一種有機廢水的處理方法和裝置與流程

2024-02-27 22:25:15

本發明涉及環境保護及節能技術領域的一種有機廢水的處理方法和裝置，具體地說是處理煉油化工含高分子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有機廢水的處理方法和裝置，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。

本發明提供了一種有機廢水的處理裝置，所述裝置包括廢水預熱器、蒸發器、噴射器、結垢器、蒸汽壓縮機和凝結水收集分離器；其中廢水進料管線經廢水預熱器與蒸發器的廢水入口連接，蒸發器頂部的蒸汽出口與噴射器的氣相入口連接，蒸發器的凝結水排放口經管線與凝結水收集分離器連接，蒸發器底部的濃縮液排放口經管線與結垢器的入口連接，結垢器頂部的蒸汽出口與蒸發器的熱源蒸汽入口相連，結垢器的凝結水排放口經管線與凝結水收集分離器連接，凝結水收集分離器的氣相出口與蒸汽壓縮機的入口相連，蒸汽壓縮機的出口與結垢器的熱源蒸汽入口連接，凝結水收集分離器的液體排放口分兩路，其中一路經管線與廢水預熱器連接，另一路與噴射器的液相入口連接，噴射器的出口至凝結水收集分離器連接，結垢器的濃縮液排放口經管線與蒸發器的廢水入口連接，結垢器底部設有汙垢排放口。

本發明所述有機廢水的處理裝置中，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。

本發明所述有機廢水的處理裝置中，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。

本發明所述有機廢水的處理裝置中，所述的噴射器為水力噴射器，噴射器的氣相入口真空度 為10~40kPa，噴射器出口氣液混合物壓力為100~120kPa(A)。

本發明所述有機廢水的處理裝置中，所述的蒸發器可採用升膜蒸發器、降膜蒸發器、水平管蒸發器和板式蒸發器中的任一種。

本發明所述有機廢水的處理裝置中，所述的降膜蒸發器包括：殼體、管板、蒸發管、液體供給裝置，所述管板設置在所述殼體的上部；所述蒸發管為多個，多個所述蒸發管豎直排列在所述殼體中，且所述蒸發管的上端穿過所述管板；所述蒸發管的上端設有導流裝置；所述液體供給裝置包括進液槽和分進料管，所述進液槽豎直設置在所述殼體的外壁上部，且環繞整個所述殼體，所述進液槽均勻設有多個分進料口，所述分進料口設置在所述進液槽的上側壁，所述分進料管的下端豎直穿過所述分進料口伸入所述進液槽中，且所述分進料管的下端靠近所述進液槽的底部；所述殼體設有多個與所述進液槽連通的溢流通道。

其中，所述分進料管可拆卸地安裝在所述進液槽上。

其中，所述進液槽中設有多個防衝板，多個所述防衝板均勻排列在所述進液槽的底部。

其中，所述防衝板上設有導通孔。

其中，所述防衝板的高度與所述進液槽的深度比為1/3～3/5。

其中，所述殼體的內壁設有一個溢流擋板，所述溢流擋板固定在所述殼體的內壁，所述溢流擋板與所述殼體內壁及管板形成布液通道。

其中，所述溢流擋板為圓筒，且截面呈類倒「L」字型。

其中，所述蒸發管均勻排列在所述殼體中。

本發明所述有機廢水的處理裝置中，所述的結垢器為夾套式結構，夾套內由熱源蒸汽加熱，所述熱源蒸汽為蒸發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。

本發明所述有機廢水的處理裝置中，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。

本發明還提供一種有機物廢水的處理方法，採用本發明上述裝置，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，處理後得到預熱後的原料廢水和冷凝的凝結水；

使用蒸發器，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；

使用噴射器，其用於處理來自蒸發器的第1料流和來自凝結水收集分離器的飽和溫度的凝結水，處理後得到氣液混合相的第3料流；

使用凝結水收集分離器，其用於接收來自蒸發器的凝結水、結垢器的凝結水和噴射器的第3料流，處理後得到氣相的第4料流和飽和溫度的凝結水，所述飽和溫度的凝結水分為兩路，其中一路進入廢水預熱器，另一路進入噴射器；

使用蒸汽壓縮機，其用於處理來自凝結水收集分離器的第4料流，處理後得到氣相的第5料流，所述第5料流作為結垢器的熱源蒸汽進入結垢器；

使用結垢器，其用於處理來自蒸發器的第2料流，處理後得到氣相的第6料流、液相的第7料流、汙垢和凝結水；所述第6料流作為蒸發器的熱源蒸汽進入蒸發器，所述第7料流與預熱後的原料廢水混合後進入蒸發器。

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與結垢器排出的濃縮液混合進入蒸發器中，在蒸發器內進行蒸發，得到的蒸汽再由蒸汽壓縮機壓縮後，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換熱至95℃～102℃，優選98℃～100℃，然後與結垢器的濃縮液混合進入蒸發器中，以保證進入蒸發器中蒸發的混合液中有機物濃度為未飽和濃度。

本發明方法中，所述蒸發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，所述蒸發器中廢水蒸發的汽化率為5%～50%，優選10%～40%，使蒸發濃縮後排放至結垢器的液體中有機物濃度為接近飽和但未飽和的濃度，同時，蒸發器內蒸發真空度為10~40kPa，從而更為有效地避免有機物在蒸發器中產生結焦。

本發明方法中，所述結垢器的操作溫度為濃縮廢水的沸點溫度至高於沸點溫度1℃～5℃，操作壓力為常壓。

本發明方法中，所述的凝結水收集分離器的操作溫度為100℃～105℃，操作壓力為凝結水的飽和蒸汽壓。

本發明方法中，在裝置開工時，需要用裝置外界的蒸汽作為裝置開工熱源。蒸汽可由補充蒸汽管線引入裝置內；如果裝置在運行過程中，所述處理裝置的產生的蒸汽不能維持裝置熱量消耗蒸汽量時，可由補充蒸汽管線引入蒸汽；如果裝置在運行過程中，廢水處理裝置產生的蒸汽大於維持裝置熱量消耗蒸汽量時，排放蒸汽可由補充蒸汽管線排出裝置。

本發明方法中，所述的降膜蒸發器包括：殼體、管板、蒸發管、液體供給裝置，所述管板設置在所述殼體的上部；所述蒸發管為多個，多個所述蒸發管豎直排列在所述殼體中，且所述蒸發管的上端穿過所述管板；所述蒸發管的上端設有導流裝置；所述液體供給裝置包括進液槽和分進料管，所述進液槽豎直設置在所述殼體的外壁上部，且環繞整個所述殼體，所述進液槽均勻設有多個分進料口，所述分進料口設置在所述進液槽的上側壁，所述分進料管的下端豎直穿過所述分進料口伸入所述進液槽中，且所述分進料管的下端靠近所述進液槽的底部；所述殼體設有多個與所述進液槽連通的溢流通道。

其中，所述分進料管可拆卸地安裝在所述進液槽上。

其中，所述進液槽中設有多個防衝板，多個所述防衝板均勻排列在所述進液槽的底部。

其中，所述防衝板上設有導通孔。

其中，所述防衝板的高度與所述進液槽的深度比為1/3～3/5。

其中，所述殼體的內壁設有一個溢流擋板，所述溢流擋板固定在所述殼體的內壁，所述溢流擋板與所述殼體內壁及管板形成布液通道。

其中，所述溢流擋板為圓筒，且截面呈類倒「L」字型。

其中，所述蒸發管均勻排列在所述殼體中。

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

與現有技術相比，本發明所述的有機廢水的處理方法和裝置具有如下優點：

1、本發明有機廢水的處理方法和裝置中，廢水蒸發濃縮回收採用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、本發明有機廢水的處理方法和裝置中，本發明中蒸汽再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，而且本發明在強制循環泵後增加了結垢器，使廢水中有機物在結垢器的內表面結垢並除去，避免循環廢水在蒸發器中結垢，使得裝置長周期穩定運轉。

3、本發明有機廢水的處理方法和裝置中，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，同時，蒸發系統設置噴射器抽引蒸發器蒸發的蒸汽，使得蒸發器可在真空條件下運行，從而更為有效地降低了蒸發器結垢的風險。

4、本發明有機廢水的處理方法和裝置中，蒸汽機械再壓縮強制循環工藝有效地結合了強制循環蒸汽再壓縮工藝和常規的雙效蒸汽機械壓縮工藝的優點，設置結垢器，實現結垢空間位置的轉換，既達到節能的目的，也可有效地防止蒸發器結垢問題，保證了蒸發器的高效換熱效果，避免設備結垢、結焦堵塞等問題。

5、本發明有機廢水的處理方法和裝置中，通過使用具有側向進料的降膜蒸發器，結構簡單緊湊，有效地縮小了設備的高度；液體流通量大，操作、維護方便；使用該設備液體分布率高、布膜均勻、不易堵塞、易於清洗，可以增加蒸發管的布置數量，增加蒸發器的換熱面積。

6、本發明有機廢水的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 是本發明有機廢水的處理方法和裝置的流程示意圖。

圖2 是本發明所用降膜蒸發器的半剖結構正視圖。

圖3 是本發明所用降膜蒸發器的部分剖的俯視圖。

圖4 是本發明所用降膜蒸發器的防衝板示意圖。

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。

本發明提供了一種有機廢水的處理裝置，所述裝置包括廢水預熱器2、蒸發器6、噴射器8、結垢器14、蒸汽壓縮機12和凝結水收集分離器10；其中廢水進料管線經廢水預熱器2與蒸發器6的廢水入口連接，蒸發器6頂部的蒸汽出口與噴射器7的氣相入口連接，蒸發器6的凝結水排放口經管線與凝結水收集分離器10連接，蒸發器6底部的濃縮液排放口經管線與結垢器14的入口連接，結垢器14頂部的蒸汽出口與蒸發器6的熱源蒸汽入口相連，結垢器14的凝結水排放口經管線與凝結水收集分離器10連接，凝結水收集分離器10的氣相出口與蒸汽壓縮機12的入口相連，蒸汽壓縮機12的出口與結垢器14的熱源蒸汽入口連接，凝結水收集分離器10的液體排放口分兩路，其中一路經管線與廢水預熱器2連接，另一路與噴射器8的液相入口連接，噴射器8的出口至凝結水收集分離器10連接，結垢器14的濃縮液排放口經管線與蒸發器6的廢水入口連接，結垢器14底部設有汙垢排放口。

本發明還提供一種有機物廢水的處理方法，採用本發明上述裝置，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28，原料廢水1和凝結水28在廢水預熱器2中進行換熱，處理後得到預熱後的原料廢水3和冷凝的凝結水29；

使用蒸發器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15和凝結水21；

使用噴射器8，其用於處理來自蒸發器的第1料流7和來自凝結水收集分離器10的飽和溫度的凝結水27，處理後得到氣液混合相的第3料流9；

使用凝結水收集分離器10，其用於接收來自蒸發器的凝結水21、結垢器的凝結水24和噴射器的第3料流9，處理後得到氣相的第4料流11和飽和溫度的凝結水25，所述飽和溫度的凝結水25分兩路，其中一路28進入廢水預熱器2，另一路27進入噴射器8；

使用蒸汽壓縮機12，其用於處理來自凝結水收集分離器10的第4料流11，處理後得到氣相的第5料流13，所述第5料流13作為結垢器14的熱源蒸汽進入結垢器14；

使用結垢器14，其用於處理來自蒸發器6的第2料流15，處理後得到氣相的第6料流16、液相的第7料流4、汙垢18和凝結水24；所述第6料流16作為蒸發器6的熱源蒸汽進入蒸發器6，所述第7料流4與預熱後的原料廢水3混合後進入蒸發器6。

本發明有機廢水的處理方法中，原料廢水1在廢水預熱器2內與凝結水28預熱至接近於飽和溫度，然後與結垢器14排出的濃縮液4混合，混合後的物料5進入蒸發器6中，在蒸發器6內進行蒸發，蒸發得到的蒸發蒸汽7進入噴射器，由來自凝結水收集分離器10的增壓凝結水27在噴射器8內實現壓力能轉化為動能變為高速流動的料流，從而實現在噴射器8的氣相入口形成真空度，達到抽引蒸汽7的目的。由噴射器8排除的氣液混合物9進入凝結水收集分離器10，與蒸發器的凝結水21、結垢器的凝結水24混合、分離，分離得到的蒸汽11進入蒸汽壓縮機12，經蒸汽壓縮機12壓縮後得到的蒸汽13作為結垢器的熱源蒸汽進入結垢器，分離得到的凝結水25分兩路，其中一路28經泵送入廢水預熱器2，與原料廢水1換熱，實現熱量回收，降溫的凝結水29可回收利用，另一路27進入噴射器8。蒸發器6的得到的濃縮液15經泵打入結垢器14中，濃縮液15在結垢器14中進行再次蒸發並結垢，結垢器14內產生的蒸汽16作為蒸發器6的熱源蒸汽進入蒸發器6，冷凝後成為凝結水21，凝結水21進入凝結水收集分離器10中。結垢器13器壁內附著的汙垢經刮片去除，得到的汙垢18由結垢器14的汙垢排放口排出，經過泵送至焚燒爐作為燃料或去其他無害化處理的裝置進行後續處理。經過結垢器14進一步濃縮後的濃縮液4與經過預熱後的原料廢水3混合進入蒸發器6。

如圖2和3所示，本發明的側向進料的降膜蒸發器，包括：殼體11、管板1、蒸發管3、液體供給裝置20。殼體11為圓筒狀，管板1設置在殼體11的上部，管板1上表面與殼體11頂端的部分構成布膜室。蒸發管3為多個，多個蒸發管3豎直排列在殼體11中，優選蒸發管均勻排列。蒸發管3的上端穿過管板1，在管板1上設置多個蒸發管孔，蒸發管3的上端從蒸發管孔中伸出，並使用焊接或漲接等方法與管板1密封連接。在蒸發管3的上端設有導流裝置2。液體供給裝置20包括進液槽6和多個分進料管7，本實施例中，進液槽6為一個內側開口的環形殼體槽，環形殼體槽的內徑與殼體11的外徑相同，進液槽6通過焊接豎直設置在殼體11的外壁上部，且環繞整個殼體11，進液槽6開口的一側以殼體11的外側壁作為共用的側壁。進液槽6均勻設有多個分進料口13，分進料口13的數量與分進料管7相同，用於安裝分進料管7，具體到本實施例，分進料口的數量為8個。分進料口13設置在進液槽6的上側壁，分進料管7的下端豎直穿過分進料口13伸入進液槽6中，且分進料管7的下端出口靠近進液槽6的底部。分進料管7用於與進料總管10連通，由進料總管10通過分進料管7向進料槽6中提供物料。殼體11設有多個與進液槽6連通的溢流通道5，溢流通道5為靠近進液槽6上側壁的堰口，常用的結構有矩形堰、V型堰和圓底矩形堰。

進一步的，分進料管7通過法蘭可拆卸地安裝在進液槽6上。具體的，分進料管7的外側壁焊接安裝一個法蘭盤71，法蘭盤71與進液槽6的上側壁通過螺栓組件連接在一起，可以根據需要進行拆卸。

進一步的，進液槽6中設有多個防衝板8，多個防衝板8均勻排列在進液槽6的底部，本實施例中，防衝板8的數量為16個。優選的，防衝板8的上沿高於分進料管7的下端出口。參照圖4所示，防衝板8上設有導通孔81，導通孔81的截面優選為圓形，其直徑為5-30毫米，優選10-20毫米。優選的，防衝板8的高度與進液槽6的深度比為1/3~3/5，例如防衝板8的高度為進液槽深度6的1/3、3/7、1/2和3/5。

進一步的，殼體11的內壁設有一個溢流擋板4，溢流擋板4為圓筒，且溢流擋板4的外徑小於殼體11的內徑。溢流擋板4通過多個長方形支撐板12固定在殼體11的內壁，且溢流擋板4的下沿高於管板1的上表面，溢流擋板4與殼體11內壁及管板1形成布液通道。布液通道的截面寬度小於殼體11內壁與蒸發管3的最小距離。

實施例1

採用圖1所述的裝置，所述降膜蒸發器採用圖2所述的裝置，所用有機廢水為丙烯晴生產廢水，丙烯晴廢水中凱氏氮含量為4050mg/L，廢水沸點為100℃，當廢水蒸發80wt%的水份以上時，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6中。原料廢水與濃縮液廢水流量比為3:1～1.5。廢水在蒸發器6中的蒸發溫度為100℃，噴射器氣相蒸汽入口真空度為15 kPa，蒸汽壓縮機12的壓縮比為1.5。結垢器14中的蒸發溫度為104℃，結垢器14中設置2片刮片，刮片旋轉速度為360r/min，汙垢由汙垢泵連續外排。凝結水經熱量回收後溫度為45℃左右，凝結水回收量為11t/h。