CN216550038U - 一种新能源协同污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新能源协同污水处理装置，其解决了现有装置不能将剩余污泥和处理后的中水进行有效处理的技术问题，提供一种协同污水处理装置，其设有过滤装置、氨氮处理装置、剩余污泥处理装置，还设有电解水制氢装置和溶氧装置；过滤装置用于去除水中的杂质和颗粒物；氨氮处理装置用于降低水中的COD和氨氮含量；剩余污泥处理装置设有臭氧共混反应器，用于处理剩余污泥；电解水制氢装置将处理后的水电解制氢气和氧气；溶氧装置用于将氧气溶解于水中形成富氧水。本实用新型可用于污水处理和制氢领域。

Description

一种新能源协同污水处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种污水处理装置，具体地说，涉及一种新能源协同污水处理装置。

背景技术

截至到2020年底，中国县域以上的城镇污水处理厂拥有5000多座，广泛分布于各县市，分布极广，污水总处理量达到700亿吨，未来十年还会有很大增长。根据数据统计现有污水处理厂使用活性污泥法或衍生的新型活性污泥法工艺的污水厂占有量高达90％左右，但是伴随着污水的净化,污水处理厂产生的污泥处理及处置问题也日趋突显,很多污水处理厂已经面临污泥难于处置的窘境,污水处理厂的污泥处置成本很高，数据统计传统污泥处理及处置方法所产生的费用占到整个污水处理厂运行费用的25％-65％。所以降低污泥处理成本，并使污泥得到资源化利用是当前解决剩余污泥的最好途径。

另一方面为缓解和控制水体的富营养化，国家制定的污水排放标准越来越严格，然而，当前大部分污水处理厂普遍存在低碳相对高氮磷的水质特点，由于有机物含量偏低，采用常规脱氮工艺无法满足缺氧反硝化阶段对碳源的需求，导致反硝化过程受阻，大大影响了污水处理厂脱氮效果，尤其进入低温季节情况更为严重。

传统活性污泥污水处理过程中，碳源、好氧工艺、污泥脱水这三部分的能耗占污水处理能耗的90％以上。

氢能是不可或缺的二次能源，而且有着大量的应用场景，在能源化工、钢铁冶炼、海洋运输、航空运输，乃至民用等方面均有不等的刚性需求，但如何有效降低氢能的使用成本，使氢能得到更快更广泛的应用，是碳中和能否达成目标的重要一环。

通过电解水制氢的最终产物是氢气和氧气，并伴随电解过程中剩余的一些废水，例如电解8000万吨的氢，同时产生6.8亿吨的氧，需要耗用20亿吨的水资源，因此电解水制氢需要有合适的水源供给，并且在氢能源得到有效利用的同时，如何合理使用同时产生的大量氧气，使其得到了广泛的经济应用，并将电解过程中产生的废水得到有效处理等，因此，如何将新型氢能源产业与现有污水处理产业相融合，打造一种技术体系融合、优缺点互补及资源高效利用的新型生态体系是目前亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型就是为了解决现有装置不能将剩余污泥和处理后的中水进行有效处理的技术问题，提供一种可以对剩余污泥和中水进行处理的协同污水处理装置。

为此，本实用新型提供一种新能源协同污水处理装置，其设有过滤装置、氨氮处理装置、剩余污泥处理装置，还设有电解水制氢装置和溶氧装置；所述电解水制氢装置和溶氧装置连接；所述剩余污泥处理装置中设有酶解装置、臭氧共混反应器；所述氨氮处理装置设有好氧池和缺氧池；其中，所述过滤装置用于去除水中的杂质和颗粒物；所述氨氮处理装置用于降低水中的COD和氨氮含量；所述剩余污泥处理装置设有臭氧共混反应器，用于处理剩余污泥；所述酶解装置用于将剩余污泥进行酶解处理，产生碳源；所述碳源输入所述缺氧池；所述电解水制氢装置将处理后的水电解制氢气和氧气；所述溶氧装置用于将电解水制氢装置产生的氧气溶解于水中形成富氧水；所述好氧池用于通过硝化反应，将缺氧池出水中的氨氮转化为硝态氮；所述缺氧池用于通过反硝化反应，将硝态氮转化为氮气。

优选的，所述臭氧共混反应器设有外腔、内腔和锥腔；所述锥腔由两个锥形壳体底面连接形成，其包括锥腔上体和锥腔下体；所述锥腔上体底部侧面设有锥腔出水口，顶部设有锥腔进水口；所述内腔由内腔壳体套装在所述锥腔上体形成，所述锥腔与所述内腔通过锥腔上体底部侧面锥腔出水孔连通；所述外腔由外腔壳体套装在所述内腔和锥腔外形成，所述外腔与所述内腔之间通过管路连通；所述外腔顶部设有排气口，所述排气口上装有排气阀。

优选的，所述过滤装置设有粗大杂质过滤装置和大粒径杂质去除装置；所述粗大杂质过滤装置用于去除原水中的粗大杂质；所述大粒径杂质去除装置用于去除原水中的大粒径杂质。

优选的，所述大粒径杂质去除装置为固液秒分离机，所述固液秒分离机设有框架部件、传动部件、布水箱部件、张紧部件、纠偏部件、反冲洗部件、墙板部件、刮渣部件和控制装置。

优选的，所述缺氧池还设有搅拌装置；所述缺氧池有碳源投加装置。

优选的，所述好氧池设有射流器和在线溶解氧检测设备。

优选的，所述污泥处理装置还设有沉淀装置、浓缩装置、杀菌消毒装置；所述浓缩装置通过污泥增稠来降低污泥的含水率和减小污泥的体积。

优选的，所述电解水制氢装置设置有电解水装置、氢气储运装置、氧气储运装置、尾水输送装置；所述电解水装置通过电解把污水转化为氢气和纯氧；所述氧气储运装置将一部分氧气输送供给所述溶氧装置、杀菌消毒装置和酶解装置使用。

优选的，还设有调节装置，所述调节装置设有搅拌装置；所述调节装置用于调整水体的水质或/和水量。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)在本实用新型中，由于设有电解水制氢装置，所产生的氧气，可提供给高效溶氧装置使用，生产富氧水，供给智能好氧池使用；还可以将氧气提供给杀菌消毒装置使用，利用所述臭氧共混反应器制造臭氧水用作杀菌消毒；还可以将氧气提供给剩余污泥酶解装置，利用所述所述臭氧共混反应器对污泥进行氧化降解使用；最后剩余的氧气可以通过所述氧气储运装置转运用作工业液氧使用。

(2)本实用新型中电解水制氢所产生的氢气，可以通过所述的氢气储运装置转运至加气站、储气站或其他氢能源利用场所使用。电解水制氢所产生的尾水通过尾水输送装置排至缺氧池，由污水处理厂重新处理利用，所述尾水可以理解为电解水过程中产生的污水。

(3)本实用新型中酶解装置的具体实施过程是将污泥浓缩池的污泥泵入臭氧共混反应器，所述共混反应器内产生大量高浓度的羟基自由基 (·OH)与污泥发生反应；反应后的污泥进入酶解反应池，在酶解剂的作用下，大部分污泥被酶解为水溶性碳水化合物，少量污泥为不溶性无机物质或泥砂颗粒；酶解后的混合液通入高效沉淀池进行固液分离，不溶性无机物质或泥沙颗粒等沉淀排出后脱水处理，上清液排入碳源储存罐，碳源可直接投入缺氧池使用或进一步浓缩提取制成生物营养液，提供给其他作物使用。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型中固液秒分离机结构示意图；

图3是本实用新型中臭氧共混反应器结构示意图。

图中符号说明：

1、臭氧共混反应器；2、酶解装置；3、固液秒分离机；3-1、框架部件；3-2、布水箱部件；3-3、张紧部件；3-4、纠偏部件；3-5、传动部件；3-6、排渣部件；3-7墙板部件；3-8、反冲洗部件；4、缺氧池；5、好氧池；6、污泥浓缩池；7、溶氧装置；8、二次沉淀池；9、杀菌消毒装置；10、电解水制氢装置；12、锥腔；13、内腔；14、外腔；22. 外腔出水口；23.排气口；24.锥腔出水口；25.锥腔进水口；26.内腔出水口；27.外腔进水口。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。

如图1所示，本实用新型提供了一种新能源协同污水处理装置，其设有过滤装置、氨氮处理装置、剩余污泥处理装置，还设有电解水制氢装置10和溶氧装置7；所述电解水制氢装置10和溶氧装置7连接；所述污泥处理装置中设有酶解装置2、臭氧共混反应器1；所述氨氮处理装置设有好氧池5和缺氧池4；其中，所述过滤装置用于去除水中的杂质和颗粒物；所述氨氮处理装置用于降低水中的COD和氨氮；所述剩余污泥处理装置设有臭氧共混反应器1，用于处理水中的污泥；所述酶解装置2用于将污泥进行酶解处理，产生碳源；所述碳源输入所述缺氧池4；所述电解水制氢装置10将处理后的水电解制氢气和氧气；所述溶氧装置7用于将电解水制氢装置10产生的氧气溶解于水中形成富氧水；所述好氧池5 用于通过硝化反应，将缺氧池4出水中的氨氮转化为硝态氮；所述缺氧池4用于通过反硝化反应，将硝态氮转化为氮气。

如图2所示，本实施例中，过滤装置包括粗格栅和固液秒分离机3，固液秒分离机3是一款由框架部件3-1、传动部件3-5、布水箱部件3-2、张紧部件3-3、纠偏部件3-4、反冲洗部件3-8、墙板部件3-7、刮渣部件3-6、PLC控制系统等各大部件组成的自动控制设备，是基于循环滤带对污水内大于0.1mm的固渣砂悬浮物一次性高效过滤清除。

氨氮处理装置包括缺氧池4、智能好氧池5；剩余污泥处理装置包括二次沉淀池8、污泥浓缩池6、杀菌消毒装置9和剩余污泥酶解装置2；另外，还设有调节池、溶氧装置7和电解水制氢装置10。

如图3所示，本实用新型中的臭氧共混反应器1设有锥腔12、内腔 13和外腔14；锥腔12由两个锥形壳体底面连接形成，其包括锥腔上体和锥腔下体；锥腔上体底部侧面设有锥腔出水口24，顶部设有锥腔进水口25；内腔13由内腔壳体套装在锥腔上体形成，锥腔12与内腔13通过锥腔上体底部侧面锥腔出水口24连通；外腔14由外腔壳体套装在内腔 13和锥腔12外形成，外腔14与内腔13之间通过管路连通；外腔14顶部设有排气口23，排气口23上装有排气阀。

本实用新型还提供一种新能源协同污水处理方法，包括如下步骤：

(1)原水流经粗格栅，以去除原水中的粗大杂质；

(2)经粗格栅过滤后的水体流入调节池，所述调节池用于调整水体的水质和/或水量；

(3)调节池出水进入固液秒分离机设备，所述固液秒分离机设备用于将原污水中的毛发、纤维、泥渣沙等大粒径杂质去除95％以上，悬浮颗粒物去除30-60％，有机物质(难降解)去除20-65％；

(4)固液秒分离机出水进入缺氧池，所述缺氧池设置有碳源投加装置；所述缺氧池用于通过反硝化反应，将水中的硝态氮转化为氮气，以降低水中的氮元素含量；同时降低出水中的COD；

(5)缺氧池出水进入智能好氧池，所述好氧池设置有射流器和在线溶解氧检测设备，所述好氧池用于通过硝化反应，将缺氧池出水中的氨氮转化为硝态氮，同时降低缺氧池出水中的COD和氨氮；

(6)好氧池出水进入二次沉淀池，静置沉淀后，上清液从二次沉淀池中排出；二次沉淀池底部的活性污泥，部分回流至缺氧池中；

(7)二次沉淀池剩余污泥排入污泥浓缩池，所述污泥浓缩池就是通过污泥增稠来降低污泥的含水率和减小污泥的体积；

(8)二次沉淀池出水进入杀菌消毒装置，所述杀菌消毒装置设置有臭氧共混反应器，杀菌消毒装置用以去除其中的有害病菌及少量难降解有机物，最终达到排放标准；

(9)最终出水进入电解水制氢装置，所述电解水制氢装置设置有进水净化装置，电解水装置，氢气储运装置，氧气储运装置，尾水输送装置；所述电解水制氢装置用于将污水厂最终出水净化处理后，通过电解技术把污水转化为氢能源和纯氧，对污水厂污水进行资源化利用；所述氧气储运装置将一部分氧气输送供给高效溶氧装置、杀菌消毒装置和剩余污泥酶解装置使用；所述尾水输送装置将电解制氢过程中产生的废水输送至缺氧池进行净化处理；

(10)高效溶氧装置出水接入智能好氧池的射流器，所述高效溶氧装置是将氧气以饱和状态溶解于水中形成富氧水，通过射流器为智能好氧池提供溶解氧；

(11)污泥浓缩池的污泥进入剩余污泥酶解装置，所述剩余污泥酶解装置设置有臭氧共混反应器，酶解反应池，高效沉淀池，碳源储罐；所述剩余污泥酶解装置用于将剩余污泥酶解处理，制成可供污水处理厂使用的外碳源或经过处理后可供其他农作物使用的生物营养液，使污泥得到资源化利用。

本实用新型中，原水为待处理的污水，在本实用新型的一些具体实施方案中，原水可以为生活污水、市政污水、工业污水等分散式污水。

在本实用新型中，调节池用于调整水体的水质或/和水量，调节池可以对污染程度不同得污水进行均质调和，使污水水质或水量保持在稳定条件范围内；调节池内可以设置有搅拌装置，使污水中的悬浮物、杂质颗粒等均匀混合，一起排出到下一工序，避免调节池内污染物沉积。

在步骤(3)中，固液秒分离机取代了传统工艺中的细格栅、沉砂池、初沉池等工艺单元，节约占地面积，减少能耗；并且固液分离机可以去除上述传统工艺无法去除的纤维、毛发、细泥砂等难生化的杂质，为后序生化单元减轻处理负荷，保证后续单元处理效果。

在步骤(4)中，缺氧池内设置有搅拌器，同时其内含有活性污泥，缺氧池内的活性污泥中含有厌氧及兼氧微生物；兼氧微生物能够通过反硝化反应，将水中的硝态氮转化为氮气，以降低缺氧池出水中的氮元素含量；同时降低缺氧池出水中的COD(化学需氧量)；厌氧微生物可以通过厌氧反应，使初沉池出水中的大分子有机污染物水解酸化，从而转化成易于生物降解的小分子；在具体实施过程中，缺氧池还设置有碳源投加装置，当固液秒分离机出水碳源不足，缺氧池内反硝化过程受阻时，可以通过投加外碳源，用以保证缺氧池的功能性完整。

在步骤(5)中，智能好氧池设置有射流器和在线溶解氧检测设备，并且在线溶解氧检测设备与步骤(10)高效溶氧装置的控制系统通过PLC 联动控制，首先在PLC系统内设置运算规则及控制规则，运算规则为PLC 控制系统接收在线溶解氧检测设备数据，计算出智能好氧池内的溶解氧量，计算得出的溶解氧量与预设的标准数据做对比，从而计算出溶解氧量的差额，将此差额换算为所述高效溶氧装置须提供的富氧水量，以此来调控高效溶氧装置的工作效率，达到好氧池智能调控，精确共氧的目的。

在步骤(5)中，智能好氧池与传统好氧池相比，去掉了风机和曝气设备，节省了电能的消耗和设备投资；传统风机通入为空气，含氧量仅为21％并且转化为溶解氧的效率极低(2％作于)，步骤(10)采用的高效溶氧装置气体为纯氧，并且高效溶氧装置带有未溶解氧气回收二次利用装置，理论氧气利用率可达到100％。

在步骤(6)中，二次沉淀池内设置有刮泥机和斜管填料，将二次沉淀池底部的活性污泥快速沉淀并收集至污泥槽内，二次沉淀池内部分回流至缺氧池中，以保证缺氧池及其它各处理池中的污泥的浓度。其他剩余污泥排入所述污泥浓缩池中。

在步骤(9)中，电解水制氢所产生的氧气，可提供给步骤(10)高效溶氧装置使用，生产富氧水，供给步骤(5)智能好氧池使用；还可以将氧气提供给步骤(8)杀菌消毒装置使用，利用所述臭氧共混反应器制造臭氧水用作杀菌消毒；还可以将氧气提供给步骤(11)剩余污泥酶解装置，利用所述所述臭氧共混反应器对污泥进行氧化降解使用；最后剩余的氧气可以通过所述氧气储运装置转运用作工业液氧使用。

在步骤(9)中，电解水制氢所产生的氢气，可以通过所述的氢气储运装置转运至加气站、储气站或其他氢能源利用场所使用。

在步骤(9)中，电解水制氢所产生的尾水通过尾水输送装置排至缺氧池，由污水处理厂重新处理利用，所述尾水可以理解为电解水过程中产生的污水。

在步骤(9)中，电解水制氢所使用的水为污水出处理厂处理后的中水，通过所述净化设备净化后的水，净化后的水作为电解水可以理解为污水的深度资源化利用，并且降低了传统电解水制氢对水资源的消耗。

在步骤(11)中，剩余污泥酶解装置的具体实施过程是将污泥浓缩池的污泥泵入臭氧共混反应器，所述共混反应器内产生大量高浓度的羟基自由基(·OH)与污泥发生反应；反应后的污泥进入酶解反应池，在酶解剂的作用下，大部分污泥被酶解为水溶性碳水化合物，少量污泥为不溶性无机物质或泥砂颗粒；酶解后的混合液通入高效沉淀池进行固液分离，不溶性无机物质或泥沙颗粒等沉淀排出后脱水处理，上清液排入碳源储存罐，碳源可直接投入缺氧池使用或进一步浓缩提取制成生物营养液，提供给其他作物使用。

通过以上步骤后，解决了分区域电解水制氢的基建场地问题、水源问题、产业布局问题和产业链问题，降低了电解水制氢的准入标准，降低了电解水制氢的成本，特别是储运成本。

同时，解决了污水处理厂投加外碳源成本高的问题，解决了污水处理厂污泥处置费用高的问题，优化了污水处理厂的好氧池模式，降低了污水处理厂的运行成本。

并且通过污水处理厂与新能源的结合，形成了新的行业融合模式，改进了传统污水处理厂的运营生态模式，推动了新能源产业的发展，响应国家“碳中和”的政策实施。

惟以上所述者，仅为本实用新型的具体实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，故其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本实用新型权利要求书涵盖之范畴。

Claims (9)

1.一种新能源协同污水处理装置，其设有过滤装置、氨氮处理装置、污泥处理装置，其特征是，还设有电解水制氢装置和溶氧装置；所述电解水制氢装置和溶氧装置连接；所述污泥处理装置中设有酶解装置、臭氧共混反应器；所述氨氮处理装置设有好氧池和缺氧池；其中，

所述过滤装置用于去除水中的杂质和颗粒物；

所述氨氮处理装置用于降低水中的COD和氨氮含量；

所述污泥处理装置设有臭氧共混反应器，用于处理水中的污泥；

所述酶解装置用于将剩余污泥进行酶解处理，产生碳源；所述碳源输入所述缺氧池；

所述电解水制氢装置将处理后的水电解制氢气和氧气；

所述溶氧装置用于将电解水制氢装置产生的氧气溶解于水中形成富氧水；

所述好氧池用于通过硝化反应，将缺氧池出水中的氨氮转化为硝态氮；

所述缺氧池用于通过反硝化反应，将硝态氮转化为氮气。

2.根据权利要求1所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，所述臭氧共混反应器设有外腔、内腔和锥腔；所述锥腔由两个锥形壳体底面连接形成，其包括锥腔上体和锥腔下体；所述锥腔上体底部侧面设有锥腔出水口，顶部设有锥腔进水口；所述内腔由内腔壳体套装在所述锥腔上体形成，所述锥腔与所述内腔通过锥腔上体底部侧面锥腔出水孔连通；所述外腔由外腔壳体套装在所述内腔和锥腔外形成，所述外腔与所述内腔之间通过管路连通；所述外腔顶部设有排气口，所述排气口上装有排气阀。

3.根据权利要求1所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，所述过滤装置设有粗大杂质过滤装置和大粒径杂质去除装置；

所述粗大杂质过滤装置用于去除原水中的粗大杂质；

所述大粒径杂质去除装置用于去除原水中的大粒径杂质。

4.根据权利要求3所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，所述大粒径杂质去除装置为固液秒分离机，所述固液秒分离机设有框架部件、传动部件、布水箱部件、张紧部件、纠偏部件、反冲洗部件、墙板部件、刮渣部件和控制装置。

5.根据权利要求1所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，所述缺氧池还设有搅拌装置；所述缺氧池有碳源投加装置。

6.根据权利要求5所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，所述好氧池设有射流器和在线溶解氧检测设备。

7.根据权利要求1所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，所述污泥处理装置还设有沉淀装置、浓缩装置、杀菌消毒装置；

所述浓缩装置通过污泥增稠来降低污泥的含水率和减小污泥的体积。

8.根据权利要求1所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，所述电解水制氢装置设置有电解水装置、氢气储运装置、氧气储运装置、尾水输送装置；

所述电解水装置通过电解把污水转化为氢气和纯氧；

所述氧气储运装置将一部分氧气输送供给所述溶氧装置、杀菌消毒装置和酶解装置使用。

9.根据权利要求1所述的新能源协同污水处理装置，其特征在于，还设有调节装置，所述调节装置设有搅拌装置；所述调节装置用于调整水体的水质或/和水量。

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