冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统

权利要求书： 1.冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，

所述污水处理系统包括有污水冷冻处理单元、污水蒸发处理单元和冷媒回路单元，所述冷媒回路单元包括通过管道依次连接有板冰机、水冷冷凝器、风冷冷凝器和板冰机；冷媒在所述冷媒回路单元的内部循环使用，冷媒所形成的冷媒通道在板冰机内依次经过的部件包括有：膨胀阀，所述膨胀阀将从风冷冷凝器的高温高压的液态冷媒节流为低温低压的液态冷媒；

制冰器，所述制冰器的内部冷媒通道将从膨胀阀流出的低温低压液态冷媒蒸发成低温低压气态冷媒；压缩机，所述压缩机将从制冰器流出的低温低压气态冷媒压缩为高温高压气态冷媒；

高温高压气态冷媒再依次进入水冷冷凝器、风冷冷凝器液化转化成低温低压液态冷媒，低温低压液态冷媒通过膨胀阀再次返回到制冰器内再进行循环，所述冷媒回路单元用于冷媒的冷热源回收再利用。

2.根据权利要求1所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水冷冻处理单元包括依次连接有板冰机、冰水槽、高压泵、膜过滤器和净化水槽；

所述板冰机的内部还包括有：

循环槽，所述循环槽用于储存制冰循环液；

循环泵，所述循环泵用于从循环槽内抽取制冰循环液，并通过管道将制冰循环液喷淋于制冰器的外表面，所述循环泵用于制冰时进行污水循环；

污水从所述制冰器的外表面淋水制冰，进行污水制冰净化；所述污水冷冻处理单元用于循环污水在制冰器内进行制冰，对未制成冰的制冰循环液与已结成冰的冰块分离脱污，在冰水槽内对已结成冰的冰块进行融化，通过高压泵进行加压进入膜过滤器过滤成净化水，净化水排入净化水槽。

3.根据权利要求2所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水蒸发处理单元包括有蒸发加热回路，所述蒸发加热回路包括依次连接有水冷冷凝器、蒸发釜、蒸发循环泵和水冷冷凝器；所述蒸发加热回路用于未制成冰的制冰废液进入水冷冷凝器、蒸发釜、蒸发循环泵和水冷冷凝器反复循环加热后的蒸发分离净化。

4.根据权利要求3所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水蒸发处理单元的所述蒸发釜还连接有排出浓缩液支路，所述排出浓缩液支路包括有蒸发釜、排液泵和浓缩液池；所述排出浓缩液支路用于将经过蒸发加热回路达到指定浓度后的高度浓缩液，通过排液泵排入浓缩液池。

5.根据权利要求3所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水蒸发处理单元还包括有蒸发冷凝支路，所述蒸发冷凝支路包括依次连接冷却器、排水泵、净化水槽；蒸发冷凝支路单元用于收集蒸发釜内的蒸汽进入冷却器后冷凝成净化水，通过排水泵排入净化水槽。

6.根据权利要求3所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水蒸发处理单元还包括有蒸发冷却回路，所述蒸发冷却回路包括依次连接有冷却器、冰水槽、冰水循环泵、冷却器；所述蒸发冷却回路用于循环污水在冷却器中吸收冷凝支路中蒸汽的热量和循环污水在冰水槽中水凝结成冰时放出热量。

7.根据权利要求2所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水处理系统还包括有返液回路，所述返液回路包括依次连接有板冰机、冰水槽、高压泵、膜过滤器和污水主管道；循环污水或者污水原液通过污水冷冻处理单元的膜过滤器的过滤后剩余少量较浓的残液，通过返液回路返回至板冰机，从板冰机再次循环进入污水冷冻处理单元或者污水蒸发处理单元。

8.根据权利要求3所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水蒸发处理单元还包括有真空泵，所述真空泵与蒸发釜耦合连接，所述真空泵用于从蒸发系统中向大气环境排出气体来保持蒸发系统的真空度。

9.根据权利要求3所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水蒸发处理单元还包括有压力表，所述压力表与所述蒸发釜固定连接，所述压力表用于监测蒸发釜内的气压。

10.根据权利要求3所述的冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，其特征在于，所述污水蒸发处理单元还包括有温度表，所述温度表与所述蒸发釜为固定连接，所述温度表用于监测蒸发釜内的温度。

说明书： 冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统技术领域[0001] 本实用新型涉及污水处理系统的技术领域，特别涉及一种冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统。

背景技术[0002] 目前难处理的污水普遍采用蒸发浓缩，国内外普遍采用电、气、煤锅炉蒸发装置，由于操作温度高，蒸汽压力大，设备材料防腐蚀耐压要求高，需要耐压操作，承压设备都很昂贵；煤锅炉蒸发浓缩装置由于污染环境严重，基本上已经淘汰或正在淘汰；气加热锅炉蒸发浓缩装置由于安全性及经济性双方面的原因，目前应用不多。由于便利性和环保性考虑，电加热浓缩装置目前应用增多，但是单级电锅炉能耗非常高，即使采用多级蒸发，电锅炉蒸发浓缩装置吨水能耗仍然约为200kwh～300kwh，电锅炉蒸发浓缩装置设备投资高，能耗仍然较高。对于MR蒸汽压缩蒸发浓缩系统，即使采用多级蒸发浓缩，每吨水能耗仍然高达

200kwh，而且工艺过程复杂，设备要求高，投资成本高。

[0003] 对于热泵低温真空蒸发浓缩系统，每吨水的能耗也仍然较高达200kwh，而且工艺过程有真空承压设备，设备昂贵，投资成本高。采用热泵蒸发除湿浓缩污水，可以在低温常压下对污水进行蒸发浓缩，设备要求较低，投资较少，而且由于热泵有3?4倍能效提升作用，吨水能耗也可以降低能耗到200kwh左右，但是能耗仍然偏高。目前难处理污水采用冷冻浓

缩的研究很多，由于静态冷冻浓缩存在原液夹带净化效果差，通常最高只达到90％左右的

净化率，能耗消耗还较高，通常每吨水能耗约100kwh，所以大多数冷冻浓缩项目都在研究动态冷冻浓缩技术，但是动态冷冻浓缩需要冰晶结晶、冰晶分离、冰晶洗涤过程，存在流程复杂，设备要求高，投资大，能耗较高等技术缺陷，并且每吨水能耗大于100kwh，污水处理成本高的突出问题，目前难于在污水处理的领域广泛应用。

实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的在于提供一种冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，采用板冰机制冰的污水冷冻处理单元浓缩技术叠加污水蒸发处理单元浓缩技术，浓缩效率高，浓缩比

高，并且污水冷冻处理单元浓缩技术与蒸发处理浓缩的冷热源共用，既减少热泵配置，又减少蒸发能源消耗、显著降低污水浓缩能耗。

[0005] 为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，所述污水处理系统包括有污水冷冻处理单元、污水蒸发处理单元和冷媒回路

单元，所述冷媒回路单元包括通过管道依次连接有板冰机、水冷冷凝器、风冷冷凝器和板冰机；冷媒在所述冷媒回路单元的内部循环使用，冷媒所形成的冷媒通道在板冰机内依次经

过的部件包括有膨胀阀，所述膨胀阀将从风冷冷凝器的高温高压液态冷媒节流为低温低压

液态冷媒，制冰器，所述制冰器的内部冷媒通道将从膨胀阀流出的低温低压液态冷媒蒸发

成低温低压气态冷媒；压缩机，所述压缩机将从制冰器流出的低温低压气态冷媒压缩为高

温高压温气态冷媒；高温高压气态冷媒再依次进入水冷冷凝器、风冷冷凝器液化转化成低

温低压液态冷媒，低温低压液态冷媒通过膨胀阀再次返回流入制冰器内循环使用，所述冷

媒回路单元用于冷媒的冷热源回收再利用。

[0006] 进一步地，所述污水冷冻处理单元包括依次连接有板冰机、冰水槽、高压泵、膜过滤器和净化水槽；所述板冰机的内部还包括有循环槽，所述循环槽用于储存制冰循环液；循环泵，从所述循环槽内抽取制冰循环液，通过管道喷淋于制冰器的外表面，所述循环泵用于制冰时进行污水循环；污水从所述制冰器的外表面淋水制冰，进行污水制冰净化；所述污水冷冻处理单元用于循环污水在制冰器内进行制冰，对未制成冰的制冰循环液与已结成冰的冰块分离脱污，在冰水槽内对已结成冰的冰块进行融化，通过高压泵进行加压进入膜过滤

器过滤成净化水，净化水排入净化水槽。

[0007] 进一步地，所述污水蒸发处理单元包括有蒸发加热回路，所述蒸发加热回路包括依次连接有水冷冷凝器、蒸发釜、蒸发循环泵和水冷冷凝器；所述蒸发加热回路用于未制成冰的制冰废液进入水冷冷凝器、蒸发釜、蒸发循环泵和水冷冷凝器反复循环加热后的蒸发

分离净化。

[0008] 进一步地，所述污水蒸发处理单元的所述蒸发釜还连接有排出浓缩液支路，所述排出浓缩液支路包括有蒸发釜、排液泵和浓缩液池；所述排出浓缩液支路用于将经过所述

蒸发加热回路达到指定浓度后的高度浓缩液，通过排液泵排入浓缩液池。

[0009] 进一步地，所述污水蒸发处理单元还包括有蒸发冷凝支路，所述蒸发冷凝支路包括依次连接冷却器、排水泵、净化水槽；蒸发冷凝支路单元用于收集蒸发釜内的蒸汽进入冷却器后冷凝成净化水，通过排水泵排入净化水槽。

[0010] 进一步地，所述污水蒸发处理单元还包括有蒸发冷却回路，所述蒸发冷却回路包括依次连接有冷却器、冰水槽、冰水循环泵、冷却器；所述蒸发冷却回路用于循环污水在冷却器中吸收冷凝支路中蒸汽的热量和循环污水在冰水槽中水凝结成冰时放出热量。

[0011] 进一步地，所述污水处理系统还包括有返液回路，所述返液回路包括依次连接有板冰机、冰水槽、高压泵、膜过滤器和污水主管道；循环污水或者污水原液通过污水冷冻处理单元的膜过滤器的过滤后剩余少量较浓的残液，通过返液回路返回至板冰机，从板冰机

再次循环进入污水冷冻处理单元或者污水蒸发处理单元。

[0012] 进一步地，所述污水蒸发处理单元还包括有真空泵，所述真空泵与所述蒸发釜耦合连接，所述真空泵用于从蒸发系统中向大气环境排出气体来保持蒸发系统的真空度。

[0013] 进一步地，所述污水蒸发处理单元还包括有压力表，所述压力表与所述蒸发釜为固定连接，所述压力表用于监测蒸发釜内的气压。

[0014] 进一步地，所述污水蒸发处理单元还包括有温度表，所述温度表与所述蒸发釜为固定连接，所述温度表用于监测蒸发釜内的温度。

[0015] 分析可知，本实用新型公开一种冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，有以下技术效果：

[0016] 1.本实用新型公开的污水处理系统采用污水冷冻处理单元叠加污水蒸发处理单元进行的蒸发浓缩技术，浓缩比和浓缩效率有显著提高。

[0017] 2.本实用新型公开的污水处理系统采用板冰制冰浓缩叠加蒸发浓缩技术，制冰浓缩污水原液与蒸发浓缩的污水原液的冷热源冷媒热量共用，既减少了热泵的多重配置，又

降低了蒸发能源消耗，显著降低污水浓缩能耗。

[0018] 3.本实用新型的公开的本实用新型公开的污水处理系统降低了设置多重热源操作难度，简化设备制造工艺，同时大量节约了操作和设备的成本。

附图说明[0019] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

其中：

[0020] 图1本实用新型冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统实施例的流程示意图；[0021] 附图标记说明：1?板冰机；2?冰水槽；3?高压泵；4?膜过滤器；5?净化水槽；6?排水泵；7?冰水循环泵；8?冷却器；9?出污管道；10?进污管道；11?风冷冷凝器；12?水冷冷凝器；13?蒸发釜；14?真空泵；15?蒸发循环泵；16?排液泵；17?浓缩液；18?返液回路；19?冷凝管道。

具体实施方式[0022] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

[0023] 在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

[0024] 所附附图中示出了本实用新型的一个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本实用新型的相似或类

似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

[0025] 如图1所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种冷冻蒸发联合浓缩的污水处理系统，包括有污水冷冻处理单元和污水蒸发处理单元，从进污管道10的污水进入到板冰机1后，污水冷冻处理单元包括依次连接有板冰机1、冰水槽2、高压泵3、膜过滤器4和净化水槽

5，其中板冰机1内部包括有膨胀阀、制冰器、压缩机，循环泵和循环槽；从循环槽内抽取循环液，通过管道喷淋于制冰器外表面，用于制冰时进行污水循环；循环槽，用于储存制冰器淋下的未制成冰的多余制冰循环液；循环液依次在循环泵、制冰器的外表面和循环槽，进行水路循环。

[0026] 污水冷冻处理单元用于循环污水在板冰机1内的制冰器外表面进行制冰，通过板冰机1的制冰处理后冰块再进行污水净化，对未制成冰的制冰循环液与已结成冰的冰块分

离脱污。具体地，污水冷冻处理单元内板冰机1利用内部的循环泵将循环液从板冰机1的制

冰器表面不断淋下，在制冰器表面不断制冰再脱冰，冰层达到3cm～15cm自动脱落，脱下的冰在制冰器内部的网板上摔碎成碎冰并与污水分离，碎冰自动掉入冰水槽2内。碎冰比整块冰更容易在冰水槽2内融化，并且冷水经过冰水循环泵7进入冷却器8吸收热量，吸收热量的热水回到冰水槽2，冰水槽2的温度上升融化碎冰，在冰水槽2内的碎冰融化后通过高压泵3

压入膜过滤器4，经过膜过滤器4进一步深度净化得到高标准的净化水。在板冰机1内的经过制冰过程后的净化污水再使用膜过滤器4进行过滤，提高膜过滤器4使用的适用性及效率，

污水的净化效率也相应提高，同时对膜过滤器4维护周期和使用寿命都大幅延长。

[0027] 污水处理系统还包括有返液回路18，经过膜过滤器4过滤后剩余的少量较浓残液，再通过返液回路18回到进污管道10流入板冰机1内，剩余的少量较浓残液与进污管道10内

的污水原液混合，混合后的污水从制冰器再次进行污水冷冻处理单元净化或者通过制冰废

液进行污水蒸发处理单元净化。自进污管道10起，返液回路包括依次连接有板冰机1、冰水槽2、高压泵3、膜过滤器4、返液回路18和进污管道10；将经过膜过滤器4后的剩余少量较浓的残液通过返液回路18返回到板冰机1内再次循环制冰或者蒸发净化。在冰水槽2内对的已

结成冰的冰块进行融化，再经过膜过滤器4过滤成净化水排入净化水槽5，污水通过污水冷

冻处理单元的净化率可以达到90％左右。

[0028] 板冰机1内部循环槽的剩余未制成冰的制冰循环液达到指定浓度后进入蒸发系统，蒸发系统包括有蒸发加热回路和蒸发冷凝支路单元；蒸发加热回路从蒸发釜13开始，蒸发加热回路包括依次连接有蒸发釜13、蒸发循环泵15、水冷冷凝器12和蒸发釜13；循环液来自蒸发釜13，补充液来自板冰机内部的循环槽的制冰循环液，蒸发加热回路用于将未制成

冰的制冰循环液依次进入蒸发釜13、蒸发循环泵15、水冷冷凝器12，进入水冷冷凝器12进行加热分离水蒸气，最后返回蒸发釜13，经过反复循环加热后将循环液中的水分蒸发成水蒸

气进行分离净化；吸收水冷冷凝器12中冷媒冷凝液化放出的热量，循环液加热后的温度约

35℃左右。

[0029] 从蒸发釜13浓缩出的废液排入排出浓缩液支路，排出浓缩液支路包括有依次连接有蒸发釜13、排液泵16和浓缩液池17；在蒸发釜13的下层浓缩液通过排出浓缩液支路，将浓缩液的废液排入浓缩液池17，其中排浓缩液支路用于将经过蒸发加热回路达到指定浓度后

的高度浓缩液，通过排液泵16排到浓缩液池17，循环液到达指定浓度后的高度浓缩液再通

过由排液泵16排出蒸发系统。例如，一种垃圾渗出液，原液氯离子浓度137mg/L，浓缩后循环液达到指定浓度650mg/L，将垃圾渗出的浓缩液排到浓缩液池17。

[0030] 蒸发系统中的蒸发釜还连接有真空泵14，真空泵14与蒸发釜13耦合连接，真空泵14用于从蒸发系统中向大气环境排出气体来保持蒸发系统的真空度。蒸发系统还包括有用

于监测蒸发釜13内的气压的压力表和用于监测蒸发釜内的温度的温度表，压力表和温度表

分别与蒸发釜固定连接。

[0031] 从蒸发釜13的冷凝管道19排出的水蒸气经过蒸发冷凝支路单元进行冷凝成水，蒸发冷凝支路单元包括依次连接冷却器8、排水泵6、净化水槽5；蒸发冷凝支路单元用于收集蒸发釜13内的水蒸汽流入冷却器8经过冷凝凝结成净化水，通过排水泵6排入净化水槽5，从而达到蒸发净化的作用，蒸发系统的冷凝支路中蒸发釜13内的水蒸汽流入冷却器8放热给

冰水，冷凝温度约为5℃左右，同时水蒸汽冷凝为净化水，再由排水泵6排出系统。

[0032] 污水处理系统还包括有冷媒回路单元，冷媒回路单元包括冷媒依次通过管道连接有板冰机1、水冷冷凝器12、风冷冷凝器11、再返回至板冰机1，其中冷媒在板冰机1内部依次通过膨胀阀、制冰器、压缩机；膨胀阀将从风冷冷凝器11中的高温高压液态冷媒节流为低温低压液态冷媒，低温低压液态冷媒进入制冰器内部冷媒通道；制冰器的内部冷媒通道将从

膨胀阀流出的低温低压液态冷媒蒸发成低温低压气态冷媒，压缩机将从制冰器流出的低温

低压气态冷媒压缩为高温高压气态冷媒。

[0033] 所述板冰机1的膨胀阀、制冰器内部冷媒通道和压缩机依次连接，冷媒在冷媒回路单元内循环，冷媒回路单元主要用于冷媒的冷热源回收再利用，液态冷媒在制冰器转化为

低温液态冷媒，经过压缩机加压，将低温液态冷媒加压成高温气态冷媒，一部分高温气态冷媒先在水冷冷凝器12中转化成液态冷媒，其余部分的高温气态冷媒再在风冷冷凝器11中转

化成高温高压液态冷媒，高温高压液态冷媒流入板冰机1的膨胀阀节流成低压低温液态，再次返回制冰器内再次循环使用。冷媒在压缩机、水冷冷凝器12、风冷冷凝器11、膨胀阀、制冰器和压缩机所连接的回路中循环，水冷冷凝器12将一部分高温气态冷媒冷凝的热量传递给

蒸发加热回路中的循环污水，风冷冷凝器把水冷冷凝器12的多余热量排放到环境空气中，

排放制冰机的多余冷凝热量，维持系统热量平衡。水冷冷凝器12放热给蒸发系统的蒸发加

热回路中的循环污水。污水处理系统还包括有蒸发冷却回路，蒸发冷却回路包括依次连接

有冷却器8、冰水槽2、冰水循环泵7、冷却器8。蒸发冷却回路用于循环污水在冷却器中吸收冷凝支路中蒸汽的热量，循环污水在冰水槽中水融化冰时放出热量。蒸发冷却回路管道中

的循环污水依次在冰水槽2、冰水循环泵7、冷却器8、冰水槽2内反复循环，循环污水在冷却器8中吸收蒸发冷凝支路单元中水蒸汽的热量，吸收热量后的循环污水进入冰水槽2将冰水

槽2中碎冰融化，冰水循环泵7用于循环蒸发冷却回路管道中的污水的作用。

[0034] 从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：[0035] 1.对比电锅炉蒸发浓缩或者MR蒸汽压缩蒸发浓缩或者热泵低温真空蒸发浓缩装置，本实用新型所公开的技术方案的总成本可以大幅降低40％～90％左右，能耗可以减少

高达60％～95％左右。

[0036] 2.对比常规热泵蒸发除湿浓缩装置的250kwh左右的每吨水蒸发能耗，高效节能污水冷冻浓缩技术，本实用新型所公开的技术方案达到50kwh左右的每吨水蒸发能耗，能耗可以大幅降低80％左右，更加节能和节约成本。

[0037] 3.对比静态冷冻浓技术100kwh左右的吨水蒸发能耗，高效节能污水冷冻浓缩技术可以达到50kwh左右的吨水蒸发能耗，能耗可以大幅降低约50％，更加节能节约成本，并且净化率高。

[0038] 4.对比动态冷冻浓技术100kwh左右的吨水蒸发能耗，高效节能污水冷冻浓缩技术可以达到50kwh左右的吨水蒸发能耗，能耗可以大幅降低超过50％，更加节能省钱，而且净化效果好、能耗低、投资成本低。

[0039] 5.对比板冰冷冻浓技术65kwh左右的吨水蒸发能耗，高效节能污水冷冻浓缩技术可以达到50kwh左右的吨水蒸发能耗，能耗可以大幅降低超过20％多，本实用新型所公开的技术方案增加相应冷媒冷热源交替回收利用，更加节能节约成本。

[0040] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。