CN114853262B - 多能源协同加热污水一体化处理系统 - Google Patents

多能源协同加热污水一体化处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多能源协同加热污水一体化处理系统，包括一体化生物处理装置，其包括处理箱组；处理箱组一端两侧分别开设有进风口和出风口；生物质颗粒气化炉分别通过出风管路、出风口与一体化生物处理装置固接并连通；内循环加热搅拌系统，设置于处理箱组内部；内循环加热搅拌系统分别通过第一管道、辅助加热系统与生物质颗粒气化炉固接并连通；辅助加热系统串联在第一管道上；尾气热量回收装置分别通过进风管路、进风口与处理箱组固接并连通；进风管路与出风管路固接并连通。本发明能够实现降低农村的污水排放的污染，实现对农村大量的生物质燃料的充分利用。

Description

多能源协同加热污水一体化处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种多能源协同加热污水一体化处理系统。
背景技术
随着社会经济发展和生活水平的提高，农村用水量和污水排放量日益增加，未经处理的污水的任意排放使农村环境问题日渐严重。农村污水治理已成为我国当前水环境治理的重点，也是水体水质改善的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种多能源协同加热污水一体化处理系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现降低农村的污水排放的污染，实现对农村大量的生物质燃料的充分利用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多能源协同加热污水一体化处理系统，包括：
一体化生物处理装置，用于处理经污水管网收集的生活污水，包括处理箱组；所述处理箱组一端两侧分别开设有进风口和出风口；
生物质颗粒气化炉，用于为整个系统提供热量；所述生物质颗粒气化炉分别通过出风管路、所述出风口与所述处理箱组固接并连通；
内循环加热搅拌系统，设置于所述处理箱组内部；所述内循环加热搅拌系统通过第一管道与所述生物质颗粒气化炉固接并连通；所述第一管道上串联有辅助加热系统；
尾气热量回收装置，用于回收烟气经所述处理箱组换热后仍残留的部分余热进行热量回收；所述尾气热量回收装置分别通过进风管路、进风口与所述处理箱组固接并连通；所述进风管路和所述出风管路分别与所述处理箱组固接并连通。
优选的，所述处理箱组包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池；所述缺氧池内、所述好氧池内和所述二沉池内分别设置有所述内循环加热搅拌系统；所述内循环加热搅拌系统分别与所述尾气热量回收装置、所述辅助加热系统和所述生物质颗粒气化炉固接并连通；所述厌氧池宽度方向外侧面除外，所述厌氧池、所述缺氧池、所述好氧池和所述二沉池的侧面均由两层钢板成型，并形成一个相互贯通的腔室；所述腔室分别与所述进风管路和所述出风管路固接并连通。
优选的，所述内循环加热搅拌系统包括搅拌泵、搅拌管路和污泥回流泵；所述搅拌泵设置于所述缺氧池内，并分别通过第一管道、辅助加热系统与所述生物质颗粒气化炉固接并连通；所述搅拌管路设置于所述缺氧池内，且通过第二管道与所述生物质颗粒气化炉固接并连通；所述搅拌泵与所述搅拌管路固接并连通；所述污泥回流泵设置于所述二沉池内，且与所述尾气热量回收装置固接并连通。
优选的，所述生物质颗粒气化炉包括燃烧炉、输送机和储料仓；所述输送机进口端与所述储料仓的出口相连通；所述输送机的出口端设置于所述燃烧炉的进料仓上方；所述燃烧炉内壁固接有换热盘管；所述换热盘管的进口端和出口端分别与所述第一管道、所述第二管道固接并连通。
优选的，所述尾气热量回收装置包括壳体、布水管、蜂窝填材、挡水板、出水管和溢流管；所述壳体侧壁与所述进风管路固接并连通；所述壳体内腔侧壁顶端固接有所述布水管；所述布水管与所述污泥回流泵固接并连通；所述布水管下方设置有所述蜂窝填材；所述蜂窝填材周侧面与所述壳体侧壁固定连接；所述蜂窝填材底面靠近所述进风管路的一端固接有所述挡水板；所述挡水板与所述进风管路开口正对设置；所述壳体顶面一端固接并连通有烟管；所述壳体侧壁底端分别固接并连通有所述出水管的一端和所述溢流管的一端；所述溢流管的另一端与所述出水管侧壁固接并连通；所述出水管的另一端与所述厌氧池相连通。
优选的，所述辅助加热系统包括太阳能光伏板、逆变器、双向计量电表和管道加热器；所述太阳能光伏板与所述逆变器电性连接；所述逆变器与所述双向计量电表电性连接；所述双向计量电表与所述管道加热器电性连接；所述双向计量电表还并联有外部电网；所述管道加热器串联在所述第一管道上。
优选的，所述第一管道还并联有第三管道；所述第三管道上串联有阀门。
优选的，所述缺氧池内腔安装有支架；所述支架上固接有若干附着填料。
优选的，所述好氧池中部安装有温度计；所述好氧池内腔投加有MBBR填料；所述好氧池的填充率为30％-50％。
优选的，所述好氧池与所述缺氧池之间通过筛板相连通；所述好氧池与所述二沉池之间通过所述筛板相连通。
本发明具有如下技术效果：
1)上述污水处理系统，通过在缺氧池安装固定式组合填料，在好氧池投加MBBR填料，提供了微生物的附着载体，能够增加系统的有效微生物量，筛选富集降解能力强菌种，处理效果好、抗冲击负荷能力强，可有效节约系统的容积，降低建设投资；
2)设置了太阳能光伏发电辅助加热系统，不但可在低温条件为系统提供辅助加热，提升水温，还可在环境温度较高条件下，利用系统产生电量为整个系统设备供电，剩余电量还可并网供电，充分利用了污水站点的占地面积和清洁能源，降低了系统能耗；
3)采用生物质能源加热技术，可因地制宜，利用植物秸秆、花生壳、玉米芯及木屑等加工生物质颗粒作为燃料，原材料来源广泛，成本低廉，实现了能源的可持续利用，低温条件下有效提升系统内水温，提高了微生物活性，系统能够正常稳定运行；
4)采用的生物质颗粒燃烧炉，燃烧效率高，燃烧后烟气氮氧化物、硫化物及灰尘等含量低，可直接达到环保要求，同时因设置尾气热量回收装置，提高了能源利用率，进一步节约了能源；
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图。
图2为辅助加热系统结构示意图。
图3为缺氧池侧视结构示意图。
图4为好氧池侧视结构示意图。
图5为本发明的工艺流程图。
其中，1、处理箱组；11、厌氧池；12、缺氧池；13、好氧池；14、二沉池；2、内循环加热搅拌系统；21、搅拌泵；22、搅拌管路；23、污泥回流泵；3、生物质颗粒气化炉；31、燃烧炉；32、输送机；33、储料仓；34、换热盘管；41、太阳能光伏板；42、逆变器；43、双向计量电表；44、管道加热器；45、控制柜；51、第一管道；52、第二管道；53、第三管道；54、阀门；55、支架；56、MBBR填料；57、温度计；58、筛板；59、附着填料；6、尾气热量回收装置；61、壳体；62、布水管；63、蜂窝填材；64、挡水板；65、出水管；66、溢流管；67、烟管；71、出风管路；72、进风管路。
具体实施方式
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，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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种多能源协同加热污水一体化处理系统，包括：
一体化生物处理装置，用于处理经污水管网收集的生活污水，包括处理箱组1；处理箱组1一端两侧分别开设有进风口和出风口；
生物质颗粒气化炉3，用于为整个系统提供热量；生物质颗粒气化炉3分别通过出风管路71、出风口与处理箱组1固接并连通；
内循环加热搅拌系统2，设置于处理箱组1内部；内循环加热搅拌系统2通过第一管道51与生物质颗粒气化炉3固接并连通；第一管道51上串联有辅助加热系统；
尾气热量回收装置6，用于回收烟气经处理箱组1换热后仍残留的部分余热进行热量回收；尾气热量回收装置6分别通过进风管路72、进风口与处理箱组1固接并连通；进风管路72与和出风管路71分别与处理箱组1固接并连通。
进一步的，生物质颗粒气化炉3，内循环加热搅拌系统2，尾气热量回收装置6组合形成生物质能源加热装置。
进一步优化方案，处理箱组1包括依次连通的厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和二沉池14；缺氧池12内、好氧池13内和二沉池14内分别设置有内循环加热搅拌系统2；内循环加热搅拌系统2分别与尾气热量回收装置6、辅助加热系统和生物质颗粒气化炉3固接并连通；厌氧池11宽度方向外侧面除外，厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和二沉池14的侧面均由两层钢板成型，并形成一个相互贯通的腔室；腔室分别与进风管路72和出风管路71固接并连通。
进一步的，厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和二沉池14均优先采用优质的碳钢材质制作而成；处理箱组1侧面除厌氧池11宽度方向侧面外，其余缺氧池12、好氧池13和二沉池14的侧面均由两层钢板构成，并进一步的形成一个中空的腔室，既能够进一步提高整体的强度，也能够提高缺氧池12、好氧池13和二沉池14的保温隔热的性能。
进一步的，厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和二沉池14的侧面分别采用环氧煤沥青漆多次涂刷，以形成重度防腐涂层。
进一步优化方案，内循环加热搅拌系统2包括搅拌泵21、搅拌管路22和污泥回流泵23；搅拌泵21通过固定架(附图未表示)固定安装于缺氧池12内腔中部，并分别通过第一管道51、辅助加热系统与生物质颗粒气化炉3固接并连通；搅拌管路22通过固定架(附图未表示)固定安装于缺氧池12内腔中部，且通过第二管道52与生物质颗粒气化炉3固接并连通；搅拌泵21与搅拌管路22固接并连通；污泥回流泵23设置于二沉池14内，且与尾气热量回收装置固接并连通。
进一步的，搅拌管路22为HDPE穿孔曝气管，能够实现通过搅拌管路22侧壁开设的曝气孔对缺氧池12内进行曝气并搅拌，提高混合的效率。
进一步的，污泥回流泵23的出口端设置有手动阀门(附图未表示)，将好氧池13的硝化液回流至缺氧池12前端。
进一步优化方案，生物质颗粒气化炉3包括燃烧炉31、输送机32和储料仓33；输送机32进口端与储料仓33的出口相连通；输送机32的出口端设置于燃烧炉31的进料仓上方；燃烧炉31内壁固接有换热盘管34；换热盘管34的进口端和出口端分别与第一管道51、第二管道52固接并连通，换热盘管34能够将第一管道51内导入的低温介质升温成高温介质并通过第二管道52导入到搅拌管路22内。
进一步的，燃烧炉31为现有的生物质气化炉，优选的自带自动控制系统，能够实现自动点火、控温及上料。其为现有技术，在此不再赘述。
进一步的，输送机32为输送带或绞龙输送机；其为现有技术，在此不再赘述。同时，输送机32和储料仓33均应该通过固定架(附图未表示)固定在相应位置，其为常规应用，在此不再赘述。
进一步的，储料仓33存储容积优选的满足燃烧炉一周燃料用量。
进一步优化方案，尾气热量回收装置6包括壳体61、布水管62、蜂窝填材63、挡水板64、出水管65和溢流管66；壳体61侧壁与进风管路72固接并连通；壳体61内腔侧壁顶端固接有布水管62；布水管62与污泥回流泵23固接并连通；布水管62下方设置有蜂窝填材63；蜂窝填材63周侧面与壳体61侧壁固定连接；蜂窝填材63底面靠近进风管路72的一端固接有挡水板64；挡水板64与进风管路72开口正对设置；壳体61顶面一端固接并连通有烟管67；壳体61侧壁底端分别固接并连通有出水管65的一端和溢流管66的一端；溢流管66的另一端与出水管65侧壁固接并连通；出水管65的另一端与厌氧池11相连通。
进一步的，布水管62为多个水管相互并联而成的一个喷淋组件，其为现有技术，在此不再赘述。
进一步的，蜂窝填材63为不锈钢的多孔板，能够通过其自身的介质之间的相互接触，而实现介质之间的能量交换。
进一步优化方案，辅助加热系统包括太阳能光伏板41、逆变器42、双向计量电表43和管道加热器44；太阳能光伏板41与逆变器42电性连接；逆变器42与双向计量电表43电性连接；双向计量电表43与管道加热器44电性连接；双向计量电表43还并联有外部电网；管道加热器44串联在第一管道51上，当太阳能光伏发电量超过系统用电量时，剩余电量通过双向计量电表43计量并到外部电网进行供电，产生一定经济收益。管道加热器44串联安装于第一管道51上，白天光线条件好时，通过太阳能光伏板41输出电量并通过电缆连接于管道加热器44从而进行辅助电加热，以节约生物质颗粒燃料。
进一步的，为了实现辅助加热系统的稳定运行，在辅助加热系统增加配电控制柜45，配电控制柜45电性连接在双向计量电表43和管道加热器44之间。
进一步优化方案，第一管道51还并联有第三管道53；第三管道53上串联有阀门54，以利于管道加热器44的检修。
进一步优化方案，缺氧池12内腔安装有支架55；支架55上固接有若干附着填料59，附着填料59上培养有厌氧氨氧化细菌，以增加缺氧池生物量，提高反硝化处理效果。
进一步优化方案，好氧池13中部安装有温度计57；好氧池13内腔投加有MBBR填料56；好氧池13内的MBBR填料56的填充率为30％-50％。
进一步优化方案，好氧池13与缺氧池12之间通过筛板58相连通；好氧池13与二沉池14之间通过筛板58相连通。
进一步的，筛板58的孔径为10mm，用以截留MBBR填料56。
本实施例的工作过程如下：
当厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和二沉池14分别通入待处理的污水后，搅拌泵21将逐渐沉积在缺氧池12内腔的淤泥污水进行充分的搅拌，并将缺氧池12内泥水混合物输送至燃烧炉31的燃烧室内腔的换热盘管34的进口端，经换热后由换热盘管34的出口输送至至搅拌管路22流出，通过加热并结合搅拌管路22的出水搅拌的作用，同时实现了系统内温度的提升和缺氧池12内的泥水充分混合功能。
另外，在缺氧池12内腔安装有支架55；支架55上固接有若干附着填料59，附着填料59上培养有厌氧氨氧化细菌，利用外部提供细菌，增加污水处理的速率，并同时快速增加缺氧池生物量，提高反硝化处理效果。
为了避免污水的流动过程中的填料的移动，造成参与工作的细菌的损失，需要在好氧池13与缺氧池12之间、好氧池13与二沉池14之间增加筛板58，以实现对填料的截留。
当燃烧炉31燃烧产生的高温的废气通过出风管路71经过厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和二沉池14相互贯通的腔室最终导入进风管路72，并进一步导入到壳体61内，过程中分别经过厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和二沉池14的侧面，实现了对高温废气的初步的热交换，当进入到壳体61内时，为了避免废气直接从蜂窝填材63直接散逸，而造成换热不充分，故在进风管路72的出口端设置有挡水板64，改变了废气的传播路径，并通过污泥回流泵23将回流污泥经布水管62从上部均匀布水，烟气和回流污泥液以不锈钢的蜂窝填材63为载体，以逆流方式进行热量交换，污泥回流液经加热后重力流进入厌氧池11，烟气经回流液降温和烟尘净化后，通过烟管67排至大气。
为了降低生物质燃料的使用量，增加了辅助加热系统，其中，太阳能光伏板41为多晶硅材质太阳能电池板，配套支架为不锈钢材质，沿污水站点地面上方依次排列布置，太阳能光伏板41产生直流电通过电缆输送至逆变器42，经其转化为交流电后，通过电缆传输至双向计量表43。当太阳能光伏发电量超过系统用电量时，剩余电量通过双向计量电表43计量并到外部电网进行供电，产生一定经济收益。管道加热器44串联安装于第一管道51上，白天光线条件好时，通过太阳能光伏板41输出电量并通过电缆连接于管道加热器44从而进行辅助电加热，以节约生物质颗粒燃料。
同时，为了适应现代的自动化的需求，在系统的基础上增加PLC控制系统，将各部件集成在一起，实现了系统工艺运行控制、运行参数优化、数据记录、故障报警等功能。采用自动化控制技术，运行管理简便，保证工艺运行在最佳状态，降低了人工劳动强度，实现了设备的无人值守运行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多能源协同加热污水一体化处理系统，其特征在于，包括：
一体化生物处理装置，用于处理经污水管网收集的生活污水，包括处理箱组(1)；所述处理箱组(1)一端两侧分别开设有进风口和出风口；
生物质颗粒气化炉(3)，用于为整个系统提供热量；所述生物质颗粒气化炉(3)分别通过出风管路(71)、所述出风口与所述处理箱组(1)固接并连通；
内循环加热搅拌系统(2)，设置于所述处理箱组(1)内部；所述内循环加热搅拌系统(2)通过第一管道(51)与所述生物质颗粒气化炉(3)固接并连通；所述第一管道(51)上串联有辅助加热系统；
尾气热量回收装置(6)，用于回收烟气经所述处理箱组(1)换热后仍残留的部分余热进行热量回收；所述尾气热量回收装置(6)分别通过进风管路(72)、进风口与所述处理箱组(1)固接并连通；所述进风管路(72)和所述出风管路(71)分别与所述处理箱组(1)固接并连通；
所述处理箱组(1)包括依次连通的厌氧池(11)、缺氧池(12)、好氧池(13)和二沉池(14)；所述缺氧池(12)内、所述好氧池(13)内和所述二沉池(14)内分别设置有所述内循环加热搅拌系统(2)；所述内循环加热搅拌系统(2)分别与所述尾气热量回收装置(6)、所述辅助加热系统和所述生物质颗粒气化炉(3)固接并连通；所述厌氧池(11)宽度方向外侧面除外，所述厌氧池(11)、所述缺氧池(12)、所述好氧池(13)和所述二沉池(14)的侧面均由两层钢板成型，并形成一个相互贯通的腔室；所述腔室分别与所述进风管路(72)和所述出风管路(71)固接并连通；
所述内循环加热搅拌系统(2)包括搅拌泵(21)、搅拌管路(22)和污泥回流泵(23)；所述搅拌泵(21)设置于所述缺氧池(12)内，并分别通过第一管道(51)、辅助加热系统与所述生物质颗粒气化炉(3)固接并连通；所述搅拌管路(22)设置于所述缺氧池(12)内，且通过第二管道(52)与所述生物质颗粒气化炉(3)固接并连通；所述搅拌泵(21)与所述搅拌管路(22)固接并连通；所述污泥回流泵(23)设置于所述二沉池(14)内，且与所述尾气热量回收装置(6)固接并连通；
所述尾气热量回收装置(6)包括壳体(61)、布水管(62)、蜂窝填材(63)、挡水板(64)、出水管(65)和溢流管(66)；所述壳体(61)侧壁与所述进风管路(72)固接并连通；所述壳体(61)内腔侧壁顶端固接有所述布水管(62)；所述布水管(62)与所述污泥回流泵(23)固接并连通；所述布水管(62)下方设置有所述蜂窝填材(63)；所述蜂窝填材(63)周侧面与所述壳体(61)侧壁固定连接；所述蜂窝填材(63)底面靠近所述进风管路(72)的一端固接有所述挡水板(64)；所述挡水板(64)与所述进风管路(72)开口正对设置；所述壳体(61)顶面一端固接并连通有烟管(67)；所述壳体(61)侧壁底端分别固接并连通有所述出水管(65)的一端和所述溢流管(66)的一端；所述溢流管(66)的另一端与所述出水管(65)侧壁固接并连通；所述出水管(65)的另一端与所述厌氧池(11)相连通。
2.根据权利要求1所述的多能源协同加热污水一体化处理系统，其特征在于：所述生物质颗粒气化炉(3)包括燃烧炉(31)、输送机(32)和储料仓(33)；所述输送机(32)进口端与所述储料仓(33)的出口相连通；所述输送机(32)的出口端设置于所述燃烧炉(31)的进料仓上方；所述燃烧炉(31)内壁固接有换热盘管(34)；所述换热盘管(34)的进口端和出口端分别与所述第一管道(51)、所述第二管道(52)固接并连通。
3.根据权利要求1所述的多能源协同加热污水一体化处理系统，其特征在于：所述辅助加热系统包括太阳能光伏板(41)、逆变器(42)、双向计量电表(43)和管道加热器(44)；所述太阳能光伏板(41)与所述逆变器(42)电性连接；所述逆变器(42)与所述双向计量电表(43)电性连接；所述双向计量电表(43)与所述管道加热器(44)电性连接；所述双向计量电表(43)还并联有外部电网；所述管道加热器(44)串联在所述第一管道(51)上。
4.根据权利要求3所述的多能源协同加热污水一体化处理系统，其特征在于：所述第一管道(51)还并联有第三管道(53)；所述第三管道(53)上串联有阀门(54)。
5.根据权利要求1所述的多能源协同加热污水一体化处理系统，其特征在于：所述缺氧池(12)内腔安装有支架(55)；所述支架(55)上固接有若干附着填料(59)。
6.根据权利要求1所述的多能源协同加热污水一体化处理系统，其特征在于：所述好氧池(13)中部安装有温度计(57)；所述好氧池(13)内腔投加有MBBR填料(56)；所述好氧池(13)的填充率为30％-50％。
7.根据权利要求1所述的多能源协同加热污水一体化处理系统，其特征在于：所述好氧池(13)与所述缺氧池(12)之间通过筛板(58)相连通；所述好氧池(13)与所述二沉池(14)之间通过所述筛板(58)相连通。
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