申请日2011.04.22
公开(公告)日2013.07.24
IPC分类号C02F1/00
摘要
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及废水再生处理的设备，基于冷冻和融解过程、采用冻融倒级一体化技术、利用自然能冷冻去除废水中污染物(包括有机物、毒害污染物、营养盐和盐分等)使废水再生处理的设备。其特征在于：该设备包括废水缓冲槽(1)、冷热交换器(2)、冻融倒级一体化装置(3和4)、补给水调节槽(5)和高浓度废水收集槽(6)。所述的冷热交换器采用夹管式，内部用折板隔开，冷热交换器的一端是废水入口和再生水出口，另一端是冰相融溶水入口和废水的出口，废水与冰相融溶水在折板间通过错流实现冷热交换;所述的冻融倒级一体化装置里有三个冻融槽，依次用管道连接，冻融槽的一端是废水和补给水的进水口，另一端是高浓度废水和冰相融溶水的出口，三级冻融槽还与高浓度废水收集槽连接。该设备工作过程中实现无污染和无动力损耗，具有操作简单、节约能源、处理效果好等优点。
权利要求书
1.基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于该设备包括废水缓冲槽(1)、冷热交换器(2)、冻融倒级一体化装置(3和4)、补给水调节槽(5)、高浓度废水收集槽(6);冷热交换器一端通过管道与废水缓冲槽相连，另一端与冻融倒级一体化装置相连，冻融倒级一体化装置又分别与补给水调节槽和高浓度废水收集槽相连;冻融倒级一体化装置由三个冻融槽组成，分别为一级冻融槽(3.1)、二级冻融槽(3.2)和三级冻融槽(3.3);三个冻融槽在冷冻结晶过程中作为串联的冷冻槽，冷冻槽内的废水在通过折板的过程中，在折板周围冷冻结晶，折板的作用是增加废水的冷冻结晶面积;废水通过第二进水管(2.6)进入冻融倒级一体化装置(3)中的一级冻融槽(3.1)，经过折板后从出口流出;通过第三进水管(3.6)进入二级冻融槽(3.2)，经过折板后从出口流出;再通过第四进水管(3.9)进入三级冻融槽(3.3)，经过折板后从出口流出，最后通过第三排水管(3.12)排入高浓度废水收集槽(6);一级冻融槽通过第三阀门(2.7)和第四阀门(3.7)控制废水的流速和流量;二级冻融槽通过第四阀门(3.7)和第五阀门(3.10)控制废水的流速和流量;三级冻融槽通过第五阀门(3.10)和第六阀门(3.13)控制废水的流速和流量。
2.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的冷热交换器采用夹管式，内部用折板隔开;废水通过第一进水管(2.1)进入冷热交换器(2)中的套管，再通过第二进水管(2.6)流出;冰相融溶水通过第一排水管(2.8)进入冷热交换器(2)，经过内部的折板(2.5)，最后通过第二排水管(2.3)流出即为再生水;废水和冰相融溶水在折板间通过错流实现冷热交换，并通过第一阀门(2.2)和第三阀门(2.7)来控制废水进入冷热交换器的流速和流量;通过第十阀门(3.16)、第十一阀门(3.15)、第十二阀门(3.14)和第二阀门(2.4)来控制冰相融溶水进入冷热交换器的流速和流量;冷热交换器的作用是将冰相融溶水的冷能与废水的热能通过错流在折板间进行冷热交换，通过调节流量和流速，将冷热交换器出口的废水温度控制在6℃以下。
3.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的冻融倒级一体化装置的三个冻融槽在冰相融解过程中作为并联的融冰槽，融冰槽内折板上的冰相通过补给水的热量进行融解，形成冰相融溶水;补给水通过第五进水管(3.5)分别进入一级冻融槽(3.1)、二级冻融槽(3.2)和三级冻融槽(3.3)，补给水将折板上的冰相融解后形成冰相融溶水，然后又从第一排水管(2.8)进入冷热交换器;一级冻融槽通过第七阀门(3.4)和第十阀门(3.16)控制补给水的流速和流量;二级冻融槽通过第八阀门(3.8)和第十一阀门(3.15)控制补给水的流速和流量;三级冻融槽通过第九阀门(3.11)和第十二阀门(3.14)控制补给水的流速和流量。
4.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其 特征在于所述的一体化是指同一个冻融槽既可以作为冷冻槽进行冷冻结晶，又可以作为融冰槽进行冰相融解;冻融槽的前端是废水的进水口和补给水的出水口，后端是高浓度废水的出水口和冰相融溶水的进水口，三级冻融槽还与高浓度废水收集槽连接;在一级冻融槽中，第二进水管(2.6)和第三进水管(3.6)分别是冷冻结晶过程中废水的进水管和出水管，第五进水管(3.5)和第一排水管(2.8)分别是冰相融解过程中补给水的进水管和冰相融溶水的出水管;并且通过第三阀门(2.7)和第四阀门(3.7)来调节冷冻结晶过程中废水的流速、流量和停留时间参数来控制结冰速度和污染物在冰相与液相中的浓度，通过第七阀门(3.4)、第八阀门(3.8)、第九阀门(3.11)和第十阀门(3.16)、第十一阀门(3.15)、第十二阀门(3.14)调节冰相融解过程中补给水的温度、流量和流速参数来控制融冰速度和出水水质。
5.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的倒级是指冻融槽内的两个水流方向的互相转换;一个水流方向是废水从冷热交换器(2)到冻融倒级一体化装置(3或4)再到高浓度废水收集槽(6)，另一个水流方向是补给水从补给水调节槽(5)到冻融倒级一体化装置(3或4)再到冷热交换器(2);该装置根据DR方程进行有效控制冻融的速率、冰水比例和污染物浓度，实现高效利用自然能去除废水中污染物。
6.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的冻融倒级一体化装置采用两套或两套以上的冻融倒级一体化装置并联，通过装置的冷热导换，实现设备的连续运行。
7.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的冻融倒级一体化装置还能对冰相进行重复提纯。
8.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的冻融倒级一体化装置除补给水的流向循环外采用高程自流设计。
9.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的补给水调节槽(5)是用来调节含热量的补给水。
10.根据权利要求1所述的基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于所述的高浓度废水收集槽(6)是用来收集从冻融倒级一体化装置里排出的高浓度废水。
说明书
冻融倒级一体化废水再生处理设备
技术领域
本发明属废水处理技术领域，特别涉及利用自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备。
背景技术
我国北方冬季长，温度低的气候条件造成污水处理厂运行困难。一方面水处理设备在冬季需要特殊防 护才能继续运行，另一方面生物污水处理法在冬季需要特殊菌种才能达到出水效果，这样就加大了对污水 处理的投资。
目前用冷冻技术申请的设备专利有以下几个领域：一是海水淡化领域，魏仕英申请的“旋转射流真空 冷冻海水淡化装置”(申请号：200510022054.9)专利主要解决了现有的真空冷冻海水淡化存在的三相点产 生的水蒸气难以移走，真空减压时海水中不凝1气体聚集破坏真空、水蒸气喷射泵能耗大配套复杂等问题; 李凭力等申请的“海水雾化冷冻制备低盐度农田灌溉用水的方法”(申请号：200810052857.2)专利中用到 雾化冷冻装置对海水进行淡化处理。二是废水脱盐领域，美国的本·M·埃尼斯和保罗·利伯曼在申请的 “采用压缩空气能量系统的脱盐方法和系统”(申请号200780019987.X)、“采用连续螺旋状半融冰雪移除 系统的脱盐方法和系统”(申请号：200780031535.3)和“使用压缩空气能量和/或来自脱盐过程的冷冻水 的热能储存系统”(申请号：200780046557.7)三个专利中都用到冷冻方法进行脱盐处理;三是废水除污 领域，费学宁等发明“利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统”(申请号：201010104868.8) 专利，李红军等发明“高盐度有机废水处理组合设备”(申请号：201010248025.5)专利。上述专利都用 到冷冻技术，但是仍存在以下问题：1、冷冻设备复杂而且基本无法进行人为控制;2、冻融分离的过程会 消耗大量的人力和物力。
本发明采用自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，能有效的利用自然能使出水水质达 标并进行高效利用，具有设备投资低、操作简单、运行成本低等特点。
发明内容
发明目的
本发明的目的是填补现有技术的空白，提供一种新型的经济环保的采用自然冷冻过程的冻融倒级一体 化的废水再生处理设备。
技术方案
本发明有如下结构实现：
一套基于自然冷冻过程的冻融倒级一体化的废水再生处理设备，其特征在于包括废水缓冲槽(1)、冷 热交换器(2)、冻融倒级一体化装置(3和4)、补给水调节槽(5)、高浓度废水收集槽(6)。所述的废水 缓冲槽(1)包括入水口和出水口;所述的冷热交换装置(2)包括第一进水管(2.1)、第二进水管(2.6)、 第一排水管(2.8)、第二排水管(2.3)、第一阀门(2.2)、第二阀门(2.4)、第三阀门(2.7)和折板(2.5); 所述的冻融倒级一体化装置(3)的包括冻融槽、进水管、排水管和阀门，其中冻融槽包括一级冻融槽(3.1)、 二级冻融槽(3.2)和三级冻融槽(3.3)，进水管包括第三进水管(3.6)、第四进水管(3.9)、第五进水管 (3.5)，排水管包括第三排水管(3.12)，阀门包括第四阀门(3.7)、第五阀门(3.10)、第六阀门(3.13)、 第七阀门(3.4)、第八阀门(3.8)、第九阀门(3.11)、第十阀门(3.16)、第十一阀门(3.15)和第十二阀 门(3.14)。所述的冻融倒级一体化装置(4)和冻融倒级一体化装置(3)的结构完全一样;所述的补给水 调节槽(5)包括进水口和出水口;所述的高浓度废水收集槽(6)包括进水口和出水口。
所述冷热交换器(2)的入水口和出水口分别连接着两套逆行的管道，其中入水口与第一进水管(2.1) 和第一排水管(2.8)连接，分别用第一阀门(2.2)和第十阀门(3.16)、第十一阀门(3.15)、第十二阀门 (3.14)和第二阀门(2.4)来调节;出水口与第二进水管(2.6)和第二排水管(2.3)连接，分别用第三 阀门(2.7)和第二阀门(2.4)调节。
所述冻融倒级一体化装置(3)有三个冻融槽。一级冻融槽(3.1)的入水口与并行的第二进水管(2.6) 和第五进水管(3.5)连接，分别用第三阀门(2.7)和第七阀门(3.4)调节;出水口与并行的第三进水管 (3.6)和第一排水管(2.8)连接，分别用第四阀门(3.7)和第十阀门(3.16)调节;冻融槽内部用折板 (3.17)隔开。二级冻融槽(3.2)的入水口与并行的第三进水管(3.6)和第五进水管(3.5)连接，分别 用第四阀门(3.7)和第五阀门(3.10)调节;出水口与并行的第四进水管(3.9)和第一排水管(2.8)连 接，分别用第五阀门(3.10)和十二阀门(3.14)调节。三级冻融槽(3.3)的入水口与并行的第四进水管 (3.9)和第五进水管(3.5)连接，分别用第五阀门(3.10)和第九阀门(3.11)调节;出水口与并行的第 一排水管(2.8)和第三排水管(3.12)连接，分别用第十二阀门(3.14)和第六阀门(3.13)调节。
所述的补给水调节槽(5)包括进水口和出水口。出水口与第五进水管(3.5)连接，分别用第七阀门 (3.4)、第八阀门(3.8)和第九阀门(3.11)调节。
所述的高浓度废水收集槽(6)包括进水口和出水口。进水口与第三排水管(3.12)连接，用第六阀门 (3.13)调节。
有益效果
填补了现有技术的空白，通过冻融倒级一体化装置，能有效的利用自然能和运行过程中产生的能量; 使再生水达标并能进行再利用;设备投资低、操作简单、运行成本低等特点。
