一種膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置的製作方法

2023-04-24 12:33:41

本實用新型屬於汙染物處理技術領域，具體而言，本實用新型涉及一種膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置。

背景技術：

滲濾液指垃圾在堆放和填埋過程中由於壓實、發酵等生物化學降解作用，同時在降水和地下水的滲流作用下產生的一種高濃度的有機或無機成份的液體，目前幾乎所有的垃圾滲濾液都來自於垃圾填埋場和焚燒廠。

垃圾滲濾液由於成分複雜，含有多種有毒有害的無機物和有機物，滲濾液中還含有難以生物降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物、氯化芳香族化物，磷酸醋，酚類化合物和苯胺類化合物等。垃圾滲濾液中CODcr、BOD5濃度最高值可達數千至幾萬，和城市汙水相比，濃度高出許多，所以滲濾液不經過嚴格的處理、處置是不可以直接排入城市汙水處理管道的。一般而言，CODcr、BOD5、BOD5/CODcr隨填埋場的「年齡」增長而降低，鹼度含量則升高。所以對垃圾滲濾液要經過處理後才能排放。

目前對填埋場和焚燒廠滲濾液採用綜合處理的方式比較多，一般都採用前期預處理後先厭氧後好氧處理，然後再超濾、納濾和反滲透。超濾可以將大分子和懸浮物濾出，透過超濾膜的主要成分為腐殖酸和各種小分子以及Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、CO2-、SO42-等離子，需要進入納濾進一步處理；納濾膜將幾乎所有的腐殖酸和二價及以上離子分離出，分離出的濃縮液約佔到進入納濾的20％。納濾濃縮液由於鹽分和有機質濃度較高，不容易存放或填埋，需要進一步處理。透過納濾膜的溶液由於含有較高的Na+、Cl-等一價離子，未達到排放標準，仍然需要進一步處理，因此還需要反滲透過程。反滲透處理後的清液達到排放標準後可以排放或用來公共事業澆灌等，反滲透濃縮液約佔到進入反滲透系統的總量的25％左右，主要成分為Na+、Cl-等一價離子的溶液。

對於反滲透濃縮液，由於汙染性較低，可以採取自然風乾後再填埋的方式，但是靠自然風乾效率較低、佔地面積較大；也可以通過工藝加工成工業鹽，但是成本較高；還可以通過熱處理濃縮的方式促使蒸發，但是選用熱處理工藝不當容易造成換熱接觸面結晶，導致受熱面導熱不均、換熱效果下降。

對納濾濃縮液的處理，有的工藝採取回流重新進入滲濾液處理系統，採取該種方式雖然可以降低腐殖酸的總量，但是隨著循環次數增加，Ca2+、Mg2+、CO2-、SO42-等離子濃度升高，對納濾前的滲濾液處理系統造成影響，所以回流也不能最終解決納濾濃縮液；噴入垃圾焚燒爐膛會對受熱面造成腐蝕和結垢損害；回灌到填埋場最終還是要再次進入滲濾液。因此各種研究解決納濾濃縮液的處理方法和工藝應運而生。

納濾濃縮液和反滲透濃縮液統稱膜濃縮液。

當前國內外對膜濃縮液處置的典型方法有回灌、膜蒸餾、蒸發、高級氧化等。但在實際運行應用中也發現了一些問題。

回灌法。回灌可提高回收率，增大膜表面衝洗流速；但隨著時間的推移，回灌的弊端逐漸顯現出來，國內垃圾填埋場均不同程度出現了汙染物的積累，滲濾液電導率升高，膜產水率下降，甚至出現電導率的增高導致膜過濾失效的問題。

膜蒸餾法即浸沒燃燒蒸發技術。其是一種無固定傳熱面的蒸發方式，將燃料與空氣送入緊靠液面或浸沒在液面之下的燃燒室進行完全燃燒，然後將高溫煙氣直接噴入液體之中以加熱液體。高溫煙氣進入液體後以大量小氣泡形式上升，由於煙氣與液體的混合與攪動十分強烈，從而大大強化了傳熱過程，尾氣在排放之前降至與液體相差不多的溫度，傳熱效率可高達95％以上。

蒸發法。蒸發是指在一定的溫度和壓強下，把混合溶液中的相對易揮發的組分分離出去的過程。蒸發處理工藝可以將待處理溶液體積濃縮到不足原液體積的2％～10％。蒸發包括常壓高溫蒸發和新型熱泵蒸發等，常壓高溫蒸發工藝在實際運行過程中都會碰到一個相同的問題——設備的腐蝕。這已成為常壓高溫蒸發處理垃圾滲濾液或膜濃縮液的最主要的限制因素。新型熱泵蒸發屬於真空蒸發，而真空蒸發方法需配備抽真空設備，蒸發濃縮系統本身也要有較好的承壓性和密封性，因此，系統的設計、製造、安裝及操作要求均較高，系統的初投資和運行費用也較高，因此也不具備成熟的大規模應用。

高級氧化法。目前來說，相對以上幾種技術，高級氧化技術是處理垃圾滲濾液、膜濃縮液比較好的選擇，主要表現在：①高效，高級氧化技術降解有機物的速度非常快，這是其它幾個技術無法相比的。②產物無害，高級氧化法氧化過程中的中間產物均可以繼續同羥基自由基反應，直至最後完全被氧化成二氧化碳和水，從而達到了徹底去除TOC、COD的目的。③由於它是一種物理化學過程，很容易加以控制，以滿足處理需要。

目前以上方法雖然理論上可行，但是還存在這樣那樣的問題，需要進一步改進。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置，以至少解決現有技術中存在的資源浪費的技術問題，同時能夠解決現有技術中存在的膜濃縮液無法回收再次利用的技術問題。

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置，所述裝置包括：

換熱器，所述換熱器用於將蒸汽的熱量傳遞給膜濃縮液，蒸汽加熱膜濃縮液後生成疏水，膜濃縮液經過蒸汽加熱後產生膜濃縮液和水蒸汽的混合物；和，

汽水分離器，所述汽水分離器用於將膜濃縮液經過蒸汽加熱後產生的膜濃縮液和水蒸汽分離。

優選地，在所述換熱器上設有第一液體入口、蒸汽入口、第一液體出口和疏水口；膜濃縮液從所述第一液體入口進入所述換熱器，蒸汽從所述蒸汽入口進入所述換熱器，蒸汽加熱膜濃縮液後生成的疏水從所述疏水口排出，膜濃縮液經過蒸汽加熱後形成的膜濃縮液和水蒸汽從所述第一液體出口排出。

優選地，在所述汽水分離器上設有第二液體入口、蒸汽出口和排出口；所述第二液體入口與所述第一液體出口相連，用於接收膜濃縮液和水蒸汽的混合物；膜濃縮液和水蒸汽在所述汽水分離器內分離之後，分離出來的水蒸汽通過所述蒸汽出口排出，分離出來的濃縮膜濃縮液通過所述排出口排出。

優選地，所述換熱器為管殼式換熱器，所述第一液體入口和所述第一液體出口通過位於所述換熱器內部的傳熱管連接，從而使得膜濃縮液由所述第一液體入口進入所述傳熱管內，並在所述傳熱管內向所述第一液體出口流動；蒸汽通過所述蒸汽入口進入所述傳熱管和所述管殼式換熱器殼體之間的空間，在所述傳熱管外流動，從而使得膜濃縮液和蒸汽通過傳熱管完成換熱，蒸汽生成疏水從所述疏水口排出，換熱後的膜濃縮液變成了膜濃縮液和水蒸氣的混合物，並通過所述第一液體出口排出。

優選地，所述膜濃縮液包括納濾濃縮液和反滲透濃縮液。

優選地，當用於處理納濾濃縮液時，所述膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置還包括用於對納濾濃縮液進行前置處理的前置處理裝置；所述前置處理裝置包括：

調節容器，用於容納納濾濃縮液，在所述調節容器內加入NaOH，用於降低納濾濃縮液中的Ca2+、Mg2+，納濾濃縮液在所述調節容器內分層形成上部清液層和下部濃縮液層，所述下部濃縮液層進入所述換熱器；和

腐殖酸膜提取系統，用於吸收所述上部清液層。

本實用新型提供的膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置採用換熱器+汽水分離串聯的方式，充分利用了垃圾焚燒產生的蒸汽餘熱來加熱蒸發膜濃縮液，既利用了蒸汽餘熱的能源、減少了耗水量，又將膜濃縮液減量化。

附圖說明

圖1為本實用新型優選實施例的膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置的結構示意圖。

圖中：1-換熱器；11-第一液體入口；12-蒸汽入口；13-第一液體出口；14-疏水口；2-汽水分離器；21-第二液體入口；22-蒸汽出口；23-排出口。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步詳細說明。

如圖1所示，本實用新型優選實施例的膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置主要包括換熱器1和汽水分離器2。

關於換熱器1的結構作用詳述如下。在換熱器1的上部設有第一液體入口11，用於接收膜濃縮液(膜濃縮液可以在一定壓力下輸送進入第一液體入口11)，在換熱器1的上部還設有蒸汽入口12，用於接收蒸汽(該蒸汽可以在一定壓力下輸送進入蒸汽入口12)，在換熱器1的下部設有第一液體出口13和疏水口14。通過蒸汽入口12輸送到換熱器內的蒸汽用於加熱膜濃縮液，蒸汽形成的疏水由疏水口14排出，換熱後的膜濃縮液因為受熱而從中產生水蒸汽(實際上為膜濃縮液因高溫而產生氣泡)，在接近第一液體出口13時已經變成了混有水蒸汽的膜濃縮液(為了與剛進入第一液體入口11的膜濃縮液加以區分，在此將混有水蒸汽的膜濃縮液稱為膜濃縮液與水蒸汽的混合物)，並由第一液體出口13排出。

關於汽水分離器2的結構作用詳述如下。在汽水分離器2上設有第二液體入口21、蒸汽出口22和排出口23，第二液體入口21與第一液體出口13相連，用於接收膜濃縮液與水蒸汽的混合物，膜濃縮液與水蒸汽的混合物在汽水分離器2中實現膜濃縮液與水蒸汽的分離，分離出來的水蒸汽通過蒸汽出口22排出，與水蒸汽分離後的膜濃縮液變成了濃縮膜濃縮液並通過排出口23排出。

優選地，本實用新型中的換熱器1為管殼式換熱器，第一液體入口11和第一液體出口13通過位於換熱器1內部的傳熱管連接，從而使得膜濃縮液由第一液體入口11進入傳熱管內，並在傳熱管內向第一液體出口13流動(即：膜濃縮液為管程流體)；蒸汽通過蒸汽入口12進入傳熱管和管殼式換熱器殼體之間的空間，在傳熱管外流動(即：蒸汽為殼程流體)，從而使得膜濃縮液和蒸汽通過傳熱管完成換熱，蒸汽形成疏水從疏水口14排出，而被加熱過的膜濃縮液形成的膜濃縮液和水蒸汽的混合物通過第一液體出口13排出。

本實用新型提供的膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置採用換熱器+汽水分離串聯的方式，由蒸汽入口12輸入的蒸汽可以是來自汽輪機的蒸汽(包括抽汽和排汽)，利用該蒸汽加熱蒸發膜濃縮液，既利用了汽輪機的蒸汽餘熱的能源、減少了耗水量，又將膜濃縮液減量化。

為了能夠充分利用資源，從疏水口14排出的疏水可以進入汽輪機低壓加熱器系統回收利用。

以某額定功率12MW、主蒸汽壓力3.85Mpa(g)、主蒸汽溫度395℃的汽輪機為例，其一抽壓力為1.1MPa(g)、溫度為286℃；二抽壓力為0.74MPa(g)、溫度為237℃；四抽壓力為0.07MPa(g)、溫度為85.7℃，排汽溫度為42℃。從餘熱利用的角度出發，採用汽輪機越低品質的抽汽或排汽來加熱膜濃縮液，對整個垃圾焚燒餘熱的熱效率越高。但是由於排汽溫度越低換熱越困難，尤其是當蒸汽溫度低於100℃時需要對換熱系統的膜濃縮液側抽真空，導致初投資成本升高、操作困難。所以從經濟性和操作性綜合考慮，優先採用汽輪機一抽和二抽蒸汽，汽輪機主蒸汽和四抽以及汽輪機排汽作為利用的次要考慮；也即：汽輪機一抽或二抽蒸汽(均是在一定壓力下)通過蒸汽入口12進入換熱器1內，另外也可以考慮採用蒸汽品質更高的主蒸汽或汽包飽和蒸汽。

本實用新型還包括前置處理裝置(未圖示)，用於對納濾濃縮液進行前置處理，前置處理裝置包括：調節容器，用於容納納濾濃縮液，在調節容器內加入NaOH，用於降低納濾濃縮液中的Ca2+、Mg2+，納濾濃縮液在調節容器內分層形成上部清液層和下部濃縮液層；和腐殖酸膜提取系統，用於吸收上部清液層。具體為：首先需要降低納濾濃縮液中的Ca2+、Mg2+，即在納濾濃縮液中加入NaOH，調pH值到12，然後靜止沉澱，上部清液調pH值到7後進入腐殖酸膜提取系統。在調節容器內經過降低納濾濃縮液中的Ca2+、Mg2+處理和經過腐殖酸膜提取系統處理過後的納濾濃縮液進入本實用新型的熱蒸發濃縮處理裝置。對於反滲透濃縮液不需要降Ca2+、Mg2+，可以直接進入換熱器1。

如圖1所示，下面以膜濃縮液為例對本實用新型的具體工作過程進行詳細描述：

整個垃圾焚燒廠發電效率較低，僅20％左右。如果能夠利用垃圾焚燒餘熱蒸發膜濃縮液，既利用了餘熱，又將膜濃縮液進一步減量，便於後續處理。根據熱力學第二定律和傳熱機理理論，蒸汽品質越高，傳熱能力越強，換熱速率越快，所需要的換熱面積越小。

膜濃縮液首先進入換熱器1，被蒸汽加熱後，產生濃縮膜濃縮液與水蒸汽的混合物，具體濃縮倍率依據進入的膜濃縮液濃度而定，原則是在保證換熱器1內膜濃縮液源源不斷進入換熱器1內的傳熱管的情況下，在傳熱管內不發生結晶或即使產生結晶，產生的結晶也能被迅速帶走而不在傳熱管內壁上積累。膜濃縮液經換熱器加熱後產生的膜濃縮液與水蒸汽的混合物進入汽水分離器2分離，水蒸汽從汽水分離器2頂端的蒸汽出口22排出後冷卻為冷凝液回收，濃縮膜濃縮液自然風乾或進入填埋場。

分析可知，與現有技術相比，本實用新型的優點和有益效果在於：

本實用新型提供的膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置採用換熱器+汽水分離串聯的方式，充分利用了垃圾焚燒產生的蒸汽餘熱加熱蒸發膜濃縮液，既利用了蒸汽餘熱的能源、減少了耗水量，又將膜濃縮液減量化。

由技術常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特徵的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，並不是僅有的。所有在本實用新型範圍內或在等同於本實用新型的範圍內的改變均被本實用新型包含。