用于高盐有机废水处理的蒸发结晶制盐设备及废水处理系统

摘要

本发明提供一种用于高盐有机废水处理的蒸发结晶制盐设备及废水处理系统，该设备包括闪蒸罐，其具有第一循环水入口和位于第一循环水入口之下的循环水出口，循环水出口和第一循环水入口由循环管道连接，循环管道上设置有加热装置。蒸发结晶制盐设备还包括与闪蒸罐的底部连接并贯通的盐洗涤腿，盐洗涤腿进一步包括：位于盐洗涤腿内、入水方向朝下的上部入水口，位于上部入水口下方、构造为使盐洗涤腿内的废水产生旋流的中部入水口，以及位于中部入水口下方的排盐口。本发明的蒸发结晶制盐设备及废水处理系统能够在结晶盐粒与废水混合的状态下对结晶盐粒进行多次洗涤，结构简单，废水处理效率高、成本低，所得到的结晶盐粒纯度高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于含盐有机废水处理的蒸发结晶设备及废水处理系统； 更具体地讲，本发明涉及一种用于高盐有机废水处理的蒸发结晶制盐设备及废 水处理系统。

背景技术

在各种大型工业生产中，如石油炼化、煤化工、电力、精细化工、印染及 制药等，会产生大量的含盐有机废水。由于我国是水资源极度匮乏的国家，通 常这些废水会被要求回用，但这些废水在被回用后，会产生少量的高盐有机废 水，废水中主要含有各种无机盐分和有机物等污染物。由于这些高盐废水中含 有上述污染物，一般不能直接排放，而需要将废水继续浓缩，实现废水的零排 放或近零排放。目前，实现废水零排放的常见工艺流程如下：

工业废水→预处理及生化→超滤→反渗透(RO)→RO浓水膜浓缩系统→蒸发 →结晶。

在以上工艺中，经反渗透处理和膜浓缩系统处理后，废水中总含盐量(TDS) 的质量分数提高到5％-8％，废水量大大减少。非常少量的废水则进入蒸发器中进 一步蒸发，使废水浓缩至其中TDS的质量分数达到21％以上。最后，经蒸发器蒸 发后的高盐水送至结晶器中进行再蒸发，形成结晶盐，实现废水的零排放。

例如，中国专利201310205628.0公开了一种浓盐水蒸发液体零排放装置及 工艺方法，该装置包括浓盐水泵、空气预热装置、蒸发装置、盐泥泵和固液分 离装置，其中，浓盐水泵通过管道与蒸发装置相连接，蒸发装置通过管道与盐 泥泵相连接，盐泥泵通过管道与固液分离装置相连接，空气预热装置与蒸发装 置之间通过管道相连接，固液分离装置通过管道与蒸发装置相连接。

中国专利201320744380.0公开了一种处理高盐废水的蒸发结晶设备，其包 括：稠厚器；蒸发结晶器，蒸发结晶器具有结晶室，蒸发结晶器上设有进料口； 进料管，进料管的一端与结晶室连通，且进料管的进水方向为结晶室内壁的切 线方向；出料管，出料管的一端与结晶室连通；三向控制阀，三向控制阀的三 个接口分别与稠厚器、进料管的另一端以及出料管的另一端连通；以及水泵， 水泵连接在进料管与出料管之间。

对于高盐有机废水来说，虽然经过预处理和生化处理，但是其中仍然含有 一定量的有机物，利用以上浓盐水蒸发液体零排放装置或者处理高盐废水的蒸 发结晶设备对高盐废水进行蒸发结晶，所得到结晶盐中包括大量的有机物，难 以进一步处理和回收利用，只能作为固体废弃物进行特殊的填满。以某一中大 型煤化工企业为例，一年产20亿立方米煤制天然气的企业，每小时产生的固体 废弃物超过3吨，按每吨危险固体废弃物填埋需3000元计算，每年的填埋费用 为7200万(按每年运行8000小时计)。这对于企业来说，已不能承受如此巨额 的填埋费用。

通过对废水零排放产生的固体废弃物进行成分分析，我们发现，其中无机 盐占绝对多数，特别是NaCl和Na₂SO₄组份，一般这两种盐的含量超过90％。因 此，如果将NaCl和Na₂SO₄与其他物质进行分离，则可以减少90％以上的固体废 弃物，大大降低固体废弃物填埋的费用，同时得到NaCl、Na₂SO₄混合盐作为盐硝 联产工业的原料，变废为宝，产生一定的经济效益。要实现这一点，需要满足 以下要求：1、分离出来的NaCl、Na₂SO₄必须非常纯净，达到国家及行业的有关 标准；2、控制其他污染物的浓度，不能与NaCl、Na₂SO₄同时结晶，而同时又必 须保证废水母液的排出量很小，即其他污染物的浓度足够浓。

中国专利CN201220674349.X公开了一种酮连氮法生产水合肼的废水处理及 提盐的装置，该装置包括顺次连接的含盐废水储存罐、换热器、蒸发结晶器、 第一离心机、饱和盐水洗涤器、第二离心机，蒸发结晶器的结晶母液出口与反 应器的入口连接，反应器的出口与废水储存罐的入口连接，蒸发结晶器的冷凝 水出口与冷水储存罐入口连接，冷水储存罐的出口与生化处理站的入口相连接， 第一离心机的离心母液出口与蒸发结晶器的入口连接，第二离心机的离心母液 出口与饱和盐水洗涤器的入口连接。

虽然该装置可以通过对结晶盐进行洗涤而提高结晶盐的纯度，但其只能对 经第一离心机离心分离所得到的湿盐进行清洗，导致其结构复杂，处理效率低。 而且，该专利也没有公开饱和盐水洗涤器的具体结构。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于高盐有机废水处理的 蒸发结晶制盐设备及废水处理系统，其能够在结晶盐粒与废水混合的状态下对 结晶盐粒进行洗涤。

为了实现上述的发明目的，一方面，本发明提供一种用于高盐有机废水处 理的蒸发结晶制盐设备，包括闪蒸罐，其具有第一循环水入口和位于第一循环 水入口之下的循环水出口，循环水出口和第一循环水入口由循环管道连接，循 环管道上设置有加热装置。蒸发结晶制盐设备还包括与闪蒸罐的底部连接并贯 通的盐洗涤腿，盐洗涤腿进一步包括：位于盐洗涤腿内、入水方向朝下的上部 入水口，位于上部入水口下方、构造为使盐洗涤腿内的废水产生旋流的中部入 水口，以及位于中部入水口下方的排盐口。

本发明的蒸发结晶制盐设备适用于处理钠盐含量为其常温下溶解度的50％ 以上、其他污染物含量为其常温下溶解度的5％以下的高盐有机废水。从提高效 率、降低能耗的角度考虑，本发明的蒸发结晶制盐设备优选用于处理钠盐含量 为其常温下溶解度的60％以上的高盐有机废水，更优选用于处理钠盐含量为其常 温下溶解度的75％以上的高盐有机废水。

本发明的蒸发结晶制盐设备的工作流程如下：

使用例如强制循环换热器等的加热装置加热循环管道内的废水，加热得到 的过热废水经循环管道输送至闪蒸罐中进行闪蒸，由于水分的蒸发，浓缩后的 热废水中NaCl和Na₂SO₄达到过饱和状态，析出NaCl、Na₂SO₄晶粒。由于其密度 要大于废水的密度，晶粒随着热废水的流动和重力作用向下运动进入盐洗涤腿 内，在运动过程中不断相互碰撞、结合而“长大”。

由闪蒸罐进入的结晶盐粒和热废水与由上部入水口喷入的待处理废水在盐 洗涤腿内充分混合。由于待处理废水中NaCl、Na₂SO₄的含量较高，甚至接近其饱 和浓度，而其他污染物的浓度远未达到饱和，因此NaCl、Na₂SO₄可基本保持形成 的晶粒，而达到饱和附着在晶粒表面的其他污染物可以重新溶解，也就是说， 由上部入水口喷入的废水可以对初步形成的NaCl、Na₂SO₄晶粒起到洗涤作用，从 而得到纯净的NaCl、Na₂SO₄晶粒。

经洗涤后的结晶盐粒继续向下运动，在由中部入水口所喷入的待处理废水 的带动下作离心运动，由于离心作用，粒径较大的结晶盐粒运动到盐洗涤腿的 内壁，并作圆周运动到达排盐口，从而排出盐洗涤腿，而较细的结晶盐粒则继 续向盐洗涤腿的底部运动。同时，由中部入水口喷入的废水也会对结晶盐粒起 到进一步的洗涤作用。

因此，本发明的蒸发结晶制盐设备可以在结晶盐粒与废水混合的状态下对 结晶盐粒进行洗涤，具有结构简单、处理效率高的优点。

本发明中，上部入水口优选位于盐洗涤腿的纵向轴线上，形成圆锥型水流 喷入，使由闪蒸罐进入的结晶盐粒和热废水与由上部入水口喷入的废水具有更 为充分的混合效果。

本发明中，中部入水口可以是涡线形曲面入口、切线形入口、螺旋线形入 口、同心圆环形入口、渐开线形入口、弧线形入口或者阿基米德螺旋线形入口， 从而使盐洗涤腿内的废水产生旋流。

根据本发明的一具体实施方式，盐洗涤腿内、排盐口的下方还设置有入水 方向朝下的底部入水口。优选地，底部入水口位于盐洗涤腿的纵向轴线上，向 下喷入废水。

如上所述，未由排盐口排出的较细结晶盐粒向盐洗涤腿的底部运动，而由 底部入水口喷入的废水使结晶盐粒向上运动，在向上运动的过程中，与向下运 动的结晶盐粒碰撞、结合形成更大颗粒的结晶盐粒，从而可从排盐口排出，因 此，可以得到粒度较为均匀的结晶盐粒。特别是当底部入水口向下喷入废水时， 废水首先推动较细的结晶盐粒向下运动至盐洗涤腿底部后再反向朝上运动，显 著提升结晶盐粒碰撞、结合的几率，使结晶盐粒更快地长大并从排盐口排出。 同时，由底部入水口喷入的废水同样对结晶盐粒具有清洗作用，更进一步降低 结晶盐粒中有机物的含量。

根据本发明的另一具体实施方式，第一循环水入口的下方还设置有第二循 环水入口，第二循环水入口与循环管道连接，用于向闪蒸罐的底部和/或盐洗涤 腿的顶部喷入经加热装置加热的废水。例如，经加热装置加热后，5-15％体积的 过热废水由第二循环水入口进入闪蒸罐的底部和/或盐洗涤腿的顶部，85-95％体 积的过热废水由第一循环水入口进入闪蒸罐内。

本发明中，第二循环水入口可以设置在闪蒸罐和盐洗涤腿的交界处，也可 以设置在闪蒸罐的底部或者盐洗涤腿的顶部。由第二循环水入口进入的过热废 水在闪蒸罐的底部和/或洗涤腿的顶部释放，形成的蒸汽透过热废水释放至闪蒸 罐的上部，蒸汽在上升的过程中，形成气泡，如“刷子”一样对其上部热废水 中形成的NaCl、Na₂SO₄晶粒进行擦洗，使附着在NaCl、Na₂SO₄晶粒表面的有机物 等其他污染物重新溶解于热废水中。擦洗后的NaCl、Na₂SO₄晶粒则进入盐洗涤腿 内，并由上部入水口喷入的废水所洗涤。

由上可见，利用本发明的蒸发结晶制盐设备进行废水处理时，结晶盐粒在 长大的过程中被多次清洗，因此，即使结晶盐粒内部的其他污染物也得到有效 的清除。相反，现有技术中的废水处理及提盐装置只有在结晶盐粒与废水分离 之后才能对其进行洗涤，因此现有技术只能清洗结晶盐粒表面的其他污染物， 而对包裹在其内部的其他污染物则无能为力。

根据本发明的另一具体实施方式，第一循环水入口和循环水出口之间设置 有阻挡二者直接相对的再循环挡板。再循环挡板引导结晶盐粒向盐洗涤腿运动， 减少向循环水出口运动的结晶盐粒数量，以防止结晶盐粒堵塞循环水出口和/或 循环管道，避免废水循环时产生短路现象。

优选地，再循环挡板从循环水出口的上方遮盖循环水出口且具有斜向下朝盐 洗涤腿顶部倾斜的倾斜表面，使废水从再循环挡板之下进入循环水出口，避免 结晶盐粒随废水直接沉降到循环水出口处。

根据本发明的另一具体实施方式，盐洗涤腿与闪蒸罐直接连接，简化设备 结构，并使闪蒸罐内的结晶盐粒迅速进入盐洗涤腿，提高废水处理效率。

根据本发明的另一具体实施方式，盐洗涤腿内的上部设置有沿盐洗涤腿的 纵向延伸的引流件，引流件的外周壁和盐洗涤腿的内周壁限定出一环形流体通 道。优选地，引流件由盐洗涤腿的顶部延伸至与上部入水口大致平齐的位置。 环形流体通道的横截面积优选为盐洗涤腿内腔横截面积的1/8-7/8，更优选为 1/4-1/2。

本发明中，环形流体通道的横截面积小于盐洗涤腿内腔的横截面积，因此， 与没有设置引流件的情形相比，结晶盐粒能够由闪蒸罐更快地向盐洗涤腿的下 部运动。此外，结晶盐粒在环形流体通道内靠近盐洗涤腿的内壁向下运动，可 以更快地由排盐口排出，提高废水的处理效率。

根据本发明的另一具体实施方式，中部入水口采用结构简单的切线形入口 设计，构造为沿盐洗涤腿内壁的切线方向延伸。

根据本发明的另一具体实施方式，排盐口采用结构简单的切线形出口设计， 构造为沿盐洗涤腿内壁的切线方向延伸，从而使得结晶盐粒可以更快地从盐洗 涤腿内排出。

根据本发明的另一具体实施方式，循环管道上设置有至少一个母液排放通 道，其具有母液入口和位于母液入口上方的母液出口。

本发明的蒸发结晶制盐设备用于废水处理时，闪蒸罐内闪蒸后的废水进入 循环管道的过程中，或多或少地会夹带部分结晶盐粒进入到循环管道内。本发 明中将母液入口设置在母液出口的下方，由于结晶盐粒的比重大于废水母液的 比重，当排放废水母液时，在重力作用下，结晶盐粒向下运动，而废水母液则 可从高点的母液出口排出，通过简单的重力分离，可将结晶盐粒与废水母液进 行分离，有效防止结晶盐粒随母液排出。

根据本发明的另一具体实施方式，第一循环水入口位于闪蒸罐的纵向轴线 上，且入水方向朝下，使过热废水沿闪蒸罐的径向均匀分布，充分利用闪蒸罐 的闪蒸面积，使闪蒸过程均匀稳定地进行而不发生剧烈的沸腾现象，降低磨蚀。

优选地，循环水入口在其入水方向上具有逐渐增大的横截面积，使循环管 道内的过热废水经减速后进入闪蒸罐内，避免液沫夹带和短路。

另一方面，为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种处理高盐有机废 水的废水处理系统，其包括如上所述的任意一种蒸发结晶制盐设备。

根据本发明的一具体实施方式，废水处理系统还包括与排盐口连接的固液 分离装置，其分离由排盐口排出的结晶盐粒与废水。

与现有技术相比，本发明的蒸发结晶制盐设备及废水处理系统能够在结晶 盐粒与废水混合的状态下对结晶盐粒进行多次洗涤，结构简单，废水处理效率 高、成本低，所得到的结晶盐粒纯度高。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明蒸发结晶制盐设备实施例的结构示意图；

图2是图1中闪蒸罐的结构示意图；

图3是图1中盐洗涤腿的结构示意图；

图4是图1中母液分离器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的蒸发结晶制盐设备实施例包括：循环管道10、循环泵 20、加热装置30、闪蒸罐40、盐洗涤腿50。

循环管道10竖直设置，具有大致U形结构，两竖直臂分别与闪蒸罐40密封 连接，设置在循环管道10底部折弯处的循环泵20实现废水在循环管道10、加 热装置30和闪蒸罐40内的循环流动。第一竖直臂上设置有废水进口11和母液 分离器12，且废水进口11位于母液分离器12的下方。废水进口11用于向循环 管道10内输入待提取盐分的废水，母液分离器12用于排出提取盐分后所得到 的废水母液。

加热装置30设置在循环管道10的第二竖直臂上，用于对将进入闪蒸罐40 的废水进行加热以使其达到过热状态。加热装置30是强制循环换热器，蒸汽由 位于强制循环换热器上部的蒸汽入口31输入，热交换后形成的冷凝液从设置在 强制循环换热器下部的排液口32排出。

如图2所示，闪蒸罐40竖直设置，由上到下依次包括小端朝上的圆锥状蒸 汽排出段41、圆柱状的闪蒸发生段42和小端朝下的圆锥状产物排出段43。

结合图1-3所示，循环管道10内的废水经加热后分流为两股，其中大部分 的过热废水经循环管道第一支线13由位于闪蒸发生段42下部的第一循环水入 口421向下进入闪蒸发生段42，其余小部分的过热废水经循环管道第二支线14 由位于产物排出段43和盐洗涤腿50交界处的第二循环水入口431向下进入闪 蒸罐40的底部和盐洗涤腿50的顶部。第一循环水入口421和第二循环水入口 431均为大端朝下的圆锥形开口，并设置在闪蒸罐40的纵向轴线上。第一循环 水入口421由圆锥形的分布挡板4211所限定得到。闪蒸产生的蒸汽由设置在蒸 汽排出段41上部的蒸汽排出口411排出，闪蒸罐40内的大部分废水由设置在 产物排出段43侧壁的循环水出口432进入循环管道10内以作重复处理，而剩 余少部分废水则同结晶盐粒进入盐洗涤腿50内。

在循环水出口432的上方、第一循环水入口421和循环水出口432之间设置 有再循环挡板433，再循环挡板433自产物排出段43的侧边延伸并具有斜向下 朝盐洗涤腿50的顶部倾斜的倾斜表面，以从上方覆盖循环水出口432并引导结 晶盐粒向盐洗涤腿50的方向运动，避免结晶盐粒堵塞循环水出口432，并使尽 可能少的结晶盐粒由循环水出口432进入循环管道10内。

结合图1和图3所示，盐洗涤腿50与闪蒸罐40直接连接，且二者的纵向轴 线重叠。盐洗涤腿50内的上部设置有引流件51，其通过支撑筋条固定在盐洗涤 腿50的内壁上。引流件51为上端封闭的中空管，其直径约为盐洗涤腿50内腔 直径的1/2，结晶盐粒和废水沿引流件51的外周壁和盐洗涤腿40的内周壁限定 出的环形流体通道511向下运动。引流件51内靠近引流件51底部的位置设置 有上部入水口52，上部入水口52位于盐洗涤腿50的纵向轴线上，待提取盐分 的废水由上部入水口52向下形成圆锥型水流喷入。上部入水口52的下方设置 有沿盐洗涤腿50内壁的切线方向延伸的中部入水口53，待提取盐分的废水由中 部入水口53进入盐洗涤腿50内，使结晶盐粒与溶液混合物形成旋流，在离心 作用下，粒径较大的结晶盐粒运动到盐洗涤腿50的内壁，并作圆周运动，到达 位于中部入水口53下方的排盐口54，由排盐口54沿盐洗涤腿50内壁的切线方 向排出，而较细的结晶盐粒则继续向下运动。在排盐口54的下方设置有底部入 水口55，底部入水口55位于盐洗涤腿50的纵向轴线上并且靠近盐洗涤腿50底 部。底部入水口55向下喷入待提取盐分的废水，使较细的结晶盐粒向上运动， 向上运动的结晶盐粒和向下运动的结晶盐粒不断相互碰撞、结合并长大，从而 可由排盐口54排出，防止结晶盐粒在底部沉积而堵塞设置在盐洗涤腿50底部 的排污口56。

上部入水口52、中部入水口53和底部入水口55分别连接至第一废水供给管 道60，废水进口11连接至第二废水供给管道(图中未示出)，第一废水供给管 道60和第二废水供给管道连接至废水源，例如经预先蒸发浓缩所得到的废水(图 中未示出)。第一废水供给管道60上设置有第一冲洗水进口61，循环管道第二 支线14上设置有第二冲洗水进口141。

如图4所示，母液分离器12限定出两个母液排放通道121，每一母液排放通 道121分别具有母液入口1211和母液出口1212，每一母液入口1211分别位于 相应母液出口1212的下方。每隔预定时间，即当废水经循环处理而使得其中有 机物的含量达到一定数值时，使废水母液通过母液排放通道排出。

上述蒸发结晶制盐设备实施例可以与其他适当的装置或者设备连接，构成废 水处理系统。例如，排盐口54与一固液分离装置(图中未示出)连接，固液分 离装置分离由排盐口54排出的结晶盐粒和废水，从而实现结晶盐粒和废水的分 离，得到纯净的结晶盐粒。

利用上述废水处理系统从高盐有机废水中选择性提取盐分的方法如下：

①加热待处理废水，使其处于过热状态；

②使步骤①所得到的至少一部分过热废水由第二循环水入口进入闪蒸罐的 底部和/或盐洗涤腿的顶部，而其余过热废水则由位于第二循环水入口之上的第 一循环水入口进入闪蒸罐内，闪蒸所得到的废水由循环水出口进入循环管道并 重复步骤①，而结晶盐粒则进入盐洗涤腿；

③由盐洗涤腿的上部入水口向下喷入待处理废水废水，对结晶盐粒进行清 洗；

④由盐洗涤腿的中部入水口喷入待处理废水，使被清洗后粒径较大的结晶 盐粒作离心运动并由盐洗涤腿的排盐口排出；

⑤分离由排盐口排出的结晶盐粒和废水；

⑥排出提取盐分后所得到的废水母液。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。 本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，依照本发明所作的同 等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。