CN100436781C - 用于水巴氏消毒和发电的系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于产生能量并且对水进行巴氏消毒的系统和方法。该系统包括发电子系统和水巴氏消毒子系统，它们如下连接在一起。发电子系统包括一涡轮发电机。空气(或其它适当的工作流体)流动穿过该涡轮发电机以通过已知方法产生出能量。在空气流进涡轮机之前将空气加热以增大其速度以便更多的发电。水巴氏消毒子系统包括一个或多个热交换机，其中至少一个连接用来接收离开涡轮机的热气流。来自涡轮机排出气流的热量用来对位于热交换机内的较冷废水进行巴氏消毒。

Description

用于水巴氏消毒和发电的系统及方法

技术领域

本发明主要涉及水的净化，具体地说是涉及水的巴氏消毒和涡轮发电。

背景技术

用于净化废水的传统方法包括氯化处理、暴露于紫外线(UV)辐射和超滤。遗憾的是，这些方法的每一种都存在缺陷。

氯化处理涉及用氯或氯化物对水进行处理。如果氯浓度足够大，则经过处理的水容易出现不好的气味和味道。一些人对非常少量的氯的气味和味道就反感。另外，氯化处理对人们的健康有害。如果水源包含形成作为有机材料(例如树叶、草、木材或动物废弃物)分解的一部分的腐殖质，对这种水进行氯化处理会产生出三卤甲烷(THMs)。因为THMs在地下水中很少出现，所以它们主要在使用地表水源时涉及到。环境保护总署认为持续饮用其THMs含量大于0.10毫克/升的水源会致癌。

通过暴露于紫外线辐射对水进行处理比较复杂并且维护麻烦。它涉及使用UV灯，这些灯必须定期更换。UV处理还往往利用反射器来使UV光朝着水聚集。这些反射器必须不时地进行清洁。还有，一般需要经过UV处理室的水流为层流，以促进UV曝光的均匀性。这需要使用折流板和专门设计的处理室，这就增大了成本。

过滤涉及使水流过一系列过滤器。与UV处理一样，过滤维护麻烦。这些过滤器必须定期清洁和/或更换。另外，过滤往往是一个缓慢的过程。

巴氏消毒法是另一种已知的净化水的方法。它涉及将水加热至至少150-170°F的温度。巴氏消毒法通常在水量较小时进行，例如在营地和其它偏远乡村地方。有时采用小型便携式太阳能水巴氏消毒装置或太阳能炊具来利用太阳热能将水消毒。一般来说，由于加热大量水的费用很高，所以对于大规模水处理没有采用巴氏消毒法。

发明内容

本发明的优选实施方案认识到可将前面完全不同进行的发电和水巴氏消毒方法之间相结合的新机会。所示的实施方案采用了来自涡轮发电的热废气来将大量水进行巴氏消毒。

在一个方面中，本发明提供了一种产生能量并且对水进行巴氏消毒的系统，它包括一涡轮机、一发电机、一热交换机和一热源。涡轮机被制成为用来接收工作流体流，并且将工作流体流设定为用来使涡轮机的叶片和输出轴旋转。发电机与涡轮机的输出轴连接并且被设定成用来将输出轴的转动转变成能量。热交换机具有第一和第二内部腔室。第一腔室被设置成用来接收离开涡轮机的工作流体，而第二腔室被设置成用来接收水，例如来自市政废水池的未处理或甚至部分受热的废水。热交换机的这些腔室被设置成用来允许在位于第一腔室内的工作流体和位于第二腔室内的水之间进行热交换。热量从热工作流体流向相对较冷的水以最好将水温升高至至少水巴氏消毒温度。热源被设置成用来向流经涡轮机和热交换机的第一腔室的工作流体加热。通常，热源向位于热交换机上游的工作流体加热。在优选的实施方案中，热源向位于涡轮机上游和下游的工作流体施加热量。

在另一个方面中，本发明提供了一种用于产生电能并且对水进行巴氏消毒的系统，它包括一涡轮发电机和一热交换机。涡轮发电机被设定成用来将工作流体流转变成电能。热交换机具有第一和第二在流体上分开的内部腔室。“在流体上分开”在这里用来表示将腔室设置成不允许在这些腔室内的流体混合在一起。第一内部腔室被设置成用来接收来自涡轮发电机的工作流体排出流，而第二内部腔室被设置成用来接收水。这些腔室被设置成允许在位于第一腔室内的工作流体和位于第二腔室内的水之间进行热交换，从而优选地在第二腔室内对水进行巴氏消毒。在更狭义的方面中，该系统还包括被设定成用来向流进涡轮发电机的工作流体施加热量的热源。

在又一个方面中，本发明提供了一种产生能量和对水进行巴氏消毒的方法。首先以生成热量的方式产生电能；通过将所述热量携载于被加热流体中进入到热交换机的两个在流体上分开的内部腔室中的第一个腔室中来利用所述热量，所述腔室被构造成允许在位于第一腔室内的被加热流体和位于这两个腔室中的第二个腔室内的废水之间进行热交换，在第一腔室内的被加热流体的温度高于对废水进行巴氏消毒的温度；让废水流经所述热交换机的第二腔室，开始时所述废水的温度低于废水的巴氏消毒温度；使流经第二腔室的废水吸收来自位于第一腔室内的被加热流体的热量；控制流经所述热交换机的第二腔室的废水的流速，从而使废水的温度升高至废水的巴氏消毒温度，并且使在所述热交换机内的已被加热的废水进行巴氏消毒，其中，所述热交换机是第二热交换机，并且所述方法还包括：使来自废水源的未经巴氏消毒的废水流经第一热交换机的两个在流体上分开的内部腔室中的第一个腔室，并且使存在于所述第二热交换机的第二腔室内的被加热并经巴氏消毒的废水流经所述第一热交换机的两个腔室中的第二个腔室，所述第一热交换机的腔室被构造成允许在该第一热交换机的第一腔室内的未经巴氏消毒废水和该第一热交换机的第二腔室内的被加热并经巴氏消毒的废水之间进行热交换，并允许流经所述第一热交换机的第一腔室的未经巴氏消毒废水从该第一热交换机的第二腔室内的被加热并经巴氏消毒的废水吸收热量；以及使所述第一热交换机的第一腔室内的未经巴氏消毒废水从第一热交换机流入第二热交换机的第二腔室内，从而使该未经巴氏消毒的废水在进入第二热交换机之前被部分加热。

在再一个方面中，本发明提供了一种产生电能并且对水进行巴氏消毒的方法。将空气泵送穿过涡轮发电机。空气使涡轮发电机产生出电能。在空气离开涡轮发电机之后，热量从空气传递给水，从而使水温升高至至少水巴氏消毒温度。

为了概括本发明及其优于现有技术的优点，本发明的一些目的和优点已经在上面进行了说明并且在下面将进一步说明。当然，要理解的是根据本发明的任意具体实施方案不必实现所有这些目的或优点。因此，例如本领域普通技术人员将认识到可以按照实现或优化如在这里所示出的一个优点或一组优点而不必实现如在这里所示出或建议的其它目的或优点的方式来实施或实现本发明。

所有这些实施方案都处于在这里所披露的本发明的范围内。本领域普通技术人员从参照附图给出的优选实施方案的以下详细说明中将很容易了解本发明的这些和其它实施方案，本发明并不限于在这里所披露的任意具体优选实施方案。

附图说明

图1为示出根据本发明优选实施方案的水巴氏消毒和发电系统的流程图；

图2为本发明优选实施方案中使用的热交换机的示意图；

图3为示出了其中将来自废水的消化气用作在管式燃烧器处的附加热源的本发明的一个实施方案的流程图；以及

图4为示出了其中来自废水的消化气与天然气燃料源混合的本发明的一个实施方案的流程图。

具体实施方式

一种用于产生电能的公知方法是让流体例如蒸汽或气体以高速流动穿过涡轮发电机。涡轮发电机通常包括与发电机连接的涡轮机。该涡轮机包括涡轮叶片和输出轴。发电机一般包括可以与涡轮机输出轴连接的轴。发电机轴装配有用于将轴转动转变成电能的磁铁。通常，使工作流体处于过热气体状态以促使在更高的速度下流动穿过该涡轮机。流体流动穿过涡轮机叶片以使涡轮机和发电机轴旋转。磁铁的电磁场的随后运动产生出电流。发电机一般包括用于收集和存储所产生出的能量的附加设备。还有更多基于这些基本原理的用于发电的精心制造的设备和方法。

本发明的优选实施方案利用已经离开涡轮发电机之后的工作流体的热量来对水进行巴式消毒。因此，本发明的优选实施方案认识到在传统发电机和水巴氏消毒之间的接合机会。

图1为示出了根据本发明优选实施方案的水巴氏消毒和发电系统5的流程图。该系统5包括水巴氏消毒子系统6和发电子系统8，每个系统都由图1中的虚线表示。如下面所述一样，水巴氏消毒子系统6接收废水流出物12并且输出经巴氏消毒的净水30。同时，发电子系统8从穿过涡轮发电机61的如空气或水(但是优选为空气)的过热工作流体流产生出电能。有利的是，如下面所述一样，水巴氏消毒子系统6利用了从发电子系统8排出的热量，这为容易与发电子系统8分离的部分能量，从而在这两个子系统之间产生协同作用。

本说明书先从该系统5的结构部件的说明开始，之后说明该系统的操作。

水巴氏消毒子系统6的主要部件为第一热交换机16、第二热交换机20和存储容器24。该子系统6还包括多个用于在这些部件之间连接的流动通道。现在将对该子系统6的结构布置进行说明。

第一热交换机16如下面所述一样与四个水流动通道连接。“流动通道”在这里表示一个或多个流动通路或腔室，它们可以采取多种不同尺寸和结构。第一热交换机16包括两个在流体上分开的内部腔室。第一腔室用作在废水输入流动通道14和预热水流动通道18之间的管道，而第二腔室用作在经巴氏消毒水流动通道26和净水输出流动通道28之间的管道。虽然在图1中没有显示出，但是第一热交换机16的两个腔室如在热交换机领域中所公知的一样优选地被构造成用来增强在位于这两个腔室内的流体之间的热交换。优选的是，将这两个腔室构成为相互之间具有很大的接触表面积以促进在它们之间进行更多的热传递。

图2为适用于本发明优选实施方案的热交换机80的示意图。具体地说，该热交换机80适合用作在图1中所示的第一热交换机16和/或第二热交换机20(下面所述的)以及如所要求的任意附加热交换机。该热交换机80包括两个在流体上分开的内部腔室A和B，并且具有将这些腔室分开的界面82。该热交换机80包括入口84和88以及出口86和90。该腔室A与入口84和出口88连接，而腔室B与入口88和出口90连接。虽然图2显示为二维示图，但是要理解的是该热交换机80为三维结构。因而这些腔室A和B为三维腔室。虽然腔室B以两个部分显示出，但是要理解的是腔室B如腔室A一样为一个连续腔室。虽然该示意图的界面82显示为两个简单的线性线段，但是要理解的是该界面82优选地被构造成在腔室A和腔室B之间形成很大接触表面积，从而促进在它们之间更多的热传递。这两个腔室在流体上分开。因此，流体1可以通过入口84和出口86流动穿过腔室A，并且流体2可以通过入口88和出口90流动穿过腔室B，并且这两种流体在热交换机80内不会出现任何混合。

继续参照图1，第二热交换机20如下面所述一样与两个水流动通道和两个气流通道连接。与第一热交换机16一样，第二热交换机20包括两个在流体上分开的内部腔室。第一腔室用作在预热水流通道18和经巴氏消毒水流通道22之间的管道。第二腔室用作在气流通道66和气流排出通道68之间的管道。虽然没有显示出，但是第二热交换机20的两个腔室如在热交换机领域中所公知的一样优选地被构造成用来提高在位于这两个腔室内的流体之间的热交换。优选的是，将这两个腔室构造成为相互之间具有很大的接触表面积以促进在它们之间进行更多的热传递。

经巴氏消毒水流动通道22用作在第二热交换机20和存储容器24之间的管道。经巴氏消毒水流动通道26如上面所述一样使存储容器24与第一热交换机16的内部腔室中的一个连接。巴氏消毒子系统6的水流动通道的一个或多个可以完全或部分绝缘以防止热损失或增益。在一个实施方案中，所有流动通道都被绝缘。当然，优选地在每个热交换机中的这些腔室之间没有任何绝缘。

发电子系统8的主要部件为燃料源42(优选为天然气)、气体压缩机46、泵41、气体点燃室50、涡轮发电机61和管式燃烧器64。该子系统8还包括多个用于在这些部件之间连接的流动通道。现在对该子系统8的结构进行说明。

气体燃料源42通过未压缩气体流动通道44与气体压缩机46和管式燃烧器64连接。气体燃料源42优选地包括天然气，例如甲烷、丙烷或丁烷，但是也可以为其它气体。气体压缩机46通过压缩气体流动通道48与气体点燃室50连接。气体点燃室50也与气流通道52和涡轮机入口气流通道54连接。在所示的实施方案中，设置泵41来将在泵入口39处接收到的空气40泵送进气流通道52。气体点燃室50优选地包括天然气点火器(也未示出)，例如电火花发生器、火焰发生器或其它类似的装置。涡轮机入口气流通道54与涡轮发电机61的入口连接。在所示的实施方案中，涡轮发电机61包括具有与发电机60连接的输出轴58的涡轮机56。“涡轮发电机”在这里用来表示涡轮机和发电机的组合，涡轮机输出轴被构造成用来驱动发电机。

涡轮机56的流体输出通过“排出”气流通道62与管式燃烧器64连接。离开涡轮机56进入气流通道62的气流有时在这里被称为“涡轮机废气”。管式燃烧器64也与通向第二热交换机20的上述气流通道66连接。也与第二热交换机20连接的气流排出通道68通向用于将气体排向外界的烟道70。如本领域所知的一样，优选地设置连续排放监测(CEM)系统72来监测在气流排出通道68中的空气质量。可以将发电子系统8的气流通道中的一个或多个完全或局部绝缘以防止热损失或增益。在一个实施方案中，所有流动通道都被绝缘。

现在将对根据本发明优选实施方案的整个系统5的操作进行说明。如上所述，发电子系统8将过热气流转变成电能。优选地通过气流通道52将等于或接近室温(如59°F)的空气40泵送进气体点燃室50。同时，大约为100psig的天然气通过未压缩气体流动通道44从气体燃料源42流进气体压缩机46。该压缩机46将气体压缩至更高的压力(例如，318psig)，从而该气体在点燃时将具有大大增加的发热能力。该加压气体通过压缩气体流动通道48流进气体点燃室50。在气体点燃室50中，加压天然气与空气40混合。天然气点燃装置(未示出)在空气40的存在下将加压天然气点燃，从而将大量热量释放进空气中。结果，使在气体点燃室50内的空气进入过热加压气体状态。在该情况下，过热气体(包括由点燃而来的排烟)通过涡轮机入口气流通道54高速流进涡轮机56。高速过热空气流使得涡轮机叶片转动，从而使输出轴58转动。发电机60按照上述方式将该转动转变成电能。

在过热空气流经涡轮机56之后，它继续通过排出气流通道62进入管式燃烧器64。该管式燃烧器64通过未压缩气体流动通道44接收天然气。在一可选实施方案中，管式燃烧器64可以接收来自压缩气体流动通道48的压缩气体流。与气体点燃室50一样，该管式燃烧器64优选地包括天然气点火器(未示出)，例如电火花发生器、火焰发生器或其它类似的装置。在管式燃烧器64内部，将天然气点燃以在空气通过气流通道66向前流进第二热交换机20的两个内部腔室中的一个时向它施加额外的热量。要理解的是，管式燃烧器64虽然是优选的，但不是必要的。在第二热交换机20内部，如下面所述那样空气由于与更冷的水进行热交换而明显冷却。冷却空气通过气流排出通道68离开第二热交换机20。冷却空气通过烟囱70向外界排出。

为了符合排放标准，第二热交换机20优选地包括用于在空气通过烟囱70排放到外界之前将它净化的催化剂。优选的是，利用选择催化还原(SCR)催化剂来将氮氧化物(Nox)排放物还原。SCR催化剂可以与还原剂例如氨基或脲基化合物结合使用。如本领域所公知的那样也可以使用其它催化剂例如CO催化剂以符合排放标准。如上所述，CEM系统72优选用来监测通过烟囱排放进周围环境中的空气质量以确保符合排放标准。

在操作中，水巴氏消毒子系统6通过使废水12流动穿过热交换机16和20来将废水排放物12进行巴氏消毒。在进入水巴氏消毒子系统6之前，废水排放物12处于或接近室温(例如，60-66°F)。废水12通过废水输入流动通道14流进第一热交换机16的两个内部腔室中的一个。虽然未示出，但是可以设置泵来将废水12泵送进输入流动通道14。可选的是，废水12可以仅借助重力例如通过垂直设置在第一热交换机16上方的收集容器流进输入流动通道14。在一些结构中，可以设置过滤器来在废水流进第一热交换机16之前从废水12中将较大的碎屑过滤掉。

要理解的是，可以有其它用来将来自涡轮机废气的热量传递给未经巴氏消毒的废水。例如，可以任选地设置用来将在第二热交换机20内的来自涡轮机废气的热量传递给第一热交换机16内部的废水。也可以采用其它热交换结构和系统。

在第一热交换机16的两个内部腔室中的一个内，废水吸收来自位于这两个腔室的另一个内的热的经巴氏消毒的水的热量(下面所述)。这使废水的温度升高至巴氏消毒或接近巴氏消毒温度(例如，优选地至少为130°F、更优选为至少135°F并且最好为140-148°F)。然后加热的水通过预热水流动通道18流入第二热交换机20的两个内部腔室中的一个。在第二热交换机20中，水从流经热交换机20的另一个内部腔室的热空气吸收额外的热量。这导致水温更进一步升高至巴氏消毒水平(例如，优选地为150-170°F，更优选为至少160°F，并且最好为160-161°F)。经巴氏消毒的水经巴氏消毒水流动通道22流进存储容器24。要理解的是，存储容器24可以从设计中删除或移动至输出水流动通道28下游，以用作随后阶段的收集容器。经巴氏消毒的水继续通过经巴氏消毒水流动通道26进入第一热交换机16的没有包含来自废水输入流动通道14的输入废水流出物12的内部腔室。如上所述，热巴氏消毒水将热量送给更冷的废水12，从而使得经巴氏消毒水的温度下降，优选地回到大致室温(例如，76°F)。冷却的经巴氏消毒水作为清洁输出水30通过净水输出流动通道28离开第一热交换机16。

还要理解的是，优选地设有用来控制流经第二热交换机20的水的流速的流量控制器。优选的是，如此控制流经第二热交换机20的水，即，该水能够吸收足够的来自涡轮机排出气流的热量，从而其温度升高至水巴氏消毒温度并持续足以将该水进行巴氏消毒的一段时间。

在一个优选实施方案中，来自气体燃料源42并且处于未压缩气体流动通道44中的天然气燃料为大约100psig并且提供了大约7.1MMBtu/hr的能量。在气体压缩机46中将气体压缩之后，该气体优选地为大约318psig并且提供了大约74.6MMBtu/hr的能量。在一个实施方案中，涡轮发电机61为由Solar Turbines of San Diego，CA销售的TAURUS 70-T10301S。在海平面以上海拔200英尺的高度、室温为59°F并且湿度为60％的条件下，该具体的涡轮发电机其总功率输出为7.160MW。在所有这些条件下，在气流通道62中的涡轮机废气其流速大约为210,044lb/hr并且其温度大约为916°F。优选的是，从在未压缩气流通道44中的天然气施加给在管式燃烧器64中的空气的附加热量使得气体温度到达大约1034°F。在优选实施方案中，离开第二热交换机20的冷却空气其温度大约为250°F，并且以大约为210,385lb/hr的速度从烟囱70流出。

在该优选实施方案中，将热交换机16和20以及存储容器24的尺寸和结构设置成每天可对大约1000万加仑的废水排放物12进行巴氏消毒。在另一个优选实施方案中，将该系统的尺寸和结构设置成每天可对上述量的两倍进行巴氏消毒。本领域技术人员将理解的是，可以通过下述方式调整系统5的容量：改变热交换机16和20的尺寸和热传递量、改变存储容器24和水流动通道的尺寸、选择不同的具有不同加热能力的天然气燃料和/或选择具有不同涡轮机排出气流特性的涡轮发电机。在优选实施方案中，将热交换机构造成为每天巴氏消毒优选地至少为500万、更优选地至少为1000万、再优选至少为1500万并且最好至少为2000万加仑的废水。

在优选实施方案中，水保持在巴氏消毒温度下优选地至少为2秒、更优选至少5秒再优选至少为10秒，并且最好为至少15秒。一般来说，水温越高，巴氏消毒所需的时间越少。优选在至少160°F的温度下将水巴氏消毒至少5秒。在200°F下，巴氏消毒时间优选为至少两秒。水巴氏消毒温度(即，在水流动通道22中的水的温度)优选为150-212°F并且更优选为155-200°F。在150-170°F的范围中进行消毒是理想的，因为更高温度需要发电子系统8产生更多热量，这反过来将增加成本和/或降低生产速率。水巴氏消毒温度优选至少为160°F。

本发明预期在城市等级上具有特别的优点和实用性。本发明使得市政当局能够按照成本效益方式生产出能量并且就地对水进行巴氏消毒。所产生出的能量可以补充从更大的电力公司购买的能量。经巴氏消毒的水可以用于当地使用。如在当地或城市等级处使用一样，水巴氏消毒和发电系统5的涡轮机56优选地为相对较小尺寸。在一个实施方案中，涡轮机56能够产生出可达到50MW的功率，并且更优选产生出可达1000MW的功率。在一个优选实施方案中，水巴氏消毒和发电系统5每产生出1MW的能量能够处理大约200,000加仑的水。该系统5优选地每产生出1MW的能量能够处理至少100,000加仑并且更优选至少为500,000加仑的水。该系统5最好每产生出1MW的能量能够处理200,000-1,500,000加仑的水。在一个优选实施方案中，该系统每产生出1MW的能量能够处理1.4百万加仑的水。

普通技术人员将理解的是，该水消毒子系统6不必如在这里所示出的那样包括两个热交换机。例如，可以通过使用单个热交换机来接收涡轮机排出气流(例如，消除第一热交换机16并且将废水12直接引导入第二热交换机20)来将废水12进行巴氏消毒。但是，两个热交换机是优选的，因为这明显增大了子系统6的巴氏消毒能力。如果使用单个热交换机，它必须使废水12的温度从室温或接近室温升高到至少150-170°F的巴氏消毒温度，增加大约100°F。为了使温度升高这么多，必须限制通过单个热交换机的水流速度，从而使水能够从涡轮机排出气流吸收足够的热量。在单个热交换机布置中，估计该系统每产生出1MW的能量能够对250,000加仑的水进行巴氏消毒。但是，通过利用所示的两个热交换机16，20，第一热交换机16能够将废水12预热至大约140°F。这样，第二热交换机20只需使水温升高10-31°F(优选至150-171°F，最好至160-161°F)。这可以允许更高的水流速度。估计采用两个热交换机的该系统5每产生出1MW的能量能够消毒1.4百万加仑的水。采用两个热交换机的另一个好处在于，经巴氏消毒的水被冷却至接近室温。虽然所示的实施方案使用了两个热交换机，但是普通技术人员将理解的是，该系统5可以包括任意数量的按照在图1中所示的方式串联连接的热交换机。

虽然所示的实施方案采用天然气来加热流进并且离开涡轮发电机的空气，但是要理解的是，也可以通过采用任选的发热源(例如核能或燃烧煤)来获得本发明的这些益处。要理解的是，可以采用任意形式的能量来加热流进并且离开涡轮发电机的空气。

继续参照图1，该水巴氏消毒和发电系统5可以利用来自经预热和氧化的废水的所谓“消化气”作为用于加热发电子系统8的工作流体的燃料源。优选的是，在废水12进入第一热交换机16之前将它预热并且氧化。预热和氧化促进细菌生长并且使废水释放出消化气，通常为甲烷气体。在点火时，消化气能够向工作流体施加额外的热量。

图3显示出利用消化气作为用于发电子系统的工作流体的附加热源的本发明系统的一个实施方案，其中将消化气送入管式燃烧器64。预先将废水12收集在腔室或容器95中。如上所述，将废水12预热和/或氧化以将消化气释放进与气体压缩机97连接的消化气流动通道96。需要将消化气压缩以便将消化气的热产生容量优选地升高至与在优选实施方案中的天然气42相适应的程度。在压缩机97内将消化气压缩之后，它通过消化气流动通道98流进管式燃烧器64，在那里它与在该优选实施方案中的来自天然气流动通道44的天然气42混合。在可选实施方案中，压缩机97从设计中被删除，并且优选地具有从容器95到管式燃烧器64的单个不受阻碍的消化气流动通道。

图4示出利用消化气作为用于发电子系统的工作流体的附加热源的另一个实施方案，其中消化气与该优选实施方案的天然气燃料源42直接混合。消化气通过消化气流动通道99从容器95中流出并且进入气体压缩机100。在压缩机100内将消化气压缩之后，在该优选实施方案中它通过消化气流动通道101直接流进天然气源42中。在该实施方案中，消化气与涡轮机56上游的工作流体混合。在一些情况中，将消化气导入涡轮机56会带来损坏涡轮机的危险和/或可能降低涡轮机性能，在该情况下图3的实施方案优于图4的实施方案。但是，在不存在消化气损坏涡轮机的危险时(或者在这种危险可以忽略不计时)，图4的实施方案在一些情况中是优选的。在可选实施方案中，压缩机100从设计中删除，优选地具有从容器95到该优选实施方案的天然气燃料源42的单个不受阻碍的天然气流动通道。

虽然已经在一些优选实施方案和实施例中对本发明进行了说明，但是本领域普通技术人员要理解的是，本发明延伸超出这些具体披露的实施方案到其它可选实施方案和/或本发明的用途及其显而易见的改变和等同方案。另外，除了上述说明的之外，本发明的各个特征可以单独使用或者与本发明的其它特征结合使用。因此，在这里所披露的本发明的范围不应该受到上述具体实施方案的限制，而是应该通过公正理解下面权利要求来确定。

Claims (16)

1.一种用于产生能量和对水进行巴氏消毒的方法，它包括：

以生成热量的方式产生电能；

通过将所述热量携载于被加热流体中进入到热交换机的两个在流体上分开的内部腔室中的第一个腔室中来利用所述热量，所述腔室被构造成允许在位于第一腔室内的被加热流体和位于这两个腔室中的第二个腔室内的废水之间进行热交换，在第一腔室内的被加热流体的温度高于对废水进行巴氏消毒的温度；

让废水流经所述热交换机的第二腔室，开始时所述废水的温度低于废水的巴氏消毒温度；

使流经第二腔室的废水吸收来自位于第一腔室内的被加热流体的热量；

控制流经所述热交换机的第二腔室的废水的流速，从而使废水的温度升高至废水的巴氏消毒温度，并且使在所述热交换机内的已被加热的废水进行巴氏消毒，

其中，所述热交换机是第二热交换机，并且所述方法还包括：

使来自废水源的未经巴氏消毒的废水流经第一热交换机的两个在流体上分开的内部腔室中的第一个腔室，并且使存在于所述第二热交换机的第二腔室内的被加热并经巴氏消毒的废水流经所述第一热交换机的两个腔室中的第二个腔室，所述第一热交换机的腔室被构造成允许在该第一热交换机的第一腔室内的未经巴氏消毒废水和该第一热交换机的第二腔室内的被加热并经巴氏消毒的废水之间进行热交换，并允许流经所述第一热交换机的第一腔室的未经巴氏消毒废水从该第一热交换机的第二腔室内的被加热并经巴氏消毒的废水吸收热量；以及

使所述第一热交换机的第一腔室内的未经巴氏消毒废水从第一热交换机流入第二热交换机的第二腔室内，从而使该未经巴氏消毒的废水在进入第二热交换机之前被部分加热。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用驱动一能量发生器的涡轮发电机生成能量，并且所述被加热的流体是该涡轮发电机的工作流体。

3.如权利要求2所述的方法，还包括在工作流体流进涡轮发电机之前将它加热。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述工作流体的加热包括将工作流体与点燃的天然气燃料混合。

5.如权利要求4所述的方法，还包括在将天然气燃料与工作流体混合之前，在气体压缩机内将天然气燃料压缩。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，加热所述工作流体包括使所述工作流体吸收来自燃烧的煤的热量。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，加热所述工作流体包括使所述工作流体吸收核能。

8.如权利要求2所述的方法，还包括在所述工作流体离开所述涡轮发电机之后并且在其进入热交换机的第一腔室之前将它加热。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巴氏消毒温度为150-170°F。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巴氏消毒温度至少为160°F。

11.如权利要求1所述的方法，还包括使流经热交换机的第二腔室的水在至少160°F的温度下保持至少5秒钟。

12.如权利要求1所述的方法，还包括每产生出1MW的能量能够对至少200,000加仑的水进行巴氏消毒。

13.如权利要求1所述的方法，还包括每产生出1MW的能量能够对至少500,000加仑的水进行巴氏消毒。

14.如权利要求2所述的方法，还包括：

在水流经热交换机的第二腔室之前将它加热和氧化，从而使水释放出消化气；

使消化气与工作流体混合；以及

在存在工作流体的情况下点燃该消化气，从而使该消化气向工作流体施加热量。

15.如权利要求14所述的方法，还包括在所述的使消化气与工作流体混合的步骤之前使消化气与天然气混合。

16.如权利要求14所述的方法，还包括在所述的使所述消化气与工作流体混合的步骤之前压缩所述消化气。

Images