申请日2018.07.23
公开(公告)日2018.11.20
IPC分类号C02F1/04
摘要
本发明公开一种小型模块式热法高盐废水脱盐系统及方法，主要包括加湿器、除湿器、溶液预热器、水泵、流量控制器、风机。溶液经溶液预热器加热与浓溶液混合后进入加湿器中，直接喷淋到填料表面，与冷空气热质交换，剩余浓溶液进行循环;热湿空气进入除湿器后与冷却水热质交换，后经风机驱动进入加湿器进行循环，冷凝产生淡水经溶液预热器进一步降温，进入除湿器开始循环，多余淡水收集起来。本发明利用喷淋和填料塔相结合，强化加湿除湿过程。结构简单紧凑、小型化、模块化，规模可调;应用范围广，处理高盐溶液;空气和溶液循环流动，回收汽化潜热，热利用率高，能耗低;在低温常压下即可运行，使用寿命长，制造运行维护成本低;能量来源多样化。
权利要求书
1.小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，包括：加湿器(1)、流量控制器A(7)、水泵A(8)、液位控制器(13)、风机(12)、风量调节器(11)、排水阀A(9)、浓溶液槽(10)、除湿器(17)、流量控制器B(15)、水泵B(16)、排水阀B(22)、淡水槽(23);
所述加湿器(1)包括：蒸发喷淋器(2)、壳体A(3)、填料A(4)、筛板A(5)、加热器(6)、溶液入口、溶液循环出口、浓盐溶液出口、冷空气入口和热湿空气出口;所述筛板A固定在加湿器内下部，且在溶液液面上方，筛板A上部放置有填料A，用于增加冷空气与溶液的接触面积，强化加湿过程;所述加热器位于筛板下方与溶液接触，用于加热溶液;所述溶液循环出口位于壳体A下部，且其与水泵A入口端相连接;所述水泵A出口端与蒸发喷淋器入口端相连接，连接管路上设有流量控制器A;所述蒸发喷淋器位于加湿器上部，用于喷淋溶液进入加湿器;所述热湿空气出口设置于壳体A顶部，其与除湿器的热湿空气入口通过管路相连接;冷空气入口设置于壳体A下部，其位于筛板A下方且在溶液液面上方，且与风机出口端通过管路相连接;所述浓盐溶液出口设置于壳体A底部，且其与排水阀A入口端相连接;
所述除湿器(17)包括：冷却水喷淋器(18)、壳体B(19)、填料B(20)、筛板B(21)、淡水循环出口、淡水出口、热湿空气入口和冷空气出口;所述筛板B固定在除湿器内下部，且在淡水液面上方，填料B放置于筛板B上方，用于增加热湿空气与冷却水的接触面积，强化除湿过程;所述淡水循环出口与水泵B入口端相连，水泵B出口端与冷却水喷淋器相连接，连接管路上设有流量控制器B;所述热湿空气入口设于壳体B下部，其位于筛板B下方且在淡水液面上方，且与加湿器的热湿空气出口通过管路相连接;所述冷空气出口位于壳体B顶部，且其与风机入口端相连接;所述淡水出口位于壳体B底部，且其与排水阀B入口端相连接;
所述风机(12)位于加湿器外侧，用于将除湿器内的冷空气输送至加湿器内，且其与风量调节器(11)相连接，用于控制入口风量，调节系统淡水生产速率;
所述浓溶液槽(10)位于加湿器排水阀A下方，用于盛放浓盐溶液;所述淡水槽(23)位于除湿器排水阀B下方，用于盛放生产淡水。
2.根据权利要求1所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，该系统还包括溶液预热器(14)，所述溶液预热器位于除湿器外侧，溶液预热器的待加热液的出口端与加湿器内溶液入口相连接，连接管路上设有液位控制阀(13)，用于控制入口溶液量;溶液预热器淡水入口端与水泵B出口端相连接，连接管路上设有流量控制器B，溶液预热器淡水出口端与冷却水喷淋器(18)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，壳体为不锈钢、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或玻璃钢材料中的一种或两种以上的组合;壳体外部包裹保温材料，具有保温且防止被盐溶液腐蚀的作用。
4.根据权利要求1或2所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，填料为塑料填料、陶瓷填料、玻璃钢填料中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1或2所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，填料的形状为拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形、矩鞍形、环矩鞍形、球形中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1或2所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，连接管路为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯材料中的一种或两种以上的组合，管路外部包裹有保温材料;筛板采用多孔不锈钢板或塑料板。
7.根据权利要求2所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，溶液预热器为板式换热器、螺旋式换热器或管壳式换热器。
8.根据权利要求1或2所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其特征在于，还包括自动控制系统，该自动控制系统包括加湿器设置的溶液浓度检测器和温度检测仪，除湿器设置的温度检测仪、液位计和水质分析仪，溶液预热器设置的温度检测仪。
9.采用权利要求2-8任一所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统进行热法脱盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，溶液通过溶液预热器预热，经过预热后的溶液与加湿器内的浓盐溶液混合，经加热器加热后依次通过水泵A、流量控制器A、蒸发喷淋器进入加湿器内，与加湿器内的填料A发生碰撞、铺展、破碎、飞溅;
步骤2，将不饱和冷空气经由风机驱动进入加湿器下部，冷空气在加湿器内向上部流动，与溶液进行热质交换，得到热的湿空气，剩余的浓盐溶液到达加湿器底部进行下一次循环，浓盐溶液达到一定浓度后经排水阀A进入浓溶液槽;
步骤3，升温加湿后的热湿空气经由管路输送至除湿器下部热湿空气入口，在除湿器内向上流动，与除湿器上部冷却水喷淋器喷淋的冷却水进行热质交换，空气被降温除湿;
步骤4，降温除湿后的冷空气从除湿器顶端冷空气出口排出，通过管路经风机驱动进入加湿器，开始下一次循环;
步骤5，除湿过程产生的淡水流至除湿器底部，经淡水循环出口依次通过水泵B、流量控制器B进入溶液预热器，对溶液进行预热，淡水进一步被冷却，然后经冷却水喷淋器进入除湿器，开始下一次除湿过程，多余的淡水经排水阀B进入淡水槽。
说明书
小型模块式热法高盐废水脱盐系统及方法
技术领域
本发明属于热法脱盐技术领域，特别涉及到一种基于在低温常压下运行的小型模块式热法高盐废水脱盐系统及方法，并具备小型化、便携式、模块化的特点。
背景技术
目前常见盐溶液主要包括以下几部分：一是用于淡化生产淡水的海水，盐浓度一般在3.5wt%左右;二是内陆地区的苦咸水;三是煤化工等企业生产过程中产生的工业废水;四是日常生活中产生的生活污水和垃圾渗滤液等。目前常用的溶液脱盐方法有低温多效蒸馏、反渗透法、多级闪蒸、热膜联产、电渗析法等。反渗透法是在高压泵的作用下，水分子通过反渗透膜实现盐与水的分离，此方法需要持续的提供电能或机械能，且随着料液浓度的增加，所需泵功增加导致处理成本增加，产水品质也有所下降，膜的使用寿命缩短，且浓缩后的料液无法进行后续有效处理。传统的多效蒸发式(中国发明专利申请号201010509740.X)和多级闪蒸式(中国发明专利申请号201310411226.6)等技术往往因一些共同问题而难以商业化推广使用。一是装置庞大复杂、体积大、投资成本高，二是随着料液浓度的增加，蒸发器内部表面会产生严重结垢和腐蚀的问题，装置传热效率降低，这对材料的耐高温耐腐蚀性能提出很高的要求，而且污垢处理和装置维护成本增加。
加湿除湿脱盐技术是一种新型的热法脱盐技术，该技术模拟自然界的降雨循环过程，以流动空气作为水蒸气的载体，空气在加湿器中被热料液加湿，携带一定量的水蒸气后进入除湿器除湿，利用空气的饱和湿度差，多余的水蒸气冷凝产生淡水，剩余的料液达到浓缩的效果。与其他技术相比，加湿除湿脱盐技术具有结构设计简单、设备投资和操作成本较低、可利用低品位能源或可再生能源等优点。加湿除湿脱盐技术在海水淡化、工业废水浓缩、垃圾渗滤液浓缩处理和生活污水处理等领域具有广阔的应用前景。
经过对现有技术的检索发现，申请号201010509740.X公开了一种喷雾蒸发空气加湿除湿式太阳能海水淡化装置，装置采用空气作为循环工质，但海水没有预热，与热空气温差大，加湿效率低，且布置有多个冷凝换热器，装置结构复杂，安装调试困难，不利于装置的商业化推广。
申请号201611214327.4公开了一种双热质耦合太阳能热空气型蒸发系统及其方法，系统通过回收湿空气中的水蒸气及相应的显热潜热，但剩余浓溶液直接排出，没有循环使用，系统对高盐溶液的处理在实际操作中存在困难。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提出一种基于在低温常压下进行的小型模块式热法高盐废水脱盐系统及方法，系统采用喷淋加湿和填料塔加湿相结合，辅之以空气作为循环工质强制加湿除湿溶液的工艺方法，设备结构简单紧凑，体积小，易于拆装和清洗，运输方便，可模块化使用;溶液循环浓缩，可处理高盐溶液;系统热利用率高，能耗低，产水量和产水品质稳定可靠，运行成本低;能量来源多样化，可与太阳能、工业废热等结合。
为达到以上发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种小型模块式热法高盐废水脱盐系统，包括：加湿器、流量控制器A、水泵A、液位控制器、风机、风量调节器、排水阀A、浓溶液槽、除湿器、流量控制器B、水泵B、排水阀B、淡水槽;
所述加湿器包括：蒸发喷淋器、壳体A、填料A、筛板A、加热器、溶液入口、溶液循环出口、浓盐溶液出口、冷空气入口和热湿空气出口;所述筛板A固定在加湿器内下部，且在溶液液面上方，筛板A上部放置有填料A，填料A铺满筛板A，用于增加冷空气与溶液的接触面积，强化加湿过程;所述加热器位于筛板下方与溶液接触，用于加热溶液;所述溶液循环出口位于壳体A下部，且其与水泵A入口端相连接;所述水泵A出口端与蒸发喷淋器入口端相连接，连接管路上设有流量控制器A;所述蒸发喷淋器位于加湿器上部，用于喷淋溶液进入加湿器;所述热湿空气出口设置于壳体A顶部，其与除湿器的热湿空气入口通过管路相连接;冷空气入口设置于壳体A下部，其位于筛板A下方且在溶液液面上方，且与风机出口端通过管路相连接;所述浓盐溶液出口设置于壳体A底部，且其与排水阀A入口端相连接;
所述除湿器包括：冷却水喷淋器、壳体B、填料B、筛板B、淡水循环出口、淡水出口、热湿空气入口和冷空气出口;所述筛板B固定在除湿器内下部，且在淡水液面上方，填料B放置于筛板B上方，填料B铺满筛板B，用于增加热湿空气与冷却水的接触面积，强化除湿过程;所述淡水循环出口与水泵B入口端相连，水泵B出口端与冷却水喷淋器相连接，连接管路上设有流量控制器B;所述热湿空气入口设于壳体B下部，其位于筛板B下方且在淡水液面上方，且与加湿器的热湿空气出口通过管路相连接;所述冷空气出口位于壳体B顶部，且其与风机入口端相连接;所述淡水出口位于壳体B底部，且其与排水阀B入口端相连接;
所述风机位于加湿器外侧，用于将除湿器内的冷空气输送至加湿器内，且其与风量调节器相连接，用于控制入口风量，调节系统淡水生产速率;
所述浓溶液槽位于加湿器排水阀A下方，用于盛放浓盐溶液;所述淡水槽位于除湿器排水阀B下方，用于盛放生产淡水。
进一步地，上述该系统还包括溶液预热器，所述溶液预热器位于除湿器外侧，溶液预热器的待加热液的出口端与加湿器内溶液入口相连接，连接管路上设有液位控制阀，用于控制入口溶液量;溶液预热器淡水入口端与水泵B出口端相连接，连接管路上设有流量控制器B，溶液预热器淡水出口端与冷却水喷淋器相连接。
进一步地，上述壳体为不锈钢、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或玻璃钢材料中的一种或两种以上的组合;壳体外部包裹保温材料，具有保温且防止被盐溶液腐蚀的作用。
进一步地，上述填料为塑料填料、陶瓷填料、玻璃钢填料中的一种或两种以上的组合。
进一步地，上述填料的形状为拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形、矩鞍形、环矩鞍形、球形中的一种或两种以上的组合。
进一步地，上述连接管路为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯材料中的一种或两种以上的组合，管路外部包裹有保温材料;筛板采用多孔不锈钢板或塑料板。
进一步地，上述溶液预热器为板式换热器、螺旋式换热器或管壳式换热器。
进一步地，上述系统还包括自动控制系统，该自动控制系统包括加湿器设置的溶液浓度检测器和温度检测仪，除湿器设置的温度检测仪、液位计和水质分析仪，溶液预热器设置的温度检测仪。
所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统，其加热器所利用的能量来源为太阳能、工厂废热、船舶发动机尾气余热或电加热。
采用上述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统进行热法脱盐的方法，包括以下步骤：
步骤1，溶液通过溶液预热器预热，经过预热后的溶液与加湿器内的浓盐溶液混合，经加热器加热后依次通过水泵A、流量控制器A、蒸发喷淋器进入加湿器内，与加湿器内的填料A发生碰撞、铺展、破碎、飞溅;
步骤2，将不饱和冷空气经由风机驱动进入加湿器下部，冷空气在加湿器内向上部流动，与溶液进行热质交换，得到热的湿空气，剩余的浓盐溶液到达加湿器底部进行下一次循环，浓盐溶液达到一定浓度后经排水阀A进入浓溶液槽;
步骤3，升温加湿后的热湿空气经由管路输送至除湿器下部热湿空气入口，在除湿器内向上流动，与除湿器上部冷却水喷淋器喷淋的冷却水进行热质交换，空气被降温除湿;
步骤4，降温除湿后的冷空气从除湿器顶端冷空气出口排出，通过管路经风机驱动进入加湿器，开始下一次循环;
步骤5，除湿过程产生的淡水流至除湿器底部，经淡水循环出口依次通过水泵B、流量控制器B进入溶液预热器，对溶液进行预热，淡水进一步被冷却，然后经冷却水喷淋器进入除湿器，开始下一次除湿过程，多余的淡水经排水阀B进入淡水槽。
本发明的有益效果为：
本发明所述装置结构简单紧凑，小型化、模块化，运输方便，规模可调，可多级串联使用，能够全自动化运行控制，无人值守，使用方便。
本发明所述装置应用范围广，不仅可用于舰船、海岛、家庭中的淡水生产，也可用于野外生存、战场等应急情况中的污水处理。特别是对高盐溶液的处理，也有很好的脱盐效果，为高盐工业废水、苦咸水、垃圾渗滤液、常规海水淡化的高盐浓缩液等废水的处理提供了选择方案。
本发明所述装置采用溶液和空气循环流动的方式，除湿后冷空气中的水蒸气及相应显热潜热得以回收利用，采用溶液预热器对除湿过程水蒸气的冷凝潜热进行循环利用，装置能耗降低，能量利用效率得以提高。
本发明所述装置采用喷淋加湿和填料塔加湿相结合，辅之以空气强制加湿循环流动溶液的工艺方法进行空气加湿，提高了加湿效率。
本发明所述装置在常压下运行，无需真空泵和气液分离器，填料、壳体材质采用无毒非金属材料，无消耗易损部件，使用寿命长，装置制造成本和后期运行维护成本低，提高了产品竞争力。
本发明所述装置在除湿过程中采用直接接触式传热传质，减少了常规装置采用换热器而带来的庞大换热面积，使得装置结构紧凑。
本发明所述装置对溶液温度要求低，料液温度较低(<45℃)时装置也可运行，且产水量和产水品质稳定可靠。装置利用能量来源多样化，可与太阳能、工业废热、发动机尾气余热等能源相结合。