CN108483648B - 一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置 - Google Patents

一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108483648B
CN108483648B CN201810447144.XA CN201810447144A CN108483648B CN 108483648 B CN108483648 B CN 108483648B CN 201810447144 A CN201810447144 A CN 201810447144A CN 108483648 B CN108483648 B CN 108483648B
Authority
CN
China
Prior art keywords
super capacitor
energy
socket
automatic control
biological reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810447144.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108483648A (zh
Inventor
刘俊新
李鹏宇
郑天龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
University of Chinese Academy of Sciences
Original Assignee
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
University of Chinese Academy of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS, University of Chinese Academy of Sciences filed Critical Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority to CN201810447144.XA priority Critical patent/CN108483648B/zh
Publication of CN108483648A publication Critical patent/CN108483648A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108483648B publication Critical patent/CN108483648B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30Aerobic and anaerobic processes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/007Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with means for converting solar radiation into useful energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRA-RED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H02S10/12Hybrid wind-PV energy systems
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

本发明提供了一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置,包括发电单元、自动控制单元和生物反应单元;发电单元,包括太阳能电池板、风能发电机、超级电容和逆变器,风能发电机、太阳能电池板均与超级电容的输入端电连接,超级电容的输出端与逆变器电连接;自动控制单元,用于监测超级电容的实时电量从而控制对生物反应单元的供电量;生物反应单元,包括至少一个进水泵、至少一个曝气泵和至少一个生物反应池,生物反应池串联设置,生物反应池包括依次连通的厌氧池和好氧池。本发明的有益效果是结构简单合理,操作方便,节能环保,运行稳定,污水处理效果好,设备后期运行和维护费用低。

Description

一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,尤其涉及一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置。
背景技术
污水处理属于能源密集型的综合技术,特别是污水生物处理单元的曝气充氧过程,其能耗占污水处理全流程能耗的70%左右。高能耗使污水处理设施运行成本偏高,也加重了能源危机,探索清洁可再生能源作为污水处理系统的驱动力,对于实现社会的可持续发展具有重要意义。
通常,自然界的风和太阳辐射强度是实时变化的,因此常规的风能和太阳能发电设施需要蓄电池组储存和调节,以保证电能输出的稳定。例如公开号为CN205368020U的中国专利公开了一种利用风光互补为驱动能源的污水处理设施,沿用了传统的蓄电池储能方式且其自动控制系统也只是控制供电。蓄电池的使用寿命通常是2-5年,蓄电池的定期更换增加了风能和太阳能发电的成本,而废弃蓄电池的处理也增加了环境污染风险。
尤其在农村地区,生活污水的排放特点是分散和不连续,通常是白天有污水排放,夜间断流,污水排放呈现不连续性。因此设计一种适用于农村地区并且节能的污水处理系统很有必要。
发明内容
有鉴于此,本发明是为污水生物处理反应器运行探索新的能源;将风能和太阳能强度的日变化过程、分散污水排放的不连续及污水生物处理的厌氧、缺氧和好氧状态有机结合,形成一种利用风能-太阳能互补驱动污水生物处理的集成装置,为减少污水生物处理工艺对常规电能的消耗提供一条有效的途径。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置,包括发电单元、自动控制单元和生物反应单元;
所述发电单元,包括风能发电机、太阳能电池板、超级电容和逆变器,所述风能发电机的电能和所述太阳能电池板的电能均输送给所述超级电容,所述逆变器将来自所述超级电容的电能以交流电的形式输出;
所述自动控制单元的输出端电连接有至少一个插座组,所述自动控制单元用于检测超级电容的实时电量,并根据电量的多少控制插座组的通电,将来自逆变器的电能提供给插座组,所述插座组包括并联设置的气泵插座和水泵插座;
所述生物反应单元,包括至少一个进水泵、至少一个曝气泵和至少一个生物反应池,所述生物反应池串联设置,所述生物反应池包括依次连通的厌氧池和好氧池;所述厌氧池均与进水泵相连,所述好氧池均与曝气泵相连,曝气泵与气泵插座一一对应相连,进水泵与水泵插座一一对应相连。
进一步地,当进水泵或曝气泵的数量为两个或两个以上时,所述进水泵的功率不同,所述曝气泵的功率也不同,所述进水泵和所述曝气泵分别按照功率从低到高排序,对应顺序的进水泵和曝气泵连接于同一插座组,自动控制单元根据电量的多少以及插座组所连进水泵和曝气泵功率的大小控制相应插座组通电。
进一步地,所述自动控制单元内设有第1设定值和第N设定值,第N设定值大于第1设定值,且第N设定值随着N增大而增大;若超级电容的实时电量达不到第1设定值,插座组不通电;若超级电容的实时电量达到第N设定值,自动控制单元将电力分配给第N个插座组,同时,第N-1个插座组断电,其中N为大等或等于2的整数。
进一步地,所述自动控制单元根据白天和夜晚所识别超级电容电量的交替变化,控制相应插座组通电,从而控制生物反应池交替进行厌氧反应和好氧反应。
进一步地,每个厌氧池上均设有进水管,末端好氧池上设有出水管。
进一步地,所述生物反应池的数量为3~5个。
进一步地,所述插座组的数量为2~6个。
本发明还提出了一种污水处理方法,利用上述的利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置进行污水处理。
相对于现有技术,本发明的利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置具有以下优势:
(1)本发明提出的污水生物处理的集成装置供电稳定,节能环保,污水处理效率高。根据分散型污水昼夜排放量差异、污水处理生物脱氮除磷过程中厌氧、缺氧和好氧反应对氧的需求差异,与风光互补发电单元的产能变化规律相结合,通过超级电容和自动控制单元控制电能的稳定输出,从而保障生物反应单元的稳定运行。多级串联设置的好氧池和厌氧池,实现多点进水,同时不仅在空间上实现了好氧反应和厌氧反应基本分离,在时间上也实现了厌氧反应和好氧反应的交替进行,进一步提高了污水处理效率。
(2)本发明提出的污水生物处理的集成装置,采用不同功率的进水泵和曝气泵,根据发电单元电量的多少,通过自动控制单元控制选用功率不同的进水泵和曝气泵。当现场风速较弱并且太阳能辐射强度较低时,发电单元电量少,电量达不到第1设定值时,插座组不通电;当现场风速较强并且太阳能辐射强度较高时,发电单元电量逐渐增加,电量达到第N设定值时,自动控制单元将电力按照先后顺序分配给第N个插座组,同时,第N-1个插座组断电,从而实现能量的最大化利用。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置结构示意图;
图2为本发明实施例中风能和太阳能光伏发电单元和自动控制单元程序设计图。
附图标记说明:
11-风能发电机;12-太阳能电池板;13-超级电容;14-逆变器;2-自动控制单元;31-进水泵;32-曝气泵;33-厌氧池;34-好氧池;35-出水管;5-气泵插座;6-水泵插座。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示,一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置,包括发电单元、自动控制单元2和生物反应单元;
发电单元,包括风能发电机11、太阳能电池板12、超级电容13和逆变器14,风能发电机11的电能和太阳能电池板12的电能均输送给超级电容13,逆变器将来自超级电容的电能以交流电的形式输出;
自动控制单元2的输出端电连接有至少一个插座组,自动控制单元2用于检测超级电容13的实时电量,并根据电量的多少控制插座组的通电,将来自逆变器14的电能提供给插座组,插座组包括并联设置的气泵插座5和水泵插座6;
生物反应单元,包括至少一个进水泵31、至少一个曝气泵32和至少一个生物反应池,生物反应池串联设置,生物反应池包括依次连通的厌氧池33和好氧池34;厌氧池33均与进水泵31相连,好氧池34均与曝气泵32相连,曝气泵32与气泵插座5一一对应相连,进水泵31与水泵插座6一一对应相连。
目前为止,现有技术中风-光互补发电应用于污水处理领域较少,主要是直接将其作为能源使用。有些直接供给污水处理装置,但太阳能、风能容易受天气影响,导致电能供给不稳定,影响污水处理效率;也有些通过蓄电池将电能供给污水处理装置,但蓄电池更新换代较快,处理废弃蓄电池会造成了一定的环境污染。现有技术中均未将储能设备与污水处理设施的运行特点相结合。
农村地区生活污水的排放分散、不连续,通常是白天有污水排放,夜间断流,这个规律与太阳能辐射强度的变化规律大致吻合。
结合上述问题,本发明设想将农村等分散污水排放的不连续性、太阳能辐射强度日周期变化、污水生物处理的过程中的厌氧、缺氧和好氧反应等多因素有机结合,构建无蓄电池组的风-光能互补驱动污水生物处理的集成装置。此装置利用风光互补发电驱动系统,通过超级电容进行储能,同时配合自动控制单元根据超级电容内电量的多少进行电力分配,实现可调式电量供给,再配合污水反应池厌氧和好氧的交替处理,最终实现高效污水处理。该装置结构简单合理,运行稳定,节能环保,污水处理效果好,同时降低了后期运行和维护费用。
在本发明一实施例中,发电单元,包括风能发电机11、太阳能电池板12、超级电容13和逆变器14,风能发电机11的电能和太阳能电池板12的电能均输送给超级电容13,逆变器14将来自超级电容13的电能以交流电的形式输出。
发电单元使用风能和太阳能代替常规电能驱动污水生物处理反应器,节省了污水处理反应器对常规电能的消耗。发电单元将风能和太阳能转化为电能并储存于超级电容13内,超级电容13与逆变器14相连,逆变器14将电能以交流电的形式输出。寿命较长的超级电容13可短时间高效率地进行电能储存和释放,并且采用超级电容13替代蓄电池组,可降低更换蓄电池的成本及其对环境污染风险。
在本发明一实施例中,自动控制单元2的输出端电连接有至少一个插座组,自动控制单元2用于检测超级电容13的实时电量,并根据电量的多少控制插座组的通电,将来自逆变器14的电能提供给插座组,插座组包括并联设置的气泵插座5和水泵插座6;
在本发明一实施例中,自动控制单元2内设有第1设定值和第N设定值,第N设定值大于第1设定值,且第N设定值随着N增大而增大;若超级电容13的实时电量达不到第1设定值,插座组不通电;若超级电容13的实时电量达到第N设定值,自动控制单元2将电力分配给第N个插座组,同时,第N-1个插座组断电,N为大于或等于2的整数。
在本发明一实施例中,自动控制单元包括电流检测器、电压监测器、PLC控制器、继电器等,组装成一体化的设备,电流检测器、电压监测器用于检测超级电容内电量,PLC控制器用于通过识别电量的多少控制继电器从而控制插座组的通电。通过上述设备调节由风力发电机和太阳能电池板所提供的电能,使污水生物处理单元稳定运行。
在本发明一实施例中,自动控制单元2根据白天和夜晚所识别超级电容3电量的交替变化,控制相应插座组通电,从而控制生物反应池交替进行厌氧反应和好氧反应。
本发明中,自动控制单元2用于监测超级电容13的实时电量,从而控制对生物反应单元的供电量,以保证设备的稳定运行。
具体而言,如图所示,自动控制单元2内设有第1设定值和第N设定值,第N设定值大于第1设定值,且第N设定值随着N增大而增大;超级电容13电量达不到第1设定值则电路系统不启动;随着现场风速的增加或者太阳能的辐射强度增加,超级电容13的电量达到第N设定值时,自动控制单元2将电力按照先后顺序分配给第N个插座组,同时,第N-1个插座组断电,第N个插座组带动相应的进水泵31和曝气泵32工作,依次交替通电;当超级电容13的电量减弱,自动控制单元2将电力按照先后顺序分配给第N-1个插座组,同时,第N个插座组断电,当超级电容13的电量减弱并低于第1设定值时,供电系统断电,系统进入静止状态,N为大于或等于2的整数。
在本发明一实施例中,生物反应单元,包括至少一个进水泵31、至少一个曝气泵32和至少一个生物反应池,生物反应池串联设置,生物反应池包括依次连通的厌氧池33和好氧池34;厌氧池33均与进水泵31相连,好氧池34均与曝气泵32相连,曝气泵32与气泵插座5一一对应相连,进水泵31与水泵插座6一一对应相连。
在本发明一实施例中,生物反应池可以为长方体箱体。
在本发明一实施例中,进水泵31的一端与待处理污水池相连。
在本发明又一实施例中,每个厌氧池33上均设有进水管,末端好氧池34上设有出水管35。每个厌氧池上均设有进水管,多个厌氧池同时进水,提高了污水处理效率。
本发明中,多级生物反应池串联设置,也即多个串联设置的厌氧池33和好氧池34相连通,多级反应池的设置本身即能够提高污水处理效率。多点进水使得污水平均分配,进一步提到了污水处理效率,降低剩余污泥产生量。
在本发明又一实施例中,当进水泵31或曝气泵32的数量为两个或两个以上时,进水泵31的功率不同,曝气泵32的功率也不同,进水泵31和曝气泵32分别按照功率从低到高排序,对应顺序的进水泵31和曝气泵32连接于同一插座组,自动控制单元2根据电量的多少以及插座组所连进水泵31和曝气泵32功率的大小控制相应插座组通电。
本发明提出的污水生物处理的集成装置,采用不同功率的进水泵和曝气泵,根据发电单元电量的多少,通过自动控制单元控制选用功率不同的进水泵和曝气泵,当现场风速较弱并且太阳能辐射强度较低时,发电单元产生电量少,电量达不到第1设定值时,插座组不通电;当现场风速较强并且太阳能辐射强度较高时,发电单元产生电量逐渐增加,电量达到第N设定值时,自动控制单元将电力按照先后顺序分配给第N个插座组,同时,第N-1个插座组断电,从而实现能量的最大化利用。
在本发明一实施例中,插座组的数量为2~6个。插座组的数量可以为两个、三个、四个、五个、六个、八个等,优选插座组的数量为3~5个。多个插座组分别对应不同功率的进水泵31和曝气泵32,能够通过自动控制单元2控制插座组的开关,实现能源最大化利用。
生物反应池的个数为3~5个。每个生物反应池包括串联设置的好氧池和厌氧池,3~5个生物反应池串联设置能够在保证污水处理效果的同时,提高污水处理量。
本发明的实施过程为:
污水从进水泵31进入生物反应池内,风能发电机11和太阳能电池板12提供的电能存储于超级电容13内,再通过逆变器14将电量以交流电的形式传送到自动控制单元2,自动控制单元2内设有不同的设定值,且能够对超级电容13的实时电量进行自动监测与分析,根据超级电容13内电量的多少控制插座组的工作,从而带动不同功率的曝气泵32进行不同强度的曝气,进一步实现生物反应池内的好氧和厌氧缺氧反应。
自动控制单元2具体工作原理如下:
自动控制单元2能够识别超级电容3内的电量,当电量达不到自动控制单元2内设定的第1设定值时,自动控制单元2控制电路系统不启动,此时生物反应单元静置,进行厌氧反应;
随着现场风速的增加或者太阳能的辐射强度增加,超级电容13的电量达到自动控制单元2内的第N设定值时,自动控制单元2控制将电能按照先后顺序依次分配给第N个插座组,同时,第N-1个插座组断电,第N个插座组带动相应的进水泵31和曝气泵32工作,生物反应单元进行好氧反应。
当现场风速降低并且太阳能辐射强度减弱,超级电容13的电量达不到自动控制单元2内的第N设定值时,电力分配与自动控制单元2将电力按照先后顺序分配给第N-1个插座组,同时,第N个插座组断电,当超级电容13的电量减弱并回落到第1设定值时,供电系统断电,系统进入静止状态,其中N为大等或等于2的整数,生物反应单元进行厌氧反应。
具体而言,如图所示,风光互补发电将电能储存在超级电容3内,自动控制单元2内设有不同的设定值,第1设定值能够满足第1插座组也即1号水泵插座和1号气泵插座通电;依次类推,第2设定值能够满足第2插座组也即2号水泵插座和2号气泵插座通电,第3设定值能够满足第3插座组也即3号水泵插座和3号气泵插座通电。
自动控制单元2识别到超级电容3内的电量,当电量满足第1设定值时,1号水泵插座和1号气泵插座通电;当电量满足第2设定值时,2号水泵插座和2号气泵插座通电,同时,1号水泵插座和1号气泵插座断电;依次类推,当电量逐渐下降,不能满足第2设定值时,2号水泵插座和2号气泵插座断电,同时,1号水泵插座和1号气泵插座通电;当电量低于第1设定值时,自动控制单元2控制电路系统不启动,此时生物反应单元静置,进入厌氧反应状态。
本发明将风光互补发电与污水生物处理技术有效结合,将新能源用于污水处理,更有利于环境保护。根据现场的风力变化和太阳朝升夕落的周期性规律,系统内合理安排污水生物处理过程。
早晨,随着太阳能辐射强度的增强,首先电路接通生物反应单元中低功率的进水泵31和低功率的曝气泵32,进水泵31以低耗能工况工作,低功率的曝气泵32开始曝气;随后随着太阳能辐射强度的继续增强,超级电容13的实时电量随之升高,电路在电力分配与自动控制单元2的控制和分配下依次启动不同功率的曝气泵32和不同功率的进水泵31,其中曝气泵32和进水泵31按照功率由低到高进行分配。不同功率的曝气泵32接通后,开始不同强度的曝气,生物反应单元中的好氧生物反应池此时为好氧状态,厌氧池为厌氧环境,在此过程中,完成降解有机物并且脱氮除磷,处理后的出水由出水管35排出。
下午,随着太阳能的辐射强度的减弱,超级电容13的实时电量随之降低,自动控制单元2各功能交替逆序关闭,最后生物反应池进去缺氧和厌氧状态处于静置状态,反应器中的溶解氧逐渐下降,发生反硝化和磷的释放。在此过程中,风能发电机11根据现场的风力资源情况,随机的为超级电容13提供电能,与太阳能光伏电池板供电形成互补。
每天随着风能发电机11和太阳能电池板12电力的供给和停止,生物反应池内实现好氧、缺氧和厌氧过程的交替,可有效去除污水中氮、磷和有机物,同时还可以省去需要频繁更换的蓄电池,并且实现了系统的自动控制,有效实现能源利用和节约,更可以降低成本。
下面进行试验效果说明:
在本发明一实施例中,选用的太阳能电池板12的标准功率为135W,总功率为405W。风能发电机11采用成套设备,由于没有无蓄电池的风力发电系统尚没有相应的设计规范,为保证反应器的运行,本研究中选取常用家用风力发电系统中的最大型号(400W 24V);插座组的数量为3个,生物反应池的数量为3个。
表1污水处理的集成装置能源利用率
在反应器连续运行的100天内,无蓄电池的风光互补发电系统的发电量均可满足污水处理反应器的日耗电量,能量平衡(发电量-耗电量)均为正值,除极端气候(终日阴天)条件下,能源利用率(当日耗电量/当日发电量)可维持在85%以上。
表2污水COD去除率
天数 进水COD(mg/L) 进水COD(mg/L) 去除率%
1 889.43 83.47 90.62
2 378.39 46.42 87.73
3 349.23 10.48 96.99
4 234.16 8.49 96.38
5 411.62 13.82 96.64
10 121.93 14.57 88.05
50 220.38 31.58 85.67
100 437.32 18.59 95.75
表3污水氨氮去除率
天数 进水氨氮(mg/L) 进水氨氮(mg/L) 去除率%
1 22.66 0.71 96.87
2 24.99 0.84 96.61
3 20.26 0.87 95.70
4 18.82 0.71 96.20
5 28.58 0.77 97.29
10 31.16 0.59 98.04
50 34.70 1.17 96.63
100 47.54 0.27 99.42
表4污水总氮去除率
表5污水总磷去除率
天数 进水TP(mg/L) 进水TP(mg/L) 去除率%
1 96.4 19.4 79.88
2 36.8 8.1 77.99
3 15.5 4.8 69.03
4 24.5 7.4 69.79
5 17.9 5.3 70.39
10 14.8 4.3 70.95
50 10 3.2 68
100 20.3 7.6 62.56
实验结果表明:在自动控制器的自动干预下生物反应单元运行稳定,根据风光互补发电单元的产能变化规律与污水处理单元能耗特征需求相结合,可有效去除污水中的污染物。
经过100天的运行,发电单元的能源利用率保持80%以上,污水COD、氨氮、总氮(TN)、总磷(TP)的去除率较高,运行效果较为理想。同时,日平均运行时长约9小时,日平均处理污水量约30L。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,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。

Claims (5)

1.一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置,其特征在于:包括发电单元、自动控制单元和生物反应单元;
所述发电单元,包括风能发电机、太阳能电池板、超级电容和逆变器,所述风能发电机的电能和所述太阳能电池板的电能均输送给所述超级电容,所述逆变器将来自所述超级电容的电能以交流电的形式输出;
所述自动控制单元的输出端电连接有至少一个插座组,所述自动控制单元用于检测所述超级电容的实时电量,并根据电量的多少控制插座组的通电,将来自所述逆变器的电能提供给所述插座组,所述插座组包括并联设置的气泵插座和水泵插座;
所述生物反应单元,包括至少一个进水泵、至少一个曝气泵和至少一个生物反应池,所述生物反应池串联设置,所述生物反应池包括依次连通的厌氧池和好氧池;所述厌氧池均与所述进水泵相连,所述好氧池均与所述曝气泵相连,所述曝气泵与所述气泵插座一一对应相连,所述进水泵与所述水泵插座一一对应相连;其中,
当所述进水泵或所述曝气泵的数量为两个或两个以上时,所述进水泵的功率不同,所述曝气泵的功率也不同,所述进水泵和所述曝气泵分别按照功率从低到高排序,对应顺序的进水泵和曝气泵连接于同一插座组,自动控制单元根据电量的多少以及插座组所连进水泵和曝气泵功率的大小控制相应插座组通电;
所述自动控制单元内设有第1设定值和第N设定值,所述第N设定值大于所述第1设定值,且第N设定值随着N增大而增大;若所述超级电容的实时电量达不到第1设定值,插座组不通电;若所述超级电容的实时电量达到第N设定值,所述自动控制单元将电力分配给第N个插座组,同时,第N-1个插座组断电,其中N为大于或等于2的整数;
所述自动控制单元根据白天和夜晚所识别超级电容电量的交替变化,控制相应插座组通电,从而控制生物反应池交替进行厌氧反应和好氧反应。
2.根据权利要求1所述的利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置,其特征在于:每个所述厌氧池上均设有进水管,末端好氧池上设有出水管。
3.根据权利要求1-2任一项所述的利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置,其特征在于:所述生物反应池的数量为3~5个。
4.根据权利要求3所述的利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置,其特征在于:所述插座组的数量为2~6个。
5.一种污水处理方法,其特征在于,利用如权利要求1-4任一项所述的利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置进行污水处理。
CN201810447144.XA 2018-05-11 2018-05-11 一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置 Active CN108483648B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810447144.XA CN108483648B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810447144.XA CN108483648B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108483648A CN108483648A (zh) 2018-09-04
CN108483648B true CN108483648B (zh) 2020-07-24

Family

ID=63352833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810447144.XA Active CN108483648B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108483648B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111333184B (zh) * 2020-02-19 2021-11-02 中国科学院生态环境研究中心 一种可切换驱动能源的污水生物生态处理系统
CN111333256B (zh) * 2020-02-19 2021-08-03 中国科学院生态环境研究中心 一种可切换驱动能源的污水生物生态处理工艺

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2669452Y (zh) * 2003-11-03 2005-01-05 李恩君 风能、太阳能互补发电装置
CN101786725B (zh) * 2009-12-31 2011-08-17 中国科学院生态环境研究中心 一种利用太阳能驱动的污水生物处理系统及其操作方法
CN103986224A (zh) * 2014-03-14 2014-08-13 北京工业大学 一种风光电互补型移动电源
CN204190669U (zh) * 2014-09-29 2015-03-04 苏州克兰兹电子科技有限公司 一种风光互补发电系统
CN205368020U (zh) * 2015-11-28 2016-07-06 内蒙古新创环境科技有限公司 一种基于风光互补的微动力分散性污水处理一体化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108483648A (zh) 2018-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9758399B2 (en) Self-sustaining water reclamation biotreatment system
CN108483648B (zh) 一种利用风能和太阳能驱动污水生物处理的集成装置
CN205368020U (zh) 一种基于风光互补的微动力分散性污水处理一体化装置
CN201809210U (zh) 一种电絮凝处理废水的装置
CN109912129A (zh) 一种风、光互补的农村污水处理系统
CN109301299A (zh) 一种尿液微生物燃料电池用于发电照明的装置及方法
CN101786725B (zh) 一种利用太阳能驱动的污水生物处理系统及其操作方法
CN203545773U (zh) 太阳能直驱水处理曝气系统
CN201458895U (zh) 宾馆和居民小区污水的集成式处理装置
CN107381811B (zh) 微生物双源电化学污水反应器及对低c/n城市污水处理方法
CN108996831A (zh) 一种自供能循环式处理啤酒厂废水的方法
CN111333256B (zh) 一种可切换驱动能源的污水生物生态处理工艺
CN204151116U (zh) 太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置
CN209056555U (zh) 一种尿液微生物燃料电池用于发电照明的装置
CN205420114U (zh) 城市粪便处理系统
CN105668969A (zh) 城市粪便处理系统
CN105347500A (zh) 一种全天候运行净化农村生活污水的控温高效藻类塘系统
CN203200136U (zh) 可远程控制太阳能污水处理装置
CN205565870U (zh) 能量供给系统和使用该系统的城市粪便处理系统
CN211998871U (zh) 一种太阳能供电的污水净化系统
CN109809644A (zh) 一种太阳能发电的农村家庭污水处理装置
CN111333184B (zh) 一种可切换驱动能源的污水生物生态处理系统
CN209740921U (zh) 太阳能驱动的生态污水处理系统
CN215756670U (zh) 多能源自供给小型污水处理系统
CN214060249U (zh) 一种基于光伏发电的智能控制sbbr污水处理系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant