一种处理废水的方法和装置与流程

本发明涉及环境保护及节能技术领域的一种废水的处理方法和装置，具体地说是处理含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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种处理废水的方法和装置，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废水的装置，所述处理装置包括废水预热器、处理器、蒸汽压缩机、凝结水收集器和结垢器；其中废水进料管线经废水预热器与处理器的进料口连接，处理器的浓缩液出口经管线与结垢器的原料入口连接，处理器的冷凝液出口经管线与凝结水收集器连接，处理器的气体出口经管线与蒸汽压缩机的入口相连，蒸汽压缩机的出口经管线与结垢器的热源蒸汽入口连接，结垢器的凝结水排放口经管线与凝结水收集器连接，结垢器顶部的蒸汽排放口经管线分别与处理器的加热蒸汽入口和辅助蒸汽入口连接，凝结水收集器的排放口与废水预热器连接，结垢器的浓缩液排放口经管线与处理器的进料口连接，结垢器底部的污垢排放口通过管线外送出装置。

本发明所述处理废水的装置中，所述蒸汽压缩机的出口与结垢器的热源蒸汽入口连接管线上设置补充蒸汽管线。

本发明所述处理废水的装置中，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。

本发明所述处理废水的装置中，所述处理器包括上封头、壳体、下封头，所述上封头设有气体出口，所述下封头设有浓缩液出口，所述壳体按照液相物料流动方向包括汽液分离段、物料分布段、蒸发段和储液段；所述物料分布段上方的壳体上设有进料口，所述蒸发段包括上管板、蒸发管、下管板和支撑板，所述上管板和下管板固定于壳体的内壁上，所述蒸发管穿过上管板和下管板，所述蒸发管竖直排列在所述蒸发段中，所述下管板的下方设置有支撑板，所述下管板与支撑板固定连接，所述蒸发段的壳体上设有加热蒸汽入口和冷凝液出口，所述储液段的壳体上设有辅助蒸汽入口。

本发明所述处理器中，所述气液分离段内设有除雾设施，具体可以为金属丝网除雾器、纤维除雾器和折流板除雾器中的任一种。

本发明所述处理器中，所述进料口连接有进料管，所述进料管上连接有进料分布器，所述进料分布器可以为管式、双层排管、槽式、盘式、冲击式、喷嘴式、宝塔式、莲蓬式、组合式等。

本发明所述处理器中，所述蒸发管内装填有填料，所述填料可以为陶瓷材质或金属材质，优选陶瓷材质；所述填料形状可以为拉西环、鲍尔环、阶梯环、蜂窝状或狼牙棒状。

本发明所述处理器中，所述蒸发段与储液段固定连接，具体可以采用法兰连接，所述支撑板位于法兰连接中间。

本发明所述处理器中，所述支撑板上开有多个孔，所述孔的直径小于蒸发管内填料的直径，所述孔的直径为2mm～5mm。

本发明所述处理器中，所述支撑板与蒸发段的下管板固定连接，靠蒸发段与储液段的连接法兰紧密接触，通过拆卸蒸发段与储液段的连接法兰，可松开支撑板与下管板，以便于拆卸更换填料。

本发明所述处理器中，所述物料分布段内装有填料，所述填料可与蒸发管内填料一致。

本发明所述处理器中，所述辅助蒸汽可以为空气、氮气、蒸汽等，优选蒸汽。

本发明所述处理器中，所述物料分布段的高度为物料分布段直径的1~1.5倍。

本发明所述处理器中，所述气液分离段的高度为气液分离段直径的1~1.5倍。

本发明所述处理器中，所述储液段的高度为储液段直径的1~2倍。

本发明所述处理废水的装置中，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废水的方法，采用上述装置，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，得到经预热后的原料废水和冷却的凝结水；

使用处理器，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；

使用蒸汽压缩机，其用于压缩来自处理器的第1料流，处理后得到气相的第3料流，所述第3料流作为热源蒸汽进入结垢器，冷却后得到凝结水；

使用结垢器，其用于接收来自处理器的第2料流和蒸汽压缩机的第3料流，处理后得到气相的第4料流、液相的第5料流和凝结水，所述第4料流分别经过处理器的加热蒸汽入口和辅助蒸汽入口进入处理器；

使用凝结水收集器，其用于接收处理器的凝结水和结垢器的凝结水，处理后得到液相的第6料流，所述第6料流进入废水预热器。

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进入处理器中，在处理器内进行蒸发，得到的蒸汽经蒸汽压缩机压缩后，蒸汽的潜热提高，用压缩蒸汽作为结垢器的蒸发热源。

本发明方法中，原料废水在废水预热器中通过与凝结水预热至90℃～102℃，优选95℃～100℃，然后进入处理器中。

本发明方法中，所述处理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，所述处理器中废水蒸发的汽化率为5%～50%，优选10%～40%。

本发明方法中，所述结垢器处理废水得到的气相蒸汽分别经过处理器的加热蒸汽入口和辅助蒸汽入口进入处理器，其中经过处理器的加热蒸汽入口进入处理器的蒸汽用量和经过辅助蒸汽入口进入处理器的蒸汽用量的体积比为1～10:1。

本发明方法中，在装置开工时、结垢器或处理器热源不够时，需要用装置外界的蒸汽作为装置开工热源，所述蒸汽可由蒸汽补充管线引入装置内。

本发明方法中，所述处理器包括上封头、壳体、下封头，所述上封头设有气体出口，所述下封头设有浓缩液出口，所述壳体按照液相物料流动方向包括汽液分离段、物料分布段、蒸发段和储液段；所述物料分布段上方的壳体上设有进料口，所述蒸发段包括上管板、蒸发管、下管板和支撑板，所述上管板和下管板固定于壳体的内壁上，所述蒸发管穿过上管板和下管板，所述蒸发管竖直排列在所述蒸发段中，所述下管板的下方设置有支撑板，所述下管板与支撑板固定连接，所述蒸发段的壳体上设有加热蒸汽入口和冷凝液出口，所述储液段的壳体上设有辅助蒸汽入口。

上述处理器中，所述气液分离段内设有除雾设施，具体可以为金属丝网除雾器、纤维除雾器和折流板除雾器中的任一种。

上述处理器中，所述进料口连接有进料管，所述进料管上连接有进料分布器，所述进料分布器可以为管式、双层排管、槽式、盘式、冲击式、喷嘴式、宝塔式、莲蓬式、组合式等。

上述处理器中，所述蒸发管内装填有填料，所述填料可以为陶瓷材质或金属材质，优选陶瓷材质；所述填料形状可以为拉西环、鲍尔环、阶梯环、蜂窝状或狼牙棒状。

上述处理器中，述蒸发段与储液段固定连接，具体可以采用法兰连接，所述支撑板位于法兰连接中间。

上述处理器中，所述支撑板上开有多个孔，所述孔的直径小于蒸发管内填料的直径，所述孔的直径为2mm～5mm。

上述处理器中，所述支撑板与蒸发段的下管板固定连接，靠蒸发段与储液段的连接法兰紧密接触，通过拆卸蒸发段与储液段的连接法兰，可松开支撑板与下管板，以便于拆卸更换填料。

上述处理器中，所述物料分布段内装有填料，所述填料可与蒸发管内填料一致。

上述处理器中，所述辅助蒸汽可以为空气、氮气、蒸汽等，优选蒸汽。

上述处理器中，所述物料分布段的高度为物料分布段直径的1~1.5倍。

上述处理器中，所述气液分离段的高度为气液分离段直径的1~1.5倍。

上述处理器中，所述储液段的高度为储液段直径的1~2倍。

本发明方法中的其他技术，如水泵、热量换热、凝结水收集、过滤等是本专业技术人员熟知的内容。

与现有技术相比，本发明所述的废水处理方法具有如下优点：

1、本发明废水处理方法中，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、本发明废水处理方法中，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，本发明中设置了结垢器，使废水中有机物在结垢器的内表面结垢并除去，减缓循环废水在处理器中结垢，使得装置长周期稳定运转。

3、本发明废水处理方法和装置中，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、本发明废水处理方法和装置中，处理器在蒸发管内通入辅助蒸汽和装填填料，提高了废水蒸发面积、液膜更新速度，加大了蒸汽与废水的传热速率和传热系数。通过装填表面粗糙的填料，利于废水结垢在填料表面发生，实现废水结垢转移，减少蒸发管内表面大量结垢而影响传热，填料表面结垢严重时，可更换处理。处理器的蒸发管内辅助蒸汽与废水逆流，增加了废水的湍流程度，可减少蒸发管内壁结垢。

5、本发明废水处理方法和装置具有安全可靠、设备简单、投资低、等特点。

附图说明

图1 是本发明处理废水的方法和装置示意图。

图2是本发明所用处理器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的具体情况，但不限于下述的实施例。

如图1，本发明提供了一种处理废水的装置，所述处理装置包括废水预热器2、处理器6、蒸汽压缩机8、凝结水收集器19和结垢器11；其中废水进料管线经废水预热器2与处理器6的进料口连接，处理器6的浓缩液出口经管线与结垢器11的原料入口连接，处理器6的冷凝液出口经管线与凝结水收集器19连接，处理器6的气体出口经管线与蒸汽压缩机8的入口相连，蒸汽压缩机8的出口经管线与结垢器11的热源蒸汽入口连接，结垢器11的凝结水排放口经管线与凝结水收集器19连接，结垢器11顶部的蒸汽排放口经管线分别与处理器6的加热蒸汽入口和辅助蒸汽入口连接，凝结水收集器19的排放口与废水预热器2连接，结垢器11的浓缩液排放口经管线与处理器6的进料口连接，结垢器11底部的污垢排放口通过管线外送出装置。

本发明所述处理废水的装置中，所述蒸汽压缩机的出口与结垢器的热源蒸汽入口连接管线上设置补充蒸汽管线。

如图2所示，本发明所述处理器包括上封头1、壳体2、下封头3，所述上封头1设有气体出口4，所述下封头3设有浓缩液出口5，所述壳体2按照液相物料流动方向包括汽液分离段6、物料分布段7、蒸发段8和储液段9；所述气液分离段6设有纤维除雾器20，所述物料分布段7上方的壳体上设有进料口16，所述进料口连接有进料管17，所述进料管17连接有进料分布器19，所述蒸发段8包括上管板10、蒸发管11、下管板12，所述上管板10和下管板12固定于壳体的内壁上，所述蒸发管11穿过上管板10和下管板12，所述蒸发管11竖直排列在所述蒸发段8中，所述蒸发管11内填充填料，所述填料材质选用陶瓷材料，所述填料为鲍尔环，所述下管板12的下方设置有支撑板18，所述支撑板18上开有多个孔，所述孔的直径小于蒸发管11内填料的直径，所述孔的直径为3mm。所述蒸发段8的壳体上设有加热蒸汽入口13和冷凝液出口14，所述储液段9壳体上设有辅助蒸汽入口15，所述辅助蒸汽为蒸汽，所述蒸发段8与储液段9采用法兰固定连接，所述支撑板18位于法兰连接中间，所述支撑板18与蒸发段8的下管板12靠蒸发段8与储液段9的连接法兰紧密接触，通过拆卸蒸发段8与储液段9的连接法兰，可松开支撑板18与下管板12，以便于拆卸更换填料。所述物料分布段7内装有填料，所述填料可蒸发管11内填料一致。所述物料分布段7的高度为物料分布段7直径的1.5倍。所述气液分离段6的高度为气液分离段6直径的1.5倍。所述储液段9的高度为储液段9直径的2倍。

本发明还提供一种处理废水的方法，采用上述装置，所述方法包括：

使用废水预热器2，其用于处理原料废水1和凝结水20，原料废水1和凝结水20在废水预热器2中进行换热，得到经预热后的原料废水3和冷却的凝结水16；

使用处理器6，其用于处理来自经废水预热器预热后的原料废水3，处理后得到气相的第1料流7、液相的第2料流14和凝结水17；

使用蒸汽压缩机8，其用于压缩来自处理器的第1料流7，处理后得到气相的第3料流9，所述第3料流9作为热源蒸汽进入结垢器11，冷却后得到凝结水18；

使用结垢器11，其用于接收来自处理器的第2料流14和蒸汽压缩机的第3料流9，处理后得到气相的第4料流4、液相的第5料流15和凝结水18，所述第4料流4分两路，其中一路12经过处理器的加热蒸汽入口进入处理器，另一路13经处理器的辅助蒸汽入口进入处理器；

使用凝结水收集器19，其用于接收处理器的凝结水17和结垢器的凝结水18，处理后得到液相的第6料流20，所述第6料流20进入废水预热器2。

实施例1

采用图1所述的装置，所述处理器采用图2所述的装置，丙烯晴生产废水中主要含丙烯晴高分子化合物，丙烯晴废水中凯氏氮含量为4050mg/L，废水蒸发沸点为100℃，当废水蒸发80%以上时，浓缩液易结垢、结焦。原料废水处理量为15t/h，常温废水经过预热器2预热至99℃，与104℃的浓缩液混合，进入蒸发器6A中。原料废水与回流浓缩液废水流量比为3:1。废水在蒸发器6A中的蒸发温度为104℃，蒸汽压缩机9的压缩比为1.5，压缩蒸汽作为蒸发热源的蒸汽和作为载气的蒸汽体积用量比为4:1。凝结水经热量回收后温度为45℃左右。凝结水回收量为11t/h。