一种全自动连续化的化学镍废液处理系统

摘要

一种全自动连续化的化学镍废液处理系统，其特征在于：该化学镍废液处理系统能够对化学镍废液进行固液分离，包括蒸发设备、冷却塔、导热油循环设备以及自动化控制单元；蒸发设备包括汽液分离器、进料电动阀门、放空阀门、第一加热室、第二加热室、浓缩液排放阀、冷凝器、储水罐、真空泵；在工作状态下，所述第一加热室和第二加热室二者轮流并且不同时工作；储水罐由第一罐体和第二罐体构成；导热油循环设备包括加热槽、导热油循环泵；自动化控制单元包括导热油加热控制模块、温度传感器、进料控制模块、第一传感器、冷凝水排放控制模块、第二传感器。本发明的化学镍废液处理系统能够有效地去除化学镍废液中的磷、镍以及COD。

说明书

技术领域

本发明涉及工业废液处理领域，具体涉及一种全自动连续化的化学镍废液处理系统，该化学镍废液处理系统尤其用于处理线路板加工行业、电镀行业产生的化学镍废液。

背景技术

化学镍表面处理在线路板行业和电镀行业的使用较为广泛。在生产过程中，由于化学镍原液搁置时间久后因发生化学反应而达不到生产需求导致废弃（俗称老化），废弃的化学镍镀槽用浓硝酸进行泡洗又产生大量泡槽清洗废液。这两种废液中污染物浓度较高，危险系数大，处理难度也大。此两种废液均含有一定量的镍，但其中镍含量较低，没有资源利用价值；化学镍废液的主要成分为硫酸镍、次亚磷酸钠、氨水、有机酸等污染物，大量的磷、氮、高COD和一定量的重金属镍对处置产生了更高的要求，并且硝酸洗槽废液中含大量的硝态氮，经过常规处理办法无法大量消耗，如排入废水中，则会对水环境造成极大的污染。

经调研目前针对上述废液的处理手段较少，一般常规方法为化学方法，即将此高浓度废液分批滴加入浓度较低的废水中，通过芬顿氧化反应将部分可氧化的物质进行氧化，使镍离子完全裸露，后用氢氧化钙溶液调节pH为碱性、使镍离子沉淀，加入聚丙烯酰胺使产生的沉淀沉降，经压滤机压滤成污泥，成为无回收价值的固体废弃物，上清液经过调节pH后进入生化系统。此类方法为一般企业常用的化学处理方法，这类常规废水处理方式并不能完全去除化学镍废液中氮、磷及COD的污染；在发生化学反应的同时还会产生氨气、酸挥发等有害气体；产生很多的污泥不仅危险，而且占据场地，运输不便；此外，化学处理要求有污水处置设施（例如加药系统、调节系统、泵）及场地、污泥压滤系统及存放位置，还要配置操作人员；化学处理方法也存在着化学反应时间较慢、废液存放委外运输问题。现各企业将此类废液归入固体废弃物，委托有资质的固废处置企业进行处置，处置费用较高。随着社会环境容量的日益减少，对固体废物处置企业的日益规范，委外处理的费用日益增大，企业已很难负担此废液委外处置的费用。

发明内容

本发明提供一种全自动连续化的化学镍废液处理系统，其目的在于解决目前的化学镍废液处理方式不能去除化学镍废液中氮、磷、COD的污染以及产生二次污染的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种全自动连续化的化学镍废液处理系统，其能够对化学镍废液进行固液分离，化学镍废液处理系统包括蒸发设备、冷却塔、导热油循环设备以及自动化控制单元；

所述蒸发设备包括汽液分离器、进料电动阀门、放空阀门、第一加热室、第二加热室、浓缩液排放阀、冷凝器、储水罐、真空泵；所述汽液分离器为一用于分离蒸汽和料液的容器，汽液分离器的下部设有一物料进口，物料进口与所述进料电动阀门通过管路相连，汽液分离器的底部设有一物料出口，物料出口通过并联式的管路分别与所述第一加热室和第二加热室的下部相连通，汽液分离器的中部设有第一液位计和蒸汽进口，汽液分离器的顶部设有第一蒸汽出口，第一蒸汽出口通过管路与所述冷凝器的顶部相连通，汽液分离器的上部设有放空口，放空口通过管路与放空阀门相通，放空阀门位于放空口下方，放空口与放空阀门之间设有压力表；

所述第一加热室和第二加热室均为管壳式结构的容器，第一加热室和第二加热室的管程内流经有物料，第一加热室和第二加热室的壳程内流经有导热油，所述第一加热室和第二加热室的底部均设有浓缩液出口，浓缩液出口能够通过所述浓缩液排放阀与外界连通，第一加热室和第二加热室的下部均设有导热油进口，第一加热室和第二加热室的上部均设有第一导热油出口和第二蒸汽出口，第二蒸汽出口通过管路与所述蒸汽进口连通；在工作状态下，所述第一加热室和第二加热室二者轮流并且不同时工作；

所述冷却塔为一以水作为循环冷却剂并为所述冷凝器提供冷却水的装置，所述冷凝器为一管壳式结构的容器，蒸汽经过冷凝器冷却后变成冷凝液，冷凝器的管程内流经有蒸汽和冷凝液，冷凝器的壳程内流经有冷却水，冷凝器的上部设有冷却水出口，冷却水出口通过管路与所述冷却塔连通，冷凝器的下部设有冷却水进口，冷却水进口通过管路与所述冷却塔连通并且冷却水进口与冷却塔之间设有喷淋泵；所述储水罐由第一罐体和第二罐体构成，第一罐体坐落在第二罐体之上，第一罐体通过管路和管路上设有的第二平衡阀与第二罐体连通，第一罐体的顶部与所述冷凝器的底部连通，第一罐体的上部与第二罐体的上部通过并联式的管路与所述真空泵连通，第二罐体与真空泵之间设有第一平衡阀，第二罐体的上部设有能够与外界连通的第三平衡阀，第二罐体的中部设有第二液位计，第二罐体的底部设有供冷凝液排放的出水阀；所述第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀以及出水阀均为电动阀门；

所述导热油循环设备包括加热槽、导热油循环泵、注油泵；所述注油泵通过管路与导热油循环泵连通；所述加热槽内具有一至多个加热棒，导热油在加热槽中通过加热棒加热，导热油循环泵通过管路与加热槽连通，连通处位于加热槽的下部，所述加热槽的上部设有第二导热油出口，第二导热油出口通过管路与所述第一加热室和第二加热室的导热油进口连通；所述第一加热室和第二加热室的第一导热油出口通过管路与所述导热油循环泵连通；

所述自动化控制单元包括导热油加热控制模块、温度传感器、进料控制模块、第一传感器、冷凝水排放控制模块、第二传感器；所述温度传感器的信号输出端与导热油加热控制模块的信号输入端电连接，导热油加热控制模块根据进油温度和回油温度的设定对所述加热槽内的加热温度进行控制；所述第一传感器的信号输入端与所述第一液位计的信号输出端电连接，第一传感器的信号输出端与所述进料控制模块的信号输入端电连接，进料控制模块控制所述进料电动阀门的开关；所述第二传感器的信号输入端与所述第二液位计的信号输出端电连接，第二传感器的信号输出端与所述冷凝水排放控制模块的信号输入端电连接，冷凝水排放控制模块控制所述第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀以及出水阀的开关。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，较佳的方案是所述加热槽的上方设有一高位油箱，高位油箱上设有高位进油口、高位出油口以及排气口，高位进油口通过管路与所述注油泵连通，高位出油口通过管路与所述导热油循环设备连通，高位进油口设置在高位油箱的底部，高位出油口和排气口设置在高位油箱的顶部。从所述导热油循环设备的安全性方面考虑，在加热槽的上方设有一高位油箱，因为要保证加热槽在运转时加热槽被导热油完全充满，当高位油箱中被充入了导热油，则保证了加热槽中被充满了导热油，此外，高位油箱中的导热油也能作为加热槽中导热油的补充。

2、上述方案中，所述第一加热室、第二加热室以及冷凝器均属于换热器。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，按照用途不同可以分为加热器、冷凝器、冷却器、蒸发器、再沸器等。而管壳式换热器是占据主导地位、很典型的一种换热器，它主要由壳体、管束、管板、折流挡板以及封头等组成，一种流体在管内流动其行程成为管程，另一种流体在管外流动其行程成为壳程，管束的壁面即为传热面。管壳式换热器的具体结构设计属于现有技术，本发明的第一加热室、第二加热室以及冷凝器只需要采用现有技术中常见的管壳式换热器的结构设计以达到加热或冷凝的效果即可。

本发明设计特点是：针对目前的化学镍废液处理方式不能去除化学镍废液中氮、磷、COD的污染以及产生二次污染的问题，采用低温负压浓缩工艺和本发明的全自动连续化的化学镍废液处理系统能够将化学镍废液进行固液分离，含镍固体进行回收，实现镍的资源化再利用，彻底解决化学镍废液的处理问题。本发明的化学镍废液处理系统主要利用化学镍废液中各物质的沸点不同，根据调节pH来控制冷凝液中氨氮的量，低温低压控制冷凝液COD的量，又因镍、磷、硝酸根此类物质所构成的化学组分相对沸点较高，在低温下不会蒸发出去，因而保证了冷凝水的排放质量，控制加热温度来控制浓缩效率。首先，开启化学镍废液处理系统，待该系统进入稳定真空状态后，进料，化学镍废液经真空吸入到汽液分离器，再经汽液分离器底部的物料出口流入到第一加热室或第二加热室中。然后，控制第一加热室和第二加热室内的加热温度在一定范围内，料液在第一加热室和第二加热室的管程内被加热至沸腾后，部分汽化，使热能转换成向上运动的动能，同时由于加热管束内气液混合物和未沸腾的物料产生重度差，产生了物料的自然循环。物料受热愈多，其循环速度愈快。循环速度愈快，浓缩速度愈快。待浓缩到位后，浓缩液直接从第一加热室或第二加热室的底部排放出去。而蒸发出的气体上升至汽液分离器顶部，再经冷凝器冷凝后变成冷凝液后进入储水罐，其中，储水罐中的第一罐体的作用是作为冷凝液从冷凝器底部下落至储水罐中的一个缓冲空间。冷凝液可被直接排放到污水处理站。

而且本发明的化学镍废液处理系统能做到全自动连续化运行。为了使系统不停止运行、连续化运行，因此设计两个加热室进行切换，定为第一加热室和第二加热室，两个加热室轮流、不同时工作，共用一个汽液分离器。当第一加热室浓缩至一定程度并须停止浓缩时，再启用第二加热室。

所述自动化控制单元包括导热油加热控制模块、温度传感器、进料控制模块、第一传感器、冷凝水排放控制模块、第二传感器。导热油加热控制模块根据进油温度和回油温度的设定对加热槽内的加热温度进行控制。

进料控制模块控制进料电动阀门的开关，进料通过真空自吸，进料量上限值和进料量下限值通过差压式液位计进行控制，当进料量达到设置上限时，第一传感器给出差压信号变成电信号至进料电动阀门，使其关闭；当系统中物料的量达到设置进料量下限值时，第一传感器给出差压信号变成电信号至进料电动阀门，使其开启。

冷凝水排放控制模块控制所述第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀以及出水阀的开关。冷凝液水位根据差压式液位计进行控制，第二传感器将液位差压信号变为电信号输送至各个电动阀门，当储水罐内液位达到上限值时，第一平衡阀和第二平衡阀关闭，第三平衡阀和出水阀打开，达到自动与真空系统隔离并放空而排放冷凝液，当储水罐内液位达到下限值时，第三平衡阀和出水阀关闭，然后打开第一平衡阀和第二平衡阀，使与真空系统连接，继续浓缩。

化学镍废液处理系统的具体操作要求：

（1）启动化学镍废液处理系统：关闭蒸发设备中的阀门，按下绿色启动按钮，将第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀以及出水阀调为自动，打开冷却水阀门，开启喷淋泵向冷凝器中注入冷却水，随后启动真空泵，待设备进入稳定真空状态后，将进料电动阀门调为自动进行进料至设定位置，化学镍废液经真空吸入到汽液分离器中；

打开冷却风机并开启导热油循环泵，设定加热温度，将导热油电加热开关调为自动，通过导热油在第一加热室或第二加热室内对化学镍料液进行加热。料液经过加热达到沸腾后开始蒸发。

（2）蒸发浓缩过程：蒸发设备为全自动运行，包括第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀、出水阀、进料电动阀门为自动状态。蒸发过程中可观察到汽液分离器中的液体液位随着蒸发的进行而不断下降，当蒸发一定时间后，汽液分离器内液位过低时，进料电动阀门自动打开补充原料液。蒸发出的气体经冷凝回收至储水罐，当储水罐内达到一定液位，自动排放冷凝。

（3）停止浓缩时，先关闭导热油循环设备，再关闭真空泵，将第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀、出水阀调为手动，缓慢打开放空阀门将设备内放空至常压状态，趁热将浓缩液从浓缩液出口排放，开始出料，完成一次浓缩。浓缩完毕后，关闭所有阀门，将第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀、出水阀调为自动，开启真空泵，待设备进入稳定真空状态后，将进料电动阀门调为自动，进行进料。若继续浓缩，则开启电加热开关，进入自动蒸发过程。若停止浓缩则进入关机步骤。

（4）关机：当化学镍废液处理系统完成再次进料步骤后，将所有电动阀门调为手动停止状态，待导热油温度降至一定温度以下时，关闭真空泵，并缓慢打开放空阀门，使设备进入常压状态。关闭冷却风机、喷淋泵、导热油循环油泵，关闭所有阀门，断开电源，锁好电控制箱，整理现场。

（5）维护：可加入自来水进行清洗管路和设备。

本发明的有益效果：

（1）使用该化学镍废液处理系统处理化学镍废液时，无需额外添加任何药剂，而且可以将化学方法无法处理达标的硝酸洗槽废液添加到化学镍废液中。浓缩化学镍废液的同时，也消耗了硝酸泡槽清洗废液。

（2）该化学镍废液处理系统为真空密闭系统，因而无气体产生以污染空气，浓缩液也无刺激性气味，冷却后即固化变成胶状物。

（3）该化学镍废液处理系统为非压力容器，并且加热温度不高，因此安全系数较高。

（4）化学镍废液的处理费用约为原先处理费用的1/3，极大降低企业处理成本。

（5）对于还有高磷、氮、镍及有机物污染因子的化学镍废液原水，经过该化学镍废液处理系统所处理后冷凝出水可以达到：总磷≤0.5mg/L、总镍≤0.1mg/L，CODCr≤100mg/L、氨氮≤8mg/L，总氮≤20mg/L，冷凝液中基本无磷、镍，COD值很低，含氮量也很低，这类水达到污水三级排放标准，大大降低对环境的压力。

（6）产生的浓缩废液约为原来体积的十分之一，冷却后形成固态物质无流动性，储存运输较为方便，占地较少。并且因浓缩液中镍含量为原来化学镍废液浓度十倍以上，镍离子浓度较高，可以进行金属冶炼，具有回收价值。

（7）该化学镍废液处理系统中的加热设备采用导热油循环设备，采用导热油加热受热均匀，并且加热温度稳定，使加热温度保持在相对恒定的温度范围内，对整套系统的稳定性起到至关重要的作用。

附图说明

附图1为本发明的化学镍废液处理系统的结构示意图一；

附图2为本发明的化学镍废液处理系统的结构示意图二，其中，附图1中的A点与附图2中的A’点为同一点，附图1和附图2共同构成一个完整的结构示意图。

以上附图中：1、冷却塔；2、注油泵；3、汽液分离器；4、进料电动阀门；5、放空阀门；6、第一加热室；7、第二加热室；8、浓缩液排放阀；9、冷凝器；10、储水罐；11、真空泵；12、物料进口；13、物料出口；14、第一液位计；15、蒸汽进口；16、第一蒸汽出口；17、放空口；18、浓缩液出口；19、导热油进口；20、第一导热油出口；21、第二蒸汽出口；22、冷却水出口；23、冷却水进口；24、喷淋泵；25、第一罐体；26、第二罐体；27、第一平衡阀；28、第二平衡阀；29、第三平衡阀；30、出水阀；31、第二液位计；32、加热槽；33、导热油循环泵；34、第二导热油出口；35、高位油箱；36、高位进油口；37、高位出油口；38、排气口；39、冷却水阀门；40、自来水入口；41、流量计。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种全自动连续化的化学镍废液处理系统

参见附图1所示，该化学镍废液处理系统能够对化学镍废液进行固液分离，化学镍废液处理系统包括蒸发设备、冷却塔1、导热油循环设备以及自动化控制单元；

所述蒸发设备包括汽液分离器3、进料电动阀门4、放空阀门5、第一加热室6、第二加热室7、浓缩液排放阀8、冷凝器9、储水罐10、真空泵11；所述汽液分离器3为一用于分离蒸汽和料液的容器，汽液分离器3的下部设有一物料进口12，物料进口12与所述进料电动阀门4通过管路相连，汽液分离器3的底部设有一物料出口13，物料出口13通过并联式的管路分别与所述第一加热室6和第二加热室7的下部相连通，汽液分离器3的中部设有第一液位计14和蒸汽进口15，汽液分离器3的顶部设有第一蒸汽出口16，第一蒸汽出口16通过管路与所述冷凝器9的顶部相连通，汽液分离器3的上部设有放空口17，放空口17通过管路与放空阀门5相通，放空阀门5位于放空口17下方，放空口17与放空阀门5之间设有压力表；

所述第一加热室6和第二加热室7均为管壳式结构的容器，第一加热室6和第二加热室7的管程内流经有物料，第一加热室6和第二加热室7的壳程内流经有导热油，所述第一加热室6和第二加热室7的底部均设有浓缩液出口18，浓缩液出口18能够通过所述浓缩液排放阀8与外界连通，第一加热室6和第二加热室7的下部均设有导热油进口19，第一加热室6和第二加热室7的上部均设有第一导热油出口20和第二蒸汽出口21，第二蒸汽出口21通过并联式的管路与所述蒸汽进口15连通；在工作状态下，所述第一加热室6和第二加热室7二者轮流并且不同时工作；

所述冷却塔1为一以水作为循环冷却剂并为所述冷凝器提供冷却水的装置，所述冷凝器9为一管壳式结构的容器，蒸汽经过冷凝器9冷却后变成冷凝液，冷凝器9的管程内流经有蒸汽和冷凝液，冷凝器9的壳程内流经有冷却水，冷凝器9的上部设有冷却水出口22，冷却水出口22通过管路与所述冷却塔1连通，冷凝器的下部设有冷却水进口23，冷却水进口23通过管路与所述冷却塔1连通并且冷却水进口23与冷却塔1之间设有喷淋泵24；所述储水罐10由第一罐体25和第二罐体26构成，第一罐体25坐落在第二罐体26之上，第一罐体25通过管路和管路上设有的第二平衡阀28与第二罐体26连通，第一罐体25的顶部与所述冷凝器9的底部连通，第一罐体25的上部与第二罐体26的上部通过并联式的管路与所述真空泵11连通，第二罐体26与真空泵11之间设有第一平衡阀27，第二罐体26的上部设有能够与外界连通的第三平衡阀29，第二罐体28的中部设有第二液位计31，第二罐体26的底部设有供冷凝液排放的出水阀30；所述第一平衡阀27、第二平衡阀28、第三平衡阀29以及出水阀30均为电动阀门；

所述导热油循环设备包括加热槽32、导热油循环泵33、注油泵2；所述注油泵2通过管路与导热油循环泵33连通；所述加热槽32内具有一至多个加热棒，导热油在加热槽32中通过加热棒加热，导热油循环泵33通过管路与加热槽32连通，连通处位于加热槽32的下部，所述加热槽32的上部设有第二导热油出口34，第二导热油出口34通过并联式的管路分别与所述第一加热室6和第二加热室7的导热油进口19连通；所述第一加热室6和第二加热室7的第一导热油出口20通过管路与所述导热油循环泵33连通；

所述自动化控制单元包括导热油加热控制模块、温度传感器、进料控制模块、第一传感器、冷凝液排放控制模块、第二传感器；所述温度传感器的信号输出端与导热油加热控制模块的信号输入端电连接，导热油加热控制模块根据进油温度和回油温度的设定对所述加热槽32内的加热温度进行控制；所述第一传感器的信号输入端与所述第一液位计14的信号输出端电连接，第一传感器的信号输出端与所述进料控制模块的信号输入端电连接，进料控制模块控制所述进料电动阀门4的开关；所述第二传感器的信号输入端与所述第二液位计31的信号输出端电连接，第二传感器的信号输出端与所述冷凝液排放控制模块的信号输入端电连接，冷凝液排放控制模块控制所述第一平衡阀27、第二平衡阀28、第三平衡阀29以及出水阀30的开关。

所述加热槽32的上方设有一高位油箱35，高位油箱35上设有高位进油口36、高位出油口37以及排气口38，高位进油口36通过管路与所述注油泵2连通，高位出油口37通过管路与所述导热油循环设备连通，高位进油口36设置在高位油箱35的底部，高位出油口37和排气口38设置在高位油箱35的顶部。

在所述进料电动阀门4所在的管路上还可设有一流量计41，用于记录进料处理量，通过设定进料流量来指导、控制卸料时间。

化学镍废液处理系统的具体操作要求：

（1）启动化学镍废液处理系统：关闭蒸发设备中的阀门，按下绿色启动按钮，将第一平衡阀27、第二平衡阀28、第三平衡阀29以及出水阀30调为自动，打开冷却水阀门39，开启喷淋泵24向冷凝器9中注入冷却水，随后启动真空泵11，待设备进入稳定真空状态后，将进料电动阀门4调为自动进行进料至设定位置，化学镍废液经真空吸入到汽液分离器3中；

打开冷却风机并开启导热油循环泵33，设定加热温度，将导热油电加热开关调为自动，通过导热油在第一加热室6或第二加热室7内对化学镍料液进行加热。料液经过加热达到沸腾后开始蒸发。

为了使系统不停止运行，因此设计两个加热室进行切换，定为第一加热室6和第二加热室7，两个加热室轮流不同时工作，共用一个汽液分离器。当第一加热室浓缩至一定程度并须停止浓缩时，启用第二加热室7继续进行浓缩。

（2）蒸发浓缩过程：蒸发设备为全自动运行，包括第一平衡阀27、第二平衡阀28、第三平衡阀29、出水阀30、进料电动阀门4为自动状态。蒸发过程中可观察到汽液分离器3中的液体液位随着蒸发的进行而不断下降，当蒸发一定时间后，汽液分离器3内液位过低时，进料电动阀门4自动打开补充原料液。蒸发出的气体经冷凝回收至储水罐10，当储水罐10内达到一定液位，自动排放冷凝。

（3）停止浓缩时，先关闭导热油循环设备，再关闭真空泵11，将第一平衡阀27、第二平衡阀28、第三平衡阀29、出水阀30调为手动，缓慢打开放空阀门5将设备内放空至常压状态，趁热将浓缩液从浓缩液出口18排放，开始出料，完成一次浓缩。浓缩完毕后，关闭所有阀门，将第一平衡阀27、第二平衡阀28、第三平衡阀29、出水阀30调为自动，开启真空泵11，待设备进入稳定真空状态后，将进料电动阀门4调为自动，进行进料。若继续浓缩，则开启电加热开关，进入自动蒸发过程。若停止浓缩则进入关机步骤。

（4）关机：当化学镍废液处理系统完成再次进料步骤后，将所有电动阀门调为手动停止状态，待导热油温度降至一定温度以下时，关闭真空泵11，并缓慢打开放空阀门5，使设备进入常压状态。关闭冷却风机、喷淋泵24、导热油循环油泵33，关闭所有阀门，断开电源，锁好电控制箱，整理现场。

（5）维护：可加入自来水进行清洗管路和设备，如附图1中的标号40表示自来水入口。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。