危废液萃取浓缩工艺装置

本发明涉及废液的浓缩技术。

背景技术：

危险废物液主要是指有害的液体废弃物，具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感染性等一种或者几种危险特性，随意排放会造成巨大危害。

基于环境保护和节能减排，虽然近些年工业危险废弃液总量有逐年减少的趋势，但是危险废弃液排放量基数依然十分庞大。受工业生产过程等因素的影响，工业危险废弃液种类繁多、成分复杂、难以利用，废液的处理往往需要特殊设备和专业人员，这些都造成了工业危险废弃液处理成本较高。

危废液一般不能用生物法处理，因为微生物在其中难以存活；也难以用投药反应沉淀或气化的方法，因为其浓度高、投药量大、残渣多；或者采用高温蒸汽的多效蒸发技术处理，但是其初投资大、运行成本高，最为关键的是浓缩后残存的蒸发底液依然存在水量大、委外处理成本高的间题；所以通常采用焚烧处理方法，但是焚烧使得其中的有用物质不能回收、需要消耗燃料帮助燃烧、焚烧产生的还可能产生二噁英等剧毒气体。

申请号为2009100882472的专利介绍了一种适用于化机浆制浆废液浓缩的板式超滤膜分离装置，包括板式超滤膜组件、原液贮槽、循环液贮槽、透过液贮槽、温度控制系统、液位传感器控制系统、液膜压力泵、压力表、流量计、多个调节阀及管线，其特征在于：所述原液贮槽(1)通过管线依次与循环液贮槽(2)、液膜压力泵(p1)、流量计(fe1)、板式超滤膜组件(6)、调压阀(v6)、透过液贮槽(7)及浓缩液贮槽(5)相联接，所述循环液槽(2)中设有液位传感器控制系统(4)及温度控制系统(3)。该装置的部件较多生产线较长，能耗较大。

申请号为2019200075345的实用新型公开了一种危废残渣物料回收萃取装置，包括壳体、水流扇组、内轴和慢速电机，所述壳体内设置有第一萃取槽、第二萃取槽和过滤槽，所述调节杆的底端与球形网相互连接，且球形网的顶端边缘安装有合页，并且合页与顶盖相互连接，所述内轴固定在过滤槽的内壁上，且内轴与承接筒的顶端边侧相互连接，所述凸轮固定在输出轴，且输出轴贯穿壳体的侧壁，并且输出轴安装在慢速电机上，同时慢速电机固定在壳体外侧。该专利未提供工艺的介绍，装置的自动化程度不高，萃取的效率不高。

技术实现要素：

发明目的：

提供一种蒸发耗能低、浓缩效率高、安全性高的热泵驱动载气萃取危废液的工艺装置。

技术方案：

本发明借鉴液体除湿空调工作原理，开发出的低温传质的热泵驱动载气萃取危废液的工艺及其装置，工作原理为：以低品位热源作为驱动热源，空气作为萃取载体，利用被加热的蒸发底液表面与空气中水蒸气分压力不同，促使蒸发底液中水分向萃取空气中迁移达到载气的目的，蒸发底液量达到浓缩的目的。

所述的危废液萃取浓缩工艺装置主要包括危险废弃液循环系统、萃取空气循环系统、热泵系统和数据采集系统四部分。

危险废弃液循环系统主要由萃取塔(上部的布液器、中部的填料)、废液、下方的储存箱、循环水泵、冷凝器等组成。废液从废液储存箱，通过变频器调节循环泵的频率从而精准控制废液流量；废液在冷凝器中进行加热，加热量由热泵系统中风冷冷凝器控制，通过改变风冷冷凝器风机的转速来控制散热量，从而控制换热温差，使得废液出水温度恒定，一般设计45-55℃。被加热后的废液输送至萃取塔上部的布液器中，均匀的喷淋在萃取塔中部的填料表面，自上而下的高温废液与自下而上低温干燥萃取空气直接接触，由于萃取空气中水蒸气分压力小于被加热后废液表面水蒸气分压力在传质动力驱使下，废液中的水分向萃取空气中迁移，达到废液低温传质的效果，剩余的浓缩液顺势回流到废液储存箱中完成整个循环。剩余的浓缩液顺势回流到废液储存箱中完成整个循环，如此反复进行。

萃取空气循环系统主要由风机、萃取塔下部的空气管路、蒸发器等组成。风机驱动低温干燥的萃取空气从底部进入萃取塔向上流动，与自上而下的高温废液进行热质交换形成高温高湿的空气，萃取空气流量由变频风机精准调节；高温高湿的萃取空气通过蒸发器凝结析出萃取的气态水，再生为低温干燥的萃取空气供循环使用，凝结析出的气态水冷凝为液态进行回收储存。

热泵系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器(壳板式或风冷式)、热力膨胀阀等组成。低温干燥萃取空气的再生采用冷却回收的方式，用制冷的方法把萃取空气的温度降至露点温度以下，使空气中低温传质出来的水蒸气凝聚析出。

上述萃取塔工作原理：

萃取塔是低温传质载气萃取新型蒸发技术的关键部件，被加热后的废液被泵至萃取塔顶端的布液器中，透过布液器上均布的小孔将废液均匀的喷洒在填料上，在重力和表面张力双重作用下，废液沿着填料的一侧或者两侧表面形成薄液膜，由液膜表面的水分子与萃取空气进行热质交换。萃取塔中的填料选用聚丙烯薄膜制成，该材料具有表面张力大、流动阻力低以及易形成稳定的液膜等特性，具有抗腐蚀、抗老化等物理特性。

填料与萃取空气热质交换局部时，萃取塔采用逆流的形式，液膜由上向下流动，萃取空气由下向上流动，废液与萃取空气之间温度差引发显热传热过程，废液与萃取空气之间质交换引发潜热传热过程。随着热质交换过程持续进行，废液浓度不断增加，薄液膜表面水分子蒸汽分压力不断降低，传质驱动势逐渐减小，所以废液浓缩效率逐渐降低。实验过程中为保证废液浓缩效率恒定，系统将回收存储的冷凝液态水实时回流至废液储存箱。

填料薄膜优选为双层半透薄膜制成的中空膜，中空膜具有多条平行设置的废液管路，废液管路壁为两层薄膜围成；危废液在填料薄膜的废液管路内部自上而下行走(该处的薄膜为具有微孔结构的半透性薄膜，水汽可以通过，重金属离子、酸根离子、有机物质难以通过)，相邻废液管路之间是两层薄膜的粘连部分，多条废液管路便于危废液均匀分布，流量稳定。

上方具有危废液入口，水汽从半透膜的微孔中排出(可安装有增压泵，给危废液增压，增压泵的增压压力不小于水汽从半透膜中的渗透压，使得水汽排出量更多更快；增压带来的张力不大于半透膜的抗拉力或抗拉强度，避免半透膜的孔洞扩大使得危废物质排出来)，下方具有浓缩液出口。空气在中空膜外部自下而上吹拂，干燥的空气将带走半透膜中逐渐渗透出来的危废液中的水汽，管路中的危废液在下行过程中被逐渐浓缩后，从浓缩液出口排出。

进一步优选，中空膜(及其中的废液管路)自上而下为w形折曲或者s形弯曲设置(如依靠水平设置的多根不锈钢压条支撑成型)，使得危废液在其中流淌时，非垂直流下，而是弯折下行，延长下行时间，同时增大薄膜与空气的接触表面积，而且，由于管路中危废液自身的重力与压条形成挤压效应，使得水汽更容易渗透出来，多种效应的结合使得更多水汽蒸发从管路中蒸发出来，被外围的空气携带上行后排出，脱水效率更高。

有益效果：

本发明处理后的危废液浓缩程度高、总量少，获得的清液中危废成分少，后期委外处理成本低。

本发明适合无结晶(不堵塞半透膜和管路)的危废液处理，所采用的低温蒸发(45-65℃)技术，进一步保证不易产生硬质水，不结垢；不添加药剂，不反生化学反应，危废液在薄膜管路中通行，不易泄漏，对环境和人身安全，对设备腐蚀少。

制冷水凝结以及载气中带走的水汽可以作为质量较好的中水回收处理二次利用。

热泵驱动的低温传质载气萃取系统，能够实现冷量与热量的双重利用，热量用于对废液的加热，冷量用干对萃取空气的再生，对萃取空气采用闭环处理方式避免处理过程造成二次污染。

附图说明

图1是本发明的一种工艺装置及工艺流程示意图；

图2是本发明的萃取塔中的一种填料竖向剖面结构示意图；

图3是本发明的填料中一种废液管路的左视结构示意图。

图中，1-萃取塔；2-水汽出口；3-危废液入口；4-增压泵；5-空气入口；6-浓缩液出口；7-粘连薄膜；8-废液管路；9-危废液浓缩系统；10-萃取空气循环系统；11-热泵系统；12-数据采集系统；15-除沫器；16-布液器；17-填料；18-浓缩液储槽；20-风机；21-蒸发器；22-控制器；30-压条。

具体实施方式

如图1所示的热泵驱动载气萃取危废液的工艺装置，包括危险废弃液循环系统、萃取空气循环系统、热泵系统和数据采集系统四部分。

萃取空气循环系统主要由风机、萃取塔的进风、蒸发器组成；

热泵系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀组成；

危险废弃液循环系统主要由萃取塔的布液器和填料(薄膜)、废液、储存箱、循环水泵组成。

如图2所示的填料为双层半透薄膜制成的中空膜，中空膜具有多条平行设置的供废液在其中自上而下行走的废液管路，废液管路上方具有危废液入口，薄膜为具有微孔结构的半透性薄膜，废液管路下方具有浓缩液出口。如图3所示，中空膜中的废液管路自上而下为依靠压条定位的w形折曲设置。

危险废弃液从废液储存箱，通过调节循环泵准控制废液流量；废液在冷凝器中进行加热，加热量由热泵系统中风冷冷凝器控制；被加热后的危险废弃液输送至萃取塔顶部，均匀喷淋在萃取塔的填料表面，自上而下的较高温废液与自下而上低温干燥萃取空气直接接触，废液中的水分向萃取空气中迁移，剩余的浓缩液顺势回流到废液储存箱中，完成整个循环。