申请日2015.11.02
公开(公告)日2017.05.10
IPC分类号C02F9/10; C02F101/30
摘要
本发明提供了一种处理有机废水的工艺方法和装置,所述装置包括废水预热器、蒸发器、结垢器、蒸汽分布器、蒸汽压缩机和凝结水收集器。本发明还提供一种采用上述的装置处理有机废水的工艺方法。本发明所述的废水处理方法和装置具有安全可靠、设备简单、操作费用低、节能效果明显等优点。
权利要求书
1.一种处理有机废水的装置,所述装置包括废水预热器、蒸发器、结垢器、蒸汽压缩机、蒸汽分布器和凝结水收集器;其中废水进料管线经废水预热器与蒸发器的废水入口连接,蒸发器顶部的蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口相连,蒸发器的凝结水排放口经管线与凝结水收集器连接,蒸发器底部的浓缩液排放口经管线与结垢器的入口连接,结垢器顶部的蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口相连,蒸汽压缩机的出口与蒸汽分布器入口连接,蒸汽分布器的出口分两路,其中一路经管线与蒸发器的热源蒸汽入口连接,另一路经管线与结垢器的热源蒸汽入口连接,结垢器的浓缩液排放口经管线与蒸发器的废水入口连接,结垢器底部设有污垢排放口,结垢器的凝结水排放口经管线与凝结水收集器连接,凝结水收集器的排放口与废水预热器连接。
2.按照权利要求1所述的装置,其特征在于:所述蒸汽分布器还与补充蒸汽管线连接。
3.按照权利要求1所述的装置,其特征在于:所述废水预热器采用管壳式换热器、热管式换热器、板式换热器或板壳式换热器中的任一种。
4.按照权利要求1所述的装置,其特征在于:所述废水预热器采用板式换热器。
5.按照权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的蒸发器采用升膜蒸发器、降膜蒸发器、水平管蒸发器和板式蒸发器中的任一种。
6.按照权利要求5述的装置,其特征在于:所述的降膜蒸发器包括:壳体、管板、蒸发管、液体供给装置,所述管板设置在所述壳体的上部;所述蒸发管为多个,多个所述蒸发管竖直排列在所述壳体中,且所述蒸发管的上端穿过所述管板;所述蒸发管的上端设有导流装置;所述液体供给装置包括进液槽和分进料管,所述进液槽竖直设置在所述壳体的外壁上部,且环绕整个所述壳体,所述进液槽均匀设有多个分进料口,所述分进料口设置在所述进液槽的上侧壁,所述分进料管的下端竖直穿过所述分进料口伸入所述进液槽中,且所述分进料管的下端靠近所述进液槽的底部;所述壳体设有多个与所述进液槽连通的溢流通道。
7.按照权利要求6述的装置,其特征在于:所述分进料管可拆卸地安装在所述进液槽上。
8.按照权利要求6述的装置,其特征在于:所述进液槽中设有多个防冲板,多个所述防冲板均匀排列在所述进液槽的底部。
9.按照权利要求8述的装置,其特征在于:所述防冲板上设有导通孔。
10.按照权利要求8述的装置,其特征在于:所述防冲板的高度与所述进液槽的深度比为1/3~3/5。
11.按照权利要求6述的装置,其特征在于:所述壳体的内壁设有一个溢流挡板,所述溢流挡板固定在所述壳体的内壁,所述溢流挡板与所述壳体内壁及管板形成布液通道。
12.按照权利要求11的装置,其特征在于:所述溢流挡板为圆筒,且截面呈类倒“L”字型。
13.按照权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的结垢器为夹套式结构,夹套内由热源蒸汽加热,所述热源蒸汽为结垢器蒸发产生的蒸汽再经机械压缩后的蒸汽,结垢器内部均匀设置2~6片刮片,所述刮片通过电机带动在结垢器内部旋转,在生产过程中,刮片连续旋转,旋转速度为200r/min~360r/min。
14.按照权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的蒸汽压缩机采用离心式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、高压离心风机中的一种。
15.按照权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的蒸汽压缩机的压缩比为1.3~2.0,优选为1.4~1.7。
16.一种处理有机废水的工艺方法,采用权利要求1-15中任一所述的装置,所述方法包括:
使用废水预热器,其用于处理原料废水和凝结水,原料废水和凝结水在废水预热器中进行换热,处理后得到预热后的原料废水和冷凝的凝结水;
使用蒸发器,其用于处理来自经废水预热器预热后的原料废水,处理后得到气相的第1料流、液相的第2料流和凝结水;
使用结垢器,其用于处理来自蒸发器的第2料流,处理后得到气相的第3料流、液相的第4料流、污垢和凝结水,所述第4料流与预热后的原料废水混合后进入蒸发器;
使用蒸汽压缩机,其用于处理来自蒸发器的第1料流和结垢器的第3料流,得到气相的第5料流;
使用蒸汽分布器,其用于接收来自蒸汽压缩机的第5料流,处理后得到气相的第6料流和气相的第7料流,所述第6料流作为热源蒸汽进入蒸发器,所述第7料流作为热源蒸汽进入结垢器;
使用凝结水收集器,其用于接收蒸发器的凝结水和结垢器的凝结水,混合后的凝结水进入废水预热器。
17.按照权利要求16所述的方法,其特征在于:原料废水在废水预热器中通过与凝结水换热至95℃~102℃,然后与结垢器的浓缩液混合进入蒸发器中,以保证进入蒸发器中蒸发的混合液中有机物浓度为未饱和浓度。
18.按照权利要求17所述的方法,其特征在于:原料废水在废水预热器中通过与凝结水换热至98℃~100℃。
19.按照权利要求16所述的方法,其特征在于:所述蒸发器内蒸汽与废水之间的对数换热温差为3℃~10℃,所述蒸发器中废水蒸发的汽化率为5%~50%。
20.按照权利要求19所述的方法,其特征在于:所述蒸发器内蒸汽与废水之间的对数换热温差为4℃~8℃,所述蒸发器中废水蒸发的汽化率为10%~40%。
21.按照权利要求16所述的方法,其特征在于:所述结垢器的操作温度为浓缩废水的沸点温度至高于沸点温度1℃~5℃,操作压力为常压。
说明书
一种处理有机废水的工艺方法和装置
技术领域
本发明涉及环境保护及节能技术领域的一种处理有机废水的方法和装置,具体地说是处理炼油化工含高分子有机化合物废水的方法和装置。
背景技术
有机废水主要来源于化工、道路除冰、食品加工等领域,还包括印染废水、石油开采与加工废水、造纸废水和农药行业废水等。高盐有机废水的总量巨大且逐年增加。如果在排放之前不对其进行处理,废水中高浓度的可溶性无机盐和难降解的有毒有机物会造成严重的环境污染,对土壤及地表水、地下水造成破坏。因此,在水资源紧缺的今天,研究开发有效的高盐有机废水处理技术是十分必要的。目前,高盐有机废水的处理技术较多,主要有物理化学法、生物法及其组合工艺。
近年来,国外提出了用机械蒸汽再压缩蒸发技术处理回收废水。机械蒸汽再压缩技术是一项减少对外界能源需求的先进节能技术。其节能原理在于:将系统中产生的二次蒸汽经过压缩机压缩,使其压力和温度上升、焓值增加,替代了原系统中必须采用的外部热源,且二次蒸汽的潜热得到了充分利用,从而达到工艺过程节能的目的。
目前,机械蒸汽再压缩系统主要在含盐污水、油田回注水、制药废水等废水回收处理方面有应用。在含高分子有机化合物废水回收处理方面还未见有应用。由于有机废水中含有易结焦、结垢的高分子有机物,在机械蒸汽再压缩系统的蒸发器中,随着水份的不断蒸发,有机废水经过浓缩,沸点将增加,高分子有机物将在浓液中结焦、结垢,而附着在蒸发器的换热面上,严重影响蒸发器换热效率,进而可引起蒸发器、管道的堵塞。
专利CN102641603A和CN102553274A分别公开了带有机械蒸汽压缩机的板式蒸发器和管式蒸发器装置,专利CN102641603A中板式蒸发器中的操作温度一般控制在60℃左右,专利CN102553274A中蒸发器中的真空度为0.05~0.098MPa。该两种低温或真空蒸发方式,降低了物料的沸点,该方法适合于热敏性物料及易结垢物料的蒸发浓缩。
专利CN104001339A公开了一种MVR板式蒸发系统,蒸发产生的二次蒸汽经压缩机压缩后温度和压力提高,提高了蒸汽的品位,使得低温位蒸汽可以重复利用。该方法蒸发系统中可设置多效蒸发部,使得MVR板式蒸发系统应用领域更广,但是随着蒸发系统中蒸发效数的增加,机械蒸汽压缩机的能效系数将降低,使得蒸发系统的能耗增加。
CN202315333U、CN203170039U公开了一种蒸汽机械压缩蒸发设备,该实用新型有效利用了蒸发器产生的二次蒸汽,二次蒸汽经过提压后潜热增加,利用提压后的蒸汽潜热加热废水,达到回收水资源的目的,该法具有明显的节能效果,但是设备在应用过程中蒸发器存在结垢的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理有机废水的工艺方法和装置,本发明所述的废水处理方法和装置具有安全可靠、设备简单、操作费用低、节能效果明显等优点。
本发明提供了一种处理有机废水的装置,所述装置包括废水预热器、蒸发器、结垢器、蒸汽压缩机、蒸汽分布器和凝结水收集器;其中废水进料管线经废水预热器与蒸发器的废水入口连接,蒸发器顶部的蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口相连,蒸发器的凝结水排放口经管线与凝结水收集器连接,蒸发器底部的浓缩液排放口经管线与结垢器的入口连接,结垢器顶部的蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口相连,蒸汽压缩机的出口与蒸汽分布器入口连接,蒸汽分布器的出口分两路,其中一路经管线与蒸发器的热源蒸汽入口连接,另一路经管线与结垢器的热源蒸汽入口连接,结垢器的浓缩液排放口经管线与蒸发器的废水入口连接,结垢器底部设有污垢排放口,结垢器的凝结水排放口经管线与凝结水收集器连接,凝结水收集器的排放口与废水预热器连接。
本发明所述处理有机废水的装置中,所述蒸汽分布器还与补充蒸汽管线连接。
本发明所述处理有机废水的装置中,所述废水预热器可以采用管壳式换热器、热管式换热器、板式换热器或板壳式换热器,优选采用板式换热器。
本发明所述处理有机废水的装置中,所述的蒸发器可采用升膜蒸发器、降膜蒸发器、水平管蒸发器和板式蒸发器中的任一种。
本发明所述处理有机废水的装置中,所述的降膜蒸发器包括:壳体、管板、蒸发管、液体供给装置,所述管板设置在所述壳体的上部;所述蒸发管为多个,多个所述蒸发管竖直排列在所述壳体中,且所述蒸发管的上端穿过所述管板;所述蒸发管的上端设有导流装置;所述液体供给装置包括进液槽和分进料管,所述进液槽竖直设置在所述壳体的外壁上部,且环绕整个所述壳体,所述进液槽均匀设有多个分进料口,所述分进料口设置在所述进液槽的上侧壁,所述分进料管的下端竖直穿过所述分进料口伸入所述进液槽中,且所述分进料管的下端靠近所述进液槽的底部;所述壳体设有多个与所述进液槽连通的溢流通道。
其中,所述分进料管可拆卸地安装在所述进液槽上。
其中,所述进液槽中设有多个防冲板,多个所述防冲板均匀排列在所述进液槽的底部。
其中,所述防冲板上设有导通孔。
其中,所述防冲板的高度与所述进液槽的深度比为1/3~3/5。
其中,所述壳体的内壁设有一个溢流挡板,所述溢流挡板固定在所述壳体的内壁,所述溢流挡板与所述壳体内壁及管板形成布液通道。
其中,所述溢流挡板为圆筒,且截面呈类倒“L”字型。
其中,所述蒸发管均匀排列在所述壳体中。
本发明所述处理有机废水的装置中,所述的结垢器为夹套式结构,夹套内由热源蒸汽加热,所述热源蒸汽为结垢器蒸发产生的蒸汽再经机械压缩后的蒸汽,结垢器内部均匀设置2~6片刮片,优选设置2~4片刮片,所述刮片通过电机带动在结垢器内部旋转,在生产过程中,刮片连续旋转,旋转速度为200r/min~360r/min。
本发明所述处理有机废水的装置中,所述的蒸汽压缩机可以采用离心式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、高压离心风机中的一种;所述蒸汽压缩机的压缩比为1.3~2.0,优选为1.4~1.7。
本发明还提供一种处理有机废水的工艺方法,采用本发明上述装置,所述工艺方法包括:
使用废水预热器,其用于处理原料废水和凝结水,原料废水和凝结水在废水预热器中进行换热,处理后得到预热后的原料废水和冷凝的凝结水;
使用蒸发器,其用于处理来自经废水预热器预热的原料废水,处理后得到气相的第1料流、液相的第2料流和凝结水;
使用结垢器,其用于处理来自蒸发器的第2料流,处理后得到气相的第3料流、液相的第4料流、污垢和凝结水,所述第4料流与预热后的原料废水混合后进入蒸发器;
使用蒸汽压缩机,其用于处理来自蒸发器的第1料流和结垢器的第3料流,得到气相的第5料流;
使用蒸汽分布器,其用于接收来自蒸汽压缩机的第5料流,处理后得到气相的第6料流和气相的第7料流,所述第6料流作为热源蒸汽进入蒸发器,所述第7料流作为热源蒸汽进入结垢器;
使用凝结水收集器,其用于接收蒸发器的凝结水和结垢器的凝结水,混合后的凝结水进入废水预热器。
本发明方法中,原料废水在废水预热器中通过与凝结水换热至接近于饱和温度后与结垢器排出的浓缩液混合进入蒸发器中,在蒸发器内进行蒸发,得到的蒸汽再由蒸汽压缩机压缩后,蒸汽的潜热提高,用压缩蒸汽作为蒸发器的蒸发热源。
本发明方法中,原料废水在废水预热器中通过与凝结水换热至95℃~102℃,优选98℃~100℃,然后与结垢器的浓缩液混合进入蒸发器中,以保证进入蒸发器中蒸发的混合液中有机物浓度为未饱和浓度。
本发明方法中,所述蒸发器内蒸汽与废水之间的对数换热温差为3℃~10℃,优选4℃~8℃,同时,所述蒸发器中废水蒸发的汽化率为5%~50%,优选10%~40%,使蒸发浓缩后排放至结垢器的液体中有机物浓度为接近饱和但未饱和的浓度,从而有效地避免有机物在蒸发器中产生结焦。
本发明方法中,所述结垢器的操作温度为浓缩废水的沸点温度至高于沸点温度1℃~5℃,操作压力为常压。
本发明方法中,在装置开工时,需要用装置外界的蒸汽作为装置开工热源。蒸汽可由补充蒸汽管线引入装置内;如果装置在运行过程中,所述处理装置的产生的蒸汽不能维持装置热量消耗蒸汽量时,可由补充蒸汽管线引入蒸汽;如果装置在运行过程中,废水处理装置产生的蒸汽大于维持装置热量消耗蒸汽量时,排放蒸汽可由补充蒸汽管线排出装置。
本发明方法中,所述的降膜蒸发器包括:壳体、管板、蒸发管、液体供给装置,所述管板设置在所述壳体的上部;所述蒸发管为多个,多个所述蒸发管竖直排列在所述壳体中,且所述蒸发管的上端穿过所述管板;所述蒸发管的上端设有导流装置;所述液体供给装置包括进液槽和分进料管,所述进液槽竖直设置在所述壳体的外壁上部,且环绕整个所述壳体,所述进液槽均匀设有多个分进料口,所述分进料口设置在所述进液槽的上侧壁,所述分进料管的下端竖直穿过所述分进料口伸入所述进液槽中,且所述分进料管的下端靠近所述进液槽的底部;所述壳体设有多个与所述进液槽连通的溢流通道。
其中,所述分进料管可拆卸地安装在所述进液槽上。
其中,所述进液槽中设有多个防冲板,多个所述防冲板均匀排列在所述进液槽的底部。
其中,所述防冲板上设有导通孔。
其中,所述防冲板的高度与所述进液槽的深度比为1/3~3/5。
其中,所述壳体的内壁设有一个溢流挡板,所述溢流挡板固定在所述壳体的内壁,所述溢流挡板与所述壳体内壁及管板形成布液通道。
其中,所述溢流挡板为圆筒,且截面呈类倒“L”字型。
其中,所述蒸发管均匀排列在所述壳体中。
本发明方法中的其他技术,如水泵、热量换热、凝结水收集等是本专业技术人员熟知的内容。
与现有技术相比,本发明所述的含有机物废水处理方法和装置具有如下优点:
1、本发明处理有机废水的工艺方法和装置中,废水蒸发浓缩回收采用双效蒸汽机械再压缩强制循环工艺回收,可实现85%~99%水资源回收利用。
2、本发明处理有机废水的工艺方法和装置中,本发明中蒸汽压缩系统主要是通过二次蒸汽加热废水,让废水温度达到、甚至高于其易结垢的温度,以实现达到脱除废水中的有机物的目的,而且本发明在强制循环泵后增加了结垢器,使废水中有机物在结垢器的内表面结垢并除去,避免循环废水在蒸发器中结垢,使得装置长周期稳定运转。
3、本发明处理有机废水的工艺方法和装置中,将进料废水与循环废水混合进蒸发器,从而达到稀释循环废水的目的,可进一步降低蒸发器结垢风险。
4、本发明处理有机废水的工艺方法和装置中,蒸汽机械压缩强制循环工艺有效地结合了强制循环蒸汽再压缩工艺和常规的双效蒸汽机械压缩工艺的优点,设置结垢器,实现结垢空间位置的转换,既达到节能的目的,也可有效地防止蒸发器结垢问题,保证了蒸发器的高效换热效果,避免设备结垢、结焦堵塞等问题。
5、本发明处理有机废水的工艺方法和装置中,通过使用具有侧向进料的降膜蒸发器,结构简单紧凑,有效地缩小了设备的高度;液体流通量大,操作、维护方便;使用该设备液体分布率高、布膜均匀、不易堵塞、易于清洗,可以增加蒸发管的布置数量,增加蒸发器的换热面积。
6、本发明处理有机废水的工艺方法和装置具有安全可靠、设备简单、投资低、等特点。