串联式电镀废水热泵膜蒸发系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种串联式电镀废水热泵膜蒸发系统及方法，属于节能环保领域。其特征在于：该系统的热泵侧冷冻水（26）以并联方式通过n级冷凝器，可保证通过膜蒸发器的渗透侧冷冻水维持较低温度；电镀废水料液以串联方式，依次通过n级膜蒸发器，可以使进入每一级膜蒸发器的料液维持较高的温度，保持高的传质驱动力。相比于常规热泵耦合膜蒸发系统，该系统可以借助多级膜蒸发器大幅度提升浓度，实现降温结晶资源化回收。此外，该系统还可以根据料液浓度提升要求，灵活的进行级数选择。由于该系统与热泵构成闭式循环，因此整体的节能性能也显著提升，并且通过多级膜蒸发器获得的冷冻水（26）也可再次进行循环使用，实现了电镀废水的“零排放”。。。

【技术实现步骤摘要】
串联式电镀废水热泵膜蒸发系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种串联式电镀废水热泵膜蒸发系统及方法，属于节能环保领域。

技术介绍

[0002]金属制品业中的电镀行业是当今全球的三大污染工业之一，特别是对于工业快速发展的国家，电镀废水占工业废水的比例。如果随意排放，不仅会对水体和土壤造成严重污染，如果进行合规处理，则大量废水进行后处理需要高昂的费用，因此，对于小型企业也是较大的负担。
[0003]在处理电镀废水的众多常见方法中，蒸发结晶法有着不需要引入新物质和不产生污染的突出优点。现在蒸发结晶法多采用多效蒸发法，但由于该方法能耗高，很少被采用，仅作为辅助手段。而膜蒸发技术作为蒸发与膜过滤耦合的一种水处理方法，因其具有截留率高，装置结构紧凑、简单和操作压力低等优点，受到了人们广泛关注研究。因此将膜蒸发技术与热泵技术进行结合，探究一种新的废水处理方式是十分有意义的。
[0004]目前也有将膜蒸馏与热泵结合使用的方式，但是在做到节能的同时无法将溶液进行大幅度的浓度提升，导致最终结晶困难，因而无法做到资源化回收，如果想要达到高浓度的浓缩，就会导致节能效果的下降，这是由于膜两侧由温差产生的传质驱动力会沿膜的长度方向下降，如果需要达到更高的浓度则需要提高进料温度，这就会导致能耗的升高。如何做到节能的同时也可以进行高浓度浓缩，利于后面的资源化处理，这是未来研究的方向和趋势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种可以低能耗和高效率地进行废液的高浓度浓缩，且可以对废水中的金属盐类进行资源化回收的电镀废水处理系统及方法，实现废水的“零排放”资源化处理。该系统包括第一蒸发器，第二蒸发器，压缩机，第一级冷凝器，第二级冷凝器至第n
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1级冷凝器和第n级冷凝器，电子膨胀阀，循环泵，第一级膜蒸发器，第二级膜蒸发器至第n
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1级膜蒸发器和第n级膜蒸发器，换热器，结晶罐，第n级循环泵，第n
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1级循环泵至第二级循环泵，第n级储料罐，第n
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1级储料罐至第二级储料罐，储水罐；第一蒸发器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；第二蒸发器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；上述第一级冷凝器至第n级冷凝器均包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；上述第一级膜蒸发器至第n级膜蒸发器均由热侧通道、疏水膜、冷侧通道组成，包括冷侧进口、冷侧出口、热侧进口和热侧出口；换热器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；结晶罐包括溶液进口、溶液出口、结晶物出口；
第一蒸发器冷侧出口与第二蒸发器的冷侧进口相连，第二蒸发器的冷侧出口通过压缩机分别与第一级冷凝器，第二级冷凝器至第n
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1级冷凝器和第n级冷凝器的热侧进口相连，第一级冷凝器，第二级冷凝器至第n
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1级冷凝器和第n级冷凝器热侧出口均通过电子膨胀阀与第一蒸发器冷侧进口相连；初始电镀废水与从第一级膜蒸发器出来的浓废水汇合，经循环泵与第一级冷凝器冷侧进口相连，第一级冷凝器冷侧出口与第一级膜蒸发器热侧进口相连，第一级膜蒸发器热侧出口与第二级冷凝器冷侧进口相连，第二级冷凝器冷侧出口与第二级膜蒸发器热侧进口相连，第二级膜蒸发器热侧出口分为两路，一路与下一级冷凝器冷侧进口相连，另一路则经第二级循环泵和第二级储料罐回流至第一级膜蒸发器热侧出口与第二级冷凝器冷侧进口相连，进入第二级冷凝器冷侧进口，以此类推，直到第n
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1级冷凝器冷侧出口与第n
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1级膜蒸发器热侧进口相连，第n
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1级膜蒸发器热侧出口为两路，一路与第n级冷凝器冷侧进口相连，另一路则经第n
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1级循环泵和第n
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1储料罐回流至前一级膜蒸发器热侧出口与第n
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1级冷凝器冷侧进口相连，第n级冷凝器冷侧出口与第n级膜蒸发器热侧进口相连，第n级膜蒸发器热侧出口与换热器热侧进口相连，换热器热侧出口与第一蒸发器热侧进口相连，第一蒸发器热侧出口与结晶罐溶液进口相连，结晶罐结晶物出口与环境相连，从结晶罐溶液出口排出的饱和废水经过第n级循环泵和第n级储料罐回流至第n
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1级膜蒸发器热侧出口，与第n
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1级膜蒸发器热侧出口汇合，共同进入第n级冷凝器冷侧进口，以此完成废水循环；第二蒸发器热侧出口与淡水储罐相连，淡水储罐出口分为n路，分别与第一级膜蒸发器、第二级膜蒸发器至第n
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1级膜蒸发器和第n级膜蒸发器冷侧进口相连，第一级膜蒸发器、第二级膜蒸发器至第n
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1级膜蒸发器和第n级膜蒸发器冷侧出口汇总之后与第二蒸发器热侧进口相连，开始下轮循环；环境空气与换热器冷侧进口相连，换热器冷侧出口与环境相连。
[0006]根据本专利技术所述的串联式电镀废水热泵膜蒸发系统的方法，其特征在于包括以下过程：制冷剂通过第一蒸发器冷侧，被其热侧的电镀废水加热后蒸发，部分变成蒸汽之后，又通过第二蒸发器冷侧，被热侧的冷冻水加热后蒸发，全部变成低温低压的制冷剂饱和蒸汽，然后进入压缩机被压缩为高温高压的制冷剂蒸汽，然后将蒸汽分为n路，分别进入第一级冷凝器，第二级冷凝器至第n
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1级冷凝器和第n级冷凝器热侧，对其冷侧的电镀废水进行加热，放热后的制冷剂被冷凝为高压的饱和液态，分别从第一级冷凝器，第二级冷凝器至第n
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1级冷凝器和第n级冷凝器的热侧出口流出，汇总之后进入电子膨胀阀降温降压变成汽液混合态，然后再流入第一蒸发器冷侧进口，开始下一轮循环；初始废水与从第一级膜蒸发器出来的浓废水汇合，保证进料流量，然后经循环泵送入第一级冷凝器冷侧进口，在吸收了其热侧高温高压制冷剂冷凝释放的热量后温度升高，然后送入第一级膜蒸发器热侧进口，在经过传热传质的作用后，废水的浓度升高并且温度降低，回流一部分与初始废水汇合进入循环，另一部分与来自第二级膜蒸发器出来的浓废水汇合，共同进入第二级冷凝器冷侧进口，在吸收了第二级冷凝器热侧高温高压制冷剂冷凝释放的热量后温度升高，然后进入第二级膜蒸发器热侧进口，浓度升高并且温度降低的废水从第二级膜蒸发器热侧出口流出又分为两路，一路回流至第一级膜蒸发器热侧出口，汇合后进入第二级冷凝器冷侧进口，另一路与来自下一级膜蒸发器出来的浓废水汇合
后共同进入下一级冷凝器冷侧进行升温，以此类推，废液在第n
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1级冷凝器中吸收了热侧高温高压制冷剂冷凝释放的热量后温度升高，然后进入第n
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1级膜蒸发器热侧进口，浓度升高并且温度降低的废水从第n
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1级膜蒸发器热侧出口流出又分为两路，一路回流至前一级膜蒸发器热侧出口，汇合后进入第n
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1级冷凝器冷侧进口，另一路与则与从结晶罐出来的饱和废水汇合后，共同进入第n级冷凝器冷侧进口，在吸收了第n级冷凝器热侧高温高压制冷剂冷凝释放的热量后温度升高，废液进入第n级膜蒸发器热侧进口，废水在第n级膜蒸发器中浓度得到进一步升高，从第n级膜蒸发器热侧出口流出；来自第n级膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联式电镀废水热泵膜蒸发系统，其特征在于：该系统包括第一蒸发器（1），第二蒸发器(2)，压缩机(3)，第一级冷凝器（4）,第二级冷凝器（5）至第n
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1级冷凝器（6）和第n级冷凝器（7），电子膨胀阀(8)，循环泵（9），第一级膜蒸发器（10），第二级膜蒸发器（11）至第n
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1级膜蒸发器（12）和第n级膜蒸发器（13），换热器（14），结晶罐(15)，第n级循环泵（16），第n
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1级循环泵（18）至第二级循环泵（20），第n级储料罐（17），第n
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1级储料罐(19)至第二级储料罐(21)，储水罐(22)；第一蒸发器（1）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；第二蒸发器（2）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；上述第一级冷凝器(4)至第n级冷凝器(7)均包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；上述第一级膜蒸发器（10）至第n级膜蒸发器（13）均由热侧通道、疏水膜、冷侧通道组成，包括冷侧进口、冷侧出口、热侧进口和热侧出口；换热器(14)包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；结晶罐(15)包括溶液进口、溶液出口、结晶物出口；第一蒸发器(1)冷侧出口与第二蒸发器（2）的冷侧进口相连，第二蒸发器（2）的冷侧出口通过压缩机(3)分别与第一级冷凝器(4)，第二级冷凝器(5)至第n
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1级冷凝器(6)和第n级冷凝器(7)的热侧进口相连，第一级冷凝器(4)，第二级冷凝器(5)至第n
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1级冷凝器(6)和第n级冷凝器(7)热侧出口均通过电子膨胀阀(8)与第一蒸发器(1)冷侧进口相连；初始电镀废水（23）与从第一级膜蒸发器（10）出来的浓废水（24）汇合，经循环泵(9)与第一级冷凝器(4)冷侧进口相连，第一级冷凝器(4)冷侧出口与第一级膜蒸发器（10）热侧进口相连，第一级膜蒸发器（10）热侧出口与第二级冷凝器(5)冷侧进口相连，第二级冷凝器(5)冷侧出口与第二级膜蒸发器（11）热侧进口相连，第二级膜蒸发器（11）热侧出口分为两路，一路与下一级冷凝器冷侧进口相连，另一路则经第二级循环泵（20）和第二级储料罐（21）回流至第一级膜蒸发器（10）热侧出口与第二级冷凝器（5）冷侧进口相连，进入第二级冷凝器（5）冷侧进口， 以此类推，直到第n
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1级冷凝器（6）冷侧出口与第n
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1级膜蒸发器（12）热侧进口相连，第n
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1级膜蒸发器（12）热侧出口为两路，一路与第n级冷凝器（7）冷侧进口相连，另一路则经第n
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1级循环泵（18）和第n
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1储料罐（19）回流至前一级膜蒸发器热侧出口与第n
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1级冷凝器（6）冷侧进口相连，第n级冷凝器(7)冷侧出口与第n级膜蒸发器（13）热侧进口相连，第n级膜蒸发器(13)热侧出口与换热器(14)热侧进口相连，换热器(14)热侧出口与第一蒸发器(1)热侧进口相连，第一蒸发器（1）热侧出口与结晶罐（15）溶液进口相连，结晶罐（15）结晶物出口与环境相连，从结晶罐（15）溶液出口排出的饱和废水（25）经过第n级循环泵（16）和第n级储料罐（17）回流至第n
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1级膜蒸发器（12）热侧出口，与第n
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1级膜蒸发器（12）热侧出口汇合，共同进入第n级冷凝器（7）冷侧进口，以此完成废水循环；第二蒸发器(2)热侧出口与淡水储罐(22)相连，淡水储罐(22)出口分为n路，分别与第一级膜蒸发器（10）、第二级膜蒸发器（11）至第n
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1级膜蒸发器（12）和第n级膜蒸发器（13）冷侧进口相连，第一级膜蒸发器（10）、第二级膜蒸发器（11）至第n
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1级膜蒸发器（12）和第n级膜蒸发器（13）冷侧出口汇总之后与第二蒸发器(2)热侧进口相连，开始下轮循环；环境空气（29）与换热器(14)冷侧进口相连，换热器（14）冷侧出口与环境相连。2.根据权利要求1所述的串联式电镀废水热泵膜蒸发系统的方法，其特征在于包括以
下...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晨，彭有德，高鹏举，徐阳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：