CN102190372A - 生物反应槽的加温系统 - Google Patents

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Abstract

一种生物反应槽的加温系统，具备生物反应槽(3)和热泵循环。生物反应槽(3)通过消化菌对所投入的排水或有机污泥进行厌氧处理。热泵循环具备第一热交换器(15)和第二热交换器(19)。第一热交换器(15)从生物反应槽(3)所排出的消化污泥中回收热。第二热交换器(19)通过由第一热交换器(15)回收的热，将生物反应槽(3)内的污泥加温到规定温度。

Description

生物反应槽的加温系统
技术领域
本发明涉及一种加温系统，在进行生物处理的废水处理或污泥处理中，为了使生物反应活化而对生物反应槽进行加温。
背景技术
已知在进行下水污泥或排水的厌氧处理时，厌氧菌通常在35～36℃左右活性最高。因此，对污泥或排水进行处理的厌氧处理槽(消化槽)以保持在35～36℃左右的方式进行加温。作为加温方法，具有在消化槽内或消化槽的周围配设加热线而进行电加热的方法。
此外，还存在如下技术：在厌氧处理中，通过作为厌氧菌的甲烷菌的厌氧发酵，分解污泥或排水中含有的有机物而产生消化气体，消化气体以甲烷气体为主要成分，将产生的甲烷气体回收并使其燃烧而用于厌氧处理槽的加温。
但是，由于甲烷气体的产生量取决于被处理物的有机物浓度和甲烷菌对有机物的分解率，所以回收的甲烷气体的量不稳定。因此，在一般的下水污泥的消化槽中的甲烷发酵中，产生的消化气体的仅7成左右被使用于消化槽的加温。结果，在消化槽的甲烷发酵中，虽然具有能量消耗较少、能够得到甲烷气体能量的优点，但是以往难以将所得到的甲烷气体有效应用为其他能量源。
发明内容
本发明要解决的技术问题为，鉴于上述情况而提供一种生物反应槽的加温系统，能够将在消化槽内产生的全部消化气体有效应用于发电等，能够推进节能。
为了解决上述技术问题，一个实施方式的生物反应槽的加温系统为，具备生物反应槽和热泵循环。生物反应槽通过消化菌对所投入的排水或有机污泥进行厌氧处理。热泵循环具备第一热交换器和第二热交换器。第一热交换器从生物反应槽所排出的消化污泥中回收热。第二热交换器通过由第一热交换器回收的热，将生物反应槽内的污泥加温到规定温度。
根据本发明的生物反应槽的加温系统，生物反应槽的加热能够使用通过热泵循环从消化污泥中回收的热。因此，能够将在生物反应槽(甲烷发酵槽)中产生的消化气体(甲烷气体)，有效应用为发电用发动机或后阶段处理的污泥干燥或污泥焚烧等的能量。
附图说明
图1是实施例1的生物反应槽的加温系统的结构图。
图2表示以往的消化槽加温方法的实施例的能量收支。
图3表示实施例1的生物反应槽的加温系统的能量收支。
图4是实施例2的生物反应槽的加温系统的结构图。
图5是实施例3的生物反应槽的加温系统的结构图。
图6是实施例4的生物反应槽的加温系统的结构图。
图7是实施例5的生物反应槽的加温系统的结构图。
图8是实施例6的生物反应槽的加温系统的结构图。
图9是实施例7的生物反应槽的加温系统的结构图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式的生物反应槽的加温系统进行说明。
[实施例1]
如图1所示，实施例1的生物反应槽的加温系统具备作为生物反应槽的消化槽3、污泥贮藏槽5、脱水机7、干燥机9以及消化气体锅炉11。消化槽3取入下水等排水中的剩余污泥，执行厌氧微生物处理而进行消化。污泥贮藏槽5对在消化槽3中产生的消化污泥进行贮藏。脱水机7从污泥贮藏槽5所暂时贮藏的消化污泥中除去水分。干燥机9对被脱水后的脱水污泥进行干燥。消化气体锅炉11使在消化槽3中产生的消化气体燃烧，产生用于在干燥机9中使脱水污泥干燥的蒸汽。
实施例1的生物反应槽的加温系统，作为构成热泵循环的热循环系统，还具有膨胀阀13、第一热交换器15、压缩机17、第二热交换器19、污泥循环泵21以及温水泵23。膨胀阀13使循环的冷媒膨胀。第一热交换器15具备使污泥贮藏槽5的消化污泥循环的盘管15b，从消化污泥中回收热。压缩机17将通过由第一热交换器15回收的热加温后的冷媒进行压缩。第二热交换器19具备使温水在其与消化槽3之间循环的盘管19a、19b，通过被压缩了的冷媒对温水进行加温。污泥循环泵21使污泥在污泥贮藏槽5和第一热交换器15之间循环。温水泵23使温水在消化槽3和第二热交换器19之间循环。
接着，对实施例1的作用进行说明。
在消化槽3中，通过作为厌氧细菌的甲烷发酵菌的作用，所投入的剩余污泥被进行生物处理。如此，由于剩余污泥在消化槽3内被进行厌氧消化处理，因此剩余污泥中的有机物被分解，分离为消化气体和消化污泥。在此，消化气体以甲烷气体为主要成分。并且，消化污泥是所投入的剩余污泥的固态物按照体积比被减量到一半左右之后的污泥。
厌氧消化处理后的污泥作为消化污泥而暂时贮藏在污泥贮藏槽5中。所贮藏的消化污泥通过污泥循环泵21，在配设于第一热交换器15内的盘管15b和污泥贮藏槽5之间循环。在热交换器15内，通过打开膨胀阀13而使循环的冷媒蒸发，从循环的消化污泥中夺取热，而消化污泥的温度降低。如此，在第一热交换器15内回收消化污泥的热。
蒸发的冷媒由压缩机17压缩而液化，此时放出热。利用所放出的热，对在第二热交换器19和消化槽3之间循环的温水进行加温。然后，利用被加温后的温水来加热消化槽3内的剩余污泥。结果，消化槽3内的剩余污泥被保持为为了进行厌氧消化处理而需要的35～36℃左右的温度。例如，在第二热交换器19中温水被加温到75℃左右。75℃的温水通过温水泵23而向盘管19a一方循环。然后，75℃的温水经由盘管19a对消化槽3内的剩余污泥进行加热而促进消化。用于加热的温水的温度虽然下降到55℃左右，但是其返回到第二热交换器19并经由盘管19b再次被加温到75℃左右。重复这样的温度循环，消化槽3内的剩余污泥被维持在大致36℃左右的温度。另一方面，液化的冷媒再次通过膨胀阀13膨胀蒸发并从消化污泥中夺取热，以下重复同样的动作。
在污泥贮藏槽5内进行了热交换之后的消化污泥被送到脱水机7进行脱水处理。脱水后的脱水污泥被送到干燥机9，在被干燥之后作为干燥污泥而排出。
在厌氧消化处理中产生的以甲烷气体为主要成分的消化气体，被使用为消化气体锅炉11的燃料。此外，消化气体锅炉11还使用重油作为辅助燃料。
这样，在实施例1中，从消化槽3排出的消化污泥暂时由污泥贮藏槽5接受，并使消化污泥在污泥贮藏槽5和第一热交换器15之间循环。在第一热交换器15中从污泥中吸收污泥持有的热，通过热泵循环使温度上升，并通过第二热交换器19对消化槽3内的污泥进行加温。
热泵的功系数(GOP)由于最近的技术进步而大概为3～6左右。并且，在实施例1中，由于能够使用回收热源即消化污泥的温度为35℃前后的高温热源，所以GOP接近6。
所谓GOP为6，是指通过将1kW的电力赋予热泵而能够得到6kW的热能，能够实现非常高效率的加温。
另外，当将燃烧重油来进行加温的以往时的燃料费和利用实施例1的热泵来进行加温时的电费进行比较时，利用实施例1的热泵进行加温时的电费能够降低到以往使用重油的加温时的1/2～1/3。
图2表示以往的消化槽加温方法的能量收支。此外，图3表示实施例1的生物反应槽的加温系统的能量收支。
如图2所示，在以往的消化槽加温方法中，消化气体仅被使用为对消化槽3进行加温的消化槽加温锅炉的燃料。消化槽加温锅炉通过反馈控制来运转，因此由于产生的消化气体的量的变动而成为不稳定的运转。因此，不得不进行使所使用的消化气体的量具有余量的运转，而产生较多剩余的消化气体。该剩余的消化气体全部被废弃。此外，用于使消化污泥干燥的干燥机用锅炉，将重油作为燃料来运转。
另一方面，如图3所示，在实施例1的生物反应槽的加温系统中，消化气体全部被用作为干燥机用锅炉的燃料。另一方面，通过利用热泵循环来进行消化槽3的加温。因此，作为消耗能量，只要是使热泵循环工作的电力和在干燥机用锅炉的运转中辅助使用的重油即可。当比较图2和图3时，可知在以往例和实施例1中消耗能量减少为一半以下。此外，利用了全部的消化气体，消化气体产生量的变动将重油作为辅助来补充，所以能够节省将消化气体的剩余量废弃的浪费。
[实施例2]
图4表示实施例2的生物反应槽的加温系统。另外，对于与图1相同的部件赋予相同符号。
实施例2的生物反应槽的加温系统与图1所示的实施例1的生物反应槽的加温系统的不同点为，使冷媒通过配设于污泥贮藏槽5内的盘管15a内，并经由盘管15a直接回收消化污泥中的热。
[实施例3]
图5表示实施例3的生物反应槽的加温系统。另外，对于与图1相同的部件赋予相同符号。
实施例3的生物反应槽的加温系统与图1所示的实施例1的生物反应槽的加温系统不同点为：使冷媒通过配设于污泥贮藏槽5内的盘管15a内，并经由盘管15直接回收消化污泥中的热；和使冷媒通过配设于消化槽3内的盘管19a内，并经由盘管19a直接对消化槽3内的消化污泥进行加温。
[实施例4]
图6表示实施例4的生物反应槽的加温系统。另外，对于与图1相同的部件赋予相同符号。
实施例4的生物反应槽的加温系统为，在消化槽3的入口侧配管上配设热交换器25，在剩余污泥被投入到消化槽3之前的阶段进行加温。此时，作为热交换器25能够由双重配管25a构成，该双重配管25a为冷媒通过中心部分、剩余污泥通过周边部分。由压缩机17压缩而液化的冷媒在热交换器25中放出热，通过双重配管的剩余污泥在由所放出的热加热到36℃左右之后，被投入到消化槽3内。另外，使冷媒通过配设于污泥贮藏槽5内的盘管15a内，并经由盘管15a直接回收消化污泥中的热，这一点与实施例2相同。
在上述实施例2～4的生物反应槽的加温系统中，也与实施例1的生物反应槽的加温系统同样，能够将在消化槽3中产生的消化气体有效应用为后阶段处理的污泥干燥的能量。因此，能够实现的效果为：通过在活用厌氧发酵的节能性的同时、进一步将消化气体能量有效应用为污泥干燥或污泥焚烧的能量，能够抑制重油等化石燃料的消耗，通过活用由生物物质产生的能量，能够削减环境负担。
[实施例5]
图7表示实施例5的生物反应槽的加温系统。另外，对于与图1相同的部件赋予相同符号。
实施例5的生物反应槽的加温系统为，在消化槽3的出口侧配管上未配置污泥贮藏槽5，而直接配设热交换器27，通过该热交换器27从消化槽3所排出的消化污泥中吸收热并进行回收。此时，作为热交换器27，能够由双重配管27a构成，该双重配管27a为冷媒通过中心部分、消化污泥通过周边部分。由此，能够通过简单的设备从消化污泥中回收热。另外，其他结构与图1及图4所示的实施例1、2相同，所以省略其说明。
[实施例6]
图8表示实施例6的生物反应槽的加温系统。另外，对于与图1相同的部件赋予相同符号。
在上述的各实施例中，热回收仅以消化污泥为对象，但是实施例6的生物反应槽的加温系统构成为，与消化污泥一起还从消化槽3所排出的脱离液中回收热。
即，构成为，在脱离液排出配管上配设热交换器29，将该热交换器29的盘管29a与配置于污泥贮藏槽5内的盘管15a连接。此时，作为盘管29a，与盘管15a同样由双重配管构成，该双重配管为冷媒通过中心部分、脱离液通过周边部分。
脱离液与消化污泥同样带有大约35℃左右的热，以往被直接排出到水处理设备中。根据实施例6的生物反应槽的加温系统，还能够从脱离液吸收热，所以能够实现进一步的节能。
[实施例7]
图9表示实施例7的生物反应槽的加温系统。另外，对于与图1相同的部件赋予相同符号。
实施例7的生物反应槽的加温系统为，在消化槽3的出口侧配管上未配置污泥贮藏槽5，而直接配设热交换器31来从消化污泥中吸收热并进行回收，并且该热交换器31与图8所示的实施例6同样，还从脱离液的排出配管回收热。即，作为热交换器31能够由盘管31a和盘管31b构成，该盘管31a由冷媒通过中心部分、消化污泥通过周边部分的双重配管构成，该盘管31b与该盘管31a连接，由冷媒通过中心部分、消化污泥通过周边部分的双重配管构成。由此，能够实现的效果为，能够通过简单的设备从消化污泥以及脱离液中回收热，并实现进一步的节能。
以上，对本发明的几个实施例进行了说明，但这些实施例仅表示为例子，并不意图限定发明的范围。这些实施例能够通过其他各种方式来实施，在不脱离发明精神的范围内能够进行各种省略、置换以及变更。
例如，虽然省略图示，但在实施例1～4中，污泥贮藏槽5不是必须的结构，是能够通过热交换器从消化污泥中回收热的结构即可。此外，对于实施例1～4，也能够构成为从消化槽3所排出的脱离液中回收热。另外，上述的各实施例表示了在一般的下水污泥的消化槽中应用本发明的例子，但是不一定是下水污泥的消化槽，例如也可以UASB(Upflow AnaerobicSludge Blanket：上流式厌氧污泥床)系统或消化器等甲烷发酵槽。
这些实施例及其变形包含在发明的范围以及其主旨中，同时包含在权利的要求范围中所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (4)

1.一种生物反应槽的加温系统，其特征在于，
具备生物反应槽和热泵循环，
该生物反应槽通过消化菌对所投入的排水或有机污泥进行厌氧处理，
该热泵循环具备：
第一热交换器，从上述生物反应槽所排出的消化污泥中回收热；和
第二热交换器，通过由上述第一热交换器回收的热，将上述生物反应槽内的污泥加温到规定温度。
2.根据权利要求1所述的生物反应槽的加温系统，其特征在于，
还具备污泥贮藏槽，该污泥贮藏槽暂时贮藏上述生物反应槽所排出的消化污泥，
上述第一热交换器与上述污泥贮藏槽之间进行热交换，而从上述消化污泥中回收热。
3.根据权利要求1或2所述的生物反应槽的加温系统，其特征在于，
上述热泵循环还具备第三热交换器，该第三热交换器从上述生物反应槽所排出的脱离液中回收热，
上述第二热交换器通过由上述第一热交换器和上述第三热交换器的至少一方回收的热，将上述生物反应槽内的污泥加温到规定温度。
4.根据权利要求1～3之一所述的生物反应槽的加温系统，其特征在于，
还具备：
脱水机，对通过上述第一热交换器回收了热之后的消化污泥进行脱水；
消化气体锅炉，燃烧在上述生物反应槽中产生的消化气体，并产生蒸汽；以及
干燥机，通过上述消化气体锅炉产生的蒸汽，对上述脱水机所排出的脱水污泥进行干燥。
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