本发明涉及废水蒸发结晶领域，提供了一种高效节能环保的蒸发结晶系统及方法。
背景技术：
：工业生产产生的废水由于含有较高的含盐量和其他污染物，采用常规的物化或者生化处理极其困难，甚至不能进行，因而蒸发成为目前处理高含盐高污染废水的主要手段。蒸发器是发生蒸汽的重要装置，为了提高蒸发效率，通常给蒸发器增加腔内温度和压力，而在运行过程中普遍存在一个问题：需提供高温高压的热源给蒸发器提升温度，需要消耗大量的新鲜蒸汽或电能。在原液蒸发运行过程中，热能的循环利用程度低，流失的热能较多。另外，高含盐废水对蒸发器的材质要求很高，需要耐腐蚀、耐高压、耐高温。因此，一般均采用双相钢、钛材等高价材料，但使用寿命仍较短。目前，市场采用的蒸发器大多为机械压缩蒸汽法(mvr)和多效蒸发器，其构造均采用列管换热，高温高压及腐蚀性废水经常导致列管污堵、结垢、腐蚀、爆管，维护维修费用高昂，经常性的需要停产维修维护，影响生产。何玮峰等人(cn107019925a)公开了一种闭式溶液循环零排放蒸发浓缩系统。其公开的系统包括溶液泵、脱湿器、冷凝器、加湿器、循环泵、蒸发结晶器、搅拌斧、离心机、节流阀、鼓风机、压缩机、引风机等。系统利用空气温度不同携带水分能力不同的特点，通过对空气加湿脱湿，实现低温常压下蒸发浓缩；采用低沸点工质循环实现热量从低温向高温转移，无需利用外在热源加热溶液，也无需采用外在冷源即可实现浓溶液的冷却结晶，只需提供少量电能即可保证系统连续工作。该系统加热废液的热能来自于压缩机压缩低沸点工质产热，也就是将电能转化成热能，需要消耗大量电能。另外，该系统用于蒸发的空气在进行冷凝脱湿析出水分后，在引风机吸力的作用下排入环境。由于废液中通常含有大量有毒有害物质，蒸发时有毒有害气体会随着空气排出，影响环境，造成新的环境污染，并且危害更大。技术实现要素：目前现有技术中存在的技术问题是，对于目前采用列管换热的蒸发装置，不仅会发生结垢、腐蚀、堵塞、爆管等问题，而且蒸发面积就是各个列管表面积之和，其蒸发面积较小，蒸发效率低。另外，目前的蒸发系统电力消耗高，蒸发结晶时不断向外排放有毒有害气体，造成新的环境污染。本发明人为解决上述技术问题，提出了新的废水处理蒸发结晶系统，蒸发器采用腔体结构，避免常规蒸发设备列管换热易发生的结垢、腐蚀、堵塞、爆管等问题；并采用了热风和溶液直接接触蒸发的方式，加大蒸发表面积；提高液体表面的风速，获得较高的蒸发速度；降低蒸发腔室气压，大大提高了蒸发效率。同时蒸发系统中空气采用全密闭循环，避免产生新的可能更为严峻的废气污染。本发明为了避免蒸发过程产生的有毒有害气体向外界无序排放，采取了几个措施：1.尽量减少从外界吸入空气，因而采用的是空气循环系统，大大减少了从外界吸入的空气量，从而大大减少了气体排放量；2.为了使系统在真空下运行，还要适当定期排放一定量的气体，另外随着蒸发的循环进行，空气中会集聚越来越多的不凝气和有毒有害废气，因而必须定期排放，本发明配置了专门的废气排放口，一方面使废气从无组织排放变为有组织排放，另一方面，有组织排放的废气经过本公司配置的废气处理装置处理后达到废气排放标准排放到大气中，从而实现零排放和保护环境的目的。具体来说，本发明提出了如下技术方案：1.本发明提供了一种蒸发结晶系统，包括蒸发模块(1)、冷凝模块(2)、原液预热模块(3)、空气补热模块(4)、热风循环模块(5)、原液循环模块(7)、气体搅动模块(9)和结晶/固化模块(10)，其中热风循环模块(5)连接冷凝模块(2)和蒸发模块(1)形成空气循环回路，气体搅动模块(9)连接蒸发模块(1)。2.根据技术方案1所述的系统，其中，所述蒸发模块(1)包括蒸发室，所述蒸发室为腔体结构，优选的是，所述蒸发室顶部设置原液喷淋装置。3.根据技术方案1或2所述的系统，其中，所述蒸发模块(1)的蒸汽出口设置液滴捕捉器(15)。4.根据技术方案1-3任一项所述的系统，其中，所述冷凝模块(2)位于蒸发模块(1)的下方。5.根据技术方案1-4任一项所述的系统，其中，所述原液预热模块(3)采用多级预热器串联连接，优选的是，所述原液预热模块(3)与冷凝模块(2)连接形成第一级预热，所述原液预热模块(3)与空气补热模块(4)连接形.成第二级预热；更优选的，在第一级预热和第二级预热后设置第三、第四级预热。6.根据技术方案1-5任一项所述的系统，其中，所述蒸发模块(1)和所述原液预热模块(3)和所述空气补热模块(4)的热源来自于工厂余热、烟气余热、太阳能和/或地源热；优选的是，所述系统包括原液补热模块(12)，更优选的是所述原液补热模块(12)的热源来自于工厂余热、烟气余热、太阳能和/或地源热。7.根据技术方案1-6任一项所述的系统，其中，所述原液循环模块(7)连接蒸发模块(1)，优选原液循环模块(7)连接蒸发模块(1)设置的原液入口和原液出口，进一步优选原液循环模块(7)连接蒸发模块(1)底部设置的原液出口和顶部设置的原液入口。8.根据据技术方案1-7任一项所述的系统，其中，所述气体搅动模块(9)包括加热装置，优选的是，加热装置的热源来自于工厂余热、烟气余热、太阳能和/或地源热。9.根据技术方案1-8任一项所述的系统，其中，包括废气处理模块(8)，优选的是，自动排气阀门(16)连接所述废气处理模块(8)与所述蒸发模块(1)。10.根据技术方案1-9任一项所述的系统，其中，包括程序控制模块。11.根据技术方案1-10任一项所述的系统，其中，系统外部管路包裹保温层。12.另一方面，本发明提供了应用技术方案1-11任一项所述的系统进行蒸发结晶的方法，包括如下步骤：1)原液通过原液预热模块(3)进行预热到所需温度；如果温度达到所需温度，可根据实际工况选择停止该步骤。2)达到所需温度的原液在蒸发模块(1)中蒸发；3)蒸发形成的饱和蒸汽进入冷凝模块(2)冷凝；4)冷凝后的气体经空气补热模块(4)加热；和5)蒸发模块(1)中形成的浓溶液进入结晶/固化模块(10)中结晶/固化；其中，在步骤1)～5)任意步骤之前或之后或任意步骤中间还包括如下步骤：6)通过气体搅动模块(9)在蒸发模块(1)底部产生气体搅动原液；和7)通过热风循环模块(5)将蒸发体系中的气体循环导入蒸发模块(1)；上诉步骤6)和步骤7)的先后顺序并不固定，可根据实际工况进行调整。13.根据技术方案12所述的方法，其中，包括如下步骤：原液循环模块(7)将蒸发模块(1)底部的溶液送至蒸发模块(1)上部，原液进入蒸发模块(1)落下。14.根据技术方案12或13所述的方法，其中，热风循环模块(5)产生的风速为8～10km/h。15.根据技术方案12-14任一项所述的方法，其中，蒸发模块(1)中的蒸发压力为0.08～0.1mpa，蒸发温度为55～80℃，优选的是蒸发压力为80～90kpa，蒸发温度为60～73℃。16.根据技术方案12-15任一项所述的方法，其中，包括废气排入废气模块(8)进行废气处理发步骤。本发明的有益效果包括：本发明所公开的高效节能的废液蒸发结晶系统及方法，减少废液废气废渣排放，降低环保收费；本发明的蒸发结晶系统可以提高蒸发效率，本发明的蒸发结晶系统根据不同的废水水质，通过必要的技术手段，回收可利用资源，增加收入来补充运行费用，从而实现降低运行费用的目的。下面结合附图和各个具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明，其中：附图说明图1是本发明高效节能环保蒸发结晶系统流程示意图，图中展示了原液输入、冷凝水和固化物的排出。图中：1-蒸发模块；2-冷凝模块；3-原液预热模块(连接热源)；4-空气补热模块；5-热风循环模块；6-冷凝水收集模块；7-原液循环模块；8-废气处理模块；9-气体搅动模块(连接热源)；10-结晶/固化模块(连接热源)；11-固化物收集器；12-原液补热模块(连接热源)；13-补热循环泵；14-热量传送管道；15-液滴捕捉器；16-自动排气阀门。图2是本发明实施例1得到的的结晶物照片。图3是本发明实施例2得到的固化物照片。具体实施方式以下具体实施方式用于说明本高效节能的低温低压蒸发结晶系统，但不限制本高效节能的低温低压蒸发结晶系统的范围，立式、卧式均可使用。本发明优选的高效节能的废水蒸发结晶系统，包括蒸发模块、原液预热模块、热循环模块、原液循环模块、热量循环利用系统、冷凝模块、气体搅拌模块和结晶模块及控制系统。蒸发模块均与其它装置管路连接，其它装置之间管路不连接或极少连接。蒸发结晶系统采用低温、低压方式运行，蒸发模块采用腔体结构，避免常规蒸发设备的结垢、腐蚀、堵塞、爆管等问题；腔体可使用常规金属材质或非金属材质，蒸发腔体内部通过特殊手段建构真空系统，实现低温低压蒸发，大大提高蒸发效率。原液预热模块采用多级预热方式，预热器热源可采用来自冷凝水的余热，对冷凝水的余热充分利用，也可使用低温余热、残热、废热，甚至太阳能及地源热量来提升原液温度，节省能源，减少热能损失，优选的是，原液预热装置采用多级预热器串联连接方式，第一级预热器热源来自冷凝水的余温，对冷凝水的余温充分利用以至节能，使原液温度提升；第二级预热器热源来自蒸发装置加热循环一个支路，继续提高原液温度；根据实际需要可以设置三级、四级以至更多预热器，每级预热器可以根据工程实际采用工厂余热、残热，以及太阳能或者地源热，充分利用低温热源，节省能源，减少热污染排放；热循环模块，补热通过特殊设计可使用低温余热、残热、废热、太阳能、地源热泵等作为热源；原液循环模块，模拟热带雨林环境，增大蒸发表面积，大大提高蒸发效率；蒸汽循环模块，采用密闭循环，蒸汽循环系统将蒸发产生的形成的饱和蒸汽经过冷凝后变为不饱和蒸汽，密闭循环并经再次加热后回到蒸发段，一方面防止废水蒸发过程中，可能产生的有毒有害气体无组织排放，减少废气、废热对环境的污染，减少大气污染；另一方面通过密闭循环可以充分利用余热，大大减少热能损失，减少能耗；气体搅动模块，采用特殊结构，一方面增大蒸发表面积，提高蒸发效率；另一方面减少腔体浓液结垢，更便于真空环境的建构。本发明另一优选的系统所有模块及外部管路，均包裹保温层，减小热量流失；本发明另一优选的整个系统采用全自动化控制，每个模块既可独立运行，又合理构成一个有机整体，蒸发结晶系统配置有各种检测控制元件，可以检测实时数据，并通过可编程plc程序模块，实时控制系统内泵、阀、风机的运行，并能根据实时检测数据，调节各类动力元部件的运行，以期达到最优设计效果。采用自动化运行，选用并设置各种检测仪表、自动控制机构，实现可无人值守，降低操作人工成本。本发明另一优选的蒸发结晶系统如图1所示，原液首先通过原液预热模块(3)进行预热，经预热的原液通过原液循环模块(7)从蒸发模块(1)顶部的原液进口喷淋到蒸发模块(1)腔室内形成类热带“雨林”；此时热风循环管道里的空气在热风循环风机(5)的抽吸作用下经空气补热模块(4)逐级加热至55～80℃进入蒸发模块(1)腔室，流经蒸发腔内液体表面并穿过“雨林”，使得所有的蒸发都是表面蒸发，加大蒸发表面积，蒸发表面积是普通蒸发表面积的数十倍。热风循环模块(5)可使空气穿过“雨林”的风速超过8km/h(经试验证实，当液体表面的风速达到8km/h时，即可获得较高的蒸发速度。因此本设备通过技术措施，使液体表面的风速达到8km/h以上)，同时在蒸发腔室内产生负压环境(压力为0.08～0.09mpa)，降低蒸发腔室气压，构造微负压或真空环境，大大提高了蒸发效率，并且可以在较低温度下获得较高的蒸发效率。液体温度越高，蒸发速度越快。但是越高的液体温度，需要越大的热能供给。本设备经过严格计算与无数次实验验证，确定了最为经济合理的蒸发温度(蒸发温度为55～80℃)，并且设计了一套完整的实时调节程序，可以根据运行状态实时调整蒸发温度。热风携带大量水蒸汽流出蒸发模块(1)，液滴捕捉器(15)将其中的水滴拦截进入蒸发模块(1)腔室。饱和水蒸气通过热风循环模块(5)进入冷凝模块(2)逐级降温，空气中的水蒸汽逐步凝结成纯净的水，降落到管道底部并逐渐汇流至冷凝水收集模块(6)，通过冷凝水收集模块(6)内的气水分离装置，冷凝水进入冷凝水收集器排出，可以回收利用；冷凝模块(2)可以位于蒸发模块(1)的任意方位，优选冷凝模块(2)位于蒸发模块(1)的下方，蒸发模块(1)中导出的蒸汽在管道中向下进入冷凝模块(1)并进行冷凝，冷凝后的气体向上循环回蒸发模块(1)，而冷凝水则在冷凝模块(1)中聚集而避免随着气体返回蒸发模块(1)；气体则继续在密闭的管道内流动至空气补热模块(4)逐级加热，然后再次进入蒸发模块(1)如此周而复始的循环；当循环气体中含有一定的有毒有害气体时，根据系统设置的在线仪器仪表检测数据，打开蒸发模块(1)顶部的自动排气阀门(16)，将废气排入废气处理模块(8)进行废气处理，直至达到国家废气排放标准，排入大气。原液中的水份进入循环空气中，原液温度下降，离子成分浓度增高，逐渐浓缩的原液在底部经过原液补热模块(12)通过补热循环泵不断循环补充热量，提高废液的温度，同时气体搅动模块(9)将空气加热后在压力下输入蒸发模块(1)底部，优选气体朝向蒸发罐壁面喷出，搅动废液，一方面使废液迅速提高温度，同时液体在气体搅动作用下不至于沉积，使液体一直处于流动状态，另一方面气泡携带液体上升至液体表面，加大蒸发表面积，再一方面气泡对浓缩腔器壁起冲刷作用，防止在腔体内壁结垢严重。气体搅动模块(9)产生的气体通常为空气，以降低成本，但也可以用其他其他，例如氧气、氮气等。气液比例应当有控制，气液比例(体积比)最好为1:1～1:2，过小会达不到上述目的，过大，会导致腔体负压难以形成。气体搅动模块(9)和原液补热模块(12)由另外配置的工厂废热、余热、残热或者新鲜蒸汽换热模块进行加热，热源尽可能不采用电力，用电设备尽可能限于输送液体的泵类以及输送气体的风机以及仪表阀门用电，将电力负荷降至最低；随着废液中离子浓度越来越高达到设定值(通过内置在线仪表测量)时，打开排放阀门，排入结晶/固化模块(10)，通过尽可能的蒸发与结晶，减少甚至不排放废液，通过结晶活干化措施，最大限度减少固渣排放量，基本接近零排放，降低企业外排造成的环保费用支出。有些物质如硫酸钠等将会结晶析出，并且是有价值的工业原材料，可以用于资源回收利用；有些物质不会结晶，而会形成干燥固体(不同的物质含水率不同)，收集后按照国家固废标准进行处理或回用。结晶/固化模块(10)需要的热源可以采用烟气废热等热源，原液预热热源可以使用地热、太阳能、工厂预热、残热等。实施例1如图1所示，原液首先通过原液预热模块(3)进行预热，经预热的原液通过原液循环模块(7)从蒸发模块(1)顶部的原液进口喷淋到蒸发模块(1)腔室内，此时热风循环管道里的空气在热风循环风机(5)的抽吸作用下经空气补热模块(4)逐级加热至80℃进入蒸发模块(1)腔室，热风从蒸发腔内液体表面穿过到蒸发模块(1)的热风出口，风速为8km/h，蒸发腔室内压力为0.08～0.09mpa。液滴捕捉器(15)将热风出口处的水滴拦截进入蒸发模块(1)腔室，饱和水蒸气通过热风循环模块(5)进入冷凝模块(2)逐级降温，空气中的水蒸汽逐步凝结成纯净的水，降落到管道底部并逐渐汇流至冷凝水收集模块(6)；气体则继续在密闭的管道内流动至空气补热模块(4)逐级加热，然后再次进入蒸发模块(1)如此周而复始的循环；当循环气体中含有一定的有毒有害气体时，系统自动打开蒸发模块(1)顶部的自动排气阀门(16)，将废气排入废气处理模块(8)进行废气处理，直至达到国家废气排放标准，排入大气。蒸发残留的原液在底部经过原液补热模块(12)通过补热循环泵不断循环补充热量，提高废液的温度，同时气体搅动模块(9)将空气加热后输入蒸发模块(1)底部，气体朝向蒸发罐壁面喷出，搅动废液。打开排放阀门，蒸发后蒸发室内残留的液体排入结晶/固化模块(10)。下面效果验证实施例中的分析检测中溶解性总固体(tds)通过上海精密科学仪器有限公司出品的可见分光光度计7230g进行检测，ph采用ph计检测，下面附表中的检测通过pony谱尼测试集团提供检测结果，其分析检测的方法如附表所示，其余检测项目均通过常规方法进行检测。附表：检测项目方法仪器一览表效果验证实施例1废水样品：皂脚废水成分含量：详见表1表1皂脚废水成分含量表项目(mg/l)皂脚废水ph(无量纲)7.21动植物油156化学需氧量1.19×105氨氮236总氮1.34×103钙42.4镁343钾3.35×103钠1.51×104硫酸盐(以so42-计)1.99×103氯化物(以cl计)269总有机碳3.98×104溶解性固体5.89×104全盐量7.32×103磷酸盐(以p计)8.27×103将1000kg皂脚废水进行蒸发结晶，其中蒸发压力为90kpa；蒸发温度为70℃；热风循环模块产生的气体速率为8km/h。经24h蒸发结晶操作，产生900l冷凝水，以及蒸发浓缩液约100l，经进一步结晶，结晶物(见下图2)约1990g。冷凝水经谱尼实验室检测，数据如表2所示：表2冷凝水测试结果检测项目检测结果悬浮物，mg/l8五日生化需氧量(bod5)/生化需氧量，mg/l868化学需氧量(codcr)，mg/l3.28×103氨氮(以n计)，mg/l＜0.05总氮(以n计)，mg/l0.39总磷(以p计)，mg/l0.27动植物油/动植物油类，mg/l58.2硫酸盐(so42-)，mg/l7.28氯化物(cl-)1.43由上述数据可计算出通过蒸发结晶的废水中各种成分的去除率，如表3所示：表3废水处理前后成分去除率通过上表可以看出，废水处理后各成分去除率都很高，其中多种成分去除率超过99％。效果验证实施例2废水样品：核工业含铀废水将100kg核工业含铀废水进行蒸发固化，其中蒸发压力为90kpa；蒸发温度为70℃；热风循环模块产生的气体速率8km/h；经105分钟，蒸发固化操作，产生94.5l冷凝水和剩余浓缩液。将浓缩液导入结晶/固化模块(10)，获得固化物，如图3所示，对固化物进行称重，约为1500g。经检测，废水处理前后的成分(本实验仅对水样进行了tds检测)和去除率如表4所示：表4废水处理前后tds去除率参数实际去除率处理前(ppm)处理后(ppm)tds99.94％1770710.76通过本发明的蒸发结晶系统进行蒸发固化，基本将废水中的盐分全部析出并干化，废水中tds去除率超过了99.9％。当前第1页12