本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种热泵式废水处理设备及其处理方法。
背景技术：
工业生产中高浓度含盐废水的排放量日益增加，严重影响生态环境。目前，对工业含盐废水进行处理的主要方法是借助机械式蒸汽再压缩(mechanicalvaporrecompression，mvr)设备，利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，循环向蒸发系统提供热能，在低温低压环境中对废水进行浓缩结晶。
但是，该方法中使用的mvr设备较为复杂，初期投资较大，生产成本高，并且需要在负压状态下方能对含盐废水进行结晶，处理过程中产生的湿热空气容易造成压缩机内部腐蚀，设备维护成本高。因此，在对含盐废水进行浓缩结晶过程中，需要提高热能利用率，防止压缩机被腐蚀，实现常温常压状态下的浓缩结晶，降低生产成本。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的之一是提供一种热泵式废水处理设备，用以解决压缩机腐蚀问题，同时有效回收废热，降低能耗，实现常温常压的结晶环境。
本发明的目的之二是提供一种热泵式废水处理方法，通过上述热泵式废水处理设备对废水进行废水处理。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种热泵式废水处理设备，包括分离器和热泵系统，所述分离器设有进料口、出风口与进风口，所述进风口用于向所述分离器内通入冷空气，所述进料口用于向所述分离器内排入废水，所述冷空气与所述废水在所述分离器内进行热湿交换，所述热泵系统与所述出风口连通对所述分离器内排出的空气进行冷却，所述热泵系统与所述进料口连通对废水进行加热。
除此之外，本发明还提供一种热泵式废水处理方法，包括以下步骤：
步骤s1，废水与热泵系统进行热交换，废水吸收热量从进料口进入分离器，所述进料口设在所述分离器上，冷空气从进风口进入所述分离器；
步骤s2，所述冷空气与所述废水在所述分离器内进行热湿交换，所述冷空气吸收热量从所述出风口排出，所述废水释放热量后排出；
步骤s3，所述分离器中排出的空气经所述热泵系统进行降温。
(三)有益效果
本发明提供的热泵式废水处理设备通过热泵系统回收空气中的废热，提高热泵系统的能效，同时在常温常压环境下即可实现结晶，降低设备成本，整个处理过程中，分离器内的湿热空气不与压缩机接触，从而避免了压缩机腐蚀，提高了系统的运行可靠性，设备整体结构紧凑，操作简便。
附图说明
图1为本发明热泵式废水处理设备的结构示意图；
图2为图1所示热泵式废水处理设备的闭式循环示意图；
图3为图1所示热泵式废水处理设备的开式循环示意图。
图中：1、原液池；2、调节阀；3、液泵；4、分离器；41、进料口；42、出料口；43、进风口；44、出风口；45、观察窗；5、喷雾装置；51、喷嘴；6、离心机；9、滤水丝网；10、滤网；11、第一风阀；12、第二风阀；13、第三风阀；14、风机；17、压缩机；18、冷凝器；19、膨胀阀；20、蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种热泵式废水处理设备包括分离器4和热泵系统，热泵系统包括压缩机17、冷凝器18、膨胀阀19与蒸发器20。其中，压缩机17、冷凝器18、膨胀阀19与蒸发器20顺次首尾相连形成制冷工质的循环通道，制冷工质为氟利昂、氨、二氧化碳、丙烷等，该制冷工质在冷凝器18中释放热量，在蒸发器20中吸收热量，将热量从高位传向低位。压缩机17、冷凝器18、膨胀阀19与蒸发器20共同组成热泵系统，其中，压缩机17为变频压缩机，冷凝器18为板式换热器，蒸发器20为壳片换热器。
具体的，分离器4上设有进料口41、进风口43与出风口44。冷凝器18与进料口41连通，废水在冷凝器18内与制冷工质进行热交换，吸收热量，形成温热废水，从进料口41进入分离器4。冷空气从进风口43进入分离器4内，与温热废水在分离器4内发生热湿交换。温热废水的热量被冷空气吸收，自身形成饱和溶液与晶体，冷空气吸收热量变成湿热空气从出风口44排出。蒸发器20与出风口44连通，湿热空气在蒸发器20内与制冷工质发生热交换，制冷工质吸收热量，湿热空气释放热量。
以上过程中，湿热空气中的废热通过蒸发器20实现回收，并且该湿热空气在蒸发器20内与制冷工质仅发生热交换，不随制冷工质流向压缩机17，避免对压缩机17造成腐蚀。废热随着制冷工质在压缩机17、冷凝器18、膨胀阀19与蒸发器20之间的流动进行传递，作用于废水，实现废热的再次利用，提高了热泵系统的能效。另外，热湿交换过程中借助冷空气与温热废水自身的热量差异就能实现废水的结晶，整个过程在常温常压状态下进行即可，不需负压或高温等特殊环境。设备整体结构紧凑、节能环保，能耗低。
进一步地，分离器4上还设有出料口42，饱和溶液及晶体从出料口42排出分离器4。湿热空气在蒸发器20内降温后直接排至设备外部或者经过循环再次进入分离器4。
具体地，出风口44位于进风口43的上方，空气从进风口43进入后在分离器4后向上流动从出风口44排出。出料口42位于进料口41下方，废水从进料口41进入后在分离器4内向下运动从出料口42排出。进风口43位于进料口41的下方，从进风口43进入的冷空气与从进料口41进入的温热废水相向运动发生热湿交换。在分离器4内，冷空气从高温废水中吸收热量形成湿热空气，温热废水温度降低，形成饱和溶液和晶体。
进一步地，该热泵式废水处理设备还包括滤水丝网9、滤网10与风机14。滤网10安装在出风口44，用于过滤从分离器4内排出的湿热空气中的水分，较小湿热空气对后续装置的腐蚀。滤水丝网9与风机14安装于进风口43，经蒸发器20处理后的空气和/或外部空气通过滤水丝网9过滤掉其中的水分后在风机14的吹动作用下从进风口43进入分离器4，这样，进入分离器4的冷空气为干燥空气，与废水发生湿热反应以产生结晶的效果会更好。
进一步地，热泵式废水处理设备还包括管道、第一风阀11、第二风阀12与第三风阀13。冷凝器18与滤水丝网9通过管道连通，湿热空气在冷凝器18中降温后进入管道。第一风阀11设置于管道内，位于蒸发器20与滤水丝网9之间，第二风阀12安装于第一风阀11与冷凝器18之间的管道管壁上，第三风阀13安装于第一风阀11与滤水丝网9之间的管道管壁上。
具体地，第一风阀11、第二风阀12与第三风阀13均为开度可调节的风阀，以控制进风口43处空气的温湿度，方便调节整个设备的热湿平衡。当第一风阀11打开，第二风阀12与第三风阀13均关闭时，热泵式废水处理设备处于闭式循环状态，不受外部环境的影响，具体如图2所示。闭式循环状态下，湿热空气经蒸发器20降温后沿风道经滤水丝网9过滤后在风机14的作用下从进风口43进入分离器4，实现空气在设备内的循环利用。当第一风阀11关闭，第二风阀12与第三风阀13打开时，热泵式废水处理设备处于开式循环状态，具体如图3所示。开式循环状态下，湿热空气经蒸发器20降温后从第二风阀12直接排到设备外部，外部空气从第三风阀13进入风道，经滤水丝网9吸除水分后在风机14的吹动作用下从进风口43进入分离器4。当第一风阀11、第二风阀12与第三风阀13均为打开状态时，热泵式废水处理设备处于混合式循环状态。混合式循环状态下，通过调节各风阀的开启度，可以有效控制设备内的空气与外部空气之间的交换量，保证进入分离器4内的空气温湿度满足要求，此时，进入分离器4内的空气为外部空气与经蒸发器20降温后的空气形成的混合气。
在该热泵式废水处理设备中，进风口43、出风口44、滤网10、蒸发器20、第一风阀11、第二风阀12、第三风阀13、滤水丝网9与风机14相互配合，形成循环风系统。其作为分离器4的送风装置，将分离器4内的温热空气进行低温除湿，并向分离器4送入干燥的冷空气。该循环风系统可以实现闭式或开式或混合式循环，方式多变，适应的工业环境多。
进一步地，热泵式废水处理设备还包括位于分离器4内的喷雾装置5。该喷雾装置5与进料口41连通，在喷雾装置5上安装有若干喷嘴51，若干喷嘴51按照合理的几何位置进行分布，将温热废水均匀地喷洒在分离器4内，以便和冷空气进行充分的热湿交换。在分离器4上还设有观察窗45，观察窗45采用透明玻璃制成，便于操作人员观察分离器4内的情况。
进一步地，热泵式废水处理设备还包括原液池1、液泵3与离心机6。原液池1对废水进行预处理，如调节ph值、水质、有机物含量等，从而形成原液。离心机6一端与出料口42连通，另一端通过三叉管同时与原液池1、液泵3连通。液泵3为变频泵，其出口端与冷凝器18连通。饱和溶液和晶体从出料口42排出后进入离心机6实现固液分离，其中饱和溶液从离心机6的出液口排出，与原液池1中的原液混合后在液泵3的作用下泵入冷凝器18。
另外，该热泵式废水处理设备还包括四个电子控制的调节阀2，分别安装于原液池1的排料口，离心机6的出液口、分离器4的出料口42及液泵3的出口端，用于控制废水的流量。
在该设备中，进料口41、出料口42、离心机6、原液池1、液泵3、冷凝器18相互配合，形成废水补水系统，持续不断地为分离器4提供待处理的废水。
为进一步提高热量的回收率，在分离器4及蒸发器20外表面分别设有保温层。该保温层采用聚氨酯保温材料。
进一步地，热泵式废水处理设备还包括控制系统，对废水补水系统、循环风系统、分离器、热泵系统进行自动控制，实现整个设备的自主运行。该控制系统包括控制开关、温控控制器、湿度控制器与plc面板。
以下以盐水淡化结晶为例对该热泵式废水处理设备的工作原理进行详细阐述：
空气与盐水液滴在分离器4内反向运动并发生热湿交换，盐水液滴被降温除湿形成结晶盐和饱和盐水，从出料口42排入离心机6，分离出结晶盐和饱和盐水。饱和盐水与原液混合后排入液泵3，经液泵3排入冷凝器18被加热升温，然后排入喷雾装置5，将盐溶液制备成雾状结构，与分离器4内部逆向运行的空气进行热湿交换。热湿交换后形成的湿热空气从分离器4内排出，经滤网10滤除空气中的小液滴，再进入蒸发器20进行降温除湿。降温除湿后的空气在经过滤水丝网9除湿后经风机14排入分离器4，并与逆向运动的雾状液滴进行热湿交换，空气被加热加湿，液滴被降温除湿。以上过程循环往复，连续不断的进行废水处理。
利用上述热泵式废水处理设备进行废水处理的方法如下：
步骤s1，废水与热泵系统进行热交换，废水吸收热量从进料口41进入分离器4，冷空气从进风口43进入分离器4。具体地，冷凝器18内的制冷工质与废水发生热交换，废水吸收热量形成温热废水从进料口41进入分离器4，制冷工质释放热量经由膨胀阀19进入蒸发器20；冷空气从进风口43进入分离器4，其中，进料口41、进风口43均设在分离器4上。
步骤s2，冷空气与废水在分离器4内进行热湿交换，冷空气吸收热量从出风口44排出，废水释放热量后排出。具体地，冷空气与温热废水在分离器4内进行热湿交换，其中，冷空气吸收热量变成湿热空气并从出风口44排出，废水释放热量形成饱和溶液与晶体。
步骤s3，分离器4排出的空气经热泵系统进行降温。具体地，湿热空气在蒸发器20内与制冷工质发生热交换，制冷工质吸收热量并经由压缩机17将热量传递至冷凝器18。
步骤s4，废水从出料口42排出，进入离心机6进行固液分离，从离心机6中排出的溶液与原液混合，经液泵3泵入热泵系统。具体地，饱和溶液与晶体从出料口42排出，并进入离心机6进行固液分离，饱和溶液从离心机6中排出后与原液混合，经液泵3泵入冷凝器18。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。