CN106865757B

CN106865757B - 一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统

Info

Publication number: CN106865757B
Application number: CN201710052624.1A
Authority: CN
Inventors: 谢显传; 贺辉辉; 王芳; 丁珏; 朱海啸; 秦龙
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: CN106865757A

Abstract

本发明公开了一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统，所述的系统包括UASB厌氧反应器部分、吸收式热泵部分、燃气锅炉部分，所述的UASB反应器部分通过厌氧污泥厌氧菌对污泥分解产生沼气，沼气通入燃气锅炉部分燃烧产生热蒸汽，将热蒸汽传入吸收式热泵部分，在吸收式热泵部分内部循环后，将产生的热水通向UASB反应器部分，使反应器中的温度保持在最佳反应温度范围内，反应器中的厌氧菌在较高的活性状态。本发明设计新颖，能够实现能量循环利用，提高污水净化速率。

Description

一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统

技术领域

本发明涉及使用厌氧消化工艺处理污水时所用设备领域，具体来讲涉及一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统。

背景技术

升流式厌氧污泥床(UASB反应器)是在20世纪70年代开发的一种高效污水处理装置。UASB反应器里的污水流速缓慢，但是水流方向与产气上升方向相一致，这样不仅可以减少堵塞，还可以加强对污泥床的搅拌混合作用从而有利于微生物与污水间的混合接触以及颗粒污泥的形成，所以UASB反应器的污水处理效率较高。但是在冬天由于温度较低，而大多数污泥中的厌氧菌的最佳生长温度在33℃左右，所以如果不对反应器进行加热，污泥中的厌氧菌的活性会下降，从而导致反应器的处理能力以及处理效率大大降低，这种问题在我国北方地区尤为突出。目前所采用的方式多为利用其他能源转化为热能对反应器进行加热，这样没有利用反应器所产生的沼气，造成了浪费并且增加了系统的复杂性；还有利用反应器产生的沼气在燃气锅炉中燃烧产生蒸汽，但是锅炉的利用效率低，也会造成能源的浪费。

如前所述，UASB反应器在处理污水过程中会产生沼气，而沼气作为燃料燃烧后可以产生热能，本发明就利用沼气燃烧后产生的热泵驱动吸收式热泵，产生高温热水，再利用高温热水对反应器进行加热，使反应器内的厌氧菌保持在较高的活性状态下，提高反应器处理污水的能力及效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统，在UASB反应器部分产生的沼气，通入燃气锅炉部分内燃烧，通过热量吸收式热泵部分将热量传至UASB反应器部分，使UASB反应器中的温度保持在最佳反应温度范围内，保证反应器中的厌氧菌在较高的活性状态，提高UASB的处理效率。

本发明的技术方案为：

一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统,所述的系统包括UASB反应器部分、吸收式热泵部分、燃气锅炉部分，所述的UASB反应器部分包括污泥反应区、沉淀区、污水进水管、排泥管、污水出水管、热水送水管、三相分离器、集气室、集气送气泵、温度传感器，所述的吸收式热泵部分包括发生器、溶液热交换器、吸收器、蒸发器、冷凝器、节流阀，所述的燃气锅炉部分包括燃气锅炉、燃气锅炉排气换热器、蒸汽送气泵，所述的污水进水管、排泥管置于污泥反应区的底部，所述的污水出水管置于污泥反应区的上部，所述的热水送水管置于污泥反应区的中间位置，所述的温度传感器置于污泥反应区的一侧，所述的三相分离器置于污泥反应区的上部中间位置，所述的三相分离器连接集气室，所述的集气室另一端连接集气送气泵，所述的集气送气泵连接燃气锅炉，所述的燃气锅炉上端接有燃气锅炉排气换热器，内部连接蒸汽送气泵，蒸汽送气泵连接有发生器，发生器连接有所述吸收器、冷凝器，所述的溶液热交换器置于发生器和吸收器之间，所述的蒸发器与吸收器、冷凝器连接，所述的节流阀置于蒸发器、冷凝器之间，所述的冷凝器经过燃气锅炉排气换热器与热水送水管连接。

进一步的，所述的污泥反应区底部有厌氧污泥，所述的厌氧污泥中有厌氧菌，所述的污水进水管从污泥反应区的底部一侧深入厌氧污泥中。

进一步的，所述的热水送水管在厌氧污泥区中分为两条管路，形成“Z”字形，热水流出水管后会产生扭矩，能使两只分管旋转。

进一步的，所述的两条管路末端有2-20个直径为2-5mm的微型孔，当两只分管旋转时，能够增加热水与污水的混合速率。

进一步的，所述的蒸汽送气泵与发生器通过管道连接，所述的管道通过发生器后绕回燃气锅炉，蒸汽送气泵将燃气锅炉燃烧产生的热蒸汽输送至吸收式热泵部分。

进一步的，所述的冷凝器和污泥反应区连接的管道经过燃气锅炉排气换热器，促进余热回收再利用。

进一步的，所述的发生器内部有溴化锂溶液，所述的溴化锂溶液的质量浓度为20-40％，浓度高时会结晶析出，溴化锂溶液无毒，水蒸汽分压力低。

进一步的，所述的系统工作流程为：从污水进水管将污水输送至污泥反应区的厌氧污泥内，产生沼气，沼气在集气室收集后经集气送气泵送至燃气锅炉，在燃气锅炉内燃烧产生蒸汽，10-20％排入燃气锅炉排气换热器进行余热回收，其余通过蒸汽送气泵排入管道进行循环，管道经过发生器，发生器内溴化锂溶液被加热产生水蒸气，水蒸气流入冷凝器中向冷却水放热，凝结成冷剂水，再依次流向蒸发器、吸收器、发生器完成循环，被加热的冷却水流向UASB反应器的污泥反应区，使厌氧菌的温度保持在最佳的反应温度范围内。

本发明的有效果为：

1、本发明的系统能够将UASB反应器产生的沼气，沼气在燃气锅炉部分内燃烧，产生的热量作用于UASB反应器部分，使UASB反应器中的温度保持在最佳反应温度范围内，保证反应器中的厌氧菌在较高的活性状态，提高UASB的处理效率，使整个系统实现自给自足的良性循环过程；

2、本发明的系统吸收式热泵部分能够降低噪音，并且使用溴化锂水溶液作为工质，溴化锂溶液水蒸汽分压力低，无毒，对环境友好，使系统运行安全可靠；

3、本发明的系统使用“Z”字型加热水管对厌氧污泥进行加热，热水流出水管后会产生扭矩，使两只分管旋转，增加热水与污水的混合速率，提高了厌氧菌对污水的分解速率；

4、本发明的系统设计新颖，在污水处理过程中无二次污染，可广泛应用于污水处理。

附图说明

图1是本发明所述的一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统结构示意图；

图2是本发明的系统中热水送水管的局部图；

其中，1-污泥反应区、2-沉淀区、3-污水进水管、4-排泥管、5-污水出水管、6-热水送水管、7-三相分离器、8-集气室、9-集气送气泵、10-温度传感器、11-发生器、12-溶液热交换器、13-吸收器、14-蒸发器、15-冷凝器、16-节流阀、17-燃气锅炉、18-燃气锅炉排气换热器、19-蒸汽送气泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，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作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。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图及具体实施例为例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。

一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统,系统包括UASB反应器部分、吸收式热泵部分、燃气锅炉部分，UASB反应器部分包括污泥反应区1、沉淀区2、污水进水管3、排泥管4、污水出水管5、热水送水管6、三相分离器7、集气室8、集气送气泵9、温度传感器10，吸收式热泵部分包括发生器11、溶液热交换器12、吸收器13、蒸发器14、冷凝器15、节流阀16，燃气锅炉部分包括燃气锅炉17、燃气锅炉排气换热器18、蒸汽送气泵19，污水进水管3、排泥管4置于污泥反应区1的底部，污水出水管5置于污泥反应区1的上部，热水送水管6置于污泥反应区1的中间位置，温度传感器10置于污泥反应区1的一侧，三相分离器7置于污泥反应区1的上部中间位置，三相分离器7连接集气室8，集气室8另一端连接集气送气泵9，集气送气泵9连接燃气锅炉17，燃气锅炉17上端接有燃气锅炉排气换热器18，内部连接蒸汽送气泵19，蒸汽送气泵19连接有发生器11，发生器11连接有所述吸收器13、冷凝器15，溶液热交换器12置于发生器11和吸收器13之间，蒸发器14与吸收器13、冷凝器15连接，节流阀16置于蒸发器14、冷凝器15之间，冷凝器15经过燃气锅炉排气换热器18与热水送水管6连接。

污泥反应区1：底部有厌氧污泥，污水进水管3从污泥反应区1的底部一侧深入厌氧污泥中。

热水送水管6：在厌氧污泥区中分为两条管路，形成“Z”字形，热水流出水管后会产生扭矩，两条管路末端有15个直径为3mm的微型孔。

蒸汽送气泵19与发生器11通过管道连接，管道通过发生器11后绕回燃气锅炉17。

发生器11：内部有溴化锂溶液，溴化锂溶液的质量浓度为30％。

一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统，基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器加热系统的加热步骤为：从污水进水管3将污水输送至污泥反应区1的厌氧污泥内，产生沼气，沼气在集气室8收集后经集气送气泵9送至燃气锅炉17，在燃气锅炉17内燃烧产生蒸汽，10-20％排入燃气锅炉排气换热器18进行余热回收，其余通过蒸汽送气泵19排入管道进行循环，管道经过发生器11，发生器11内溴化锂溶液被加热产生水蒸气，水蒸气流入冷凝器15中向冷却水放热，凝结成冷剂水，再依次流向蒸发器14、吸收器13、发生器11完成循环，被加热的冷却水流向UASB反应器的污泥反应区1，使厌氧菌的温度保持在最佳的反应温度范围内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器系统,其特征在于，所述的系统包括UASB反应器部分、吸收式热泵部分、燃气锅炉部分，所述的UASB反应器部分包括污泥反应区（1）、沉淀区（2）、污水进水管（3）、排泥管（4）、污水出水管（5）、热水送水管（6）、三相分离器（7）、集气室（8）、集气送气泵（9）、温度传感器（10），所述的吸收式热泵部分包括发生器（11）、溶液热交换器（12）、吸收器（13）、蒸发器（14）、冷凝器（15）、节流阀（16），所述的燃气锅炉部分包括燃气锅炉（17）、燃气锅炉排气换热器（18）、蒸汽送气泵（19），所述的污泥反应区（1）、沉淀区（2）、三相分离器（7）是由下至上布设，所述的污水进水管（3）、排泥管（4）置于污泥反应区（1）的底部，所述的污水出水管（5）置于三相分离器（7）的上方，所述的热水送水管（6）置于污泥反应区（1）的中间位置，所述的温度传感器（10）置于污泥反应区（1）的一侧，所述的三相分离器（7）置于沉淀区（2）的上方中间位置，所述的三相分离器（7）连接集气室（8），所述的集气室（8）另一端连接集气送气泵（9），所述的集气送气泵（9）连接燃气锅炉（17），所述的燃气锅炉（17）上端接有燃气锅炉排气换热器（18），内部连接蒸汽送气泵（19），蒸汽送气泵（19）连接有发生器（11），发生器（11）连接有所述吸收器（13）、冷凝器（15），所述的溶液热交换器（12）置于发生器（11）和吸收器（13）之间，所述的蒸发器（14）与吸收器（13）、冷凝器（15）连接，所述的节流阀（16）置于蒸发器（14）、冷凝器（15）之间，所述的冷凝器（15）经过燃气锅炉排气换热器与热水送水管（6）连接；

所述的污泥反应区（1）底部有厌氧污泥，所述的厌氧污泥中有厌氧菌，所述的污水进水管（3）从污泥反应区（1）的底部一侧深入厌氧污泥中；

所述的热水送水管在污泥反应区中分为两条管路，形成“Z”字形，热水流出水管后会产生扭矩；

所述的两条管路末端有2-20个直径为2-5mm的微型孔；

所述的蒸汽送气泵（19）与发生器（11）通过管道连接，所述的管道通过发生器（11）后绕回燃气锅炉（17）；

所述的发生器（11）内部有溴化锂溶液，所述的溴化锂溶液的质量浓度为20-40%；

所述基于直燃型吸收式热泵的污水厌氧处理反应器系统的加热步骤为：从污水进水管（3）将污水输送至污泥反应区（1）的厌氧污泥内，产生沼气，沼气在集气室（8）收集后经集气送气泵（9）送至燃气锅炉（17），在燃气锅炉（17）内燃烧产生蒸汽，10-20%排入燃气锅炉排气换热器（18）进行余热回收，其余通过蒸汽送气泵（19）排入管道进行循环，管道经过发生器（11），发生器（11）内溴化锂溶液被加热产生水蒸气，水蒸气流入冷凝器（15）中向冷却水放热，凝结成冷剂水，再依次流向蒸发器（14）、吸收器（13）、发生器（11）完成循环，被加热的冷却水流向UASB反应器的污泥反应区（1），使厌氧菌的温度保持在最佳的反应温度范围内。