申请日2018.05.11
公开(公告)日2018.09.04
IPC分类号C02F3/30; F03D9/11; H02J7/00; H02J7/34; H02J7/35; H02S10/12
摘要
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。
翻译权利要求书
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。
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：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。
3.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：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为大等或等于2的整数。
4.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：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。
5.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。
6.根据权利要求1-5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。
7.根据权利要求6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。
8.一种污水处理方法，其特征在于，利用如权利要求1-7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。
说明书
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。