CN114149143A - 一种低碳污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低碳污水处理系统，包括原污水处理系统、污泥处理系统、热电联产单元、水源热泵单元、光伏发电单元；原污水处理系统将原污水经过初步处理后将污水和污泥分离，将分离后的污水经过深度处理后排出；污泥处理系统将分离后的污泥进行消化和脱水处理，热电联产单元利用污泥在消化处理过程中产生的沼气发电，并供于该低碳污水处理系统的配电单元，再向污泥处理系统的消化过程提供热能；水源热泵单元将原污水处理系统的出水进行制冷或制热利用；光伏发电单元利用光伏发电，并供于该低碳污水处理系统的配电单元。本发明利用节能技术、能源化利用技术和减碳技术，有效降低了污水处理厂的用电量和碳排放量。

Description

一种低碳污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种低碳污水处理系统。

背景技术

随着各地提标改造的实施，污水处理能耗将进一步增大。面对巨大的能耗物耗，污水处理领域的碳减排工作已迫在眉睫。目前，“以高能耗高物耗为基础的优质出水”以及由此带来的“减排水污染物、增排温室气体”的局面不利于污水处理行业的健康发展，低碳污水处理应是未来的发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种低碳污水处理系统，利用节能技术、能源化利用技术和减碳技术，降低污水处理厂的用电量和碳排放量。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低碳污水处理系统，包括原污水处理系统、污泥处理系统以及节能减排系统，所述节能减排系统包括热电联产单元、水源热泵单元、光伏发电单元；

所述原污水处理系统用于将原污水先经过初步处理，再将污水和污泥进行分离，最后将分离后的污水经过深度处理后排出；

所述污泥处理系统与所述原污水处理系统连接，用于将分离后的污泥进行消化和脱水处理，使污泥可资源化利用；

所述热电联产单元与所述污泥处理系统连接，用于利用污泥在消化处理过程中产生的沼气进行发电，将产生的电能供于该低碳污水处理系统的配电单元，再向所述污泥处理系统的消化过程提供热能；

所述水源热泵单元与所述原污水处理系统的出水口连接，用于将所述原污水处理系统的出水进行制冷或制热利用；

所述光伏发电单元用于利用光伏进行发电，并将产生的电能供于该低碳污水处理系统的配电单元。

进一步地，所述原污水处理系统包括依次连接的格栅、沉砂池、吸附曝气池、初沉池、厌氧氨氧化池、二沉池和深度处理单元，所述二沉池的污泥出口连接所述吸附曝气池；

所述格栅用于过滤掉原污水中垃圾及大颗粒杂质，所述沉砂池用于过滤掉大颗粒泥沙，所述吸附曝气池用于利用回流污泥吸附污水中的有机物，提高剩余污泥的有机物含量，所述初沉池用于将污水和污泥初步分离，所述厌氧氨氧化池用于去除有机物和氮类污染物，所述二沉池用于将污水和污泥二次分离，所述深度处理单元用于对分离后的污水进行深度处理后排出。

进一步地，所述节能减排系统还包括鼓风机单元，所述鼓风机单元用于为所述吸附曝气池和所述厌氧氨氧化池供氧。

进一步地，所述污泥处理系统包括依次连接的污泥浓缩池、污泥热水解装置、厌氧消化装置和高干脱水装置，所述污泥浓缩池连接所述初沉池的污泥出口，使污泥经过所述污泥浓缩池进行浓缩，再经过所述污泥热水解装置和所述厌氧消化装置分别进行热水解和厌氧消化反应，最后经过所述高干脱水装置进行脱水后投入可资源化利用。

进一步地，所述厌氧消化装置的处理物料入口还通入包括餐厨垃圾等有机废弃物。

进一步地，所述热电联产单元包括沼气发电机组和烟气换热板，所述沼气发电机组与所述厌氧消化装置的气体出口连接，利用所述厌氧消化装置产生的沼气进行发电，将产生的电能供于该低碳污水处理系统的配电单元，所述烟气换热板用于利用所述沼气发电机组产生的烟气及缸套水热量生产热水，向所述厌氧消化装置提供热能。

进一步地，所述光伏发电单元包括依次连接的光伏组件、逆变器、配电箱和该低碳污水处理系统的配电单元，所述光伏组件利用光伏发电，经过所述逆变器和配电箱后，接入该低碳污水处理系统的配电单元。

进一步地，所述水源热泵单元包括设置在所述深度处理单元出水口的潜水泵，所述潜水泵连接热泵机组，所述潜水泵吸取原污水处理系统的出水，经所述热泵机组换热后排回所述深度处理单元出水口。

进一步地，所述热泵机组与该低碳污水处理系统内部及外部的供热系统和/ 或制冷系统相互连接，循环换热，向该低碳污水处理系统内部及外部的供热系统和/或制冷系统提供制热和/或制冷功能。

进一步地，还包括系统循环泵，所述热泵机组与该低碳污水处理系统内部及外部的供热系统和/或制冷系统的连接之间设置所述系统循环泵，实现循环换热。

本发明的低碳污水处理系统具有如下有益效果：

1、采用吸附曝气，分离出更多的初沉污泥，使更多的有机质转化为沼气；

2、运用厌氧氨氧化工艺，使得脱氮无需外加碳源；

3、运用热水解及厌氧消化工艺进行污泥处理可使污泥量减少、脱水性能改善且处理后污泥符合卫生学指标，同时产气量增加，提高了污水厂的能量自给比例，降低污水厂运营成本；

4、引入餐厨垃圾等有机废弃物进入污泥消化系统，可实现污水厂的能量平衡；

5、采用节能型鼓风机，大大减少污水厂曝气部分的能耗；

6、采用光伏发电系统，利用污水厂现有空地和空间资源，为污水厂产生电能；

7、采用水源热泵系统，充分利用污水中所蕴含的能量，可解决污水厂内建筑物和构筑物的空调和供暖问题，同时可解决污水厂周边建筑物的空调和供暖问题，在节能减排的同时，为污水带来可观的收入来源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的低碳污水处理系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

根据图1所示，说明本发明的一种低碳污水处理系统，包括原污水处理系统、污泥处理系统以及节能减排系统，所述节能减排系统包括热电联产单元、水源热泵单元、光伏发电单元、鼓风机单元；

所述原污水处理系统中，包括依次连接的格栅、沉砂池、吸附曝气池、初沉池、厌氧氨氧化池、二沉池和深度处理单元，所述二沉池的污泥出口连接所述吸附曝气池。原污水先经过格栅，过滤掉垃圾等大颗粒杂质，再经过所述沉砂池过滤掉大颗粒泥沙，所述吸附曝气池利用所述二沉池排出的回流泥吸附污水中的可吸附有机物，以提高剩余污泥的有机物含量，再经过所述初沉池将污水和剩余污泥进行初步分离，分离后的污水进入所述厌氧氨氧化池，在低碳氮比的情况下，去除有机物和氮类污染物，再进入所述二沉池进行污水和污泥的二次分离，二次分离的污泥回流至所述吸附曝气池，分离的污水进入深度处理单元经过深度处理后排出。

所述污泥处理系统包括依次连接的污泥浓缩池、污泥热水解装置、厌氧消化装置和高干脱水装置。所述污泥浓缩池连接所述初沉池的污泥出口，使污泥经过所述污泥浓缩池进行浓缩，再经过所述污泥热水解装置和所述厌氧消化装置分别进行热水解和厌氧消化反应，最后经过所述高干脱水装置进行脱水，后续进一步进行资源化利用。所述厌氧消化装置的处理物料入口还通入包括餐厨垃圾等有机废弃物。

所述热电联产单元包括沼气发电机组和烟气换热板，所述沼气发电机组与所述厌氧消化装置的气体出口连接，利用所述厌氧消化装置产生的沼气进行发电，将产生的电能供于该低碳污水处理系统的配电单元，同时通过所述烟气换热板利用所述沼气发电机组产生的烟气及缸套水热量生产热水，供厌氧消化装置保温使用。

所述水源热泵单元包括设置在所述深度处理单元出水口的潜水泵，所述潜水泵连接热泵机组，所述潜水泵吸取原污水处理系统的出水，经所述热泵机组换热后排回所述深度处理单元出水口。所述热泵机组同时也与系统循环泵相连，系统循环泵又与该低碳污水处理系统内部及外部的供热系统和/或制冷系统连接。水源热泵系统借助制冷、供热循环系统，通过消耗少量的电能，在冬天将出水中的低品质能量“汲取”出来，经管网供给室内制冷空调、采暖系统；夏天，将室内的热量带走，并释放到出水中，以达到夏季空调制冷的效果。

所述光伏发电单元包括依次连接的光伏组件、逆变器、配电箱和该低碳污水处理系统的配电单元。在该低碳污水处理系统的污水处理池等构筑物上方及建筑物屋顶上方铺设光伏组件，光伏组件连接逆变器，之后经配电箱后，接入该低碳污水处理系统的配电单元。

所述鼓风机单元的主要设备为节能鼓风机，节能鼓风机为吸附曝气池和厌氧氨氧化池供氧。

本发明的目的在于利用节能技术、能源化利用技术和减碳技术，降低污水处理厂的用电量和碳排放量，提供一种构建低碳污水处理厂的新方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

1、采用吸附曝气+初沉池，分离出更多的剩余污泥，提升了剩余污泥的有机物含量，使更多的有机质转化为沼气。

2、污水处理生化单元采用厌氧氨氧化工艺，该工艺通过调节水温、pH、溶解氧等参数，实现厌氧氨氧化菌丰度的大幅提升，厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化为氮气，需氧量仅为硝化-反硝化过程的35％，脱氮效率高，并且无需外加有机碳源，只产生25％的剩余污泥。

3、剩余污泥采用“热水解+厌氧消化+高干脱水”工艺，在消化前先进行热水解处理，不仅使污泥细胞破壁，提高了产气率，沼气发电实现污水厂的电耗部分自给，并且还能提高污泥的脱水性能和资源化利用潜力。

4、污水处理的曝气系统采用空悬浮或磁悬浮等节能鼓风机，相比通常采用的鼓风机，可节约能耗40％以上。

5、采用污水源热泵系统给污水厂内外建筑物供热和制冷，能效比高达 4.5-6.0，能源利用率是电采暖的3-4倍，比传统中央空调节省30％-40％的运行费用。

6、污水厂可利用的有效面积很大，且用电负荷稳定，有利于建设自发自用式并网光伏发电系统。光伏发电系统的建设一般可为污水厂节约30％的电能。

实施例1

本实施例以10万吨/日的污水厂为例，采用该低碳污水处理系统。该低碳污水处理系统分为污水处理线、污泥处理线和节能减排线。污水处理线的主要技术工艺为：吸附曝气池-初沉池-厌氧氨氧化工艺；污泥处理线的主要技术工艺为：热水解-厌氧消化-高干脱水；节能减排线的主要技术工艺为：热电联产+ 水源热泵+光伏发电+节能鼓风机。污水处理线采用厌氧氨氧化工艺，降低了碳源添加量和曝气所需的能耗。污泥处理线采用的厌氧消化工艺实现了污泥中蕴含的碳资源的能源转化。节能减排线充分利用污水厂可利用的热源、地面空间等，达到节能减排和降低污水厂运营成本的目的。

通过在污水处理厂采用热电联产、水源热泵、光伏发电、节能鼓风机等技术措施，可以实现能源的回收，有效减少了碳排放。该低碳污水处理系统符合低碳循环经济和可持续发展理念，同时也具有可观的经济效益。具体说来，有以下几种经济效益。

1、污水厂污泥和80％含水率的餐厨垃圾100t采用厌氧消化工艺，日产沼气量约15000Nm3/d，发电量约27Mkwh/d，可实现厂内37％电能自给，按照污水、污泥处理耗电指标0.55+0.18＝0.73kwh/m3计算，每天用电量73000度，日节省电量27000度，按照0.72元/度电，则节约709.56万元/年。

2、水源热泵系统利用污水处理厂出水为冬季采暖，整个采暖季从污水中可提取热量为82648GJ，可节省电能为2289万kwh，按照0.72元/度电，则节约 1648.08万元/年。

3、光伏发电系统采用540W单晶硅组件，装机容量约2MWp，占用面积约1.3 万平方米，日产电量5477.78度，按照0.72元/度电，自发自用率100％计算，年均节省电费为143.96万元。

4、污水厂采用5台200kW的磁悬浮鼓风机(4用1备)，相比较罗茨鼓风机，年节电604800度，按照0.72元/度电，则节约43.55万元/年。

因此，本发明的低碳污水处理系统利用节能技术、能源化利用技术和减碳技术，实现污水的低碳处理，同时有效降低了污水处理厂的用电量和碳排放量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低碳污水处理系统，其特征在于：包括原污水处理系统、污泥处理系统以及节能减排系统，所述节能减排系统包括热电联产单元、水源热泵单元、光伏发电单元；

所述原污水处理系统用于将原污水先经过初步处理，再将污水和污泥进行分离，最后将分离后的污水经过深度处理后排出；

所述污泥处理系统与所述原污水处理系统连接，用于将分离后的污泥进行消化和脱水处理，使污泥可资源化利用；

所述热电联产单元与所述污泥处理系统连接，用于利用污泥在消化处理过程中产生的沼气进行发电，将产生的电能供于该低碳污水处理系统的配电单元，再向所述污泥处理系统的消化过程提供热能；

所述水源热泵单元与所述原污水处理系统的出水口连接，用于将所述原污水处理系统的出水进行制冷或制热利用；

所述光伏发电单元用于利用光伏进行发电，并将产生的电能供于该低碳污水处理系统的配电单元。

2.根据权利要求1所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述原污水处理系统包括依次连接的格栅、沉砂池、吸附曝气池、初沉池、厌氧氨氧化池、二沉池和深度处理单元，所述二沉池的污泥出口连接所述吸附曝气池；

所述格栅用于过滤掉原污水中垃圾及大颗粒杂质，所述沉砂池用于过滤掉大颗粒泥沙，所述吸附曝气池用于利用回流污泥吸附污水中的有机物，提高剩余污泥的有机物含量，所述初沉池用于将污水和污泥初步分离，所述厌氧氨氧化池用于去除有机物和氮类污染物，所述二沉池用于将污水和污泥二次分离，所述深度处理单元用于对分离后的污水进行深度处理后排出。

3.根据权利要求2所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述节能减排系统还包括鼓风机单元，所述鼓风机单元用于为所述吸附曝气池和所述厌氧氨氧化池供氧。

4.根据权利要求2或3所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述污泥处理系统包括依次连接的污泥浓缩池、污泥热水解装置、厌氧消化装置和高干脱水装置，所述污泥浓缩池连接所述初沉池的污泥出口，使污泥经过所述污泥浓缩池进行浓缩，再经过所述污泥热水解装置和所述厌氧消化装置分别进行热水解和厌氧消化反应，最后经过所述高干脱水装置进行脱水后投入可资源化利用。

5.根据权利要求4所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述厌氧消化装置的处理物料入口还通入包括餐厨垃圾的有机废弃物。

6.根据权利要求4所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述热电联产单元包括沼气发电机组和烟气换热板，所述沼气发电机组与所述厌氧消化装置的气体出口连接，利用所述厌氧消化装置产生的沼气进行发电，将产生的电能供于该低碳污水处理系统的配电单元，所述烟气换热板用于利用所述沼气发电机组产生的烟气及缸套水热量生产热水，向所述厌氧消化装置提供热能。

7.根据权利要求1或6所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述光伏发电单元包括依次连接的光伏组件、逆变器、配电箱和该低碳污水处理系统的配电单元，所述光伏组件利用光伏发电，经过所述逆变器和配电箱后，接入该低碳污水处理系统的配电单元。

8.根据权利要求2所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述水源热泵单元包括设置在所述深度处理单元出水口的潜水泵，所述潜水泵连接热泵机组，所述潜水泵吸取原污水处理系统的出水，经所述热泵机组换热后排回所述深度处理单元出水口。

9.根据权利要求8所述的低碳污水处理系统，其特征在于：所述热泵机组与该低碳污水处理系统内部及外部的供热系统和/或制冷系统相互连接，循环换热，向该低碳污水处理系统内部及外部的供热系统和/或制冷系统提供制热和/或制冷功能。

10.根据权利要求9所述的低碳污水处理系统，其特征在于：还包括系统循环泵，所述热泵机组与该低碳污水处理系统内部及外部的供热系统和/或制冷系统的连接之间设置所述系统循环泵，实现循环换热。

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