热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统的制作方法

本发明涉及电镀废水处理技术领域，具体涉及一种热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统。

背景技术：

随着国民经济的快速发展，我国工业废水排放量大量增加，用于处理工业废水的资金投入也随之逐年攀升，这些废水给企业和国家带来了沉重的经济负担和环保负担。未经处理的工业废水将会对环境造成极大的破坏，特别是污染耕地。此外，重金属污染还能通过食物链对人们的身体健康带来危害，全国每年因为重金属污染得癌症去世的人不计其数。2011年初国务院通过了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，这是我国历史上第一次把重金属污染的防治纳入国家的规划中。《规划》要求，到2015年，重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15％。

电镀技术广泛应用于机器制造、轻工、电子等行业，是全球三大污染行业之一。它是《国家危险废物名录》收录废物之一，危险特性为T类，即有毒类别。电镀废水的来源一般为：(1)镀件清洗水；(2)废电镀液；(3)其他废水。因为其本身成分极其复杂，所含的有害物质也相对较多，所以电镀废水是最为难以应付的。随着我国经济的快速发展，对电镀产品的需求日益增加,电镀废水的排放量与日俱增。并且废水中含有大量剧毒物质。一旦处理不当排入环境当中，对人的健康以及生态环境造成极大的破坏。

目前，电镀废水主要的处理方法分为化学处理法、物理处理法和生物处理法。其中，化学处理法虽然具有设备简单，操作方便，能处理重金属离子浓度高、废水量大的重金属离子等优点，但回用率低，污泥量大，而且会造成二次污染。而对于物理处理法中的膜分离法对膜和废水的浓度要求比较高，蒸发浓缩法能耗较大。生物处理法适合连续生产，成本较低，但是仍存在着受环境影响大、微生物择育难、镀种单一和易形成二次污染等问题。因而，现有的电镀废水处理技术存在一定的不足和缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种空气循环蒸发分离电镀废水处理系统。

本发明的另一目的是提供一种热泵系统。

本发明的又一目的是提供一种热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，该处理系统对水质不敏感，可以处理各种类型的电镀废水，而且该处理系统除了回收凝结水外，还可回收浓缩产物和结晶金属盐产物再利用，变废为宝，实现电镀废水的零排放处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，该空气循环蒸发分离电镀废水处理系统利用空气作为载体携带释放水分蒸发分离电镀废水，它包括蒸发分离器和空气干燥器，所述蒸发分离器和空气干燥器均是换热单元，其中，

所述的蒸发分离器具有电镀废水输入端、电镀废水输出端、空气输入端、空气输出端和结晶物输出端；

所述的空气干燥器具有空气输入端、空气输出端和冷凝水输出端；且所述空气干燥器的内部安装冷却器；所述蒸发分离器的空气输出端和空气输入端通过风道分别连通空气干燥器的空气输入端和空气输出端；所述蒸发分离器的结晶物输出端通过管路连通结晶物出口；所述空气干燥器的冷凝水输出端通过管路连通冷凝水出口。

上述的空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，其所述蒸发分离器的电镀废水输出端和电镀废水输入端通过管路相连通形成电镀废水循环回路；

上述的空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，其所述的电镀废水循环回路上连通有废水补水入口；优选的，所述的电镀废水循环回路上沿电镀废水流动方向还依次安装有过滤器、水泵和加热器，其中加热器的作用是为电镀废水的蒸发分离提供能量；进一步优选的，所述的废水补水入口设在所述过滤器和水泵之间管路上。

上述的空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，在所述蒸发分离器的空气输入端和空气干燥器的空气输出端之间的风道上安装有风机，为系统中湿空气的强制循环提供动力。

另外，所述的冷却器具有冷却水输入端和冷却水输出端，所述冷却水输入端和冷却水输出端通过管路分别连通冷却水入口和冷却水出口。

一种热泵系统，其在于：该热泵系统用于回收湿空气中的水蒸气冷凝潜热，它包括热泵蒸发器和热泵冷凝器，其中，

所述热泵冷凝器具有电镀废水输入端、电镀废水输出端、制冷剂输入端和制冷剂输出端；

所述热泵蒸发器具有制冷剂输入端和制冷剂输出端；

所述热泵蒸发器的制冷剂输入端和制冷剂输出端通过管路分别连通热泵冷凝器的制冷剂输出端和制冷剂输入端。

上述的热泵系统，其在于：该热泵系统还包括压缩机和针阀，所述压缩机通过管道连接在热泵蒸发器的制冷剂输出端和热泵冷凝器的制冷剂输入端之间；所述针阀通过管道连接在热泵冷凝器的制冷剂输出端和热泵蒸发器的制冷剂输入端之间。

一种热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，它包括空气循环蒸发分离电镀废水处理系统和热泵系统，其中，

所述的空气循环蒸发分离电镀废水处理系统利用空气作为载体携带释放水分蒸发分离电镀废水，它包括蒸发分离器和空气干燥器，所述蒸发分离器和空气干燥器均是换热单元，其中，

所述的蒸发分离器具有电镀废水输入端、电镀废水输出端、空气输入端、空气输出端和结晶物输出端；

所述的空气干燥器具有空气输入端、空气输出端和冷凝水输出端；且所述空气干燥器的内部沿空气流动方向依次安装热泵蒸发器和冷却器；从空气干燥器的空气输入端流入的热湿空气先流经热泵蒸发器进行换热，再流经冷却器换热后通过空气干燥器的空气输出端排出。

所述的蒸发分离器的空气输出端和空气输入端通过风道分别连通空气干燥器的空气输入端和空气输出端，构成空气回路；所述蒸发分离器的结晶物输出端通过管路连通结晶物出口；所述空气干燥器的冷凝水输出端通过管路连通冷凝水出口；

所述的冷却器具有冷却水输入端和冷却水输出端；所述冷却器的冷却水输入端和冷却水输出端通过管路分别连通冷却水入口和冷却水出口，带走系统余热，维持系统稳定，同时可以调节蒸发分离器的空气输入端的空气入口温度。

所述的热泵系统用于回收湿空气中的水蒸气冷凝潜热，它包括热泵蒸发器和热泵冷凝器；所述热泵系统中的热泵蒸发器安装在所述空气循环蒸发分离电镀废水处理系统的空气干燥器中，用于回收湿空气中的水蒸气冷凝潜热，所述热泵系统中的热泵冷凝器作为所述空气循环蒸发分离电镀废水处理系统的加热器，其中，

所述热泵冷凝器具有电镀废水输入端、电镀废水输出端、制冷剂输入端和制冷剂输出端；

所述热泵蒸发器具有制冷剂输入端和制冷剂输出端；

所述热泵冷凝器的电镀废水输入端和电镀废水输出端通过管路分别连通蒸发分离器的电镀废水输出端和电镀废水输入端形成电镀废水循环回路；

所述热泵蒸发器的制冷剂输入端和制冷剂输出端通过管路分别连通热泵冷凝器的制冷剂输出端和制冷剂输入端。

本发明所述的热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，空气循环蒸发分离电镀废水处理系统利用湿空气作为载体以及其在不同温度下饱和含湿量不同的特性使电镀废水在常温常压下蒸发而不受电镀废水盐浓度的影响，其中，利用热泵系统回收湿空气中水蒸汽冷凝潜热将会大大提高系统能量利用率。

上述的热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，作为一种优选技术方案，所述的电镀废水循环回路上连通有废水补水入口；进一步优选的，所述的电镀废水循环回路上沿电镀废水流动方向还依次安装有过滤器和水泵；更进一步优选的，所述的废水补水入口设在所述过滤器和水泵之间管路上；

作为另一种优选技术方案，在所述蒸发分离器的空气输入端和空气干燥器的空气输出端之间的风道上安装有风机，为系统中湿空气的强制循环提供动力。

上述的热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，其所述的热泵系统还包括压缩机和针阀，所述压缩机通过管道连接在热泵蒸发器的制冷剂输出端和热泵冷凝器的制冷剂输入端之间；所述针阀通过管道连接在热泵冷凝器的制冷剂输出端和热泵蒸发器的制冷剂输入端之间。所述热泵系统的主要作用是回收湿空气中部分水蒸汽的冷凝潜热，经过压缩机提升温度后加热电镀废水，为电镀废水的蒸发分离提供能量。

上述的空气循环蒸发分离电镀废水处理系统和热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统中的蒸发分离器和空气干燥器中的传热传质过程均是在常温常压下进行的。

作为一种最优选技术方案，上述蒸发分离器的电镀废水输入端位于所述蒸发分离器的上部，所述蒸发分离器的空气输出端位于所述蒸发分离器的顶部，所述蒸发分离器的电镀废水输出端和空气输入端位于所述蒸发分离器的下部，所述蒸发分离器的结晶物输出端位于所述蒸发分离器的底部；

上述空气干燥器的空气输入端位于所述空气干燥器的顶部，所述空气干燥器的空气输出端位于所述空气干燥器的下部，所述空气干燥器的冷凝水输出端位于所述空气干燥器的底部。

采用了上述技术方案的热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，具有如下有益效果：

首先，热泵系统可以回收湿空气在空气干燥器中干燥过程中水蒸汽冷凝的潜热，用于电镀废水的蒸发分离，大大提高其能源利用效率。

其次，采用热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，电镀废水可以在常温常压下蒸发分离而且不受电镀废水盐浓度的影响，结晶过程中的结垢现象也可以大大减轻；结晶金属盐可以被分离回收再利用，空气干燥器中凝结水也可以回收再利用于电镀工艺中，整个电镀废水处理过程废物全部回收再利用，是可以实现零排放的绿色电镀废水处理技术。此外，对于整个系统，设备结构简单可靠，技术难点低，不需要复杂的部件组成或高昂的运行维护费，而且可以小型化，特别适用于中小规模的废水处理技术。

综上所述，本发明提供的热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统不仅能源利用率高，而且适用于任何浓度电镀废水，可以在常温常压下实现水和结晶金属盐的回收利用，变废为宝。更重要的是，本发明提供的系统设备简单可靠，易于小型化，特别适用于中小规模的废水处理。

附图说明

图1是本发明空气循环蒸发分离电镀废水处理系统的结构示意图；

图2是本发明热泵系统的结构示意图；

图3是本发明热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统的结构示意图。

在图中，1-废水补水入口；2-蒸发分离器；2a-蒸发分离器电镀废水输入端；2b-蒸发分离器电镀废水输出端；2c-蒸发分离器空气输入端；2d-蒸发分离器空气输出端；2e-蒸发分离器结晶物输出端；3-空气干燥器；3c-空气干燥器空气输入端；3d-空气干燥器空气输出端；3e-空气干燥器冷凝水输入端；4-热泵冷凝器；4a-热泵冷凝器电镀废水输入端；4b-热泵冷凝器电镀废水输出端；4c-热泵冷凝器制冷剂输入端；4d-热泵冷凝器制冷剂输出端；5-热泵蒸发器；5a-热泵蒸发器电镀废水输入端；5b-热泵蒸发器电镀废水输出端；6-冷却器；6a-冷却器输入端；6b-冷却器输出端；7-风机；8-针阀；9-水泵；10-压缩机；11-冷凝水出口；12-结晶物出口；13-冷却水入口；14-过滤器；15-冷却水出口；16-加热器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，该空气循环蒸发分离电镀废水处理系统利用空气作为载体携带释放水分蒸发分离电镀废水，它包括蒸发分离器2和空气干燥器3，其中，

所述的蒸发分离器2具有电镀废水输入端2a、电镀废水输出端2b、空气输入端2c、空气输出端2d、结晶物输出端2e；

所述的空气干燥器3具有空气输入端3c、空气输出端3d和冷凝水输出端3e；且所述空气干燥器3的内部安装冷却器6；所述的冷却器6具有冷却水输入端6a和冷却水输出端6b；从空气干燥器3的空气输入端3c流入的热湿空气流经冷却器6换热后通过空气干燥器3的空气输出端3d排出。

所述蒸发分离器2的空气输出端2d和空气输入端2c通过风道分别连通空气干燥器3的空气输入端3c和空气输出端3d；所述蒸发分离器2的结晶物输出端2e通过管路连通结晶物出口12；所述空气干燥器3的冷凝水输出端3e通过管路连通冷凝水出口11；所述冷却器6的冷却水输入端6a和冷却水输出端6b通过管路分别连通冷却水入口13和冷却水出口15。

所述蒸发分离器2的电镀废水输出端2b和电镀废水输入端2a通过管路相连通形成电镀废水循环回路。所述的电镀废水循环回路上沿电镀废水流动方向还依次安装有过滤器14、水泵9和加热器16，其中加热器16为电镀废水的蒸发提供能量；在所述过滤器14和水泵9之间管路上设有废水补水入口1。在所述蒸发分离器2的空气输入端2c和空气干燥器3的空气输出端3d之间的风道上安装有风机7，为系统中湿空气的强制循环提供动力。

如图2所示，一种热泵系统，该热泵系统用于回收湿空气中的水蒸气冷凝潜热，它包括热泵蒸发器5、热泵冷凝器4、压缩机10和针阀8；其中，

所述热泵冷凝器4具有电镀废水输入端4a、电镀废水输出端4b、制冷剂输入端4c和制冷剂输出端4d；

所述热泵蒸发器5具有制冷剂输入端5a和制冷剂输出端5b；

所述热泵蒸发器5的制冷剂输入端5a和制冷剂输出端5b通过管路分别连通热泵冷凝器4的制冷剂输出端4d和制冷剂输入端4c。

所述压缩机10通过管道连接在热泵蒸发器5的制冷剂输出端5b和热泵冷凝器4的制冷剂输入端4c之间；所述针阀8通过管道连接在热泵冷凝器4的制冷剂输出端4d和热泵蒸发器5的制冷剂输入端5a之间。

如图3所示的一种热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统，该系统主要由空气循环蒸发分离电镀废水处理系统和热泵系统组成。

所述的空气循环蒸发分离电镀废水处理系统用湿空气作为载体以及其在不同温度下饱和含湿量不同的特性在常温常压下蒸发分离电镀废水，包括蒸发分离器2和空气干燥器3，均是换热单元；

其中，蒸发分离器2具有电镀废水输入端2a、电镀废水输出端2b、空气输入端2c、空气输出端2d和结晶物输出端2e；空气干燥器3具有空气输入端3c、空气输出端3d和冷凝水输出端3e；所述蒸发分离器2的电镀废水输入端2a位于所述蒸发分离器2的上部，所述蒸发分离器2的空气输出端2d位于所述蒸发分离器2的顶部，所述蒸发分离器2的电镀废水输出端2b和空气输入端2c位于所述蒸发分离器2的下部，所述蒸发分离器2的结晶物输出端2e位于所述蒸发分离器2的底部。所述空气干燥器3的空气输入端3c位于所述空气干燥器3的顶部，所述空气干燥器3的空气输出端3d位于所述空气干燥器3的下部，所述空气干燥器3的冷凝水输出端3e位于所述空气干燥器3的底部。

上述空气干燥器3内部沿湿空气流动方向依次安装有热泵蒸发器5和冷却器6，均是换热单元；热泵蒸发器5具有制冷剂输入端5a和制冷剂输出端5b；冷却器6具有冷却水输入端6a和冷却水输出端6b。

上述蒸发分离器2的空气输入端2c通过风道连通空气干燥器3的空气输出端3d，将从空气干燥器3冷却后的冷空气从蒸发分离器2底部输入，与其内的热电镀废水进行传热传质，升温加湿；上述蒸发分离器2的空气输出端2d通过管路连通空气干燥器3的空气输入端3c，将升温加湿后的湿空气输入空气干燥器3中进行冷却减湿，析出冷凝水；其中，热湿空气先流经热泵蒸发器5进行换热，回收部分水蒸气凝结时产生的冷凝潜热，之后湿空气在流经冷却器6进一步换热；此外，鉴于风机7工作条件低温干燥的考虑，优选的，在空气干燥器3的空气输出端3d和蒸发分离器2的空气输入端2c之间的风道上安装风机7，为循环空气提供动力。

上述蒸发分离器2的结晶物输出端2e通过管路连通结晶物出口12；上述空气干燥器3的冷凝水输出端3e通过管路连通冷凝水出口11；上述冷却器6的冷却水输入端6a和冷却水输出端6b分别通过管路连通冷却水入口13和冷却水出口15，带走系统内部余热，维持系统稳定，同时可以调节蒸发分离器2的空气输入端2c的空气入口温度。

所述热泵系统包括压缩机10、热泵蒸发器5、热泵冷凝器4和针阀8，主要作用是回收湿空气中部分水蒸汽的冷凝潜热，经过压缩机10提升温度后加热电镀废水，为电镀废水的蒸发分离提供能量；上述热泵冷凝器4具有电镀废水输入端4a、电镀废水输出端4b、制冷剂输入端4c和制冷剂输出端4d。

上述压缩机10通过管路连接在热泵蒸发器5的制冷剂输出端5b和热泵冷凝器4的制冷剂输入端4c之间，将从热泵蒸发器5输出的常温低压制冷剂蒸汽通过压缩机10压缩成高温高压的制冷剂蒸汽，再将其输入到热泵冷凝器4中进行冷凝放热；上述针阀8通过管路连接在热泵冷凝器4的制冷剂输出端4d和热泵蒸发器5的制冷剂输入端5a之间，将从热泵冷凝器4输出的高压制冷剂蒸汽通过针阀8节流成低压制冷剂，再将其输入热泵蒸发器5中蒸发吸热，变成常温低压的制冷剂蒸汽。

上述热泵蒸发器5安装在空气干燥器3内，流入空气干燥器3内的热湿空气先流经热泵蒸发器5进行换热，冷却减湿，析出冷凝水；再流经冷却器6，与冷却水进行换热；上述热泵冷凝器4的电镀废水输入端4a通过管路连接蒸发分离器2的电镀废水输出端2b，其中，两者之间沿着电镀废水流动方向依次安装有过滤器14和水泵9，将在蒸发分离器2中未蒸发的电镀废水先经过过滤器14滤除结晶物，再打入热泵冷凝器4中吸收制冷剂冷凝产生的冷凝潜热；热泵冷凝器4的电镀废水输出端4b通过管路连接蒸发分离器2的电镀废水输入端2a，将加热至一定温度的电镀废水从蒸发分离器2上部喷淋而下，与冷空气进行蒸发换热。

上述电镀废水补水入口1通过管路连接过滤器14和水泵9之间的管路上，用以给系统补充电镀废水。

上述蒸发分离器2和空气干燥器3中传热传质过程均是在常温常压下进行的。

本发明提出的热泵潜热回收与空气循环蒸发分离电镀废水处理系统包括四个循环，分别是热泵循环、废水循环、空气循环和冷却水循环。对于热泵循环，流经压缩机10加压升温后的高温制冷剂气体流入热泵冷凝器4冷凝放热，将热量传给电镀废水；从热泵冷凝器4流出的高压制冷剂经过针阀8节流降压，流入热泵蒸发器5中蒸发吸热，回收湿空气中的水蒸气冷凝时产生的潜热；从热泵蒸发器5流出的制冷剂再次被吸入压缩机10加压升温。对于废水循环，在蒸发分离器2中未蒸发的电镀废水流经过滤器14析出结晶物后，通过水泵9被输入热泵冷凝器4中，吸收制冷剂冷凝时产生的潜热升温，被加热至一定的温度之后再从蒸发分离器2的上部输入，与空气换热，进行蒸发分离；最终的结晶物从蒸发分离器2的底部流出。对于空气循环，冷空气通过风机7从蒸发分离器2的下部输入，与从蒸发分离器2上部喷淋而下的热电镀废水发生传热传质，升温加湿，升温增湿后的热湿空气从蒸发分离器2的顶部流出；流出的热湿空气从空气干燥器3的顶部流入，依次与热泵蒸发器5和冷却器6发生换热，降温减湿，析出冷凝水；换热之后的冷空气从空气干燥器3的下部流出，通过风机7再次被压入蒸发分离器2中与热电镀废水进行传热传质；析出的冷凝水从空气干燥器3的底部流出。对于冷却水循环，冷却水从冷却器6的一端输入，另一端输出，吸收空气干燥器3内湿空气中水蒸气冷凝时的部分潜热，带走系统内余热，维持系统稳定。

综上可见，热泵循环作用就是为电镀废水蒸发分离提供热量，同时回收蒸发分离器2出来的湿空气的废热以及水蒸汽在空气干燥器3中冷凝时的部分潜热。此外，在空气干燥器3中凝结出的冷凝水可以回收再利用，一举三得，实现零排放。而冷却水循环可以调节从空气干燥器3下部排出的空气温度，并且带走系统内余热，以维持系统状态的稳定。