CN220520284U - 一种基于光伏直流发电的污水处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光伏直流发电的污水处理设备，包括潜水泵，用于将污水提升输送至第一滤池；第一滤池，用于进行污水的初步过滤处理；气泵，用于给第一滤池提供曝气和通风；第二滤池，用于进行污水的二次过滤处理；供电组件，用于给潜水泵和气泵供电；所述潜水泵与第一滤池管路连通，所述气泵与第一滤池管路连通，所述第一滤池与第二滤池管路连通，所述供电组件与潜水泵和气泵电性连接。本实用新型利用光伏电池的光伏效应直接把太阳的辐射能转变为直流电能，将直流电能进行合理分配给气泵和潜水泵，并且将多余的电能存储在存储模块中，具有多种工作模式可以进行切换运行，有效提高了电能转化效率，同时起到了节能减排的作用。

Description

一种基于光伏直流发电的污水处理设备

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种基于光伏直流发电的污水处理设备。

背景技术

利用光伏发电，是目前小型污水处理设施最主要的供电方法之一。但是，目前大部分光伏发电都是直流转交流，转化效率低、耗电多。并且目前光伏交流带动的一体化设备处理污水量都在50吨/天左右，属于大型污水处理设备，而在农村地区的小型污水处理设备，其处理量在2吨/天左右，处理量远远小于大型的污水处理设备。目前，针对大型的污水处理设备，例如专利公告号为CN202010409926.1的太阳能一体化生活污水处理设备及用其处理污水的方法，该专利申请采用了光伏发电的原理，但是使用的是直流转交流，在转化过程中会造成大量的损耗；同时为了满足大功率的用电需求，使用的光伏数量多，投资大，远远超过小型污水处理设备的用电需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于光伏直流发电的污水处理设备，旨在解决现有技术中利用光伏发电，然后在直流转交流的过程中会造成大量的损耗，同时为了满足大功率的用电需求，使用的光伏数量多，投资大，远远超过小型污水处理设备的用电需求的问题。

本实用新型采取以下技术方案实现：

一种基于光伏直流发电的污水处理设备，包括潜水泵，用于将污水提升输送至第一滤池；第一滤池，用于进行污水的初步过滤处理；气泵，用于给第一滤池提供曝气和通风；第二滤池，用于进行污水的二次过滤处理；供电组件，用于给潜水泵和气泵供电；所述潜水泵与第一滤池管路连通，所述气泵与第一滤池管路连通，所述第一滤池与第二滤池管路连通，所述供电组件与潜水泵和气泵电性连接。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述供电组件包括，

光伏板，用于把太阳的辐射能转变为不稳定的直流电能；

稳压模块，用于把不稳定的直流电能转换成稳定的直流电能；

DC/DC转换模块，用于将直流电能的电压转换为不同等级的电压；

所述光伏板与稳压模块的输入端电性连接，所述稳压模块的输出端与DC/DC转换模块电性连接，所述DC/DC转换模块与潜水泵、气泵电性连接。

进一步地，所述稳压模块采用MPPT控制器。

进一步地，污水处理设备还包括电量监测模块和报警模块，所述电量监测模块的输入端与稳压模块电性连接，所述电量监测模块的输出端与DC/DC转换模块电性连接，所述报警模块与电量监测模块电性连接。

进一步地，污水处理设备还包括存储模块，所述存储模块用于存储稳定的直流电能；所述存储模块的输入端与稳压模块连接，所述存储模块的输出端与DC/DC转换模块电性连接。

进一步地，所述存储模块采用蓄电池。

进一步地，所述潜水泵采用直流离心式潜水泵，所述气泵采用直流永磁式气泵。

进一步地，所述光伏板、稳压模块、电量监测模块和DC/DC转换模块构成第一工作模式，所述光伏板、稳压模块、电量监测模块和存储模块构成第二工作模式，所述存储模块和DC/DC转换模块构成第三工作模式，所述第一工作模式和第二工作模式同时运行，所述第三工作模式可独立运行。

本实用新型的有益效果：

相比现有技术而言，本实用新型的一种基于光伏直流发电的污水处理设备，利用光伏电池的光伏效应直接把太阳的辐射能转变为直流电能，将直流电能进行合理分配给气泵和潜水泵，并且将多余的电能存储在存储模块中，具有多种工作模式可以进行切换运行，有效提高了电能转化效率，同时起到了节能减排的作用。

附图说明

图1是本实用新型一种基于光伏直流发电的污水处理设备的流程图。

图2是图1中供电组件与气泵、潜水泵的连接关系示意图。

附图标记为：潜水泵10、第一滤池20、气泵30、第二滤池40、供电组件50、光伏板51、稳压模块52、DC/DC转换模块53、电量监测模块54、报警模块55、存储模块56。

实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

参照图1-图2，本实施例提供了一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其可以实现多种工作模式的切换，直接采用直流电进行供电，提高了电能转化效率。

如图1所示，为一种基于光伏直流发电的污水处理设备的流程图，包括潜水泵10，用于将污水提升输送至第一滤池；第一滤池20，用于进行污水的初步过滤处理，污水进入第一滤池后，先厌氧再好氧，进行硝化和反硝化反应，去除水中的氨氮和COD；气泵30，用于给第一滤池20提供曝气和通风，加快反应流程；第二滤池40，用于进行污水的二次过滤处理，当进入第二滤池后，污水经过各种滤料过滤后，完成了泥水分离，有效去除水中的总磷、总氮、COD，使得出水达到排放标准；供电组件50，用于给潜水泵10和气泵30供电，潜水泵10与第一滤池20管路连通，气泵30与第一滤池20管路连通，第一滤池20与第二滤池40管路连通，供电组件50与潜水泵10和气泵30电性连接。其中，潜水泵10采用直流离心式潜水泵，气泵30采用直流永磁式气泵。

本实施方式中所处理的污水为生活污水，污水处理设备的工作流程为：首先潜水泵10将生活污水提升输送至第一滤池20，第一滤池20包括厌氧池和好氧池，气泵30给好氧池进行曝气，在第一滤池20内进行污水初步处理，处理后的污水输送至第二滤池40，第二滤池40采用防堵塞复合滤池，通过进一步吸附过滤处理，然后将出水排出，出水可达到《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》中的二级标准。在工作过程中，利用供电组件50给潜水泵10和气泵30进行供电。

供电组件50包括光伏板51，用于把太阳的辐射能转变为不稳定的直流电能；稳压模块52，用于把不稳定的直流电能转换成稳定的直流电能，该稳压模块52采用MPPT控制器；DC/DC转换模块53，用于将直流电能的电压转换为不同等级的电压；光伏板51与稳压模块52的输入端电性连接，稳压模块52的输出端与DC/DC转换模块53电性连接，DC/DC转换模块53与潜水泵10、气泵30电性连接。

同时为了监测稳压模块52的稳压效果，保证电流的稳定性，在稳压模块52和DC/DC转换模块53之间添加电量监测模块54和报警模块55，电量监测模块54的输入端与稳压模块52电性连接，电量监测模块54的输出端与DC/DC转换模块53电性连接，报警模块55与电量监测模块54电性连接。通过电量监测模块54监测电流的稳定性，若出现不稳定现象，则通过报警模块55进行报警处理。

在供电组件50工作的过程中，其光伏板51转化的电能在大于气泵30和潜水泵10所需要的电能，以及当气泵30和潜水泵10停止工作时，光伏板51产生的电能需要进行存储，因此，本申请还包括存储模块56，该存储模块56用于存储稳定的直流电能；存储模块56的输入端与稳压模块52连接，通过位于存储模块56和稳压模块52之间的电量监测模块54监测电流的稳定性，存储模块56的输出端与DC/DC转换模块53电性连接，存储模块56采用蓄电池。

在工作时，光伏板51、稳压模块52、电量监测模块54和DC/DC转换模块53构成第一工作模式，光伏板51、稳压模块52、电量监测模块54和存储模块56构成第二工作模式，存储模块56和DC/DC转换模块53构成第三工作模式，第一工作模式和第二工作模式同时运行，第三工作模式可独立运行。

当气泵30和潜水泵10正常运行时，此时第一工作模式和第二工作模式同时运行，即光伏板51产生的电能一方面给气泵30和潜水泵10供电，另一方面将多余的电能进行存储。

当气泵30和潜水泵10停机检修时，此时第二工作模式运行，即光伏板51产生的电能全部进行存储。

当光伏板51检修时，此时第三工作模式运行，利用存储的电能供给气泵30和潜水泵10的正常运行。

三个模式交替运行，保证气泵30和潜水泵10的连续工作需要。

以下为根据上述方案进行了光伏板电能转化效率的具体实施方案：

常规方案：直流转交流。

太阳能电池板2块，其单块发电功率：100W，工作电压：18V，转换效率70%，配有蓄电功能的逆变器两个，规格分别为：12V/100AH；12V/65AH。

满电情况下两个逆变器分别可供120w气泵连续运行约3～4h，或1.5h左右（使用效率30%左右）。馈电情况下充满蓄电池，分别需要12h/8h左右（有效光照,阳光较好的条件下有效光照约4～5h/d），经计算，储电转换效率约65%。

使用场景如下：日常进水2m³/d，采用300W水泵（120L/min，H=7m），运行时间合计约0.33h，耗电量0.1kw·h；采用120W气泵，运行时间（预处理曝气+滤池通风）4h/d，耗电量0.48 kw·h；另考虑监控探头、触摸屏、自控系统等耗电设备，全部设备日耗电量合计约为0.6 kw·h。

进一步分析：太阳能单面板（有效面积：0.5m², 发电功率：100w），需连续有效光照44h，满足每日用电需求。

即：100W×70%（光转电效率）×65%（储能效率）×30%（供能效率）×44h=0.6 kw·h

目前2块太阳能面板需要连续不断的光照，才能保持每日用电需求。若按日有效光照4h计，每日可补充当日用电量的20%。

由此得到如下结论：

（1）220V供电系统的发电-蓄电-放电转化效率低，总效率仅为13.65%，目前的配置无法支撑设备日常用电；

（2）若要满足系统供电，至少需要10块太阳能板（单块750×750 mm，有效面积0.5m²）。

本申请方案：直流转直流。

太阳能电池板1块，其发电功率：380W，工作电压：36V，转换效率70%，1块蓄电池，规格为：24V/100AH，蓄电池的充放电效率以95%计算，无光照条件下，蓄电池可供系统连续运行2天。直流供电由于电压低，非工作电耗低，一般供能效率介于60-90%，本方案中取中间值75%。

使用场景如下：日常进水2m³/d，采用180W水泵（流量2m³/h，扬程8m，电压24V），运行时间合计约1h，耗电量0.18kw·h；采用60W气泵，运行时间（预处理曝气+滤池通风）每天4h，耗电量0.24 kw·h；加上监控探头、MPPT控制器等耗电设备，全部设备日耗电量合计约为0.5 kw·h。

太阳能单面板（有效面积：1.9m², 发电功率：380w），需连续有效光照4h，满足每日用电需求。

即：380W×70%（光转电效率）×95%（充放电效率）×75%（供能效率）×4h=0.758kw·h

蓄电池充电：（0.758kw·h-0.5kw·h）÷（24V*100AH）=10.7%

由此得到如下结论：

（1）24V直流供电系统的发电-蓄电-放电转化效率高，总效率达到51%，目前的配置完全满足设备日常用电；

（2）光伏板在满足设备正常用电的条件下，还有多余的电量供给蓄电池，最少保证每天能充满10%的电量。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其特征在于：包括潜水泵，用于将污水提升输送至第一滤池；第一滤池，用于进行污水的初步过滤处理，气泵，用于给第一滤池提供曝气和通风，第二滤池，用于进行污水的二次过滤处理；供电组件，用于给潜水泵和气泵供电；所述潜水泵与第一滤池管路连通，所述气泵与第一滤池管路连通，所述第一滤池与第二滤池管路连通，所述供电组件与潜水泵和气泵电性连接；所述供电组件包括，光伏板，用于把太阳的辐射能转变为不稳定的直流电能；稳压模块，用于把不稳定的直流电能转换成稳定的直流电能；DC/DC转换模块，用于将直流电能的电压转换为不同等级的电压；所述光伏板与稳压模块的输入端电性连接，所述稳压模块的输出端与DC/DC转换模块电性连接，所述DC/DC转换模块与潜水泵、气泵电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其特征在于：所述稳压模块采用MPPT控制器。

3.根据权利要求2所述的一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其特征在于：污水处理设备还包括电量监测模块和报警模块，所述电量监测模块的输入端与稳压模块电性连接，所述电量监测模块的输出端与DC/DC转换模块电性连接，所述报警模块与电量监测模块电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其特征在于：污水处理设备还包括存储模块，所述存储模块用于存储稳定的直流电能；所述存储模块的输入端与稳压模块电性连接，所述存储模块的输出端与DC/DC转换模块电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其特征在于：所述存储模块采用蓄电池。

6.根据权利要求1所述的一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其特征在于：所述潜水泵采用直流离心式潜水泵，所述气泵采用直流永磁式气泵。

7.根据权利要求4所述的一种基于光伏直流发电的污水处理设备，其特征在于：所述光伏板、稳压模块、电量监测模块和DC/DC转换模块构成第一工作模式，所述光伏板、稳压模块、电量监测模块和存储模块构成第二工作模式，所述存储模块和DC/DC转换模块构成第三工作模式，所述第一工作模式和第二工作模式同时运行，所述第三工作模式可独立运行。