一種處理廢水的方法和裝置與流程

2024-02-28 00:30:15 1

本發明涉及環境保護及節能技術領域的一種廢水的處理方法和裝置，具體地說是處理含有機化合物廢水的方法和裝置。

背景技術：

有機廢水主要來源於化工、道路除冰、食品加工等領域，還包括印染廢水、石油開採與加工廢水、造紙廢水和農藥行業廢水等。高鹽有機廢水的總量巨大且逐年增加。如果在排放之前不對其進行處理，廢水中高濃度的可溶性無機鹽和難降解的有毒有機物會造成嚴重的環境汙染，對土壤及地表水、地下水造成破壞。因此，在水資源緊缺的今天，研究開發有效的高鹽有機廢水處理技術是十分必要的。目前，高鹽有機廢水的處理技術較多，主要有物理化學法、生物法及其組合工藝。

近年來，國外提出了用機械蒸汽再壓縮蒸發技術處理回收廢水。機械蒸汽再壓縮技術是一項減少對外界能源需求的先進節能技術。其節能原理在於：將系統中產生的二次蒸汽經過壓縮機壓縮，使其壓力和溫度上升、焓值增加，替代了原系統中必須採用的外部熱源，且二次蒸汽的潛熱得到了充分利用，從而達到工藝過程節能的目的。

目前，機械蒸汽再壓縮系統主要在含鹽汙水、油田回注水、製藥廢水等廢水回收處理方面有應用。在含高分子有機化合物廢水回收處理方面還未見有應用。由於有機廢水中含有易結焦、結垢的高分子有機物，在機械蒸汽再壓縮系統的蒸發器中，隨著水份的不斷蒸發，有機廢水經過濃縮，沸點將增加，高分子有機物將在濃液中結焦、結垢，而附著在蒸發器的換熱面上，嚴重影響蒸發器換熱效率，進而可引起蒸發器、管道的堵塞。

專利CN102641603A和CN102553274A分別公開了帶有機械蒸汽壓縮機的板式蒸發器和管式蒸發器裝置，專利CN102641603A中板式蒸發器中的操作溫度一般控制在60℃左右，專利CN102553274A中蒸發器中的真空度為0.05～0.098MPa。該兩種低溫或真空蒸發方式，降低了物料的沸點，該方法適合於熱敏性物料及易結垢物料的蒸發濃縮。

專利CN104001339A公開了一種MVR板式蒸發系統，蒸發產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮後溫度和壓力提高，提高了蒸汽的品位，使得低溫位蒸汽可以重複利用。該方法蒸發系統中可設置多效蒸發部，使得MVR板式蒸發系統應用領域更廣，但是隨著蒸發系統中蒸發效數的增加，機械蒸汽壓縮機的能效係數將降低，使得蒸發系統的能耗增加。

CN202315333U、CN203170039U公開了一種蒸汽機械壓縮蒸發設備，該實用新型有效利用了蒸發器產生的二次蒸汽，二次蒸汽經過提壓後潛熱增加，利用提壓後的蒸汽潛熱加熱廢水，達到回收水資源的目的，該法具有明顯的節能效果，但是設備在應用過程中蒸發器存在結垢的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種處理廢水的方法和裝置，本發明所述的廢水處理方法和裝置具有安全可靠、設備簡單、操作費用低、節能效果明顯等優點。

本發明提供了一種處理廢水的裝置，所述處理裝置包括廢水預熱器、處理器、蒸汽壓縮機、凝結水收集器和結垢器；其中廢水進料管線經廢水預熱器與處理器的進料口連接，處理器的濃縮液出口經管線與結垢器的原料入口連接，處理器的冷凝液出口經管線與凝結水收集器連接，處理器的氣體出口經管線與蒸汽壓縮機的入口相連，蒸汽壓縮機的出口經管線與結垢器的熱源蒸汽入口連接，結垢器的凝結水排放口經管線與凝結水收集器連接，結垢器頂部的蒸汽排放口經管線分別與處理器的加熱蒸汽入口和輔助蒸汽入口連接，凝結水收集器的排放口與廢水預熱器連接，結垢器的濃縮液排放口經管線與處理器的進料口連接，結垢器底部的汙垢排放口通過管線外送出裝置。

本發明所述處理廢水的裝置中，所述蒸汽壓縮機的出口與結垢器的熱源蒸汽入口連接管線上設置補充蒸汽管線。

本發明所述處理廢水的裝置中，所述廢水預熱器可以採用管殼式換熱器、熱管式換熱器、板式換熱器或板殼式換熱器，優選採用板式換熱器。

本發明所述處理有機廢水的裝置中，所述的結垢器為夾套式結構，夾套內由熱源蒸汽加熱，所述熱源蒸汽為結垢器蒸發產生的蒸汽再經機械壓縮後的蒸汽，結垢器內部均勻設置2～6片刮片，優選設置2～4片刮片，所述刮片通過電機帶動在結垢器內部旋轉，在生產過程中，刮片連續旋轉，旋轉速度為200r/min～360r/min。

本發明所述處理廢水的裝置中，所述處理器包括上封頭、殼體、下封頭，所述上封頭設有氣體出口，所述下封頭設有濃縮液出口，所述殼體按照液相物料流動方向包括汽液分離段、物料分布段、蒸發段和儲液段；所述物料分布段上方的殼體上設有進料口，所述蒸發段包括上管板、蒸發管、下管板和支撐板，所述上管板和下管板固定於殼體的內壁上，所述蒸發管穿過上管板和下管板，所述蒸發管豎直排列在所述蒸發段中，所述下管板的下方設置有支撐板，所述下管板與支撐板固定連接，所述蒸發段的殼體上設有加熱蒸汽入口和冷凝液出口，所述儲液段的殼體上設有輔助蒸汽入口。

本發明所述處理器中，所述氣液分離段內設有除霧設施，具體可以為金屬絲網除霧器、纖維除霧器和折流板除霧器中的任一種。

本發明所述處理器中，所述進料口連接有進料管，所述進料管上連接有進料分布器，所述進料分布器可以為管式、雙層排管、槽式、盤式、衝擊式、噴嘴式、寶塔式、蓮蓬式、組合式等。

本發明所述處理器中，所述蒸發管內裝填有填料，所述填料可以為陶瓷材質或金屬材質，優選陶瓷材質；所述填料形狀可以為拉西環、鮑爾環、階梯環、蜂窩狀或狼牙棒狀。

本發明所述處理器中，所述蒸發段與儲液段固定連接，具體可以採用法蘭連接，所述支撐板位於法蘭連接中間。

本發明所述處理器中，所述支撐板上開有多個孔，所述孔的直徑小於蒸發管內填料的直徑，所述孔的直徑為2mm～5mm。

本發明所述處理器中，所述支撐板與蒸發段的下管板固定連接，靠蒸發段與儲液段的連接法蘭緊密接觸，通過拆卸蒸發段與儲液段的連接法蘭，可鬆開支撐板與下管板，以便於拆卸更換填料。

本發明所述處理器中，所述物料分布段內裝有填料，所述填料可與蒸發管內填料一致。

本發明所述處理器中，所述輔助蒸汽可以為空氣、氮氣、蒸汽等，優選蒸汽。

本發明所述處理器中，所述物料分布段的高度為物料分布段直徑的1~1.5倍。

本發明所述處理器中，所述氣液分離段的高度為氣液分離段直徑的1~1.5倍。

本發明所述處理器中，所述儲液段的高度為儲液段直徑的1~2倍。

本發明所述處理廢水的裝置中，所述的蒸汽壓縮機可以採用離心式壓縮機、螺杆式壓縮機、往復式壓縮機、高壓離心風機中的一種；所述蒸汽壓縮機的壓縮比為1.3～2.0，優選為1.4～1.7。

本發明還提供一種處理廢水的方法，採用上述裝置，所述方法包括：

使用廢水預熱器，其用於處理原料廢水和凝結水，原料廢水和凝結水在廢水預熱器中進行換熱，得到經預熱後的原料廢水和冷卻的凝結水；

使用處理器，其用於處理來自經廢水預熱器預熱後的原料廢水，處理後得到氣相的第1料流、液相的第2料流和凝結水；

使用蒸汽壓縮機，其用於壓縮來自處理器的第1料流，處理後得到氣相的第3料流，所述第3料流作為熱源蒸汽進入結垢器，冷卻後得到凝結水；

使用結垢器，其用於接收來自處理器的第2料流和蒸汽壓縮機的第3料流，處理後得到氣相的第4料流、液相的第5料流和凝結水，所述第4料流分別經過處理器的加熱蒸汽入口和輔助蒸汽入口進入處理器；

使用凝結水收集器，其用於接收處理器的凝結水和結垢器的凝結水，處理後得到液相的第6料流，所述第6料流進入廢水預熱器。

本發明方法中，原料廢水在廢水預熱器中通過與凝結水換熱至接近於飽和溫度後進入處理器中，在處理器內進行蒸發，得到的蒸汽經蒸汽壓縮機壓縮後，蒸汽的潛熱提高，用壓縮蒸汽作為結垢器的蒸發熱源。

本發明方法中，原料廢水在廢水預熱器中通過與凝結水預熱至90℃～102℃，優選95℃～100℃，然後進入處理器中。

本發明方法中，所述處理器內蒸汽與廢水之間的對數換熱溫差為3℃～10℃，優選4℃～8℃，同時，所述處理器中廢水蒸發的汽化率為5%～50%，優選10%～40%。

本發明方法中，所述結垢器處理廢水得到的氣相蒸汽分別經過處理器的加熱蒸汽入口和輔助蒸汽入口進入處理器，其中經過處理器的加熱蒸汽入口進入處理器的蒸汽用量和經過輔助蒸汽入口進入處理器的蒸汽用量的體積比為1～10:1。

本發明方法中，在裝置開工時、結垢器或處理器熱源不夠時，需要用裝置外界的蒸汽作為裝置開工熱源，所述蒸汽可由蒸汽補充管線引入裝置內。

本發明方法中，所述處理器包括上封頭、殼體、下封頭，所述上封頭設有氣體出口，所述下封頭設有濃縮液出口，所述殼體按照液相物料流動方向包括汽液分離段、物料分布段、蒸發段和儲液段；所述物料分布段上方的殼體上設有進料口，所述蒸發段包括上管板、蒸發管、下管板和支撐板，所述上管板和下管板固定於殼體的內壁上，所述蒸發管穿過上管板和下管板，所述蒸發管豎直排列在所述蒸發段中，所述下管板的下方設置有支撐板，所述下管板與支撐板固定連接，所述蒸發段的殼體上設有加熱蒸汽入口和冷凝液出口，所述儲液段的殼體上設有輔助蒸汽入口。

上述處理器中，所述氣液分離段內設有除霧設施，具體可以為金屬絲網除霧器、纖維除霧器和折流板除霧器中的任一種。

上述處理器中，所述進料口連接有進料管，所述進料管上連接有進料分布器，所述進料分布器可以為管式、雙層排管、槽式、盤式、衝擊式、噴嘴式、寶塔式、蓮蓬式、組合式等。

上述處理器中，所述蒸發管內裝填有填料，所述填料可以為陶瓷材質或金屬材質，優選陶瓷材質；所述填料形狀可以為拉西環、鮑爾環、階梯環、蜂窩狀或狼牙棒狀。

上述處理器中，述蒸發段與儲液段固定連接，具體可以採用法蘭連接，所述支撐板位於法蘭連接中間。

上述處理器中，所述支撐板上開有多個孔，所述孔的直徑小於蒸發管內填料的直徑，所述孔的直徑為2mm～5mm。

上述處理器中，所述支撐板與蒸發段的下管板固定連接，靠蒸發段與儲液段的連接法蘭緊密接觸，通過拆卸蒸發段與儲液段的連接法蘭，可鬆開支撐板與下管板，以便於拆卸更換填料。

上述處理器中，所述物料分布段內裝有填料，所述填料可與蒸發管內填料一致。

上述處理器中，所述輔助蒸汽可以為空氣、氮氣、蒸汽等，優選蒸汽。

上述處理器中，所述物料分布段的高度為物料分布段直徑的1~1.5倍。

上述處理器中，所述氣液分離段的高度為氣液分離段直徑的1~1.5倍。

上述處理器中，所述儲液段的高度為儲液段直徑的1~2倍。

本發明方法中的其他技術，如水泵、熱量換熱、凝結水收集、過濾等是本專業技術人員熟知的內容。

與現有技術相比，本發明所述的廢水處理方法具有如下優點：

1、本發明廢水處理方法中，水蒸發濃縮回收採用雙效蒸汽機械再壓縮強制循環工藝回收，可實現85%～99%水資源回收利用。

2、本發明廢水處理方法中，本發明中蒸汽壓縮系統主要是通過二次蒸汽加熱廢水，讓廢水溫度達到、甚至高於其易結垢的溫度，以實現達到脫除廢水中的有機物的目的，本發明中設置了結垢器，使廢水中有機物在結垢器的內表面結垢並除去，減緩循環廢水在處理器中結垢，使得裝置長周期穩定運轉。

3、本發明廢水處理方法和裝置中，將進料廢水與循環廢水混合進蒸發器，從而達到稀釋循環廢水的目的，可進一步降低蒸發器結垢風險。

4、本發明廢水處理方法和裝置中，處理器在蒸發管內通入輔助蒸汽和裝填填料，提高了廢水蒸發麵積、液膜更新速度，加大了蒸汽與廢水的傳熱速率和傳熱係數。通過裝填表面粗糙的填料，利於廢水結垢在填料表面發生，實現廢水結垢轉移，減少蒸發管內表面大量結垢而影響傳熱，填料表面結垢嚴重時，可更換處理。處理器的蒸發管內輔助蒸汽與廢水逆流，增加了廢水的湍流程度，可減少蒸發管內壁結垢。

5、本發明廢水處理方法和裝置具有安全可靠、設備簡單、投資低、等特點。

附圖說明

圖1 是本發明處理廢水的方法和裝置示意圖。

圖2是本發明所用處理器的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例來進一步說明本發明的具體情況，但不限於下述的實施例。

如圖1，本發明提供了一種處理廢水的裝置，所述處理裝置包括廢水預熱器2、處理器6、蒸汽壓縮機8、凝結水收集器19和結垢器11；其中廢水進料管線經廢水預熱器2與處理器6的進料口連接，處理器6的濃縮液出口經管線與結垢器11的原料入口連接，處理器6的冷凝液出口經管線與凝結水收集器19連接，處理器6的氣體出口經管線與蒸汽壓縮機8的入口相連，蒸汽壓縮機8的出口經管線與結垢器11的熱源蒸汽入口連接，結垢器11的凝結水排放口經管線與凝結水收集器19連接，結垢器11頂部的蒸汽排放口經管線分別與處理器6的加熱蒸汽入口和輔助蒸汽入口連接，凝結水收集器19的排放口與廢水預熱器2連接，結垢器11的濃縮液排放口經管線與處理器6的進料口連接，結垢器11底部的汙垢排放口通過管線外送出裝置。

本發明所述處理廢水的裝置中，所述蒸汽壓縮機的出口與結垢器的熱源蒸汽入口連接管線上設置補充蒸汽管線。

如圖2所示，本發明所述處理器包括上封頭1、殼體2、下封頭3，所述上封頭1設有氣體出口4，所述下封頭3設有濃縮液出口5，所述殼體2按照液相物料流動方向包括汽液分離段6、物料分布段7、蒸發段8和儲液段9；所述氣液分離段6設有纖維除霧器20，所述物料分布段7上方的殼體上設有進料口16，所述進料口連接有進料管17，所述進料管17連接有進料分布器19，所述蒸發段8包括上管板10、蒸發管11、下管板12，所述上管板10和下管板12固定於殼體的內壁上，所述蒸發管11穿過上管板10和下管板12，所述蒸發管11豎直排列在所述蒸發段8中，所述蒸發管11內填充填料，所述填料材質選用陶瓷材料，所述填料為鮑爾環，所述下管板12的下方設置有支撐板18，所述支撐板18上開有多個孔，所述孔的直徑小於蒸發管11內填料的直徑，所述孔的直徑為3mm。所述蒸發段8的殼體上設有加熱蒸汽入口13和冷凝液出口14，所述儲液段9殼體上設有輔助蒸汽入口15，所述輔助蒸汽為蒸汽，所述蒸發段8與儲液段9採用法蘭固定連接，所述支撐板18位於法蘭連接中間，所述支撐板18與蒸發段8的下管板12靠蒸發段8與儲液段9的連接法蘭緊密接觸，通過拆卸蒸發段8與儲液段9的連接法蘭，可鬆開支撐板18與下管板12，以便於拆卸更換填料。所述物料分布段7內裝有填料，所述填料可蒸發管11內填料一致。所述物料分布段7的高度為物料分布段7直徑的1.5倍。所述氣液分離段6的高度為氣液分離段6直徑的1.5倍。所述儲液段9的高度為儲液段9直徑的2倍。

本發明還提供一種處理廢水的方法，採用上述裝置，所述方法包括：

使用廢水預熱器2，其用於處理原料廢水1和凝結水20，原料廢水1和凝結水20在廢水預熱器2中進行換熱，得到經預熱後的原料廢水3和冷卻的凝結水16；

使用處理器6，其用於處理來自經廢水預熱器預熱後的原料廢水3，處理後得到氣相的第1料流7、液相的第2料流14和凝結水17；

使用蒸汽壓縮機8，其用於壓縮來自處理器的第1料流7，處理後得到氣相的第3料流9，所述第3料流9作為熱源蒸汽進入結垢器11，冷卻後得到凝結水18；

使用結垢器11，其用於接收來自處理器的第2料流14和蒸汽壓縮機的第3料流9，處理後得到氣相的第4料流4、液相的第5料流15和凝結水18，所述第4料流4分兩路，其中一路12經過處理器的加熱蒸汽入口進入處理器，另一路13經處理器的輔助蒸汽入口進入處理器；

使用凝結水收集器19，其用於接收處理器的凝結水17和結垢器的凝結水18，處理後得到液相的第6料流20，所述第6料流20進入廢水預熱器2。

實施例1

採用圖1所述的裝置，所述處理器採用圖2所述的裝置，丙烯晴生產廢水中主要含丙烯晴高分子化合物，丙烯晴廢水中凱氏氮含量為4050mg/L，廢水蒸發沸點為100℃，當廢水蒸發80%以上時，濃縮液易結垢、結焦。原料廢水處理量為15t/h，常溫廢水經過預熱器2預熱至99℃，與104℃的濃縮液混合，進入蒸發器6A中。原料廢水與回流濃縮液廢水流量比為3:1。廢水在蒸發器6A中的蒸發溫度為104℃，蒸汽壓縮機9的壓縮比為1.5，壓縮蒸汽作為蒸發熱源的蒸汽和作為載氣的蒸汽體積用量比為4:1。凝結水經熱量回收後溫度為45℃左右。凝結水回收量為11t/h。