申请日2012.10.26
公开(公告)日2014.05.14
IPC分类号C02F3/32; C02F3/34; C02F3/02
摘要
本发明涉及一种风光互补曝气污水处理系统及应用。风光互补曝气污水处理装置由进水系统、风光互补发电曝气系统、人工浮岛污水处理系统、排水系统组成。其中风光互补曝气污水处理装置设有风光互补发电装置，风光互补发电曝气区底部设有与曝气泵相连的曝气管，人工浮岛污水处理区设有5cm厚的泡沫板。本发明设计的污水处理装置，采用风光互补曝气技术，利用取之不尽的太阳能和风能作为曝气泵的电能来源，使太阳和风能为普通供氧曝气泵提供清洁、免费的电能，同时太阳能和风能可以互补，具有极强的实用性和推广价值。本发明设计水面设有人工浮岛装置，在有效改善水质的同时，具有美化环境的功能，在城市景观水体的综合治理中具有良好的应用前景。
权利要求书
1.风光互补曝气污水处理系统，包括：进水系统、人工浮岛污 水处理系统、排水系统;其特征在于：
所述人工浮岛污水处理系统包括一上端开口的容器，左上部设有 进水系统，进水系统包括T型布水管(1);容器的右端设有排水系统， 排水系统包括三个排水口，每两个排水口间距10cm，每一个排水口 上均安装有排水管;
人工浮岛污水处理系统是处理污水的核心部分，包括远离进水系 统一侧的风光互补曝气区和复氧植物污水处理区;于风光互补曝气 区上部设有浮动码头(15)，浮动码头(15)上设置有风光互补曝气 装置(2);于复氧植物污水处理区上部设有泡沫板(8)，泡沫板(8) 中扦插有复氧植物(3)，复氧植物(3)为水生植物;于污水处理系 统的底部污水区(7)设有纤维状填料。
2.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：所述风光互补曝气装置包括风力发电机(11)、太阳能电池板组 (10)、曝气泵(14)，风力发电机(11)和太阳能电池板组(10)分 别与能量转换器(13)导线连接，能量转换器(13)与蓄电池的输入 端导线连接，曝气泵(14)与蓄电池的输出端导线连接，整个装置置 于浮动码头(15)上，所述能量转换器为将风能和太阳能转换为电能 的装置;曝气泵(14)的气体出口通过导气管路与设置于靠近排水口 处的曝气管(4)相连。
3.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：所述容器的底部设有排泥管(5)，排泥管(5)一端伸出容器的 外部作为排泥口，排泥管上设有小孔。
4.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：所述水生植物包括：芦苇、香蒲、荷花、千屈菜、茭白、泽泻、 水生美人蕉、旱伞草、鸢尾、芦苇、水葱、菖蒲、黄菖蒲、再力花、 梭鱼草、花叶芦竹之一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：所述纤维球填料(16)为纤维丝扎结而成，直径为30——50mm， 呈白色球状或椭球状;填料上附着有细菌、真菌、藻类、原生动物、 后生动物以及肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫。
6.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：所述泡沫板(8)上有直径6cm，高度为7cm的白色环状花托(9)， 水生植物置于白色环状花托(9)内，泡沫板(8)为聚二乙烯材质。
7.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：所述容器为长方形，装置宽度与T型布水管(1)长度相等，T 型布水管(1)采用pvc、upvc、PE或PPR材质。
8.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：所述T型布水管(1)布水采用穿孔管布水,孔直径2cm。
9.根据权利要求1所述风光互补曝气污水处理系统，其特征在 于：排水口和排水管(6)内径为3cm，排水管设置成3个高度，一 个高度为中上部、一个高度为中下部、一个高度为底部，排水管采用 pvc、upvc、PE或PPR材。
10.一种权利要求1所述的风光互补曝气污水处理系统的应用， 其特征在于：污水由进水系统的T型布水管(1)进入污水区(7)中， 其中污水中的N、P营养物质一部分被水生植物的根系吸收，另一部 分在通过填料(16)区时，被填料(16)区的生物膜吸附、吸收;
其中，风光互补曝气装置(2)充分利用自然界的风能和太阳能， 通过能量转换器(13)将其转换为电能，带动曝气泵(14)运转， 向污水中供氧，提供了一个有氧环境，更有利于微生物及复氧植物(3) 对N、P的去除，出水由排水管(6)排出;剩余污泥由排泥管(5) 排出;
所述人工浮岛污水处理系统内的污水中氧气一部分来自于风光 互补曝气装置，另一部分来自于复氧植物(3)光合作用。
说明书
风光互补曝气污水处理系统及应用
技术领域：
本发明涉及生活污水处理生态工程技术，属于环保技术领域，具 体涉及风光互补曝气技术和人工浮岛污水处理技术的一种新型污水 处理系统。
技术背景：
人工浮岛技术属于生态修复技术，是以能漂浮于水面且不易分散 的材质作为载体，于其表面上认为栽种各种植物适合水域生长的水生 植物或陆生植物的水质净化系统。浮岛中植物利用自身的根系吸收 N、P营养物，然后转化或存储到植物茎叶，通过多次的植物与微生 物包括嗜磷、不同氮细菌的协同降解转化水体中的N、P物质，而且 浮岛植物可以将空气中的氧通过茎和根向根区输送，使根区附近形成 好氧、缺氧和厌氧不同环境，促进硝化、反硝化反应进行，利于营养 物质的去除。传统的人工浮岛不能有效的实现同步脱氮除磷，且水生 植物在夜间的呼吸作用将减少水中的溶解氧，影响营养物的去除效 果。
近年来，人们在复氧植物污水处理系统的基础上增加了曝气复氧 系统，形成人工强化复氧植物污水处理系统。
曝气复氧技术是根据河流受到污染后缺氧的特点，人工向水体中 充入空气(或氧气)，加速水体复氧过程，以提高水体中溶解氧水平， 恢复和增强水体中好氧微生物的活性，使水体中的污染物质得到净 化，进而恢复水体生态系统。通常待修复的水量都非常庞大，采用传 统工艺进行曝气造流常常需要很大的电耗。目前我国常用的曝气充氧 设备，均是以市政电网的能耗为主要驱动能源，而市政电网多是采用 火力发电，每发一度电将产生1.008kg二氧化碳，5.425g二氧化硫。 对于一个100kw的系统，每天工作4小时，其每年将产生147.168T 二氧化碳，产生0.792T二氧化硫。另外，由于多数水资源保护地均 是远离城市的，将大功率的电缆从城市拉向水资源保护地费用相当 高。因此普通曝气泵会消耗大量能源，能源的大量消耗和进口不仅 对于国家能源安全有巨大威胁，而且带来了一系列环境问题，如空气 污染、土壤污染、酸雨等。
为了解决传统曝气复氧能耗大、对环境污染严重等问题，人们采 用风光互补发电技术，增大水中溶氧量。
风光互补发电技术是利用太阳能电池板将太阳能转换成电能，同 时利用风力发电机将风能转换成电能，采用将风能和太阳能结合起来 同时发电，组成供电系统的一种节能环保的新兴技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用风光互补曝气技术，合理采用风 能、太阳能和生物能等可再生能源，构成多种能源互补的供能系统。 充分利用资源，提高能源利用率，又可以减少单一能源供电的劣势， 达到零排放、零污染的生态循环经济链。
进水系统、人工浮岛污水处理系统、排水系统;其特征在于：
所述人工浮岛污水处理系统包括一上端开口的容器，左上部设有 进水系统，进水系统包括T型布水管;容器的右端设有排水系统，排 水系统包括三个排水口，每两个排水口间距10cm，每一个排水口上 均安装有排水管;
人工浮岛污水处理系统是处理污水的核心部分，包括远离进水系 统一侧的风光互补曝气区和复氧植物污水处理区;于风光互补曝气 区上部设有浮动码头，浮动码头上设置有风光互补曝气装置;于复氧 植物污水处理区上部设有泡沫板，泡沫板中扦插有复氧植物，复氧植 物为水生植物;于污水处理系统的底部污水区设有纤维状填料。
所述风光互补曝气装置包括风力发电机、太阳能电池板组、曝气 泵，风力发电机和太阳能电池板组分别与能量转换器导线连接，能量 转换器与蓄电池的输入端导线连接，曝气泵与蓄电池的输出端导线连 接，整个装置置于浮动码头上，所述能量转换器为将风能和太阳能转 换为电能的装置;曝气泵的气体出口通过导气管路与设置于靠近排水 口处的曝气管相连。
所述容器的底部设有排泥管，排泥管一端伸出容器的外部作为排 泥口，排泥管上设有小孔。
所述水生植物包括：芦苇、香蒲、荷花、千屈菜、茭白、泽泻、 水生美人蕉、旱伞草、鸢尾、芦苇、水葱、菖蒲、黄菖蒲、再力花、 梭鱼草、花叶芦竹之一种或几种组合;
所述纤维球填料为纤维丝扎结而成，直径为30——50mm,呈白色 球状或椭球状;填料上附着有细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动 物以及肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫。
所述泡沫板上有直径6cm，高度为7cm的白色环状花托，水生 植物置于白色环状花托内，泡沫板为聚二乙烯材质。
所述容器为长方形，装置宽度与T型布水管长度相等，T型布水 管采用pvc、upvc、PE或PPR材质。
所述T型布水管布水采用穿孔管布水,孔直径2cm。
排水口和排水管内径为3cm，排水管设置成3个高度，一个高度 为中上部、一个高度为中下部、一个高度为底部，排水管采用pvc、 upvc、PE或PPR材。
污水由进水系统的T型布水管进入污水区中，其中污水中的N、 P营养物质一部分被水生植物的根系吸收，另一部分在通过填料(16) 区时，被填料区的生物膜吸附、吸收;
其中，风光互补曝气装置充分利用自然界的风能和太阳能，通过 能量转换器将其转换为电能，带动曝气泵运转，向污水中供氧，提供 了一个有氧环境，更有利于微生物及复氧植物对N、P的去除，出水 由排水管排出;剩余污泥由排泥管排出;
所述人工浮岛污水处理系统内的污水中氧气一部分来自于风光 互补曝气装置，另一部分来自于复氧植物光合作用。
本发明的目的就是针对已有技术的缺点，设计一种工艺运行灵 活、能耗低、能源利用率高、有效防止堵塞、生态协调性好的新型风 光互补曝气生态污水处理系统。
本发明可以将自然界中的风能和太阳能有效的转化为电能进而 带动曝气泵向水中供氧，保障了水中充足的氧环境，使复氧植物能更 充分发挥去除COD和总氮的作用。同时本装置无需停车检修，维护 方便，造价低，且浮岛上不同类型植物的生长能形成美丽的景观，营 造良好的视觉效果。
除此之外，本发明进水方式和单元组合灵活，对水量、水质适应 能力强，出水水质稳定可靠。本工程投资和运行成本低，运行维护和 管理简单，工程和景观示范作用明显。依据不同水生植物脱氮除磷的 效果和释氧能力，结合风光互补曝气技术的特点，更好的发挥水生植 物的营养吸收作用，并且节省了水体曝气复氧的能耗。