一种结合双曲线塔和机械雾化蒸发器的废水减量化的装置

1.本实用新型涉及废水处理技术，特别涉及一种结合双曲线塔和机械雾化蒸发器的废水减量化的装置。


背景技术：

2.工业生产过程中产生的含盐、含有机物废水(包括高盐废水、脱硫废水、养殖废水等)的处理问题一直受到广泛关注。目前，针对这部分高浓度废水的处理，主要有以下两种方案：第一，运用蒸发浓缩原理，依靠燃煤、引入锅炉蒸汽等热源将废水加热蒸发，水和挥发性有机物等变为气态，而盐分则不断浓缩，达到饱和溶解度析出，结晶成固态，最终将盐分等脱水干燥成固体，实现废水的零排放。第二，采用自然蒸发塘，利用自然地理和气候条件蒸发减量。以上两种方案均存在各自的优缺点：第一种方案处理程度高，技术成熟，但是吨水能耗高，平均吨水处理成本在100元以上；同时，较高的蒸发温度造成废水中的水垢在蒸发器表面附着、积累，影响设备运行的稳定性和安全性，需要定期停机除垢。第二种方法充分利用自然条件，运行成本低，设备管理维护简单，使用寿命长；但缺点是占地面积大，受气候条件影响较大，长期效率低下，蒸发量低，并且对蒸发塘的防渗要求高，一旦出现渗漏将造成严重的环境污染，原则上不能用于存放含挥发性有机物的废水。在实际情况下，蒸发塘的应用很难解决企业的高盐废水排放问题，而且还存在满塘、溢塘的风险。
3.基于上述原因，操作维护简单、投资和运行成本相对较低的机械雾化蒸发器，成为配合蒸发塘自然蒸发的新方案。但是也存在雾化的废水液滴随风飘落到蒸发塘外、污染周围环境的风险，而且这套方案需要现场配有大面积的水池，而且利用机械雾化蒸发器雾产生的水汽容易聚集在蒸发塘周围环境形成饱和大气不利于污水的进一步蒸发。
4.目前市面上还没有能够绿色、低碳、高效地处理高浓度废水的方案，提供一种新型处理方法成为现实需要。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种结合双曲线塔和机械雾化蒸发器的废水减量化的装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的解决方案是：
7.提供一种结合双曲线塔和机械雾化蒸发器的废水减量化的装置，包括：
8.废水池，其横截面呈圆形；
9.支撑底座，围绕废水池边缘设置；
10.支撑框架，固定在支撑底座上，是由多个单体构件组装而成的框架结构；
11.双曲线塔，是由下环梁、筒壁和顶部刚性环组成的顶底开口的中空结构，其轴向截面的侧缘呈对称的双曲线形状；下环梁固定安装在支撑框架上，双曲线塔底部与废水池边缘之间具有作为进风口的空隙；
12.机械雾化蒸发器，设于废水池中，其入口端连接供水管道和抽水泵；
13.盐粒收集装置，是与双曲线塔同轴布置的截头锥形筒体，其上部开口小于下部开口，底部固定在废水池的边缘。
14.作为一种改进方案，所述支撑底座和支撑框架具有下述任意一种设置方法：
15.(1)支撑底座呈圆环状围绕在废水池边缘，支撑框架呈圆环状布置在支撑底座上，以支撑框架各单体构件之间的空隙作为进风口；
16.(2)多个支撑底座呈点状围绕废水池边缘均匀布置，支撑框架呈圆环状布置在各支撑底座上，以塔底与废水池之间、支撑框架各单体构件之间的空隙作为进风口；
17.(3)支撑底座呈圆环状围绕在废水池边缘，多个支撑框架呈点状均匀布置在支撑底座上，以塔底与支撑底座之间、支撑框架各单体构件之间的空隙作为进风口；
18.(4)多个支撑底座呈点状围绕废水池边缘均匀布置，各支撑底座上分别设单独的支撑框架，以塔底与废水池之间、支撑框架各单体构件之间的空隙作为进风口。
19.作为一种改进方案，所述机械雾化蒸发器位于盐粒收集装置上部开口的投影范围内，且雾化方向垂直向上。
20.作为一种改进方案，所述机械雾化蒸发器有多台，各机械雾化蒸发器分别配置一台抽水泵，或者共用一台抽水泵。
21.作为一种改进方案，所述机械雾化蒸发器具有下述任意一种布置方法：
22.(1)机械雾化蒸发器有一台，设于废水池的中心位置；
23.(2)机械雾化蒸发器有多台，呈环向均匀布置在废水池中且与双曲线塔保持轴心对称；
24.(3)机械雾化蒸发器有多台，其中一台设于废水池的中心位置，剩余的呈环向均匀布置在废水池中且与双曲线塔保持轴心对称；
25.(4)机械雾化蒸发器有多台，呈点状均匀布置在废水池表面。
26.作为一种改进方案，所述抽水泵设于浮台上。
27.作为一种改进方案，所述废水池边缘设有向内延伸的环形板，所述盐粒收集装置的截头锥形筒体底部边缘以焊接方式与环形板的内缘固定连接。
28.作为一种改进方案，所述双曲线塔的塔壁底部设置数个检修门。
29.作为一种改进方案，所述双曲线塔的顶部开口处设有吸附式的尾气除臭设备。
30.作为一种改进方案，所述废水池中设有蒸汽加热设备，蒸汽加热设备通过管路连接外部的余热废热供给装置。
31.实用新型原理描述：
32.1、本实用新型利用破碎式机械雾化蒸发器将进入的废水快速雾化成小液滴，大幅增加浓盐水与空气的接触面积，提高蒸发速度。同时引入温暖干燥的新空气，利用双曲线塔的“穿堂风”将雾化小液滴往上吹抽。在该过程中，水雾向上往塔顶扩散和蒸发，盐粒则析出，由盐粒收集装置收集，实现水盐分离；而包含盐分、油滴等颗粒及大分子有机物的大液滴则在重力作用下回落至废水池，循环进行雾化蒸发，能持续蒸发、减量，处理废水。
33.2、破碎式机械雾化蒸汽器的工作原理是使用特制的高速旋转的叶片，将水泵抽出的液体多次打碎，水滴同时在叶轮的高速转动下抛向高空，水滴下落过程完成蒸发。申请人通过对几种类型雾化蒸发器进行比较，针对蒸发塘的高盐废水，破碎式机械雾化蒸发器的蒸发效果最好，因此最适用。
34.3、双曲线塔自然通风的条件为雾化小液滴向上扩散蒸发及水蒸气的向上流动提供动力，削减了风机动能设备的安装维护成本和能耗。因此，该结构比机械通风塔维护简便，节约电能；同时双曲线塔比蒸发塘占地面积小，布置紧凑，水量损失小。
35.4、半开放的双曲线塔将废水的蒸发、盐的结晶固化限定在一个相对密闭的空间内，并利用盐粒收集装置将盐粒捕捉、收集，从而避免了盐粒随意飘散、污染环境。
36.5、双曲线塔将废水中挥发性有机物的蒸发限定在了一个半密闭空间内，并能利用尾气除臭设备进一步收集挥发性有机物，从而避免了废水中的有机物随着水分蒸发一同挥发，污染大气环境。
37.6、采用双曲线的塔壁形状，是利用空气从开阔地区进入狭窄谷口时，气流的横截面积减小，流通的气流会加速前进，而形成的自然强风。从结构上看，双曲线塔壁在水平和垂直方向上都有曲率，与圆筒形、圆锥形塔相比，塔壁下半部分应力较小，减小壁厚，用相同的材料能获得更大的容积。
38.与现有技术相比，本实用新型的技术效果是：
39.1、本实用新型能有效结合机械雾化蒸发器加速蒸发以及双曲线塔自然通风的优势，大大提高自然蒸发的效率，减小蒸发塘的占地面积，同时密闭空间降低了污染环境的风险，可以用于处理热电厂脱硫废水、煤化工高盐废水、畜牧业养殖废水、垃圾渗滤液、食品加工废水等，低碳高效地实现水盐分离。
40.2、本实用新型基于双曲线塔和机械雾化蒸发器，在半密闭空间内进行雾化蒸发，并充分利用双曲线塔“穿堂风”的优势，有效实现及提高雾化蒸气排出和大液滴回落，由此形成一个稳定的“进干燥空气
→
排放湿气”的过程，达到类似于蒸发塘雾化蒸发的效果，但是提高了蒸发效率，并且过程能循环进行。
41.3、本实用新型将废水的雾化蒸发、盐的结晶固化、有机物的挥发限定在了半密闭塔内，并对盐粒和挥发性有机物进行了有效收集，避免污染周边环境。
42.4、本实用新型可以利用辅助供热设备提升浓盐水的温度，增加废水的蒸发量，所需的加热源可用工厂的余热废热，从而节省成本。
43.5、本实用新型应用节能、节材、施工难度小、占地小、造价低。
附图说明
44.图1是本实用新型中废水减量化装置的结构示意图。
45.图中附图标记为：1-双曲线塔；2-机械雾化蒸发器；3-盐粒收集装置；4-废水池； 5-抽水泵；6-供水管道；7-支撑框架；8-支撑底座；9-尾气除臭设备。
具体实施方式
46.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。
47.如图1所示，本实用新型所述双曲线塔和机械雾化蒸发器的废水减量化的装置包括：废水池4，其横截面呈圆形；支撑底座8，围绕废水池4的边缘设置；支撑框架7，固定在支撑底座8上，是由多个单体构件组装而成的框架结构；双曲线塔1，是由下环梁、筒壁和顶部刚性环组成的顶底开口的中空结构，其轴向截面的侧缘呈对称的双曲线形状；下环梁固定安装在支撑框架7上，双曲线塔1的底部与废水池4边缘之间具有作为进风口的空隙；机械雾
化蒸发器2，设于废水池1中的液面以上，其入口端连接供水管道6 和抽水泵5；盐粒收集装置3，是与双曲线塔1同轴布置的截头锥形筒体，其上部开口小于下部开口，底部固定在废水池4的边缘。废水池4的边缘可以进一步设置向内延伸的环形板，盐粒收集装置3的截头锥形筒体底部边缘以焊接方式与环形板的内缘固定连接。双曲线塔1的塔壁底部设置数个检修门。
48.支撑底座8和支撑框架7的材质可选是不锈钢，或者是外涂防腐涂层的热镀锌、碳钢材料；双曲线塔1的塔体内壁表面热喷涂有防腐材料，或以耐腐蚀性塑料或玻璃钢作为内衬。支撑底座8和支撑框架7具有下述任意一种设置方法：(1)支撑底座8呈圆环状围绕在废水池4边缘，支撑框架7呈圆环状布置在支撑底座8上，以支撑框架7各单体构件之间的空隙作为进风口；(2)多个支撑底座8呈点状围绕废水池4边缘均匀布置，支撑框架7呈圆环状布置在各支撑底座8上，以塔底与废水池4之间、支撑框架7各单体构件之间的空隙作为进风口；(3)支撑底座8呈圆环状围绕在废水池4边缘，多个支撑框架7呈点状均匀布置在支撑底座8上，以塔底与支撑底座8之间、支撑框架 7各单体构件之间的空隙作为进风口；(4)多个支撑底8座呈点状围绕废水池4边缘均匀布置，各支撑底座8上分别设单独的支撑框架7，以塔底与废水池之间、支撑框架7 各单体构件之间的空隙作为进风口。以上各方案，可根据废水池4的大小、双曲线塔1 的尺寸、废水处理能力等因素综合考虑进行选择，以获得最合适的进风量。
49.机械雾化蒸发器2可以采用高速旋转流体雾化装置、或高速转动的机械来雾化的机械雾化装置、或高速气流剧烈冲击液体再膨胀的气动雾化装置，或超声雾化装置。安装方式为底部安装浮力筒并放置在废水池水面，或底部固定到废水池，雾化方向也可以为水平或垂直向下。为最大程度提高效率，本实用新型选择机械雾化蒸发器2位于盐粒收集装置3上部开口的投影范围内，且雾化方向垂直向上。盐粒收集装置3也可以选择分离型的多个伸出斜板，替代整体的截头锥形筒体结构。具体的配置数量，可根据实际进水的含盐量和在蒸发过程中盐粒是否发生泄漏决定。
50.机械雾化蒸发器2可以具有下述任意一种布置方法：(1)机械雾化蒸发器2有一台，设于废水池4的中心位置；(2)机械雾化蒸发器2有多台，呈环向均匀布置在废水池4中且与双曲线塔1保持轴心对称；(3)机械雾化蒸发器2有多台，其中一台设于废水池4的中心位置，剩余的呈环向均匀布置在废水池中且与双曲线塔1保持轴心对称；(4)机械雾化蒸发器2有多台，呈点状均匀布置在废水池表面。抽水泵5设于浮台上；机械雾化蒸发器2有多台时，各机械雾化蒸发器2分别配置一台抽水泵5以方便控制和维护，或者共用一台抽水泵5以降低成本。
51.利用上述装置实现废水减量化的方法，具体包括：
52.(1)利用抽水泵5将废水池4中的废水经供水管道6输送至机械雾化蒸发器2，通过机械雾化蒸发器2破碎至粒径10微米以下的液滴，形成能够通过盐粒收集装置3上部开口的垂直向上的水雾；
53.(2)温暖干燥的新空气从双曲线塔1底部的进风口进入塔体内部；当空气由塔底开阔处进入塔身中部狭窄处时，由于塔内横截面积减小，气流加速前进产生持续强风，从而能始终保持双曲线塔1内部的气体流动；
54.(3)水雾中的雾化液滴在持续的气流带动下向上扩散蒸发，其中的水分迅速气化，
从塔顶排出；所含无机盐组分则结晶析出，并由于重力作用落到盐粒收集装置3上，由人工或机械设备定期收集处理；
55.(4)包含了盐分、油滴和大分子有机物的未能雾化的较大液滴，在重力作用下回落到废水池4中，再经历下一轮雾化蒸发、水盐分离、液滴回落的过程；
56.(5)通过上述循环往复的过程，实现脱除废水中盐分的目的。
57.具体应用示例：
58.本示例中的双曲线塔1包括下环梁、筒壁、顶部刚性环。下环梁位于底端，塔身的自重及所承受的其他荷载通过下环梁传递到基础。筒壁是主体部分，为利于自然通风的双曲线形无肋无梁柱的薄壁空间结构，其内壁可以用表面热喷涂耐腐蚀涂料或耐腐蚀性内衬处理，也可以直接用塑料(如pe聚乙烯)或玻璃钢制造筒壁。筒壁(壳体)的形状、壁厚，需要通过壳体优化计算和曲屈稳定来验算。顶部刚性环位于双曲线塔的顶端，用于加强壳体顶部的刚度和稳定性。存放废弃浓盐水的废水池4位于塔体底部的正下方，废水池为地面下约2米深的圆形水池，采用钢筋混凝土材质建成。双曲线塔1的支撑部件搭建在废水池4的边缘，通过沿废水池4周向布置的不锈钢支撑框架7(可选三角形框架)和支撑底座8将双曲线塔1支撑塔体，使塔体底部与废水池4之间保留有间隙作为进风口，新空气由此处进入形成所需的自然通风的条件。废水池4上方的塔内空间配备有盐粒收集装置3，用于定期对收集的盐粒进行处理。盐粒收集装置3同时还能起到缩小新空气进风半径和规划流动路径的作用，以提高进风的风速。双曲线塔1内部布置有破碎式机械雾化蒸发器2，机械雾化蒸发器2通过支撑柱安装于放置在废水池4液面处的浮台上。机械雾化蒸发器2的动力输出轴上设置有叶轮，下方固定有环形喷孔，环形喷孔的出水口位于叶轮的下方。根据实际所需蒸发量采用一个或多个机械雾化蒸发器 2，机械雾化蒸发器2的雾化方向为垂直于地面向上。机械雾化蒸发器2的布置方式可选采用沿着塔身周向布置或在中心处布置。抽水泵5安装于浮台上，通过升至废水池4 水面下的供水管道6与机械雾化蒸发器2相连通，从而将浓盐水输送至机械雾化蒸发器 2。双曲线塔1的底部侧壁设置一定数量的检修门，方便进行内部检修和清理积存盐粒。双曲线塔1的顶部出风口可选地安装吸附式的尾气除臭设备9，尾气除臭设备9是一种基于活性炭、树脂的吸附式尾气处理装置。如果处理的高浓度废水不含挥发性有机物或不含有气味的污染物(如高盐水)，可以不用尾气除臭设备9以简化方案、节约成本。
59.上述废水减量化装置可用于蒸发处理含盐、含有机物的高浓度废水，将废水中的水蒸发、减量，有效收集盐和有机物。在具体使用过程中，温暖干燥的新空气从双曲线塔 1底部的空隙进入塔体内部，当空气由开阔处进入塔内中部的狭窄部位时，气流的横截面积减小，于是气流加速前进形成强风，从而产生持续的自然通风，即图1所示的“穿堂风”。同时，通过抽水泵5将塔体下方废水池4中的废弃浓盐水经供水管道6输送至机械雾化蒸发器2，通过机械雾化蒸发器2的高速旋转叶轮将水破碎至10微米以下粒径的小液滴，形成水雾。在“穿堂风”的作用下，雾化小液滴向上扩散蒸发，其中的水分迅速气化，从塔顶排出，经过出风口处的尾气除臭设备9进行除臭处理，而无机盐组分则结晶析出，并由于重力作用落到盐粒收集裝置3，定期对收集的盐粒进行处理。包含盐分、油滴等颗粒及大分子有机物的未雾化大液滴则在重力作用下回落到废水池中，再一次经历雾化蒸发、水盐分离、回落的过程，如此循环下去。在寒冷的冬季，可将废水池中的浓盐水预先加热后再输送至机械雾化蒸发器，加速扩散蒸发。以上过程可以实现全年持续雾化、蒸发、减量化高浓度废水。所需的加
热源可用工厂的余热废热，从而节省成本。
60.关于双曲线塔主要部位的几何尺寸(塔体总高度h，塔底直径d1，进风口的高度h，喉部直径d2，喉部高度ha，单位：m)，实际应用过程中要根据所需处理水量确定，只要塔高和塔底直径的比例合适即可。例如，本技术根据优化计算：
61.(1)水塔总高度与塔底直径的比值h/d1一般情况下取：h/d1＝1.2～1.4；
62.其中：低值适用于大风地区；高值适用于单位面积造价高的塔。双曲线塔的合理高度为25～100米，塔底直径为15～60米，根据需要及量来定，如果25米够高，则选择 25米塔高，可以减少成本。
63.(2)进风口的高度与塔底直径的比值h/d1，该值直接影响进风口高度范围内的空气流态和空气动力阻力，一般情况下取：h/d1＝0.08～0.09；
64.(3)喉部直径与塔底直径的比值d2/d1，喉部高度与塔体总高度的比值ha/h，一般情况下取：d2/d1＝0.5～0.6；ha/h＝0.7～0.8；
65.(4)壳体底部边缘与垂直轴夹角的正切值tanθ，采用较大值时能降低风应力从而减少壳体和基底的上拔力，但会影响壳体稳定并在基础内产生较大的水平力，一般情况下取tanθ＝0.30～0.35。
66.申请人认为，以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型专利的优点。本行业的技术人应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。