降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备和高盐污水处理方法与流程

本发明涉及低温污水处理装置及污水处理系统，尤其涉及降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备和高盐污水处理方法。

背景技术：

高盐污水是指总含盐质量分数等于或高于1％的废水，主要来自于化工厂，石油开采及大规模海水淡化等工业过程，高浓度的卤水和化学废水不能直接排入城市废水系统，必须运往特殊的工厂处理，去除高盐废水中有害污染物对环境产生的影响至关重要。工业生产过程中，经常会产生各种废液、污水等，通常利用物理化学、生物处理的方法将废水、废液中的污染物去除。但实际运行过程中，能耗巨大，装置庞大，不利于维护运行，难以推广运行和实现污水的有效处理。

近年来又出现了许多其它的处理技术，例如多效蒸发(med)、蒸汽压缩冷凝(vc)、多级闪蒸(msf)等方法。但是在使用过程中同样出现多种问题。多效蒸发装置单机处理能力低、易结垢，高浓度废水易结焦，设备的工程造价高以及传热效率低；蒸汽压缩冷凝这种处理工艺，对设备材质的要求极高，且系统运行过程中需要消耗大量的热量，投入成本高，运行费用高；多级闪蒸技术虽然能够解决多效蒸发中存在的结焦严重的问题，但因其能耗巨大、占地面积大、热重复利用率等问题，难以大量投入使用。

技术实现要素：

针对现有技术的上述问题，本发明人进行了深入的研究。本发明人尤其具体考虑了降膜流动和吸收式制冷手段。

降膜流动是液体在重力、表面张力及剪切力综合作用下，沿壁面下流铺展成膜。由于壁面外侧受热，液体薄膜在流动过程通过液膜的热传导与气液两相的对流达到良好换热效果，同时可能伴随液体蒸发，是一种高效传热传质技术。且在使用过程中可以利用低质能源驱动，实现微温差传热，使用过程中，不易结垢，简单高效。

吸收式制冷主要是耗费热能或较高压的蒸汽达到制冷效果，是一种简单高效的制冷方法，并且结构简单、运行方便。以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热(采暖)的双重目的。整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时，制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。将其利用在污水处理冷凝过程能够促进污水处理的效率，实现能源的合理使用。

根据本发明的一个方面，提供了一种降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备，其特征在于包括：吸收式制冷循环部分、污水处理循环部分、湿空气循环部分、污水预处理装置、固体分离过滤装置，其中：

所述吸收式制冷循环部分包括蒸汽发生器、吸收器、第一喷淋装置、溶液循环泵、第一节流阀、第二节流阀、加热管、冷凝管道、蒸发管道；

污水处理循环部分包括污水预处理装置、污水循环泵、第二喷淋装置；

湿空气循环装置包括循环风扇；

污水预处理装置包括粗格栅和过滤网；

固体分离过滤装置包括沉淀池、排污泵，

湿空气循环部分包括循环风扇、蒸发腔和冷凝腔，

其中：

蒸汽发生器内部设置有加热装置，

第一节流阀一端通过管道与蒸汽发生器下部连通，第一节流阀的另一端通过管道与放置在吸收器内部的第一喷淋装置连通，

吸收器与溶液循环泵相连，

溶液循环泵与蒸汽发生器的上部相连，蒸汽发生器的上部与冷凝管道相连，

冷凝管道与蒸发管道的下部通过第二节流阀连通，

蒸发管道与吸收器上部相连，

冷凝管道、第二节流阀、蒸发管道属于一个制冷剂回路，

蒸汽发生器、吸收器、第一喷淋装置、溶液循环泵、第一节流阀属于一个溶液回路，

冷凝管道被设置在蒸发腔内部，

蒸发管道被设置在冷凝腔内部，

第二喷淋装置被放置在蒸发腔内部空间的冷凝管道上方，从而使自喷淋装置淋下的污水与冷凝管道形成降膜蒸发，污水蒸发后的杂质落入蒸发室底部。

根据本发明的另一个方面，提供了基于上述降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备的高盐污水处理方法，其特征在于包括：

使吸收剂在吸收器中吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成含制冷剂的溶液，

将该溶液用溶液循环泵送到发生器，经过加热装置使溶液中的制冷剂重新蒸发出来，形成70～90℃的制冷剂蒸汽，

使该制冷剂蒸汽在冷凝管道中被放置在上方的第二喷淋装置喷淋下的污水进行冷却，使喷淋的污水形成温度40～80℃的湿空气，

污水在污水循环泵的作用下流经吸收器内部的u型管道，在u型管道内部吸收吸收器内制冷剂工质蒸汽溶于溶液中的热量，对污水进行预热，使由固体分离过滤装置析出固体后的污水进入污水储存罐，

使从冷凝管道流出的饱和制冷剂经第二节流阀降压降温，形成干度很小的湿饱和制冷剂蒸汽，使该湿饱和制冷剂蒸汽进入位于冷凝腔中的蒸发管道内，吸收冷凝腔内的湿空气中的热量，从而导致冷凝腔内饱和湿空气温度降低，饱和蒸汽压迅速下降，湿空气中的饱和含水含量迅速下降，导致湿空气中超过饱和含水量的水蒸汽冷凝为液体，自上而下降落入冷凝腔底部，

使蒸汽发生器中由于制冷剂蒸发而浓度升高的吸收剂溶液经第一节流阀后流入吸收器，吸收由蒸发器来的饱和制冷剂蒸汽，生成稀吸收剂溶液，并用吸收过程中释放的热量预热位于吸收器内部u型管道内部的污水，

使稀吸收剂溶液由溶液循环泵加压进入蒸汽发生器，并被加热装置进行加热，其中，制冷剂由于温度升高而在吸收剂溶液中的溶解度降低，制冷剂蒸汽逸出吸收剂溶液的液面而形成与吸收剂溶液平衡的制冷剂蒸汽，

使该制冷剂蒸汽进入位于蒸发腔中的冷凝管道，凝结成饱和制冷剂而释放热量，污水自冷凝管道上方的喷淋装置喷下，与制冷剂蒸汽冷凝释放的热量进行热交换，形成所述温度为40～80℃的湿空气，

在循环风扇与导流板的作用下，使该湿空气在蒸发腔与冷凝腔内部空间内形成一个闭式循环。

针对现有污水处理技术的缺陷，解决现有污水处理装置耗能大、费用高、运行难度大、不方便维护、安装困难、易结垢等问题，本发明人提出了一种全新的治理方案，即通过降膜蒸发技术和吸收式制冷相结合，在低温蒸发下，利用循环空气将废水废液中的纯净水提取出来。本发明提供了一种经济有效、能耗低、设备简单高效、便于安装维护的高盐污水处理方法及污水处理系统。根据本发明的设备可以利用工业废热，实现能量的合理利用且安全高效，能够适用于各种工业部门纯净水的回收，特别适用于处理来自化工厂，石油开采及大规模海水淡化等工业过程生产的高盐污水净化处理。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的一种降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备及方法的示意图。

附图标记：

污水储存罐1、污水循环泵201、溶液循环泵202、清水泵203、吸收器3、蒸汽发生器4、蒸发腔5、冷凝腔6、第一节流阀701、第二节流阀702、第一喷淋装置801、第二喷淋装置802、加热装置9、u形管道10、冷凝管道11、蒸发管道12、固体分离过滤装置13、初滤网14、污水预处理装置15、循环风扇16，导流板17。

具体实施方式

为了克服现有技术的上述问题，并达到本发明的上述目的，根据本发明的一个实施例一种降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备包括吸收式制冷循环部分、污水处理循环部分、湿空气循环部分、污水预处理装置、固体分离过滤装置，其中：

所述吸收式制冷循环部分包括蒸汽发生器4、吸收器3、第一喷淋装置801、溶液循环泵202、第一节流阀701、第二节流阀702、加热管、冷凝管道11、蒸发管道12；

污水处理循环部分包括污水预处理装置15、污水储存罐1、初滤网14、污水循环泵201、第二喷淋装置802；

湿空气循环装置包括循环风扇16；

污水预处理装置15包括：粗格栅、过滤网；固体分离过滤装置13包括沉淀池、排污泵，

蒸汽发生器4内部布置有加热装置9，第一节流阀701通过管道分别与蒸汽发生器4下部和放置在吸收器3内部的喷淋装置相连，吸收器3下部与溶液循环泵202相连，溶液循环泵202与蒸汽发生器4上部相连，蒸汽发生器4上部分与冷凝管道11相连，冷凝管道11与蒸发管道12下部分通过第二节流阀702连通，蒸发管道12与吸收器3上部相连。

进一步地，冷凝管道11、第二节流阀702、蒸发管道12属于一个制冷剂回路，蒸汽发生器4、吸收器3、第一喷淋装置801、溶液循环泵202、第一节流阀701属于一个溶液回路；在吸收器3中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成含制冷剂的溶液，将该溶液用溶液循环泵202送到发生器，经过加热装置9使溶液中的制冷剂重新蒸发出来，形成的高温(70～90℃)制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝管道11中被上方的第二喷淋装置802喷淋下的污水进行冷却，制冷剂蒸汽冷凝释放的热量用于加热自上向下喷淋的污水形成较高温度(40～80℃)的湿空气。

进一步地，在吸收式制冷循环部分中冷凝管道11与蒸发管道12分别被设置在蒸发腔5和冷凝腔6内部。

根据本发明的一个实施例，冷凝管道11包括u形管，该u形管在蒸发腔5内呈叉排排列，与位于冷凝管道11上方的喷淋装置同属于降膜蒸发部分。

根据本发明的实施例，吸收式制冷循环部分中的蒸汽发生器4内部的加热装置9可以是以工业余温热源、太阳热、蒸汽、热水或电力等能源驱动。

根据本发明的实施例，选用的吸收式制冷循环工质对的制冷剂种类可以从水类、氨类、乙醇类和氟利昂类中选出。

根据本发明的一个实施例，污水处理循环部分包括污水预处理装置15、污水储存罐1、初滤网14、污水循环泵201、第二喷淋装置802、固体分离过滤装置13；其中，由固体分离过滤装置13析出固体后的污水进入污水储存罐1以进行循环利用。

根据本发明的一个实施例，污水循环泵201与污水储存罐1之间布置有初滤网14。

根据本发明的一个实施例，第二喷淋装置802被设置在污水处理装置本体内部，污水自喷淋装置802淋下与冷凝管道11形成降膜蒸发。

根据本发明的一个实施例，污水自污水循环泵201流出，进入吸收器3，吸收制冷剂工质蒸汽溶于溶液中的热量，对污水进行预热。

根据本发明的一个实施例，湿空气循环部分包括污水处理装置主体、循环风扇16、导流板17。污水处理装置主体包括蒸发腔5和冷凝腔6两部分，这两个腔之间通过管道连接，导流板17放置在蒸发腔5和冷凝腔6之间的上部空间的连通管道内，循环风扇16放置在蒸发腔5与冷凝腔6之间的空间的下部的连通管道内。

污水经第二喷淋装置802淋在下方冷凝管道11上形成降膜蒸发，污水被高温(70℃～90℃)制冷剂在冷凝管道11内冷凝释放的热量加热至40～80℃，污水温度上升，饱和蒸汽压上升，水蒸汽含量随着温度上升而上升，将污水中的水分带走，杂质固体落入蒸发腔5底部。循环风扇16用于使水蒸汽在污水处理装置内部循环。

根据本发明的一个实施例，所述降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备内部设有导流板17。

根据本发明的一个实施例，污水预处理装置15包括粗格栅、过滤网，污水预处理装置15通过管道与污水储存罐1相连。

在根据本发明的一个实施例的一种高盐污水处理方法中，用所述降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备进行污水处理，其中，蒸汽发生器4、吸收器3、第一喷淋装置801、溶液循环泵202、第一节流阀701属于一个溶液回路。

在根据本发明的一个实施例中，从冷凝管道11流出的饱和制冷剂经第二节流阀702降压降温，形成干度很小的湿饱和制冷剂蒸汽。该湿饱和制冷剂蒸汽进入位于冷凝腔6中的蒸发管道12内，吸收冷凝腔6内的饱和水蒸汽中的热量，使冷凝腔6内饱和水蒸汽温度降低，饱和蒸汽压迅速下降，空气中饱和含水量迅速下降，导致空气中超过饱和含水量的水蒸汽冷凝为液体，自上而下降落入冷凝腔6底部。

蒸汽发生器4中由于制冷剂蒸发而浓度升高的吸收剂溶液经减压阀后也流入吸收器3，吸收由蒸发器来的饱和制冷剂蒸汽，生成稀吸收剂溶液，吸收过程中释放的热量用来预热流入第二喷淋装置802中的污水。

稀吸收剂溶液由溶液泵加压进入蒸汽发生器4被加热装置9进行加热。由于温度升高，制冷剂在吸收剂溶液中的溶解度降低，蒸汽逸出液面形成与溶液平衡的较高压力、较高温度的制冷剂蒸汽。制冷剂蒸汽进入位于蒸发室5中的冷凝管道11，凝结成饱和制冷剂释放热量，污水自冷凝管道11上方的喷淋装置喷下，与制冷剂蒸汽冷凝释放的热量进行热交换，形成较高温度(40～80℃)的湿空气，湿空气在循环风扇16的作用下，在污水处理装置中进行循环，完成整个循环。

在根据本发明的一个实施例中，用溴化锂作吸收剂，用水做制冷剂。

在所述高盐污水处理方法和所述降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备中的制冷工质对可以为从水类、氨类、乙醇类和氟利昂类中选出的一种。

本发明的优点在于，可以处理的废液、废水种类广泛；相对于传统蒸发设备，在常温下进行，蒸发和冷凝过程分开进行，使用较难结垢的材料，所以运行过程中不易结垢，能有效解决设备结垢问题，可以处理高浓度、难处理的高盐污水；通过简单的过程可生产副产品干净的冷凝水，零液体排放，无二次污染，大大的降低了污水处理的成本；与现有的污水处理设备相比，采用吸收式制冷原理与降膜蒸发相结合，大大的改善了系统的热交换效率；驱动吸收式制冷机组的可以是各种工业废热、余热、废气等，可最大限度的利用余热、废热做为热源，极大的避免了资源的浪费，能达到节能环保的目的；设备在常压下进行，所以不存在运行不稳定的风险。能有效解决设备结垢问题。

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

如图1所示，根据本发明的一个实施例的降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备包括吸收式制冷循环部分、污水处理循环部分、湿空气循环部分、污水预处理装置15、固体分离过滤装置13。其中：所述吸收式制冷循环部分包括蒸汽发生器4、吸收器3、第一喷淋装置801、溶液循环泵202、第一节流阀701、第二节流阀702、加热管、冷凝管道11、蒸发管道12；污水处理循环部分包括污水预处理装置15、污水储存罐1、初滤网14、污水循环泵201、第二喷淋装置802；湿空气循环装置包括污水处理装置本体、循环风扇16，导流板17；污水预处理装置15包括：粗格栅、过滤网；固体分离过滤装置13包括沉淀池、排污泵。

吸收式制冷循环部分包括蒸汽发生器4、吸收器3、第一喷淋装置801、溶液循环泵202、第一节流阀701、第二节流阀702、加热管、冷凝管道11、蒸发管道12，蒸汽发生器4内部布置的有加热装置9，第一节流阀701通过管道分别与蒸汽发生器4下部和放置在吸收器3内部的喷淋装置相连，吸收器3下部与溶液循环泵202相连，溶液循环泵202与蒸汽发生器4上部相连，蒸汽发生器4上部分与冷凝管道11相连，冷凝管道11与蒸发管道12下部分通过第二节流阀702连通，蒸发管道12与吸收器3上部相连。

冷凝管道11、第二节流阀702、蒸发管道12属于一个制冷剂回路，蒸汽发生器4、吸收器3、第一喷淋装置801、溶液循环泵202、第一节流阀701属于一个溶液回路。在吸收器3中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成含制冷剂的溶液，将该溶液用溶液循环泵202送到发生器，经过加热装置9使溶液中的制冷剂重新蒸发出来，形成的高温(70℃～90℃)制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝管道11中被上方的第二喷淋装置802进行冷却，制冷剂蒸汽冷凝释放的热量用于加热自上向下喷淋的污水形成较高温度(40～80℃)的湿空气。

吸收式制冷循环部分中，冷凝管道11与蒸发管道12分别被设置在蒸发腔5和冷凝腔6内部。

冷凝管道11包括在蒸发腔5内呈叉排排列的u形管，其与位于冷凝管道11上方的喷淋装置同属于降膜蒸发部分。

吸收式制冷循环部分中，蒸汽发生器4内部的加热装置9可以是以工业余温热源、太阳热、蒸汽、热水或电力等能源驱动。

所述降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备采用的吸收式制冷循环工质对的制冷剂可以为从水类、氨类、乙醇类和氟利昂类制冷剂中选出的制冷剂。

污水处理循环部分包括污水预处理装置15、污水储存罐1、初滤网14、污水循环泵201、第二喷淋装置802、固体分离过滤装置13，固体分离过滤装置13析出固体后的污水进入污水储存罐1进行循环利用。

污水循环泵201与污水储存罐1之间布置的有初滤网14。

第二喷淋装置802被设置在污水处理装置本体内部，污水自第二喷淋装置802淋下与冷凝管道11形成降膜蒸发。

污水自污水循环泵201流出，进入吸收器3，吸收制冷剂工质蒸汽溶于溶液中的热量，对污水进行预热。

在根据本发明的一个实施例中，湿空气循环部分包括循环风扇16和导流板17。蒸发腔5和冷凝腔6之间通过管道连接，循环风扇16被设置在蒸发腔5与冷凝腔6之间的空间的下部的连通管道内。污水经第二喷淋装置802淋在下方冷凝管道11上形成降膜蒸发，污水被高温(70～90℃)制冷剂在冷凝管道11内冷凝释放的热量加热，将污水加热至40～80℃，污水温度上升，饱和蒸汽压上升，水蒸汽含量随着温度上升而上升，将污水中的水分带走，杂质固体落入蒸发腔5底部，循环风扇16用于水蒸汽在污水处理装置内部循环。

所述的一种降膜蒸发耦合吸收式制冷处理高盐污水的系统及方法，导流板17放置在蒸发器蒸发腔5与冷凝腔6上部空间管道内部。污水预处理装置15包括粗格栅、过滤网。污水预处理装置15通过管道与污水储存罐1相连。

在采用根据本发明的降膜蒸发耦合吸收式制冷高盐污水处理设备的一种高盐污水处理方法，所述的污水处理装置进行污水处理，蒸汽发生器4、吸收器3、第一喷淋装置801、溶液循环泵202、第一节流阀701、属于一个溶液回路。

具体使用时，以溴化锂为吸收剂、水做制冷剂为例，从冷凝管道11流出的饱和制冷剂经第二节流阀702降压降温，形成干度很小的湿饱和制冷剂蒸汽。进入位于冷凝腔6中的蒸发管道12内，吸收冷凝腔6内湿空气中的热量，使冷凝腔6内饱和蒸汽温度降低，饱和蒸汽压迅速下降，空气中饱和含水量迅速下降，导致空气中超过饱和含水量的水蒸汽冷凝为液体，自上而下降落入冷凝腔6底部。

蒸汽发生器4中由于制冷剂蒸发而浓度升高的吸收剂溶液经减压阀后也流入吸收器3，吸收由蒸发器来的饱和制冷剂蒸汽，生成稀吸收剂溶液，吸收过程中释放的热量用来预热污水循环泵201与第二喷淋装置802间的u型管道10中的污水。

稀吸收剂溶液由溶液泵加压进入蒸汽发生器4被加热装置9进行加热。由于温度升高，制冷剂在吸收剂溶液中的溶解度降低，蒸汽逸出液面形成与溶液平衡制冷剂蒸汽。制冷剂蒸汽进入位于蒸发腔5中的冷凝管道11，凝结成饱和制冷剂释放热量，污水自冷凝管道11上方的喷淋装置喷下，与制冷剂蒸汽冷凝释放的热量进行热交换，形成较高温度的湿空气，湿空气在循环风扇16的作用下，在污水处理装置中进行循环，完成整个循环。

所述的一种高盐污水处理方法，所述的吸收式制冷循环装置中的制冷工质对可以为水类、氨类、乙醇类和氟利昂类任一种。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。