太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统及方法

　　申请日2019.02.01

　　公开(公告)日2019.05.10

　　IPC分类号C02F7/00; C02F3/02

　　摘要

　　本发明提供了一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其包括：第一罐体、第二罐体、太阳能采集装置、散热装置、第一涡轮、转动轴、鼓风装置以及污水生物处理池，太阳能采集装置与散热装置连接，散热装置设置在第二罐体中，第二罐体设置在第一罐体中，第二罐体的顶端设置有第二罐体出气孔，第二罐体的底端设置有第二罐体进气孔，第二罐体出气孔与第二罐体进气孔通过第一气流通道连通，转动轴沿第一罐体的轴向可转动地设置在第一罐体上，第一涡轮套设在转动轴上，第一涡轮设置在第二罐体出气孔位置处;鼓风装置设置在第一罐体的顶端，鼓风装置的输入端与转动轴连接，鼓风装置的输出端通过管路与污水生物处理池连接。

　　权利要求书

　　1.一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，包括：第一罐体、第二罐体、太阳能采集装置、散热装置、第一涡轮、转动轴、鼓风装置以及污水生物处理池;

　　所述太阳能采集装置与所述散热装置通过管路连接，所述散热装置设置在所述第二罐体中，所述第二罐体设置在第一罐体中，所述第二罐体的顶端设置有第二罐体出气孔，所述第二罐体的底端设置有第二罐体进气孔，所述第二罐体出气孔与所述第二罐体进气孔通过第一气流通道连通，所述转动轴沿所述第一罐体的轴向可转动地设置在所述第一罐体上，所述第一涡轮套设在所述转动轴上，所述第一涡轮设置在所述第二罐体出气孔位置处;

　　所述鼓风装置设置在所述第一罐体的顶端，所述鼓风装置的第一输入端与所述转动轴连接，所述鼓风装置的输出端通过管路与所述污水生物处理池连接。

　　2.根据权利要求1所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括：吸气装置，

　　所述吸气装置设置在所述第二罐体进气孔位置处，所述吸气装置的输入端与所述第一气流通道连通，所述吸气装置的输出端与所述第二罐体进气孔连通，所述第二罐体进气孔通过第二气流通道与所述散热装置连通。

　　3.根据权利要求1所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括：冷却装置，所述冷却装置设置在所述第一罐体中，所述冷却装置设置在所述第二罐体的下方，所述冷却装置的输入端与所述污水生物处理池连接，所述冷却装置的输出端与排水井连接。

　　4.根据权利要求1所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，所述污水生物处理池采用无需污泥回流的水处理工艺。

　　5.根据权利要求1所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，所述太阳能采集装置的输出端与所述散热装置的输入端通过管路连接，所述太阳能采集装置与所述散热装置之间的管路中灌装有导热油。

　　6.根据权利要求1所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括：空气过滤器、消声器以及微孔曝气部件，所述空气过滤器以及所述消声器均设置在所述鼓风装置的第二输入端;所述微孔曝气部件设置在所述污水生物处理池中，所述微孔曝气部件通过管路与所述鼓风装置的输出端连接。

　　7.根据权利要求1所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，在所述第二罐体的底部以及所述第一罐体的上部内壁上设置有绝热层，在所述第二罐体的底部内壁上设置有蓄热槽，所述蓄热槽设置在第二罐体底部的绝热层的上方，所述蓄热槽中设置有相变蓄热材料。

　　8.根据权利要求7所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，所述相变蓄热材料为熔融盐类相变储热材料。

　　9.根据权利要求2所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其特征在于，所述吸气装置包括第二涡轮、多层转子叶片以及多个突起，多层所述转子叶片沿所述第二涡轮的轴向间隔套设在所述转动轴上，所述转子叶片与所述第二涡轮间隔设置;多个所述突起为片状结构，多个所述突起固定在所述第二涡轮的内壁上，且每相邻两层所述转子叶片之间的间隔中设有至少一个所述突起，所述转子叶片随所述转动轴相对于所述突起转动。

　　10.一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理方法，其特征在于，在权利要求1-9任意一项所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统的结构基础上，处理方法包括：

　　通过所述太阳能采集装置获取太阳能热量;

　　将所述太阳能热量输送至所述散热装置;

　　所述散热装置产生的热气流上升，热气流在第二罐体的出气孔处推动所述第一涡轮转动;

　　所述第一涡轮带动鼓风装置以及所述吸气装置转动;

　　所述鼓风装置对所述污水生物处理池进行曝气充氧工作;

　　热气流进入第一气流通道;

　　污水生物处理池中的液体进入冷却装置;

　　冷却装置对所述热气流进行降温处理;

　　经过降温处理的热气流在吸气装置的加压作用下进入第二气流通道;

　　所述第二气流通道中的气流通过所述散热装置中加热，使气体能量提高。

　　说明书

　　一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统及方法

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统及方法。

　　背景技术

　　铁路中小车站、高速公路服务区及收费站、输变电站、输油(气)加压站、农村、海岛、边防哨所、一些景区等污水排放场合往往分散设置在沿线偏僻或城郊地域。这些地点产生的办公生活污水无法接入当地城镇市政污水处理厂或收集输送污水至污水厂经济上不合理，通常采用自行处理的方式。

　　铁路中小车站曾采用厌氧生物污水处理技术，虽然节能，但存在着污水停留时间长，产生大量臭气、出水指标低、不能达到排放标准等问题。为更好的保护环境，应采用出水水质指标较优的好氧生物污水处理技术(活性污泥法或生物膜法)。好氧生物处理技术为保证好氧微生物的活性，其曝气供氧系统必须全天持续运转，因此产生较高的电费，长期的运转费用造成较大的经济负担。由于经济压力，很多污水处理设备(设施)验收后，不能长期正常运转，成为局部的环境污染源。采用可再生能源--太阳能作为好氧污水处理的动力，可以达到节能减排，减少各基层单位污水处理经济负担的作用。但目前绝大多数的太阳能污水处理装置都是利用光伏电池将太阳能转换为电能，然后利用电能驱动电机，再带动风机曝气供氧。

　　太阳能系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器和负载组成，太阳能光伏组件为单晶硅或多晶硅制成，目前国内提炼多晶硅耗电量基本在2万千瓦时/吨;而被定义为高耗能行业的电解铝，用电量约是1.45万千瓦时/吨，多晶硅耗电量比电解铝还要高，因此目前技术条件下太阳能光伏电池的生产成本较高。根据研究文献，在正常大气、光照强度、温度条件下，目前国内商业级太阳能电池板最高光电转换率为：15%-21%，电能再通过电机转化为曝气供氧设备的机械能，电机的输出功率一般在55%-85%之间，受功率因数限制能效将进一步降低，电能驱动的供氧装置需要配置较大面积的光伏电池板，而光伏电池的单价又较高，蓄电池寿命较短，造成设备投资很大，如光伏补贴政策取消，经济性更低。

　　另一种利用太阳能热能(涡轮机等)做功的装置，采用软(纯)水或者其他液体作为工质的系统，需要加热气化及冷凝、加压液化等设备，系统构成相对复杂，系统管理要求高，考虑经济性，投资回收期等因素，比较适合于大规模、大型的发电等场合采用。

　　发明内容

　　本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统及方法。

　　本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统，其包括：第一罐体、第二罐体、太阳能采集装置、散热装置、第一涡轮、转动轴、鼓风装置以及污水生物处理池，所述太阳能采集装置与所述散热装置通过管路连接，所述散热装置设置在所述第二罐体中，所述第二罐体设置在第一罐体中，所述第二罐体的顶端设置有第二罐体出气孔，所述第二罐体的底端设置有第二罐体进气孔，所述第二罐体出气孔与所述第二罐体进气孔通过第一气流通道连通，所述转动轴沿所述第一罐体的轴向可转动地设置在所述第一罐体上，所述第一涡轮套设在所述转动轴上，所述第一涡轮设置在所述第二罐体出气孔位置处;所述鼓风装置设置在所述第一罐体的顶端，所述鼓风装置的第一输入端与所述转动轴连接，所述鼓风装置的输出端通过管路与所述污水生物处理池连接。

　　本发明的有益效果是：通过采用热能直接驱动第一涡轮转动，第一涡轮带动曝气装置转动，从而为污水生物处理池进行曝气充氧工作，提高了曝气充氧效率，降低能源消耗，减少安装以及维护成本，为有氧微生物提供代谢所需的氧气。

　　在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

　　进一步地，还包括：吸气装置，所述吸气装置设置在所述第二罐体进气孔位置处，所述吸气装置的输入端与所述第一气流通道连通，所述吸气装置的输出端与所述第二罐体进气孔连通，所述第二罐体进气孔通过第二气流通道与所述散热装置连通。

　　采用上述进一步方案的有益效果是：吸气装置的设置，用于将进入第二罐体的气体压力提高，为第二罐体提供高压工质，以提高第二罐体热力循环的效率。

　　进一步地，还包括：冷却装置，所述冷却装置设置在所述第一罐体中，所述冷却装置设置在所述第二罐体的下方，所述冷却装置的输入端与所述污水生物处理池连接，所述冷却装置的输出端与排水井连接。

　　采用上述进一步方案的有益效果是：冷却装置的设置，用于将临近第二罐体进气孔的气体进行降温，便于第二罐体二次使用循环气体，提高气体的流动速率，提高工作效率;此外，冷却装置直接使用净化处理后的水进行冷却工作，实现资源的二次利用以及合理利用。

　　进一步地，所述污水生物处理池采用无需污泥回流的水处理工艺。

　　进一步地，所述太阳能采集装置的输出端与所述散热装置的输入端通过管路连接，所述太阳能采集装置与所述散热装置之间的管路中灌装有导热油。

　　进一步地，还包括：空气过滤器、消声器以及微孔曝气部件，所述空气过滤器以及所述消声器均设置在所述鼓风装置的第二输入端;所述微孔曝气部件设置在所述污水生物处理池中，所述微孔曝气部件通过管路与所述鼓风装置的输出端连接。

　　采用上述进一步方案的有益效果是：空气过滤器用于过滤进入鼓风装置的空气，防止灰尘影响鼓风装置的正常工作;消声器用于降低鼓风装置的工作噪音;微孔曝气部件用于向污水生物处理池中曝气充氧，提高污水中含氧量。

　　在所述第二罐体的底部以及所述第一罐体的上部内壁上设置有绝热层，在所述第二罐体的底部内壁上设置有蓄热槽，所述蓄热槽设置在第二罐体底部的绝热层的上方，所述蓄热槽中设置有相变蓄热材料。

　　采用上述进一步方案的有益效果是：绝热材料的设置，阻断第二罐体内热能向外传导，提高热能利用效率。回热通道用于收集流经第一罐体内涡轮做功后的乏气的余热，回热通道与乏气通道之间采用高效导热金属制作的换热结构(翼、翅等)形式，提高系统的能效。熔融盐类相变储热材料的设置，当在黑夜没有阳光时，相变材料开始释放收集的余热，维持鼓风装置的正常工作。

　　进一步地，所述相变蓄热材料为熔融盐类相变储热材料。

　　进一步地，所述吸气装置包括第二涡轮、多层转子叶片以及多个突起，多层所述转子叶片沿所述第二涡轮的轴向间隔套设在所述转动轴上，所述转子叶片与所述第二涡轮间隔设置;多个所述突起为片状结构，多个所述突起固定在所述第二涡轮的内壁上，且每相邻两层所述转子叶片之间的间隔中设有至少一个所述突起，所述转子叶片随所述转动轴相对于所述突起转动。

　　采用上述进一步方案的有益效果是：吸气装置的设置，用于将进入第二罐体的气体压力提高，为第二罐体提供高压工质，以提高第二罐体热力循环的效率。所述吸气装置转子叶片套设在所述转动轴上，转子叶片将透平机的机械功传给气体，是压缩气体的关键部件。突起固定在采用扩压型式的流道上，流道具有高的刚度，突起把气流在动叶中获得的动能转变为压力能，同时使气流转弯以适应下级动叶的气流进口方向，逐级提高气体压力。本装置起到两个作用：1.将第一罐体内气体吸入第二罐体，使第一罐体内压力保持在零或负压，使第一涡轮高效运转。2.用于将进入第二罐体的气体压力提高，为第二罐体提供高压工质，以提高第二罐体热力循环的效率。相当于理想布莱顿循环的绝热等熵加功压缩过程，第二涡轮所需的动力(机械能)由第一涡轮提供;第二涡轮对气流加功，压力增加，能量增加。

　　此外，本发明还提供了一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理方法，在上述任意一项所述的一种太阳能热能涡轮鼓风曝气充氧污水处理系统的结构基础上，处理方法包括：