基于热泵技术的低温蒸发废水废液系统设计开发

高盐废水或微咸水的脱盐通常通过以下两个主要过程中的任一个进行：    （a）通过蒸发水蒸气或（b）通过使用半透膜将淡水与浓缩物分离。在相变或热处理中，通过利用热源实现高盐废水的蒸馏。在膜过程中，电用于驱动高压泵或用于建立电场以分离离子。 基于热能的重要商业脱盐方法是多级闪蒸（MSF），多效蒸馏（MED）和热蒸汽压缩（TVC）。MSF和MED过程由连续降低温度和压力的许多连续阶段组成。   多级闪蒸过程基于当高盐废水进入真空室时由于突然减压（闪蒸）而产生来自高盐废水或盐水的蒸汽。在连续降低压力的情况下逐步重复该过程。通过再生加热给水来完成蒸汽的冷凝。该过程需要外部蒸汽供应，通常在约100℃的温度下。最大操作温度受到结垢形成的限制，因此该过程的热力学性能也受到限制。   对于多效蒸馏系统，通过在一系列级联室中的每一个中以给定压力加热高盐废水来产生水蒸气。在一个阶段产生的蒸汽或“效应”用于加热下一阶段的盐水，其处于较低的压力。这些系统的热性能与级数成比例，资本成本限制了所使用的级数。   在热蒸汽压缩系统中，在从盐溶液产生水蒸气之后，使用高压蒸汽供应对水蒸气进行热压缩，然后冷凝以产生饮用水。   第二类重要的工业脱盐工艺使用膜技术，主要是反渗透（RO）和电渗析（ED）。反渗透利用动力驱动泵，将给水压力增加到所需值。所需压力取决于进料的盐浓度。泵通常是电驱动的。用于反渗透系统，这是目前最经济的脱盐系统，水的生产成本可高达US $ 3 /米3为较小的容量（例如，5至100米的植物3/天）。此外，反渗透设备需要专业人员来进行操作和维护。电渗析过程还需要电能通过合适的离子交换膜产生离子迁移。反渗透和电渗析都可用于咸水淡化; 然而，反渗透对于大规模高盐废水淡化的多级闪蒸工艺也具有竞争力。   多级闪蒸工艺占热脱盐工艺的75％以上，而反渗透工艺占水生产的膜工艺的90％以上。多级闪蒸设备通常有能力从10万至几乎百万米3 /天。在操作中，最大的反渗透目前植物是植物阿什凯隆，在33万米3 /天。   脱盐的其他方法包括诸如离子交换过程，液 - 液萃取和气体水合物过程的过程。除非需要为特殊应用生产高纯度（总溶解固体<10ppm）的水，否则大多数这些方法都没有被广泛使用。   最近引起广泛关注的另一个有趣的过程是正向渗透过程。在该过程中，载体溶液用于产生比高盐废水更高的渗透压。结果，高盐废水中的水通过渗透作用流过膜到达载体溶液。然后将该水与稀释的载体溶液分离以产生纯水和浓缩溶液，将其送回渗透池。该技术尚未在商业上得到证实。   作为本发明根源的技术被称为加湿 - 除湿（HDH）。HDH过程涉及在加湿器中从加热的水源（例如，高盐废水）中蒸发水，其中蒸发的水加湿载气。然后将加湿的载气送到除湿器，在那里水从载气中冷凝出来。   HDH循环的前身是简单的太阳能蒸馏器。在太阳能蒸馏器中，容纳在外壳中的水被太阳光加热以引起蒸发，并且蒸发的水冷凝在外壳的玻璃盖上并被收集。太阳能仍然是最严重的缺点是其效率低（通常产生的增益输出比小于0.5）。太阳能的低效率主要是通过蒸馏器的玻璃盖立即损失冷凝潜热的结果。一些设计恢复和重复使用冷凝热，提高了静止的效率。这些设计（称为多效静止图像）实现了静止效率的一些提高，但整体性能仍然相对较低。   引导载气流通过至少一个加湿器中的加湿室;   加热液体混合物;将加热的液体混合物喷洒在加湿室中的填充材料上，其中加热的液体混合物直接接触载气流以用从液体混合物蒸发的水加湿载气，产生加湿的气流，其中加湿中的总压力腔室小于环境大气压;引导加湿气流通过至少一个除湿器中的除湿室;   对除湿室内的加湿气流进行除湿，使来自加湿气流的水冷凝，其中除湿室内的总压力小于环境大气压; 和   收集冷凝水，其中，加湿和除湿室中的低于大气压的压力基本上由以下组成：位于除湿室下方的充水容器和从除湿室底部延伸到充水容器中的充水导管; 和   填充有液体混合物的容器和填充有液体混合物的导管，该容器从加湿室的底部延伸到填充有液体混合物的容器中。   引导载气流通过至少一个加湿器中的加湿室;   加热液体混合物;使载气流与加湿室内的加热液体混合物直接接触，用盐水溶液蒸发的水加湿载气，产生加湿气流;   在加湿室的底部收集盐水溶液的未蒸发的内容物，并将收集的未蒸发的盐水溶液的内容物通过导管向下引导到加湿室下方的盐水溶液填充的容器中;   引导加湿气流通过至少一个除湿器中的除湿室，其中除湿器基本上与加湿器热隔离;   对除湿室内的加湿气流进行除湿，使来自加湿气流的水冷凝;   从加湿室或除湿室中的至少一个中间位置抽取气流，并将来自每个抽取的中间位置的气流分别输送到除湿室或加湿室中的相应中间位置，从而允许操作气体质量流量和更大的热量回收; 和   在除湿室的底部收集冷凝水并将收集的水通过导管向下引导到除湿室下方的充水容器中，其中在加湿室和在除湿室中的低于大气压的压力下通过基本上由（a）位于加湿室下方的盐水溶液填充的容器和从加湿室的底部延伸到盐水中的导管组成的装置产生的静压头产生至少10％的环境大气压力。 - 填充溶液的容器和（b）位于除湿室下方的充水容器和从除湿室的底部延伸到充水容器中的导管。   引导载气流通过至少一个加湿器中的加湿室;   加热液体混合物;   将加热的液体混合物喷洒在加湿室中的填充材料上，其中加热的液体混合物直接接触载气流以用从液体混合物蒸发的水加湿载气，产生加湿的气流，其中加湿中的总压力腔室小于环境大气压;   引导加湿气流通过至少一个除湿器中的除湿室;   对除湿室内的加湿气流进行除湿，使来自加湿气流的水冷凝，其中除湿室内的总压力小于环境大气压;   收集冷凝水; 和使液体混合物循环通过加湿器并通过由选自下列中的至少一种的能量源提供动力的泵通过除湿器：太阳能和风能。
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