一种曝气充氧污水处理系统及其使用方法

摘要

本发明涉及一种曝气充氧污水处理系统，包括热气流动力装置、鼓风装置和污水生物处理池，所述热气流动力装置与所述鼓风装置连接并带动所述鼓风装置运行，所述鼓风装置与所述污水生物处理池连接并鼓风入所述污水生物处理池。热气流做功能够很好的驱动鼓风装置为污水生物处理池曝气。

权利要求

1.一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，包括热气流动力装置、鼓风装置和污水生物处理池(39)，所述热气流动力装置与所述鼓风装置连接并带动所述鼓风装置运行，所述鼓风装置与所述污水生物处理池(39)连接并鼓风入所述污水生物处理池(39)；

所述热气流动力装置包括工质加热装置、热气流动力机热端(6)、冷却装置和冷却后配气装置(12)，所述热气流动力机热端(6)内设置第一凸轮叶片(701)，所述冷却后配气装置(12)内设置第二凸轮叶片(702)，所述工质加热装置和所述热气流动力机热端(6)相连通，所述热气流动力机热端(6)和所述冷却后配气装置(12)通过工质冷却通道(9)相连通，所述冷却装置抵接于所述工质冷却通道(9)外侧面并与所述工质冷却通道(9)内的工质进行热交换，所述冷却后配气装置(12)与所述工质加热装置相连通，所述第一凸轮叶片(701)通过第一凸轮轴(801)与所述鼓风装置连接，所述第二凸轮叶片(702)固定于第二凸轮轴(802)上，所述第一凸轮轴(801)和所述第二凸轮轴(802)传动连接，工质经过所述工质加热装置加热后依次经过所述热气流动力机热端(6)、所述工质冷却通道(9)和所述冷却后配气装置(12),所述冷却后配气装置(12)内的工质回到所述工质加热装置内，在此过程中，工质带动所述第一凸轮叶片(701)转动从而带动所述第一凸轮轴(801)转动，所述第一凸轮轴(801)的转动带动所述鼓风装置运行同时通过所述第二凸轮轴(802)带动所述第二凸轮叶片(702)转动达到配气功能。

2.根据权利要求1所述一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，所述工质加热装置采用太阳能加热且包括真空管太阳能管束(1)和槽式真空管太阳能管束(2)，所述真空管太阳能管束(1)和所述槽式真空管太阳能管束(2)相连通，所述槽式真空管太阳能管束(2)与所述热气流动力机热端(6)相连通，所述真空管太阳能管束(1)与所述冷却后配气装置(12)相连通，所述真空管太阳能管束(1)和/或所述槽式真空管太阳能管束(2)利用三通(34)和阀门实现太阳能有效加热的管段数的控制。

3.根据权利要求1所述一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括高温消化池(18)、辅热仓(4)和沼气燃烧器(5)，所述辅热仓(4)进口与所述工质加热装置出口相连通，所述辅热仓(4)出口与所述热气流动力机热端(6)进口相连通，所述高温消化池(18)出气口与所述沼气燃烧器(5)相连，所述沼气燃烧器(5)燃烧所述高温消化池(18)输入的沼气为所述辅热仓(4)供热从而加热所述辅热仓(4)内流经的工质。

4.根据权利要求3所述一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括沼气储气罐(20)，所述沼气储气罐(20)进口与所述高温消化池(18)出气口相连通，所述沼气储气罐(20)出口与所述沼气燃烧器(5)相连。

5.根据权利要求3所述一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括污泥风干干燥装置(52)，所述高温消化池(18)还连接有消化池污泥加热装置(17)，所述消化池污泥加热装置(17)为所述高温消化池(18)供热，所述冷却装置包括冷却装置高温段(10)和冷却装置低温段(11)，所述冷却装置高温段(10)位于所述工质冷却通道(9)靠近所述热气流动力机热端(6)的位置，所述冷却装置低温段(11)位于所述工质冷却通道(9)靠近所述冷却后配气装置(12)的位置，所述鼓风装置包括第一出风口和第二出风口，所述第一出风口与所述污水生物处理池(39)相连通，所述第二出风口分别与所述冷却装置高温段(10)进口和冷却装置低温段(11)进口相连通，所述冷却装置低温段(11)出口与所述污泥风干干燥装置(52)相连通，所述冷却装置高温段(10)出口、所述消化池污泥加热装置(17)和所述污泥风干干燥装置(52)依次连通，所述高温消化池(18)出泥口与所述污泥风干干燥装置(52)进泥口相连通。

6.根据权利要求5所述一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括再热装置(15)，所述冷却装置高温段(10)、所述再热装置(15)、所述消化池污泥加热装置(17)和所述污泥风干干燥装置(52)依次连通，所述冷却后配气装置(12)与所述工质加热装置通过管道相连通，所述再热装置(15)与所述冷却后配气装置(12)和所述工质加热装置相连通的管道连接，所述再热装置(15)用于加热所述冷却后配气装置(12)与所述工质加热装置相连通的管道内的工质。

7.根据权利要求1-6任一项所述一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，所述第一凸轮叶片(701)内部为真空腔体，所述第一凸轮叶片(701)上设有螺旋线气道(71)，所述第一凸轮轴(801)内部为真空腔体；所述曝气充氧污水处理系统包括3-4组第一凸轮叶片组，每组所述第一凸轮叶片组包括两个相配合转动的所述第一凸轮叶片(701)，所述第一凸轮轴(801)为两个，每组所述第一凸轮叶片组的两个第一凸轮叶片(701)分别与一个第一凸轮轴(801)固定连接；所述曝气充氧污水处理系统包括3-4组第二凸轮叶片组，每组所述第二凸轮叶片组包括两个相配合转动的所述第二凸轮叶片(702)，所述第二凸轮轴(802)为两个，每组所述第二凸轮叶片组的两个第二凸轮叶片(702)分别与一个第二凸轮轴(802)固定连接。

8.根据权利要求6所述一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，还包括二级鼓风装置(25)，所述第一凸轮轴(801)和所述第二凸轮轴(802)与所述鼓风装置和所述二级鼓风装置依次传动连接，从而驱动所述鼓风装置和所述二级鼓风装置的运行，所述鼓风装置还包括第三出风口，所述鼓风装置的第三出风口与所述二级鼓风装置的进口相连通；还包括空气储能罐(40)，所述空气储能罐(40)内设有高弹性储气囊(44)，所述高弹性储气囊(44)用于储存所述二级鼓风装置压缩的高压气体，所述高弹性储气囊(44)进口依次通过波纹弹性接头(42)及管道与所述二级鼓风装置出风口相连通，所述高弹性储气囊(44)出口依次通过波纹弹性接头(42)及管道与所述污水生物处理池(39)相连通。

9.一种如权利要求8所述曝气充氧污水处理系统的使用方法，其特征在于，包括通过工质加热装置对工质加热；

加热后的工质进入热气流动力机热端，带动第一凸轮叶片转动从而带动鼓风装置为污水生物处理池、冷却装置高温段和冷却装置低温段鼓风，然后带动冷却后配气装置中的第二凸轮叶片转动以及二级鼓风装置的运行；

加热后的工质进入工质冷却通道冷却，冷却后进入冷却后配气装置通过第二凸轮叶片的转动进行压缩输送；压缩后的工质再次进入工质加热装置进行预加热，回收部分热能，预加热后的工质再次进入工质加热装置；上述冷却装置高温段中排出的空气依次经过再热装置和消化池污泥加热装置后，与冷却装置低温段中排出的空气汇合并进入污泥风干干燥装置；

二级鼓风装置的运行将鼓风装置鼓入的空气进行压缩，压缩后的气体排入高弹性储气囊中直接为污水生物处理池曝气。

说明书

一种曝气充氧污水处理系统及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种曝气充氧污水处理系统，达到污水和污泥安全处置，能源基本自给自足。

背景技术

[0002] 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，通常都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，采用传统的好氧处理时，氧化每千克碳水化合物就需要消耗1kWh的能量。例如，处理每立方米生活污水大约需要消耗0.5kWh的能量，好氧污水处理的曝气系统、污泥处理的脱水干燥是主要的能源消耗环节。好氧生物处理技术其曝气供氧系统的持续运转，消耗大量的电能，其电费造成较大的经济负担。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。

[0003] 太阳能利用存在如下问题：1.能量密度小。虽然每天到达地球的太阳能总量巨大，但是很大一部分都被大气层吸收或者反射，只有少部分穿过大气层到达地球表面被人类所利用。在夏季的北回归线附近，太阳辐射最强，平均每平方米有1000W左右，冬季大约只有500W左右，而阴天只有200W左右，年日夜平均约200W。太阳辐射能量密度比其他化石燃料低的多，因此要采用大面积的采光设备，来提高总的功率，造成太阳能利用成本高，效率低下。
2.地区间分布不均匀。由于地球为一球形，这决定了靠近赤道的低纬度地区的太阳光入射角度更接近于90°，太阳能资源也更丰富，而纬度越高，太阳光线的入射角也越小，太阳能资源也越稀少。同一纬度，高海拔地区大气稀薄，对太阳吸收少，因此太阳能资源比低海拔地区要丰富。比如在我国西藏地区就比内陆具有更丰富的太阳能资源。3.能量的不稳定性。太阳光虽然是源源不断的稳定输出，但是在到达大气层后会显著受到天气的影响，特别是云层的影响，造成太阳能的不稳定，给太阳能的广泛应用增加了难度。4.受地球自转影响。由于地球自转,太阳会周期性的升落,导致夜间太阳能设备无法工作。因此受众多因素的影响，造成太阳能利用装置输出动力的不稳定，对于整个系统的运行非常不利。

[0004] 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大量的光伏电池板，而光伏电池的单价又较高，夜间没有阳光期间，需要采用蓄电池储能驱动系统，目前储能密度高的锂离子蓄电池价格也很高且充放电寿命较短，各类废旧电池的安全环保处置需要专业机构回收处理，因此光伏设备整体投资很大，如光伏补贴政策取消，经济性更低。

[0005] 另一种利用太阳能热能做功的装置---光热发电形式有槽式、塔式、碟式(盘式)、菲涅尔式四种系统，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，例如蒸汽锅炉、蒸汽轮机、冷却塔等设备，系统构成相对复杂。比较适合于大规模、大型的太阳能发电等场合采用。

[0006] 目前污水处理剩余污泥处理工艺路线，一般是：(配置)投加混凝剂→污泥→真空脱水→真空过滤→压滤脱水，配置设备多，技术管理要求高，小型污水处理(厂)站，一般采用分散式污水处理设备，由于工程规模小，其处理成本高、难度大，往往是采用吸污车送往垃圾填埋场，由于污泥含水率高，绝大多数垃圾填埋场不愿意接收。一些比较偏远的地区往往没有安全处理垃圾的垃圾处理厂，再由于剩余污泥含水率高，体积重量很大，远距离运输污泥和处理污泥能耗及费用往往很高，这些因素的影响往往造成污泥乱丢乱弃，系统剩余污泥的安全处置常常处在盲区。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能源互补细分利用的蓄能曝气污水处理系统，太阳能+内源性生物质能+热能多级循序利用+蓄能曝气的节能污水处理系统。

[0008] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种曝气充氧污水处理系统，其特征在于，包括热气流动力装置、鼓风装置和污水生物处理池，所述热气流动力装置与所述鼓风装置连接并带动所述鼓风装置运行，所述鼓风装置与所述污水生物处理池连接并为所述污水生物处理池曝气。

[0009] 本发明的有益效果是：热气流做功能够很好的驱动鼓风装置为污水生物处理池曝气。

[0010] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

[0011] 进一步，所述热气流动力装置包括工质加热装置、热气流动力机热端、冷却装置(冷端)和冷却后配气装置，所述热气流动力机热端内设置第一凸轮叶片，所述冷却后配气装置内设置第二凸轮叶片，所述工质加热装置和所述热气流动力机热端相连通，所述热气流动力机热端和所述冷却后配气装置通过工质冷却通道相连通，所述冷却装置抵接于所述工质冷却通道外侧面并与所述工质冷却通道内的工质进行热交换，所述冷却后配气装置与所述工质再热装置相连通，所述第一凸轮叶片通过第一凸轮轴与所述鼓风装置连接，所述第二凸轮叶片固定于所述第二凸轮轴上，所述第一凸轮轴和所述第二凸轮轴传动连接，工质经过所述工质加热装置加热后依次经过所述热气流动力机热端、所述工质冷却通道和所述冷却后配气装置,所述配气装置内的工质回到所述工质加热装置内，在此过程中，高温高压工质驱动所述第一凸轮叶片转动从而带动所述第一凸轮轴转动，所述第一凸轮轴的转动带动所述鼓风装置运行同时通过所述第二凸轮轴带动所述第二凸轮叶片转动用于压缩、输送工质以实现配气功能。

[0012] 采用上述进一步方案的有益效果是通过采用太阳能加热气体工质直接驱动凸轮式膨胀装置的凸轮转动，凸轮转动带动曝气装置运行，从而为污水生物处理池进行曝气充氧工作，为有氧微生物提供代谢所需的氧气；热气流动力装置采用类似斯特林发动机的基本原理，与活塞式斯特林发动机相比没有设置活塞和气缸等做相对滑动的密封零件，取而代之的是容积式膨胀室(热气流动力机热端)，该凸轮室为容积式装置，气体工质压力低就可以启动，当达到一定转速及离心压力后，有较高的效率，该结构简单，比往复式斯特林发动机，减少了零部件，大大降低了发动机的成本，而且，延长了发动机的维护周期及使用寿命，现有技术的往复式斯特林发动机其密封的技术与润滑技术要求高，结构复杂；在相同的外界条件及功能要求下，本发明“凸轮转子式斯特林发动机”，没有往复滑动运转的部件，用简单的密封及润滑技术就能做到前者高成本、高维护代价才能得到的效果，而且稳定性、可靠性更高。本发明构件组成的整体结构是全封闭的，与外界隔绝的，气体工质在系统内部循环流动。斯特林机特别适合用来回收利用低能级的余热，如工厂余热、地热、太阳能等，以取得良好的节能效益。根据斯特林发动机的设计要求，热源温度可高可低，几十摄氏度的温差即可使其运转起来。斯特林发动机的热效率很高，在热力学理论上等于同温限下的概括性卡诺循环效率。

[0013] 进一步，所述工质加热装置采用太阳能加热且包括真空管太阳能管束和槽式真空管太阳能管束，所述真空管太阳能管束和所述槽式真空管太阳能管束相连通，所述槽式真空管太阳能管束与所述热气流动力机热端相连通，所述真空管太阳能管束与所述冷却后配气装置相连通，所述真空管太阳能管束和/或所述槽式真空管太阳能管束利用三通和阀门实现太阳能有效加热的管段数的控制。每段节点设置高温低阻力单向阀，可以使高温高压热气流单向流动，集中到热端。

[0014] 采用上述进一步方案的有益效果是本发明直接加热工质，无需其他介质传热或导热，系统结构简单、可靠性高；前段太阳能真空管在250℃以下效率高，后段槽式太阳能真空管直接加热气体工质可以突破普通槽式太阳能发电系统传热介质采用导热油，受导热油性能所限，在＜400℃集热；采用混合硝酸盐(熔盐类)为载热工质，受熔盐能所限，在≤550℃集热的限制。该方式可以使气体工质达到700℃左右；另外利用不同的太阳能采集形式能够更为充分的利用太阳能；调节段数能够解决一天内不同时间段太阳能不均衡的问题。

[0015] 进一步，还包括高温消化池、辅热仓和沼气燃烧器，所述辅热仓进口与所述工质加热装置出口相连通，所述辅热仓出口与所述热气流动力机热端进口相连通，所述高温消化池出气口与所述沼气燃烧器相连，所述沼气燃烧器燃烧所述高温消化池输入的沼气，为所述辅热仓供热从而加热所述辅热仓内流经的工质。

[0016] 采用上述进一步方案的有益效果是当遇到连续的阴天以及夜间需要向生物池内供氧时，也能够加热气体工质。

[0017] 进一步，还包括沼气储气罐，所述沼气储气罐进口与所述高温消化池出气口相连通，所述沼气储气罐出口与所述沼气燃烧器相连。

[0018] 采用上述进一步方案的有益效果是沼气储气罐能够存储沼气，其存储的沼气供阴天以及夜间需要向生物池内供氧时，点火装置点火加热气体工质。

[0019] 进一步，还包括污泥风干干燥装置，所述高温消化池还连接有消化池污泥加热装置，所述消化池污泥加热装置为所述高温消化池供热，所述冷却装置包括冷却装置高温段和冷却装置低温段，所述冷却装置高温段位于所述工质冷却通道靠近所述热气流动力机热端的位置，所述冷却装置低温段位于所述工质冷却通道靠近所述冷却后配气装置的位置，所述鼓风装置包括第一出风口和第二出风口，所述第一出风口与所述污水生物处理池相连通，所述第二出风口分别与所述冷却装置高温段进口和冷却装置低温段进口相连通，所述冷却装置低温段出口与所述污泥风干干燥装置相连通，所述冷却装置高温段出口、所述高温消化池污泥加热装置和所述污泥风干干燥装置依次连通，所述高温消化池出泥口与所述污泥风干干燥装置进泥口相连通。

[0020] 采用上述进一步方案的有益效果是冷却装置高温段的热量用于加热高温消化池，充分利用系统余热；利用系统(冷却装置高温段和冷却装置低温段)长时间排放废热气流来干燥污泥风干干燥装置内的污泥。

[0021] 进一步，还包括再热装置，所述冷却装置高温段、所述再热装置、所述消化池污泥加热装置和所述污泥风干干燥装置依次连通，所述冷却后配气装置与所述工质加热装置通过管道相连通，所述再热装置与所述冷却后配气装置和所述工质加热装置之间的相连通的管道贴合，所述再热装置用于加热所述冷却后配气装置与所述工质加热装置相连通的管道内的工质。

[0022] 采用上述进一步方案的有益效果是冷却装置的高温段气流通过换热装置使冷却配气压缩后的工质再热，回收部分热能。

[0023] 进一步，所述第一凸轮叶片内部为真空腔体，所述第一凸轮叶片上设有螺旋线气道，所述第一凸轮轴内部为真空腔体；所述曝气充氧污水处理系统包括3-4组第一凸轮叶片组，每组所述第一凸轮叶片组包括两个相配合转动的所述第一凸轮叶片，所述第一凸轮轴为两个，每组所述第一凸轮叶片组的两个第一凸轮叶片分别与一个第一凸轮轴固定连接；所述曝气充氧污水处理系统包括3-4组第二凸轮叶片组，每组所述第二凸轮叶片组包括两个相配合转动的所述第二凸轮叶片，所述第二凸轮轴为两个，每组所述第二凸轮叶片组的两个第二凸轮叶片分别与一个第二凸轮轴固定连接。

[0024] 采用上述进一步方案的有益效果是为提升凸轮效率，第一凸轮设置螺旋线气道，推动凸轮转动的同时能有效平衡机体内的气压，降低震动和噪声，增加转动的平稳性；第一凸轮和第一凸轮轴之间设置为真空腔体，一方面起到系统隔热的效果，保护位于中央受力易损的转轴免受高温，另一方面能够减轻叶片重量，减少系统热能的散失，提升整体的功效。热端中部凸轮啮合时螺旋线气道在几何参数设计上相互错开，保证密贴接近时不会相互联通泄压。

[0025] 进一步，还包括二级鼓风装置，所述第一凸轮轴和所述第二凸轮轴与所述鼓风装置和所述二级鼓风装置依次传动连接，从而驱动所述鼓风装置和所述二级鼓风装置的运行，所述鼓风装置还包括第三出口，所述鼓风装置的第三出风口与所述二级鼓风装置的进口相连通；还包括空气储能罐，所述空气储能罐内设有高弹性储气囊，所述高弹性储气囊用于储存所述二级鼓风装置压缩的高压气体，所述高弹性储气囊进口依次通过弹性波纹接头和管道与所述二级鼓风装置出风口相连通，所述高弹性储气囊出口依次通过弹性波纹接头和管道与所述污水生物处理池相连通。

[0026] 采用上述进一步方案的有益效果是太阳能不是全天候提供能量，夜间无法为系统提供动力能源，设置蓄能储能罐，蓄能罐体储存压缩空气，由于气体的分子间隔比较大，所以容易压缩，关闭污水池曝气输气管的闸阀，开启蓄能罐出口端闸阀和调压阀可以在夜间向污水生物处理池直接供气充氧，相比电池储能虽然占用空间较大，但是污水池为了检修及满足水力停留时间(HRT)，实际的平面尺寸不宜过小，可根据实际情况将蓄能储能罐设置在污水池的底部、顶部或侧面，也不会过多占用土地，而且由于储能罐能直接向污水池供氧，不需要再配置电动机和鼓风机，使系统更加简单可靠。蓄能储能罐内设高弹材料储气囊，利用高弹性储气囊能够更大限度的排出其内压缩的气体，可使罐体内储存的空气全部释放，可完全利用罐体内空间。波纹连接管的设置能够有效适应储气囊充气排气(变大变长或变小变短)的过程中的变形，保护空气输送管道与高弹性储气囊的连接不受破坏。储能罐外壳采用强度大的金属或其他材料，可以承受0.5MPa的气体压力，可以增加蓄能的能力。

[0027] 本发明还涉及一种所述曝气充氧污水处理系统的使用方法，其特征在于，包括通过工质加热装置对工质加热；加热后的工质进入热气流动力机热端，带动第一凸轮叶片转动从而带动鼓风装置为污水生物处理池、冷却装置高温段和冷却装置低温段鼓风，然后带动冷却后配气装置中的第二凸轮叶片转动以及二级鼓风装置的运行；加热后的工质进入工质冷却通道冷却，冷却后进入冷却后配气装置通过第二凸轮叶片的转动进行压缩输送；压缩后的工质再次进入工质加热装置进行预加热，回收部分热能，预加热后的工质再次进入工质加热装置；上述冷却装置高温段中排出的空气依次经过再热装置和消化池污泥加热装置后，与冷却装置低温段中排出的空气汇合并进入污泥风干干燥装置；二级鼓风装置的运行将鼓风装置鼓入的空气进行压缩，压缩后的气体排入高弹性储气囊中直接为污水生物处理池曝气。

附图说明

[0028] 图1为本发明整体切面图；

[0029] 图2为本发明侧视图；

[0030] 图3为本发明太阳能管连接示意图；

[0031] 图4为本发明污水生物处理池切面图；

[0032] 图5为凸轮叶片切面图；

[0033] 图6为螺旋线气道示意图。

[0034] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0035] 附图标号说明：1-真空管太阳能管束；2-槽式真空管太阳管束；3-连接管；4-辅热仓；5-沼气燃烧器；6-热气流动力机热端；701-第一凸轮叶片；702-第二凸轮叶片；71-螺旋线气道；72-凸轮真空腔；801-第一凸轮轴；802-第二凸轮轴；9-工质冷却通道；10-冷却装置高温段；11-冷却装置低温段；12-冷却后配气装置；13-底座；14-工质再热通道；15-再热装置；16-消化池进泥管；17-消化池污泥加热装置；18-高温消化池；19-污泥风干气流管；20-沼气储气罐；21-消化污泥配泥管；22-沼气输送管；23-集气罩；24-曝气鼓风机；25-二级鼓风机；26-传动轴；27-风机空气滤清器；28-二级风机进风管；29-二级风机出风管；30-风冷出风管；31-曝气总风管；32-真空玻璃管；33-金属管；34-三通；35-异径管；36-低阻力单向阀；37-低阻力闸阀；38-套筒式补偿器；39-污水生物处理池；40-空气储能罐；41-排泥管；42-波纹弹性接头；43-储能罐外壳；44-高弹性储气囊；45-冷却装置高温段出风管；46-冷却装置低温段出风管；47-曝气终端；48-输气管；49-压缩空气进气管；50-储能罐进气管阀；
51-储能罐出气管调压阀；52-污泥风干干燥装置。

具体实施方式

[0036] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0037] 实施例

[0038] 一种曝气充氧污水处理系统，包括热气流动力装置、鼓风装置和污水生物处理池39，所述热气流动力装置与所述鼓风装置连接并带动所述鼓风装置运行，所述鼓风装置与所述污水生物处理池39连接并鼓风入所述污水生物处理池39。

[0039] 作为本实施例进一步的方案，所述热气流动力装置包括工质加热装置、热气流动力机热端6、冷却装置和冷却后配气装置12，所述热气流动力机热端6内设置第一凸轮叶片701，所述冷却后配气装置12内设置第二凸轮叶片702，所述工质加热装置和所述热气流动力机热端6相连通，所述热气流动力机热端6和所述冷却后配气装置12通过工质冷却通道9相连通，所述冷却装置抵接于所述工质冷却通道9外侧面并与所述工质冷却通道9内的工质进行热交换，所述冷却后配气装置12与所述工质加热装置相连通，所述第一凸轮叶片701通过第一凸轮轴801与所述鼓风装置连接，所述第二凸轮叶片702固定于所述第二凸轮轴802上，所述第一凸轮轴801和所述第二凸轮轴802传动连接，工质经过所述工质加热装置加热后依次经过所述热气流动力机热端6、所述工质冷却通道9和所述冷却后配气装置12,所述配气装置12内的工质回到所述工质加热装置内，在此过程中，工质带动所述第一凸轮叶片
701转动从而带动所述第一凸轮轴801转动，所述第一凸轮轴801的转动带动所述鼓风装置运行同时通过所述第二凸轮轴802带动所述第二凸轮叶片702转动用于压缩输送工质，完成配气功能。

[0040] 具体的第一凸轮轴和第二凸轮轴通过传动轴26与鼓风装置传动连接，带动鼓风装置运行。

[0041] 热端与工质冷却通道存在压力差和温差，由两个凸轮(内部真空结构)、绝热的外壳组成上下隔离的空间，高温高压气体膨胀使两个相互啮合的凸轮叶片相互转动分离，它们之间的容积是逐渐增大(即膨胀)，高压侧的气体不断流向低压侧驱动叶片转动。

[0042] 压缩时其原理是两个相互配合的凸轮叶片，它们间的间隙很小，两个转子叶片分别相互配合，靠两个叶片不断相对转动，上部携带、下部挤压气体，将气体从吸气口挤至出气口。通过设置合适的叶轮尺寸和上下容积比，可以使冷却通道内气压成为负压，增加系统工作压差，进而增加系统的运转效率。

[0043] 通过采用太阳能加气体工质直接驱动凸轮式膨胀装置(热气流动力机热端)的凸轮转动，凸轮转动带动曝气装置转动，从而为污水生物处理池进行曝气充氧工作，为有氧微生物提供代谢所需的氧气。

[0044] 与现有技术的斯特林发动机不同，本发明“凸轮转子式斯特林发动机”没有设置活塞和气缸等做相对滑动的密封零件，取而代之的是容积式膨胀室(热气流动力机热端)，该凸轮室(热气流动力机热端)为容积式装置，当达到一定转速及离心压力后，有较高的效率，结构简单，比往复式斯特林发动机，减小了50％的零部件，大大降低了发动机的成本，而且延长了发动机的维护周期及使用寿命，现有技术的往复式斯特林发动机其密封的技术与润滑技术要求高，结构复杂，在运行时，只要其中一个零件出故障，也可能导致停机检修。在相同的外界条件及功能要求下，本发明“凸轮转子式斯特林发动机”，用简单的密封及润滑技术就能做到前者高成本、高维护代价才能得到的效果，而且稳定性、可靠性更高，没有往复滑动的机件。本发明由腔体、膨胀凸轮组、配气凸轮组、冷却装置这三大核心构件组成，以上各构件组成的整体结构是全封闭的，与外界隔绝的，其内部充满了高压的工质气体(压力为5Mpa～20Mpa)，工质气体可以是氢气、氮气、氦气或空气等。

[0045] 作为本实施例进一步的方案，所述工质加热装置采用太阳能加热且包括真空管太阳能管束1和槽式真空管太阳能管束2，所述真空管太阳能管束1和所述槽式真空管太阳能管束2相连通，所述槽式真空管太阳能管束2与所述热气流动力机热端6相连通，所述真空管太阳能管束1与所述冷却后配气装置12相连通，所述真空管太阳能管束1和/或所述槽式真空管太阳能管束2利用三通34和阀门37实现太阳能有效加热的管段数的控制。

[0046] 太阳能管包括真空玻璃管和金属管，真空玻璃管套接于金属管外，真空玻璃管内壁或金属管上覆盖高温选择性吸热材料，直接加热气体工质。气体工质自气流总通道分流从各单根太阳能真空金属管一端进入另一端流出并汇流进总通道，通道设置高温低阻力单向阀36。太阳能管也可以采用现有技术中的其他类型的太阳能加热管。

[0047] 前段低温段采用热管真空管集热器，后段高温段采用槽式太阳能集热，整体装置的顶面设置多面高效的倾斜式太阳能管束(槽式太阳能管束2)，倾斜的槽式太阳能管束之间通过连接管3连接，侧面设置垂直式太阳能管束(真空管太阳能管束1)，布局充分利用空间，高效利用太阳能。多面太阳能管束相互串联。其他工质气体输送管道采用保温隔热材料处理，以提高系统效率。多段太阳能管束相互采用三通34及温控阀连接。

[0048] 以图3为例，介绍一组太阳能管组，①②③④⑤均为三通，以a、b和c分别表示每个三通的三个出口，ABCDEFGHI JKLM为管道，其中AGK为太阳能管，其他为普通管(优选涂有保温涂层)，①a连接进气管，①b依次连通A和C后与③a连通，③b依次和G和H连通后与④a连通，①c通过B和②a连通，②b和③c通过M相连通，②c和④b通过F连通，④c和⑤b通过I连通，⑤a通过N和J连通，⑤c通过L和出口管连通，C和F通过D连通，B和出口管依次通过EJKM连通。其中，CDEFL上均设置有一个双向阀，M、J以及进气管上均设置有一个单向阀。通过上述设置及阀门的控制，可实现AGK中任意一个，任意两个，或者全部加热的过程。通过上述设置及阀门的控制，还可实现AGK中任意一个太阳能管和普通管并联后与其他管的连接、AGK中任意两个太阳能管均和普通管并联后与其他管的连接以及AGK均和普通管并联后与其他管的连接。在实际情况中，可根据需要，将多组上述太阳能管组串联或者并联链接即可。上述太阳能管组加热后的工质汇集于总出气管再用于热端，总出气管上设置单向阀。

[0049] 异径管35位于太阳能管两端，用来连接气体汇集的气流通道和单根的太阳能真空管。

[0050] 研究结果表明，随着传导工质与环境温差的增大，太阳能真空管热转换效率持续下降，当温差达到250℃时，热转换效率小于65％。槽式集热器全时自动跟踪太阳，最大限度的收集太阳能；槽式真空集热管在400℃高温条件下确保太阳能的高效吸收，选择性涂层吸收率大于95％，太阳能转化效率可达70％以上。槽式太阳能是利用槽式聚光镜将太阳光聚在一条线上，在这条线上安装着一个管状集热器，用来吸收太阳能，并对传热工质进行加热。槽式聚光器的抛物面对太阳进行的是一维跟踪，聚光比为10～100，提高聚光比，可以提高系统温度。20世纪80年代中期槽式太阳能热发电技术就已经发展起来了，目前美国加利福尼亚州已经安装了354MW的槽式聚光热发电站，其工作介质是导热油，换热器可以使导热油产生接近400℃的过热蒸汽来驱动汽轮机发电。

[0051] 由于每日不同时段阳光的辐射照度不同，系统气体工质加热后不同时段温度不恒定。在连通的金属管33内直接加热气体工质，金属管33连接容易，便于安装容易采用三通34及温控阀进行一些列的切换设置，达到加热的段数可调整可控的效果。另外前段低温段利用热管真空管集热器，后段高温段采用槽式太阳能集热，可充分利用不同集热器各自的优点。这些布置使工质气体加热温度满足高效、安全及稳定。

[0052] 气体工质通过垂直式真空管太阳管束和倾斜式真空管太阳能管束，真空管相互串联，分段加热气体工质温度和压力升高，达到启动温度后，工质进入凸轮式膨胀装置(热气流动力机热端)、冷却散热仓(工质冷却通道)、凸轮式冷却配气装置(冷却后工质压缩输送配气装置)。凸轮式膨胀装置、冷却装置、凸轮式冷却后配气装置组成一体化太阳能动力装置。一体化太阳能动力装置转动轴连接鼓风装置，鼓风装置出风管通过分管器分成两根，一根与污水生物处理池39曝气系统连接，另一根再分成两根，一根通向冷却装置高温段10，然后通向高温沼气池加热装置，另一根通入冷却装置低温段11，然后通向污泥风干干燥器。

[0053] 作为本实施例进一步的方案，还包括高温消化池18、辅热仓4和沼气燃烧器5，所述辅热仓4进口与所述工质加热装置出口相连通，所述辅热仓4出口与所述热气流动力机热端6进口相连通，所述高温消化池18出气口与所述沼气燃烧器5相连，所述沼气燃烧器5燃烧所述高温消化池18输入的沼气为所述辅热仓4供热从而加热所述辅热仓4内流经的工质。

[0054] 辅热仓4设置在太阳能外真空管最末端，下部有沼气燃烧装置，沼气燃烧装置通过管道与沼气罐连接，当遇到连续的阴天以及夜间需要向生物池内供氧时，点火装置点火加热气体工质。

[0055] 高温消化池通过消化池进泥管16将污水处理池排放的剩余污泥收集进入高温消化池。

[0056] 高温消化池上端敞口连接集气罩23用于收集产生的沼气，并通过沼气输送管22和防爆风机将沼气输入沼气储气罐。

[0057] 作为本实施例进一步的方案，还包括沼气储气罐20，所述沼气储气罐20进口与所述高温消化池18出气口相连通，所述沼气储气罐20出口与所述沼气燃烧器5相连。

[0058] 作为本实施例进一步的方案，还包括污泥风干干燥装置52，所述高温消化池18还连接有消化池污泥加热装置17，所述消化池污泥加热装置17为所述高温消化池18供热，所述冷却装置包括冷却装置高温段10和冷却装置低温段11，所述冷却装置高温段10位于所述工质冷却通道9靠近所述热气流动力机热端6的位置，所述冷却装置低温段11位于所述工质冷却通道9靠近所述冷却后配气装置12的位置，所述鼓风装置包括第一出风口和第二出风口，所述第一出风口与所述污水生物处理池39相连通，所述第二出风口分别与所述冷却装置高温段10进口和冷却装置低温段11进口相连通，所述冷却装置低温段11出口与所述污泥风干干燥装置52相连通，所述冷却装置高温段10出口、所述消化池污泥加热装置17和所述污泥风干干燥装置52依次连通，所述高温消化池18出泥口与所述污泥风干干燥装置52进泥口相连通。

[0059] 所述高温消化池18出泥口与所述污泥风干干燥装置52进泥口通过消化污泥配泥管21及污泥输送泵相连通。

[0060] 所述冷却装置低温段11出口和所述冷却装置高温段10出口分别连接冷却装置低温段出风管46和冷却装置高温段出风管45。

[0061] 曝气管网上还连接有输气管48与鼓风机连通。

[0062] 冷却装置的设置，用于将凸轮式膨胀装置(热气流动力机热端)做功后的气体进行降温，便于凸轮式配气装置(冷却后配气装置)输送配置系统的气体，同时压缩冷却后的气体，调高工质的压力；冷却装置采用风冷装置，通过所述再热装置15回收冷却装置尾气中的热量，使压缩后的工质气体预热，实现能源的二次利用以及合理利用。

[0063] 冷却装置高温段出气口气流温度在65-100℃，最佳温度在75℃左右；冷却装置低温段出气口气流温度在45-65℃，最佳温度在55℃左右；可通过调节冷却装置的进风量的大小，调节尾气排气温度。

[0064] 污泥风干干燥装置通过污泥风干气流管19进风。

[0065] 污泥热风干燥器的热风系统与曝气系统同步不停歇运行。高温消化稳定后的剩余污泥输送至污泥干燥器并将污泥摊平，利用系统长时间排放废热气流的特点，直接热风吹送至摊平的污泥薄层表面达到干燥脱水时间后翻转出泥。

[0066] 影响蒸发快慢的因素：温度、湿度、液体的表面积、液体表面上的空气流动等，从微观上看，蒸发就是液体分子从液面离去的过程。热风干燥器的原理是利用气流不停流动，带动水分蒸发，热风可以使污泥表面的水分加速蒸发。

[0067] 污泥中水的存在形式有：空隙水、毛细水、表面吸附水和内部结合水。空隙水，颗粒间隙中的游离水，约70％，可通过重力沉淀(浓缩压密)而分离；表面吸附水，约5％，是在污泥颗粒表面附着的水分，其附着力较强，常在胶体状颗粒、生物污泥等固体表面上出现，采用混凝方法，通过胶体颗粒相互絮凝，排除附着表面的水分，可通过生物分离或热力方法去除。内部结合水，约5％，是污泥颗粒内部结合的水分，如生物污泥中细胞内部水分、无机污泥中金属化合物所带的结晶水等，可通过生物分离或热力方法去除。通常含水率在85％以上时，污泥呈流态；65％～85％时呈塑态；低于60％时则呈固态。

[0068] 本系统污泥处理不投加混凝剂，无需离心、压滤等预处理，不投加混凝剂，化学污泥产生量小，更加安全环保，虽相对机械处理速度较慢，但污泥处理过程简化，可全天24小时自动化运行，该方法可有效去除污泥空隙水，生物质的含水率减小至30％以下，极大减小了污泥的储运难度。可以无人操作，卫生条件佳。

[0069] 作为本实施例进一步的方案，还包括再热装置15，所述冷却装置高温段10、所述再热装置15、所述消化池污泥加热装置17和所述污泥风干干燥装置52依次连通，所述冷却后配气装置12与所述工质加热装置通过管道相连通，所述再热装置15与所述冷却后配气装置12和所述工质加热装置相连通的管道连接，所述再热装置15用于加热所述冷却后配气装置
12与所述工质加热装置相连通的管道内的工质。

[0070] 所述再热装置15与所述冷却后配气装置12和所述工质加热装置相连通的管道贴在一起用于换热。

[0071] 具体的设置工质再热通道14，工质再热通道两端分别与冷却后配气装置出口和工质加热装置进口连通，再热装置与工质再热通道贴合换热。

[0072] 再热装置15一端连接冷却装置的前段高温气流出口，高温段先通向再热装置15，再与高温消化池污泥加热装置相连。冷却装置的高温气流通过再热装置15使冷却压缩后的工质再热，回收部分热能。

[0073] 消化池污泥加热装置气流出口与再热装置15后段低温气流出口合并为一个通道，合并后的通道连接污泥热风干燥器(污泥风干干燥装置)。

[0074] 作为本实施例进一步的方案，所述第一凸轮叶片701内部为真空腔体，所述第一凸轮叶片701上设有螺旋线气道71，所述第一凸轮轴801内部为真空腔体；曝气充氧污水处理系统包括3-4组第一凸轮叶片组，每组第一凸轮叶片组包括两个相配合转动的第一凸轮叶片701，所述第一凸轮轴801为两个，每组第一凸轮叶片组的两个第一凸轮叶片701分别与一个第一凸轮轴801固定连接；曝气充氧污水处理系统包括3-4组第二凸轮叶片组，每组第二凸轮叶片组包括两个相配合转动的第二凸轮叶片702，第二凸轮轴802为两个，每组第二凸轮叶片组的两个第二凸轮叶片702分别与一个第二凸轮轴802固定连接。

[0075] 在太阳能管中加热的气体工质温度、压力提高后，进入凸轮式膨胀装置(热气流动力机热端)推动第一凸轮转动。两个所述第一凸轮轴采用齿轮连接，相互反向转动。高温高压气体进入膨胀室(热气流动力机热端)，每组的两个凸轮在高压侧相互分离，空间增大，气体随之向低压侧输送，第一凸轮叶片内部采用密闭真空结构，有效阻止热传导，转动轴包裹在真空结构内部，有效降低转轴的升温，膨胀室(热气流动力机热端)外壳设绝热层。为提升凸轮转动效率，凸轮设置螺旋线气道，推动凸轮转动的同时能有效平衡各动态空腔内的气压，降低震动和噪声，增加转动的平稳性，提升效率。

[0076] 作为本实施例进一步的方案，还包括二级鼓风装置25，所述第一凸轮轴801和所述第二凸轮轴802与所述鼓风装置和所述二级鼓风装置依次传动连接，从而驱动所述鼓风装置和所述二级鼓风装置的运行，所述鼓风装置还包括第三出风口，所述鼓风装置的第三出风口与所述二级鼓风装置的进口相连通；还包括空气储能罐40，所述空气储能罐40内设有高弹性储气囊44，所述高弹性储气囊44用于储存所述二级鼓风装置压缩的高压气体，所述高弹性储气囊44进口依次通过波纹弹性接头42与所述二级鼓风装置出风口相连通，所述高弹性储气囊44出口依次通过波纹弹性接头42与所述污水生物处理池39相连通。

[0077] 当气体进入第一级风机升压后，经过中间自然冷却器将气体温度降至40℃以下，然后进入二级风机继续升压，机组最高升压可达0.5MPa。两级风机的主机由传动或转轴直联传动。空气储能罐设置在污水处理池底部、顶面或侧面，以节约空间。蓄能罐体储存压缩空气，夜间向污水生物处理池39供氧。空气储能罐罐体为压力罐体，内设置蓄能高弹性储气囊44。蓄能高弹性储气囊44上进、出气口连接波纹弹性接头42，进出气口连接的波纹弹性接头42依次连接压缩空气进气管49和出气管。蓄能高弹性储气囊44出气管上设置有储能罐出气管调压阀51，进气管上设置有储能罐进气管阀50。蓄能高弹性储气囊44设置进气管与两极一体化鼓风装置的出口连接，蓄能高弹性储气囊出风管与曝气终端连接。

[0078] 太阳能不是全天候提供能量，夜间无法为系统提供动力能源，采用污水处理池底部、侧面或顶面设置储能罐。蓄能罐体储存压缩空气，气体的分子间隔比较大，所以容易压缩，开启闸阀和调压阀可以在夜间向污水生物处理池39直接供气充氧。相比电池储能虽然占用空间较大，但是系统简单，不需要再配置电动机和鼓风机。

[0079] 作为本实施例进一步的方案，所述污水生物处理池39内设有配气管网，所述配气管网上设有曝气终端，所述配气管网进气口与所述高弹性储气囊44出口相连通。采用上述进一步方案的有益效果是配气管网使得曝气更加均匀，输气管48用于鼓风机出口空气的输入，排泥口41用于底部剩余污泥的排出。

[0080] 本发明的装置可设置在底座13上。

[0081] 曝气终端47可以为不堵塞的管式、盘式等微孔曝气装置。

[0082] 污水生物处理池通过与其连通的排污管41进行排泥(位于下端)。

[0083] 储能罐具有储能罐外壳43并与污水生物处理池固定连接，高弹性储气囊位于外壳内。

[0084] 具体的，鼓风装置出风口通过输气管48和曝气管网相连通。

[0085] 二级鼓风装置通过压缩空气进气管49与高弹性储气囊进口相连通，高弹性储气囊通过压缩空气出气管与曝气管网相连通；压缩空气进气管上设置储能罐进气管阀门，压缩空气出气管上设置储能罐出气管调压阀。

[0086] 通过采用太阳能直接驱动凸轮式膨胀装置(热气流动力机热端)内第一凸轮叶片的转动，凸轮式膨胀装置带动鼓风曝气装置转动，从而为污水生物处理池39进行曝气充氧工作，利用冷却系统(冷却装置)的尾气加热沼气池，提高沼气池内混合污泥的消化温度，系统充分利用空间，采用多种能源互补，循环利用各级能量，充分降低系统能源消耗。基本达到污水处理能源自给自足。

[0087] 本发明一种能源互补细分利用的蓄能曝气污水、污泥处理系统主要装置包括多面太阳能外真空管、辅热仓4、凸轮式膨胀装置、冷却散热仓、凸轮式配气装置、转动轴、一体化鼓风装置采用集成化、一体化构思，总体结构、部件结构和零件结构构造简单，工质在一个整体设备的各腔体中流动，工质不发生相变，避免了其他太阳能热能涡轮机多组件、多系统管道分散连接，工质需气化、加压冷凝等复杂的系统配置，简化了加工制造难度。本装置采用容积式的凸轮式膨胀装置，兼具活塞式斯特林发动机启动温度低的优点，冷热端小温差就可以启动的特点。又将活塞式的往复运动改造为转动，有效提高效率。本发明的凸轮式转子斯特林发动机启动时，可以首先通过外部装置使转子斯特林发动机转动，从而使本发明实现快速启动。

[0088] 通过采用太阳能直接驱动凸轮式膨胀装置(热气流动力机热端)的第一凸轮叶片转动，凸轮式膨胀装置带动鼓风曝气装置转动，从而为污水生物处理池39进行曝气充氧工作，利用冷却系统的尾气加热沼气池17，提高沼气池内混合污泥的消化温度，污泥厌氧消化的温度根据消化池内生物作用的温度分为中温消化和高温消化。中温消化，温度一般控制在33～35℃，最佳温度为34℃。而高温消化的温度一般控制在55～60℃。高温消化比中温消化分解速率快，产气速率高，所需的消化时间短(气量达到总产气量90％时所需要的天数)，消化池的容积小。高温消化对寄生虫卵的杀灭率可达90％以上。但高温消化加热污泥所消耗热量大，耗能高。因此，只有在卫生要求严格，或对污泥产气量要求较高时才选用。目前国内外常用的大都是中温消化池。中温消化在国内外均已使用多年，技术上比较成熟。本系统利用动力装置的冷却系统的废热加热剩余污泥，实现了能源的再次利用。高温厌氧消化的停留时间更短，有机负荷范围更宽，所需消化池越小，沼气产量更大，有利于向系统提供更多的内源性能源。

[0089] 系统采用热能驱动，真空管太阳能热能转化率高，污泥消化后产生的沼气在辅热仓4可直接燃烧加热工质为系统提供辅助动力。相比污水处理厂常用的沼气发电系统，转化层级少，效率高。

[0090] 小型污水处理(厂)站，一般采用分散式污水处理设备，由于工程规模小，系统污泥的安全处理一直是一个盲区，即使环保部门一再要求将剩余污泥安全处理，由于实际操作中污泥处理系统相对复杂，污泥厌氧消化工艺，温度要求高，需要污泥加热设备，设备及管理要求高，小型污水处理厂无法具备相应的能力，采用简易的处理方式，例如污泥干化池，由于剩余污泥未经消化稳定，卫生条件、脱水效果极差。配置污泥脱水压滤设备又要配置管理人员。因此基本都是采用吸污车送往垃圾填埋场，一些比较偏远的地区往往没有安全处理污泥的垃圾处理厂，而且剩余污泥含水率高，远距离运输污泥和处理污泥费用往往很高，实际安全减量处理污泥难度较大，造成了污泥乱丢乱弃。

[0091] 冷却装置的废热气流细分，高温段加热消化污泥池，实现高温消化，沼气产量高，污泥产量少，生物安全性高。系统废热气流风干高温厌氧消化后的污泥，使泥饼干燥，污泥体积小，储存稳定，可造粒作为有机肥。热风干燥污泥，工艺简单，无需人工，能够达到安全处理污泥的效果。

[0092] 系统充分利用空间，采用多种能源互补，循环利用各级能量，充分降低系统能源消耗。可基本达到使污水处理能源自给自足。

[0093] 本发明涉及一种能源互补细分利用的蓄能曝气污水、污泥处理系统。

[0094] 本发明提供一种能够直接利用太阳能真空集热管热能闭式循环斯特林动力原理的生物反应池风曝气的方法和充氧装置，以解决污水处理、污泥安全处置高能耗的经济及效率问题。

[0095] 鼓风装置可以为鼓风机24，鼓风机是利用热气流膨胀提供的机械能将外界空气的压力提高，输入生物反应池为微生物供氧。鼓风机卧式安装，采用联轴器与太阳能凸轮发动机转轴横向直连。还包括二级鼓风机，第一凸轮轴依次与鼓风机和二级鼓风机25传动连接，带动鼓风机和二级鼓风机的运行。具体的，第一凸轮轴通过传动轴传动连接再带动鼓风机和二级鼓风机的运行。鼓风机的输入端连接风机空气滤清器27，用于过滤空气中的杂质。二级鼓风机通过其上连接的二级风机进风管28进风，通过其上连接的二级风机出风管29出风，二级鼓风机的进风管与鼓风机总出风管连通，鼓风机总出风管还分别连通曝气总风管和风冷进风管，曝气总风管31与污水生物处理池连通，风冷出风管30和冷却装置高温段以及低温段进气管相连通。

[0096] 鼓风机与二级鼓风机为一体化设备，可以采用市场成熟的设备。两组设备采用转轴传动，与热气流动力装置相连，并安装在同一个支架上，固定牢固。可配置软启动安全联轴器、即时脱离传动装置。系统可以实现轻载和空载启动，也可实现储能罐内达到0.5MPa压力后，中断二级风机与系统的轴联。阴天及夜间可使用沼气点火加热气体工质，为污水处理曝气充氧设备提供热动力。

[0097] 与现有光伏发电鼓风曝气充氧技术相比，本发明应用的优点在于：真空管集热器的太阳能转化热效率在85-93.5％之间；采用太阳能、系统剩余污泥生物质能多种能源产生热能直接驱动凸轮式斯特林发动机，发动机带动离心鼓风机对生物反应池曝气供氧，减少了曝气供氧的能量转换层级，极大地提高了效率，可以解决了小型、分散场所污水处理、污泥安全处置的经济性、效率等问题。解决了一些发明直接采用太阳能热空气流作为生物反应池曝气供氧气源，由于污水生物处理的水温宜为10-37℃，太阳能热空气温度远高于该温度，微生物无法生存，实际无法采用的问题，而且该种方式热空气的曝气压力不足，无法应用在水深较大的生物反应池，即使能使用，也会导致池体占地非常大等问题。本发明中采用的阀门可为电动阀门，采用的调压阀也可为调动调压阀。

[0098] 本发明技术方案的设备投资较小，加工制造难度低，电子气元件使用少，可用于缺电或者无电地区，运行基本无电费，维护费用低，为了提高循环的效率，系统将能源多级、多用途循环回收再利用，综合能效非常高。属生态环保节能型的污水处理、污泥处置方法。

[0099] 为减少工质(气体)流经加热室的阻力，系统工质流经管道及辅热区、冷却区、再热区通道尺寸经阻力计算、形状经流线型设计优化。为减少系统热能损失，管道，预热区外壳覆盖绝热材料。

[0100] 第一凸轮轴和第二凸轮轴用皮带或链条传动等方式相连，自成一个能量平衡系统，压缩冷却后的工质耗功等于膨胀室凸轮做的部分功耗。热端膨胀装置采用联轴器与鼓风装置联接，转动鼓风装置为系统曝气。

[0101] 气体工质在集成化、一体化的太阳能直接加热装置中循环流动的阻力主要有两种：(1)一种是由于气体本身的粘滞性及其与流道壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力；(2)另一种是气体流经通道中的腔室及换热装置时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。综合考虑材料费用和气体流动空间尺寸，保证最优的尺寸以控制气体流速，将气体通道剖光加工做得光滑且平整；将气体通道喷涂仿鲨鱼皮减阻功能高分子膜表面处理，必要时设置螺旋流槽；有效降低摩擦阻力。流经流速大小和方向变化的腔室采用流线化、消除死角区等设计，有效降低局部阻力。装置可一体化、集成化构成，为上述目标的实现，提供了优良的条件。装置一体化、集成化构成，为上述目标的实现，提供了优良的条件。装置竖向构造符合热力学和物理规律，凸轮做工布置系统在上部，太阳能加热后的气体工质温度高，气体密度小，粘滞性低，有效降低阻力，主要向上部汇集输送。冷却后的气体工质气体密度大，能够利用密度差、重力效应，向下部下降，阻力小，同时尽可能使流程设计短。

[0102] 一般的太阳能热能发电机采用液体化合物(甲醇、丙醇、乙醇、异丙醇、液氨、氟利昂)等作为循环工质的汽轮机，需要气化装置(压力控制监控系统实时监控压力)和高温高压锅炉加热液体工质气化，加热前需冷凝并采用液化加压泵加压液化，系统需要的机械、电子设备很多，这些设备也需要动力，因此系统的构成、控制都十分复杂。

[0103] 污水处理工艺采用不需要污泥回流的好氧生物处理系统。不需要污泥回流的污水处理工艺主要是：移动床生物膜反应器MBBR、膜生物反应器MBR、序批式活性污泥法SBR、曝气生物滤池BAF、人工湿地等。系统可设置调节池，当夜间进水流量变小时或将系统夜间部分污水储存至昼间太阳能富裕的时段处理，整体减少系统夜间曝气量。

[0104] 上污水处理工艺是本发明配合一种能源互补细分利用的蓄能曝气污水、污泥处理系统的最佳的污水处理方法，其共同特征是：系统无需活性污泥回流体系，不需要配置污泥回流泵，用电设备少，极大简化系统。

[0105] 曝气充氧污水处理方法：

[0106] S1:通过工质加热装置对工质加热；

[0107] S2:加热后的工质进入热气流动力机热端，带动第一凸轮叶片转动从而带动鼓风装置为污水生物处理池、冷却装置高温段和冷却装置低温段鼓风，然后带动冷却后配气装置中的第二凸轮叶片转动以及二级鼓风装置的运行；

[0108] S3:加热后的工质进入工质冷却通道冷却，冷却后进入冷却后配气装置通过第二凸轮叶片的转动进行压缩输送；压缩后的工质再次进入工质加热装置进行预加热，回收部分热能，预加热后的工质再次进入工质加热装置；上述冷却装置高温段中排出的空气依次经过再热装置和消化池污泥加热装置后，与冷却装置低温段中排出的空气汇合并进入污泥风干干燥装置；

[0109] 二级鼓风装置的运行将鼓风装置鼓入的空气进行压缩，压缩后的气体排入高弹性储气囊中直接为污水生物处理池曝气。

[0110] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。