CN216890528U - 太阳能光伏供电式污水处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光伏供电式污水处理设备，包括：一体化设备、光伏发电组件，一体化设备包括：箱体结构、缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器；箱体结构的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器分别安装在隔间内；光伏发电组件包括：太阳能电池板、蓄电池、逆变器，太阳能电池板、逆变器分别通过导线连接蓄电池，蓄电池通过导线连接控制盘，控制盘通过导线分别连接污水泵、鼓风机、第一清水泵。本实用新型能够提高污水净化能力和效率，减少生化反应空间占用的容积。

Description

太阳能光伏供电式污水处理设备

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种太阳能光伏供电式污水处理设备。

背景技术

污水处理设备是一种能有效处理城区的生活污水，工业废水等的工业设备，避免污水及污染物直接流入水域，对改善生态环境、提升城市品位和促进经济发展具有重要意义。

目前地埋式污水处理设备使用范围较大，地埋式污水处理设备适宜住宅小区、医院疗养院、办公楼、商场、宾馆、饭店、机关、学校、部队、水产加工厂、牲蓄加工厂、乳品加工厂等生活污水和与之类似的工业有机废水，如纺织、啤酒、造纸、制革、食品、化工等行业的有机污水处理，主要目的是将生活污水和与之相类似的工业有机废水处理后达到回用水质要求，使废水处理后资源化利用。

但是地埋式污水处理设备体积较大，而且占地范围也比较大，不能够适应污水的水量规模小、水量波动大、季节性变化大、污水管网配套差等场所使用，对于偏远地区更是不能够推广使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能光伏供电式污水处理设备，能够提高污水净化能力和效率，减少生化反应空间占用的容积。

为达到上述目的，本实用新型使用的技术解决方案是：

太阳能光伏供电式污水处理设备，包括：一体化设备、光伏发电组件，一体化设备包括：箱体结构、缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器；箱体结构的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器分别安装在隔间内；缺氧生物反应器设置有料液入口管，缺氧生物反应器通过管路连接好氧生物反应器，缺氧生物反应器、好氧生物反应器之间的管路设置有污水泵；其中一个隔间作为操作间，缺氧生物反应器底部设置有水力搅拌管路，水力搅拌管路连接污水泵；好氧生物反应器底部设置有微孔曝气设备，微孔曝气设备通过空气管路连接鼓风机，好氧生物反应器下部设置有排泥管路，好氧生物反应器上部通过管路连接膜生物反应器的进水口；膜生物反应器的出口通过管路连接第一清水泵；光伏发电组件包括：太阳能电池板、蓄电池、逆变器，太阳能电池板、逆变器分别通过导线连接蓄电池，蓄电池通过导线连接控制盘，控制盘通过导线分别连接污水泵、鼓风机、第一清水泵。

进一步，微孔曝气设备包括：连接支管、喷头，多个喷头通过连接支管相连接，多个连接支管分别连接在空气管路上，喷头设置有多个通孔。

进一步，光伏发电组件安装在箱体结构的顶部。

进一步，操作间内设置有第二清水泵，第二清水泵通过管路连接清水池。

进一步，箱体结构的内部利用隔板分隔为多个隔间，操作间设置有出入门。

进一步，膜生物反应器在反应器外壳内部安装有多个膜组件单体，多个膜组件单体两端分别连接管路。

进一步，污水泵位于缺氧生物反应器所在的隔间内。

本实用新型技术效果包括：

本实用新型能够利用组合式污水处理技术，提高污水净化能力和效率，而且组合处理能够减少生化反应空间占用的容积，还能够提高污泥浓度、减少占地、减小设备体积，同时节省了环保投资又减少了日常的运行费用，便于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型中太阳能光伏供电式污水处理设备的结构原理图；

图2是本实用新型中微孔曝气设备的结构示意图；

图3是本实用新型中箱体结构的结构示意图；

图4是本实用新型中太阳能光伏供电式污水处理设备的使用状态图。

具体实施方式

以下描述充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

如图1所示，是本实用新型中太阳能光伏供电式污水处理设备的结构原理图。

太阳能光伏供电式污水处理设备的结构包括：一体化设备1、光伏发电组件5。

一体化设备1设计成箱式结构，包括：箱体结构11、缺氧生物反应器 12、好氧生物反应器13、膜生物反应器14；箱体结构11的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器12、好氧生物反应器13、膜生物反应器14分别安装在隔间111内。

缺氧生物反应器12设置有料液入口管123，料液入口管123用于承接外部收集的污水，缺氧生物反应器12通过管路连接好氧生物反应器13，缺氧生物反应器12、好氧生物反应器13之间的管路设置有污水泵121，污水泵21位于缺氧生物反应器12所在的隔间内。料液入口管123设置有提升泵124。

其中一个隔间作为操作间15，缺氧生物反应器12底部设置有水力搅拌管路122，水力搅拌管路122通过管路连接提升泵124。水力搅拌管路122 喷出的水流将缺氧生物反应器12底部的沉淀物进行扰动，混合后通过第二污水泵121送入好氧生物反应器13。

好氧生物反应器13底部设置有微孔曝气设备131，微孔曝气设备131 通过空气管路132连接鼓风机152，鼓风机152将空气通过空气管路送达微孔曝气设备131，微孔曝气设备131将空气以气泡形式送入好氧生物反应器 13。好氧生物反应器13下部设置有排泥管路133，通过排泥管路133连接用于存放污泥的污泥池3，浑浊污水进入污泥池3进行沉淀。好氧生物反应器13上部通过管路连接膜生物反应器14的进水口。

好氧生物反应器13、缺氧生物反应器12之间连接有污泥回流管路，污泥回流管路设置有污泥回流泵，污泥回流泵将好氧生物反应器13中污泥循环至缺氧生物反应器12。回流比R是运行过程中的一个调节参数，R应在运行过程中根据需要加以调节，但R的最大值受缺氧生物反应器12中泥水分离能力的限制，另外，R太大，会增大底流流速，干扰沉降。在运行调度中，应确定一个最大回流比R，以此作为调度的基础，一般污泥回流比为100％～400％。

在好氧生物反应器13中，有机物被微生物生化降解，有机氮被氨化继而被硝化，使NH₃-N浓度显著下降。

如图2所示，是本实用新型中微孔曝气设备131的结构示意图。

微孔曝气设备131包括：连接支管133、喷头134，多个喷头134通过连接支管133相连接，多个连接支管133分别连接在空气管路132上，喷头134设置有多个通孔。从鼓风机152、空气管路132送达的空气进入通过连接支管133送达喷头134，空气通过喷头134形成气泡并送入好氧生物反应器13，气泡增大了空气与污水的接触面积，以提高污水含氧量，接触氧化。

膜生物反应器14通过管路连接第一清水泵153，第一清水泵153通过管路连接清水池4，清水池4通过管路连接第二清水泵154。第一清水泵153 将膜生物反应器14过滤后的中水送入清水池4，第二清水泵154将清水池 4中的中水输出，二次利用。

如图3所示，是本实用新型中箱体结构11的结构示意图。

箱体结构11的内部利用隔板112分隔为多个隔间111，其中一个隔间 111作为操作间15，鼓风机152、第一清水泵153、第二清水泵154设置在操作间15内，膜生物反应器14、鼓风机152、第一清水泵153、第二清水泵154的控制盘也设置在操作间15内，便于控制和管理，优化管路布局，节省空间。操作间15设置有出入门155。

箱体结构11的顶部设置有光伏发电组件5，光伏发电组件5作为备用电源；光伏发电组件5包括：太阳能电池板51、蓄电池52、逆变器53，太阳能电池板51、逆变器53分别通过导线连接蓄电池52，蓄电池52通过导线连接控制盘，控制盘通过导线分别连接污水泵121、鼓风机152、第一清水泵153、第二清水泵154等各个用电设备。

污水泵121、鼓风机152、第一清水泵153、第二清水泵154通过双回路供电，一路连接220V电源，一路连接逆变器53。当220V电源失电，控制盘中控制器发出指令给逆变器53接通用电设备。

如图4所示，是本实用新型中太阳能光伏供电式污水处理设备的使用状态图。

调节池2的上部设置有污水入口管路22，污水入口管路22用于将外部的污水送入调节池2，调节池2用于汇集、储存和均衡废水。污泥池3的下部设置有排污管，通过排污管将污泥排出。好氧生物反应器13中下层污水进入污泥池3，污泥池3中，磷主要通过污泥吸附沉降来去除，P随着聚磷茵的过量摄取，也以较快的速度下降。污泥池3底部有活性污泥，活性污以悬浮状生物群体的生化代谢作用进行好氧的废水处理。微生物在生长繁殖过程中可以形成表面积较大的菌胶团，它可以大量絮凝和吸附废水的悬浮的胶体状或溶解的污染物，并将这些物质吸收入细胞体内，在氧的参与下，将这些物质完全氧化放出能量、CO₂和H₂O。活性污泥法的污泥浓度一般在4g/L。

膜生物反应器14在反应器外壳内部安装有多个膜组件单体，反应器外壳下部设置有活性污泥池，多个膜组件单体两端分别连接管路。膜组件单体的生物膜选用聚四氟乙烯。微生物附着在生物膜的填料的表面，形成胶质相连的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对这些被吸附的有机物分解和利用。

本实用新型提高污泥浓度，进而提高处理效率，将活性污泥法与生物膜法结合起来，即在污泥池3中添加活性污泥，既有膜生物反应器14用于处理悬浮物的生物膜，又有污泥池3的活性污泥，具有很高的污泥浓度，一般在14g/L左右。

缺氧生物反应器12、好氧生物反应器13、污泥池3、膜生物反应器14 同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能。其中，脱氮的前提是NH₃-N应完全硝化，好氧生物反应器13完成硝化，缺氧生物反应器12则完成脱氮功能，膜生物反应器14完成有机物的去除；污泥池3、好氧生物反应器13联合完成除磷功能，通过排泥来完成。

模块式一体化污水处理设备的污水处理方法，具体步骤如下：

步骤1：污水从污水入口管路22进入调节池2，污水通过污水提取泵 21送入缺氧生物反应器12，污水在缺氧生物反应器12中进行厌氧反应处理，释放污水中磷，使污水中生化需氧量BOD5浓度下降；

缺氧生物反应器12中，对污水进行厌氧反应处理(兼氧生化处理)，将高分子的有机物转变为低分子的有机物；释放污水中磷，使污水中P的浓度升高；溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD5(生化需氧量) 浓度下降。

溶解氧(DO)表示水中氧的溶解量，单位用mg/L表示。缺氧生物反应器12中，溶解氧含量0-0.5mg/L，满足反硝化细菌反应要求。

在缺氧生物反应器12中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将大量NO₃-N和NO₂-N还原成N₂释放至空气，因此BOD5(生化需氧量)浓度下降，NO₃-N浓度大幅度下降，而同时磷的变化很小。

为了将沉淀带入好氧生物反应器13，污水澄清液通过水力搅拌管路122 进入缺氧生物反应器12的底部，对污水和沉淀进行混合，混合后的污水进入好氧生物反应器13进行好氧生化处理。

对反硝化细菌的影响因素(厌氧)

a1.温度：适宜反硝化菌的最佳温度为35℃～45℃，当温度下降可适当提高水力停留时间。

a2.溶解氧：应严格控制在0.5mg/l以下。

a3.pH值：最佳范围在6.5～7.5之间，反硝化过程可补充硝化过程中损失的一部分碱度。

a4.碳源有机物：当源水中C/N比值过低，如BOD/TN<3～6，需外加碳源，一般选择葡萄糖和淀粉。

步骤2：厌氧反应处理后的污水经污水泵121送入好氧生物反应器13，污水在好氧生物反应器13中进行好氧生化处理；污水中污泥通过管路送入污泥池3，通过污泥吸附沉降来去除磷；

废水中碳(C)、氮(N)、和磷(P)作为主要营养元素，组成比例有一定的要求，对于好氧生化一般为C：N：P＝100：5：1(重量比)。从鼓风机152、空气管路132送达的空气进入通过连接支管133送达喷头134，空气通过喷头134形成气泡并送入好氧生物反应器13，气泡增大了空气与污水的接触面积，以提高污水含氧量，接触氧化，溶解氧控制在2.0-4.0mg/L。

好氧生物反应器13中的污泥为活性污泥，从微生物角度来看，污泥是由各种各样有生物活性的微生物组成的一个生物群体。

对硝化细菌的影响因素(好氧)。

b1.温度：适宜硝化菌硝化的温度为30℃～35℃，低温12℃～14℃时硝化反应速度下降，亚硝酸盐累积。

b2.溶解氧：0.5mg/l～0.7mg/l是硝化菌的忍受极限，通常硝化段溶解氧应保持在2mg/l左右。在好氧生化过程中，水中的溶解氧一般在 2.0-8.0mg/L之间。优选的，溶解氧控制在2.0-4.0mg/L。

b3.pH值：硝化菌对pH值的变化非常敏感，最佳范围在7.5～8.5之间，硝化反应中碱度偏高较好。

b4.有毒物质：过高浓度的NH₃-N与重金属等会干扰细胞的新陈代谢，破坏细菌的氧化能力，抑制硝化过程。

b5.污泥龄：应根据亚硝酸菌的世代期来确定较长的污泥龄可增加硝化反应能力。污泥龄一般控制在15-20天左右。

为了调节好氧生化处理过程中氧含量，启动鼓风机152，空气通过空气管路132、连接支管133送达喷头134，喷头134将气流形成气泡并送入污水，提高污水氧含量。水中溶解氧的浓度可以用Henry定律来表示：当达到溶解平衡时：C＝KH*P，其中：C为溶解平衡时水中氧的溶解度，P为气相中氧的分压，KH为Henry系数，Henry系数与温度有关。增加曝气使氧的溶解接近平衡，而同时活性污泥还会消耗水中的氧，因此废水中实际溶解氧量与水温、有效水深(影响压力)、曝气量、污泥浓度、盐度等因素有关。

好氧生物反应器13中下层污水进入污泥池3，污泥池3中，磷主要通过污泥吸附沉降来去除，去除磷后的污泥通过排污管排出。混合液悬浮固体(MLSS)亦要称为污泥浓度，它是指单位体积生化池混合液所含干污泥的重量，单位为毫克/升，用来表征活性污泥浓度，包括有机物和无机物两部分。好氧生物反应器13中MLSS值控制在2000-4000mg/L左右为宜。

污泥沉降比(SV)是指曝气池内混合液在100毫升量筒中，静止沉淀 30分钟后，沉淀污泥与混合液之体积比(％)，因此有时也用SV30来表示。好氧生物反应器13内的SV在20-40％之间。污泥沉降比测定比较简单，是评定活性污泥的重要指标之一，它常被用于控制剩余污泥的排放和及时反馈污泥膨胀等异常现象。

在好氧生物反应器13中，污水中有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH₃-N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO₃-N的浓度增加，P随着聚磷茵的过量摄取，也以较快的速度下降。所以，好氧生化处理可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷去除等功能，脱氮的前提NH₃-N应完全硝化，同时完成脱氮功能。厌氧池和好氧池联合完成除磷功能，磷的排出通过排泥(磷主要通过污泥吸附沉降来去除) 来完成。

在生化处理过程中，活性污泥中的微生物不断地消耗着废水中的有机物质。被消耗的有机物质中，一部分有机物质被氧化以提供微生物生命活动所需的能量，另一部分有机物质则被微生物利用以合成新的细胞质，从而使微生物繁衍生殖，微生物在新陈代谢的同时，又有一部分老的微生物死亡，产生剩余污泥。

1、污泥培养与驯化

由于调试阶段进水量较少，进水变化幅度较大。为确保污泥培养效果，缩短调试周期，一般采用人工添加碳氮源方式接种培养活性污泥。外接菌种首选附近污水处理厂，重力浓缩后的污泥。

(1)、接种及闷爆阶段

一次性投加不小于生物池容积30％污泥，充满污水后闷曝(即曝气而不进污水)，确保污泥处于悬浮状态，闷曝时间不小于8小时后进水，由于污泥尚未大量形成，产生的污泥也处于离散状态，而曝气量一定不能太大，控制在设计正常曝气量的1/2，否则污泥絮体不易形成。

(2)、连续进水培养与驯化阶段

进入连续进水培养阶段后，活性污泥工艺的正常运行模式已初步呈现，此时应根据正常运行工艺参数调整处理流程，水量和空气量的平衡依据DO 值的变化作适时调整，开启内外回流泵，根据DO值调整回流量。监测污泥状态，包括污泥浓度，污泥指数，沉降性能，当SV30达到30％以上时，活性污泥培养即告成功。逐步断开添加碳氮源，观察污泥浓度的变化波动，做好数据记录，得出污泥量与污水的营养物质和进水量达到相对平衡状态。

2、异常及对策。

(1)、污泥膨胀

现象：污泥不易沉降，SVI值增高、污泥的结构较散，体积膨胀，含水率上升，上清液稀少，颜色也有变异，这就是污泥膨胀。

原因：丝状细菌大量增值所引起的，也有由污泥中结合水异常增多引起的污泥膨胀；水中碳水化合物较多，缺乏C、N、P等养料；溶解氧不足；水温高或pH值较低等易引起丝状菌的大量繁殖；超负荷，污泥龄过长引起丝状菌的大量繁殖。

措施：加大曝气量；及时排泥；加大回流污泥量。

(2)、污泥解体

表现：处理水质浑浊、污泥絮体细碎化、处理效果变坏等是污泥解体的现象。

原因：运行不当，如曝气过量活性污泥中生物(营养)的平衡遭到破坏，使微生物量减少而失去活性，吸附能力降低，絮体体积缩小，质密；存在有毒性物质时，微生物会受到抑制或伤害，净化功能下降或完全停止，使污泥失去活性。

措施：对污水量、回流污泥量、空气量和排泥状态以及SV、DO、pH等多项指标进行检查，加以调整。

(3)、污泥上浮

现象：污泥成块状上浮。

原因：缺少搅拌，造成死泥，曝气池内污泥的泥龄过长；硝化进程较高，在池底发生反硝化，污泥相对密度降低，整块上浮。

措施：增加搅拌系统，增加污泥回流量；缩短污泥龄和降低溶解氧，使之不能进行硝化作用。

步骤3：好氧生化处理后的上层污水通过第一清水泵153抽吸到膜生物反应器14，膜生物反应器14对上层污水进行过滤，过滤后形成中水送入清水池4。

膜生物反应器14采用生物膜法对上层污水进行过滤。在处理过程中，水的流动和空气的搅动使生物膜表面和水不断接触，废水中的有机污染物和溶解氧为生物膜所吸附，生物膜上的微生物不断分解这些有机物质，在氧化分解有机物质的同时，生物膜本身也不断新陈代谢，衰老的生物膜脱落下来在污泥池3中与水分离。生物膜法的污泥浓度一般在6-8g/L。

第二清水泵154将清水池4中的中水输出，二次利用。

本实用新型将污泥池3中使用的活性污泥法、好氧生物反应器13中进行的好氧生化处理与膜生物反应器14使用的生物膜法结合起来，能够明显提高污水净化能力和效率，而且还能够提高污泥浓度，以减少占地，减小体积。

本实用新型所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种太阳能光伏供电式污水处理设备，其特征在于，包括：一体化设备、光伏发电组件，一体化设备包括：箱体结构、缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器；箱体结构的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器分别安装在隔间内；缺氧生物反应器设置有料液入口管，缺氧生物反应器通过管路连接好氧生物反应器，缺氧生物反应器、好氧生物反应器之间的管路设置有污水泵；其中一个隔间作为操作间，缺氧生物反应器底部设置有水力搅拌管路，水力搅拌管路连接污水泵；好氧生物反应器底部设置有微孔曝气设备，微孔曝气设备通过空气管路连接鼓风机，好氧生物反应器下部设置有排泥管路，好氧生物反应器上部通过管路连接膜生物反应器的进水口；膜生物反应器的出口通过管路连接第一清水泵；光伏发电组件包括：太阳能电池板、蓄电池、逆变器，太阳能电池板、逆变器分别通过导线连接蓄电池，蓄电池通过导线连接控制盘，控制盘通过导线分别连接污水泵、鼓风机、第一清水泵。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏供电式污水处理设备，其特征在于，微孔曝气设备包括：连接支管、喷头，多个喷头通过连接支管相连接，多个连接支管分别连接在空气管路上，喷头设置有多个通孔。

3.如权利要求1所述的太阳能光伏供电式污水处理设备，其特征在于，光伏发电组件安装在箱体结构的顶部。

4.如权利要求1所述的太阳能光伏供电式污水处理设备，其特征在于，操作间内设置有第二清水泵，第二清水泵通过管路连接清水池。

5.如权利要求1所述的太阳能光伏供电式污水处理设备，其特征在于，箱体结构的内部利用隔板分隔为多个隔间，操作间设置有出入门。

6.如权利要求1所述的太阳能光伏供电式污水处理设备，其特征在于，膜生物反应器在反应器外壳内部安装有多个膜组件单体，多个膜组件单体两端分别连接管路。

7.如权利要求1所述的太阳能光伏供电式污水处理设备，其特征在于，污水泵位于缺氧生物反应器所在的隔间内。

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