一種利用太陽能驅動的污水生物處理系統及其操作方法技術方案

本發明專利技術公開了一種利用太陽能驅動的污水生物處理系統及其操作方法。該系統由發電單元、電力分配與自動控制單元和污水生物處理單元組合構成，采用無蓄電池的太陽能光伏電池板發電，通過電力分配與自動控制，使污水生物處理單元在有太陽能輻射的情況下運行、在無太陽能輻射的情況下靜置，實現污水厭氧、缺氧和好氧過程的交替與太陽輻射強度變化周期相結合，有效去除污水中的各類污染物。本發明專利技術的優越性在于：利用太陽能代替常規電能驅動污水生物處理反應器，而且舍棄了常規太陽能系統中的蓄電池，降低了太陽能光伏單元的建設和維護成本，通過軟件控制，實現了電力的穩定輸出；本發明專利技術適于分散型污水處理。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于利用太陽能和生物技術處理污水的
，特別涉及一種利用太陽能驅動的污水生物處理系統及其操作方法。
技術介紹
污水處理是能源密集型的綜合技術，特別是污水生物處理系統的曝氣過程，其電 耗將占污水處理全流程電耗的70%左右。高電耗一方面造成了污水處理設施運行成本高； 另一方面，高電耗也加重了我國現階段的能源危機。低能耗污水生物處理工藝的開發一直 是人們關注的熱點之一。如果能夠開發自然能作為污水處理系統的驅動能源，可以減少對 常規電能的需求。 太陽能是國內外公認的有可能成為優先開發利用的新能源之一。在各國政府的大 力支持下，光伏產業發展迅速，在過去的10年里，太陽電池及組件生產的年平均復合增長 率達到41. 8% 。中國的光伏產業在過去的8年里的平均年增長率是49. 5，其中2007年的增 長率為56. 2。中國已經成為世界上最大的太陽能電池生產國，占有世界總產量的26. 6%。 根據中國太陽能協會的報告，2007年中國的太陽能電池產量為1180麗。常規的太陽能發電 系統由太陽能電池板、蓄電池組、太陽能充電控制器和逆變器四部分組成，其中蓄電池的使 用壽命短，需定期更換，是太陽能發電系統成本高的主要原因之一。 目前為止，太陽能用于污水處理領域的例子很少，主要是直接利用太陽光照射的 光催化氧化處理污水技術和利用太陽光照射污泥脫水等。例如公開號為CN101190805的 中國專利公開了一種利用太陽光照射蒸發水蒸汽，然后冷卻水蒸汽使被污染的廢水凈化再 生。而直接利用太陽能發電驅動的污水處理系統未見報道。
技術實現思路
本專利技術的目的之一是為污水生物處理反應器運行探索新的能源；將污水生物處理 與太陽能發電系統結合，形成一種利用太陽能驅動的污水生物處理系統，為減少污水處理 工藝對常規電能的消耗提供一條有效的途徑。本專利技術的另一 目的是提供上述污水生物處理系統的操作方法。 本專利技術的利用太陽能驅動的污水生物處理系統由發電單元、電力分配與自動控制單元和污水生物處理單元組合構成；所述發電單元將太陽能轉變為電能，并以交流電的形式輸出；所述電力分配與自動控制單元安裝在太陽能光伏發電單元的太陽能電池板和逆變器之間，以控制和穩定太陽能光伏發電單元的電量輸出，根據太陽能輻射強度信號控制太陽能光伏系統對污水生物處理單元的多個功能設備輸出電力與否，以保證其穩定運行；所述污水生物處理單元根據太陽能光伏發電單元輸出電量的變化，周期性實現生物反應器中厭氧、缺氧和好氧過程的交替，有效去除污水中的有機物、氮和磷等污染物。 所述的發電單元由太陽能電池板和逆變器組成。太陽能電池板和逆變器中間用傳輸線連接，太陽能電池板將太陽能轉變為電能，通過逆變器以交流電的形式輸出。所用的太陽能電池板可以是任意一種太陽能電池板，包括晶體硅太陽能電池板、薄膜硅太陽能電池板、CIGS太陽能電池板、碲化鎘太陽能電池板、聚光砷化鎵太陽能電池板等。 所述的電力分配與自動控制單元安裝在太陽能光伏發電單元的太陽能電池板和逆變器之間，以控制和穩定太陽能光伏發電單元的電量輸出。 所述電力分配與設備控制單元可由太陽能輻射強度計、數據采集卡、單片機、繼電 器以及單片機內部的自動控制程序組成，封裝為一個單獨設備，通過上述設備控制分配太 陽能光伏電池所產生的電能為整套污水處理設備供電。 所述的污水生物處理單元包括進水管、生物反應區、出水管、污水泵和曝氣與攪拌 設備。 所述的太陽能光伏發電單元產生的電流由電力分配與自動控制單元控制和分配， 并經由逆變器將電流輸入到電源輸出線末端的n個插座上，插座的個數與所述污水生物處 理單元內的污水泵和曝氣與攪拌設備的個數相匹配，所述污水生物處理單元中的污水泵與 所述n個插座中的第1個插座相接，多級曝氣設備和攪拌器等功能設備與第2至第n個插 座相接；其中n的范圍為n > 2， 一般為2_10。 所述的電力分配與自動控制單元中有設定的軟件程序，所述程序首先對太陽能輻 射強度和太陽能光伏電池板輸出電壓進行自動監測與分析，輻射強度和電壓達不到第一設 定值則電路系統不啟動；當太陽能輻射強度和太陽能光伏電池板輸出電壓達到第一設定值 時，隨著太陽能輻射強度的增加，電力分配與自動控制單元將電力依次分配給第1個插座 至第n個插座，即第l至第n個插座相繼通電；當太陽能輻射強度減弱并達到第二設定數值 時，從第n個插座開始依次斷電，直至太陽能輻射低于第一設定值第1個插座斷電，至此全 部插座斷電。 —種上述處理系統的操作方法，即污水生物處理單元的運行所需要的電能由太陽 能發電單元提供，太陽能光伏發電單元產生的電流由電力分配與自動控制單元控制和分配 到電源輸出線末端的n個插座上，所述的電力分配與自動控制單元中有設定的軟件程序， 所述程序首先對太陽能輻射強度和太陽能光伏電池板輸出電壓進行自動監測與分析，輻射 強度和電壓達不到第一設定值則電路系統不啟動，此時污水生物處理單元靜置；當太陽能 輻射強度和太陽能光伏電池板輸出電壓達到第一設定值時，隨著太陽能輻射強度的增加， 電力分配與自動控制單元將電力依次分配給第1個插座至第n個插座，即第1至第n個插 座相繼通電；與此相對應，污水生物處理單元的污水泵與上述第一個插座相接，多級曝氣設 備和攪拌器等功能設備與第二至第n個插座相接；在第一個插座通電后，污水泵啟動，污水 生物處理反應器開始進水，之后，隨著各插座的相繼通電，開始曝氣和攪拌，生物反應器內 為好氧狀態，完成降解有機物、硝化和吸磷，處理出水由出水管排放；當太陽能輻射強度減 弱并達到第二設定數值時，從第n個插座開始依次斷電，直至太陽能輻射低于第一設定值 第1個插座斷電，至此全部插座斷電；與此對應的污水生物處理單元內各功能設備的逆序 關閉，隨后生物反應器進入缺氧和厭氧狀態，發生反硝化和磷的釋放；每天隨著太陽能電力 的供給與停止，污水生物處理反應器內實現好氧、缺氧和厭氧過程的周期交替，分別進行污 水中氮、磷和有機污染物的去除；其中所述的n的范圍為n > 2。 一般范圍為2_10。本專利技術 將太陽能發電與污水生物處理技術有效結合，將新能源用于污水處理，更有利于環境保護。 并且根據太陽朝升夕落周期規律，系統內合理安排污水生物處理過程，當早晨太陽升起時，隨著太陽能輻射強度的增強，首先電路接通系統中污水生物處理單元的進水泵，進水泵工 作，污水生物處理反應器開始進水，隨后隨著太陽能輻射強度的繼續增強，電路在電力分配 與自動控制單元的控制和分配下依次接通多級曝氣設備和攪拌器。曝氣設備和攪拌器接通 后，開始曝氣和攪拌，污水生物處理單元中的生物反應區此時為好氧狀態，在此過程中，完 成降解有機物、硝化和吸磷，處理后的出水由出水管排放。傍晚，隨著太陽能輻射強度的減 弱，程序控制各功能設備的關閉順序為逆序，隨后生物反應區進入缺氧和厭氧狀態，發生反 硝化和磷的釋放。每天隨著太陽能電力的供給與停止，生物反應區內實現好氧、缺氧和厭氧 過程的交替，可有效去除污水中氮、磷和有機污染物，同時還可以省去為太陽能發電配備蓄 電池，有效實現能源利用和節約，更可以降低成本。 有益效果 本專利技術的優點(l)利用太陽能代替常規電能驅動污水生物處理反應器，節省了 污水處理反應器對常規電能的消耗；(2)根據分散型污水晝夜排放本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用太陽能驅動的污水生物處理系統，由發電單元、電力分配與自動控制單元和污水生物處理單元組合構成，其特征在于所述發電單元將太陽能轉變為電能，并以交流電的形式輸出；所述電力分配與自動控制單元安裝在太陽能光伏發電單元的太陽能電池板和逆變器之間，以控制和穩定太陽能光伏發電單元的電量輸出，根據太陽能輻射強度信號控制太陽能光伏系統對污水生物處理單元的多個功能設備輸出電力與否，以保證其穩定運行；所述污水生物處理單元根據太陽能光伏發電單元輸出電量的變化，周期性實現生物反應器中厭氧、缺氧和好氧過程的交替，有效去除污水中的有機物、氮和磷等污染物。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉俊新，韓昌福，梁瀚文，郭雪松，
申請(專利權)人：中國科學院生態環境研究中心，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]