專利名稱：生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加溫系統(tǒng)，在進(jìn)行生物處理的廢水處理或污泥處理中，為了使生物反應(yīng)活化而對(duì)生物反應(yīng)槽進(jìn)行加溫。
背景技術(shù)：
已知在進(jìn)行下水污泥或排水的厭氧處理時(shí)，厭氧菌通常在35 36°C左右活性最高。因此，對(duì)污泥或排水進(jìn)行處理的厭氧處理槽(消化槽)以保持在35 36°C左右的方式進(jìn)行加溫。作為加溫方法，具有在消化槽內(nèi)或消化槽的周圍配設(shè)加熱線而進(jìn)行電加熱的方法。此外，還存在如下技術(shù)在厭氧處理中，通過(guò)作為厭氧菌的甲烷菌的厭氧發(fā)酵，分解污泥或排水中含有的有機(jī)物而產(chǎn)生消化氣體，消化氣體以甲烷氣體為主要成分，將產(chǎn)生的甲烷氣體回收并使其燃燒而用于厭氧處理槽的加溫。但是，由于甲烷氣體的產(chǎn)生量取決于被處理物的有機(jī)物濃度和甲烷菌對(duì)有機(jī)物的分解率，所以回收的甲烷氣體的量不穩(wěn)定。因此，在一般的下水污泥的消化槽中的甲烷發(fā)酵中，產(chǎn)生的消化氣體的僅7成左右被使用于消化槽的加溫。結(jié)果，在消化槽的甲烷發(fā)酵中， 雖然具有能量消耗較少、能夠得到甲烷氣體能量的優(yōu)點(diǎn)，但是以往難以將所得到的甲烷氣體有效應(yīng)用為其他能量源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為，鑒于上述情況而提供一種生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)， 能夠?qū)⒃谙蹆?nèi)產(chǎn)生的全部消化氣體有效應(yīng)用于發(fā)電等，能夠推進(jìn)節(jié)能。為了解決上述技術(shù)問題，一個(gè)實(shí)施方式的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)為，具備生物反應(yīng)槽和熱泵循環(huán)。生物反應(yīng)槽通過(guò)消化菌對(duì)所投入的排水或有機(jī)污泥進(jìn)行厭氧處理。熱泵循環(huán)具備第一熱交換器和第二熱交換器。第一熱交換器從生物反應(yīng)槽所排出的消化污泥中回收熱。第二熱交換器通過(guò)由第一熱交換器回收的熱，將生物反應(yīng)槽內(nèi)的污泥加溫到規(guī)定溫度。根據(jù)本發(fā)明的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，生物反應(yīng)槽的加熱能夠使用通過(guò)熱泵循環(huán)從消化污泥中回收的熱。因此，能夠?qū)⒃谏锓磻?yīng)槽(甲烷發(fā)酵槽)中產(chǎn)生的消化氣體(甲烷氣體)，有效應(yīng)用為發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)或后階段處理的污泥干燥或污泥焚燒等的能量。


圖1是實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2表示以往的消化槽加溫方法的實(shí)施例的能量收支。圖3表示實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的能量收支。圖4是實(shí)施例2的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖5是實(shí)施例3的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是實(shí)施例4的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖7是實(shí)施例5的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖8是實(shí)施例6的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖9是實(shí)施例7的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)實(shí)施方式的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。[實(shí)施例1]如圖1所示，實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)具備作為生物反應(yīng)槽的消化槽3、 污泥貯藏槽5、脫水機(jī)7、干燥機(jī)9以及消化氣體鍋爐11。消化槽3取入下水等排水中的剩余污泥，執(zhí)行厭氧微生物處理而進(jìn)行消化。污泥貯藏槽5對(duì)在消化槽3中產(chǎn)生的消化污泥進(jìn)行貯藏。脫水機(jī)7從污泥貯藏槽5所暫時(shí)貯藏的消化污泥中除去水分。干燥機(jī)9對(duì)被脫水后的脫水污泥進(jìn)行干燥。消化氣體鍋爐11使在消化槽3中產(chǎn)生的消化氣體燃燒，產(chǎn)生用于在干燥機(jī)9中使脫水污泥干燥的蒸汽。實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，作為構(gòu)成熱泵循環(huán)的熱循環(huán)系統(tǒng)，還具有膨脹閥13、第一熱交換器15、壓縮機(jī)17、第二熱交換器19、污泥循環(huán)泵21以及溫水泵23。膨脹閥13使循環(huán)的冷媒膨脹。第一熱交換器15具備使污泥貯藏槽5的消化污泥循環(huán)的盤管 15b，從消化污泥中回收熱。壓縮機(jī)17將通過(guò)由第一熱交換器15回收的熱加溫后的冷媒進(jìn)行壓縮。第二熱交換器19具備使溫水在其與消化槽3之間循環(huán)的盤管19a、19b，通過(guò)被壓縮了的冷媒對(duì)溫水進(jìn)行加溫。污泥循環(huán)泵21使污泥在污泥貯藏槽5和第一熱交換器15之間循環(huán)。溫水泵23使溫水在消化槽3和第二熱交換器19之間循環(huán)。接著，對(duì)實(shí)施例1的作用進(jìn)行說(shuō)明。在消化槽3中，通過(guò)作為厭氧細(xì)菌的甲烷發(fā)酵菌的作用，所投入的剩余污泥被進(jìn)行生物處理。如此，由于剩余污泥在消化槽3內(nèi)被進(jìn)行厭氧消化處理，因此剩余污泥中的有機(jī)物被分解，分離為消化氣體和消化污泥。在此，消化氣體以甲烷氣體為主要成分。并且， 消化污泥是所投入的剩余污泥的固態(tài)物按照體積比被減量到一半左右之后的污泥。厭氧消化處理后的污泥作為消化污泥而暫時(shí)貯藏在污泥貯藏槽5中。所貯藏的消化污泥通過(guò)污泥循環(huán)泵21，在配設(shè)于第一熱交換器15內(nèi)的盤管1 和污泥貯藏槽5之間循環(huán)。在熱交換器15內(nèi)，通過(guò)打開膨脹閥13而使循環(huán)的冷媒蒸發(fā)，從循環(huán)的消化污泥中奪取熱，而消化污泥的溫度降低。如此，在第一熱交換器15內(nèi)回收消化污泥的熱。蒸發(fā)的冷媒由壓縮機(jī)17壓縮而液化，此時(shí)放出熱。利用所放出的熱，對(duì)在第二熱交換器19和消化槽3之間循環(huán)的溫水進(jìn)行加溫。然后，利用被加溫后的溫水來(lái)加熱消化槽 3內(nèi)的剩余污泥。結(jié)果，消化槽3內(nèi)的剩余污泥被保持為為了進(jìn)行厭氧消化處理而需要的 35 36°C左右的溫度。例如，在第二熱交換器19中溫水被加溫到75°C左右。75°C的溫水通過(guò)溫水泵23而向盤管19a —方循環(huán)。然后，75°C的溫水經(jīng)由盤管19a對(duì)消化槽3內(nèi)的剩余污泥進(jìn)行加熱而促進(jìn)消化。用于加熱的溫水的溫度雖然下降到55°C左右，但是其返回到第二熱交換器19并經(jīng)由盤管19b再次被加溫到75°C左右。重復(fù)這樣的溫度循環(huán)，消化槽3 內(nèi)的剩余污泥被維持在大致36°C左右的溫度。另一方面，液化的冷媒再次通過(guò)膨脹閥13膨脹蒸發(fā)并從消化污泥中奪取熱，以下重復(fù)同樣的動(dòng)作。
在污泥貯藏槽5內(nèi)進(jìn)行了熱交換之后的消化污泥被送到脫水機(jī)7進(jìn)行脫水處理。 脫水后的脫水污泥被送到干燥機(jī)9，在被干燥之后作為干燥污泥而排出。在厭氧消化處理中產(chǎn)生的以甲烷氣體為主要成分的消化氣體，被使用為消化氣體鍋爐11的燃料。此外，消化氣體鍋爐11還使用重油作為輔助燃料。這樣，在實(shí)施例1中，從消化槽3排出的消化污泥暫時(shí)由污泥貯藏槽5接受，并使消化污泥在污泥貯藏槽5和第一熱交換器15之間循環(huán)。在第一熱交換器15中從污泥中吸收污泥持有的熱，通過(guò)熱泵循環(huán)使溫度上升，并通過(guò)第二熱交換器19對(duì)消化槽3內(nèi)的污泥進(jìn)行加溫。熱泵的功系數(shù)(GOP)由于最近的技術(shù)進(jìn)步而大概為3 6左右。并且，在實(shí)施例 1中，由于能夠使用回收熱源即消化污泥的溫度為35°C前后的高溫?zé)嵩?，所以GOP接近6。所謂GOP為6，是指通過(guò)將IkW的電力賦予熱泵而能夠得到6kW的熱能，能夠?qū)崿F(xiàn)非常高效率的加溫。另外，當(dāng)將燃燒重油來(lái)進(jìn)行加溫的以往時(shí)的燃料費(fèi)和利用實(shí)施例1的熱泵來(lái)進(jìn)行加溫時(shí)的電費(fèi)進(jìn)行比較時(shí)，利用實(shí)施例1的熱泵進(jìn)行加溫時(shí)的電費(fèi)能夠降低到以往使用重油的加溫時(shí)的1/2 1/3。圖2表示以往的消化槽加溫方法的能量收支。此外，圖3表示實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的能量收支。如圖2所示，在以往的消化槽加溫方法中，消化氣體僅被使用為對(duì)消化槽3進(jìn)行加溫的消化槽加溫鍋爐的燃料。消化槽加溫鍋爐通過(guò)反饋控制來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此由于產(chǎn)生的消化氣體的量的變動(dòng)而成為不穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，不得不進(jìn)行使所使用的消化氣體的量具有余量的運(yùn)轉(zhuǎn)，而產(chǎn)生較多剩余的消化氣體。該剩余的消化氣體全部被廢棄。此外，用于使消化污泥干燥的干燥機(jī)用鍋爐，將重油作為燃料來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。另一方面，如圖3所示，在實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)中，消化氣體全部被用作為干燥機(jī)用鍋爐的燃料。另一方面，通過(guò)利用熱泵循環(huán)來(lái)進(jìn)行消化槽3的加溫。因此， 作為消耗能量，只要是使熱泵循環(huán)工作的電力和在干燥機(jī)用鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)中輔助使用的重油即可。當(dāng)比較圖2和圖3時(shí)，可知在以往例和實(shí)施例1中消耗能量減少為一半以下。此外， 利用了全部的消化氣體，消化氣體產(chǎn)生量的變動(dòng)將重油作為輔助來(lái)補(bǔ)充，所以能夠節(jié)省將消化氣體的剩余量廢棄的浪費(fèi)。[實(shí)施例2]圖4表示實(shí)施例2的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)。另外，對(duì)于與圖1相同的部件賦予相同符號(hào)。實(shí)施例2的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)與圖1所示的實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)的不同點(diǎn)為，使冷媒通過(guò)配設(shè)于污泥貯藏槽5內(nèi)的盤管15a內(nèi)，并經(jīng)由盤管1 直接回收消化污泥中的熱。[實(shí)施例3]圖5表示實(shí)施例3的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)。另外，對(duì)于與圖1相同的部件賦予相同符號(hào)。實(shí)施例3的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)與圖1所示的實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)不同點(diǎn)為使冷媒通過(guò)配設(shè)于污泥貯藏槽5內(nèi)的盤管15a內(nèi)，并經(jīng)由盤管15直接回收消化污泥中的熱；和使冷媒通過(guò)配設(shè)于消化槽3內(nèi)的盤管19a內(nèi)，并經(jīng)由盤管19a直接對(duì)消化槽3內(nèi)的消化污泥進(jìn)行加溫。[實(shí)施例4]圖6表示實(shí)施例4的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)。另外，對(duì)于與圖1相同的部件賦予相同符號(hào)。實(shí)施例4的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)為，在消化槽3的入口側(cè)配管上配設(shè)熱交換器 25，在剩余污泥被投入到消化槽3之前的階段進(jìn)行加溫。此時(shí)，作為熱交換器25能夠由雙重配管2 構(gòu)成，該雙重配管2 為冷媒通過(guò)中心部分、剩余污泥通過(guò)周邊部分。由壓縮機(jī) 17壓縮而液化的冷媒在熱交換器25中放出熱，通過(guò)雙重配管的剩余污泥在由所放出的熱加熱到36°C左右之后，被投入到消化槽3內(nèi)。另外，使冷媒通過(guò)配設(shè)于污泥貯藏槽5內(nèi)的盤管15a內(nèi)，并經(jīng)由盤管1 直接回收消化污泥中的熱，這一點(diǎn)與實(shí)施例2相同。在上述實(shí)施例2 4的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)中，也與實(shí)施例1的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)同樣，能夠?qū)⒃谙?中產(chǎn)生的消化氣體有效應(yīng)用為后階段處理的污泥干燥的能量。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)的效果為通過(guò)在活用厭氧發(fā)酵的節(jié)能性的同時(shí)、進(jìn)一步將消化氣體能量有效應(yīng)用為污泥干燥或污泥焚燒的能量，能夠抑制重油等化石燃料的消耗，通過(guò)活用由生物物質(zhì)產(chǎn)生的能量，能夠削減環(huán)境負(fù)擔(dān)。[實(shí)施例5]圖7表示實(shí)施例5的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)。另外，對(duì)于與圖1相同的部件賦予相同符號(hào)。實(shí)施例5的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)為，在消化槽3的出口側(cè)配管上未配置污泥貯藏槽5，而直接配設(shè)熱交換器27，通過(guò)該熱交換器27從消化槽3所排出的消化污泥中吸收熱并進(jìn)行回收。此時(shí)，作為熱交換器27，能夠由雙重配管27a構(gòu)成，該雙重配管27a為冷媒通過(guò)中心部分、消化污泥通過(guò)周邊部分。由此，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備從消化污泥中回收熱。 另外，其他結(jié)構(gòu)與圖1及圖4所示的實(shí)施例1、2相同，所以省略其說(shuō)明。[實(shí)施例6]圖8表示實(shí)施例6的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)。另外，對(duì)于與圖1相同的部件賦予相同符號(hào)。在上述的各實(shí)施例中，熱回收僅以消化污泥為對(duì)象，但是實(shí)施例6的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)構(gòu)成為，與消化污泥一起還從消化槽3所排出的脫離液中回收熱。即，構(gòu)成為，在脫離液排出配管上配設(shè)熱交換器四，將該熱交換器四的盤管29a與配置于污泥貯藏槽5內(nèi)的盤管1 連接。此時(shí)，作為盤管四⑴與盤管15a同樣由雙重配管構(gòu)成，該雙重配管為冷媒通過(guò)中心部分、脫離液通過(guò)周邊部分。脫離液與消化污泥同樣帶有大約35°C左右的熱，以往被直接排出到水處理設(shè)備中。根據(jù)實(shí)施例6的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，還能夠從脫離液吸收熱，所以能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能。[實(shí)施例7]圖9表示實(shí)施例7的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)。另外，對(duì)于與圖1相同的部件賦予相同符號(hào)。實(shí)施例7的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)為，在消化槽3的出口側(cè)配管上未配置污泥貯藏槽5，而直接配設(shè)熱交換器31來(lái)從消化污泥中吸收熱并進(jìn)行回收，并且該熱交換器31與圖8所示的實(shí)施例6同樣，還從脫離液的排出配管回收熱。即，作為熱交換器31能夠由盤管31a和盤管31b構(gòu)成，該盤管31a由冷媒通過(guò)中心部分、消化污泥通過(guò)周邊部分的雙重配管構(gòu)成，該盤管31b與該盤管31a連接，由冷媒通過(guò)中心部分、消化污泥通過(guò)周邊部分的雙重配管構(gòu)成。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)的效果為，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備從消化污泥以及脫離液中回收熱，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能。以上，對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但這些實(shí)施例僅表示為例子，并不意圖限定發(fā)明的范圍。這些實(shí)施例能夠通過(guò)其他各種方式來(lái)實(shí)施，在不脫離發(fā)明精神的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種省略、置換以及變更。例如，雖然省略圖示，但在實(shí)施例1 4中，污泥貯藏槽5不是必須的結(jié)構(gòu)，是能夠通過(guò)熱交換器從消化污泥中回收熱的結(jié)構(gòu)即可。此外，對(duì)于實(shí)施例1 4，也能夠構(gòu)成為從消化槽3所排出的脫離液中回收熱。另外，上述的各實(shí)施例表示了在一般的下水污泥的消化槽中應(yīng)用本發(fā)明的例子，但是不一定是下水污泥的消化槽，例如也可以UASB(Upflow AnaerobicSludge Blanket 上流式厭氧污泥床)系統(tǒng)或消化器等甲烷發(fā)酵槽。這些實(shí)施例及其變形包含在發(fā)明的范圍以及其主旨中，同時(shí)包含在權(quán)利的要求范圍中所記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，其特征在于， 具備生物反應(yīng)槽和熱泵循環(huán)，該生物反應(yīng)槽通過(guò)消化菌對(duì)所投入的排水或有機(jī)污泥進(jìn)行厭氧處理， 該熱泵循環(huán)具備第一熱交換器，從上述生物反應(yīng)槽所排出的消化污泥中回收熱；和第二熱交換器，通過(guò)由上述第一熱交換器回收的熱，將上述生物反應(yīng)槽內(nèi)的污泥加溫到規(guī)定溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，其特征在于，還具備污泥貯藏槽，該污泥貯藏槽暫時(shí)貯藏上述生物反應(yīng)槽所排出的消化污泥， 上述第一熱交換器與上述污泥貯藏槽之間進(jìn)行熱交換，而從上述消化污泥中回收熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，其特征在于，上述熱泵循環(huán)還具備第三熱交換器，該第三熱交換器從上述生物反應(yīng)槽所排出的脫離液中回收熱，上述第二熱交換器通過(guò)由上述第一熱交換器和上述第三熱交換器的至少一方回收的熱，將上述生物反應(yīng)槽內(nèi)的污泥加溫到規(guī)定溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，其特征在于， 還具備脫水機(jī)，對(duì)通過(guò)上述第一熱交換器回收了熱之后的消化污泥進(jìn)行脫水； 消化氣體鍋爐，燃燒在上述生物反應(yīng)槽中產(chǎn)生的消化氣體，并產(chǎn)生蒸汽；以及干燥機(jī)，通過(guò)上述消化氣體鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，對(duì)上述脫水機(jī)所排出的脫水污泥進(jìn)行干
全文摘要
一種生物反應(yīng)槽的加溫系統(tǒng)，具備生物反應(yīng)槽(3)和熱泵循環(huán)。生物反應(yīng)槽(3)通過(guò)消化菌對(duì)所投入的排水或有機(jī)污泥進(jìn)行厭氧處理。熱泵循環(huán)具備第一熱交換器(15)和第二熱交換器(19)。第一熱交換器(15)從生物反應(yīng)槽(3)所排出的消化污泥中回收熱。第二熱交換器(19)通過(guò)由第一熱交換器(15)回收的熱，將生物反應(yīng)槽(3)內(nèi)的污泥加溫到規(guī)定溫度。
文檔編號(hào)C02F11/04GK102190372SQ20111004227
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者中山芳夫, 安部裕宣, 林幸司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝