[发明专利]一种高效率低能耗型废水回收利用装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及工业废水回收领域，具体地说是一种高效率低能耗型废水回收利用装置及其应用。

背景技术

废水资源化是回收水资源和废水中其它有用的化学资源，实现废水零排放，保护生态环境的重要技术。工业废水零排放的关键装备是电渗析浓缩器。

1、废水回收利用的目的有两个：一是回收废水中的水资源，废水中水资源占90%以上，脱除其中的盐类，达到生产工艺用水的要求，回用于生产中。即避免了废水污染环境水体，又避免消耗自然界已被过度开发，已经非常短缺的淡水资源；二是回收废水中其它的资源，废水中的各种金属盐类，既是污染源，又是可以回收的资源，而且往往就是生产工艺的原料或者产品，若能将之回收，则生产成本必然下降，同时还减少了排污费，使企业从中得到双重的经济效益。

2、废水回收利用常用的手段有两种：一是蒸发法。所谓的蒸发，就是将废水中的液态水，汽化为水蒸气，冷凝后得到淡水。典型的应用例子就是多级闪蒸型海水淡化装置。蒸发法常用的有（多级）真空蒸发和热泵蒸发两种工艺，其目的都是为了节约蒸汽的消耗，降低废水处理成本。我们知道，蒸发1m3的水所消耗的能量（汽化/潜热）是将其从0℃加热到100℃所需要能量（升温/显热）的5倍，所以蒸发是一个高能耗的工艺过程。工业上在有余热的场合使用比较合算。蒸发浓缩得到的浓水，一般可以直接或经过冷却（冻）得到固体的盐类结晶，再经过离心机将其与母液分离、洗涤、干燥即可得到成品；当然，如果生产工艺允许，也可以将浓水直接回用于生产中；二是电渗析法。电渗析法的工业应用历史已经有40多年了，它只消耗电能，电能利用率也达到90%以上，装置的使用寿命也可以达到5年以上，是一种非常实用的技术装备。电渗析法用于废水处理，可以方便地既得到淡水又可以将废水浓缩到几十倍甚至上百倍，经过（冷冻或蒸发）结晶、分离、洗涤、干燥就可以得到有用化学资源的固体结晶。电渗析法在满足同样的废水资源化的任务时，能量的消耗仅为蒸发法的1/5-1/10，而且只消耗电能，不需要工业锅炉及其配套的附属设备，所以处理系统组成简单，使用寿命长，废水处理成本低。为了使电渗析法更好地用于废水资源化，特将本法的核心—浓缩型电渗析器的机械密封和结构、工艺流程、电力供应三个主要方面，做了重新设计。工业实用结果表明，这次全部重新设计的电渗析法废水资源化工程中，达到了设计要求。

由上可见，浓缩型的电渗析器是废水资源化的重要的浓缩器。它的能耗仅为蒸发浓缩的1/5-1/10。并且还可以方便地与蒸发相结合，应用于一些特殊的废水的资源化。这里的废水资源化是指：一是要将水资源回收，回收的方法中极为重要的一点就是用浓缩型电渗析器去除其中的各种盐类，使之达到工业工艺用水的标准，再次回到工业生产工艺中去；二是要将工业废水中有用的金属盐或其它有用资源回收，回收的方法中极为重要的一点就是用浓缩型电渗析器浓缩其中的金属盐类，之后可以通过冷冻结晶，或再经蒸发得到固态的金属化合物。与常见的淡化型电渗析器不同，浓缩型电渗析器必须是具有极高的水收率，否则就达不到浓缩倍数或称为浓缩倍率的要求，增加之后的蒸发量，也就增加了能源的消耗。

总的来说，使用浓缩型电渗析器浓缩废水，得到含盐量相当于自来水水平的工艺回收用水，同时，还得到高度浓缩的、含有回收价值的有用化学资源的浓水，再经过冷冻结晶或稍加蒸发，就可以得到结晶固体。因为这时母液的体积，已经是原来废水质量的百分之几，所以，即使使用蒸发的办法，使其全部汽化所消耗的能量，也是可以接受的。以上所述就是人们常说的废水“零排放”。要达到零排放的目的，浓缩型电渗析器是不可或缺的。再有，直流电源是浓缩型电渗析器生产能力的至关重要的保障，恒流电源对于浓缩型电渗析器具有重要意义。

应用浓缩型电渗析器进行废水资源回收与应用淡化型电渗析器一样，也有三个主要部分组成，即：

第一是膜堆本体——包含锁紧端板、电极室、膜堆，对于它们的基本要求是可以有效防止极水、浓水、淡水之间的互相渗漏。尤其是电极室，需要重新设计与淡化电渗析器不同的电极室，才能满足要求。另外要选用能耐污染的膜。膜在裁剪前的处理比淡化型电渗析器更为重要；

第二是浓缩时的水路控制系统及工艺流程——能不能达到设计的浓缩倍数这是至关重要的，重新设计的水路控制系统及工艺流程，才能满足浓缩倍数的设计要求；

第三是浓缩型电渗析器的供电电源——浓缩型电渗析器的工作电流都很大，作为电渗析器过程的能源供给，浓缩型电渗析器对于供电电源的要求远高于淡化型。恒流源式的电源是必须的，它是生产能力的保障。