一种废水资源再生利用系统
技术领域
本发明涉及废水处理
技术领域
，具体涉及一种废水资源再生利用系统。背景技术
在国家排放标准日趋严格的情况下，很多行业都提出了工业废水零排放的倡导，所有的废水都需回收利用。
实现工业废水零排放的传统废水处理工艺主要有多联闪蒸(或多级闪蒸)浓缩结晶技术，该技术一般采用3～5联闪蒸浓缩器串联使用，每一联中的主要设备包括闪蒸蒸发器、蒸汽凝结加热器以及废水强制循环泵，通过真空泵，维持不同的真空度；首联采用外部热源加热，上联闪蒸生成的蒸汽加热下联闪蒸浓缩后的废水，同时蒸汽自身凝结成水，从而被从废水中分离出来，通过多级闪蒸浓缩，实现从废水中回收凝结水。但是，该技术采用上联蒸汽加热下联的浓缩液，该加热蒸汽与废水之间的传热温差受上下联之间的真空度差控制，根据采用联数不同，传热温差一般维持10～20℃不等，每联中的加热器传热端差小，闪蒸蒸发器中的传质系数小、传质蒸发动力小，使得该技术存在系统复杂、设备庞大等问题，从而导致工程造价高，并且在运行中存在管道易出现结垢、堵塞、出力下降等问题。并且采用该技术废水处理成本仍然较高，废水处理成本达一般都需30元/t左右。
从多联闪蒸浓缩结晶技术衍生出来的蒸汽加压多联技术及机械加压多联技术等，仅改变了初始加热热源的问题，闪蒸浓缩的本质并没有改变，多联闪蒸技术存在的问题，这些衍生技术同样存在。
针对多联闪蒸浓缩结晶技术中存在的问题，国内火力发电厂近年来进行了废水喷入锅炉出口除尘器前烟道进行废水干燥实现废水零排放的研究，但因废水量大，仍需要对废水进行浓缩处理，一般需对废水进行采用1至2联浓缩处理。
除此之外，为了降低多联闪蒸浓缩结晶技术因传热传质小造成的设备过于庞大，多联闪蒸技术通常都需在废水预处理阶段设置超滤甚至纳滤进行精细过滤，然后再采用高压反渗透设备对废水进行初步浓缩，以降低多联闪蒸的废水处理量与处理难度，使得废水处理设备投资成倍的增加。
综上所述，急需一种废水资源再生利用系统以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种废水资源再生利用系统，以解决传统废水处理装置结构复杂、废水处理难度大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种废水资源再生利用系统，包括喷淋浓缩塔和流化干燥床；所述喷淋浓缩塔与流化干燥床之间通过第一蒸汽管路和第二蒸汽管路形成循环回路，所述第一蒸汽管路中的蒸汽由喷淋浓缩塔流向流化干燥床；所述循环回路与外部热源连接；所述喷淋浓缩塔底部设有废水池，所述废水池通过排出泵与流化干燥床连接。
优选的，所述第一蒸汽管路上设有增压加热单元。
优选的，所述增压加热单元包括增压装置和加热装置；所述增压装置与所述喷淋浓缩塔的蒸汽出口连接，所述加热装置与所述流化干燥床的蒸汽入口连接。
优选的，所述喷淋浓缩塔内部设有与第二蒸汽管路连接的第一喷汽层和第二喷汽层，所述第一喷汽层位于所述废水池的液面下方，所述第二喷汽层位于废水池的液面上方；所述喷淋浓缩塔内部还设有循环喷淋层，所述循环喷淋层通过循环泵与废水池连接，所述循环喷淋层位于第二喷汽层的上方。
优选的，一种废水资源再生利用系统还包括旋流浓缩器；所述旋流浓缩器的入口与排出泵的出口连接，所述旋流浓缩器的第一出口与流化干燥床连接，所述旋流浓缩器的第二出口与所述废水池连接。
优选的，所述流化干燥床内部设有废水喷淋层，所述废水喷淋层与所述旋流浓缩器的第一出口连接。
优选的，所述流化干燥床内部设有床料层，所述床料层位于所述废水喷淋层下方。
优选的，所述喷淋浓缩塔底部设有位于废水池中的加热盘管，所述加热盘管通过第三蒸汽管路与第一蒸汽管路连通。
优选的，一种废水资源再生利用系统还包括冷凝装置；所述冷凝装置的管程与加热盘管连接，用于进一步冷却加热盘管中排出的凝结水。
优选的，所述冷凝装置的壳程与所述废水池连接，废水作为冷却工质流经冷凝装置进行热量交换后流入废水池中。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明中，通过设置喷淋浓缩塔对工业废水进行加热蒸发浓缩，设置流化干燥床对浓缩后的废水进行加热烘干，喷淋浓缩塔与流化干燥床之间通过第一蒸汽管路和第二蒸汽管路形成循环回路，通过蒸汽对工业废水进行加热，增大蒸汽与废水之间的接触面积，提升传热传质系数，简化了废水处理系统的结构组成。
(2)本发明中，通过在第一蒸汽管路上设置增压加热单元，通过增压装置的抽吸升压作用，一方面使喷淋浓缩塔内部保持负压状态，降低废水池的沸腾温度，使废水池内的废水90℃左右即能沸腾，便于废水池产生热蒸汽；另一方面，加热盘管内的蒸汽饱和温度达到100℃以上，从而可以实现通过废水池内的水对加热盘管内的蒸汽进行冷凝，热量交换过程中，实现废水池对加热盘管的热量回收。而通过加热装置对蒸汽进行二次加热，提升蒸汽温度，便于将加热后的蒸汽通入流化干燥床内对废水进行加热烘干，实现废水中的物质(如工业盐)的回收利用。
(3)本发明中，通过在喷淋浓缩塔内部设置第一喷汽层和第二喷汽层，在喷汽层上方设置循环喷淋层，通过第一喷汽层和第二喷汽层中喷出的蒸汽对废水池以及循环喷淋层喷出的废水进行加热，增大了蒸汽与废水之间的接触面积，便于实现废水中固体颗粒的析出。
(4)本发明中，通过旋流浓缩器将从废水池中抽出的含固率较高的废水进一步分成高含固率和低含固率的两股废水，将高含固率的废水输入流化干燥床中，将低含固率的废水输回喷淋浓缩塔中继续循环，有效的降低了流化干燥床的处理容量。
(5)本发明中，流化干燥床内部设有废水喷淋层，将废水喷出形成水雾，增大废水与蒸汽的接触面积，便于对流化干燥床内部的废水进行加热烘干。
(6)本发明中，流化干燥床内部设有位于废水喷淋层下方的床料层，床料层上方落下的雾化废水液滴即可均匀分散在床料内，吸收通入的蒸汽的热量，液滴被蒸干后剩余的固体颗粒从流化干燥床底部的排料口排出得以回收利用。
(7)本发明中，流化干燥床的床料层材质可根据废水中的固体颗粒成分进行对应选择，以流化干燥床为干化设备具有传热、传质系数大、不易结垢等优点，最终能使被分离出来的固体颗粒得到充分干燥。
(8)本发明中，外部热源与循环回路连接，并输入流化干燥床底部，可对系统进行初始加热，同时对流化干燥床内部的床料层进行预热，然后外部热源的蒸汽再经第二蒸汽管路流入第一喷汽层和第二喷汽层中，对废水池和循环喷淋层落下的水雾进行加热，使喷淋浓缩塔内部产生蒸汽；第一蒸汽管路通过第三蒸汽管路与加热盘管连通，在实现对流化干燥床输送热蒸汽的同时，也可向加热盘管输送热蒸汽，使得废水池中产生的热蒸汽既可用于加热流化干燥床中的废水，也可循环用于加热废水池中的废水。
(9)本发明中，冷凝装置为管式换热器，冷凝装置的管程与加热盘管连接，用于进一步冷却加热盘管中排出的凝结水，使凝结水冷却至50℃～60℃后排出。冷凝装置的壳程与废水池连接，废水作为冷却工质流经冷凝装置后流入废水池中，通过废水对凝结水进行冷却，不需额外增加冷却工质，减少了资源的浪费，提升了废水的利用率。同时，新来废水吸收了凝结水的热量再进入废水池中，使废水池的水温为60℃～80℃，可减少因加热废水池所消耗的热量。冷凝装置以外部新来废水冷却加热盘管出口凝结水回收凝结水热量，冷凝装置可保持约5～10℃的传热端差，使得回收的凝结水温度仅高出新来废水温度5～10℃。
(10)本发明中的喷淋浓缩塔以蒸汽为加热介质，蒸汽从喷淋浓缩塔蒸汽出口输出后，分为两路，其中一路蒸汽经增压装置增压后流经第三蒸汽管路进入到加热盘管中，以间壁换热的形式加热废水池中的废水，蒸汽自身放热并在加热盘管内部凝结成凝结水，凝结水流入冷凝装置后与新输入的废水进行热量交换，进一步对凝结水进行冷却，凝结水经充分降温后回收利用；另一路蒸汽经加热装置升温后在流化干燥床内干燥浓盐水后直接通过第一喷汽层、第二喷汽层喷回喷淋浓缩塔内，以混合接触换热方式加热废水池内的废水以及循环喷淋层喷出的水雾，能提升热量的利用率，减少外部热源的输入，最大程度的降低了过程中的能源消耗，降低了废水处理成本。采用循环喷淋蒸发浓缩技术与流化床快速干燥技术相结合，以循环蒸汽为加热工作介质，具有传质传热系数高、设备体积小、不易结垢、故障率低等优点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例中的一种废水资源再生利用系统的结构示意图；
其中，1、喷淋浓缩塔，1.1、废水池，1.2、第一喷汽层，1.3、第二喷汽层，1.4、循环喷淋层，1.5、循环泵，1.6、加热盘管，2、流化干燥床，2.1、废水喷淋层，3、排出泵，4、增压装置，5、加热装置，6、旋流浓缩器，7、冷凝装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例：
参见图1，一种废水资源再生利用系统，本实施例应用于废水资源的减量化、无害化、资源化处理。
一种废水资源再生利用系统，包括喷淋浓缩塔1和流化干燥床2；参见图1，所述喷淋浓缩塔1与流化干燥床2之间通过第一蒸汽管路和第二蒸汽管路形成循环回路，所述第一蒸汽管路中的蒸汽由喷淋浓缩塔1流向流化干燥床2，第二蒸汽管路中的蒸汽由流化干燥床2出口连接至喷淋浓缩塔1的蒸汽入口；所述循环回路与外部热源连接，本实施例中，外部热源与流化干燥床2的蒸汽入口连接，用于对废水资源再生利用系统进行初始加热，同时对流化干燥床2内部进行预热；所述喷淋浓缩塔1底部设有废水池1.1，外部热源穿过流化干燥床2后经第二蒸汽管路流入喷淋浓缩塔1内部，用于对废水池1.1内的废水进行加热，使废水池1.1产生110℃的热蒸汽，从第一蒸汽管路中流出，系统正常运行时切断外部热源的供应；所述废水池1.1通过排出泵3与流化干燥床2连接，本实施例中，废水为含盐工业废水(以下简称含盐废水)，由于废水池1.1底部沉积盐晶较多，将排出泵3连接于废水池底部1.1，抽吸废水池1.1底部的含固率较高的浓盐液，通过第一蒸汽管路中的热蒸汽对流化干燥床2中输入的浓盐液进行加热烘干，生成工业盐后从流化干燥床2底部的排料口排出，实现工业盐的回收利用。蒸汽在流化干燥床2内部完成对浓盐液的加热后，从第二蒸汽管路流回喷淋浓缩塔1内部，实现蒸汽的循环。
所述喷淋浓缩塔1底部设有位于废水池1.1中的加热盘管1.6，所述加热盘管1.6通过第三蒸汽管路与第一蒸汽管路连通。本实施例中，第一蒸汽管路中的蒸汽经第三蒸汽管路进入加热盘管1.6中，对废水池1.1中的含盐废水进行加热，使喷淋浓缩塔1内部产生蒸汽；第一蒸汽管路与加热盘管1.6连通，在实现对流化干燥床2输送热蒸汽的同时，也可向加热盘管1.6输送热蒸汽，使得废水池1.1中产生的热蒸汽既可用于加热流化干燥床2中的含盐废水，也可循环用于加热废水池1.1中的含盐废水。
所述第一蒸汽管路上设有增压加热单元，一方面用于对喷淋浓缩塔1进行抽吸，使喷淋浓缩塔1保持真空状态，降低废水池1.1中含盐废水的沸腾温度；另一方面对从喷淋浓缩塔1的蒸汽出口流出的热蒸汽进行增压和再次加热，便于推动蒸汽流动、提升蒸汽温度，使其进入流化干燥床2内部对废水进行加热烘干。
所述增压加热单元包括依次连接的增压装置4和加热装置5；所述增压装置4与所述喷淋浓缩塔1的蒸汽出口连接，所述加热装置5与所述流化干燥床2的蒸汽入口连接。加热装置5可以是采用电加热、蒸汽加热、烟气加热等形式的换热器或小锅炉等加热设施。本实施例中，增压装置4采用增压风机，在增压风机的抽吸作用下，喷淋浓缩塔1内维持约20kPa的真空状态，此时废水池1.1中的废水在90℃左右即可达到沸腾状态，便于对废水池1.1加热产生热蒸汽；此时加热盘管1.6内部的蒸汽饱和温度达到100℃以上，在加热盘管1.6对废水池1.1中的废水进行加热升温的过程中，加热盘管1.6内部的蒸汽能够被废水池1.1中的废水冷凝下来，实现热量的交换与回收。加热装置5采用蒸汽再热器，提升蒸汽的温度至200℃，再使加热后的蒸汽流入流化干燥床2中，对流化干燥床2内部的浓盐水进行加热后，蒸汽温度由200℃下降至160℃，并从第二蒸汽管路流出。
所述喷淋浓缩塔1内部设有与第二蒸汽管路连接的第一喷汽层1.2和第二喷汽层1.3，所述第一喷汽层1.2位于所述废水池1.1的液面下方，以鼓泡的形式加热废水池1.1中的含盐废水，使得含盐废水升温浓缩并产生蒸汽；所述第二喷汽层1.3位于废水池1.1的液面上方；所述喷淋浓缩塔1内部还设有循环喷淋层1.4，循环喷淋层1.4上设有若干个雾化喷嘴，所述循环喷淋层1.4通过循环泵1.5与废水池1.1连接，用于将废水池1.1中的含盐废水进行雾化，并在喷淋浓缩塔1上部喷出，所述循环喷淋层1.4位于第二喷汽层1.3的上方，循环喷淋层1.4喷出的含盐废水水雾落下时，与逆流而上的热蒸汽接触，使得水分蒸发，部分盐结晶析出后落至废水池1.1底部，使废水池1.1的含固率达到10％～15％(固体主要为盐晶)。并且，通过调节第一喷汽层1.2和第二喷汽层1.3的蒸汽的流量，能方便地调节喷淋浓缩塔1内废水蒸发量以及出口蒸汽的温度，并保证蒸汽的过热度，具有很好的调节能力与负荷适应能力。第一喷汽层1.2和第二喷汽层1.3中的蒸汽由于加热废水池1.1中的废水，温度从160℃下降至110℃，使得喷淋浓缩塔1蒸汽出口温度维持在约110℃左右，具有一定的过热度，完成了工质的循环。
一种废水资源再生利用系统还包括旋流浓缩器6；所述旋流浓缩器6的入口与排出泵3的出口连接，废水进入喷淋浓缩塔1后，水分不断蒸发，固体颗粒被富集下来，废水中的溶盐达到饱和并结晶析出，最终都沉积在废水池1.1底部，然后由排出泵3排出，经旋流浓缩器6进一步浓缩后进入到流化干燥床2进行干燥；从排出泵3流出的具有较高含固率的浓盐液流入旋流浓缩器6后，在旋流浓缩器6内部被分成两股含固率不同的盐液，高含固率(30％～40％)的盐液从旋流浓缩器6的第一出口流出，所述旋流浓缩器6的第一出口与流化干燥床2连接，在流化床内废水中的盐分最终干燥分离出来；低含固率(小于10％)的盐液从旋流浓缩器6的第二出口流出，所述旋流浓缩器6的第二出口与所述废水池1.1连接，使低含固率的盐液回到喷淋浓缩塔1中进行循环，有效的降低了流化干燥床2的处理容量。
所述流化干燥床2内部设有废水喷淋层2.1，废水喷淋层2.1也设有雾化喷嘴，所述废水喷淋层2.1与所述旋流浓缩器6的第一出口连接，用于将高含固率的盐液喷入流化干燥床2中进行加热烘干。
所述流化干燥床2内部设有床料层，床料层的静止高度为500mm～800mm，所述床料层位于所述废水喷淋层2.1下方；床料层的原料可根据废水中的固体颗粒进行选取，如含盐废水采用工业盐作为床料，泥沙类废水采用泥沙作为床料等；本实施例中，以粉状工业盐为床料层原料，流化干燥床2内部设有布风板及布风室，初装床料铺设在布风板上，从第一蒸汽管道流出的蒸汽从布风室经布风板进入到流化干燥床2内，吹动床料，使床料层呈鼓泡状态。床料层上方落下的雾化浓盐液滴即刻均匀分散在床料内，在流化蒸汽的剧烈扰动下快速的和床料混合，吸收流化干燥床2内热床料以及通入的热蒸汽的热量，水分被快速蒸干，残余的固体颗粒从流化干燥床2底部的排料口排出得以回收。以流化干燥床2为干化设备，具有传热、传质系数大、不易结垢等优点，最终被分离出来的固体物质能得到充分干燥。
一种废水资源再生利用系统还包括冷凝装置7；本实施例中，冷凝装置7为管式换热器，所述冷凝装置7的管程与加热盘管1.6连接，用于进一步冷却加热盘管1.6中排出的凝结水，使凝结水冷却至50℃～60℃后排出。
所述冷凝装置7的壳程与所述废水池1.1连接，含盐废水作为冷却工质流经冷凝装置7进行热量交换后流入废水池1.1中，通过新来含盐废水对蒸汽进行冷凝，不需额外增加冷却工质，减少了资源的浪费，提升了含盐废水的利用率。同时，含盐废水吸收了蒸汽的热量再进入废水池1.1中，使废水池1.1的水温为60℃～80℃，可减少因加热废水池1.1所消耗的热量。冷凝装置以外部新来废水冷却加热盘管出口凝结水回收凝结水热量，冷凝装置可保持约5℃～10℃的传热端差，使得回收的凝结水温度仅高出新来废水温度5℃～10℃。
本实施例中，喷淋浓缩塔1与流化干燥床2之间通过第一蒸汽管路和第二蒸汽管路形成循环回路，第一蒸汽管路从喷淋浓缩塔1出口经增压装置4增压、加热装置5升温后连接至流化干燥床2的蒸汽进口，第二蒸汽管路从流化干燥床2的蒸汽出口连接至喷淋浓缩塔1的蒸汽入口。
喷淋浓缩塔1的底部设有废水池1.1，废水池1.1底部设有加热盘管1.6，加热盘管1.6上方、废水池1.1液面下方设有第一喷汽层1.2，废水池1.1液面上方从下至上依次设有第二喷汽层1.3、循环喷淋层1.4，喷淋浓缩塔1外部设有循环泵1.5。循环泵1.5进、出口通过管道分别连接至废水池1.1与循环喷淋层1.4。
第一蒸汽管路上的增压装置4与加热装置5之间的管道上设有连接至加热盘管1.6的第三蒸汽管路。喷淋浓缩塔1以蒸汽为加热介质，包括两部分蒸汽：一部分蒸汽是自身产生的出口蒸汽，增压后经第三蒸汽管路进入到废水池1.1底部加热盘管1.6中以间壁换热的形式加热废水，蒸汽自身放热并在加热盘管1.6内凝结成凝结水，凝结水进一步经外部冷凝装置7由新来废水充分冷却回收热量，新来废水经热量交换后进入废水池1.1，凝结水充分降温后回收利用；另一部分蒸汽经加热装置5升温后在流化干燥床2内干燥浓盐水后直接通过第一喷汽层1.2与第二喷汽层1.3喷入喷淋浓缩塔1内，以混合接触换热方式加热废水。总体上，废水池1.1内废水蒸发浓缩所需的热量基本上利用自身产生的蒸汽凝结放出的热量进行加热蒸发，外部仅通过加热装置5补充少量的热量，最大程度的降低了处理过程中的能源消耗。
根据过程的质量与能量平衡，除了系统散热损失与流化干燥床2排渣的少量热量损失外，废水中的水分经加热蒸发、凝结放热的物理过程，最终从冷凝装置7以凝结水形式排出，能量需求仅为把废水从进水温度提升至冷凝装置7出口端传热端差温度所需能量，如40℃废水进水温度，则凝结水排水温度约45℃～50℃，系统所需能量仅为把废水从40℃加热至45℃～50℃所需能量，大大的降低了废水处理的能源消耗，并且该系统对进入的废水除了简单过滤去除大颗粒固体物质并无进一步要求，所有这些措施都能大幅度的降低废水处理的成本。
上述的一种废水资源再生利用系统的使用方法如下：外部热源(热蒸汽)进入流化干燥床2，对床料层进行预热，然后经第二蒸汽管路进入喷淋浓缩塔1中，对废水池1.1中的废水和循环喷淋层1.4喷出的废水水雾进行加热，使喷淋浓缩塔1内部产生蒸汽；蒸汽经第一蒸汽管道分别流入流化干燥床2和加热盘管1.6中；循环喷淋层1.4通过循环泵1.5在喷淋浓缩塔1内部持续喷射含盐废水水雾，废水喷淋层2.1在流化干燥床2内部喷射含盐废水水雾，含盐废水水雾与蒸汽接触析出盐晶；进入流化干燥床2的蒸汽通过第二蒸汽管道回到喷淋浓缩塔1内对含盐废水进行蒸汽加热；进入加热盘管1.6的蒸汽经冷凝装置7中流过的含盐废水冷却凝结成水排出。当系统循环运行稳定后，可逐步减少直至切断外部热源的输入，使蒸汽温度维持在满足加热要求的恒定范围即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
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