CN111547845A - 一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***;该***包括厌氧氨氧化反应***和污水增温***,主要由污泥沼气能—太阳能—空气能耦合互补模式通过蓄热水箱装置对厌氧氨氧化反应器采取增温措施,其中污泥沼气***为主加热***,太阳能集热***与空气源热泵***作为保障加热***。通过沼气能与太阳能和空气能任意两个或三个同时为调节池中的污水提供热量,可满足厌氧氨氧化反应器在运行过程中环境温度的要求,保证厌氧氨氧化菌具有良好的活性,达到高效节能的脱氮目的。具有节能、运行费用低、增温效果连续持久、处理能力强、运行效果稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水生化处理的增温***;尤其涉及一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***。
背景技术
废水生物处理工艺中,传统生物脱氮过程能耗大,并且很难用于处理低碳氮比废水。厌氧氨氧化反应是以亚硝态氮为电子受体,将氨氮氧化为氮气的自养过程,无需外加碳源,在工业应用中,能耗可减少60%左右。因此,厌氧氨氧化工艺被认为是一种环境友好型脱氮技术,发展前景广阔。然而,厌氧氨氧化反应易受环境因素影响,如温度、有机物、溶解氧、光线等,其中温度对厌氧氨氧化菌影响尤为明显。温度依赖性是影响生物反应器运行的重要因素,影响微生物活性主要通过影响微生物酶促反应,其主要途径有两种,一是影响酶催化反应的速率,二是影响基质扩散到细胞的速率。作为生物处理过程,厌氧氨氧化受温度影响较大,据报道,厌氧氨氧化菌最适生长温度分别为30-40℃,低温下,厌氧氨氧化菌受到抑制,而在市政与工业废水处理中,随四季气候变化,水温大致在5-20℃,因此,厌氧氨氧化工艺在废水处理中需应对低温带来的严峻挑战。因此在实际应用中,需通过人工手段加以克服,同时采用常规材料对生物反应池保温等措施,实现厌氧氨氧化反应器的稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明涉及一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,该***包括厌氧氨氧化反应***和污水增温***;
其中,
所述厌氧氨氧化反应***,包括:调节池1、厌氧氨氧化反应池2、污泥消化池3和沼气收集袋4;
所述污水增温***,包括:污泥沼气***、太阳能集热***、空气源热泵***和蓄热水箱装置,其中,污泥沼气***为主加热***,太阳能集热***与空气源热泵***作为保障加热***。
优选地,所述污泥沼气***,包括:燃气锅炉7、第一测温装置8、第二测温装置12、沼气泵6,第一阀门5、第二阀门9、第三阀门13和第一水泵10。
优选地,所述太阳能集热***,包括:真空管太阳能热水器23、第二水泵26、第四阀门25、第五阀门28、第三测温装置24、第四测温装置27。
优选地,所述空气源热泵***,包括:冷凝器16、节流装置17、空气换热器18、压缩机19、第三水泵22、第六阀门14、第七阀门21、第五测温装置15、第六测温装置20。
优选地,所述蓄热水箱装置,包括:第七测温装置29、第八测温装置31,第八阀门30、第九阀门32和第四水泵33。
优选地,所述沼气热水器***、太阳能集热***和空气源热泵***共享蓄热水箱11。
本发明中增设污水增温***,其基于污泥沼气能—太阳能—空气能清洁能源的互补利用;本发明利用污水厂中污泥产生的沼气能和具有间歇性和不稳定性的太阳能,以及随处可得的空气热能在空间和时间上的互补性,使厌氧氨氧化反应器实现稳定脱氮,同时可为冬季严寒地区污水厂生物处理单元提供保温。
本发明所述污水增温***的三个子***(污泥沼气***、太阳能集热***、空气源热泵***)相互之间并联连接;其中,污泥沼气***为主加热***,太阳能集热***与空气源热泵***作为保障加热***;本发明这样的设计可以根据实际需要,联合开启各***阀门,沼气能与太阳能和空气能任意两个或三个同时为调节池中的污水提供热量。
本发明当升高污水温度所需的能量减小时,所述装置中蓄热水箱中的热水也可以供给他用,满足其他用热水需要。
在本发明的方法有以下优点:
(1)本发明所涉及的一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,包括厌氧氨氧化反应***和污水增温***,主要由污泥沼气能—太阳能—空气能耦合互补模式对厌氧氨氧化反应器采取增温措施,从而实现厌氧氨氧化菌高效稳定的脱氮。
(2)本发明增设污水增温***,可满足厌氧氨氧化反应器在运行过程中水环境温度的要求,为厌氧氨氧化菌新成代谢提供适宜的环境条件,保证厌氧氨氧化菌具有良好的活性,达到高效、节能和深度脱氮目的;同时,还可以为冬季寒冷地区污水生物处理***提供适宜保温措施,具有节能、运行费用低、增温效果连续持久、处理能力强、运行效果稳定等优点。
(3)本发明采用多种能源耦合的加热模式,使污水厂中的剩余污泥得以有效利用,同时均采用的是清洁能源,从而避免了资源的浪费和给污水处理装置的长期稳定运行提供了一定的保障。
(4)本发明所述增温装置可以单独或联合开启各子***阀门,沼气能与太阳能和空气能任意两个或三个同时为沼气调节池增温装置供热。
(5)本发明当升高污水温度所需的能量减小时,所述装置中蓄热水箱中的热水也可以供给他用,满足其他用热水需要。
附图说明
图1是基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是,以下的实施实例只是对本发明的进一步说明,但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例
本实施例涉及一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,见附图1所示:该***包括厌氧氨氧化反应***和污水增温***;
其中,
所述厌氧氨氧化反应***,包括:调节池1、厌氧氨氧化反应池2、污泥消化池3和沼气收集袋4;
所述污水增温***,包括:污泥沼气***、太阳能集热***、空气源热泵***和蓄热水箱装置,其中,污泥沼气***为主加热***,太阳能集热***与空气源热泵***作为保障加热***。
优选地,所述污泥沼气***,包括:燃气锅炉7、第一测温装置8、第二测温装置12、沼气泵6,第一阀门5、第二阀门9、第三阀门13和第一水泵10。
优选地,所述太阳能集热***,包括:真空管太阳能热水器23、第二水泵26、第四阀门25、第五阀门28、第三测温装置24、第四测温装置27。
优选地,所述空气源热泵***,包括:冷凝器16、节流装置17、空气换热器18、压缩机19、第三水泵22,第六阀门14、第七阀门21、第五测温装置15、第六测温装置20。
优选地,所述蓄热水箱装置,包括:第七测温装置29、第八测温装置31,第八阀门30、第九阀门32和第四水泵33。
优选地,所述沼气热水器***、太阳能集热***和空气源热泵***共享蓄热水箱11。
本发明中增设污水增温***,其基于污泥沼气能—太阳能—空气能清洁能源的互补利用;本发明利用污水厂中污泥产生的沼气能和具有间歇性和不稳定性的太阳能,以及随处可得的空气热能在空间和时间上的互补性,使厌氧氨氧化反应器实现稳定脱氮,同时可为冬季严寒地区污水厂生物处理单元提供保温。
本发明所述污水增温***的三个子***(污泥沼气***、太阳能集热***、空气源热泵***)相互之间并联连接;其中,污泥沼气***为主加热***,太阳能集热***与空气源热泵***作为保障加热***;本发明这样的设计可以根据实际需要,联合开启各***阀门,沼气能与太阳能和空气能任意两个或三个同时为调节池中的污水提供热量。
本发明当升高污水温度所需的能量减小时,所述装置中蓄热水箱中的热水也可以供给他用,满足其他用热水需要。
以下是本发明工作原理:
在厌氧氨氧化反应池前设置调节池,并且在调节池施工过程中铺设热水管,同时蓄热水箱的位置高度要满足低温水依靠重力回流至加热***的要求。
经过一级处理后的污水首先进入调节池1,与此同时污泥沼气—太阳能—空气耦合互补加热***对调节池中的污水进行加热,污水温度达到30-40℃后进入到厌氧氨氧化反应池2中,厌氧氨氧化菌在适宜温度下(30-40℃)快速繁殖并具有良好的活性,使总氮能够快速有效的去除。厌氧氨氧化反应池中产生的剩余污泥进入消化池3中并产生沼气,将沼气送入到沼气收集袋4,输送至燃气锅炉7燃烧利用。
增温***中的三个子***(污泥沼气子***、太阳能集热子***和空气源热泵子***)之间并联连接,并共享蓄热水箱11。其中污泥沼气子***为主加热***,太阳能集热子***与空气源热泵子***作为保障加热***,三个子***相互可以根据实际需要,联合开启各***阀门,污泥沼气与太阳能和空气能任意两个或三个同时为蓄热水箱11中的水提供热量。
由蓄热水箱11中流出的热水通入调节池1中的热水管道,加热污水使其温度升高,以保证污水进水生物单元时的温度维持在为30-40℃。
当仅运行主加热***时,即污泥沼气子***为蓄热水箱11供热水时,该***只以沼气能模式运行,第一阀门5、第二阀门9、第三阀门13第八阀门30、第九阀门32开启,其余阀门关闭,第一水泵10、第四水泵33运行,沼气收集袋4中的沼气经沼气泵6进入燃气锅炉7燃烧,将燃烧所产生的热量输入蓄热水箱11,蓄热水箱依靠重力流将热水送至调节池1用于加热污水,当调节池热水管中的水温降低时则通过第四水泵33将低温水回流至蓄热水箱11再进行加热。这种模式一般太阳能照射量不足以及气温较低的工况下运行,主要依赖于储气袋中的沼气的燃烧。
当主加热***由太阳能集热子***保障加热时,该***以沼气能—太阳能互补模式运行,第一阀门5、第二阀门9、第三阀门13、第四阀门25、第五阀门28、第八阀门30、第九阀门32开启,其余阀门关闭,沼气泵6与第一水泵10第二水泵26、第四水泵33运行,太阳能集热器和燃气锅炉同时将太阳辐射热量和沼气燃烧热量输入蓄热水箱11,蓄热水箱依靠重力流将热水回流至调节池1用于加热污水。这种模式在夜间气温非常低而导致空气源热泵几乎无法从空气中吸收热量(热泵COP接近1时)的工况下运行,但要求白天天气晴朗且有足够的沼气存储量。
当主加热***由空气源热泵子***保障加热时,该***以沼气能—空气能互补模式运行,当***以沼气能—空气能互补模式运行时,第一阀门5、第二阀门9、第三阀门13、第六阀门14、第七阀门21、第八阀门30、第九阀门32开启,其余阀门关闭,第一水泵10、第三水泵22、第四水泵33运行,燃气锅炉7开启,空气源热泵***和燃气锅炉7同时将空气能和沼气燃烧热量输入蓄热水箱11,蓄热水箱依靠重力流将热水回流至调节池1用于加热污水。这种模式需在气温较高的工况下运行。
当主加热***由太阳能集热子***和空气源热泵子***共同作为保障加热时,该***以污泥沼气—太阳能—空气能互补模式运行时,开启所有阀门和燃气锅炉,太阳能集热器、沼气热水器、空气源热泵同时将太阳辖射热量、沼气燃烧热量和空气能输入蓄热水箱,蓄热水箱再将热量传递给调节池中的污水。这种模式对气温、太阳能保证率和沼气存储量要求都不太高,应为使用范围最广泛的一种运行模式。
厌氧氨氧化反应池2中优选的污泥浓度MLSS≥3000mg/L。
当升高污水温度所需的能量减小时,所述装置中蓄热水箱11中的热水也可以供给他用,满足其他用热水需要。
本发明保温方法可适用于上流式厌氧污泥床反应器(UASB),厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)和生物反应器(SBR)等厌氧氨氧化菌的生物反应器,同时也适用于冬季寒冷地区污水生化处理***的保温。
在本发明的方法有以下优点:(1)本发明所涉及的一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,包括厌氧氨氧化反应***和污水增温***,主要由污泥沼气能—太阳能—空气能耦合互补模式对厌氧氨氧化反应器采取增温措施,从而实现厌氧氨氧化菌高效稳定的脱氮。(2)本发明增设污水增温***,可满足厌氧氨氧化反应器在运行过程中水环境温度的要求,为厌氧氨氧化菌新成代谢提供适宜的环境条件,保证厌氧氨氧化菌具有良好的活性,达到高效、节能和深度脱氮目的;同时,还可以为冬季寒冷地区污水生物处理***提供适宜保温措施,具有节能、运行费用低、增温效果连续持久、处理能力强、运行效果稳定等优点。(3)本发明采用多种能源耦合的加热模式,使污水厂中的剩余污泥得以有效利用,同时均采用的是清洁能源,从而避免了资源的浪费和给污水处理装置的长期稳定运行提供了一定的保障。(4)本发明所述增温装置可以单独或联合开启各子***阀门,沼气能与太阳能和空气能任意两个或三个同时为沼气调节池增温装置供热。(5)本发明当升高污水温度所需的能量减小时,所述装置中蓄热水箱中的热水也可以供给他用,满足其他用热水需要。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质。
Claims (6)
1.一种基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,其特征在于,该***包括厌氧氨氧化反应***和污水增温***;
其中,
所述厌氧氨氧化反应***,包括:调节池(1)、厌氧氨氧化反应池(2)、污泥消化池(3)和沼气收集袋(4);
所述污水增温***,包括:污泥沼气***、太阳能集热***、空气源热泵***和蓄热水箱装置,其中,污泥沼气***为主加热***,太阳能集热***与空气源热泵***为保障加热***。
2.如权利要求1所述的基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,其特征在于,所述污泥沼气***,包括:燃气锅炉(7)、第一测温装置(8)、第二测温装置(12)、沼气泵(6)、第一阀门(5)、第二阀门(9)、第三阀门(13)和第一水泵(10)。
3.如权利要求1所述的基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,其特征在于,所述太阳能集热***,包括:真空管太阳能热水器(23)、第二水泵(26)、第四阀门(25)、第五阀门(28)、第三测温装置(24)和第四测温装置(27)。
4.如权利要求1所述的基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,其特征在于,所述空气源热泵***,包括:冷凝器(16)、节流装置(17)、空气换热器(18)、压缩机(19)、第三水泵(22)、第六阀门(14)、第七阀门(21)、第五测温装置(15)和第六测温装置(20)。
5.如权利要求1所述的基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,其特征在于,所述蓄热水箱装置,包括:第七测温装置(29)、第八测温装置(31),第八阀门(30)、第九阀门(32)和第四水泵(33)。
6.如权利要求1所述的基于多能互补的厌氧氨氧化反应器稳定运行***,其特征在于,所述沼气热水器***、太阳能集热***和空气源热泵***共享蓄热水箱(11)。
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