技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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
[0006] 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。
[0007] 为达到以上发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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：
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 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；
[0026] 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。
[0027] 本发明的有益效果为：
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 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。
附图说明
[0035] 图1是本发明所述小型模块式热法高盐废水脱盐系统示意图。
[0036] 图2是本发明所述小型模块式热法高盐废水脱盐系统处理不同浓度NaCl溶液的产水量和脱盐率结果图。
[0037] 图3是本发明所述小型模块式热法高盐废水脱盐系统在不同料液流量条件下处理26wt％NaCl溶液的产水量和脱盐率结果图。
[0038] 图中：1加湿器；2蒸发喷淋器；3壳体A；4填料A；5筛板A；6加热器；7流量控制器A；8水泵A；9排水阀；10浓溶液槽；11风量调节器；12风机；13液位控制阀；14溶液预热器；15流量控制器B；16水泵B；17除湿器；18冷却水喷淋器；19壳体B；20填料B；21筛板B；22排水阀B；23淡水槽。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图对本发明的具体
实施例作详细说明。应当说明的是，本实施例仅为以本发明技术方案为前提下的详细实施方案和具体操作过程，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则内所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0040] 实施例1
[0041] 如图1，小型模块式热法高盐废水脱盐系统由加湿器1、加热器6、流量控制器A 7、水泵A 8、排水阀A9、浓溶液槽10、风量调节器11、风机12、液位控制器13、溶液预热器14、流量控制器B15、水泵B16、除湿器17、排水阀B22、淡水槽23组成。
[0042] 加湿器1包括：蒸发喷淋器2、壳体A3、填料A4、筛板A5、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，连接管路上设置有流量控制器A；所述蒸发喷淋器位于壳体A的上部，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，其与除湿器热湿空气入口通过管路相连接；冷空气入口位于壳体A下部，且在溶液液面上方，其与风机出口端通过管路相连接；所述加热器位于加湿器的下部，且在溶液液面下方，用于加热待处理溶液；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。
[0043] 所述除湿器17包括：冷却水喷淋器18、壳体B19、填料B20、筛板B21、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；所述热湿空气入口位于壳体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。
[0044] 所述溶液预热器14位于除湿器外侧，溶液预热器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相连接。
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 采用上述装置进行热法脱盐的方法，包括以下步骤：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，热溶液与加湿器内的填料A发生碰撞并在其表面铺展成膜，部分液滴发生破碎、飞溅，并与加湿器下部冷空气入口进入的不饱和冷空气进行热质交换，剩余的浓溶液到达加湿器底部进行循环，浓溶液达到一定浓度后经排水阀A进入浓溶液槽；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，与除湿器上部冷却水喷淋器喷淋的水进行直接接触式热质交换，降温除湿后的冷空气从除湿器顶端冷空气出口排出，通过管路经风机进入加湿器，开始下一次循环；热湿空气经降温除湿后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，回收水蒸气冷凝潜热对溶液进行预热，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。
[0048] 本实施例中，为进一步实现装置的自动控制，装置还配套有自动控制系统(PLC控制)，包括所述加湿器设置的溶液浓度检测器和温度检测仪、所述除湿器设置的温度检测仪、液位计和水质分析仪、所述溶液预热器设置的温度检测仪。
[0049] 实施例2
[0050] 在本实施例中，选用实施例1中的小型模块式热法高盐废水脱盐系统作为实验装置，以进行不同浓度溶液的脱盐处理实验。分别选用去离子水和盐浓度为3.5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、26wt％的NaCl溶液作为待处理料液，蒸发喷淋器中溶液温度稳定在55℃，调节流量控制器使溶液的循环流量为1L/min，冷却水的循环流量为0.85L/min，调节风量调节器使系统循环风速为2.5m/s(2.65m3/min)，每种浓度条件下装置稳定运行1小时。系统产水量和脱盐率随溶液浓度变化的结果如图2所示。可以看出，随着溶液浓度的增加，系统单位时间产水量逐渐减小，当溶液浓度为26wt％(近饱和)时，系统单位产水量为900g/h；但系统脱盐率仍一直稳定在99.99％以上。结果表明，本发明所述的小型模块式热法高盐废水脱盐系统对高盐溶液特别是近饱和溶液，仍有很好的脱盐效果。这拓宽了系统处理溶液的种类和浓度范围，为高盐废水的减量化处理提供了新的选择方向。
[0051] 实施例3
[0052] 在本实施例中，选用实施例1中的小型模块式热法高盐废水脱盐系统作为实验装置，以进行不同料液流量下的饱和盐水脱盐实验。选用26wt％的NaCl溶液作为待处理料液，蒸发喷淋器中溶液温度稳定在55℃，冷却水的循环流量为0.85L/min，调节风量调节器使系统循环风速为2.5m/s(2.65m3/min)，调节流量控制器使溶液的循环流量分别为0.4L/min、0.8L/min、1.2L/min、1.6L/min，每种浓度条件下装置稳定运行1小时。系统产水量和脱盐率随料液流量变化的结果如图3所示。可以看出，在料液进入加湿器的温度一定时，随着料液流量的不断增加，加湿器内单位时间的溶液蒸发量增加，更多的水蒸气被输送至除湿器内进行降温冷凝，同时料液流量的增加，也增强了加湿器内的热质交换速率，系统产水量随之增加。而淡水含盐量一直保持较低，在30ppm以下，系统脱盐率一直稳定在99.99％以上。这为装置在具体实际中的应用提供了指导方向。
