一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置及方法

技术领域

本发明涉及高盐污水处理技术领域，具体为一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置及方法。

背景技术

在高含盐高COD废水处理中，最常用的方法为蒸发法。蒸发法就是把废水进行加热，使废水中的水分沸腾蒸发，再将蒸汽冷凝成淡水的过程，同时回收高纯度的结晶盐。常见的蒸发技术有多效蒸发(MED)、机械蒸汽再压缩蒸发(MVR)等。

蒸发法处理有机废水具有操作方便、工艺简单、处理得到的淡水水质良好等优点。但采用蒸发法处理有机废水(包含垃圾渗滤液)仍存在一下缺点：1)需要适当预处理，运行费用较高；2)实际运行中，无法完全分离水和挥发性有机物(轻组分)，两者易形成共沸共同分离收集；3)由于高温运行环境，导致污水对设备材料的腐蚀速率大幅提高，导致大规模生产设备造价高，且在运行过程中，设备容易结垢，运行能耗高。

冷冻法是基于水分子冷冻结晶过程中排除杂质的现象，从而分离获得较为纯净的冰和浓缩溶液。在只含有可溶性污染物的废水逐渐冻结时，冰晶仅从纯水中生长，污染物则被浓缩保留在液相，从而使污染物与纯水分离。冷冻法是一种物理分离方法，常压下水的汽化潜热是冰的融化潜热的7倍左右，因此与热法相比，冷冻法理论上需要更少的能量。而且冷冻法在低温下进行，可减轻设备的腐蚀结垢，所以冷冻法具有低能耗、少污染、腐蚀结垢轻的优点。

在结冰的过程中，会出现部分浓缩溶液被包裹在冰体内的情况，因此，单纯冷冻的脱除效果不理想，需要结合其他工艺进一步从冰体中分离有机物和盐，本发明提供一种较为新颖的方法将被包裹的浓缩液引在结冰冰块的一些确定位置，然后将这些被包裹的浓缩液导引出，能够更加有效和精准的对浓缩液进行排出和处理。

因此，针对上述问题提出一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，以解决上述背景技术中提出的部分浓缩溶液来不及排出而被包裹在冰体内，因此，单纯冷冻的脱除效果不理想，需要结合其他工艺进一步从冰体中分离有机物和盐，本发明提供一种较为新颖的方法将被包裹的浓缩液引在结冰冰块的一些确定位置，然后将这些被包裹的浓缩液导引出，能够更加有效和精准的对浓缩液进行排出和处理。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，包括底板和能够向上与底板分开的上壳体，所述上壳体的顶端设置有制冷机，所述底板的顶端固定连接有蓄水环，所述蓄水环与底板的顶端之间形成容器，所述蓄水环的外侧均匀的设置有六个延伸部；

在上述设置下，本发明使用时，需要首先对污染水的冰点进行取样测量，在得到污染水的冰点温度后，本发明通过底板上的进水管将污水排入至蓄水环的内侧，然后控制制冷机开始制冷，使制冷温度略低于污染水的冰点温度，减小制冷温度与污染水冰点温度的温度差，一方面起到延长冰结时间的作用，一方面通过减少上壳体内外温度差而降低能耗，其中，本发明在蓄水环外侧设置六个延伸部形成延伸部，能够起到均匀受冷的作用，增加蓄水环内污水冰结的同步性；

所述上壳体的内侧设置有与蓄水环和延伸部形状相对应的连接板，所述连接板的底端固定连接有均匀间隔设置的连接杆，所述连接杆能够向下嵌入到蓄水环和延伸部的内侧，且其底部能够与底板的顶端接触，所述连接杆由导热材料制成，所述连接板内设置有循环管，所述循环管的两端连接有连接管，所述连接管设置在上壳体的外侧；

在上述设置下，本发明在蓄水环上侧设置连接板，连接板下侧设置连接杆，连接杆向下能够贯穿在蓄水环的内侧，在蓄水环内的污水开始结冰后，污染物向液相流动，在成冰之后，可以通过向连接杆处进行加温，多点均匀设置的连接杆会使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道，通道的出现还降低了冰块的整体性，后续需要的情况下，还会便于后续冰块的破碎实现固液分离；

同时的，在结冰的过程中，因为连接杆与外部空间相接触，外部空间温度较高，从而使连接杆处温度会略微高于其附近区域，多点均匀设置的连接杆使其相近区域形成以其为中心的“高温”区域，在这种情况下，分布在污水内的多点均匀设置的连接杆处会最后结冰，此时，污染物会倾向于向连接杆处集中并形成被包裹的浓缩液，当被包裹的浓缩液出现在连接杆处时，可以实现快速的、快捷的浓缩液分离；

所述底板的一侧设置有与蓄水环内侧相连通的进水管，所述底板的底端设置有与蓄水环底端内侧相连通的排水管；

排水管用于浓缩液的排出。

所述连接杆上设置有扩充物。

在上述设置下，扩充物用于增加连接杆的作用影响面积。

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：所述延伸部的宽度所对应的蓄水环弧长等于蓄水环的周长除以6。

在上述设置下，当延伸部的宽度所对应的蓄水环弧长等于蓄水环的周长除以6时，增加与低温接触面的同时，在蓄水环的不同位置上，蓄水环深度位置到达蓄水环表面位置的距离差异最小，其差异的绝对距离也小，能够最大程度的保持结冰的一致性；

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：所述连接板的内部和连接杆的材质均为铜，所述连接板的外侧设置有保温材料。

在上述设置下，铜具有优良的导热性，这种情况能够便于外接温度向连接杆的传递；连接板的外侧设置有保温材料，是为了防止低温快速将连接板温度带走，使外部温度顺利到达连接杆；

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：所述连接杆的外侧均匀的设置有倾斜连接部，所述倾斜连接部呈长条状设置。

在上述设置下，本发明在连接杆的外侧均匀的设置有倾斜连接部，倾斜连接部遍布整个污水，在成冰之后，可以通过向连接杆处进行加温，多点均匀设置的连接杆和倾斜连接部形成网状并使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道，最大程度的使被包裹浓缩液与倾斜连接部接触，便于浓缩液的排出；

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：所述连接杆包括连续设置的宽部和窄部，所述宽部和窄部之间设置有扩张部。

在上述设置下，设置的扩张部能够增加连接杆的作用面积，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现；

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：所述宽部和窄部固定连接，所述窄部上通过铰链转动连接有均匀设置的连接片，所述连接片与窄部的外侧之间还设置有扭簧，所述连接片能够向下完全嵌入到宽部和窄部之间形成的空穴内。

在上述设置下，当连接杆进入污水中后，连接片会在扭簧的作用下向外扩张，从而形成扩张的部分，通过增加接触面积使热量集中在扩张的部分，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现，起到增加引导效果的作用；同时的，在扭簧的作用下，在浓缩液排出通道出现后，连接片能够向内靠拢取出冰块内。

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：位于上侧的所述宽部和其下侧的窄部滑动连接，宽部和窄部的连接处固定连接有弹簧片，所述弹簧片为黄铜，所述弹簧片的中心处设置有抵块，连接杆不受下压力时，所述弹簧片能够完全嵌入到宽部和窄部之间形成的空穴内。

在上述设置下，当连接杆进入污水中后，随着连接杆顶部的不断下压，宽部和窄部之间的弹簧片会向外扩张从而形成扩张的部分，通过增加接触面积使热量集中在扩张的部分，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现，起到增加引导效果的作用，同时的，在弹簧片的弹性作用下，在浓缩液排出通道出现后，可以向上将连接杆取出冰块。

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：所述连接管上连通有风机筒，所述风机筒的内侧固定连接有风机和加热网，所述风机筒的外侧设置有换热鳍片，所述风机筒的一侧设置有折叠罩，所述折叠罩的端口处设置有连接环，拉动所述连接环，能够改变换热鳍片与外部空气的接触数量。

在上述设置下，为了保证连接杆的热量，本发明还在连接管上设置用于增加循环管内部介质流动的风机和用于加热的加热网来便于连接杆的温度升高，便于连接杆处浓缩液排出通道的出现；通过拉动所述连接环，能够改变换热鳍片与外部空气的接触数量，改变换热的效果；

作为本发明所述一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的一种可选方案，其中：所述底板由支撑脚架空，所述底板处还设置有侧板，所述侧板的顶端固定连接有液压杆，所述液压杆的顶端固定连接有换热板，所述换热板的位于制冷机的热出风处，所述换热板与上壳体固定连接，所述换热板内设置有换热通水管，所述换热通水管的另一端连通有蓄水筒。

在上述设置下，液压杆用于上壳体的抬升运动，本发明在制冷机的热出风处设置换热板，向换热通水管的内侧通水，换热板能够将制冷机产生的热量收集储存到蓄水筒的内侧，可以用于对冰块内部浓缩液排出通道的冲刷，起到增加冰块纯净度的作用。

一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的使用方法，其步骤在于；

步骤1；对污染水的冰点进行取样测量，在得到污染水的冰点温度后，本发明通过底板上的进水管将污水排入至蓄水环的内侧，然后控制制冷机开始制冷，使制冷温度略低于污染水的冰点温度，减小制冷温度与污染水冰点温度的温度差；

步骤2；蓄水环内的污水成冰后，通过向连接杆处进行加温，多点均匀设置的连接杆会使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道；

步骤3；对冰块内部浓缩液排出通道进行冲刷，用于增加冰块纯净度的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，本发明使用时，需要首先对污染水的冰点进行取样测量，在得到污染水的冰点温度后，本发明通过底板上的进水管将污水排入至蓄水环的内侧，然后控制制冷机开始制冷，使制冷温度略低于污染水的冰点温度，减小制冷温度与污染水冰点温度的温度差，一方面起到延长冰结时间的作用，一方面通过减少上壳体内外温度差而降低能耗，其中，本发明在蓄水环外侧设置六个延伸部形成延伸部，能够起到均匀受冷的作用，增加蓄水环内污水冰结的同步性。

2、该一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，本发明在蓄水环上侧设置连接板，连接板下侧设置连接杆，连接杆向下能够贯穿在蓄水环的内侧，在蓄水环内的污水开始结冰后，污染物向液相流动，在成冰之后，可以通过向连接杆处进行加温，多点均匀设置的连接杆会使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道，通道的出现还降低了冰块的整体性，后续需要的情况下，还会便于后续冰块的破碎实现固液分离。

3、该一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，同时的，在结冰的过程中，因为连接杆与外部空间相接触，外部空间温度较高，从而使连接杆处温度会略微高于其附近区域，多点均匀设置的连接杆使其相近区域形成以其为中心的“高温”区域，在这种情况下，分布在污水内的多点均匀设置的连接杆处会最后结冰，此时，污染物会倾向于向连接杆处集中并形成被包裹的浓缩液，当被包裹的浓缩液出现在连接杆处时，可以实现快速的、快捷的浓缩液分离。

4、该一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，当延伸部的宽度所对应的蓄水环弧长等于蓄水环的周长除以6时，增加与低温接触面的同时，在蓄水环的不同位置上，蓄水环深度位置到达蓄水环表面位置的距离差异最小，其差异的绝对距离也小，能够最大程度的保持结冰的一致性。

5、该一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，本发明在连接杆的外侧均匀的设置有倾斜连接部，倾斜连接部遍布整个污水，在成冰之后，可以通过向连接杆处进行加温，多点均匀设置的连接杆和倾斜连接部形成网状并使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道，最大程度的使被包裹浓缩液与倾斜连接部接触，便于浓缩液的排出。

6、该一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，当连接杆进入污水中后，连接片会在扭簧的作用下向外扩张，从而形成扩张的部分，通过增加接触面积使热量集中在扩张的部分，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现，起到增加引导效果的作用；同时的，在扭簧的作用下，在浓缩液排出通道出现后，连接片能够向内靠拢取出冰块内。

7、该一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，当连接杆进入污水中后，随着连接杆顶部的不断下压，宽部和窄部之间的弹簧片会向外扩张从而形成扩张的部分，通过增加接触面积使热量集中在扩张的部分，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现，起到增加引导效果的作用，同时的，在弹簧片的弹性作用下，在浓缩液排出通道出现后，可以向上将连接杆取出冰块。

附图说明

图1为本发明的整体外观安装结构示意图；

图2为本发明上壳体的内部安装结构示意图；

图3为本发明蓄水环处的外观结构示意图；

图4为本发明蓄水环处的俯视安装结构示意图；

图5为本发明连接板仰视外观结构示意图；

图6为本发明连接板的内部安装结构示意图；

图7为本发明风机筒的内部安装结构示意图；

图8为本发明风机筒处的进一步安装结构示意图；

图9为本发明连接杆的进一步安装结构示意图；

图10为本发明连接杆的另一种安装结构示意图；

图11为本发明连接杆的另一种安装结构示意图。

图中：1、底板；2、排水管；3、侧板；4、液压杆；5、换热通水管；6、换热板；7、制冷机；8、上壳体；9、连接管；10、风机筒；11、蓄水环；12、延伸部；13、扭簧；14、连接片；15、连接板；16、循环管；17、连接杆；17a、宽部；17b、窄部；18、倾斜连接部；19、进水管；20、蓄水筒；21、支撑脚；22、风机；23、加热网；24、连接环；25、折叠罩；26、换热鳍片；27、弹簧片；28、抵块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：

一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置，包括底板1和能够向上与底板1分开的上壳体8，上述上壳体8的顶端设置有制冷机7，上述底板1的顶端固定连接有蓄水环11，上述蓄水环11与底板1的顶端之间形成容器，上述蓄水环11的外侧均匀的设置有六个延伸部12；

在上述设置下，本发明使用时，需要首先对污染水的冰点进行取样测量，在得到污染水的冰点温度后，本发明通过底板1上的进水管19将污水排入至蓄水环11的内侧，然后控制制冷机7开始制冷，使制冷温度略低于污染水的冰点温度，减小制冷温度与污染水冰点温度的温度差，一方面起到延长冰结时间的作用，一方面通过减少上壳体8内外温度差而降低能耗，其中，本发明在蓄水环11外侧设置六个延伸部12形成延伸部，能够起到均匀受冷的作用，增加蓄水环11内污水冰结的同步性；

上述上壳体8的内侧设置有与蓄水环11和延伸部12形状相对应的连接板15，上述连接板15的底端固定连接有均匀间隔设置的连接杆17，上述连接杆17能够向下嵌入到蓄水环11和延伸部12的内侧，且其底部能够与底板1的顶端接触，上述连接杆17由导热材料制成，上述连接板15内设置有循环管9，上述循环管9的两端连接有连接管9，上述连接管9设置在上壳体8的外侧；

在上述设置下，本发明在蓄水环11上侧设置连接板15，连接板15下侧设置连接杆17，连接杆17向下能够贯穿在蓄水环11的内侧，在蓄水环11内的污水开始结冰后，污染物向液相流动，在成冰之后，可以通过向连接杆17处进行加温，多点均匀设置的连接杆17会使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道，通道的出现还降低了冰块的整体性，后续需要的情况下，还会便于后续冰块的破碎实现固液分离；

同时的，在结冰的过程中，因为连接杆17与外部空间相接触，外部空间温度较高，从而使连接杆17处温度会略微高于其附近区域，多点均匀设置的连接杆17使其相近区域形成以其为中心的“高温”区域，在这种情况下，分布在污水内的多点均匀设置的连接杆17处会最后结冰，此时，污染物会倾向于向连接杆17处集中并形成被包裹的浓缩液，当被包裹的浓缩液出现在连接杆17处时，可以实现快速的、快捷的浓缩液分离；

上述底板1的一侧设置有与蓄水环11内侧相连通的进水管19，上述底板1的底端设置有与蓄水环11底端内侧相连通的排水管2；

排水管2用于浓缩液的排出。

上述连接杆17上设置有扩充物。

在上述设置下，扩充物用于增加连接杆17的作用影响面积。

本实施例中，上述延伸部12的宽度所对应的蓄水环11弧长等于蓄水环11的周长除以6。

在上述设置下，当延伸部12的宽度所对应的蓄水环11弧长等于蓄水环11的周长除以6时，增加与低温接触面的同时，在蓄水环10的不同位置上，蓄水环11深度位置到达蓄水环11表面位置的距离差异最小，其差异的绝对距离也小，能够最大程度的保持结冰的一致性；

本实施例中，上述连接板15的内部和连接杆17的材质均为铜，上述连接板15的外侧设置有保温材料。

在上述设置下，铜具有优良的导热性，这种情况能够便于外接温度向连接杆17的传递；连接板15的外侧设置有保温材料，是为了防止低温快速将连接板15温度带走，使外部温度顺利到达连接杆17；

本实施例中，上述连接管9上连通有风机筒10，上述风机筒10的内侧固定连接有风机22和加热网23，上述风机筒10的外侧设置有换热鳍片26，上述风机筒10的一侧设置有折叠罩25，上述折叠罩25的端口处设置有连接环24，拉动上述连接环24，能够改变换热鳍片26与外部空气的接触数量。

在上述设置下，为了保证连接杆17的热量，本发明还在连接管9上设置用于增加循环管16内部介质流动的风机和用于加热的加热网来便于连接杆17的温度升高，便于连接杆17处浓缩液排出通道的出现；通过拉动上述连接环24，能够改变换热鳍片26与外部空气的接触数量，改变换热的效果；

本实施例中，上述底板1由支撑脚21架空，上述底板1处还设置有侧板3，上述侧板3的顶端固定连接有液压杆4，上述液压杆4的顶端固定连接有换热板6，上述换热板6的位于制冷机7的热出风处，上述换热板6与上壳体8固定连接，上述换热板6内设置有换热通水管5，上述换热通水管5的另一端连通有蓄水筒20。

在上述设置下，液压杆4用于上壳体8的抬升运动，本发明在制冷机7的热出风处设置换热板6，向换热通水管5的内侧通水，换热板6能够将制冷机7产生的热量收集储存到蓄水筒20的内侧，可以用于对冰块内部浓缩液排出通道的冲刷，起到增加冰块纯净度的作用。

实施例2

本实施例为实施例1的进一步改进，请参阅图1-9，

上述连接杆17的外侧均匀的设置有倾斜连接部18，上述倾斜连接部18呈长条状设置。

在上述设置下，本发明在连接杆17的外侧均匀的设置有倾斜连接部18，倾斜连接部18遍布整个污水，在成冰之后，可以通过向连接杆17处进行加温，多点均匀设置的连接杆17和倾斜连接部18形成网状并使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道，最大程度的使被包裹浓缩液与倾斜连接部18接触，便于浓缩液的排出；

实施例3

本实施例为实施例1的进一步改进，请参阅图1-8和10，上述连接杆17包括连续设置的宽部17a和窄部17b，上述宽部17a和窄部17b之间设置有扩张部。

在上述设置下，设置的扩张部能够增加连接杆17的作用面积，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现；

本实施例中，上述宽部17a和窄部17b固定连接，上述窄部17b上通过铰链转动连接有均匀设置的连接片14，上述连接片14与窄部17b的外侧之间还设置有扭簧13，上述连接片14能够向下完全嵌入到宽部17a和窄部17b之间形成的空穴内。

在上述设置下，当连接杆17进入污水中后，连接片14会在扭簧13的作用下向外扩张，从而形成扩张的部分，通过增加接触面积使热量集中在扩张的部分，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现，起到增加引导效果的作用；同时的，在扭簧17的作用下，在浓缩液排出通道出现后，连接片14能够向内靠拢取出冰块内。

实施例4

本实施例为实施例1的进一步改进，请参阅图1-8和11，位于上侧的上述宽部17a和其下侧的窄部17b滑动连接，宽部17a和窄部17b的连接处固定连接有弹簧片27，上述弹簧片27为黄铜，上述弹簧片27的中心处设置有抵块28，连接杆17不受下压力时，上述弹簧片27能够完全嵌入到宽部17a和窄部17b之间形成的空穴内。

在上述设置下，当连接杆17进入污水中后，随着连接杆17顶部的不断下压，宽部17a和窄部17b之间的弹簧片27会向外扩张从而形成扩张的部分，通过增加接触面积使热量集中在扩张的部分，便于被包裹的浓缩液在扩张部处出现，起到增加引导效果的作用，同时的，在弹簧片27的弹性作用下，在浓缩液排出通道出现后，可以向上将连接杆17取出冰块。

一种利用冷冻法实现高盐高COD废水零排放装置的使用方法，其步骤在于；

步骤1；对污染水的冰点进行取样测量，在得到污染水的冰点温度后，本发明通过底板1上的进水管19将污水排入至蓄水环11的内侧，然后控制制冷机7开始制冷，使制冷温度略低于污染水的冰点温度，减小制冷温度与污染水冰点温度的温度差；

步骤2；蓄水环11内的污水成冰后，通过向连接杆17处进行加温，多点均匀设置的连接杆17会使其附近的冰块融化，形成上下贯穿的浓缩液排出通道；

步骤3；对冰块内部浓缩液排出通道进行冲刷，用于增加冰块纯净度的作用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。