CN107416990A - 一种适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，可离岸漂浮于水面独立运行，包括：太阳能系统，主要由浮筒和设置在浮筒上的太阳能单板组成；太阳能单板提供绿色能源动力；伺服系统，主要由控制器、储能器和直流隔膜气泵组成，其中，储能器与太阳能单板连接实现充电，与直流隔膜气泵连接为其供电，控制器接储能器协调其充放电过程；曝气系统，主要由与直流隔膜气泵连接的曝气头组成；生物修复系统，主要由装填有多面空心球生物载体的网笼组成，其中，曝气头位于网笼中的底部位置。本装置可全天候离岸漂浮于确定的水面，或被移动到待治理水域位置，装置利用清洁的太阳能动力，零成本昼夜运行，适于多为静止或流动性差的封闭水体。
Description
技术领域
本发明属于水污染治理技术领域，特别涉及一种适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置。
背景技术
随着我国社会及经济的快速发展，城市化进程与农村改造建设过程中的水污染问题越来越引起人们的关注。许多城市河道、景观水体和湖泊受污染程度日益严重，水体出现季节性或终年黑臭现象。农村分散式水污染源废水，因远离城市，缺乏管网配套设施、管理水平低、建站运行资金缺乏等原因难以治理，脆弱的水生态环境污染问题逐年恶化。目前，可采用的最直接有效的解决方法除了行政规划管理，就是恢复水体的自净能力。其中，水体人工增氧和生物修复技术成为首选共识。现有的曝气装置分为固定式和离岸式两种，如河岸供电，通过气泵或管道对水体曝气；或船载式、漂浮式太阳能曝气装置等。但由于其运行成本高，设施庞杂，对环境视觉效果有一定影响，且运行管理不便等，无法很好解决分散式污染源点多、面广、量小以及处理环境的要求等实际问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，可有效解决分散式的点源水体污染，用于城市河道、农村水塘、湖泊水库、景观水体等水域的改善治理。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，可离岸漂浮于水面独立运行，包括：
太阳能系统，主要由浮筒1-2和设置在浮筒1-2上的太阳能单板1-1组成；太阳能单板1-1提供绿色能源动力；
伺服系统，主要由控制器2-1、储能器2-2和直流隔膜气泵2-3组成，其中，储能器2-2经储能器2-1与太阳能单板1-1连接实现充电，与直流隔膜气泵2-3连接为其供电，控制器2-1协调其充放电过程；
曝气系统，主要由直流隔膜气泵2-3以及其连接曝气头3组成；
生物修复系统，主要由装填有多面空心球生物载体4-1的网笼4-2组成，其中，所述曝气头3位于网笼4-2中的底部位置。
所述太阳能单板1-1水平固定在两个卧式放置的Ф400x600mm(可依太阳能单板尺寸调整)的EPS材质的实心的浮筒1-2上。
太阳能单板1-1功率为100w(或其他功率)，规格标准1200x540mm。水平放置通过光伏发电，据水面360℃旋转充电无差异。太阳能单板1-1的一体化结构，整体结实、低矮紧凑，尺寸标准，无明显外框架，与所处水环境极其友好融合，满足水域景观文化的功能要求。不受水体扰动以及早晚、四季光线的倾角和方位角的影响。实现了百瓦级小功率的高效整合，零成本运行，契合了分散式污染源点多、量小，处理成本高，分散广的具体要求。
所述储能器2-2为锂电池，所述控制器2-1和储能器2-2统一放置在背挂于太阳能单板1-1的密闭防水盒2中，所述直流隔膜气泵2-3与密闭防水盒2一同固定在太阳能单板1-1背面的固定架上，所述固定架与太阳能单板1-1背面焊接相连，用于固定密闭防水盒2和网笼或锚固墩。
所述密闭防水盒2位于两个浮筒1-2之间。
所述网笼4-2悬挂于太阳能单板1-1下方，浸于水面以下。
所述直流隔膜气泵2-3为DC12V气泵，无需逆变器，高效节能，输送洁净空气至水下的曝气头3释放
所述曝气头3用米字格箅板置于水下网兜的底部。
所述曝气头3为旋混曝气头或者微纳米管曝气头或其它曝气头。
所述旋混曝气头由耐腐蚀的PVC材料注塑而成，主要由下部80mm的柱状气液混合仓和上部260mm直径的齿伞型罩构成。气流由曝气头下部的柱状气液混合仓切入，在旋混上升的过程经多次物理切割后，飘到直径260mm的齿伞型罩上再次进行多层剪切，以较低气阻(<30pa)，获得均匀密布的细泡，其充氧能力为0.160kg/h。充分供应水体以及多面生物载体的需氧量。
所述储能器2-2白天光线充足时储存从太阳能单板1-1处获得的能量，夜间无光时释放电能给直流隔膜气泵2-3，满足曝气系统昼夜工作的需求。
据实际水环境状况，本发明可以点对点应用于分散的污染源，也可为湖泊水库多台套的现场原位配置分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)与太阳能单板零成本运行以及集成化紧凑的设计组合实现的生物修复治理高效契合，使分散的点源污染、景观水体和湖库水域的分散式处理使用得以实现。
(2)装置水平漂浮进行离岸曝气，具有很好的移动性。伺服系统自动控制，无人职守运行。
(3)采用太阳能单板水平放置发电，不受水体扰动及早晚、四季光线的方位角变化影响。360℃旋转无差异充电。
(4)单板功能的整体结构和背挂式密闭防水盒的隐密设计，无明显外框架，与水处理环境友好融合，只显为漂浮着的太阳能单板，适宜于景观水体的投放要求。
(5)采用组件式结构，可以后备箱车载到现场，方便安装与运输，制造成本低廉。
(6)具有开放的参数设计，可根据实际需求计算调整装置尺寸及设备参数。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，包括：
太阳能系统，由太阳能单板1-1水平放置在两个平行的Ф400mmEPS的实心的浮筒1-2上，使装置整体平稳漂浮于水面。
伺服系统，控制器2-1和储能器2-2(锂离子可充电电池)放置于密闭防水盒2中，并将直流隔膜气泵2-3与密闭防水盒2一同固定在太阳能单板背面的定制固定架上。
曝气系统，曝气头3选用小于30p低气阻的高效旋混式曝气头，将气液混旋后，经三次机械切割分散，强化气体在水中的溶解扩散，提高生物修复效率和水体复氧速率。
生物修复系统，以底部装有曝气头3的网笼4-2系挂于定制固定架的下方，浸没于水面以下。其中，满装的多面空心球生物载体4-1为微生物挂膜以及氧的吸附溶解提供最大的接触表面积。
装置利用清洁的太阳能动力，零成本昼夜运行。紧凑式的结构设计、移动方便，经济高效，适于多为静止或流动性差的封闭水体，如城市河涌和景观水体的维护和水质保证，以及分散的农村排水和畜禽养殖等高BOD水质的治处理。其多台套的分散使用又满足形状各异、通电困难等湖泊水库地表水保持的景观文化要求。
根据以上结构，一种适用于分散式水处理的太阳能单板曝气反应装置的具体工作过程是：
1.为分散的重污染水体治理
利用汽车的后备箱将装置运输到所需水域，进行安装。两实心的浮筒1-2作为支撑，太阳能单板1-1水平固定于浮筒1-2表面，装有储能器2-2和控制器2-1的密闭防水盒2和直流隔膜气泵2-3背挂于太阳能单板1-1的定制固定架上。网笼浸于太阳能单板下方的水面以下，内装填着多面空心球生物载体4-1，旋混曝气头置于网兜的底部。组装完毕后将装置推放于待处理水域。
正常工况下，太阳能单板1-1光伏发电，向储能器2-2充电(11.0VDC)，一部分电能供直流隔膜气泵2-3工作，控制器2-1控制储能器2-2的充放电工作，电能充满(12.6VDC)时停止充电，夜晚当电池使用到欠电电压(8.5VDC)，即停止供电，切断直流隔膜气泵2-3，以保护设备安全。多面空心球填料作为生物载体进行生物挂膜，直流隔膜气泵2-3输出洁净空气经过曝气头3的气液旋混到多次物理切割成细小气泡逸散，充分供应多面空心球生物载体4-1的生物膜代谢。整个生物修复系统与锚固墩一并系于太阳能板背面的定制固定架上。仅通过不间断的向污染水体曝气，强化其中好氧微生物的自然代谢，进而降解BOD，恢复水体自净功能。同时，多面空心球内部的缺氧环境以及在夜晚曝气的间歇期，反硝化脱氮作用进一步去除水体富营养化所必需的基本元素。
2.为分散的点源景观水体保护
如水景、公园水面、高尔夫过水塘等相对封闭静止的景观水体的保证维护，同样是以恢复水体的自净能力为目标。所述的太阳能曝气反应装置以配备隐密式设计，只显为太阳能单板1-1的水平漂浮使用，低噪声、零成本运行的高效组合等，使其与环境友好融合。通过不间断的曝气自然生物修复，恢复水体的自净能力，完成对分散的景观水体的水质保证。
3.为湖库水域水质保持的分散式使用
太阳能单板1-1曝气反应装置为地表水水质保持可方便地多台套移动分散于更加广阔的湖库水域，而无须岸基的泵站气管及用电线的牵连铺设和基建造价。解决了形状各异、通电困难的原位要求，以及处理实施对湖泊水库的景观文化的影响。
水平置放的漂浮太阳能单板1-1和隐密设计的动力伺服系统，昼夜不间断的自控运行，不仅提高了水体的氧化还原电位，保证水体的自净功效。随着氧气的推流以及向水底的溶解扩散作用，抑制水体中的化学元素向低价态转化，也可通过增氧向水底的溶解扩散作用抑制水体中的化学元素向低价态转化，从源头上杜绝水体黑臭化的形成。
Claims (10)
1.一种适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，可离岸漂浮于水面独立运行，其特征在于，包括：
太阳能系统，主要由浮筒(1-2)和设置在浮筒(1-2)上的太阳能单板(1-1)组成；
伺服系统，主要由控制器(2-1)、储能器(2-2)和直流隔膜气泵(2-3)组成，其中，储能器(2-2)与经控制器(2-1)与太阳能单板(1-1)连接实现充电，与直流隔膜气泵(2-3)连接为其供电，控制器(2-1)协调其充放电过程；
曝气系统，主要由直流隔膜气泵(2-3)及其连接的曝气头(3)组成；
生物修复系统，主要由装填有多面空心球生物载体(4-1)的网笼(4-2)组成，其中，所述曝气头(3)位于网笼(4-2)中的底部位置。
2.根据权利要求1所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述太阳能单板(1-1)水平固定在两个Ф400x600mm的EPS材质的实心的浮筒(1-2)上。
3.根据权利要求1所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述太阳能单板(1-1)功率为100w，规格标准1200x540mm。
4.根据权利要求1所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述储能器(2-2)为锂电池，所述控制器(2-1)和储能器(2-2)统一放置在背挂于太阳能单板(1-1)的密闭防水盒(2)中，所述直流隔膜气泵(2-3)与密闭防水盒(2)一同固定在太阳能单板(1-1)背面的固定架上，所述固定架与太阳能单板(1-1)背面焊接相连。
5.根据权利要求4所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述密闭防水盒(2)位于两个浮筒(1-2)之间。
6.根据权利要求1所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述网笼(4-2)悬挂于太阳能单板(1-1)下方，浸于水面以下。
7.根据权利要求1所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述曝气头(3)用米字格箅板置于水下网兜的底部。
8.根据权利要求1所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述曝气头(3)为旋混曝气头或者微纳米管曝气头。
9.根据权利要求8所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述旋混曝气头由耐腐蚀的PVC材料注塑而成，气流由曝气头下部的柱状气液混合仓切入，在旋混上升的过程经多次物理切割后，飘到直径260mm的齿伞型罩上再次进行多层剪切，获得均匀密布的细泡，其充氧能力为0.160kg/h。
10.根据权利要求1所述适用于分散式水处理的太阳能曝气反应装置，其特征在于，所述储能器(2-2)白天光线充足时储存从太阳能单板(1-1)处获得的能量，夜间无光时释放电能给直流隔膜气泵(2-3)，满足曝气系统昼夜工作的需求。
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