CN203683221U - 利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种污水处理系统,具体涉及一种利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统。针对工业厂区实行生活污、废水分流后,冲厕生活污水中高浓度有机物的预处理问题,以及工业循环水系统中低品质余热的进一步利用问题,将工业循环水处理系统和生活污水预处理系统进行改良和耦合。以循环热水作为热源,借助自动控制系统实时调节厌氧消化运行参数,将反应控制在产甲烷阶段,并利用沼气发电机进行发电,同步实现生活污水中能源的回收与所产电能的利用,为工业循环水系统中低品质余热的间接利用提供了新出路。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型污水处理系统,具体涉及一种利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统。
背景技术
进入21世纪以来,由于清洁生产要求的不断提高,工业生产领域,能源开发的技术创新日新月异。区别于传统的化石类能源(石油、煤炭等),光伏、风力、生物质能源因其绿色、无污染的特性,正在引领一场新的能源革命。这其中,生物质能源的开发潜力巨大,显著影响着全球的碳循环。
伴随我国污水处理行业的快速发展,“污、废分流制”是工业厂区、民用建筑排水体制的发展趋势。区别于污、废合流排放的生活污水,单独排放的冲厕生活污水由尿液、粪便冲洗水构成,富含大量可生物降解的有机物和营养物,适合采用生物厌氧处理,是厌氧消化产甲烷的理想基质。同时该类污水往往水量小,单独排入化粪池时,每人每日污水量约为15-20L,因此对生化反应体系的水量冲击较小,是潜在的能源供体。
如附图1所示,目前在工业厂区,大多数冲厕生活污水往往只经过简单的化粪池停留后,直接排入市政污水管网,不仅增加了市政污水处理的负荷,其潜在能源也未得到有效开发与利用。化粪池作为最简单的污水厌氧生物处理工艺,具有悠久的历史,但其往往只通过厌氧微生物的作用对生活污水中的高浓度有机物进行水解、酸化,将大分子有机物转变为低分子的短链有机物,难以稳定实现有机物产沼气(有效成份为甲烷)反应。
因此,对现有的简单厌氧处理进行改造,通过沼气池工艺开发污水中的碳源以回收生活污水中的能量可能会成为未来的行业发展趋势。产甲烷菌是一类温度敏感性细菌,对于有害物质浓度较低的生活污水,反应温度是影响其代谢机能的最重要因素,研究表明35-55℃是最佳的环境温度。实际运行中,由于气候的自然变化,在低温条件下,往往需要对沼气池进行人工加热。寻找有效的热源以维持产甲烷反应所需的理想温度成为通过沼气池工艺实现污水能量回收的关键问题。
另一方面,区别于一般民用建筑,工业厂区中因生产需要,常需要大量冷却循环水,被喻作工业生产的“生命线”。一般而言,换热设备产生的循环热水温度大多在35-70℃。而低于40℃的热水的低温热能因其温度较低而无法直接送回到生产工艺过程中加以利用,大多通过冷却塔与空气进行热交换而被排放掉,冷却塔和回水泵是耗电的主要载体。现有的工业循环水余热利用,大多停留在余热本身的直接利用,例如:吸收式系统(如溴化锂吸收式热泵)、吸附式制冷技术、新型材料技术(热电材料温差发电)、热管技术、热声技术等,优缺点不尽相同。然而,将该部分余热进行间接利用,目前还未出现较好的耦合载体。
申请号为201120061193.3、名称为一种冲厕污水生物处理装置的中国专利,申请号为201010609350.X、名称为生活污水零排放处理方法及其系统的中国专利公开了冲厕污水的生物处理,但同其他现有技术一样,对冲厕污水能量的回收、对工业循环水余热的利用方面存在不足。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足,而提供一种利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统,将工业循环水处理系统和生活污水预处理系统进行改良和耦合,提供了工业循环水系统中低品质余热间接利用的新出路,同步实现生活污水中能源的回收与所产电能的利用。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:
一种利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统,该系统与室外给水管网、室外排水管网、冲厕器具连接;该系统包括换热设备、冷却塔;其特征在于:该系统还包括污水调节池、调节阀、沼气池、沼气发电机、中间水箱、PLC控制器、导热管、碱液罐、投药泵、冷水池、回水泵、耐热阀;
室外给水管网、冲厕器具、污水调节池、调节阀、沼气池、室外排水管网依次接通;污水调节池内置一号温度传感器;沼气池内置二号温度传感器、pH传感器;碱液罐、投药泵、沼气池依次接通;
室外给水管网、换热设备、中间水箱、冷却塔、室外排水管网接通;冷却塔、冷水池、回水泵、换热设备依次接通;导热管一端与中间水箱连接,另一端与沼气池连接,导热管上设有耐热阀;
沼气池的沼气排出口与沼气发电机接通;所述的沼气发电机与冷却塔、回水泵连接;
PLC控制器分别与调节阀、投药泵、一号温度传感器、二号温度传感器、pH传感器、耐热阀连接。
本实用新型在所述的沼气池底部设有排泥管,排泥管上设有排泥阀。
本实用新型所述的沼气池内设有搅拌器。
本实用新型针对工业厂区实行生活污、废水分流后,冲厕生活污水中高浓度有机物的预处理问题,以及工业循环水系统中低品质余热的进一步利用问题,将工业循环水处理系统和生活污水预处理系统进行改良和耦合。以循环热水作为热源,借助自动控制系统实时调节厌氧消化运行参数,将反应控制在产甲烷阶段,并利用沼气发电机进行发电,同步实现生活污水中能源的回收与所产电能的利用,为工业循环水系统中低品质余热的间接利用提供了新出路。本实用新型与现有技术相比,具有以下优点和效果:
1、冲厕生活污水中的易降解生物能源被有效提取并利用,同时显著降低后续污水处理的难度和能耗。
2、工业循环水余热被间接利用,循环热水作为合适的加热源,维持了污水厌氧消化所需的环境温度,保证了反应的高效与稳定进行。
3、污水生物质发电清洁、无污染,在规模一定时,可实现工业厂区能量系统的自给。
4、本实用新型对于现有工业厂区的改造较为简单,工业循环热水除为厌氧消化提供余热外,仍可以进行后续利用。
附图说明
图1为现有技术的工厂冲厕污水处理和工业循环水处理流程示意图。
图2为本实用新型实施例利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统与室外给水管网、室外排水管网、冲厕器具连接的结构示意图。
图中:1-室外给水管网、2-室内生活给水管、3-冲厕器具、4-生活污水管、5-污水调节池、6-调节阀、7-沼气池、8-二号温度传感器、9-搅拌器、10-气体收集管、11-排水管、12-沼气发电机、13-室外排水管网、14-室内生产给水管、15-换热设备、16-热水管、17-中间水箱、18-一号温度传感器、19-电线、20-PLC控制器、21-导热管、22-冷却塔、23-循环冷却水管、24-电缆、25-排泥管、26-碱液罐、27-投药泵、28-加药管、29-pH传感器、30-冷水池、31-回水泵、32-排泥阀、33-耐热阀。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明,以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
参见图2,本实用新型实施例一种利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统,包括冲厕生活污水处理系统、工业生产循环水系统、沼气发电与电能利用系统。
冲厕生活污水处理系统:室外给水管网1通过室内生活给水管2与冲厕器具3接通,冲厕器具3、污水调节池5、调节阀6、沼气池7通过生活污水管4依次接通,沼气池7通过排水管11与室外排水管网13接通。
污水调节池5内置一号温度传感器18,一号温度传感器18通过电线19与PLC控制器20连接。
沼气池7内置二号温度传感器8、pH传感器29、搅拌器9、导热管21一端。二号温度传感器8和pH传感器29均通过电线19与PLC控制器20连接。沼气池7底部接通有排泥管25,排泥管25上设有排泥阀。沼气池7顶部、投药泵27、碱液罐26通过加药管28依次接通。
碱液罐26内为物质的量量浓度为0.5mol/L的NaOH溶液。
调节阀6通过电线19与PLC控制器20连接。
投药泵27通过电线19与PLC控制器20连接。
工业生产循环水系统:室外给水管网1通过室内生产给水管14与换热设备15接通,换热设备15、中间水箱17、冷却塔22通过热水管16依次接通,冷却塔22通过排水管11与室外排水管网13接通。
冷却塔22、冷水池30、回水泵31、换热设备15通过循环冷却水管23依次接通。
中间水箱17内置导热管21的另一端,导热管21上设有耐热阀33。耐热阀33通过电线19与PLC控制器20连接。
沼气发电与电能利用系统:沼气池7顶部设沼气排出口,沼气排出口通过气体收集管10与沼气发电机12接通。沼气发电机12通过电缆24分别与冷却塔22、回水泵31连接。
基于上述系统,本实用新型一种利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的方法,其原理为:
将冲厕污水处理系统与工业生产循环水系统进行耦合,以工业循环水系统中的热水作为热源,利用由温度传感器、污水流量调节阀、PLC控制器组成的温度调节系统控制沼气池内水温,为冲厕生活污水的厌氧消化提供合适的外部温度环境。通过控制沼气池的pH值、水力停留时间、污泥停留时间、污泥浓度等参数,将厌氧消化的最终产物控制为甲烷。沼气发电机将甲烷浓度为50-70%的沼气作为基质,发电转化为电能供冷却塔、回水泵等耗电设备使用,同步实现污水能量回收与工业循环水系统能量自给。
该方法具体包括三个步骤:
(一)、冲厕器具3产生的生活污水通过生活污水管4排入污水调节池5,PLC控制器20开启调节阀6,生活污水从污水调节池5进入沼气池7,开启搅拌器9进行搅拌。与此同时,将市政污水处理排放的剩余污泥投入沼气池7内,定期开启排泥阀32;通过排泥管25排放沼气池7内的剩余污泥,控制沼气池7内的污泥停留时间为25-30d、污泥浓度为10000-15000mg/L,该参数下产甲烷反应效果较好;优化的,本实施例中,控制沼气池7内的污泥停留时间为25d、污泥浓度为12000mg/L。控制调节阀6的开启度,以维持沼气池7内的水力停留时间为15-25d,该参数下产甲烷反应效果较好;优化的,本实施例中,维持沼气池7内的水力停留时间为20d。
(二)、生产冷水经过换热设备15加热后产生的热水进入中间水箱17。中间水箱17内置的导热管21将热水的热量传递给沼气池7内的泥水混合液。通过一号温度传感器18和二号温度传感器8分别在线监测污水调节池5内的温度T1和沼气池7内的温度T2;PLC控制器20根据一号温度传感器18和二号温度传感器8的温度信息来控制调节阀6的开启度以维持T2为35-55℃,该参数下产甲烷反应效果较好。根据pH传感器29的在线监测信息,PLC控制器20定期开启投药泵27以维持沼气池7内的pH≥6.8,该参数下产甲烷反应效果较好。优化的,本实施例中,PLC控制器20控制调节阀6的开启度以维持T2为37℃。
当T2<35℃时,二号温度传感器8将温度信息传递给PLC控制器20,PLC控制器20做出反馈,减小调节阀6的开启度;如果T2始终<35℃,则PLC控制器20控制调节阀6使其关闭;当T2再次≥36℃时,PLC控制器20控制调节阀6开启。
当pH<6.8时,pH传感器29将信息传递给PLC控制器20,PLC控制器20做出反馈,打开投药泵27,碱液罐26内的NaOH溶液通过加药管28进入沼气池7内;当pH≥7.2后,关闭投药泵27。
当T1>T2时,PLC控制器20做出反馈,关闭耐热阀33,切断热传递。
(三)、气体收集管10将沼气池7内产生的沼气输送至沼气发电机12,沼气发电机12将沼气转化为电能供生产和生活所用,回收了冲厕污水的能量;电缆24将沼气发电机12产生的电能输送至冷却塔22和回水泵31。冷却塔22利用电能工作,将由中间水箱17通过热水管16传输来的热水进行冷却,储存于冷水池30。回水泵31利用电能工作,通过循环冷却水管23将冷水池30内的冷水输送至换热设备15。
在步骤(一)和步骤(二)中,当沼气池7内的水力停留时间为15-25d和温度T2为35-55℃两个条件无法同时满足时,调节调节阀6的开启度,优先满足温度T2为35-55℃。本实施例中,当沼气池7内的水力停留时间为20d和温度T2为37℃两个条件无法同时满足时,调节调节阀6的开启度,优先满足温度T2为37℃。
案例:采用本实施例处理某工厂(规模为2班/d,500人/班)单独排放的冲厕生活污水 (BOD5=1367.8 mg/L)。正常运行后,年处理冲厕生活污水0.73万t,年产沼气量为1.3万m3,年发电量2.3万kw·h。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。
Claims (3)
1.一种利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统,该系统与室外给水管网、室外排水管网、冲厕器具连接;该系统包括换热设备、冷却塔;其特征在于:该系统还包括污水调节池、调节阀、沼气池、沼气发电机、中间水箱、PLC控制器、导热管、碱液罐、投药泵、冷水池、回水泵、耐热阀;
室外给水管网、冲厕器具、污水调节池、调节阀、沼气池、室外排水管网依次接通;污水调节池内置一号温度传感器;沼气池内置二号温度传感器、pH传感器;碱液罐、投药泵、沼气池依次接通;
室外给水管网、换热设备、中间水箱、冷却塔、室外排水管网接通;冷却塔、冷水池、回水泵、换热设备依次接通;导热管一端与中间水箱连接,另一端与沼气池连接,导热管上设有耐热阀;
沼气池的沼气排出口与沼气发电机接通;所述的沼气发电机与冷却塔、回水泵连接;
PLC控制器分别与调节阀、投药泵、一号温度传感器、二号温度传感器、pH传感器、耐热阀连接。
2.根据权利要求1所述的利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统,其特征在于:在所述的沼气池底部设有排泥管,排泥管上设有排泥阀。
3.根据权利要求1所述的利用工业循环水余热回收冲厕污水能量的系统,其特征在于:所述的沼气池内设有搅拌器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CX01 | Expiry of patent term | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140702 |