CN218968901U - 一种大修渣冷冻法脱盐*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种大修渣冷冻法脱盐***，属于含盐废水设备领域，包括冷冻***、冰洗涤***和冰融化***，冷冻***与冰洗涤***的一端连接，冰洗涤***的另一端分别与冷冻***和冰融化***连接，冷冻***包括冷冻液柱、冷冻液柱搅拌装置和冷冻剂热交换器，冷冻液柱搅拌装置设置在冷冻液柱的顶部，冷冻剂热交换器设置在冷冻液柱的内部。本实用新型设置的脱盐***通过冷冻***，冷却剂与含盐废水直接接触进行热交换，可以降低对生产工艺中设备的要求以及降低运行成本；该***所得到的淡化盐水含盐量从60000mg/L降低至600mg/L左右，满足大修渣无害化工艺中产生的含盐废水的处理要求(＜1000mg/L)。
Description
技术领域
本实用新型涉及含盐废水设备领域，尤其涉及一种大修渣冷冻法脱盐***。
背景技术
在电解铝工业中，铝电解槽一般在使用5～6年后需进行大修，大修时电解槽内清除的废内衬，即为电解槽大修渣。由于大修渣里面含有大量可溶性氟化物、氰化物，被国家环保部门定性为危废物。大修渣中有害物质遇水浸出渗入地下，进入地下水，对土壤和地下水系产生严重污染。
大修渣的无害化处理方式除了填埋法还包括火法以及湿法。火法技术处理电解槽大修渣能够有效分解大修渣中的氧化物、氰化物、氟化物以及包裹氟化物的碳质，并使得氟化物能够以氟化氢的形式被捕集，同时耐火材料在高温下分解为浸出毒性很低的惰性渣，进行填埋或者资源回收都能够降低其后续处理成本。该方法的主要缺陷在于，高温条件下所产生的腐蚀性气体对设备提出了很高的要求并极大降低了设备稳定运行的时间，且能耗巨大，缺乏经济性，并有可能因设备气密性不足造成二次污染，因此国内基本没有相应的工程案例。
湿法处理电解槽大修渣一般通过干料粉碎后浆化、投加药剂的形式固化其中的氰化物、氟化物，来达到无害化的目的。该方法因为能耗较低、设备损耗较轻、占地面积不大，目前在我国已有一定的产业化案例。但在处理过程中通常会产生大量的高盐废水，往往需要进行脱盐、淡化处理，以满足国家环保要求。
大修渣湿法处理过程中，根据生产过程、药剂投加的不同，所含的无机盐类物质种类及其含量差异较大，大修渣湿法无害化处理工艺中较为常见的无机盐离子有氯离子、硫酸根、钠离子、钙离子等。目前，对于此类高盐废水的处理方法主要分为三种：蒸馏法、冷冻法、反渗透膜法。除此之外还有离子交换法以及树脂吸附法等。
蒸馏法，是一种技术相对成熟的传统脱盐方法，该方法以海水脱盐淡化技术为基础发展而来，其方法简单，即是将含盐水加热使之沸腾蒸发，将蒸汽冷凝即得到淡水。该方法的优点在于结构简单，操作容易，所得淡水含盐量较低，目前工业上多采用多效蒸发、多级闪蒸等方法进行脱盐。现有的处理工艺中，这类技术需要从外界补充大量的工艺水循环并进行水体的预处理，以确保水中含盐量不至于腐蚀管路和设备，同时需要定期对结垢加以处理，这使得处理废水的成本很高。
反渗透膜法，则是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，其广泛用于工业纯水和超纯水的制备、饮用纯净水等过程。具有方法简单、能耗低、操作简便等优点。但同时，该方法需要对含盐废水进行严格的预处理，并且所用的膜往往仅具有3-5年的使用寿命，而膜的更换费用在其成本中有不小的比例。
离子交换法是利用溶液中各种带电粒子与离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方式，树脂吸附法则是利用了多孔树脂自身庞大的比表面积进行物理吸附，目前有报道的工程应用多为离子交换树脂，其使用方便且价格相对便宜，但再生步骤需要引入新的药剂、预处理和后续处理会增加额外处理费用、存在分离效果较差等问题，因而有可能造成二次污染。
冷冻法，是盐溶液在结冰时，盐分被自动排除在冰晶以外，将冰晶洗涤、分离、融化后得到淡水的过程。该方法相较于以上两者的维护成本较低，同时投加的药剂少或投加的药剂可以以较低的损耗在长期生产过程中循环使用，并且工艺简单，不需要对含盐废水进行预处理，并且在高纬度地区可以通过天然冷冻法，使含盐废水自然结冰，取冰融化而得到淡水，进一步降低成本。同时就水中微量元素的保留、以及水的汽化热(100℃，2257.2kJ/kg)与融化热(334.4kJ/kg)的比较来看，冷冻法能耗较低，而在预处理以及对设备的腐蚀情况来看，冷冻法也有一定优势。因此，冷冻法脱盐同样作为成熟的技术，相较于两者在技术上和经济上具有一定优势。
现有的冷冻法技术主要有两种，直接冷冻法(冷冻剂或冷媒与含盐废水直接接触而使其结冰)和间接冷冻法(冷冻剂或冷媒与含盐废水进行间接热交换而使其结冰)，其中间接冷冻法因为传热效率受限，且需要很大的传热面积，从而限制了其工业化应用。而真空蒸发式直接冷冻法对于技术、设备的要求较高。
中国专利公开号为CN1093341A的专利文献中公开的《冷冻与蒸发相结合的海水淡化方法及装置》，该发明利用水的三相点理论，将冷冻法与蒸发法淡化海水的过程结合在一个装置内，利用水的气化吸收潜热，使海水结冰。该方案可操作区间较窄，不利于工艺的大型化，并且需要在真空条件下操作，对设备提出了比较高的要求，同时带来了不小的维护成本。
中国专利公开号为CN102923804A的专利文献中公开的《一种连续冷冻处理高盐水的方法和装置》，该发明通过室外自然冷冻，逐级浓缩盐水，有效地实现了盐水的浓缩。但是该方案并未进一步考虑冰的纯化。另外，该专利仅适用于室外能够自然结冰的地区和时间，因此并不能满足工厂连续化生产的要求。
综上所述，现有含盐废水处理工艺中，普遍存在运行成本较高、进水要求相对严格的问题；现有冷冻法工艺中，仍存在难以连续化生产以及设备要求较高的问题；无法满足大修渣湿法处理过程中含盐废水的处理要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种大修渣冷冻法脱盐***，解决现有脱盐技术中存在的运行成本较高、难以连续化运行的技术问题。本实用新型通过冷冻液柱中的冷冻剂和含盐废水直接接触进行换热，在冰结冰过程中大量的盐分被排除在冰晶之外，从盐水中分离冰晶并进行洗涤、融化，从而得到淡化水，实现脱盐；同时，盐水浓缩至饱和后析出沉淀，该沉淀可进一步分离进行处置。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种大修渣冷冻法脱盐***，包括冷冻***、冰洗涤***和冰融化***，冷冻***与冰洗涤***的一端连接，冰洗涤***的另一端分别与冷冻***和冰融化***连接，冷冻***包括冷冻液柱、冷冻液柱搅拌装置和冷冻剂热交换器，冷冻液柱搅拌装置设置在冷冻液柱的顶部，冷冻剂热交换器设置在冷冻液柱的内部。
进一步地，冷冻液柱的外壁上设置有隔热层，冷冻液柱的底部设置有盐出料口，冷冻液柱底部的一侧设置有含盐废水进料口，含盐废水通过输送泵从含盐废水进料口进入冷冻液柱的内部，冷冻液柱的一侧设置有洗涤水进料口，冷冻液柱顶部设置有冷冻剂进料管和冰出料口，冰出料口与冰洗涤***的一端连通。
进一步地，冷冻液柱包括含盐废水层、重冷冻剂液层、轻冷冻剂液层、盐析层和冰晶层，含盐废水层设置在冷冻液柱的中部，洗涤水进料口设置在含盐废水层的一侧，重冷冻剂液层设置在冷冻液柱的下部，轻冷冻剂液层设置在冷冻液柱的上部，盐析层设置在冷冻液柱的底部，盐出料口设置在盐析层的底部，含盐废水进料口设置在盐析层的一侧，冰晶层设置在冷冻液柱的顶部，冷冻剂进料管和冰出料口分别设置在冰晶层的两侧。
进一步地，冷冻液柱搅拌装置包括搅拌轴和搅拌桨叶，搅拌桨叶固定在搅拌轴上，搅拌轴的下部设置在含盐废水层内，搅拌轴的中部设置在轻冷冻剂液层内，搅拌轴的上部设置在冰晶层内，搅拌轴的上部设置有冰刮除装置，冰刮除装置设置为螺旋刮板。
进一步地，冷冻剂热交换器包括重冷冻剂热交换器和轻冷冻剂热交换器，重冷冻剂热交换器设置在重冷冻剂液层上，轻冷冻剂热交换器设置在轻冷冻剂液层上。
进一步地，冰洗涤***包括水喷淋装置、螺旋输送机和固液分离机，水喷淋装置设置在螺旋输送机的正上方，螺旋输送机的一侧设置有冰进料斗，冰进料斗与冰出料口连通，螺旋输送机的下方设置有固液分离机，固液分离机的下方设置有洗涤水出料口，洗涤水出料口与洗涤水进料口连通，固液分离机的一侧通过输送机与冰融化***连接。
进一步地，冰融化***包括冰融化槽，冰融化槽内设置有冰融化槽热交换器，冰融化槽的顶部设置有洗涤冰进料口，洗涤冰进料口与输送机连接，冰融化槽的底部设置有淡化水出料口，淡化水出料口与外部的输送管相连通。
本实用新型由于采用了上述技术方案，与现有的含盐废水处理技术相比，针对维护成本较高、进水要求相对严格、无法连续化生产的问题，具有以下
有益效果：
1、本实用新型设置的脱盐***通过冷冻***，冷却剂与含盐废水直接接触进行热交换，可以降低对生产工艺中设备的要求以及降低运行成本；该***所得到的淡化盐水含盐量从60000mg/L降低至600mg/L左右，满足大修渣无害化工艺中产生的含盐废水的处理要求(＜1000mg/L)。
2、本实用新型的脱盐***通过两种冷冻剂，重冷冻剂进行热交换，轻冷冻剂进行液固分离，同时可从冷冻液柱底部将饱和析出的盐分离，保证盐和水的分离效率。
3、本实用新型的脱盐***通过可重复使用的冷冻剂，可满足连续性生产的需要，相比较于蒸馏法在电耗成本上可降低65％左右，同时对进水要求较低，相比较于反渗透膜法和离子交换法不需要添加额外的药剂。
附图说明
图1是本实用新型脱盐***的整体示意图；
图2是本实用新型脱盐***的结构示意图。
附图中，1-冷冻***，1-1-冷冻液柱，1-2-重冷冻剂热交换器，1-3-轻冷冻剂热交换器，1-4-冷冻液柱搅拌装置，1-5-冷冻剂进料管，1-6-冰刮除装置，1-7-冰出料口，1-8-含盐废水进料口，1-9-盐出料口，1-10-洗涤水进料口，1-11-含盐废水层，1-12-重冷冻剂液层，1-13-轻冷冻剂液层，1-14-盐析层，1-15-冰晶层，1-16-搅拌轴，1-17-搅拌桨叶，1-18-隔热层，1-19-冷冻剂热交换器，2-冰洗涤***，2-1-冰进料斗，2-2-水喷淋装置，2-3-螺旋输送机，2-4-固液分离机，2-5-洗涤水出料口，3-冰融化***，3-1-冰融化槽，3-2-洗涤冰进料口，3-3-冰融化槽热交换器，3-4-淡化水出料口，4-1-输送泵，4-2-输送机。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
如图1-2所示，一种大修渣冷冻法脱盐***，包括冷冻***1、冰洗涤***2和冰融化***3，冷冻***1与冰洗涤***2的一端连接，冰洗涤***2的另一端分别与冷冻***1和冰融化***3连接，冷冻***1包括冷冻液柱1-1、冷冻液柱搅拌装置1-4和冷冻剂热交换器1-19，冷冻液柱搅拌装置1-4设置在冷冻液柱1-1的顶部，冷冻剂热交换器1-19设置在冷冻液柱1-1的内部。本实用新型设置的脱盐***通过冷冻***，冷却剂与含盐废水直接接触进行热交换，可以降低对生产工艺中设备的要求以及降低运行成本；该***所得到的淡化盐水含盐量从60000mg/L降低至600mg/L左右，满足大修渣无害化工艺中产生的含盐废水的处理要求(＜1000mg/L)。
如图1所示，冷冻液柱1-1的外壁上设置有隔热层1-18，冷冻液柱1-1的底部设置有盐出料口1-9，冷冻液柱1-1底部的一侧设置有含盐废水进料口1-8，含盐废水通过输送泵4-1从含盐废水进料口1-8进入冷冻液柱1-1的内部，冷冻液柱1-1的一侧设置有洗涤水进料口1-10，冷冻液柱1-1顶部设置有冷冻剂进料管1-5和冰出料口1-7，冰出料口1-7与冰洗涤***2的一端连通。
如图2所示，冷冻液柱1-1包括含盐废水层1-11、重冷冻剂液层1-12、轻冷冻剂液层1-13、盐析层1-14和冰晶层1-15，含盐废水层1-11设置在冷冻液柱1-1的中部，洗涤水进料口1-10设置在含盐废水层1-11的一侧，重冷冻剂液层1-12设置在冷冻液柱1-1的下部，轻冷冻剂液层1-13设置在冷冻液柱1-1的上部，盐析层1-14设置在冷冻液柱1-1的底部，盐出料口1-9设置在盐析层1-14的底部，含盐废水进料口1-8设置在盐析层1-14的一侧，冰晶层1-15设置在冷冻液柱1-1的顶部，冷冻剂进料管1-5和冰出料口1-7分别设置在冰晶层1-15的两侧。冷冻液柱搅拌装置1-4包括搅拌轴1-16和搅拌桨叶1-17，搅拌桨叶1-17固定在搅拌轴1-16上，搅拌轴1-16的下部设置在含盐废水层1-11内，搅拌轴1-16的中部设置在轻冷冻剂液层1-13内，搅拌轴1-16的上部设置在冰晶层1-15内，搅拌轴1-16的上部设置有冰刮除装置1-6，冰刮除装置1-6设置为螺旋刮板。冷冻剂热交换器1-19包括重冷冻剂热交换器1-2和轻冷冻剂热交换器1-3，重冷冻剂热交换器1-2设置在重冷冻剂液层1-12上，轻冷冻剂热交换器1-3设置在轻冷冻剂液层1-13上。通过冷冻***1下部的重冷冻剂直接与含盐废水进行热交换，从而得到含盐量较低的冰和高含盐量的废水，含盐量较低的冰在冷冻液柱1-1中自然上浮，通过上部的轻冷冻剂将冰和含盐废水隔开后，初步实现含盐废水中水和盐的分离；同时含盐废水浓缩至饱和后会析出沉淀，可从冷冻液柱1-1底部的盐出料口1-9排出。
如图1或2所示，冰洗涤***2包括水喷淋装置2-2、螺旋输送机2-3和固液分离机2-4，水喷淋装置2-2设置在螺旋输送机2-3的正上方，通过外部的输送管相连接，螺旋输送机2-3的一侧设置有冰进料斗2-1，冰进料斗2-1与冰出料口1-7连通，螺旋输送机2-3的下方设置有固液分离机2-4，固液分离机2-4的下方设置有洗涤水出料口2-5，洗涤水出料口2-5与洗涤水进料口1-10连通，固液分离机2-4的一侧通过输送机4-2与冰融化***3连接。通过冰洗涤***2，可进一步减少冰表面所夹带的盐以及轻冷冻介质，以达到冰进一步纯化的目的，通过洗涤水的回用，尽可能减少冷冻剂的消耗，达到可循环使用的目的。冰融化***3包括冰融化槽3-1，冰融化槽3-1内设置有冰融化槽热交换器3-3，冰融化槽3-1的顶部设置有洗涤冰进料口3-2，洗涤冰进料口3-2与输送机4-2连接，冰融化槽3-1的底部设置有淡化水出料口3-4，淡化水出料口3-4与外部的输送管相连通。冰融化***3通过冰融化槽热交换器3-3来使冰融化为液态，方便大修渣湿法处理中水的利用，其中冰融化槽热交换器3-3的流体可以选择为尚未进行预冷的含盐废水或空气，以进一步降低***的处理成本。
实施例1
如图1所示，按以下操作步骤对大修渣含盐废水进行处理：
步骤1：大修渣含盐废水含盐量：50000mg/L，冷冻液柱通过冷冻剂进料管加入邻苯二甲酸二丁酯，加入量为含盐废水体积的1/2，开启搅拌，并预冷至-10℃；之后通入含盐废水，并将体系温度降至-5℃；
步骤2：所得浮冰通过冰刮除装置进入冰洗涤槽中进行淋洗、固液分离，并在冰融化槽通过热交换收集到淡化盐水；所得盐通过与冷冻液柱底部相连的外部输送机收集后进行下一步处理；
步骤3：产生浮冰后，通过热交换器保证冷冻液柱中体系的温度始终小于-5℃。
实施例2
如图2所示，按以下操作步骤对大修渣含盐废水进行处理：
步骤1：大修渣含盐废水含盐量：65000mg/L，冷冻液柱通过冷冻剂进料管加入全氟庚烷，加入量为含盐废水体积的1/2，开启搅拌，并预冷至-10℃；之后通入含盐废水，并将体系温度降至-5℃；
步骤2：冷冻液柱通过冷冻剂进料管加入邻苯二甲酸二丁酯，加入量为含盐废水体积的1/4，并预冷至-10℃，进行连续搅拌；
步骤3：所得浮冰通过冰刮除装置进入冰洗涤槽中进行淋洗、固液分离，并在冰融化槽通过热交换收集到淡化盐水；所得盐通过与冷冻液柱底部相连的外部输送机收集后进行下一步处理；
步骤4：产生浮冰后，在连续运行的过程中通过持续通入含盐废水保证轻冷冻剂液层与重冷冻剂液层不会相互接触，同时通过热交换器保证冷冻液柱中体系的温度小于-5℃。
实施例2与实施例1相比，其处理前后水质数据如表1所示：
表1：处理前后的水质数据
实施例2中的重冷冻剂所在介质层能够及时将接近饱和的含盐废水中析出的固体从中分离，由出水水质数据可知，其效果优于实施例1；当含盐废水接近饱和后，含盐废水会逐渐转移至重冷冻剂所在介质层的下方，其可以另行在冷冻液柱1-1上设置观察窗，以更好地达到对体系的控制。
综上所述，采用本实用新型，与现有含盐废水因加热和膜的更换导致的维护成本高、预处理相对严格，以及冷冻法中，无法连续运行、工艺条件较为苛刻的技术方法相比：
(1)冰在盐水中形成,通过冷冻***中的密度差来进行传质，不会积聚在容器壁上，可以实现连续化作业，提高脱盐效率；
(2)从水的汽化热(100℃，2257.2kJ/kg)与融化热(334.4kJ/kg)的比较来看，具有降低的能耗，节约了运营成本；
(3)采用的冷却剂可以以较低的损耗连续循环使用，降低了运行成本和能耗；
(4)对于大修渣湿法无害化处理工艺中产生的带有氟离子的碱性含盐废水，设备的损耗较低。
可以基本满足无害化处理工艺中对含盐量的要求。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种大修渣冷冻法脱盐***，其特征在于：包括冷冻***(1)、冰洗涤***(2)和冰融化***(3)，冷冻***(1)与冰洗涤***(2)的一端连接，冰洗涤***(2)的另一端分别与冷冻***(1)和冰融化***(3)连接，冷冻***(1)包括冷冻液柱(1-1)、冷冻液柱搅拌装置(1-4)和冷冻剂热交换器(1-19)，冷冻液柱搅拌装置(1-4)设置在冷冻液柱(1-1)的顶部，冷冻剂热交换器(1-19)设置在冷冻液柱(1-1)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种大修渣冷冻法脱盐***，其特征在于：冷冻液柱(1-1)的外壁上设置有隔热层(1-18)，冷冻液柱(1-1)的底部设置有盐出料口(1-9)，冷冻液柱(1-1)底部的一侧设置有含盐废水进料口(1-8)，含盐废水通过输送泵(4-1)从含盐废水进料口(1-8)进入冷冻液柱(1-1)的内部，冷冻液柱(1-1)的一侧设置有洗涤水进料口(1-10)，冷冻液柱(1-1)顶部设置有冷冻剂进料管(1-5)和冰出料口(1-7)，冰出料口(1-7)与冰洗涤***(2)的一端连通。
3.根据权利要求1所述的一种大修渣冷冻法脱盐***，其特征在于：冷冻液柱(1-1)包括含盐废水层(1-11)、重冷冻剂液层(1-12)、轻冷冻剂液层(1-13)、盐析层(1-14)和冰晶层(1-15)，含盐废水层(1-11)设置在冷冻液柱(1-1)的中部，洗涤水进料口(1-10)设置在含盐废水层(1-11)的一侧，重冷冻剂液层(1-12)设置在冷冻液柱(1-1)的下部，轻冷冻剂液层(1-13)设置在冷冻液柱(1-1)的上部，盐析层(1-14)设置在冷冻液柱(1-1)的底部，盐出料口(1-9)设置在盐析层(1-14)的底部，含盐废水进料口(1-8)设置在盐析层(1-14)的一侧，冰晶层(1-15)设置在冷冻液柱(1-1)的顶部，冷冻剂进料管(1-5)和冰出料口(1-7)分别设置在冰晶层(1-15)的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种大修渣冷冻法脱盐***，其特征在于：冷冻液柱搅拌装置(1-4)包括搅拌轴(1-16)和搅拌桨叶(1-17)，搅拌桨叶(1-17)固定在搅拌轴(1-16)上，搅拌轴(1-16)的下部设置在含盐废水层(1-11)内，搅拌轴(1-16)的中部设置在轻冷冻剂液层(1-13)内，搅拌轴(1-16)的上部设置在冰晶层(1-15)内，搅拌轴(1-16)的上部设置有冰刮除装置(1-6)，冰刮除装置(1-6)设置为螺旋刮板。
5.根据权利要求1所述的一种大修渣冷冻法脱盐***，其特征在于：冷冻剂热交换器(1-19)包括重冷冻剂热交换器(1-2)和轻冷冻剂热交换器(1-3)，重冷冻剂热交换器(1-2)设置在重冷冻剂液层(1-12)上，轻冷冻剂热交换器(1-3)设置在轻冷冻剂液层(1-13)上。
6.根据权利要求1所述的一种大修渣冷冻法脱盐***，其特征在于：冰洗涤***(2)包括水喷淋装置(2-2)、螺旋输送机(2-3)和固液分离机(2-4)，水喷淋装置(2-2)设置在螺旋输送机(2-3)的正上方，螺旋输送机(2-3)的一侧设置有冰进料斗(2-1)，冰进料斗(2-1)与冰出料口(1-7)连通，螺旋输送机(2-3)的下方设置有固液分离机(2-4)，固液分离机(2-4)的下方设置有洗涤水出料口(2-5)，洗涤水出料口(2-5)与洗涤水进料口(1-10)连通，固液分离机(2-4)的一侧通过输送机(4-2)与冰融化***(3)连接。
7.根据权利要求1所述的一种大修渣冷冻法脱盐***，其特征在于：冰融化***(3)包括冰融化槽(3-1)，冰融化槽(3-1)内设置有冰融化槽热交换器(3-3)，冰融化槽(3-1)的顶部设置有洗涤冰进料口(3-2)，洗涤冰进料口(3-2)与输送机(4-2)连接，冰融化槽(3-1)的底部设置有淡化水出料口(3-4)，淡化水出料口(3-4)与外部的输送管相连通。
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