CN113800631A - 一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***及方法，其中***包括：光伏***、光热***、用电单元和用热单元；所述光热***与用热单元连接；所述用热单元包括污水厌氧处理装置和用热子单元；所述污水厌氧处理装置通过管线依次连接沼气集气装置和沼气微燃机，沼气微燃机和/或光伏***连接用电单元；所述沼气集气装置为沼气储气柜；所述用电单元包括厂区用电***和充电装置。本发明所述太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，充分利用污水处理厂厌氧池等占地面积，建设光伏***和光热***，其中光伏***可为厂区用电***等用电单元提供电力，光热***可对污水厌氧处理装置等用热单元提供热能。

Description

一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***及方法
技术领域
本发明属于综合能源利用技术领域，涉及一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***及方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高，对居住环境的要求越来越高，一个的干净整洁无污染的城市能满足人民以日益提高的美好生活需要。污水处理厂解决了由污水排放带来的水污染问题，对水资源起到了保护作用。原有污水处理厂能源形式传统单一，存在利用不充分的问题，随着众多污水处理厂的建设，有效的提高污水处理厂的综合能源循环效率和经济效益就越来越受到社会的重视。
此外，根据污水源的不同，处理工艺的也不同，一般污水处理厂设置有不同的污水处理池，包含有厌氧池、加药池、沉淀池等等，占地面积大，应充分利用这部分面积。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，充分利用污水处理厂厌氧池、加药池等占地面积，建设光伏***和光热***，其中光伏***可为厂区用电***等用电单元提供电力，光热***可对污水厌氧处理装置等用热单元提供热能，实现能源的综合利用，从而达到节能的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，该***包括：光伏***、光热***、用电单元和用热单元；
所述光热***与用热单元连接，为用热单元提供热能；
所述用热单元包括污水厌氧处理装置和用热子单元；所述污水厌氧处理装置的沼气出口通过管线连通沼气集气装置的沼气入口，沼气集气装置的沼气出口通过管线连通沼气微燃机的沼气入口；沼气微燃机和/或光伏***连接用电单元，为用电单元提供电能；所述沼气集气装置为沼气储气柜；
所述用电单元包括厂区用电***和充电装置。
进一步的，所述充电装置为充电桩、锂电池储物或铅酸铵电池储物。
进一步的，沼气微燃机连接用热子单元。
进一步的，所述沼气集气装置还连接有厂区厨房沼气灶。
进一步的，所述污水厌氧处理装置为污水厌氧处理池。
进一步的，所述用热子单元包括厂区供暖***。
进一步的，所述厂区供暖***还连通有污水源热泵***。
进一步的，所述用热子单元还包括厂区生活热水***。
进一步的，所述污水厌氧处理装置为UASB厌氧反应器。
本发明还涉及一种利用如上太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***供能的方法，该方法能够最大程度的利用现有面积，提升综合能源循环效率和经济效益。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***的供能方法，光热***为用热单元提供热量，加热污水厌氧处理装置的循环水并为厂区供暖***供暖，或者，加热厂区生活用水和污水厌氧处理装置的循环水并为厂区供暖***供暖；
污水厌氧处理装置的循环水经加热后促使污水中的有机物发生厌氧反应，厌氧反应产生的沼气一部分作为厂区厨房沼气灶的燃料直接燃烧，另一部分经沼气集气装置收集后用于沼气微燃机发电，沼气微燃机提供的电能和/或光伏***提供的电能满足用电单元的电量需求，沼气微燃机产生的余热和/或污水源热泵***用来补充光热***为厂区供暖***供暖不足的部分。
优选的，沼气微燃机产生的余热还用来为厂区生活热水***供热。
相对于现有技术，本发明所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***的优势在于：通过污水处理厂能源综合利用，可有效提升能源利用效率，降低企业成本，具有良好的经济效益和社会价值。更具体来说：
(1)太阳能作为一种洁净、可再生的清洁能源，利用光伏***发电能够满足污水处理厂的部分用电需求，降低厂里用电成本；采用光热***既可以满足厂区日常生活热水需求和冬季供暖需求(也即满足用热子单元的需求)，提高员工生活质量和降低企业成本，还可以满足污水厌氧处理装置的供热需求，使污水处理***常年稳定运行。污水厌氧处理装置发酵产生的沼气可以用来发电，用来补充光伏发电量不足的部分需求，降低厂里用电成本。沼气微燃机余热也可以为用热子单元(也即厂区生活热水***和厂区供暖***)供热，用来补充光热***供热不足的问题。
(2)沼气还可以直接燃烧，作为厨房燃料用来制作餐饮，降低企业成本。
(3)污水源热泵***也可以用来补充光热供暖不足部分。
本发明所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***的供能方法相对于现有技术的优势与上述太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***类似，其能够最大程度的利用现有面积，提升综合能源循环效率和经济效益。
附图说明
图1是本发明最佳实施方式的简单结构流程图。
图2为本发明实施例中光伏***和沼气微燃机共同为用电单元供电，且沼气微燃机不连接用热子单元的情形。
图3为本发明实施例中光伏***单独为用电单元供电，沼气微燃机连接用热子单元中的厂区供暖***的情形。
图4为本发明实施例中光伏***单独为用电单元供电，沼气微燃机连接用热子单元，用热子单元仅包含厂区供暖***的情形。
图5为本发明实施例中沼气微燃机单独为用电单元供电的情形。
图6为本发明实施例中光伏***和沼气微燃机共同为用电单元供电，且沼气微燃机为厂区生活热水***和厂区供暖***共同供热的情形。
图7为本发明实施例中沼气微燃机单独为用电单元供电，且沼气微燃机同时为用热子单元中的厂区供暖***供热的情形。
附图标记：
1-光伏***；2-光热***；3-厂区用电***；4-充电装置；5-污水厌氧处理装置；6-厂区生活热水***；7-厂区供暖***；8-沼气集气装置；9-沼气微燃机；10-厂区厨房沼气灶；11-污水源热泵***；100-用电单元；200-用热单元；2001-用热子单元。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-7所示，一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，该***包括光伏***1、光热***2、用电单元100和用热单元200。光热***2的输出端与用热单元200连接，为用热单元提供热能；用热单元200包括污水厌氧处理装置5和用热子单元2001(这里用热子单元2001是除污水厌氧处理装置5以外，用热单元200中其他构件的统称)；污水厌氧处理装置5的沼气出口通过管线连通沼气集气装置8的沼气入口，沼气集气装置8的沼气出口通过管线连通沼气微燃机9的沼气入口。所述沼气集气装置8为沼气储气柜。沼气微燃机9的输出端可以单独连接用电单元100的电源接口(如图2所示)，为用电单元提供电能(也即电力)；或者，沼气微燃机9的输出端也可以与光伏***1的输出端均与用电单元100的电源接口相连接(如图1所示)，作为光伏***为用电单元提供电能不足部分的补充；或者，也可以是仅光伏***1的输出端与用电单元100的电源接口相连接(如图3和图4所示)，为用电单元提供电能。所述用电单元100包括厂区用电***3和充电装置4。
光热***2与用热单元200中的污水厌氧处理装置5相连接，具体是光热***2的输出端(高温介质出口)与污水厌氧处理装置5的循环水的换热通道的入口连通，这样可以通过加热污水厌氧处理装置的循环水，使污水厌氧处理装置温度达到厌氧菌存活温度，有机物厌氧发酵产生沼气，达到处理污水的作用。污水厌氧处理装置5的沼气出口连接沼气集气装置8的沼气入口，可以通过沼气集气装置用来存放污水厌氧处理装置产生的沼气。沼气集气装置8的沼气出口连接沼气微燃机9的沼气入口，沼气微燃机可以利用沼气集气装置收集的沼气作为原料发电。
在本发明的实施例中，需要说明的是，用电单元100虽然包括厂区用电***3和充电装置4，但不局限于厂区用电***3和充电装置4，可以是污水处理厂其他任何有用电需求的设备、***。充电装置4可以是任何具有储电、储能供能的装置，比如充电桩、锂电池储物或铅酸铵电池储物等，这里优选充电桩。光伏***1的输出端与厂区用电***3的电源接口相连接，沼气微燃机9的输出端与厂区用电***3电源接口相连接，均可以为厂区提供电力；光伏***1的输出端与充电装置4(比如充电桩)的电源接口相连接，沼气微燃机9的输出端与充电装置4的电源接口相连接，它们也均可以为电动车提供充电电源。一般而言，污水处理厂的厂区用电***3包括中压大功率设备，主要是鼓风机等，还包括低压小功率设备，包括搅拌器、水泵、电动阀门等。
在本发明的一些实施例中，沼气微燃机9可以单独连接用热子单元2001(如图3和图4所示)(此时沼气微燃机9不与用电单元连接，仅光伏***与用电单元连接)，沼气微燃机产生的余热作为光热***为用热子单元提供的热能不足部分的补充。在本发明的另一些实施例中，沼气微燃机9可以同时连接用电单元100的电源接口和用热子单元2001(如图1和图7所示)，同时实现为用电单元供电和为用热子单元供热两个目的。
在本发明的一些实施例中，沼气集气装置8的沼气出口可以连接(具体连接方式可以是管线连接)厂区厨房沼气灶10，为厨房提供燃料。沼气集气装置8可以是一切具有沼气储存供能的容器或装置，除了上面的沼气储气柜，还可以是沼气储气罐、沼气储气袋等。
在本发明的实施例中，污水厌氧处理装置5可以是污水厌氧处理池等污水处理厂一切可以进行污水厌氧处理的反应器，比如UASB厌氧反应器(也即上流式厌氧污泥床)，IC(internal circulation)反应器(即内循环厌氧反应器)，等等。
在本发明的实施例中，用热子单元2001可以是污水处理厂除污水厌氧处理装置5以外的其他任何需要用到热能的装置、***。作为列举，用热子单元2001这里可以是厂区供暖***7，厂区供暖***7的热媒入口与光热***2的输出端连通，厂区供暖***7的热媒入口与沼气微燃机9的余热输出端连通(如图4所示)，光热***和沼气微燃机均可以为厂区冬天提供供暖。进而，为了保证供暖的效果，厂区供暖***7还可以与污水源热泵***11相连通(如图1-6所示)，具体是厂区供暖***7的热媒入口与污水源热泵***11的热水出口连通，这样污水源热泵***也可以为厂区冬天提供供暖，实现污水源热泵***和沼气微燃机供暖作为光热***供暖的补充的目的。
在本发明的实施例中，作为列举，用热子单元2001还可以包括厂区生活热水***6，厂区生活热水***6与光热***2相连接(如图1-3、图5、图6所示)，具体来说是厂区生活热水***6的热媒输入端与光热***2的输出端相连通，可以实现光热***为厂区提供热水的目的。
一种采用如上所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***供能的方法，该方法可以这样实施：光热***2为用热单元200提供热量，当用热单元200包含污水厌氧处理装置5和厂区供暖***7两者时，则加热污水厌氧处理装置5的循环水并为厂区供暖***7供暖(如图4所示)；或者，当用热单元200包含污水厌氧处理装置5、厂区生活热水***6和厂区供暖***7三者时，加热厂区生活用水和污水厌氧处理装置5的循环水并为厂区供暖***7供暖(如图1-3、图5、图6所示)；污水厌氧处理装置5的循环水经加热后促使污水中的有机物发生厌氧反应，厌氧反应产生的沼气一部分作为厂区厨房沼气灶10的燃料直接燃烧，另一部分经沼气集气装置8收集后用于沼气微燃机9发电，沼气微燃机9提供的电能和/或光伏***1提供的电能满足用电单元100的电量需求，沼气微燃机9产生的余热和/或污水源热泵***11用来补充光热***2为厂区供暖***7供暖不足的部分。
这里需要说明的是，沼气微燃机9提供的电能为用电单元100提供电力，或沼气微燃机9和光伏***1一起为用电单元100提供电力，或者光伏***1单独为用电单元100提供电力，这三种情况都可以。具体采用哪种情形，需结合用电单元100的用电量和沼气微燃机9与光伏***1能提供的电量匹配程度来选择，当光伏***1提供的电力单独就可以满足用电单元100的用电需求，则可以不启用沼气微燃机9供电；而当用电单元100的用电需求与沼气微燃机9可以提供的电力相当或小于沼气微燃机9可以提供的电力时，也可以单独启用沼气微燃机9供电；而当用电单元100的用电需求大于光伏***1的供电量，且远远大于沼气微燃机9可以提供的电量，又小于光伏***1和和沼气微燃机9的供电量总和时，可以同时启动光伏***1和沼气微燃机9为用电单元100供电，此时沼气微燃机9的供电量可以作为光伏***1供电的补充。
作为一种可以选择的实施方式，沼气微燃机9产生的余热也可以用来为厂区生活热水***6供热(如图6所示)，这样可以满足供暖的需求，同时实现能源的最大化利用。
为了更好的说明本发明，下面结合附图，提供一个本发明最佳的实施方式，该实施方式为：
如图1所示，一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，该***包括光伏***1、光热***2、厂区用电***3、充电装置4、污水厌氧处理装置5、厂区生活热水***6、厂区供暖***7、沼气集气装置8、沼气微燃机9、厂区厨房沼气灶10、污水源热泵***11。其中：充电装置4选择充电桩，污水厌氧处理装置5选择污水厌氧处理池。
其中，光伏***1的输出端与厂区用电***3的电源接口相连接，为厂区提供电力；光伏***1的输出端与充电装置4的电源接口相连接，为电动车提供充电电源。
其中，光热***2的输出端与厂区生活热水***6的热媒入口相连通，加热厂区生活用水，为厂区提供热水。光热***2的输出端与厂区供暖***7的热媒入口相连通，为厂区冬天提供供暖。厂区供暖***7的热媒入口与污水源热泵***11的热水出口相连通，污水源热泵***11也可以为厂区冬天提供供暖。光热***2的输出端与污水厌氧处理装置5的循环水的热通道的入口相连通，通过加热污水厌氧处理池的循环水，使厌氧池温度达到厌氧菌存活温度，有机物厌氧发酵产生沼气，达到处理污水的作用。
其中，污水厌氧处理装置5的沼气出口连通有沼气集气装置8的沼气入口，沼气集气装置8用来存放污水厌氧处理装置产生的沼气，沼气集气装置8这里优选为沼气储气柜。
其中，沼气集气装置8的沼气出口连通沼气微燃机9的沼气入口，沼气微燃机利用沼气作为原料发电。沼气微燃机9的输出端与厂区用电***3的电源接口相连接，为厂区提供电力；沼气微燃机9的输出端与充电装置4的电源接口相连接，为电动车提供充电电源。沼气微燃机9的余热换热输出端与厂区供暖***7的热媒入口相连通，沼气微燃机产生的余热为厂区冬天提供供暖。沼气集气装置8的沼气出口还通过管线连通厂区厨房沼气灶10的沼气入口，为厨房提供燃料。
使用时，光伏***1为厂区用电***3和充电装置4提供电力，光热***2为厂区生活热水***6、污水厌氧处理装置5和厂区供暖***7提供热量，加热厂区生活用水和污水厌氧处理装置5的循环水，并为厂区供暖***7供暖；污水厌氧处理装置5的循环水经加热后促使污水中的有机物发生厌氧反应，厌氧反应产生的沼气一部分作为厂区厨房沼气灶10的燃料直接燃烧，另一部分经沼气集气装置8收集后用于沼气微燃机9发电，沼气微燃机9提供的电能作为光伏***1提供电能的补充，为厂区用电***3和充电桩供电，沼气微燃机9产生的余热和污水源热泵***11用来补充光热***2为厂区供暖***7供暖不足的部分。
本发明中，利用光伏***发电能够满足污水处理厂的部分用电需求，降低厂里用电成本；采用光热***既可以满足厂区日常生活热水需求和冬季供暖需求，提高员工生活质量和降低企业成本，还可以满足污水厌氧处理装置供热需求，使污水处理***常年稳定运行。污水厌氧处理装置发酵产生的沼气可以用来发电，用来补充光伏发电量不足的部分需求，降低厂里用电成本；沼气还可以直接燃烧，作为厨房燃料用来制作餐饮，降低企业成本；沼气微燃机余热和污水源热泵可用来补充光热供暖不足部分。
通过污水处理厂能源综合利用，可有效提升能源利用效率，降低企业成本，具有良好的经济效益和社会价值。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，包括：光伏***(1)、光热***(2)、用电单元(100)和用热单元(200)；
所述光热***(2)与用热单元(200)连接，为用热单元(200)提供热能；
所述用热单元(200)包括污水厌氧处理装置(5)和用热子单元(2001)；所述污水厌氧处理装置(5)的沼气出口通过管线连通沼气集气装置(8)的沼气入口，沼气集气装置(8)的沼气出口通过管线连通沼气微燃机(9)的沼气入口；沼气微燃机(9)和/或光伏***(1)连接用电单元(100)，为用电单元(100)提供电能；所述沼气集气装置(8)为沼气储气柜；
所述用电单元(100)包括厂区用电***(3)和充电装置(4)。
2.根据权利要求1所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，所述充电装置(4)为充电桩、锂电池储物或铅酸铵电池储物。
3.根据权利要求1所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，沼气微燃机(9)连接用热子单元(2001)。
4.根据权利要求1所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，所述沼气集气装置(8)还连接有厂区厨房沼气灶(10)。
5.根据权利要求1所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，所述污水厌氧处理装置(5)为污水厌氧处理池。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，所述用热子单元(2001)包括厂区供暖***(7)。
7.根据权利要求6所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，所述厂区供暖***(7)还连通有污水源热泵***(11)。
8.根据权利要求7所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***，其特征在于，所述用热子单元(2001)还包括厂区生活热水***(6)。
9.一种利用如权利要求1至8任意一项所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***供能的方法，其特征在于，光热***(2)为用热单元(200)提供热量，加热污水厌氧处理装置(5)的循环水并为厂区供暖***(7)供暖，或者，加热厂区生活用水和污水厌氧处理装置(5)的循环水并为厂区供暖***(7)供暖；
污水厌氧处理装置(5)的循环水经加热后促使污水中的有机物发生厌氧反应，厌氧反应产生的沼气一部分作为厂区厨房沼气灶(10)的燃料直接燃烧，另一部分经沼气集气装置(8)收集后用于沼气微燃机(9)发电，沼气微燃机(9)提供的电能和/或光伏***(1)提供的电能满足用电单元(100)的电量需求，沼气微燃机(9)产生的余热和/或污水源热泵***(11)用来补充光热***(2)为厂区供暖***(7)供暖不足的部分。
10.根据权利要求9所述的太阳能用于污水处理厂的综合能源利用***供能的方法，其特征在于，沼气微燃机(9)产生的余热还用来为厂区生活热水***(6)供热。
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