一种污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置及方法

摘要

本发明涉及环境工程技术领域，具体为一种污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置，包括导流渠和水轮，导流渠的上方铺设有基石，基石上设置有水轮，水轮的一端设置有支撑旋转轴，水轮的另一端设置有驱动旋转轴，水轮上设置有水轮叶片，水轮叶片的外端设置有充氧机构，充氧机构上开设有过水孔，驱动旋转轴的另一端设置有固定连接轴，固定连接轴的另一端连接有发电箱。本发明在污水厂的工艺管道污水管内、跌水井内或尾水排放口的导流渠等位置安装水轮发电装置，充分利用污水厂水资源的水力能，污水流过旋转水轮带动水轮转动，水轮的驱动旋转轴与发电机相连，将水力能转化为电能，同时有利于污水充氧。

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水水力能回收利用和充氧的装置，特别是涉及一种污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置及方法，属于环境工程技术领域。

背景技术

目前，我国主要的能源来源是化石能源，如石油、煤炭、天然气等，化石能源并不是取之不尽用之不竭的，而且化石能源的燃烧对环境的负面影响较大，为解决上述问题，世界各国都在寻求替代能源，风能、太阳能、水能等可再生能源得到了快速发展；

我国水力发电技术日趋成熟，根据中电联相关报告可知，截至2017年我国水能发电装机达到了34359万kW，占全国总装机容量的19.4%，水力发电的基本原理是利用水能流动的特性，使其从“高处”跌落，水跌落的过程中其重力势能转化为动能，然后使这一部分水推动水轮机转动，将水的动能转化为水轮机的机械能，水轮机转动，再进一步将其机械能转换为电能，推动水轮机转动的水将继续流动，水轮机发出的电能则经过输电线路传输到电网，水力发电属于可再生能源的一种；

2018年，我国水力发电的平均造价为11360元/kW，相比上一年度上涨了3.4%，其主要原因是我国经济可开发的水资源越来越少，此外，修建大坝需要选择合适的地理位置，以减小其对周边环境和生物种群的影响，开发难度越来越高，开发成本也越来越高，因此，寻求经济可开发的水资源，并且尽量减小水力发电对环境的影响，是未来水力发电需要考虑的因素；

目前有屋面雨水落水发电的研究，还有高层楼宇中灰水跌落发电的研究，但天然的降雨过程和降雨量的大小有很强的随机性和不确定性，灰水的水量也不稳定；

目前人们对污水厂再生水的利用途径主要包括回用于工业、绿化净化、补充河道等，但是污水厂尾水再生后可以发电这一问题却被忽视了，截至2017年12月底，全国设市城市、县累计建成污水处理厂5027座，污水处理能力达1.88亿m3/d，2017年全年处理的污水厂相当于1.7个蓄满水的三峡，污水厂的尾水水质、水量稳定，且基本不受季节影响，是可稳定利用的再生水资源；

突破以水资源回收为主的传统污水厂尾水再生利用策略，统筹水质、水量、水能的综合评估，极大拓展污水厂尾水再生利用领域，特别是挖掘污水厂尾水的动能和势能成为必要；

因此，亟需对污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置进行改进，以解决上述存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置及方法，在污水厂的工艺管道污水管内、跌水井内或尾水排放口的导流渠等位置安装水轮发电装置，充分利用污水厂水资源的水力能，污水流过旋转水轮，带动水轮转动，水轮的驱动旋转轴与发电机相连，将水力能转化为电能，同时有利于污水充氧。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置，包括导流渠和水轮，所述导流渠的两端设置有进水口和排水口，所述导流渠的上方固定铺设有基石，所述基石上固定设置有跨越在所述导流渠两侧的第一支墩和第二支墩，所述第一支墩和所述第二支墩之间转动设置有水轮，所述水轮的一端与所述第一支墩之间转动设置有支撑旋转轴，所述水轮的另一端与所述第一支墩之间转动设置有驱动旋转轴，所述支撑旋转轴与所述驱动旋转轴均与所述水轮固定连接；

所述水轮上固定设置有若干个均匀分布水轮叶片，所述水轮叶片的外端固定设置有充氧机构，所述充氧机构上开设有若干个均匀分布的过水孔；

所述驱动旋转轴的另一端贯穿所述第二支墩并延伸至所述第二支墩的外侧，所述驱动旋转轴的另一端固定设置有固定连接轴，所述固定连接轴的另一端固定连接有发电箱。

优选的，所述水轮与所述第一支墩的连接处固定设置有第一轴承，所述水轮的另一端与所述第二支墩的连接处固定设置有第二轴承。

优选的，所述第一支墩和所述第二支墩的底部均固定设置有支墩底座，所述支墩底座上开设有对称分布的装配孔，所述装配孔的内部设置有螺栓，所述螺栓贯穿所述装配孔并与所述基石固定连接。

优选的，所述水轮可以安装在污水管内、跌水井内或所述导流渠的内部。

优选的，所述水轮叶片的3/4到7/8处与所述充氧机构固定连接，所述充氧机构包括挡板和第一过水孔。

优选的，所述发电箱内部设有发电机和储电设备，且所述发电箱的表面设有隔音层，所述发电箱的底部四角均设置有滚轮。

优选的，所述水轮与所述支撑旋转轴和所述驱动旋转轴的连接处均固定设置有密封圈。

优选的，所述充氧机构包括档水槽和第二过水孔，所述第二过水孔固定设置在所述档水槽的外侧。

一种污水厂中污水水力能回收利用和充氧的方法，其特征在于在污水厂的工艺管道污水管内、或尾水排放口的导流渠内安装水轮发电装置，所述水轮发电装置包括水轮，水轮的下部没入污水管或导流渠内，污水管或导流渠内的污水流过，带动水轮叶片转动，水轮的驱动旋转轴与发电机相连，将水力能转化为电能；水轮叶片靠近末端设有充氧机构，所述充氧机构包括挡板和第一过水孔，水轮叶片的挡板进入污水时，污水经过第一过水孔，实现对污水充氧。

一种污水厂中污水水力能回收利用和充氧的方法，其特征在于跌水井内安装水轮发电装置，污水跌落时冲击水轮叶片，带动水轮叶片转动，水轮的驱动旋转轴与发电机相连，将水力能转化为电能，水轮叶片靠近末端设有充氧机构，所述充氧机构包括档水槽和以及挡水槽外侧的第二过水孔，污水跌落冲击水轮叶片时，部分污水进入挡水槽内，由于污水产生的重力加大了水轮叶片的转动速度，当水轮叶片进入污水时，污水经过第二过水孔，实现对污水充氧。

本发明至少具备以下有益效果：

1、能有效利用污水厂污水的水力能，转化为电能用于污水厂厂内照明等设备的供电，有利于污水厂节能降耗、低碳运行，具有较好的环保前景和实用价值。

2、污水厂的工艺管道污水管内、跌水井内或尾水排放口的导流渠等位置安装水轮发电装置，结构简单，操作便利，且投资成本较小，且将污水厂通常忽视的水力能充分利用产生清洁能源，极大的提高资源的利用率。

3、在水的推力作用下使得水轮进行转动，同时污水会经过充氧机构上的过水孔，使污水增大与空气的接触面积，从而有利于污水充氧，从而提升水体的活性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的导流渠水力能回收利用的主视图；

图2为本发明的导流渠水力能回收利用的左视图；

图3为本发明的水轮结构示意图；

图4为本发明的污水管中水力能回收利用的主视图；

图5为本发明的污水管中水力能回收利用的左视图；

图6为本发明的跌水管中水力能回收利用的主视图；

图7为本发明的跌水管中水力能回收利用的左视图；

图8为本发明的实施例二的充氧结构图。

图中：1-导流渠，1001-污水管，1002-跌水井，2-基石，3-水轮，301-水轮叶片，4-第一支墩，401-第二支墩，402-支墩底座，403-装配孔，5-螺栓，6-支撑旋转轴，7-驱动旋转轴，8-充氧机构，801-挡板，802-汇水槽，803-第一过水孔，804-第二过水孔，9-第一轴承，901-第二轴承，10-发电箱，11-固定连接轴，12-滚轮。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

实施例一：

如图1-图8所示，本实施例提供的污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置，包括导流渠1和水轮3，导流渠1的两端设置有进水口101和排水口102，导流渠1的上方固定铺设有基石2，基石2上固定设置有跨越在导流渠1两侧的第一支墩4和第二支墩401，第一支墩4和第二支墩401的底部均固定设置有支墩底座402，支墩底座402上开设有对称分布的装配孔403，装配孔403的内部设置有螺栓5，螺栓5贯穿装配孔403并与基石2固定连接，第一支墩4和第二支墩401之间转动设置有水轮3，水轮3的一端与第一支墩4之间转动设置有支撑旋转轴6，水轮3的另一端与第一支墩4之间转动设置有驱动旋转轴7，支撑旋转轴6与驱动旋转轴7均与水轮3固定连接，在污水的导流渠1中安装水轮发电装置，污水流过旋转水轮3，带动水轮叶片301转动，水轮的驱动旋转轴7与发电机相连，将水力能转化为电能，用于给厂区内照明等用电设备供电，能有效利用污水厂污水的水力能，有利于污水厂节能降耗、低碳运行，具有较好的环保前景和实用价值；

水轮3上固定设置有若干个均匀分布水轮叶片301，水轮叶片301的外端固定设置有充氧机构8，充氧机构8上开设有若干个均匀分布的第一过水孔803，在水的推力作用下使得水轮3进行转动，同时污水会经过充氧机构8上的第一过水孔803，使污水增大与空气的接触面积，从而有利于污水充氧；由于过水孔803是设置在挡板801上的，当污水流过过水孔803后，向四周扩散，其中部分污水碰到后面的水轮叶片后，还会顺着水轮叶片向四周流动，从而增强充氧效果。

驱动旋转轴7的另一端贯穿第二支墩401并延伸至第二支墩401的外侧，驱动旋转轴7的另一端固定设置有固定连接轴11，固定连接轴11的另一端固定连接有发电箱10，发电箱10内部设有发电机和储电设备，且发电箱10的表面设有隔音层，减少噪音污染，发电箱10的底部四角均设置有滚轮12，产生的电能储存在储电装置中，可用于厂区内照明等用电设备供电，充分利用污水厂水资源的水力能，污水流过旋转水轮3，带动水轮叶片3转动，水轮3的驱动旋转轴7与发电机相连，将水力能转化为电能，大大提升资源的利用率。

在本实施例中，如图1和图2所示，水轮3与第一支墩4的连接处固定设置有第一轴承9，水轮3的另一端与第二支墩401的连接处固定设置有第二轴承901，提升水轮3转动的稳定性，提升发电的效率。

在本实施例中，如图4-图7所示，水轮3可以安装在污水管1001内、跌水井1002内或导流渠1的内部扩大装置的适用范围，提升装置的实用性和灵活性。

在本实施例中，如图1和图2所示，水轮叶片301的3/4到7/8处与充氧机构8固定连接，充氧机构8的长度小于水轮叶片301的长度，均匀分布的第一过水孔803有助于充氧和减小水轮3与水接触时的阻力。

在本实施例中，如图1和图2所示，水轮3与支撑旋转轴6和驱动旋转轴7的连接处均固定设置有密封圈，防止污水进入轴承导致支撑旋转轴6和驱动旋转轴7生锈，降低支撑旋转轴6和驱动旋转轴7的使用寿命，同时提高装置的密封性。

实施例二：

本实施例的污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置，与实施例一的区别为充氧机构8，其它结构均相同：实施例一中的充氧机构为挡板801在水轮叶片301的上侧，如图3所示，实施例二中的充氧机构8在水轮叶片301的末端，第二过水孔804在充氧机构8的上侧，如图8所示。

如图1-图8所示，本实施例提供的污水厂中污水水力能回收利用和充氧的装置的原理如下：

污水厂的工艺管道污水管1001内、跌水井1002内或尾水排放口的导流渠1等位置安装水轮发电装置，污水流过旋转水轮3，带动水轮叶片301转动，水轮3的驱动旋转轴7与发电机相连，将水力能转化为电能，产生的电能存储在储电设备中，用于给厂区内照明等用电设备供电，能有效利用污水厂污水的水力能，有利于污水厂节能降耗、低碳运行，具有较好的环保前景和实用价值；

水轮3上有若干个均匀分布水轮叶片301，水轮叶片301的外端固定设置有充氧机构8，充氧机构8上开设有第二过水孔804，在水的推力作用下使得水轮3进行转动，同时污水会经过充氧机构8上的过水孔，使污水增大与空气的接触面积，从而有利于污水充氧。在水轮叶片301外侧靠近第二过水孔804的位置设有汇水槽802，所述汇水槽802成U型，在污水冲击水轮叶片时，部分污水进入并汇集在汇水槽内，在水轮转动时，汇集在汇水槽内的污水的重力会加快水轮的转速，从而增加水轮叶片301拍击水面的速度，既可增加电能的转换，又有利于污水充氧。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。