CN111392827A - 一种污水处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理系统及工艺，包括污水泵、余热换热器、反应池、吸收式热泵装置；余热换热器包括污水侧换热器和热水换热器；系统的污水入口经污水泵连接污水换热器；反应池具有沼气排出口，沼气排出口连接至吸收式热泵装置；热水换热器与吸收式热泵装置形成热水循环管路。该系统及工艺运行稳定，污水净化能力强，有效节能，可以适用于处理不同的污水。

Description

一种污水处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种污水处理系统及工艺。

背景技术

现有污水处理技术中，污水厌氧生物处理是一种高效的污水处理方法，简单易行，灵活适用于不同规模的污水处理厂。随着厌氧反应器结构不断的优化，行业内开发出了高效的污水厌氧处理流程。但是，一方面，厌氧处理工艺具有对温度敏感、在处理过程中会产生恶臭味气体等缺陷，污水处理能力有待进一步提高。另一方面，充分利用清洁能源已成为社会资源再利用的必然，而厌氧处理工艺对于污水蕴含能源的利用并不重视，能源的利用率很低，大大增加了污水处理的成本。

发明内容

为了克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，本发明提供一种污水处理系统及工艺。

本发明为解决其问题所采用的技术方案是：

一种污水处理系统，包括污水泵、余热换热器、反应池、吸收式热泵装置；余热换热器包括污水侧换热器和热水换热器；系统的污水入口经污水泵连接污水换热器；反应池具有沼气排出口，沼气排出口连接至吸收式热泵装置；热水换热器与吸收式热泵装置形成热水循环管路。

优选地，本系统还包括沉淀池，反应池与沉淀池相连，沉淀池清水出口可选择地连接至吸收式热泵装置。

优选地，污水泵包括一级污水泵和二级污水泵，一级污水泵与二级污水泵之间设置防阻机，防阻机包括污水进口、污水出口、回水口、回水出口，防阻机的污水进口与污水出口分别与一级污水泵和二级污水泵连接，污水侧换热器的出水口连接防阻机的回水口，防阻机的回水出口连接至反应池。

优选地，本系统还包括初分离装置和沉井，系统的污水入口依次经初分离装置、沉井与一级污水泵连接，沉井中预埋吸料管。

优选地，本系统还包括电控制装置，电控制装置与二级污水泵电性连接，污水进口和反应池进口均设置温度传感器，电控制装置根据污水进口温度、反应池进口温度、以及预设反应池所需温度，调节二级污水泵的功率。

本发明还提供一种污水处理工艺，包括以下步骤：

污水经过防阻机、污水泵输送至污水侧换热器，与热水换热器换热，并回流至防阻机；

回流至防阻机的污水输送至反应池中；

反应池中的沼气排出至吸收式热泵装置，作为吸收式热泵装置的燃料；

吸收式热泵装置与所述热水换热器形成热水循环。

优选地，该污水处理工艺还包括以下步骤：

反应池污水输送至沉淀池中，在沉淀池中沉淀的清水可选择地输送至吸收式热泵装置。

优选地，该污水处理工艺还包括以下步骤：

在反应池中输入磁性混凝剂，沉淀池沉淀的颗粒经过磁分离机分离出的污泥进入污泥池，分离出的污水再次进入反应池中。

所述磁性混凝剂由以下重量份组分组成：

所述磁性纳米Fe₃O₄的粒径为30-50nm；

所述聚丙烯酰胺包覆层的厚度为5-20μm；

所述纳米二氧化钛的粒径为40-60nm；

纳米氧化锌的粒径为40-60nm；

本发明的磁性混凝剂采用磁性纳米Fe₃O₄作为磁核，聚丙烯酰胺作为包覆层，由于磁性纳米Fe₃O₄的嵌入，使本发明制备的磁性混凝剂同时具备磁性纳米颗粒的磁分离性能和高分子材料的吸附、混凝性能，在保证处理效果理想的前提下能实现高效分离和快速沉降，从而使表面负荷变大、水力停留时间减小，极大的提高了了污水处理工艺的效率。

通过添加纳米级氧化锌、二氧化钛可以对磁性混凝剂各原料组分表面性质进行纳米化改性，降低磁性混凝剂各原料的表面张力，增加了磁性混凝剂组份的流动性，使原料组分均匀的分散开，使得磁性混凝剂组份能够很快的在水中铺散开；另外，在磁性混凝剂组份中引入纳米二氧化钛和纳米氧化锌，还可以对污水中的微生物有一定的抑制作用。

所述的聚丙烯酰胺包覆磁性纳米Fe₃O₄制备方法包括如下步骤：

a、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺升温至50-85℃，溶解所述聚丙烯酰胺，形成聚丙烯酰胺溶液，所述聚丙烯酰胺溶液中聚丙烯酰胺的质量百分比为12％-20％；

b、将磁性纳米Fe₃O₄加入至步骤a得到聚丙烯酰胺溶液中，进行搅拌均质，形成悬浊液，所述磁性纳米Fe₃O₄的用量为聚丙烯酰胺溶液的4wt％-8wt％；

c、将所述悬浊液进行γ射线辐照1-2h后，往所述悬浊液加入无水乙醇并使其降温至20-25℃，然后依次进行静置、过滤、洗涤、干燥处理，即得到所述聚丙烯酰胺包覆磁性纳米Fe₃O₄，其中无水乙醇的用量为悬浮液的30wt％-55wt％。

所述γ射线辐照处理的辐照剂量为220-300Gy/h，γ射线辐照处理可以活化磁性纳米Fe₃O₄和聚丙烯酰胺，使其表面上产生活性接枝点，有助于聚丙烯酰胺对磁性纳米Fe₃O₄的包覆；但不可照射时间过长，否则会产生团聚。

优选地，在污水输送至防阻机之前，污水经过初分离装置和沉井初步分离，初分离装置分离的污泥进入污泥池中。

优选地，本污水处理工艺根据系统地污水入口温度、反应池进口温度、以及预设反应池所需温度，调节靠近余热换热器的污水泵功率。

综上所述，本发明提供的污水处理系统及工艺具有如下技术效果：

通过吸收式热泵对污水蕴含热量及排放气体能量综合利用，有效节能，并防止污水厌氧处理对环境的污染；

本发明的污水处理工艺结合处理过程中实用特定的磁性混凝剂，极大的提高了污水的处理效率；该工艺运行稳定，并采用多级净化分离，污水净化效能高；在本系统及工艺的电控制下，可以适用于处理不同的污水。

附图说明

图1为本发明实施例污水处理系统的示意图；

其中，附图标记含义如下：

100、污水处理系统；1、污水入口；2、初分离装置；3、沉井；4、一级污水泵；5、防阻机；51、污水进口；52、污水出口；53、回水口；54、回水出口；6、二级污水泵；7、污水换热器；7A、污水侧换热器；7B、热水侧换热器；8、吸收式热泵装置；9、反应池；11、沉淀池；12、磁分离机；13、污泥池；14、三通换向阀；15、磁性混凝剂；16、生活热水；17、沼气；18、供水出口。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。

实施例1

本发明公开了一种污水处理系统100，如图1所示。该污水处理系统100包括有余热换热器、污水泵、反应池9、沉淀池11、吸收式热泵装置8。

其中，余热换热器包括有污水侧换热器7A和热水侧换热器7B。污水侧换热器7A与热水侧换热器7B相互之间换热。在本实施例中，余热换热器采用喷淋式换热器，热水换热器7B喷淋的换热水与污水侧换热器7A接触换热，污水从污水侧换热器7A中经过。在其它实施例中，污水侧换热器7A和热水侧换热器7B亦可采用其它结构，实现污水与介质热水换热。

污水入口1经污水泵连接污水换热器7。在本实施例中，污水泵包括一级污水泵4和二级污水泵6。污水入口1依次与一级污水泵4和二级污水泵6连接，二级污水泵6与污水换热器7连接。多级别的污水泵可以为不同管路处增加污水压力，加速污水流动，利于污水换热器7的流动。在优选实施例中，通过检测污水入口处污水温度，调节二级污水泵6的功率，以调节污水换热器7的换热效率。

在一级污水泵4和二级污水泵6之间设置了防阻机5。在优选实施例中，采用全智能的污水防阻机。防阻机5具有污水进口51、污水出口52、回水口53、回水出口54。其中，污水进口51与一级污水泵4的出口连通，污水出口52与二级污水泵6的进口连通，污水换热器7的出口连接回水口53。该设备可以将大直径的污杂物清除，防止阻塞污水换热器7。

在本实施例中，反应池9为废水厌氧生物处理反应池，具有沼气排出口，沼气排出口连接至吸收式热泵装置8。

在本实施例中，该吸收式热泵装置8为直燃型溴化锂吸收式热泵机组。优选实施例中，吸收式热泵装置8为第一类吸收式热泵机组。具体地，沼气排出口与直燃高压发生器(未示出)相连通，将沼气17输送至高压发生器的燃烧室作为驱动热源。热水换热器7B与吸收式热泵装置8的蒸发器的传热盘管连通，形成热水循环。该热水循环中优选设置热水泵，加强循环动力。

冷剂水经泵喷淋到蒸发器传热盘管表面，吸收经传热盘管内的来自热水侧换热器7B的热量。经过对沼气及污水热量的利用，运行吸收式热泵装置8，生活用水经吸收器、冷凝器升温后，可以输出生活热水16。其中吸收式热泵装置8的生活用水的专用进口未示出。

在其它实施例中，亦可采用其它直燃型的吸收式热泵机组。以利用热水换热器7B出口输出的热量为宜。吸收式热泵装置8的其它具体结构，为现有技术所记载，本领域技术人员可以根据需要选择，在此不再赘述。

防阻机5的回水出口54连通反应池9。反应池9采用碳钢结构，内部防止腐蚀，外部保温棉保温。通过调节二级污水泵6的功率，可以对进入反应池9的废水温度进行调节，达到反应池9的适宜反应温度。另外，也可以对反应池9的进水pH进行控制。

反应池9的出口与沉淀池11连接。经沉淀池11的固液分离后，清水排至供水系统，污泥可进入污泥池13中。在本实施例中，沉淀池11的清水通过管道上三通换向阀14，选择进入吸收式热泵装置8，经吸收器、冷凝器升温后，输出使用；或选择直接从供水出口18输出。

在优选实施中，本系统100还具有磁性混凝剂15，加入至污泥反应池9中，磁性混凝剂15对污水中悬浮颗粒进行混凝，混凝后污水将含有磁性凝聚物的混合污水送至沉淀池11进行固液分离沉淀。含磁性的污水进入磁分离机12中，对铁质进行清除，经过磁分离的污水再次进入污泥反应池9中，其它的污泥进入到污泥池13中。

在优选实施例中，污水进口1与初分离装置2的进口连接。在本实施例中，初分离装置2为水砂分离器。初分离装置2具有两个出口，分别为污水出口和砂石出口。污水出口与沉井3相连接，砂石出口通过履带将砂石输送至污泥池13中。

沉井3具有污水进口和污水出口，并且，在沉井3中预埋吸料管，将沉井3初步沉淀的污泥吸入至污泥池13中。在本实施例中，沉井3的吸料管为多根。沉井3的污水出口连接一级污水泵4进口。

污泥池13接收来自初分离装置2、沉井3以及磁分离机12的污泥。

在优选实施中，系统100还包括电控制装置(未示出)，该电控制装置与二级污水泵6电性连接，污水进口1和反应池9的进口均设置温度传感器，电控制装置根据污水进口1的温度、反应池9的进口温度、以及预设反应池9所需温度，调节二级污水泵6的功率。由此电控制装置的控制，实现余热换热器针对不同反应池温度调节换热效率。进一步地，通过热水侧换热器7B的热水循环管路上的热水泵功率调节，可更有效地调节余热侧换热器7A与热水侧换热器7B的换热效率。

本系统尤其适用于厌氧型的污水处理，对于所处理污水的类型不做限定。

本发明实施例还提供一种污水处理工艺，包括以下步骤：

污水经过防阻机、污水泵输送至污水侧换热器与热水换热器换热，并回流至防阻机；

回流至防阻机的污水输送至反应池中；

反应池中的沼气排出至吸收式热泵装置，作为吸收式热泵装置的燃料；

吸收式热泵装置与热水换热器形成热水循环。

在优选实施例中，还包括以下步骤：

反应池污水输送至沉淀池中，在沉淀池中沉淀的清水可选择地输送至吸收式热泵装置。

优选实施中，在反应池中输入磁性混凝剂，沉淀池沉淀的颗粒经过磁分离机分离出的污泥进入污泥池，分离出的污水再次进入反应池中。

所述磁性混凝剂由以下重量份组分组成：

所述磁性纳米Fe₃O₄的粒径为50nm；

所述聚丙烯酰胺包覆层的厚度为20μm；

所述纳米二氧化钛的粒径为60nm；

纳米氧化锌的粒径为60nm；

所述的聚丙烯酰胺包覆磁性纳米Fe₃O₄制备方法包括如下步骤：

a、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺升温至50-85℃，溶解所述聚丙烯酰胺，形成聚丙烯酰胺溶液，所述聚丙烯酰胺溶液中聚丙烯酰胺的质量百分比为12％-20％；

b、将磁性纳米Fe₃O₄加入至步骤a得到聚丙烯酰胺溶液中，进行搅拌均质，形成悬浊液，所述磁性纳米Fe₃O₄的用量为聚丙烯酰胺溶液的4wt％-6wt％；

c、将所述悬浊液进行γ射线辐照处理后，往所述悬浊液加入无水乙醇并使其降温至20-25℃，然后依次进行静置、过滤、洗涤、干燥处理，即得到所述聚丙烯酰胺包覆磁性纳米Fe₃O₄，其中无水乙醇的用量为悬浮液的30wt％-55wt％。

在优选实施例中，在污水输送至防阻机之前，污水经过初分离装置和沉井初步分离，初分离装置和沉井分离的污泥进入污泥池中。

在优选实施例中，还包括步骤：

根据系统污水进口温度、反应池进口温度、以及预设反应池所需温度，调节污水泵管路的污水流速，具体为调节靠近余热换热器的污水泵功率。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于所用混凝剂原料为当量的聚丙烯酰胺和磁性纳米Fe₃O₄而非聚丙烯酰胺包覆磁性纳米Fe₃O₄；

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于所用磁性混凝剂原料为普通二氧化钛和氧化锌而非纳米氧化锌、纳米二氧化钛；

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于所用磁性混凝剂为市售的普通磁性混凝剂。

使用相同原水(浊度1000NTU、铜含量28mg/L、镍含量53mg/L、COD含量1200mg/L、BOD含量400mg/L)，药剂使用量15mg/L，以100L水量，在相同实验环境条件，将实施例1与对比例1-3分别进行实验对比，检测结果如下表所示：

可见，本发明的污水处理工艺结合处理过程中实用特定的磁性混凝剂，处理后的污水污染物的含量低，并且污水的处理效率也极大的得到了提高。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种污水处理系统，其特征在于，包括污水泵、余热换热器、反应池、吸收式热泵装置；

所述余热换热器包括污水侧换热器和热水换热器；所述系统的污水入口经所述污水泵连接所述污水换热器；所述反应池具有沼气排出口，所述沼气排出口连接至所述吸收式热泵装置；所述热水换热器与所述吸收式热泵装置形成热水循环管路。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，还包括沉淀池，所述反应池与所述沉淀池相连，所述沉淀池清水出口可选择地连接至所述吸收式热泵装置。

3.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述污水泵包括一级污水泵和二级污水泵，所述一级污水泵与二级污水泵之间设置防阻机，所述防阻机包括污水进口、污水出口、回水口、回水出口，所述防阻机的污水进口与污水出口分别与所述一级污水泵和二级污水泵连接，所述污水侧换热器的出水口连接所述防阻机的回水口，所述防阻机的回水出口连接至所述反应池。

4.根据权利要求3所述的污水处理系统，其特征在于，还包括初分离装置和沉井，所述系统的污水入口依次经初分离装置、沉井与所述一级污水泵连接，所述沉井中预埋吸料管。

5.根据权利要求4所述地污水处理系统，其特征在于，还包括电控制装置，所述电控制装置与所述二级污水泵电性连接，所述污水进口和所述反应池进口均设置温度传感器，所述电控制装置根据污水进口温度、反应池进口温度、以及预设反应池所需温度，调节所述二级污水泵的功率。

6.一种污水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

污水经过防阻机、污水泵输送至污水侧换热器，与热水换热器换热，并回流至防阻机；

回流至所述防阻机的污水输送至反应池中；

所述反应池中的沼气排出至吸收式热泵装置，作为所述吸收式热泵装置的燃料；

所述吸收式热泵装置与所述热水换热器形成热水循环。

7.根据权利要求6所述的污水处理工艺，其特征在于：还包括以下步骤：

所述反应池污水输送至沉淀池中，在沉淀池中沉淀的清水可选择地输送至所述吸收式热泵装置。

8.根据权利要求7所述的污水处理工艺，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述反应池中输入磁性混凝剂，所述沉淀池沉淀的颗粒经过磁分离机分离出的污泥进入污泥池，分离出的污水再次进入反应池中。

9.根据权利要求8所述的污水处理工艺，其特征在于，在所述污水输送至所述防阻机之前，所述污水经过初分离装置和沉井初步分离，所述初分离装置分离的污泥进入污泥池中。

10.根据权利要求8中所述的污水处理工艺，其特征在于，

所述磁性混凝剂由以下重量份组分组成：

所述磁性纳米Fe₃O₄的粒径为30-50nm；

所述聚丙烯酰胺包覆层的厚度为5-20μm；

所述纳米二氧化钛的粒径为40-60nm；

纳米氧化锌的粒径为40-60nm；

所述的聚丙烯酰胺包覆磁性纳米Fe₃O₄制备方法包括如下步骤：

a、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺升温至50-85℃，溶解所述聚丙烯酰胺，形成聚丙烯酰胺溶液，所述聚丙烯酰胺溶液中聚丙烯酰胺的质量百分比为12％-20％；

b、将磁性纳米Fe₃O₄加入至步骤a得到聚丙烯酰胺溶液中，进行搅拌均质，形成悬浊液，所述磁性纳米Fe₃O₄的用量为聚丙烯酰胺溶液的4wt％-8wt％；

c、将所述悬浊液进行γ射线辐照1-2h后，往所述悬浊液加入无水乙醇并使其降温至20-25℃，然后依次进行静置、过滤、洗涤、干燥处理，即得到所述聚丙烯酰胺包覆磁性纳米Fe₃O₄，其中无水乙醇的用量为悬浮液的30wt％-55wt％。

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