一种冰晶自动吸附脱附装置及其应用的制作方法

1.本公开涉及高盐废水处理技术领域，具体提供一种冰晶自动吸附脱附装置及其使用方法与应用。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
3.水污染问题日趋严重，水资源严重匮乏，化工、医药、食品加工等行业产生了大量高盐有机废水，给环境带来了极大的危害。高盐有机废水因为成分复杂，有毒有害物质较多，无机盐浓度较高给废水的循环利用以及零排放带来了极大的困难。国内外常用的处理技术有生物法、物理化学法和高级氧化技术等。但是因为盐度高以及含有有机物的缘故一直没有得到很好的处理解决方案。
4.针对高盐高有机含量的废水最经济的处理方式就是吸附法，但由于一般吸附剂如活性炭、石墨等材料在吸附饱和后再生困难，使用几次后就作为污染废弃物予以处置，造成严重的二次污染。
5.为此，现有技术中针对这一问题提供了人工冷冻结晶法，人工冷冻结晶法是目前国内外学者研究较多的一种冷冻分凝法。根据冰晶的结晶方式不同又可分为悬浮结晶法和层状结晶法。前者是以无数自由悬浮于母液中的小冰晶为特征，后者是一种沿冷却面形成冰层的冷冻方法。
6.其中，悬浮结晶法所需冰冻时间短、成冰率高，但悬浮冰颗粒小且悬浮于母液中，这就决定了悬浮结晶法冰晶与母液分离比较困难，且冰晶易受污染。因此，现有技术中针对层状结晶法提供了一些吸附处理装置，但发明人发现，现有技术中针对层状结晶法提供的吸附处理装置换热复杂，需要大量冷源，且冷源回收困难，另外针对冰晶回收，需要进行刮冰或使用大量热源，其中，刮冰对装置伤害较大，而使用大量热源则带来能源的浪费。


技术实现要素：

7.针对现有技术中层状结晶法提供的吸附处理装置换热复杂，需要大量冷源，且冷源回收困难，针对冰晶回收，则需要进行刮冰或使用大量热源，其中，刮冰对装置伤害较大，而使用大量热源则带来能源的浪费的问题。
8.本公开一个或一些实施方式中，提供一种冰晶自动吸附脱附装置，包括双壳体反应器，所述双壳体反应器包括嵌套的、呈圆柱形空腔结构的内壳体反应器与外壳体反应器，二者之间形成中空腔，为冰晶吸附脱附区域；
9.内壳体反应器内腔体为冷媒介质区域；
10.所述中空腔中有液体喷淋管路、气体喷射管路和加热辐射装置。
11.本公开一个或一些实施方式中，提供一种污水治理方法，在上述冰晶自动吸附脱附装置中进行，包括如下步骤：
12.通过液体喷淋管路喷射清水到内壳体反应器外壁上，内壳体反应器内腔体内注入
冷媒介质，内壳反应器的外壁上形成逐渐增厚的覆盖冰层，冰层达到一定厚度，停止清水喷淋并排出反应器内残留的清水，通过位于液体喷淋管路喷射污水到内壳体反应器外壁上，停留一段时间后，排出残留在反应器内的污水，
13.通过气体喷射管路向冰晶喷射气体，同时开启加热辐射装置，对冰层同时进行加热与吹脱，排出覆冰溶解后成为含有原污水2
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3倍以上污染成分的浓缩液；
14.脱落覆冰排出后，关闭加热辐射装置及气体喷射管路，通过液体喷淋管路喷射清水到内壳体反应器外壁上，内壳体反应器内腔体内注入冷媒介质，开始新的一轮吸附脱附过程，以此顺序循环往复，实现污水治理。
15.上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：
16.1)本公开以冰作为吸附剂，将污水中的有机物与无机物吸附到冰层表面的冰晶中，并提供了一种利用冰晶吸附脱附技术实现高盐废水深度浓缩的冰晶自动吸附脱附装置，实现了吸附脱附的全自动流程，具有成本低廉，操作简单，无二次污染的特点。整个装置结构简单，操作方便，节约了浓缩工艺成本，大幅降低能耗，使用水(冰晶)作为吸附剂，杜绝了二次污染，使用的效果相对于传统方式更好。
17.2)本公开避免了现有技术中冰晶吸附装置中换热复杂的问题，仅利用双壳体反应器即完成了冰晶复杂的吸附过程，且冷媒介质位于双壳反应器最中心部位，用量少，换热面积大，大大节约了冷源。根据工艺来看，本公开所述的工艺操作简单，可以实现污水脱污、重盐水浓缩等多种复杂工艺。
18.3)本公开在中空腔室设计了加热辐射装置，与气体喷射管路配合，将冰晶快速脱附分离，开启下一轮吸附，避免使用刮冰器损伤装置。
附图说明
19.构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
20.图1为实施例1的冰晶自动吸附脱附装置主视结构图；
21.图2为实施例1的冰晶自动吸附脱附装置俯视剖面结构图；
22.图3为实施例1的冰晶自动吸附脱附装置a
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a面侧视结构图；
23.图4为实施例1的冰晶自动吸附脱附装置b
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b面侧视结构图。
24.图5为实施例2的冰晶自动吸附脱附装置主视结构图。
25.其中，1、双壳体反应器，2、外壳体反应器圆柱型空腔结构，3、外壳体反应器腔体，4、中空腔外壳体，5、中空腔圆柱型空腔结构，6、中空腔内壳体，7、内壳体反应器外腔体，8、内壳体反应器，9、内壳体反应器内腔体，10、连接到内壳体反应器圆柱型结构顶部的喷淋腔体外壳体，11、喷淋腔体，12、连接到内壳体反应器圆柱型结构底部的出水腔体外壳体，13、设于外壳体反应器圆柱型结构底部的浓缩液出水管，14、浓缩液出水法兰，15、冷冻液入口管法兰，16、加热辐射装置，17、气体喷射管路，18、液体喷淋管路，19、液体注入口，20、气体出口，21、设于外壳体反应器腔体底部的污水淡液出水管，22、污水淡液出水法兰，23、气体进口法兰，24、液体进口法兰，25、气体出口，26、冷冻液出口法兰，27、双壳体反应器a端法兰盘，28、双壳体反应器b端法兰盘，29、设于外壳体反应器腔体底部的清水出水管，30、清水出水法兰，31、流体进口(出口)法兰，32、设于双壳体反应器a端法兰盘上的红外辐射加热灯管
安装法兰，33、设于双壳体反应器b端法兰盘上的红外辐射加热灯管安装法兰，34、旋转接头，35、电动机，36、旋转转子。
具体实施方式
26.下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
27.针对现有技术中层状结晶法提供的吸附处理装置换热复杂，需要大量冷源，且冷源回收困难，针对冰晶回收，则需要进行刮冰或使用大量热源，其中，刮冰对装置伤害较大，而使用大量热源则带来能源的浪费的问题。
28.本公开一个或一些实施方式中，提供一种冰晶自动吸附脱附装置，包括双壳体反应器1，所述双壳体反应器1包括嵌套的、呈圆柱形空腔结构的内壳体反应器与外壳体反应器，二者之间形成中空腔，为冰晶吸附脱附区域；
29.内壳体反应器内腔体9为冷媒介质区域；
30.所述中空腔中有液体喷淋管路18、气体喷射管路17和加热辐射装置16。
31.本公开以冰作为吸附剂，将污水中的有机物与无机物吸附到冰层表面的冰晶中，并提供了一种利用冰晶吸附脱附技术实现高盐废水深度浓缩的冰晶自动吸附脱附装置，实现了吸附脱附的全自动流程，具有成本低廉，操作简单，无二次污染的特点。
32.优选的，所述中空腔中嵌套中空腔外壳体4与中空腔内壳体6，中空腔两层壳体之间为中空腔圆柱型空腔结构5；
33.并将中空腔中中空腔两层壳体外的区域分为内壳体反应器外腔体7和外壳体反应器腔体3；既外壳体反应器腔体内部且内壳体反应器之外的空间，设有中空腔外壳体4与中空腔内壳体6，中空腔外壳体4与中空腔内壳体6之间的空间形成中空腔圆柱型空腔结构5，中空腔内壳体6与内壳体反应器之间的空间形成内壳体反应器外腔体7。
34.其中，内壳体反应器外腔体7为冰晶吸附脱附区域；
35.中空腔圆柱型空腔结构5中设置辐射加热管16；
36.优选的，所述辐射加热管16沿中空腔圆柱型空腔结构5空间呈环形均匀分布；
37.优选的，所述双壳体反应器1沿长度方向横向设置，所述液体喷淋管路18、气体喷射管路17位于中空腔圆柱型空腔结构5上方位置处。
38.具体的，所述冰晶自动吸附脱附装置包括双壳体反应器1，具有双壳体结构，由外壳体反应器与内壳体反应器两部分组成；外壳体反应器，具有圆柱型空腔结构；内壳体反应器，具有圆柱型空腔结构，内壳体反应器嵌套设于外壳体反应器内部，内壳体反应器与外壳体反应器水平轴线平行或重叠，内壳体反应器两端通过法兰固定在外壳体两端的法兰盘上，外壳体两端的法兰盘上设有流体入口法兰与流体出口法兰；内壳体反应器内注入冷媒介质，内壳反应器的外壁上形成逐渐增厚的覆盖冰层。
39.流体入口法兰，设置为若干个，流体入口法兰的一端穿过外壳体一侧的法兰盘插入外壳体反应器的圆柱型结构部分，另一端通过反应器外侧的流体入口管路与进料泵连接；流体出口法兰，设置为若干个，流体出口法兰的一端穿过外壳体一侧的法兰盘插入外壳体反应器的圆柱型结构部分，另一端连接反应器外侧的流体出口管路；外壳体反应器底部
设有流体排出口法兰若干个，外壳体反应器内部且内壳体反应器外侧的空间设有液液体喷淋管路18、气体喷射管路17、红外辐射加热灯管若干个，液体喷淋管路18、气体喷射管路17位于内壳体反应器上方，红外辐射加热灯管均匀分布在内壳体反应器外侧周边。
40.优选的，中空腔内壳体6材质为玻璃或石英管、ppr，中空腔外壳体7材质为不锈钢材料；
41.优选的，所述双壳体反应器1两端有法兰盘，所述液体喷淋管路、气体喷淋管路和辐射加热管通过法兰盘固定。
42.优选的，所述中空腔圆柱型空腔结构5上方有喷淋腔体11，所述液体喷淋管路18、气体喷射管路17位于喷淋腔体11内，所述喷淋腔体11与冰晶吸附脱附区域连通，所述中空腔圆柱型空腔结构5除喷淋腔体11外的部分相对封闭，
43.所述内壳体反应器外腔体7和外壳体反应器腔体3连通。
44.优选的，所述外壳体反应器两端的法兰盘上设置流体入口法兰与流体出口法兰若干个。
45.优选的，所述双壳体反应器1沿长度方向横向设置，外壳体反应器底部设有冰晶脱附液排出口法兰若干个。
46.优选的，所述加热装置为红外辐射加热灯管或微波发生器或超声波发生器中的一种。加热辐射装置产生的能量辐射穿透中空腔内壳体6与内壳体反应器外腔体7作用于所述内壳体反应器腔体外壁上覆盖的冰层表面冰晶。
47.优选的，外壳体反应器与内壳体反应器端部通过旋转接头连接，内壳体反应器一端连接到旋转电机转子上，使其能够绕其中心轴自传。
48.本公开一个或一些实施方式中，提供一种污水治理方法，在上述冰晶自动吸附脱附装置中进行，包括如下步骤：
49.通过液体喷淋管路18喷射清水到内壳体反应器外壁上，内壳体反应器内腔体9内注入冷媒介质，内壳反应器的外壁上形成逐渐增厚的覆盖冰层，冰层达到一定厚度，停止清水喷淋并排出反应器内残留的清水，通过位于液体喷淋管路18喷射污水到内壳体反应器外壁上，停留一段时间后，排出残留在反应器内的污水，
50.通过气体喷射管路17向冰晶喷射气体，同时开启加热辐射装置16，对冰层同时进行加热与吹脱，排出覆冰溶解后成为含有原污水2
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3倍以上污染成分的浓缩液；
51.脱落覆冰排出后，关闭加热辐射装置16及气体喷射管路17，通过液体喷淋管路18喷射清水到内壳体反应器外壁上，内壳体反应器内腔体9内注入冷媒介质，开始新的一轮吸附脱附过程，以此顺序循环往复，实现污水治理。
52.优选的，其中，清水或污水注入方式为：向外壳体反应器腔体3注入清水或污水并使清水漫过内壳体反应器外壁顶部。
53.本公开一个或一些实施方式中，提供一种高盐废水深度浓缩方法，在上述冰晶自动吸附脱附装置中进行，具体步骤与上述污水治理方法相同。
54.既通过位于内壳体反应器上方的液体喷淋管路18喷射清水到内壳体反应器外壁上，或通过清水注入口注入清水并使清水漫过内壳体反应器外壁顶部，内壳反应器的外壁上形成的冰层达到一定厚度，停止清水喷淋并排出反应器内残留的清水，通过位于内壳体反应器上方的液体喷淋管路喷射污水到内壳体反应器外壁上，或通过污水注入口向外壳体
反应器内部且内壳体反应器外侧的空间注入含有污水，使污水水面漫过内壳体反应器顶部后，停止注入污水并停留一定时间，排出残留在反应器内的污水，排出后污水成为含有原污水30％
‑
50％污染成分的淡液。
55.通过位于内壳体反应器上方的气体喷射管路17，向内壳体反应器外壁喷射气体，并通过设于外壳体反应器一侧法兰盘下方的气体出口排出，气体出口设于外壳体反应器一侧法兰盘下方，且外壳体反应器腔体底部以上的位置；同时围绕内壳体反应器外侧四周设置的加热辐射装置16开启，对覆盖在内壳体反应器外壁上的冰层同时进行加热与吹脱，实现表层覆冰快速脱离内壳体反应器外壁，并经过设于外壳体反应器底部的流体排出口排出反应器外侧，排出后覆冰溶解后成为含有原污水2
‑
3倍以上污染成分的浓缩液。
56.脱落覆冰排出后，关闭加热辐射装置1及气体喷射管路17，关闭设于外壳体反应器底部的流体排出口，通过位于内壳体反应器上方的液体喷淋管路喷射清水到内壳体反应器外壁上，或通过清水注入口注入清水并使清水漫过内壳体反应器外壁顶部，内壳体反应器腔体内注入冷媒介质，内壳体反应器的外壁上形成逐渐增厚的覆盖冰层，开始新的一轮吸附脱附过程，以此顺序循环往复，实现冰晶自动吸附/脱附的过程。
57.实施例1
58.如图1
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4所示，冰晶自动吸附脱附装置包括双壳体反应器1、双壳体反应器两端法兰盘，既双壳体反应器a端法兰盘27或双壳体反应器b端法兰盘28、中空腔外壳体4与中空腔内壳体6形成的中空腔圆柱型空腔结构5、加热辐射装置16、气体喷射管路17、液体喷淋管路18，双壳体反应器1，具有双壳体结构，由外壳体反应器圆柱型空腔结构2与内壳体反应器圆柱型空腔结构8两部分组成；外壳体反应器具有圆柱型空腔结构2；内壳体反应器具有圆柱型空腔结构8，内壳体反应器圆柱型空腔结构8嵌套设于外壳体反应器圆柱型空腔结构2内部，内壳体反应器8与外壳体反应器2水平轴线平行或重叠，内壳体反应器8两端通过法兰固定在外壳体2两端的法兰盘，既双壳体反应器a端法兰盘27或双壳体反应器b端法兰盘28上，外壳体2两端的法兰盘上设有流体进口(出口)法兰31；内壳体反应器内腔体9内注入冷媒介质，内壳反应器8的外壁上形成逐渐增厚的覆盖冰层。
59.流体入口法兰31，设置为若干个，流体入口法兰31的一端穿过外壳体一侧的法兰盘插入外壳体反应器的圆柱型结构2部分，另一端通过反应器1外侧的流体入口管路与进料泵连接；流体出口法兰31，设置为若干个，流体出口法兰31的一端穿过外壳体2一侧的法兰盘插入外壳体反应器的圆柱型结构2部分，另一端连接反应器外侧的流体出口管路；外壳体反应器2底部设有流体排出口法兰，既浓缩液出水法兰14、清水出水法兰30、污水淡液出水法兰22三个，外壳体反应器2内部且内壳体反应器8外侧空间设有一根液体喷淋管路18、一根气体喷射管路17、加热辐射装置4个，其中液体喷淋管路18、气体喷射管路17位于内壳体反应器8上方。
60.本实施例中，外壳体反应器圆柱型空腔结构2内部且内壳体反应器8之外的空间，设有中空腔外壳体4与中空腔内壳体6，中空腔外壳体4与中空腔内壳体6之间的空间形成中空腔圆柱型空腔结构5，中空腔内壳体6与内壳体反应器8之间的空间形成内壳体反应器外腔体7。
61.在本实施例中，本实施例中加热辐射装置16为红外辐射加热灯管，4个红外辐射加热灯管均匀分布在内壳体反应器外侧周边，中空腔外壳体4与中空腔内壳体6围绕形成的中
空腔圆柱型空腔结构5内，红外辐射加热灯管产生的能量辐射穿透中空腔内壳体与内壳体反应器外腔体7作用于所述内壳体反应器腔体外壁上覆盖的冰层表面冰晶。在本实施例中，中空腔外壳体4为316不锈钢材质，中空腔内壳体6为石英管材质。
62.实施例2
63.如图5所示，冰晶自动吸附脱附装置外壳体反应器2与内壳体反应器圆柱型结构8的端部通过旋转接头34连接，内壳体反应器圆柱型结构8一端连接到电动机35的旋转转子36上，内壳体反应器圆柱型结构8绕水平轴做自转运动。
64.实施例3
65.本实施例提供了一种利用冰晶吸附脱附技术实现高盐废水深度浓缩的冰晶自动吸附脱附方法，在实施例1所述的冰晶自动吸附脱附装置中进行，包括如下步骤：
66.通过位于内壳体反应器8上方的液体喷淋管路18喷射清水到内壳体反应器8外壁上，或通过液体注入口19注入清水至内壳体反应器外腔体7内，并使清水注入漫过内壳体反应器8外壁顶部，内壳反应器8的外壁上形成的冰层达到一定厚度，停止清水喷淋并排出反应器内残留的清水，通过位于内壳体反应器8上方的液体喷淋管路18喷射污水到内壳体反应器18外壁上，或通过污水注入口31向外壳体反应器2内部且内壳体反应器8外侧的内壳体反应器外腔体7内注入污水，使污水水面漫过内壳体反应器8顶部后，停止注入污水并停留一定时间，排出残留在反应器1内的污水，排出后污水成为含有原污水30％
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50％污染成分的淡液。
67.通过位于内壳体反应器8上方的气体喷射管路17，向内壳体反应器8外壁喷射气体，并通过设于外壳体反应器2一侧法兰盘28下方的气体出口20排出，气体出口20设于外壳体反应器2一侧法兰盘28下方，且外壳体反应器2腔体底部以上的位置；同时围绕内壳体反应器8外侧四周设置的加热辐射装置16开启，对覆盖在内壳体反应器8外壁上的冰层同时进行加热与吹脱，实现表层覆冰快速脱离内壳体反应器8外壁，并经过设于外壳体反应器2底部的浓缩液出水法兰14排出反应器外侧，排出后覆冰溶解后成为含有原污水2
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3倍以上污染成分的浓缩液。
68.脱落覆冰排出后，关闭红外辐射加热灯管16及气体进口法兰23，关闭设于外壳体反应器2底部的浓缩液出水法兰14，通过位于内壳体反应器8上方的液体喷淋管路18喷射清水到内壳体反应器外壁上，或通过液体注入口19注入清水并使清水漫过内壳体反应器8外壁顶部，内壳体反应器腔体内9注入冷媒介质，内壳体反应器8的外壁上形成逐渐增厚的覆盖冰层，开始新的一轮吸附脱附过程，以此顺序循环往复，实现冰晶自动吸附/脱附的过程。在本实施例中冷媒介质为导热油。
69.以上所揭露的仅为本公开的优选实施例而已，当然不能以此来限定本公开之权利范围，因此依本公开申请专利范围所作的等同变化，仍属本公开所涵盖的范围。