CN218372543U - 一种污水处理协同一体化的产氢加氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其解决了产生的氢气难以就地消纳、储运距离远且污水处理厂运营成本高的问题，其设有光伏或风力发电装置分别与电解水制氢装置和污水处理装置连接，电解水制氢装置分别连接有氧气收集储存装置和氢气收集储存装置，氧气收集储存装置连接有加氧站，氢气收集储存装置连接有加氢站；氧气收集储存装置与污水处理装置连接，污水处理装置与电解水制氢装置连接；氧气收集储存装置用于收集产生的氧气，并将氧气供给加氧站和污水处理装置；氢气收集储存装置用于收集产生的氢气，并将氢气供给加氢站。本实用新型用于能源协同利用领域。

Description

一种污水处理协同一体化的产氢加氢系统

技术领域

本实用新型涉及能源协同利用的技术领域，具体地说，涉及一种污水处理协同一体化的产氢加氢系统。

背景技术

据住建部统计数据，全国累计建成城市污水处理厂5000多座(不含乡镇污水处理厂和工业)，污水处理能力达2.1亿立方米/日，未来十年还会有很大增长。根据数据统计现有污水处理厂的耗能多、成本高，其中电耗成本时污水处理厂运行成本的主要构成部分，一般占总运行成本的30％～60％。污水处理厂减少电耗或寻求使用绿电是降低运行成本和满足节能减排、低碳环保的重要途径。

目前，我国氢能产业链的上游、下游分布存在严重的空间不均衡情况，因而大规模集中制氢、长距离输氢将是氢能产业发展的关键环节；在制氢成本持续走低的前景下，氢能的储运效率成为制约氢能产业规模化发展的瓶颈环节。当前，氢能储运成本约占到“制储输用”全产业链总成本的30％～40％，在我国氢能储运基础设施发展薄弱的条件下，氢能产业发展遭遇“卡脖子”环节。氢能是不可或缺的二次能源，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。

因此，如何将污水处理与氢能源产业相融合，打造一种多位一体的、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

本实用新型针对现有技术中存在的产生的氢气难以就地消纳、储运距离远且污水处理厂运营成本高的技术问题，提供了一种不需要远距离储运氢气、能够就地储存或消纳氢气，同时解决污水处理厂运营成本的污水处理协同一体化的产氢加氢系统。

为实现以上目的，本实用新型通过以上技术方案予以实现：设有光伏或风力发电装置、电解水制氢装置、污水处理装置、氧气收集储存装置、氢气收集储存装置、加氢站和加氧站，所述光伏或风力发电装置分别与所述电解水制氢装置和所述污水处理装置连接，所述电解水制氢装置分别连接有所述氧气收集储存装置和所述氢气收集储存装置，所述氧气收集储存装置连接有加氧站，所述氢气收集储存装置连接有加氢站；所述氧气收集储存装置与所述污水处理装置连接，所述污水处理装置与所述电解水制氢装置连接；所述氧气收集储存装置用于收集所述电解水制氢装置产生的氧气，并将所述氧气供给所述加氧站和污水处理装置；所述氢气收集储存装置用于收集所述电解水制氢装置产生的氢气，并将所述氢气供给所述加氢站。

优选地，所述污水处理装置设有预处理装置、生化处理装置、深度处理装置和净化装置，所述预处理装置连接有所述生化处理装置，所述生化处理装置连接有深度处理装置，所述深度处理装置连接有净化装置，所述净化装置连接有电解水制氢装置，所述电解水制氢装置连接有所述氧气收集储存装置，所述氧气收集储存装置与所述生化处理装置连接。

优选地，还设有电能输送智能切换装置，所述光伏或风力发电装置连接所述电能输送智能切换装置，所述电能输送智能切换装置分别连接有所述电解水制氢装置和所述污水处理装置，所述电能输送智能切换装置通过计算机程序设定实现智能切换供电方式及供电时段。

优选地，还设有氢燃料发电装置，所述加氢站与所述氢燃料发电装置连接，所述氢燃料发电装置与所述污水处理装置连接，所述氢燃料发电装置用于将氢气转化为电能。

优选地，还设有天然气掺氢装置，所述加氢站与所述天然气掺氢装置连接，所述天然气掺氢装置将氢气掺入天然气中并入市政燃气管网使用。

优选地，所述光伏或风力发电装置安装于所述污水处理装置表面或周边。

优选地，所述生化处理装置采用活性污泥法，微生物通过新陈代谢将有机污染物降解，微生物新陈代谢所需氧气由所述氧气收集储存装置供给。

优选地，所述净化装置将污水进行过滤、消毒、净化处理后用于所述电解水制氢装置。

本实用新型有益效果是：

(1)本实用新型通过光伏或风力发电装置引入绿电，降低了污水处理厂电耗，再通过电能输送智能切换装置实现了设备用电的峰谷智能调控，电解水制氢利用低谷灰电或光伏和风力产生绿电，生产氢气进行储存，再用电高峰时段进行氢燃料发电，减少使用高价电，使资源得到最合理综合利用，降低运行成本，降低碳排放；

(2)本实用新型通过氢燃料发电装置和天然气掺氢装置将氢气就地及时消纳，避免了将氢气压缩后远距离运输，节省了氢气的储运成本，降低了氢气的制造成本；

(3)本实用新型通过生化处理装置和深度处理装置，对电解水制氢时产生的附属产物氧气进行合理利用，提高了氧气的经济价值，改善了氧气直接排放造成资源浪费的情况，降低了电解水制氢的工艺成本；

(4)本实用新型将光伏或风力发电装置、污水处理装置、电解水制氢装置、氢燃料发电装置、加氧站、加氢站等多位一体相结合，解决了光伏发电安装场地问题，污水处理高能耗问题，电解水制氢高成本问题，并且通过不同装置的结合利用，形成了生态链闭环，完善了加氢站中氢气的消纳途径，为电解水制氢项目的产业布局提供了新思路，而且可优化能源结构，缓解能源紧缺及分布不均匀的问题，对节能减排意义重大。

附图说明

图1为本实用新型系统流程示意图；

图2为本实用新型污水处理装置与电解水制氢装置结合流程图。

图中：1.光伏或风力发电装置；2.电解水制氢装置；3.污水处理装置；31.预处理装置；32.生化处理装置；33.深度处理装置；34.净化装置；4.氧气收集储存装置；5.氢气收集储存装置；6.加氢站；7.加氧站；8.氢燃料发电装置；9.天然气掺氢装置；10.电能输送智能切换装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例

如图1所示，本实用新型提供的一种污水处理协同一体化的产氢加氢系统，设有光伏或风力发电装置1、电能输送智能切换装置10、电解水制氢装置2、污水处理装置3、氧气收集储存装置4、氢气收集储存装置5、加氢站6、加氧站7、氢燃料发电装置8和天然气掺氢装置9，光伏或风力发电装置1将太阳能或风能转化为电能，光伏或风力发电装置1连接有电能输送智能切换装置10，电能输送智能切换装置10分别连接有电解水制氢装置2和污水处理装置3，电解水制氢装置2分别连接有氧气收集储存装置4和氢气收集储存装置5，电解水制氢装置2所产生的氧气通过氧气收集储存装置4进行收集储存，并可以通过管路输送给污水处理装置3进行生化反应以及深度处理，富余的氧气进行储存，然后通过管路输送给加氧站7，加氧站7将氧气压缩装瓶后供给工业液氧使用；电解水制氢装置2所产生的氢气通过氢气收集储存装置5收集储存，可以通过管路输送给加氢站6，加氢站6可以将氢气输送给天然气掺氢装置9，将氢气按照特定比例掺入天然气中，从而达到氢气共用天然气既有管道网络的目的，利用此种方式减少了氢气管道网络的建设投入，降低了氢气的储运成本，加氢站6可以将氢气输送给氢燃料发电装置8，将氢气转化为电能供给污水处理装置3使用或者做为能量重新并入电网。

上述过程通过电能输送智能切换装置10进行调控，当污水处理厂运行处于峰电时段时，电力系统自动切换至光伏或风力发电，供给污水厂使用，同时利用氢燃料发电装置8将氢气收集储存装置5储存的氢气进行发电补充污水厂使用，减少或完全不使用高价峰电；当污水处理厂运行处于谷电时段时，电力系统自动切换至谷电电网或通过计算机计算储氢量，切换至氢燃料发电装置供电；通过光伏或风力发电、污水处理和电解水制氢的综合应用，降低了污水处理厂的综合能耗，增加了污水处理厂中水的经济价值，提高了污水处理厂土地和空间利用率。

如图2所示，污水处理装置3设有预处理装置31、生化处理装置32、深度处理装置33和净化装置34，预处理装置31通过固液分离设备将原污水中的毛发、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％；预处理装置31连接有生化处理装置32，生化处理装置32采用活性污泥法，如AB法、AA/0法、A/0法、SBR法、氧化沟法，微生物通过新陈代谢将邮寄污染物降解，并转换为乌海物质，使待处理物得到净化；生化处理装置32连接有深度处理装置33，深度处理装置33连接有净化装置34，深度处理装置33和净化装置34进一步将污水进行顾虑、消毒、净化等处理，以达到所述电解水制氢装置2所需水源要求；电解水制氢装置2所需要的水源由净化装置34供给，生化处理装置32中微生物新陈代谢所需要的氧气由氧气收集储存装置4供给。

光伏发电装置1安装于污水处理装置3表面或周边，如污水处理厂构筑物顶部、周边空地、湿地、河床、滩涂等位置，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。

污水处理装置3可以是一体化污水处理装置钢结构形式，也可以是传统污水处理厂钢筋混凝土结构，污水可以为生活污水、市政污水、工业污水等分散式污水，解决了污水处理厂耗电高的问题，优化了污水处理长的生化处理模式，降低了污水处理厂的运行成本。

本实用新型的使用方法如下：光伏或风力发电装置1将太阳能或风能转化成电能，通过电能智能切换装置合理输送到电解水制氢装置2和污水处理装置3，电解水制氢装置2产生的氧气由氧气收集储存装置4收集，一部分供给污水处理装置3，另一部分输送到加氧站7投入工业使用；氢气由氢气收集储存装置5收集输送到加氢站6，之后一部分输送到氢燃料发电装置8为污水处理装置3供电以及提供到电网中，另一部分输送到天然气掺氢装置9进而民用或商用。

在污水处理装置3中，污水进入预处理装置31去除大量杂质，之后输送到生化处理装置32进行净化，最后经过深度处理装置33和净化装置34进行进一步净化得到可供电解水制氢装置2电解的水源。

本实用新型将不同装置结合利用，形成了生态链闭环，增加了污水处理厂中水的经济价值，降低了电解水制氢的成本，优化能源结构，缓解了能源紧缺及分布不均匀的问题，实现了节能减排。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征是，设有光伏或风力发电装置、电解水制氢装置、污水处理装置、氧气收集储存装置、氢气收集储存装置、加氢站和加氧站，所述光伏或风力发电装置分别与所述电解水制氢装置和所述污水处理装置连接，所述电解水制氢装置分别连接有所述氧气收集储存装置和所述氢气收集储存装置，所述氧气收集储存装置连接有加氧站，所述氢气收集储存装置连接有加氢站；所述氧气收集储存装置与所述污水处理装置连接，所述污水处理装置与所述电解水制氢装置连接；所述氧气收集储存装置用于收集所述电解水制氢装置产生的氧气，并将所述氧气供给所述加氧站和污水处理装置；所述氢气收集储存装置用于收集所述电解水制氢装置产生的氢气，并将所述氢气供给所述加氢站。

2.根据权利要求1所述污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征在于，所述污水处理装置设有预处理装置、生化处理装置、深度处理装置和净化装置，所述预处理装置连接有所述生化处理装置，所述生化处理装置连接有深度处理装置，所述深度处理装置连接有净化装置，所述净化装置连接有电解水制氢装置，所述电解水制氢装置连接有所述氧气收集储存装置，所述氧气收集储存装置与所述生化处理装置连接。

3.根据权利要求1所述污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征在于，还设有电能输送智能切换装置，所述光伏或风力发电装置连接所述电能输送智能切换装置，所述电能输送智能切换装置分别连接有所述电解水制氢装置和所述污水处理装置，所述电能输送智能切换装置通过计算机程序设定实现智能切换供电方式及供电时段。

4.根据权利要求1所述污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征在于，还设有氢燃料发电装置，所述加氢站与所述氢燃料发电装置连接，所述氢燃料发电装置与所述污水处理装置连接，所述氢燃料发电装置用于将的氢气转化为电能。

5.根据权利要求1或4所述污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征在于，还设有天然气掺氢装置，所述加氢站与所述天然气掺氢装置连接，所述天然气掺氢装置将氢气掺入天然气中，并输送至天然气市政管网。

6.根据权利要求1所述污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征在于，所述光伏或风力发电装置安装于所述污水处理装置表面或周边。

7.根据权利要求2所述污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征在于，所述生化处理装置采用活性污泥法，微生物通过新陈代谢将有机污染物降解，微生物新陈代谢所需氧气由所述氧气收集储存装置供给。

8.根据权利要求2所述污水处理协同一体化的产氢加氢系统，其特征在于，所述净化装置将污水进行过滤、消毒、净化处理后用于所述电解水制氢装置。

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