一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备的制作方法

1.本技术涉及工业废水处理领域，特别是一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备。


背景技术：

2.工业废水处理过程中涉及到fenton(芬顿)氧化法预处理工艺，利用fe
2
和
·
oh氧化作用，使得难降解大分子的有机物断链成小分子，最后被氧化分解为无机物。为了更好的促进反应，通常会借助fenton催化剂改善fenton反应，提高催化剂催化效果及利用率，显著增强对有机物的氧化降解能力。温度是芬顿反应的重要影响因素之一，反应随着温度的升高会加快反应速度，fenton反应也不例外，温度升高会加快
·
oh的生成速度，有助于
·
oh与有机物反应，提高有机物氧化效果；但是，对于fenton反应这样复杂的反应体系，温度升高，不仅加速正反应的进行，也加速副反应，温度升高也会加速h2o2的分解，分解为o2和h2o，不利于
·
oh的生成。因此不同种类工业废水的芬顿反应最佳温度，也存在一定差异。例如处理聚丙烯酰胺水废水时，最佳温度控制在30℃～50℃；处理洗胶废水时最佳温度为85℃；处理三氯(苯)酚时，最佳温度为60℃，当温度低于60℃或者高于60℃时，均不利于反应。
3.在工程实际应用中，特别是在冬季，面临着废水水温较低，严重影响fenton工艺的处理效率，造成fenton预处理废水失效，废水进入后端生化池后，微生物生存受到冲击，甚至是中毒大量死亡，对现场的运营管理造成很大的困扰。而提升水温保证污水处理效果，又面临着经济性问题，耗能较大，工程应用较难实现。


技术实现要素：

4.鉴于所述问题，提出了本技术以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备，包括：
5.一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备，包括光伏发电系统、空气源热泵系统、管式反应器以及调节池；
6.所述管式反应器包括反应器主体以及将所述反应器主体分隔成催化内区和热交换外区的催化剂承托层，所述催化剂承托层外绕设有热交换管，所述热交换外区的两端分别设有废水进水口，所述催化内区的顶部设有废水出水口；
7.所述空气源热泵系统的输出端与所述热交换管的进水口连接，所述热交换管的出水口与所述空气源热泵系统的一输入端连接，所述空气源热泵系统的另一输入端与所述光伏发电系统的输出端连接，所述废水出水口与所述调节池连接；
8.当所述设备工作时，所述空气源热泵系统将热回流水流入所述热交换管的进水口，热交换后所述热回流水从所述热交换管的出水口流回所述空气源热泵系统。
9.优选地，所述废水进水口设于所述热交换管的上端。
10.优选地，所述光伏发电系统包括光伏组串、电力变换器、充电控制器以及储能装置；
11.所述光伏组串与所述电力变换器的输入端连接，所述电力变换器的一输出端与所述空气源热泵系统连接，所述电力变换器的另一输出端与所述充电控制器的输入端连接，所述充电控制器的输出端与所述储能装置连接。
12.优选地，所述空气源热泵系统包括空气能交换器、压缩机、水热交换器以及氧化预处理装置；
13.所述空气能交换器的输入端与所述电力变换器的输出端连接，所述空气能变换器的输出端与所述压缩机的输入端连接，所述压缩机的输出端与所述水热交换器的一输入端连接，所述水热交换器的输出端与所述氧化预处理装置的输入端连接。
14.优选地，所述热交换管的进水口与所述氧化预处理装置的输出端连接，所述热交换管的出水口与所述水热交换器的另一输入端连接。
15.优选地，所述管式反应器还包括拆卸层和承重柱，所述拆卸层设于所述废水出水口的下端，所述承重柱设于所述催化剂承托层的下方。
16.优选地，所述废水进水口设置有管道混合器。
17.优选地，所述废水出水口与所述调节池连接。
18.优选地，所述热交换管的形状为波浪状。
19.本技术具有以下优点：
20.在本技术的实施例中，通过光伏发电系统、空气源热泵系统、管式反应器以及调节池；所述管式反应器包括反应器主体以及将所述反应器主体分隔成催化内区和热交换外区的催化剂承托层，所述催化剂承托层外绕设有热交换管，所述热交换外区的两端分别设有废水进水口，所述催化内区的顶部设有废水出水口；所述空气源热泵系统的输出端与所述热交换管的进水口连接，所述热交换管的出水口与所述空气源热泵系统的一输入端连接，所述空气源热泵系统的另一输入端与所述光伏发电系统的输出端连接，所述废水出水口与所述调节池连接；当所述设备工作时，所述空气源热泵系统将热回流水流入所述热交换管的进水口，热交换后所述热回流水从所述热交换管的出水口流回所述空气源热泵系统。通过光伏结合空气源热泵为高级氧化池提供热能，提升难降解有机物的去除效率，充分利用清洁能源，实现降本增效，并通过管式反应器的热交换管提升废水温度，提高废水中的有毒物质降解，可针对不同水质进行最佳降解，调节fenton工艺所需最佳温度，提升相对的反应效率。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对本技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本技术一实施例提供的一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备的结构示意图；
23.图2是本技术一实施例提供的管式反应器的结构示意图；
24.图3是本技术一实施例提供的催化剂承托层的结构示意图；
25.图4是本技术一实施例提供的调节池的结构示意图；
26.图5是本技术一实施例提供的调节温度fenton工艺进出水化学需氧量的示意图；
27.图6是本技术一实施例提供的调节温度生化系统进出水氨氮的示意图；
28.图7是本技术一实施例提供的调节温度生化系统进出水总氮的示意图；
29.图8是本技术一实施例提供的调节温度fenton工艺进出水化学需氧量的示意图。
30.说明书附图中的附图标记如下：
31.1、光伏发电系统；2、空气源热泵系统；3、管式反应器；301、催化内区；302、热交换外区；31、催化剂承托层；32、热交换管；321、热交换管的进水口；322、热交换管的出水口；33、废水进水口；34、废水出水口；35、承重柱；36、拆卸层；4、调节池；41、搅拌器。
具体实施方式
32.为使本技术的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.参照图1-图4，示出了本技术一实施例提供的一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备，包括光伏发电系统1、空气源热泵系统2、管式反应器3以及调节池4；
34.所述管式反应器3包括反应器主体以及将所述反应器主体分隔成催化内区301和热交换外区302的催化剂承托层31，所述催化剂承托层31外绕设有热交换管32，所述热交换外区302的两端分别设有废水进水口33，所述催化内区301的顶部设有废水出水口34；
35.所述空气源热泵系统2的输出端与所述热交换管的进水口321连接，所述热交换管的出水口322与所述空气源热泵系统2的一输入端连接，所述空气源热泵系统2的另一输入端与所述光伏发电系统1的输出端连接，所述废水出水口34与所述调节池4连接；
36.当所述设备工作时，所述空气源热泵系统2将热回流水流入所述热交换管的进水口321，热交换后所述热回流水从所述热交换管的出水口322流回所述空气源热泵系统2。
37.在本技术的实施例中，通过光伏发电系统1、空气源热泵系统2、管式反应器3以及调节池4；所述管式反应器3包括反应器主体以及将所述反应器主体分隔成催化内区301和热交换外区302的催化剂承托层31，所述催化剂承托层31外绕设有热交换管32，所述热交换外区302的两端分别设有废水进水口33，所述催化内区301的顶部设有废水出水口34；所述空气源热泵系统2的输出端与所述热交换管的进水口321连接，所述热交换管的出水口322与所述空气源热泵系统2的一输入端连接，所述空气源热泵系统2的另一输入端与所述光伏发电系统1的输出端连接，所述废水出水口34与所述调节池4连接；当所述设备工作时，所述空气源热泵系统2将热回流水流入所述热交换管的进水口321，热交换后所述热回流水从所述热交换管的出水口322流回所述空气源热泵系统2。通过光伏结合空气源热泵为高级氧化池提供热能，提升难降解有机物的去除效率，充分利用清洁能源，实现降本增效，并通过管式反应器3的热交换管32提升废水温度，提高废水中的有毒物质降解，可针对不同水质进行最佳降解，调节fenton工艺所需最佳温度，提升相对的反应效率。
38.下面，将对本示例性实施例中一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备作进一步地说明。
39.作为一种示例，光伏发电系统1发电应用到空气源热泵系统2提升循环水温度，然
后进入管式反应器3，较高回用热水进入热交换管32，与管式反应器3内废水接触，流动的过程由于水温差热交换提升工业废水水温，然后废水进入管式反应器3的热交换内区302，管内温度保持最佳反应温度，提升反应效果，出水进入调节池4，可调节进入生化池内水温，协助维持生化池内水温，提升微生物最佳生长环境，促进整体反应效率。其中，所述管式反应器3为改良的管式芬顿反应器。
40.在本实施例中，所述废水进水口33设于所述热交换管32的上端。
41.作为一种示例，管式反应器3通过催化剂承托层31将所述反应器主体分为催化内区301和热交换外区302，热交换外区302配置有波浪状的热交换管32，催化内区301布置有催化剂进行氧化反应。注入酸液和h2o2(过氧化氢)的废水进入管式反应器3前，通过管道上的管道混合器，调节最优反应ph值3-4，然后进入管式反应器3的热交换外区302。热回用水进入反应器热交换外区302内的热交换管32，充分与废水热交换后流出管式反应器3，而热交换后的废水由管式反应器3下部的催化剂承托层31进入管式反应器3的催化内区301，催化内区内301布置催化剂材料，废水与催化剂反应完成后通过管式反应器3上部的废水出水口34至调节池4，调碱沉淀后进入下一工艺段。管式反应器3内还设置有温度计以调控水温并维持稳定。池内热回流水回流至前端空气源热泵系统2，循环利用。提高反应温度对芬顿高级氧化设备作用明显，温度升高提升催化剂分子碰撞率，利于产生
·
oh，有助于提升
·
oh与有机物接触几率，提高氧化降解效果。
42.在本实施例中，所述光伏发电系统1包括光伏组串、电力变换器、充电控制器以及储能装置；
43.所述光伏组串与所述电力变换器的输入端连接，所述电力变换器的一输出端与所述空气源热泵系统连接，所述电力变换器的另一输出端与所述充电控制器的输入端连接，所述充电控制器的输出端与所述储能系统连接。
44.作为一种示例，利用污水处理厂场内空地、建筑物顶部或者其他可以利用的空地布置光伏组串，将光能转化为电能，然后由电力变换器变换供电后给空气源热泵系统2。同时将多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中，或者并网外卖。利用光伏发电系统1，电力应用于高级氧化预处理工艺，提高资源利用率，促进污水处理厂碳减排效果。
45.在本实施例中，所述空气源热泵系统2包括空气能交换器、压缩机、水热交换器以及氧化预处理装置；
46.所述空气能交换器的输入端与所述电力变换器的输出端连接，所述空气能变换器的输出端与所述压缩机的输入端连接，所述压缩机的输出端与所述水热交换器的一输入端连接，所述水热交换器的输出端与所述氧化预处理装置的输入端连接。
47.作为一种示例，运行空气源热泵系统2，吸收空气中的热能，经过空气能交换器和压缩机提升热度，热度则通过水热交换器将补充的回用尾水升温排入高级氧化预处理装置。
48.在本实施例中，所述热交换管的进水口321与所述氧化预处理装置的输出端连接，所述热交换管的出水口322与所述水热交换器的另一输入端连接。
49.作为一种示例，管式反应器3反应之后的热水通过热交换管的出水口回流至所述水热交换器。
50.在本实施例中，所述管式反应器3还包括拆卸层36和承重柱35，所述拆卸层36设于所述废水出水口34的下端，所述承重柱35设于所述催化剂承托层31的下方。
51.作为一种示例，管式反应器3设置有承重柱35和拆卸层36，承重柱35可有效支撑催化剂承托层31，拆卸层36便于更换催化剂，便于检修和维护。
52.在本实施例中，所述废水进水口33设置有管道混合器。
53.在本实施例中，所述废水出水口34与所述调节池4连接。
54.作为一种示例，所述调节池4功能为调碱、沉淀和调温度，调节完成后进入下一工艺。
55.在一具体实现中，管式反应器3出水仍具有较高的热能，调节池预处理后，进入生化池，提升生化池水温，促进微生物繁殖，水温度至25-30℃时，微生物生长繁殖最为活跃，降解有机物最有利，因此特别冬季时水温较低，生化池内经常因为水温较低，导致微生物受到冲击，影响出水的稳定性。研究表明，冬季氨氮和tn去除率分别低于50％和70％，提升水温后，去除率不低于80％和90％。本技术可使得后端生化池水温可调节，提升冬季生化池水温，促进微生物的新陈代谢，提升生物降解效率，保证废水稳定达标排放。
56.在本实施例中，一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备的实现原理为：光伏发电系统1全年发电，供电给空气源热泵系统2，空气源热泵系统2通过热源交换将热回流水流入管式反应器3，管式反应器3通过试验确定最佳难降解有机物的温度后，控制进入管式反应器3最佳水温，废水调节酸度和投加h2o2溶液后从管式反应器3上部的废水进水口33进入管式反应器3的热交换外区302，提升温度后，进入催化内区301，反应完成后进入调节池4，调节碱度并沉淀后进入下一工艺(生化阶段)。整个设备结构简单、运行方便，适应于污水处理设备，尤其是难降解的有机物废水处理设备，节碳降耗，多能互补，提高资源利用率，促进节能减排作用。
57.在本实施例中，所述热交换管32的形状为波浪状。
58.实施例1
59.某工业园区污水处理厂，处理农药废水以及其他少量化工废水，主要难降解有机物为吡啶酸类有机物(主要氯代吡啶酸酸、三氯吡氧乙酸类有机物)。
60.处理主要工艺为“fenton工艺 生化”，污水处理厂面临两大难题，一是难降解吡啶类有机物，预处理较难降解，导致生化系统受冲击，fenton工艺催化剂受温度影响较大，水温低于17℃，催化效果将大大降低；二是生化系统冬季受水温影响，氨氮和tn(酶的转换数)经常性的处理异常，导致场内经常性停水整改，对运营造成很大的困扰。
61.试验参数：
62.进水0.2m3/h，进水水温15℃，采用工艺“光伏板
→
空气源热泵系统
→
管式反应器
→
出水”，提升管式反应器内废水水温，进行试验研究。
63.试验结果：
64.调节芬顿高级氧化系统进水水温，从图5可看出温度在35℃左右时有利于催化剂的正反应，有利于难降解有机物的削减，生物毒性的降低，改善后端微生物的生存环境。冬季水温普遍较低，不利于催化剂的催化反应，催化产生的
·
oh也受影响。
65.生化池进水水温提升至25℃时，生化池nh
4-n(氨氮)和tn(总氮)出水大幅度下降，由图6和图7可看出，未调温的原水出水超标，调温至25℃后，出水nh
4-n和tn均正常，表明提
升温度后，有利于硝化和反硝化进行。
66.实施例2
67.某工业园区污水处理厂，处理造纸废水以及其他少量化工废水，主要难降解有机物为三氯苯酚等废水有机物。
68.试验参数，进水0.2m3/h，进水水温22℃，采用工艺“光伏板
→
空气源热泵系统
→
管式反应器
→
出水”，提升管式反应器内废水水温，进行试验研究。
69.试验结果：
70.调节芬顿高级氧化系统进水水温，从图8可以看出温度在30-40℃左右时有利于催化剂的正反应，有利于难降解有机物的削减。
71.尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所有变更和修改。
72.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
73.以上对本技术所提供的一种利用光伏电热能提升工业废水处理效能的设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。