專利名稱：寒冷地區(qū)處理后污水－原生污水熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種污水處理廠的污水加熱系統(tǒng)，具體涉及一種寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)。
背景技術：
我國目前大多數(shù)污水處理廠最常使用的污水處理工藝是傳統(tǒng)活性污泥法?；钚晕勰喾ㄊ俏鬯锾幚矸ǖ囊环N，污水水溫是影響污水生物處理效果的最重要因素。綜合研究表明，采用污水生物處理法處理污水最適宜的溫度范圍是25～35℃，對藥廠、啤酒廠等污水處理場合污水溫度往往要求更高。為了滿足污水處理的溫度要求，在我國北方部分城市常采取以下措施(1)、曝氣池、二沉池等池壁采用發(fā)泡保溫板保溫，外砌磚圍護結構代替一般的池邊堆土保溫方式；(2)、鼓風機一側設空氣預熱室，將冬季-25～-30℃的冷空氣預熱到5～8℃；(3)、適當加熱污泥，包括回流污泥；(4)、用加熱爐或熱蒸汽加熱進入曝氣池的污水。實踐表明，無論采用以上哪種辦法均大大提高了污水處理成本。另外經(jīng)生物處理后的污水含有一定的熱量卻未被加以利用而直接排放掉，這就使得污水處理過程中存在一個明顯的能耗矛盾一方面浪費掉大量處理過污水中的熱能；一方面又需要大量熱量來加熱處理污水、污泥或曝氣以保證污水處理效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為解決寒冷地區(qū)污水處理廠采用污水生物處理法處理污水，為了提高污水處理的溫度，采用在曝氣池或二沉池池壁上加裝發(fā)泡保溫板或在鼓風機一側設空氣預熱室或加熱污泥或用加熱爐、熱蒸汽加熱曝氣池中的污水存在成本高，并且處理后的污水熱能不能回收，造成熱能嚴重浪費問題而提供的一種在對原生污水加熱的同時，還可回收二級處理后污水中的低位熱能的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)。它包括蒸發(fā)器1、單向閥2、制冷劑入口管路3、制冷劑出口管路4、壓縮機5、氣液分離器6、膨脹閥7；它還包括三級淋激式冷凝器8；壓縮機5的出口端通過制冷劑管路9與單向閥2的入口端固定連接，單向閥2的出口端通過制冷劑入口管路3與三級淋激式冷凝器8的入口端固定連接，三級淋激式冷凝器8的出口端通過制冷劑出口管路4與膨脹閥7的入口端固定連接，膨脹閥7的出口端通過制冷劑管路9與蒸發(fā)器1的入口端固定連接，蒸發(fā)器1的出口端通過制冷劑管路9與氣液分離器6的入口端固定連接，氣液分離器6的出口端通過制冷劑管路9與壓縮機5的入口端固定連接。
本發(fā)明具有以下有益效果一、本發(fā)明是將帶三級淋激式冷凝器的污水熱泵系統(tǒng)應用在污水處理系統(tǒng)中用以加熱原生污水，一方面可解決寒冷地區(qū)、寒冷月份或特殊場合生物處理污水水溫過低的問題；另一方面充分回收利用污水中的熱能，節(jié)約了額外加熱污泥、污水和曝氣的能量，處理后污水的余熱獲得的地點和時間同處理污水使用熱的地點和時間相吻合，且二者都屬于低品位熱能，能源利用效率高，熱泵系統(tǒng)能效比大，避免了能源浪費，因而本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。二、經(jīng)該熱泵系統(tǒng)回收處理后的污水中的熱能回用于處理污水，因而該熱泵系統(tǒng)在污水處理過程中具有“熱量搬家”的作用，是以處理后污水為熱源，原生污水為熱匯的水-水熱泵。三、一般的污水源熱泵系統(tǒng)只能將污水溫度提升或降低3～5℃，根據(jù)污水處理要求大溫差換熱的工藝要求(Δt＝10℃～15℃)，在本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)中使用了通過制冷劑并聯(lián)、污水串聯(lián)的三級淋激式冷凝器可滿足污水生物處理法對水溫的要求。四、本發(fā)明由于采用三級淋激式冷凝器，當待處理的污水在三級淋激式冷凝器的表面通過時，可將三級淋激式冷凝器管內制冷劑冷凝放出的熱量傳導給待處理的污水，熱傳導快。五、采用此結構的熱泵系統(tǒng)，可節(jié)省曝氣池的供氣量，鼓風曝氣耗電量占污水處理全過程的40～50％，是節(jié)能的關鍵環(huán)節(jié)，故節(jié)省供氣量極大地減少了能源損耗。六、本發(fā)明由于采用三級淋激式冷凝器，換熱系數(shù)明顯高于浸沒式冷凝器，并且結構開放，易于沖洗和維護，可采用多種管材，適合處理腐蝕性流體，在處理污水時，其抗結垢和防堵塞性能均優(yōu)于殼管式冷凝器。七、本發(fā)明由于采用三級淋激式冷凝器，換熱效果受流量限制較小，污水流量增大可使噴淋密度增大，從而使傳熱系數(shù)增大，且較大的噴淋量不僅可減緩結垢，同時還可抑制垢層快速增長。八、該發(fā)明除了適用于活性污泥法中提升進入曝氣池的污水溫度，同樣適用于其它污水生物處理法，如也可用于生物膜法中提升進入生物濾池的污水溫度。設施系統(tǒng)，即用于寒冷地區(qū)污水生物處理場合，以處理后污水為熱源以原生污水為熱匯的熱泵系統(tǒng)。九、本發(fā)明具有結構簡單、使用安全可靠、節(jié)省能源、運行成本低、污水處理后的二級出水水質好、處理后的污水熱能可以回收再利用等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖，圖2是三級淋激式冷凝器8與制冷劑入口管路3和制冷劑出口管路4固定連接的主視剖面圖，圖3是圖2的C-C剖面圖，圖4是圖2的D-D剖面圖，圖5是圖2的A-A剖面圖，圖6是圖2的B-B剖面圖，圖7是本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)與污水處理系統(tǒng)相連接的結構示意圖，圖8是集液管8-5分別與制冷劑出口管路4和每列噴淋蛇管8-1相連接的局部剖面圖，圖9是分液管8-4分別與制冷劑入口管路3和每列噴淋蛇管8-1相連接的局部剖面圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式由三級殼管式蒸發(fā)器1、單向閥2、制冷劑入口管路3、制冷劑出口管路4、壓縮機5、氣液分離器6、膨脹閥7、三級淋激式冷凝器8、制冷劑管路9組成；壓縮機5的出口端通過制冷劑管路9與單向閥2的入口端固定連接，單向閥2的出口端通過制冷劑入口管路3與三級淋激式冷凝器8的入口端固定連接，三級淋激式冷凝器8的出口端通過制冷劑出口管路4與膨脹閥7的入口端固定連接，膨脹閥7的出口端通過制冷劑管路9與蒸發(fā)器1的入口端固定連接，蒸發(fā)器1的出口端通過制冷劑管路9與氣液分離器6的入口端固定連接，氣液分離器6的出口端通過制冷劑管路9與壓縮機5的入口端固定連接；所述的壓縮機5可選用煙臺冰輪集團生產的CB系列螺桿式壓縮機，根據(jù)理論排氣量和總制冷量選擇具體型號；單向閥2可選用北京熊川科技有限公司的SS-1112系列單向閥；膨脹閥7可選用丹麥Danfoss公司的TX2系列熱力膨脹閥；汽液分離器6可選用無錫亞克制冷設備有限公司的氣液分離器。
具體實施方式
二結合圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖8、圖9說明本實施方式，本實施方式的三級淋激式冷凝器8由一組并列放置的噴淋蛇管、淋水管8-2、成滴板8-3、分液管8-4、集液管8-5、支架、連接架8-7、支架間距調節(jié)裝置8-8、連接件8-9組成；每列噴淋蛇管8-1分別裝在相對應的支架內，每列噴淋蛇管8-1上的每根水平管8-1-1分別裝在支架間距調節(jié)裝置8-8上，支架間距調節(jié)裝置8-8的兩端分別與支架相連接，每列噴淋蛇管8-1的上方具有淋水管8-2，每列噴淋蛇管8-1的頂端與相對應的淋水管8-2的底端之間的距離為h，淋水管8-2頂端的管壁上具有一組孔徑為Φ的淋水孔8-2-1，相鄰兩個淋水管8-2通過連接架8-7固定連接，每個連接架8-7通過連接件8-9分別與支架上端的水平梁8-13固定連接，淋水管8-2的底端外壁上及每列噴淋蛇管8-1上的每根水平管8-1-1的底端外壁上沿軸線方向分別固定連接有成滴板8-3，每列噴淋蛇管8-1上的入口端分別與相對應的分液管8-4側壁上的分液孔8-4-1固定連接，分液管8-4側壁上的進液孔8-4-2分別與相對應的制冷劑入口管道3上的支管3-1固定連接，每列噴淋蛇管8-1上的出口端分別與相對應的集液管8-5側壁上的集液孔8-5-1固定連接，集液管8-5側壁上的出液孔8-5-2分別與相對應的制冷劑出口管道4上的支管4-1固定連接；為防止銹蝕，成滴板8-3和淋水管8-2采用鍍鋅材料制成，淋水管8-2的列數(shù)與噴淋蛇管的列數(shù)相同；安裝支架間距調節(jié)裝置8-8不僅可調節(jié)管間距，支架的寬度，適合安裝不同管徑的噴淋蛇管，同時還便于噴淋蛇管的安裝與拆卸。
理想的換熱狀態(tài)是原生污水通過淋水管8-2中的淋水孔8-2-1均勻的淋灑在最上端的噴淋蛇管上，并以液膜、液滴或液流的狀態(tài)沿管壁和成滴板8-3流向下一層噴淋蛇管，與此同時與管內制冷劑換熱，從而完成整個換熱過程。采用淋水管8-2和成滴板8-3可防止水流中斷或產生偏流現(xiàn)象發(fā)生；每列噴淋蛇管8-1的選材根據(jù)污水水質差異和經(jīng)濟條件確定，可選擇紫銅管、鋁塑管、鍍銅鋼管、鍍銅鋁管或鈦管制成。設定噴淋蛇管列數(shù)為m、管徑為do、每根管長為l、三級淋激式冷凝器8的面積為A，每級噴淋蛇管的長度l′＝A/(π·m·do)；每級噴淋蛇管的列數(shù)n＝l’/l(噴淋蛇管的列數(shù)取相應偶數(shù)以保證制冷劑同側進出)；噴淋蛇管最小彎曲半徑為2do、縱向管間距s1＝2do、橫向管間距s2＝2do、每級淋激式冷凝器的長度L＝2do+l+2do、每級淋激式冷凝器的寬度W＝(2m-1)s2、每級淋激式冷凝器的高度H＝(2n-1)s1。
具體實施方式
三結合圖2、圖3、圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
二的不同點是本實施方式的支架由左支架8-6和右支架8-12組成；每列噴淋蛇管8-1的左端固定在相對應的左支架8-6內，每列噴淋蛇管8-1的右端固定在相對應的右支架8-12內，左支架8-6和右支架8-12之間的淋水管8-2的底端外壁上及每列噴淋蛇管8-1上的每根水平管8-1-1的底端外壁上沿軸線方向分別固定連接有成滴板8-3。采用左支架8-6和右支架8-12固定每列噴淋蛇管8-1，具有固定牢固、安裝拆卸容易的優(yōu)點。
具體實施方式
四結合圖2、圖5說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
二的不同點是本實施方式的三級淋激式冷凝器8還增加有淋水管罩8-10和連接桿件8-11；每根淋水管8-2的正上方分別放置有淋水管罩8-10，每個淋水管罩9通過連接桿件8-11與相對應的淋水管8-2固定連接。增加淋水管罩8-10不僅可防止水流中斷和避免偏流現(xiàn)象發(fā)生，同時還可防止污水濺到其它地方，造成環(huán)境污染。
具體實施方式
五結合圖6說明本實施方式，本實施方式的淋水管8-2的淋水孔8-2-1的孔徑Φ為0.003～0.01m。淋水孔8-2-1的孔徑可根據(jù)污水水質差異選擇。其它組成及連接關系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
六結合圖2、圖5、圖6說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
二的不同點是本實施方式的每列噴淋蛇管8-1的頂端與相對應的淋水管8-2的底端之間的距離h為0.05～0.1m。采用上述參數(shù)在方便淋水管8-2安裝的同時，還可保證從淋水管8-2的淋水孔8-2-1噴淋出來的污水以液滴或液流的狀態(tài)沿管壁向下流，使污水噴淋在每列噴淋蛇管8-1上的水平管8-1-1的液膜較薄。
具體實施方式
七結合圖1、圖7說明本實施方式，本實施方式的蒸發(fā)器1采用三級殼管式蒸發(fā)器。三級殼管式蒸發(fā)器選用上海第一冷凍機廠生產的FW2型干式蒸發(fā)器，根據(jù)所需換熱面積選擇具體型號。
該熱泵系統(tǒng)應用于污水處理系統(tǒng)時，將三級淋激式冷凝器8中的淋水管8-2的進口端通過污水管19與注水泵10的出口端固定連接，注水泵10的入口端通過污水管19與初沉池11的出口端固定連接，初沉池11的底端與污泥排放管12固定連接，初沉池11的入口端通過污水管19與沉砂池13的出口端固定連接，沉砂池13的入口端通過污水管19與格柵14的出口端固定連接，格柵14的入口端通過污水管19和原生污水支管15分別與并列放置的污水泵16的出口端固定連接，污水泵16的入口端分別與原生污水支管15固定連接，原生污水支管15與原生污水進入管17固定連接，三級淋激式冷凝器8的正下方放置有曝氣池18，曝氣池18通過污水管19與二沉池20固定連接，二沉池20通過污水管19與消毒用接觸池21固定連接，曝氣池18的底端及二沉池20的底端分別與剩余污泥排放管22固定連接，消毒用接觸池21通過污水管19與蒸發(fā)器1上端的進水口1-1固定連接，蒸發(fā)器1底端的出水口1-2與處理后的污水排放管23固定連接。
制冷劑的循環(huán)流程是制冷劑經(jīng)過壓縮機5壓力升高，經(jīng)單向閥2分三路并行進入到三級淋激式冷凝器8內，冷凝放熱，再合為一路經(jīng)過膨脹閥7壓力降低，再分成三路并行進入到三級殼管式蒸發(fā)器內，蒸發(fā)吸熱，再合為一路經(jīng)過氣液分離器6，重新進入壓縮機5中開始新一輪循環(huán)。
污水的循環(huán)流程是原生污水水質極差，生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)、懸浮物量(SS)都較高，水溫15℃；原生污水由原生污水進入管17進入污水泵16(一用一備)和污水初級處理設備(包括格柵14、沉砂池13、初沉池11)去除原生污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質，水質改善；再經(jīng)過注水泵10進入到三級淋激式冷凝器8中的淋水管8-2內，經(jīng)淋水孔8-2-1進行噴淋(參見附圖6)，順序經(jīng)過三級淋激式冷凝器8與三級淋激式冷凝器8管內的制冷劑換熱，制冷劑冷凝放熱，原生污水吸熱溫度逐級升高，平均每級提升5℃左右，最終達到30℃的污水進入曝氣池18內，進行高效生物處理，大幅度去除原生污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質，再經(jīng)二沉池20及消毒用接觸池21，污水水質達到國家規(guī)定排放水體標準，此時污水水溫維持在25℃～30℃，順序經(jīng)過三級殼管式蒸發(fā)器，制冷劑蒸發(fā)吸熱，污水放熱，溫度逐級降低，平均每級降低5℃左右，最終達到10℃，經(jīng)污水排放管23排放出去。
權利要求
1.一種寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，它包括蒸發(fā)器(1)、單向閥(2)、制冷劑入口管路(3)、制冷劑出口管路(4)、壓縮機(5)、氣液分離器(6)、膨脹閥(7)、制冷劑管路(9)；其特征在于它還包括三級淋激式冷凝器(8)；壓縮機(5)的出口端通過制冷劑管路(9)與單向閥(2)的入口端固定連接，單向閥(2)的出口端通過制冷劑入口管路(3)與三級淋激式冷凝器(8)的入口端固定連接，三級淋激式冷凝器(8)的出口端通過制冷劑出口管路(4)與膨脹閥(7)的入口端固定連接，膨脹閥(7)的出口端通過制冷劑管路(9)與蒸發(fā)器(1)的入口端固定連接，蒸發(fā)器(1)的出口端通過制冷劑管路(9)與氣液分離器(6)的入口端固定連接，氣液分離器(6)的出口端通過制冷劑管路(9)與壓縮機(5)的入口端固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的三級淋激式冷凝器(8)包括一組并列放置的噴淋蛇管、淋水管(8-2)、成滴板(8-3)、分液管(8-4)、集液管(8-5)、支架、連接架(8-7)、支架間距調節(jié)裝置(8-8)、連接件(8-9)；每列噴淋蛇管(8-1)分別裝在相對應的支架內，每列噴淋蛇管(8-1)上的每根水平管(8-1-1)分別裝在支架間距調節(jié)裝置(8-8)上，架間距調節(jié)裝置(8-8)的兩端分別與支架相連接，每列噴淋蛇管(8-1)的上方具有淋水管(8-2)，每列噴淋蛇管(8-1)的頂端與相對應的淋水管(8-2)的底端之間的距離為(h)，淋水管(8-2)頂端的管壁上具有一組孔徑為(Φ)的淋水孔(8-2-1)，相鄰兩個淋水管(8-2)通過連接架(8-7)固定連接，每個連接架(8-7)通過連接件(8-9)分別與支架上端的水平梁(8-13)固定連接，淋水管(8-2)的底端外壁上及每列噴淋蛇管(8-1)上的每根水平管(8-1-1)的底端外壁上沿軸線方向分別固定連接有成滴板(8-3)，每列噴淋蛇管(8-1)上的入口端分別與相對應的分液管(8-4)側壁上的分液孔(8-4-1)固定連接，分液管(8-4)側壁上的進液孔(8-4-2)分別與相對應的制冷劑入口管道(3)上的支管(3-1)固定連接，每列噴淋蛇管(8-1)上的出口端分別與相對應的集液管(8-5)側壁上的集液孔(8-5-1)固定連接，集液管(8-5)側壁上的出液孔(8-5-2)分別與相對應的制冷劑出口管道(4)上的支管(4-1)固定連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的支架由左支架(8-6)和右支架(8-12)組成；每列噴淋蛇管(8-1)的左端固定在相對應的左支架(8-6)內，每列噴淋蛇管(8-1)的右端固定在相對應的右支架(8-6)內，左支架(8-6)和右支架(8-12)之間的淋水管(8-2)的底端外壁上及每列噴淋蛇管(8-1)上的每根水平管(8-1-1)的底端外壁上沿軸線方向分別固定連接有成滴板(8-3)。
4.根據(jù)權利要求2所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的三級淋激式冷凝器(8)還包括淋水管罩(8-10)和連接桿件(8-11)；每根淋水管(8-2)的正上方分別放置有淋水管罩(8-10)，每個淋水管罩(9)通過連接桿件(8-11)與相對應的淋水管(8-2)固定連接。
5.根據(jù)權利要求2所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的每列噴淋蛇管(8-1)是紫銅管或鋁塑管或鍍銅鋼管或鍍銅鋁管或鈦管。
6.根據(jù)權利要求2所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的每根淋水管(8-2)的淋水孔(8-2-1)的孔徑(Φ)為0.003～0.01m。
7.根據(jù)權利要求2所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的每列噴淋蛇管(8-1)的頂端與相對應的淋水管(8-2)的底端之間的距離(h)為0.05～0.1m。
8.根據(jù)權利要求1所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的蒸發(fā)器(1)采用三級殼管式蒸發(fā)器。
9.根據(jù)權利要求2所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的淋水管(8-2)和成滴板(8-3)采用鍍鋅材料制成。
10.根據(jù)權利要求4所述的寒冷地區(qū)處理后污水-原生污水熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述的淋水管罩(8-10)采用鍍鋅材料制成。
全文摘要
寒冷地區(qū)處理后污水－原生污水熱泵系統(tǒng)，它涉及一種污水處理廠的污水加熱系統(tǒng)。本發(fā)明解決了寒冷地區(qū)污水處理廠采用污水生物處理法處理污水，為提高原生污水溫度，在池壁上裝發(fā)泡板或設空氣預熱室或加熱污泥或加熱曝氣池中的原生污水，存在成本高、處理后污水熱能不能回收再利用問題。本發(fā)明的壓縮機5通過制冷劑管路9與單向閥2固接，單向閥2通過制冷劑入口管路3與三級淋激式冷凝器8固接，三級淋激式冷凝器8通過制冷劑出口管路4與膨脹閥7固接，膨脹閥7通過制冷劑管路9與蒸發(fā)器1固接，蒸發(fā)器1通過制冷劑管路9與氣液分離器6固接，氣液分離器6通過制冷劑管路9與壓縮機5固接。本發(fā)明的運行成本低，處理后污水熱能可以回收再利用。
文檔編號C02F3/12GK1773195SQ20051001038
公開日2006年5月17日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權日2005年9月28日
發(fā)明者姚楊, 姜益強, 馬最良, 宋艷 申請人:哈爾濱工業(yè)大學