CN102757125A - 一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器 - Google Patents

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张更宇
姚海滨
陈泓明
张德义
乔晓春
马晓飞
张兴
仪鹏飞
高磊
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Abstract

一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器，其特点是，包括污水生物处理单元、温度控制单元和太阳能自动追踪控制单元，污水生物处理单元的反应器壳体设有原水进水口、取样口、水夹套，在水夹套内置有铅皮散热套包裹的电加热管，在反应器壳体内原水进水口的上方设有入水布水网，在入水布水网上依次平铺玻璃床均水层和铁碳床，在反应器壳体上置的三相分离器内置有分离布水网；温度控制单元的电加热管、温控器与在水夹套内置的温度传感器电连接；在太阳能自动追踪控制单元的旋转支架上固连的太阳能电池板上垂直设有光传感器，电控器控制步进电机带动太阳能电池板自动追踪太阳输送电能至蓄电池。具有结构合理，运行高效，分离效果佳等优点。

Description

一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器
技术领域
 本发明属于生化法处理污水领域，特别涉及一种利用太阳能维持反应温度的自动追踪太阳能厌氧生物反应器。
背景技术
在当今世界范围内，能源问题及水污染等日益成为焦点问题，而有机物污染是水污染的核心问题。其中高浓度有机废水是人们关心的有机物处理的重点，现阶段普遍采用动力消耗小、价格低廉的厌氧方法进行处理。 典型的厌氧生物反应器有厌氧生物滤池（AF）、厌氧流化床（AFB）、厌氧附着膜流化床（AAFEB）、厌氧折流板反应器（ABR）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）等。其中，上流式厌氧污泥床反应器（UASB），上流式厌氧污泥床反应器（UASB）作为厌氧生物反应器的杰出代表，在世界范围内的污水处理领域已经得以广泛应用，其主要特点为将生物反应与沉淀集于一体，简化设备、运行高效、三相分离器结构简单实用等。但是，UASB厌氧反应器自身也存在一系列的缺陷，例如：易短流，影响处理能力；对水质变化敏感，耐冲击能力差；三相分离器分离不彻底，造成污泥流失。本领域技术人员也一直在努力探索用于解决UASB厌氧反应器上述缺陷的办法，但迄今为止，未见文献报道和实际应用。
发明内容
本发明的目的是，将污水生物处理技术与太阳能发电技术有机地结合，并对现有技术进行实质性改进和创新，提供一种能够汲取太阳能作为厌氧反应器维持反应温度可靠稳定的热源，结构合理，运行高效，分离效果佳，使用寿命长的自动追踪太阳能厌氧生物反应器。
实现本发明目的所采用的技术方案是，一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器，其特征是，它包括：污水生物处理单元、温度控制单元和太阳能自动追踪控制单元，所述污水生物处理单元的结构是，包括反应器壳体，在反应器壳体的底端设有原水进水口，在反应器壳体上设有上、中、下取样口，在反应器壳体上设有水夹套，在水夹套的下端设有排水口，在水夹套内置有铅皮散热套包裹的电加热管，在反应器壳体内原水进水口的上方设有入水布水网，在入水布水网平铺置有若干个玻璃珠构成的玻璃床均水层，在玻璃床均水层上置有铁碳床，在反应器壳体上固连有在三相分离器，在三相分离器上设有出水口，在三相分离器内置有排气管和分离布水网；所述温度控制单元的结构是，设有与电加热管电连接的温控器，温控器与在水夹套内置的温度传感器电连接；所述太阳能自动追踪控制单元的结构是，包括旋转支架上固连的太阳能电池板，在太阳能电池板上垂直固连有光传感器，旋转支架与转轴固连，转轴铰接于固定架上，在固定架上固定有步进电机，步进电机轴端的齿轮与转轴上固定的齿轮啮合，在固定架上置有电控器，太阳能电池板与蓄电池电连接。
本发明的一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器，由于污水生物处理单元设有入水布水网和玻璃床均水层，能够实现均匀布水，避免反应器内进水短流现象的发生；内置的铁碳床层发生电化学反应，产生的OH- 可以避免反应器酸化，生成的H2沿着器壁上升可以搅动反应器内部的生物质，使得反应均匀，零价铁可以维持反应器内部稳定，增强反应器的耐冲击力；增置分离布水网可以强化三项分离效果，阻止污泥流失；由于采用太阳能自动追踪控制单元，太阳能自动追踪控制单元的电控器将光传感器采集到的太阳光信号转换为电信号，从而控制步进电机进行逐日转动，使步进电机驱动的太阳能电池板始终与太阳最大入射光线保持垂直状态，达到最大的吸收功率输送给蓄电池贮存，蓄电池在电控器的控制下源源不断的使反应器水夹套内置的电加热管提供电能，而温控器能够通过温度传感器采集的温度信号转换为电信号，控制电加热管使反应器水夹套内的温度控制在需要的范围之内，从而使厌氧消化达到最适合的温度。具有结构合理，运行高效，分离效果佳，使用寿命长等优点。
附图说明
图1为一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器结构示意图；
图2为图1中I局部放大示意图；
图3为电控器8控制方框图。
图中：1光传感器，2太阳能电池板，3旋转支架，4轴，5-齿轮，6步进电机，7轴承支座，8电控器，9蓄电池，10原水进水口，11电加热管，12水夹套排水口，13取样口，14温控器，15铅皮散热套，16出水口，17排气管，18三相分离器，19入水布水网，20颗粒污泥，21铁碳床，22玻璃珠，23水夹套，24分离布水网，25反应器壳体，26固定架，27温度传感器。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1和2图，本发明的一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器，包括：污水生物处理单元、温度控制单元和太阳能自动追踪控制单元。所述污水生物处理单元的结构是，包括反应器壳体25，在反应器壳体25的底端设有原水进水口10，在反应器壳体25上设有上、中、下取样口13，在反应器壳体25上设有水夹套23，在水夹套23的下端设有排水口12，在水夹套23内置有铅皮散热套15包裹的电加热管11，在反应器壳体25内原水进水口的上方设有入水布水网19，在入水布水网19平铺置有若干个玻璃珠22构成的玻璃床均水层，在玻璃床均水层上置有铁碳床21，在反应器壳体25上固连有在三相分离器18，在三相分离器18上设有出水口16，在三相分离器18内置有排气管和分离布水网24。所述温度控制单元的结构是，设有与电加热管11电连接的温控器14，温控器14与在水夹套23内置的温度传感器27电连接；所述太阳能自动追踪控制单元的结构是，包括旋转支架3上固连的太阳能电池板2，在太阳能电池板2上垂直固连有光传感器1，旋转支架3与转轴4固连，转轴4铰接于固定架26上，在固定架26上固定有步进电机6，步进电机6轴端的齿轮与转轴4上固定的齿轮5啮合，在固定架26上置有电控器8，太阳能电池板2与蓄电池9电连接。
参照图1-图3，本发明的一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器工作过程为：光传感器1将采集到的太阳光模拟信号经过导线传输至电控器8，经电控器8的AD8591芯片将模拟信号转换成数字信号被电控器8的STC89C52单片机识别分析，在程序控制下，通过LS293D步进电机驱动芯片驱动步进电机6带动转轴4转动，从而使旋转支架3上的太阳能电池板2进行逐日跟踪太阳，太阳能电池板2将发出的电能储存在蓄电池9中，在温度控制单元14的控制下，所述的污水生物处理单元是由改进后的上流式厌氧污泥床反应器UASB构成，将阻值为50Ω电加热管11置于铅皮散热套15内、且垂直置于水夹套23内。在反应器壳体25的底端的原水进水口10上方设有直径为16cm入水布水网19，为玻璃珠22提供着力点；采用直径为1cm的玻璃珠22平铺置于布水网19上，使得布水均匀，避免短流现象；玻璃床层22上内置铁碳床21：铁阳极:2Fe-6e=2Fe2+碳阴极:2H2O+02+4e=40H- 2H++2e=H2。碳阴极产生OH-能够缓解反应器酸化，同时产生的氢气在反应器壳体25内上升，能对反应器壳体25内厌氧污泥进行搅动，使得反应器壳体25内部混合均匀。在三相分离器18的上部也放置分离布水网24，分离布水网24和入水布水网19尺寸相同，进一步防止污泥随出水流失，强化固液分离。水夹套23内水的加热采用电加热管11进行加热，进而维持水夹套23内的温水处于最适消化温度范围之内，保证厌氧消化进行；高浓度有机废水打入原水进水口10，流经玻璃珠22布水均匀后，进入铁碳床层21，与床层上面的厌氧颗粒污泥20进行厌氧消化反应，至三相分离器18，液体从出水口16排除；气体从出气管17排出，剩余污泥沿着反应器壳体25内壁回流至反应器壳体25的底端；在处理废水的过程中，可以从上、中、下三个取样口13定时取样来监测废水中各项指标的变化， 确保废水中有机物质能够去除。水夹套23内的水温度控制由水夹套23内置的型号为18B20的温度传感器采集，由温电控器14的LCD液晶显示屏进行显示，由温电控器14的设置的温度键、开启/关闭键、复位键通过调节温度设置来设定目标温度，控制电加热管11的开启/关闭，实现自动设置和控制温度，使反应器的厌氧消化始终处于最适合的温度。
本发明的电控器8、蓄电池9、电加热管11、温控器14、步进电机6、蓄电池9和太阳能电池板2均为市售产品。

Claims (1)

1.一种自动追踪太阳能厌氧生物反应器，其特征是，它包括：污水生物处理单元、温度控制单元和太阳能自动追踪控制单元，所述污水生物处理单元的结构是，包括反应器壳体，在反应器壳体的底端设有原水进水口，在反应器壳体上设有上、中、下取样口，在反应器壳体上设有水夹套，在水夹套的下端设有排水口，在水夹套内置有铅皮散热套包裹的电加热管，在反应器壳体内原水进水口的上方设有入水布水网，在入水布水网平铺置有若干个玻璃珠构成的玻璃床均水层，在玻璃床均水层上置有铁碳床，在反应器壳体上固连有在三相分离器，在三相分离器上设有出水口，在三相分离器内置有排气管和分离布水网；所述温度控制单元的结构是，设有与电加热管电连接的温控器，温控器与在水夹套内置的温度传感器电连接；所述太阳能自动追踪控制单元的结构是，包括旋转支架上固连的太阳能电池板，在太阳能电池板上垂直固连有光传感器，旋转支架与转轴固连，转轴铰接于固定架上，在固定架上固定有步进电机，步进电机轴端的齿轮与转轴上固定的齿轮啮合，在固定架上置有电控器，太阳能电池板与蓄电池电连接。
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