基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统

1.本发明属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统。


背景技术：

2.随着我国经济的不断发展，我国城镇化建设的速度不断加快，人民生活水平不断提高，日常生活民用水量不断增加，随之产生的生活污水也在增加；同时，工业化进程的加快导致工业废水的排放量随之增加。因此，增加了污水处理的能源损耗，依据国家提出的低碳、环保、节能、减排工作的要求，如何处理这些污水成为了重中之重。
3.厌氧反应系统是处理中高浓度的有机废水的一种不错的方法，避免了污水及其污染物直接向江、河、湖、海等自然环境排放，防止严重破坏生态环境，影响人类的健康和其他生物的生存。但是，厌氧反应工艺处理污水时有一个难点，就是对处理废水时的温度要求较高，只有在相对较高的温度（38℃)及较小温差区间（35-40℃）内厌氧反应才有较高的效率。现有技术中为了提高厌氧反应的效率，采取了一系列的污水加热以及保温措施，但在现有技术中对污水进行加热、保温需要消耗大量的能耗。而且，在我国的北方地区冬季比较寒冷，原生污水的温度也比较低，无法满足污水处理所需的温度条件，需要对原有污水进行加热升温。为了确保厌氧反应正常运行，老的方法是采用锅炉加热， 这样做使污水加热的成本大大提高，同时也浪费人力和物力。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统。通过太阳能集热器、电加热系统、沼气锅炉、热泵机组的共同作用，实现多能互补，最终优化后的系统更加节能高效，进一步节省运行成本，满足社会和经济效益。
5.本发明采用的技术方案为：一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，气-热联产多能互补系统包括污水收集池、热泵机组、太阳能集热器、电加热器、厌氧反应器、第一水箱、热交换器、补水管、沼气锅炉、沼气净化器、加热循环管、第二水箱、温度控制器、第一温度检测器、第二温度检测器、第一循环泵、第二循环泵、第一阀门、沼气泵和水泵；所述热泵机组由通过冷媒管道连通的蒸发器、膨胀阀、冷凝器和压缩机组成；所述污水收集池的出水口与热泵机组的冷凝器进水口连通，并通过水泵供水，冷凝器的出水口与第二水箱的进水口连通，热交换器可拆卸地安装在第二水箱内，第二水箱的出水口与厌氧反应器的进水口连通，厌氧反应器的出水口与热泵机组的蒸发器进水口连通，蒸发器的出水口连接下一步工序；所述厌氧反应器产生的沼气通过沼气泵输送至沼气净化器内，沼气净化器的出口与沼气锅炉的进气管连通，沼气锅炉通过燃烧沼气净化器提供的沼气实现加热，沼气锅炉的出水口与厌氧反应器内加热循环管的进水口连通，加热循环管的出水口与沼气锅炉的进水口相连，沼气锅炉加热后的热水通过第二循环泵输送至加热循环管，
用于加热厌氧反应器内的污水；所述温度控制器用于自动控制热交换器和厌氧反应器内污水的加热温度；所述太阳能集热器通过第一循环泵向热交换器供水，热交换器的出水口与第一水箱的进口连通，第一水箱通过水泵向太阳能集热器供水，第一水箱设有补水管，所述电加热器可拆卸地安装在第一水箱内。
6.进一步地 ，所述厌氧反应器包括壳体、沼气排放管、出水口、三相分离器、布水器、布水罐、出水堰、进水管、下降管和上升管；所述沼气排放管位于壳体的顶部，进水管设置于壳体的底部，布水器位于进水管上方，布水器通过下降管与布水罐连通，布水罐位于壳体上方，三相分离器位于布水器上方，出水堰位于三相分离器上方，布水罐两侧设有上升管。
7.进一步地 ，所述沼气锅炉包括炉体、过滤器、进氧管、风机、支撑柱、进水管、排水管、沼气室、空气室、混合室、沼气入管、燃烧器和炉膛；所述沼气入管设置于炉体底部，过滤器位于炉体顶部，炉膛下方依次为混合室、空气室和沼气室，所述进氧管与空气室连通，进氧管与风机连通。
8.进一步地 ，所述加热循环管设置在厌氧反应器的底部，加热循环管为螺旋管。
9.进一步地 ，所述热交换器的换热管为u型管。
10.进一步地 ，所述第二水箱的出水口高于厌氧反应器的进水口；厌氧反应器的出水口高于热泵机组中蒸发器的进水口，第二水箱的进水口设置在出水口的上方。
11.进一步地 ，所述第一温度检测器设置在第二水箱的上部，所述第二温度检测器设置于厌氧反应器的下部。
12.本发明的有益效果：提供了一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统。通过太阳能集热器利用太阳能来加热热交换器中的污水，清洁无污染；污水在厌氧反应器中经三相分离器处理后，净水一部分排出到热泵机组，这部分的净水温度较高，流到热泵机组后可以预热热泵机组中的污水，充分回收剩余热量，然后预热后的污水继续流向热交换器和厌氧反应器，从而节约能耗；厌氧污水加热系统给厌氧工艺过程中的污水进行加热，达到了厌氧反应器所需的温度条件，实现多能互补，最终优化后的系统更加节能高效，进一步节省运行成本，满足社会和经济效益。尤其是在能源匮乏地区发挥了更大的作用，能够有效促进环境与经济的协调发展。
附图说明
13.图1是实施例一中污水厌氧加热系统的示意图；图2是实施例一中换热管结构示意图；图3是实施例一中加热循环管结构示意图；图4是实施例一中厌氧反应器的结构示意图；图5是实施例一中沼气锅炉的结构示意图。
实施方式实施例
14.参照各图，一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，气-热联产多能互补系统包括污水收集池1、热泵机组2、太阳能集热器3、电加热器4、厌氧反应器
5、第一水箱6、热交换器7、补水管8、沼气锅炉9、沼气净化器10、加热循环管11、第二水箱12、温度控制器13、第一温度检测器14、第二温度检测器15、第一循环泵16、第二循环泵17、第一阀门18、沼气泵19、水泵20、第二阀门21和第三阀门22；所述热泵机组由通过冷媒管道连通的蒸发器201、膨胀阀202、冷凝器203和压缩机204组成；所述污水收集池的出水口与热泵机组的冷凝器进水口连通，并通过水泵供水，冷凝器的出水口与第二水箱的进水口连通，热交换器可拆卸地安装在第二水箱内，第二水箱的出水口与厌氧反应器的进水口连通，厌氧反应器的出水口与热泵机组的蒸发器进水口连通，蒸发器的出水口连接下一步工序；所述厌氧反应器产生的沼气通过沼气泵输送至沼气净化器内，沼气净化器的出口与沼气锅炉的进气管连通，沼气锅炉通过燃烧沼气净化器提供的沼气实现加热，沼气锅炉的出水口与厌氧反应器内加热循环管的进水口连通，加热循环管的出水口与沼气锅炉的进水口相连，沼气锅炉加热后的热水通过第二循环泵输送至加热循环管，用于加热厌氧反应器内的污水；所述温度控制器用于自动控制热交换器和厌氧反应器内污水的加热温度；所述太阳能集热器通过第一循环泵向热交换器供水，热交换器的出水口与第一水箱的进口连通，第一水箱通过水泵向太阳能集热器供水，第一水箱设有补水管，所述电加热器可拆卸地安装在第一水箱内。
15.所述热泵机组由通过冷媒管道连通的蒸发器201、膨胀阀202、冷凝器203和压缩机204组成。
16.所述厌氧反应器包括壳体501、沼气排放管502、出水口503、三相分离器504、布水器505、布水罐506、出水堰507、进水管508、下降管509和上升管510；所述沼气排放管位于壳体的顶部，进水管设置于壳体的底部，布水器位于进水管上方，布水器通过下降管与布水罐连通，布水罐位于壳体上方，三相分离器位于布水器上方，出水堰位于三相分离器上方，布水罐两侧设有上升管。
17.所述沼气锅炉包括炉体901 、过滤器902、进氧管903、风机904、支撑柱905、进水管906、排水管907、沼气室908、空气室909、混合室910、沼气入管911、燃烧器912和炉膛913；所述沼气入管设置于炉体底部，过滤器位于炉体顶部，炉膛下方依次为混合室、空气室和沼气室，所述进氧管与空气室连通，进氧管与风机连通。
18.所述加热循环管设置在厌氧反应器的底部，加热循环管为螺旋管；所述热交换器的换热管为u型管；所述第二水箱的出水口高于厌氧反应器的进水口；厌氧反应器的出水口高于热泵机组中蒸发器的进水口，第二水箱的进水口设置在出水口的上方；所述第一温度检测器设置在第二水箱的上部，所述第二温度检测器设置于厌氧反应器的下部。
19.基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统先通过温度控制器设定热交换温度为35℃，然后关闭第二阀门，打开第三阀门，在太阳能集热器中加满水，利用太阳能加热，打开第一循环泵和第一阀门，使热水在热交换器及其附属装置中流动，用温度检测器来检测热交换器中的水温，如果温度达到所设温度，由温度控制器发出信号，第一循环泵停止工作，当温度低于所设温度时，由温度控制器发出信号，启动第一循环泵，优先选择太阳能集热器进行加热，若温度仍未达到所设温度，由温度控制器控制电加热系统继续进行加热，直到达到所设温度。热交换器的进水口设置在出水口上方，上方污水温度高于下方，从而使污水进入厌氧反应器时的温度较高，加热循环管布置在厌氧反应器底部，通过加热循环管来加热厌氧反应器中的污水，可以使先受热的底部污水向上运动，产生对流，起到
搅拌作用，污水加热更充分。加热后的水经过三相分离器进行气液分离，净水进入热泵机组，通过蒸发器回收富余热量，然后将净水排放至下一工序进行好氧处理。此时，关闭第三阀门，打开第二阀门，热泵机组的冷媒在蒸发器中吸收热量产生蒸汽，经过压缩机进行压缩，压缩为高温高压后，在冷凝器中冷凝为液态，释放热量，加热污水，送入热交换器所在的水箱中。厌氧反应器中产生的沼气进入集气室，其中一部分在沼气泵的作用下，经沼气净化装置净化后通过沼气管道送入沼气锅炉，通过沼气锅炉燃烧沼气产生热量加热，热水通过第二循环泵输送到加热循环管，给厌氧反应器内的污水加热，然后冷水再重新返回到沼气锅炉，不断循环此过程。此时，用温度控制装置控制关闭电加热系统，只采用太阳能集热器加热和沼气锅炉加热，用温度检测器来检测热交换器和厌氧反应器中的水温，当热交换器的水温低于所设温度，开启热泵机组，当厌氧反应器中的温度低于所设温度时，再次开启电加热系统。
20.在污水收集池和厌氧反应器之间连接热泵机组、热交换器，首先通过太阳能集热器利用太阳能来加热热交换器中的污水，清洁无污染；通过太阳能集热器和电加热系统加热热交换器和厌氧反应器中的污水，污水在厌氧反应器中经三相分离器处理后，净水一部分排出到热泵机组，这部分的净水温度较高，流到热泵机组后可以预热热泵机组中的污水，充分回收剩余热量，然后预热后的污水继续流向热交换器和厌氧反应器，从而节约能耗；厌氧反应器排出的沼气一部分经过沼气锅炉燃烧，以此来加热水，热水流向厌氧反应器底部，加热厌氧反应器内的污水。该厌氧污水加热系统通过太阳能集热器、电加热系统、沼气锅炉、热泵机组的共同作用，给厌氧工艺过程中的污水进行加热，达到了厌氧反应器所需的温度条件，实现多能互补，最终优化后的系统更加节能高效，进一步节省运行成本，满足社会和经济效益。尤其是在能源匮乏地区发挥了更大的作用，能够有效促进环境与经济的协调发展。
21.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明专利提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：气-热联产多能互补系统包括污水收集池、热泵机组、太阳能集热器、电加热器、厌氧反应器、第一水箱、热交换器、补水管、沼气锅炉、沼气净化器、加热循环管、第二水箱、温度控制器、第一温度检测器、第二温度检测器、第一循环泵、第二循环泵、第一阀门、沼气泵和水泵；所述污水收集池的出水口与热泵机组的冷凝器进水口连通，并通过水泵供水，冷凝器的出水口与第二水箱的进水口连通，热交换器可拆卸地安装在第二水箱内，第二水箱的出水口与厌氧反应器的进水口连通，厌氧反应器的出水口与热泵机组的蒸发器进水口连通；所述厌氧反应器产生的沼气通过沼气泵输送至沼气净化器内，沼气净化器的出口与沼气锅炉的进气管连通，沼气锅炉的出水口与厌氧反应器内加热循环管的进水口连通，加热循环管的出水口与沼气锅炉的进水口相连，沼气锅炉加热后的热水通过第二循环泵输送至加热循环管，用于加热厌氧反应器内的污水；所述温度控制器用于自动控制热交换器和厌氧反应器内污水的加热温度；所述太阳能集热器通过第一循环泵向热交换器供水，热交换器的出水口与第一水箱的进口连通，第一水箱通过水泵向太阳能集热器供水，第一水箱设有补水管，所述电加热器可拆卸地安装在第一水箱内。2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：所述热泵机组由通过冷媒管道连通的蒸发器201、膨胀阀202、冷凝器203和压缩机204组成。3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：所述厌氧反应器包括壳体、沼气排放管、出水口、三相分离器、布水器、布水罐、出水堰、进水管、下降管和上升管；所述沼气排放管位于壳体的顶部，进水管设置于壳体的底部，布水器位于进水管上方，布水器通过下降管与布水罐连通，布水罐位于壳体上方，三相分离器位于布水器上方，出水堰位于三相分离器上方，布水罐两侧设有上升管。4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：所述沼气锅炉包括炉体、过滤器、进氧管、风机、支撑柱、进水管、排水管、沼气室、空气室、混合室、沼气入管、燃烧器和炉膛；所述沼气入管设置于炉体底部，过滤器位于炉体顶部，炉膛下方依次为混合室、空气室和沼气室，所述进氧管与空气室连通，进氧管与风机连通。5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：所述加热循环管设置在厌氧反应器的底部，加热循环管为螺旋管。6.根据权利要求1所述的一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：所述热交换器的换热管为u型管。7.根据权利要求1所述的一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：所述第二水箱的出水口高于厌氧反应器的进水口；厌氧反应器的出水口高于热泵机组中蒸发器的进水口，第二水箱的进水口设置在出水口的上方。8.根据权利要求1所述的一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，其特征在于：所述第一温度检测器设置在第二水箱的上部，所述第二温度检测器设置于厌氧反应器的下部。

技术总结
本发明属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种基于太阳能污水厌氧生化处理的气-热联产多能互补系统，包括污水收集池、热泵机组、太阳能集热器、电加热器、厌氧反应器、第一水箱、热交换器、补水管、沼气锅炉、沼气净化器、加热循环管、第二水箱、温度控制器、第一温度检测器、第二温度检测器、第一循环泵、第二循环泵、阀门、沼气泵和水泵。通过太阳能集热器利用太阳能来加热热交换器中的污水，清洁无污染；污水在厌氧反应器中经三相分离器处理后，可以预热热泵机组中的污水，充分回收剩余热量；厌氧污水加热系统给厌氧工艺过程中的污水加热，实现多能互补，最终优化后的系统更加节能高效，进一步节省运行成本，满足社会和经济效益。满足社会和经济效益。满足社会和经济效益。


技术研发人员：刘昌宇 赵擎 刘成 卞辑 高梦 张晓雪 齐晗兵 李栋 王忠华
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/1