳程，物料浸润下部分管壳式结构，通过搅拌作用，物料在管程中进行循环流动，管壳式设置中间循环管，用于放置搅拌及物料循环通道，设备为中央循环蒸发器。
本实施例所述蒸发结晶分离一体化***工作时，待处理的高浓度重金属废液进入废液储罐101，开启废液储罐101中的预热器，加热一段时间后，开启气液分离器102、蒸发加热器103和第一罗茨蒸汽压缩机104，关闭预热器。待处理的废水进入两级板式换热器105，板式换热器105分两条支路，一条进入废液储罐101，一条进入气液分离器102，分别通过阀门调节流量，废液在气液分离器102和蒸发加热器103在循环泵106的作用下进行循环流动，蒸发分离器102中分离出来的二次蒸汽进入第一罗茨蒸汽压缩机104，进行压缩升温，提高二次蒸汽热焓，产生的高温高压饱和蒸汽进入蒸发加热器103与废液进行换热；废液经加热后再循环回气液分离器102的循环入口，如此循环加热、蒸发浓缩。第一罗茨蒸汽压缩机104出来的高温高压饱和蒸汽在蒸发加热器中与废液换热后形成低温低压蒸汽或冷凝水，再排至两级的板式换热器105与待处理的废水进行换热，实现待处理废水的余热升温，最大程度利用***产生的余热，经两级板式换热器105换热后的冷凝水收集至馏出液收集罐107，再由排水泵1输送至回用点做为回用水使用或直接排放处理。废液在蒸发***中通过循环加热蒸发，最终蒸发浓缩至饱和或有少量晶体析出(视具体情况)，用出料泵排至中转储罐201。
中转储罐201的浓缩废液被泵入蒸发结晶器202中，蒸发结晶器202蒸发出来的二次蒸汽进入第二罗茨蒸汽压缩机203进气口，经第二罗茨蒸汽压缩机203后产生为高压、高温饱和蒸汽，从第二罗茨蒸汽压缩机203出来的高压、高温饱和蒸汽进入蒸发结晶器202的壳程，与物料进行换热升温，搅拌器的作用为防止物料结晶沉淀，提高物料流动性，提升换热效率。物料达到沸点后进行蒸发浓缩至晶体析出，并达到一定程度后出料至助晶槽204中进行降温结晶，排至助晶槽204，助晶槽204为夹套式设备，并设置循环冷却水进水口、搅拌装置，料液在助晶槽204中与冷却循环水进行换热降温，降低物料晶体溶解度，提高物料含固率。经过助晶槽204降温后晶浆料液排至真空滤槽205。真空滤槽205的原理是，在槽底铺上滤布或滤袋(槽底相应布置小孔)，槽底留存空间并与母液罐相连，通过真空泵的作用，对母液罐进行抽取真空，如此便可将晶浆料液进行固液分离。分离后的母液被泵入中转储罐201送至蒸发结晶器202进行浓缩，收集经真空滤槽205产生的干燥晶体。蒸发结晶中产生的二次蒸汽冷凝水排至污水站进行处理排放。
第二罗茨蒸汽压缩机203产生的高温高压饱和蒸汽经蒸发结晶器202后形成冷凝水，排至热水罐207收集，可由排水泵打至回用点或直接排放处理。
待处理废水先经蒸发***1蒸发浓缩处理，达到一定浓度(饱和或过饱和状态)，再进入结晶***2进行再浓缩结晶。由于结晶***2为带搅拌***，结晶过程可以减少物料沉积结垢，增加物料的导热系数，提高处理效果。而蒸发***1可以快速处理待处理废水，浓缩达到一定浓度后，由于废水浓度提高，温升提高，沸点上升，蒸发量下降，如果将废水一直浓缩至结晶，将严重影响处理效果，降低处理效率。采用蒸发浓缩、蒸发结晶两级分别处理废水的目的是先减量，再结晶分离，提高处理效率，降低能耗。
整个蒸发结晶分离一体化***的结构简单，布局合理，操作方便，占地空间小，蒸发***及结晶***整合安装于3.0×3.3×12.0m标准车厢内，作为可移动集装箱式，可有效满足工厂企业高浓度废液日常、应急处理等要求。本实施例中蒸发***1的废液处理量为2000kg/h，结晶***2的废液处理量为500kg/h。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，包括蒸发***和结晶***；
所述蒸发***包括气液分离器、蒸发加热器和第一罗茨蒸汽压缩机，所述气液分离器设有废液入口，气液分离器和蒸发加热器之间设有循环泵，所述循环泵用于使废液在气液分离器和蒸发加热器之间循环流动，所述气液分离器的气体出口与第一罗茨蒸汽压缩机的气体入口相连，所述第一罗茨蒸汽压缩机的高温高压气体出口与蒸发加热器的气体入口相连；
所述结晶***包括蒸发结晶器；所述气液分离器中的完成液出口与蒸发结晶器相连；所述蒸发结晶器的出料口与助晶槽相连，所述助晶槽的出料口与固液分离器相连，所述固液分离器的液体出口与蒸发结晶器相连；所述蒸发结晶器内设有搅拌装置；所述蒸发结晶器与第二罗茨蒸汽压缩机相连。
2.如权利要求1所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，所述蒸发***还包括板式换热器，所述板式换热器的进液口与待处理的废液相连，所述板式换热器的出液口与气液分离器的废液入口相连，所述蒸发加热器的冷凝液出口与板式换热器相连。
3.如权利要求1所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，所述蒸发***还包括废液储罐，所述废液储罐内设有预热器。
4.如权利要求2所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，所述板式换热器的出液口还与废液储罐相连。
5.如权利要求1所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，所述蒸发加热器为管壳式换热器。
6.如权利要求1所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，所述结晶***还包括中转储罐；所述气液分离器中的完成液出口通过中转储罐与蒸发结晶器相连；所述固液分离器的液体出口通过中转储罐与蒸发结晶器相连。
7.如权利要求1所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，所述助晶槽上设有保温夹套和搅拌器，保温夹套内设有冷却液。
8.如权利要求1所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，所述废液为高浓度重金属废液。
9.如权利要求1～8中任一项所述蒸发结晶分离一体化***，其特征在于，还包括箱体，所述蒸发***和结晶***均设于箱体内。
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