利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種污水處理系統(tǒng)，具體涉及一種利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)。針對工業(yè)廠區(qū)實(shí)行生活污、廢水分流后，沖廁生活污水中高濃度有機(jī)物的預(yù)處理問題，以及工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中低品質(zhì)余熱的進(jìn)一步利用問題，將工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)和生活污水預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行改良和耦合。以循環(huán)熱水作為熱源，借助自動控制系統(tǒng)實(shí)時調(diào)節(jié)厭氧消化運(yùn)行參數(shù)，將反應(yīng)控制在產(chǎn)甲烷階段，并利用沼氣發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，同步實(shí)現(xiàn)生活污水中能源的回收與所產(chǎn)電能的利用，為工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中低品質(zhì)余熱的間接利用提供了新出路。
【專利說明】利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型污水處理系統(tǒng)，具體涉及一種利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)以來，由于清潔生產(chǎn)要求的不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，能源開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新日新月異。區(qū)別于傳統(tǒng)的化石類能源(石油、煤炭等)，光伏、風(fēng)力、生物質(zhì)能源因其綠色、無污染的特性，正在引領(lǐng)一場新的能源革命。這其中，生物質(zhì)能源的開發(fā)潛力巨大，顯著影響著全球的碳循環(huán)。
[0003]伴隨我國污水處理行業(yè)的快速發(fā)展，“污、廢分流制”是工業(yè)廠區(qū)、民用建筑排水體制的發(fā)展趨勢。區(qū)別于污、廢合流排放的生活污水，單獨(dú)排放的沖廁生活污水由尿液、糞便沖洗水構(gòu)成，富含大量可生物降解的有機(jī)物和營養(yǎng)物，適合采用生物厭氧處理，是厭氧消化產(chǎn)甲烷的理想基質(zhì)。同時該類污水往往水量小，單獨(dú)排入化糞池時，每人每日污水量約為15-20L，因此對生化反應(yīng)體系的水量沖擊較小，是潛在的能源供體。
[0004]如附圖1所示，目前在工業(yè)廠區(qū)，大多數(shù)沖廁生活污水往往只經(jīng)過簡單的化糞池停留后，直接排入市政污水管網(wǎng)，不僅增加了市政污水處理的負(fù)荷，其潛在能源也未得到有效開發(fā)與利用。化糞池作為最簡單的污水厭氧生物處理工藝，具有悠久的歷史，但其往往只通過厭氧微生物的作用對生活污水中的高濃度有機(jī)物進(jìn)行水解、酸化，將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿拥亩替溣袡C(jī)物，難以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)有機(jī)物產(chǎn)沼氣(有效成份為甲烷)反應(yīng)。
[0005]因此，對現(xiàn)有的簡單厭氧處理進(jìn)行改造，通過沼氣池工藝開發(fā)污水中的碳源以回收生活污水中的能量可能會成為未來的行業(yè)發(fā)展趨勢。產(chǎn)甲烷菌是一類溫度敏感性細(xì)菌，對于有害物質(zhì)濃度較低的生活污水，反應(yīng)溫度是影響其代謝機(jī)能的最重要因素，研究表明35-55°C是最佳的環(huán)境溫度。實(shí)際運(yùn)行中，由于氣候的自然變化，在低溫條件下，往往需要對沼氣池進(jìn)行人工加熱。尋找有效的熱源以維持產(chǎn)甲烷反應(yīng)所需的理想溫度成為通過沼氣池工藝實(shí)現(xiàn)污水能量回收的關(guān)鍵問題。
[0006]另一方面，區(qū)別于一般民用建筑，工業(yè)廠區(qū)中因生產(chǎn)需要，常需要大量冷卻循環(huán)水，被喻作工業(yè)生產(chǎn)的“生命線”。一般而言，換熱設(shè)備產(chǎn)生的循環(huán)熱水溫度大多在35-70°C。而低于40°C的熱水的低溫?zé)崮芤蚱錅囟容^低而無法直接送回到生產(chǎn)工藝過程中加以利用，大多通過冷卻塔與空氣進(jìn)行熱交換而被排放掉，冷卻塔和回水泵是耗電的主要載體?，F(xiàn)有的工業(yè)循環(huán)水余熱利用，大多停留在余熱本身的直接利用，例如:吸收式系統(tǒng)(如溴化鋰吸收式熱泵)、吸附式制冷技術(shù)、新型材料技術(shù)(熱電材料溫差發(fā)電)、熱管技術(shù)、熱聲技術(shù)等，優(yōu)缺點(diǎn)不盡相同。然而，將該部分余熱進(jìn)行間接利用，目前還未出現(xiàn)較好的耦合載體。
[0007]申請?zhí)枮?01120061193.3、名稱為一種沖廁污水生物處理裝置的中國專利，申請?zhí)枮?01010609350.X、名稱為生活污水零排放處理方法及其系統(tǒng)的中國專利公開了沖廁污水的生物處理，但同其他現(xiàn)有技術(shù)一樣，對沖廁污水能量的回收、對工業(yè)循環(huán)水余熱的利用方面存在不足。實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)，將工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)和生活污水預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行改良和耦合，提供了工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中低品質(zhì)余熱間接利用的新出路，同步實(shí)現(xiàn)生活污水中能源的回收與所產(chǎn)電能的利用。
[0009]本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)與室外給水管網(wǎng)、室外排水管網(wǎng)、沖廁器具連接；該系統(tǒng)包括換熱設(shè)備、冷卻塔；其特征在于:該系統(tǒng)還包括污水調(diào)節(jié)池、調(diào)節(jié)閥、沼氣池、沼氣發(fā)電機(jī)、中間水箱、PLC控制器、導(dǎo)熱管、堿液罐、投藥泵、冷水池、回水泵、耐熱閥；
[0011]室外給水管網(wǎng)、沖廁器具、污水調(diào)節(jié)池、調(diào)節(jié)閥、沼氣池、室外排水管網(wǎng)依次接通；污水調(diào)節(jié)池內(nèi)置一號溫度傳感器；沼氣池內(nèi)置二號溫度傳感器、pH傳感器；堿液罐、投藥泵、沼氣池依次接通；
[0012]室外給水管網(wǎng)、換熱設(shè)備、中間水箱、冷卻塔、室外排水管網(wǎng)接通；冷卻塔、冷水池、回水泵、換熱設(shè)備依次接通；導(dǎo)熱管一端與中間水箱連接，另一端與沼氣池連接，導(dǎo)熱管上設(shè)有耐熱閥；
[0013]沼氣池的沼氣排出口與沼氣發(fā)電機(jī)接通；所述的沼氣發(fā)電機(jī)與冷卻塔、回水泵連接；
[0014]PLC控制器分別與調(diào)節(jié)閥、投藥泵、一號溫度傳感器、二號溫度傳感器、pH傳感器、耐熱閥連接。
[0015]本實(shí)用新型在所述的沼氣池底部設(shè)有排泥管，排泥管上設(shè)有排泥閥。
[0016]本實(shí)用新型所述的沼氣池內(nèi)設(shè)有攪拌器。
[0017]本實(shí)用新型針對工業(yè)廠區(qū)實(shí)行生活污、廢水分流后，沖廁生活污水中高濃度有機(jī)物的預(yù)處理問題，以及工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中低品質(zhì)余熱的進(jìn)一步利用問題，將工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)和生活污水預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行改良和耦合。以循環(huán)熱水作為熱源，借助自動控制系統(tǒng)實(shí)時調(diào)節(jié)厭氧消化運(yùn)行參數(shù)，將反應(yīng)控制在產(chǎn)甲烷階段，并利用沼氣發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，同步實(shí)現(xiàn)生活污水中能源的回收與所產(chǎn)電能的利用，為工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中低品質(zhì)余熱的間接利用提供了新出路。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0018]1、沖廁生活污水中的易降解生物能源被有效提取并利用，同時顯著降低后續(xù)污水處理的難度和能耗。
[0019]2、工業(yè)循環(huán)水余熱被間接利用，循環(huán)熱水作為合適的加熱源，維持了污水厭氧消化所需的環(huán)境溫度，保證了反應(yīng)的高效與穩(wěn)定進(jìn)行。
[0020]3、污水生物質(zhì)發(fā)電清潔、無污染，在規(guī)模一定時，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)廠區(qū)能量系統(tǒng)的自
5口 ο
[0021]4、本實(shí)用新型對于現(xiàn)有工業(yè)廠區(qū)的改造較為簡單，工業(yè)循環(huán)熱水除為厭氧消化提供余熱外，仍可以進(jìn)行后續(xù)利用。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的工廠沖廁污水處理和工業(yè)循環(huán)水處理流程示意圖。
[0023]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)與室外給水管網(wǎng)、室外排水管網(wǎng)、沖廁器具連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1-室外給水管網(wǎng)、2-室內(nèi)生活給水管、3-沖廁器具、4-生活污水管、5-污水調(diào)節(jié)池、6-調(diào)節(jié)閥、7-沼氣池、8-二號溫度傳感器、9-攪拌器、10-氣體收集管、11-排水管、12-沼氣發(fā)電機(jī)、13-室外排水管網(wǎng)、14-室內(nèi)生產(chǎn)給水管、15-換熱設(shè)備、16-熱水管、17-中間水箱、18-—號溫度傳感器、19-電線、20-PLC控制器、21-導(dǎo)熱管、22-冷卻塔、23-循環(huán)冷卻水管、24-電纜、25-排泥管、26-堿液罐、27-投藥泵、28-加藥管、29_pH傳感器、30-冷水池、31-回水泵、32-排泥閥、33-耐熱閥。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。
[0026]參見圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例一種利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)，包括沖廁生活污水處理系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)、沼氣發(fā)電與電能利用系統(tǒng)。
[0027]沖廁生活污水處理系統(tǒng):室外給水管網(wǎng)I通過室內(nèi)生活給水管2與沖廁器具3接通，沖廁器具3、污水調(diào)節(jié)池5、調(diào)節(jié)閥6、沼氣池7通過生活污水管4依次接通，沼氣池7通過排水管11與室外排水管網(wǎng)13接通。
[0028]污水調(diào)節(jié)池5內(nèi)置一號溫度傳感器18，一號溫度傳感器18通過電線19與PLC控制器20連接。
[0029]沼氣池7內(nèi)置二號溫度傳感器8、pH傳感器29、攪拌器9、導(dǎo)熱管21 —端。二號溫度傳感器8和pH傳感器29均通過電線19與PLC控制器20連接。沼氣池7底部接通有排泥管25，排泥管25上設(shè)有排泥閥。沼氣池7頂部、投藥泵27、堿液罐26通過加藥管28依次接通。
[0030]堿液罐26內(nèi)為物質(zhì)的量量濃度為0.5mol/L的NaOH溶液。
[0031]調(diào)節(jié)閥6通過電線19與PLC控制器20連接。
[0032]投藥泵27通過電線19與PLC控制器20連接。
[0033]工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng):室外給水管網(wǎng)I通過室內(nèi)生產(chǎn)給水管14與換熱設(shè)備15接通，換熱設(shè)備15、中間水箱17、冷卻塔22通過熱水管16依次接通，冷卻塔22通過排水管11與室外排水管網(wǎng)13接通。
[0034]冷卻塔22、冷水池30、回水泵31、換熱設(shè)備15通過循環(huán)冷卻水管23依次接通。
[0035]中間水箱17內(nèi)置導(dǎo)熱管21的另一端，導(dǎo)熱管21上設(shè)有耐熱閥33。耐熱閥33通過電線19與PLC控制器20連接。
[0036]沼氣發(fā)電與電能利用系統(tǒng):沼氣池7頂部設(shè)沼氣排出口，沼氣排出口通過氣體收集管10與沼氣發(fā)電機(jī)12接通。沼氣發(fā)電機(jī)12通過電纜24分別與冷卻塔22、回水泵31連接。
[0037]基于上述系統(tǒng)，本實(shí)用新型一種利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的方法，其原理為:
[0038]將沖廁污水處理系統(tǒng)與工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行耦合，以工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的熱水作為熱源，利用由溫度傳感器、污水流量調(diào)節(jié)閥、PLC控制器組成的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制沼氣池內(nèi)水溫，為沖廁生活污水的厭氧消化提供合適的外部溫度環(huán)境。通過控制沼氣池的pH值、水力停留時間、污泥停留時間、污泥濃度等參數(shù)，將厭氧消化的最終產(chǎn)物控制為甲烷。沼氣發(fā)電機(jī)將甲烷濃度為50-70%的沼氣作為基質(zhì)，發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能供冷卻塔、回水泵等耗電設(shè)備使用，同步實(shí)現(xiàn)污水能量回收與工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)能量自給。
[0039]該方法具體包括三個步驟:
[0040](一)、沖廁器具3產(chǎn)生的生活污水通過生活污水管4排入污水調(diào)節(jié)池5，PLC控制器20開啟調(diào)節(jié)閥6，生活污水從污水調(diào)節(jié)池5進(jìn)入沼氣池7，開啟攪拌器9進(jìn)行攪拌。與此同時，將市政污水處理排放的剩余污泥投入沼氣池7內(nèi)，定期開啟排泥閥32 ;通過排泥管25排放沼氣池7內(nèi)的剩余污泥，控制沼氣池7內(nèi)的污泥停留時間為25-30d、污泥濃度為10000-15000mg/L，該參數(shù)下產(chǎn)甲烷反應(yīng)效果較好；優(yōu)化的，本實(shí)施例中，控制沼氣池7內(nèi)的污泥停留時間為25d、污泥濃度為12000mg/L?？刂普{(diào)節(jié)閥6的開啟度，以維持沼氣池7內(nèi)的水力停留時間為15-25d，該參數(shù)下產(chǎn)甲烷反應(yīng)效果較好；優(yōu)化的，本實(shí)施例中，維持沼氣池7內(nèi)的水力停留時間為20d。
[0041](二)、生產(chǎn)冷水經(jīng)過換熱設(shè)備15加熱后產(chǎn)生的熱水進(jìn)入中間水箱17。中間水箱17內(nèi)置的導(dǎo)熱管21將熱水的熱量傳遞給沼氣池7內(nèi)的泥水混合液。通過一號溫度傳感器18和二號溫度傳感器8分別在線監(jiān)測污水調(diào)節(jié)池5內(nèi)的溫度T1和沼氣池7內(nèi)的溫度T2 ；PLC控制器20根據(jù)一號溫度傳感器18和二號溫度傳感器8的溫度信息來控制調(diào)節(jié)閥6的開啟度以維持T2為35-55°C，該參數(shù)下產(chǎn)甲烷反應(yīng)效果較好。根據(jù)pH傳感器29的在線監(jiān)測信息，PLC控制器20定期開啟投藥泵27以維持沼氣池7內(nèi)的pH≥6.8，該參數(shù)下產(chǎn)甲烷反應(yīng)效果較好。優(yōu)化的，本實(shí)施例中，PLC控制器20控制調(diào)節(jié)閥6的開啟度以維持T2為37°C。
[0042]當(dāng)T2 < 35°C時，二號溫度傳感器8將溫度信息傳遞給PLC控制器20，PLC控制器20做出反饋，減小調(diào)節(jié)閥6的開啟度；如果1~2始終< 35°C JlJPLC控制器20控制調(diào)節(jié)閥6使其關(guān)閉；當(dāng)T2再次≥36°C時，PLC控制器20控制調(diào)節(jié)閥6開啟。
[0043]當(dāng)pH < 6.8時，pH傳感器29將信息傳遞給PLC控制器20，PLC控制器20做出反饋，打開投藥泵27，堿液罐26內(nèi)的NaOH溶液通過加藥管28進(jìn)入沼氣池7內(nèi)；當(dāng)pH≥7.2后，關(guān)閉投藥泵27。
[0044]當(dāng)T1 > T2時，PLC控制器20做出反饋，關(guān)閉耐熱閥33，切斷熱傳遞。
[0045](三)、氣體收集管10將沼氣池7內(nèi)產(chǎn)生的沼氣輸送至沼氣發(fā)電機(jī)12，沼氣發(fā)電機(jī)12將沼氣轉(zhuǎn)化為電能供生產(chǎn)和生活所用，回收了沖廁污水的能量；電纜24將沼氣發(fā)電機(jī)12產(chǎn)生的電能輸送至冷卻塔22和回水泵31。冷卻塔22利用電能工作，將由中間水箱17通過熱水管16傳輸來的熱水進(jìn)行冷卻，儲存于冷水池30?；厮?1利用電能工作，通過循環(huán)冷卻水管23將冷水池30內(nèi)的冷水輸送至換熱設(shè)備15。
[0046]在步驟(一)和步驟(二)中，當(dāng)沼氣池7內(nèi)的水力停留時間為15-25d和溫度T2為35-55°C兩個條件無法同時滿足時，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥6的開啟度，優(yōu)先滿足溫度T2為35-55°C。本實(shí)施例中，當(dāng)沼氣池7內(nèi)的水力停留時間為20d和溫度T2為37°C兩個條件無法同時滿足時，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥6的開啟度，優(yōu)先滿足溫度T2為37°C。
[0047]案例:采用本實(shí)施例處理某工廠(規(guī)模為2班/d，500人/班)單獨(dú)排放的沖廁生活污水(B0D5=1367.8 mg/L)。正常運(yùn)行后，年處理沖廁生活污水0.73萬t，年產(chǎn)沼氣量為1.3萬m3，年發(fā)電量2.3萬kw.h。
[0048] 此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)所作的舉例說明。
【權(quán)利要求】
1.一種利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)與室外給水管網(wǎng)、室外排水管網(wǎng)、沖廁器具連接；該系統(tǒng)包括換熱設(shè)備、冷卻塔；其特征在于:該系統(tǒng)還包括污水調(diào)節(jié)池、調(diào)節(jié)閥、沼氣池、沼氣發(fā)電機(jī)、中間水箱、PLC控制器、導(dǎo)熱管、堿液罐、投藥泵、冷水池、回水泵、耐熱閥； 室外給水管網(wǎng)、沖廁器具、污水調(diào)節(jié)池、調(diào)節(jié)閥、沼氣池、室外排水管網(wǎng)依次接通；污水調(diào)節(jié)池內(nèi)置一號溫度傳感器；沼氣池內(nèi)置二號溫度傳感器、PH傳感器；堿液罐、投藥泵、沼氣池依次接通； 室外給水管網(wǎng)、換熱設(shè)備、中間水箱、冷卻塔、室外排水管網(wǎng)接通；冷卻塔、冷水池、回水泵、換熱設(shè)備依次接通；導(dǎo)熱管一端與中間水箱連接，另一端與沼氣池連接，導(dǎo)熱管上設(shè)有耐熱閥； 沼氣池的沼氣排出口與沼氣發(fā)電機(jī)接通；所述的沼氣發(fā)電機(jī)與冷卻塔、回水泵連接； PLC控制器分別與調(diào)節(jié)閥、投藥泵、一號溫度傳感器、二號溫度傳感器、pH傳感器、耐熱閥連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)，其特征在于:在所述的沼氣池底部設(shè)有排泥管，排泥管上設(shè)有排泥閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)循環(huán)水余熱回收沖廁污水能量的系統(tǒng)，其特征在于:所述的沼氣池內(nèi)設(shè)有攪拌器。
【文檔編號】C02F3/28GK203683221SQ201320845055
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】龔靈瀟, 劉志娟 申請人:中國聯(lián)合工程公司