专利名称：采用太阳能供电的污水处理系统及污水处理方法
技术领域：
本发明涉及污水处理领域，尤其是一种采用太阳能供电的污水处理系统及污水处
理方法。
背景技术：
现在农村污水或者宾馆、饭店等小型、分散式的污水处理具有以下两个方面的问题(1)上述污水具有单个水量小但是分布广泛的特点，排放的大量氮、磷引起的水体富营养化程度日趋严重。传统的脱氮处理工艺，如A2/0、UCT等工艺，需要厌氧池、缺氧池、 好氧池、二沉池等四个池体，对于农村污水这样小流量的处理，显得工艺复杂、能耗高、不易操作控制和管理。开发具有脱氮效果的小型生物膜法一体化装置对于处理上述小流量污水具有重要的意义，同时由于农村经济能力限制，决定了工艺方法应尽可能简单，尽可能的减少动力设备的使用，尽可能采用低功率设备，尽可能减少固定资产投资和运行费用。随着技术的不断发展和进步，能够实现上述功能的技术越来越多。在公开号为CN 14M856A的中国专利中，公开了一种序批式一体化膜生物反应器，但是该反应器结构复杂， 设备投资较高；同时在运行过程中需要抽吸泵和提升泵，增加了运行过程中的能耗和运行费用。上述污水处理方式只能去除原水中的大颗粒固化物，无法将原水中的小颗粒固化物彻底的由原水中去除，使处理后的水质依次含有杂质。( 由于经济发展的不平衡，广大农村地区目前经济欠发达，农民的经济承受能力有限，对于需要额外支付电力费用的污水处理方案一般都有抵触情绪，同时，一般的小型污水处理装置运行费用较高。为解决上述问题，以绿色能源太阳能作为供电方式的分散式污水处理方式应运而生，太阳能作为取之不尽，用之不绝的新能源形式，具有清洁、安全、经济的特点，一次投资后可以长期免费使用， 这样的能源利用方式对农村地区吸引力是巨大的。对太阳能的利用分为光热和光伏两种形式，截至目前，目前对太阳能的使用主要还是光热系统，光伏系统因为较高的一次性投资而限制了推广。在公开号为CN102020323的中国专利中，公开了一种太阳能发电的分布式污水处理系统，该污水处理系统包括太阳能光伏阵列、蓄电池、太阳能控制器、逆变器和污水处理设备，该设备能够实现将太阳能转化为电能并且通过蓄电池的储存将电能释放给污水处理设备并运行，适合于经济不发达地区和供电不方便地区，但是由于该方案一般需要考虑5-7 天的连续阴雨天数，因此，需要蓄电池的容量显著偏大，显著增加系统投资成本；同时蓄电池是整个太阳能供电系统投资的主要部分，性能最稳定的胶体蓄电池的循环寿命也只有 800次左右，一般4-5年就需要更换蓄电池，这样蓄电池的投资会带来巨大的经济压力；如果不考虑足够的蓄电池容量，又可能导致蓄电池长期处于亏电状态，显著降低蓄电池的使用寿命。目前市电在大部分地区都是能够接到的，如果能够将太阳能系统和市电系统实现自动切换，则能够实现大幅度降低蓄电池的固定资产投资和后续的运行费用的问题，在目前太阳能光伏阵列发电成本比较高的现状下，不失为一种有效的解决办法，在不增加较多的设备投资的前提下能够最大限度的利用现有太阳能。
发明内容
针对上述技术中的不足之处，本发明提供一种采用太阳能为污水处理装置进行供电，从而实现节电效果，通过斜板沉降区可将原水中的污泥进行彻底分离，使原水能够有效净化的采用太阳能供电的污水处理系统及污水处理方法。为实现上述目的，本发明提供一种采用太阳能供电的污水处理系统，由依次连接的太阳能供电装置、鼓风机与污水处理装置构成，所述污水处理装置包括依次连通的缺氧区与好氧区，其特征在于，在所述好氧区的末端还设有与所述好氧区相连通的斜板沉降区， 在所述斜板沉降区中设有斜板、分配消能管与泥渣区，所述泥渣区设置在所述斜板沉降区的底部，所述分配消能管贯穿于所述斜板中。所述斜板设置在所述斜板沉降区的中部，所述分配消能管的一端与所述好氧区相连通。在所述缺氧区与所述好氧区中设有分别和所述鼓风机相连通的穿孔曝气管与曝气器，在所述缺氧区的底部还设有排泥管，所述排泥管的外端贯穿于所述缺氧区的外壁，所述排泥管的内端则贯穿于所述好氧区并延伸至所述泥渣区中。在所述好氧区中设有生物填料，其顶部还设有回流管，所述回流管的一端设置在所述好氧区中水平面以下，所述回流管的另一端延伸至所述缺氧区的内部。为实现上述目的，本发明同时还提供一种采用太阳能供电的污水处理方法，包括以下步骤(1)原水在缺氧区中停留2 4个小时进行反硝化脱氮处理；(2)原水在好氧区可停留4 9个小时进行有机物和氨氮的去除，形成硝化液；(3)好氧区出水在斜板沉降区中停留2 3小时在重力作用下进行沉淀和分离处理。在步骤(1)中，通过缺氧区中的穿孔曝气管对原水进行搅拌，使原水在缺氧状态下实现反硝化脱氮。在步骤O)中，好氧区的溶解氧浓度为1. 8 2. 5mg/L，通过曝气器使好氧区中的水位提升，并与缺氧区中的水位产生水位差，硝化液通过好氧区顶部内置的回流管回流至缺氧区形成回流液。在步骤(3)中，在重力作用下，好氧区出水中的大颗粒固化物自然沉降至泥渣区， 其余的小颗粒固化物在高效斜板的作用下沉淀至泥渣区，从而实现液体与固化物的分离。分离后的清水通过出水管排出，剩余污泥由设置于缺氧区底部并延伸至泥渣区中的排泥管排出，排泥管在好氧区中起到排空的作用。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明利用太阳能为能源，并转化为电能为污水处理装置进行供电，具有永久性、 清洁性以及经济性等特点，可实现节电的效果，通过斜板沉降区可将原水中的污泥颗粒进行彻底分离，使原水能够得到有效净化；具有适用范围广，不仅可以应用在广大农村地区，而且在宾馆、饭店等分散式的场合都可以得到应用；经过污水处理装置处理后的清水的出水指标达到国家标准；另外，处理污水的运行费用低，每吨水的耗电量仅为0. 4kwh。
图1为本发明的总装图2为本发明的结构图3为图2的俯视图4为本发明污水处理方法的流程图。
主要符号说明如下
1-缺氧区2-好氧区3-斜板沉降区
4-原水进水管5-穿孔曝气管6-生物填料
7-曝气器8-斜板9-清水出水管
10-回流管11-排泥管12-分配消能管
13-鼓风机14-太阳能供电装置15-太阳能光伏阵列
16-污水处理装置17-泥渣区
具体实施例方式以下用实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，将有助于对本发明的技术方案的优点和效果有更进一步的了解。如图1与图3所示，本发明提供一种采用太阳能供电的污水处理系统，由依次连接的太阳能供电装置14、鼓风机13与污水处理装置16构成，太阳能供电装置14为鼓风机供电。其中，污水处理装置16由依次连通的缺氧区1、好氧区2以及斜板沉降区3构成。在缺氧区1的底部设置有穿孔曝气管5以及贯穿至缺氧区1外壁的排泥管11，排泥管11兼具缺氧区1、好氧区2的排空及斜板沉降区的排泥功能。排泥管11的外端贯穿于缺氧区1的外壁，排泥管11的内端还贯穿于好氧区2并延伸至斜板沉降区3底部的泥渣区17中。缺氧区底部剩余污泥由设置于在其底部的排泥管11定期排出，延伸至好氧区中的排泥管在好氧区中起到排空的作用，泥渣区中的污泥也通过延伸至其内部的排泥管排出。在缺氧区 1的顶部外壁上还设有原水进水管4。穿孔曝气管在对原水进行曝气的同时，原水中的一些污泥会在重力的作用下下落至缺氧区的底部，在排泥管与阀门控制可定期为缺氧区的底部污泥进行排泥。在好氧区2的底部设有曝气器7，鼓风机13通过管路分别与穿孔曝气管 5以及曝气器7相连通，鼓风机将压缩空气通过管路注入穿孔曝气管以及曝气器中，并由穿孔曝气管以及曝气器传输至缺氧区与好氧区中。在好氧区2中还设置有生物填料6，并且分布在好氧区2中。该生物填料6为悬浮类填料与软性填料中的一种，其中，悬浮类填料为多孔球形悬浮填料或圆柱形蜂窝填料中的一种，软性填料为立体弹性填料、组合填料或软性纤维填料中的一种。在好氧区2的顶部还设有回流管10，该回流管10的一端设置在好氧区2中水平面以下，回流管10的另一端延伸至缺氧区1的内部，从而实现反应装置的内部回流。斜板沉降区3设置在好氧区2的末端，在斜板沉降区3中设有斜板8与分配消能管 9以及泥渣区17，其中，泥渣区17设置在斜板沉降区3的底部，分配消能管9的顶部贯穿于斜板8中，分配消能管与好氧区相连通。在斜板沉降区3的外壁上还设置有清水出水管9。
太阳能供电装置14由太阳能光伏阵列15、蓄电池、控制器与充电逆变一体机构成，控制器分别与太阳能光伏阵列、蓄电池以及充电逆变一体机相连接。其中，太阳能光伏阵列用单晶硅电池、多晶硅电池或者薄膜电池；蓄电池采用普通铅酸蓄电池、胶体蓄电池或者锂离子电池；控制器分别与太阳能光伏阵列和蓄电池相连接，具有调节太阳能电量和蓄电池电量的功能。太阳能光伏阵列的电量首先进入控制器，在除去负载需要的电量后多余的电量送往蓄电池进行储存；充电逆变一体机能够保证当蓄电池的电压下降较多时，能够自动将负载切换到市电工作，同时充电机能够给蓄电池充电，保证蓄电池不会长期处于亏电状态，同时系统启动稳定，不会对蓄电池系统造成冲击。本发明能够保证最大限度的利用太阳能，同时在保证污水处理设备电力供应的同时最大限度的降低蓄电池的投资。如图4所示，本发明同时还提供一种实现采用太阳能供电的污水处理系统的处理方法，包括以下步骤(1)原水在缺氧区中停留2 4个小时进行反硝化脱氮处理在步骤(1)中，原水通过原水进水管进入缺氧区中，并停留2 4个小时，通过缺氧区中的穿孔曝气管对原水进行搅拌，使原水在悬浮和缺氧状态下实现反硝化脱氮处理。(2)原水在好氧区可停留4 9个小时进行有机物和氨氮的去除，形成硝化液在步骤O)中，好氧区中溶解氧的浓度为1. 8 2. 5mg/L，通过好氧区中的生物填料去除原水中的有机物和氨氮，形成硝化液。硝化液通过好氧区中的曝气器进行曝气，使得好氧区中的水位提升，并与缺氧区中的水位产生水位差，使硝化液通过好氧区顶部内置的回流管回流至缺氧区，与此同时，硝化液还会流入斜板沉降区。回流后的硝化液在缺氧区中与原水混合后，通过缺氧区中的穿孔曝气管再次进行反硝化脱氮后流入好氧区中，并与好氧区中的硝化液混合后形成混合液，混合液也流入斜板沉降区中。其中，好氧区中硝化液与缺氧区中原水的比例为1 1 3 1。另外，好氧区中的排泥管起到排空的作用。(3)好氧区出水在斜板沉降区中停留2 3小时，并在重力作用下进行沉淀和分离处理在步骤(3)中，好氧区出水通过分配消能管进入斜板沉降区，并停留2 3小时， 在重力作用下，好氧区出水中的大颗粒固化物自然沉降至泥渣区，其余的小颗粒固化物在高效斜板的作用下沉淀至泥渣区，从而实现液体与固化物的分离。分离后的清水通过出水管排出，剩余污泥由设置在泥渣区中的排泥管排出。本发明将污水处理装置设置于地下，原水自流通过原水进水管进入缺氧区中，在经过穿孔曝气管进行反硝化脱氮处理后流入好氧区中；在好氧区中通过生物填料与曝气管进行去除有机物和氨氮处理后流入斜板沉降区中；在斜板沉降区中大颗粒固化物自然沉降至斜板沉降区底部的泥渣区，小颗粒固化物在斜板的作用下沉淀至泥渣区，分离后的清水通过出水管排出。系统运行时，原水首先通过原水进水管进入缺氧区；缺氧区中仅通过设置的穿孔曝气管对原水进行搅拌，使原水保持在悬浮和缺氧状态进行反硝化脱氮，然后进入好氧区去除有机物和氨氮；好氧区内装填有生物填料，采用曝气器精确曝气，曝气时好氧区的水位依靠曝气得到提升，并与缺氧区产生水位差，通过内置的回流管将硝化液回流到缺氧区；同
6时好氧区出水经过分配消能管进入斜板沉降区，在重力作用下，大颗粒固化物经自然沉降至泥渣区，其余的小颗粒固化物在斜板的作用下沉淀至泥渣区，与固化物分离后的清水通过清水出水管排出。需要处理的原水在污水处理部中的停留时间为8-16小时，其中，在缺氧区中的停留时间为2-4小时，在好氧区中的停留时间为4-9小时，在斜板沉降区中的停留时间2-3小时；本发明由于仅仅使用1台功率为0. 55kw的鼓风机，具有显著的节能效果。太阳能供电装置14的参数为光伏系统装机功率为10kw，蓄电池按照Id的阴雨天设计容量，当遇到连续阴雨天时可以通过与市电切换的方式工作，比原计划按照7d的阴雨天设计容量，节约蓄电池容量约20000Ah，节约固定资产投资3. 6万元，显著降低了设备投资。填料选用球形悬浮填料。待处理的原水水质指标是C0D&300mg/L，B0D5150mg/L,NH3-N25mg/L, SS 140mg/ L，经该污水处理装置处理后的清水的出水指标为C0Dtt50mg/L、B0D510mg/L、NH3-N 5mg/L、 SS 10mg/L，符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准；另外， 处理污水的运行费用中每吨水的耗电量仅为0. 4kwh。 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。
权利要求
1.一种采用太阳能供电的污水处理系统，由依次连接的太阳能供电装置、鼓风机与污水处理装置构成，所述污水处理装置包括依次连通的缺氧区与好氧区，其特征在于，在所述好氧区的末端还设有与所述好氧区相连通的斜板沉降区，在所述斜板沉降区中设有斜板、 分配消能管与泥渣区，所述泥渣区设置在所述斜板沉降区的底部，所述分配消能管贯穿于所述斜板中。
2.根据权利要求1所述的采用太阳能供电的污水处理系统，其特征在于，所述斜板设置在所述斜板沉降区的中部，所述分配消能管的一端与所述好氧区相连通。
3.根据权利要求2所述的采用太阳能供电的污水处理系统，其特征在于，在所述缺氧区与所述好氧区中设有分别和所述鼓风机相连通的穿孔曝气管与曝气器，在所述缺氧区的底部还设有排泥管，所述排泥管的外端贯穿于所述缺氧区的外壁，所述排泥管的内端则贯穿于所述好氧区并延伸至所述泥渣区中。
4.根据权利要求3所述的采用太阳能供电的污水处理系统，其特征在于，在所述好氧区中设有生物填料，其顶部还设有回流管，所述回流管的一端设置在所述好氧区中水平面以下，所述回流管的另一端延伸至所述缺氧区的内部。
5.一种应用根据权利要求1所述系统，实现采用太阳能供电的污水处理方法，包括以下步骤(1)原水在缺氧区中停留2 4个小时进行反硝化脱氮处理；(2)原水在好氧区可停留4 9个小时进行有机物和氨氮的去除，形成硝化液；(3)好氧区出水在斜板沉降区中停留2 3小时在重力作用下进行沉淀和分离处理。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，通过缺氧区中的穿孔曝气管对原水进行搅拌，使原水在缺氧状态下实现反硝化脱氮。
7.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，在步骤O)中，好氧区的溶解氧浓度为1. 8 2. 5mg/L，通过曝气器使好氧区中的水位提升，并与缺氧区中的水位产生水位差， 硝化液通过好氧区顶部内置的回流管回流至缺氧区形成回流液。
8.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，在步骤C3)中，在重力作用下，好氧区出水中的大颗粒固化物自然沉降至泥渣区，其余的小颗粒固化物在高效斜板的作用下沉淀至泥渣区，从而实现液体与固化物的分离。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，分离后的清水通过出水管排出，剩余污泥由设置于缺氧区底部并延伸至泥渣区中的排泥管排出，排泥管在好氧区中起到排空的作用。
全文摘要
本发明提供一种采用太阳能供电的污水处理系统，由依次连接的太阳能供电装置、鼓风机与污水处理装置构成，污水处理装置包括依次连通的缺氧区与好氧区，在好氧区的末端还设有与好氧区相连通的斜板沉降区，在斜板沉降区中设有斜板、分配消能管与泥渣区，泥渣区设置在斜板沉降区的底部，分配消能管贯穿于斜板中。实现上述系统的处理方法分为原水在缺氧区中停留2～4个小时进行反硝化脱氮处理；原水在好氧区可停留4～9个小时进行有机物和氨氮的去除，形成硝化液；好氧区出水在斜板沉降区中停留2～3小时在重力作用下进行沉淀和分离处理。本发明利用太阳能为污水处理装置进行供电，实现节电和环保的效果；经污水处理装置处理后的清水符合水处理标准。
文档编号C02F3/30GK102424476SQ20111033125
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者付宏祥, 汪诚文, 王欣, 薛方勤, 贾捍卫, 赵雪峰, 郝爽, 陆茵 申请人:北京国环清华环境工程设计研究院有限公司