基于太陽能的多級串聯(lián)人工濕地污水處理系統(tǒng)及其方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水處理領域，具體涉及一種基于太陽能的多級串聯(lián)人工濕地污水處 理系統(tǒng)及其方法。
【背景技術】
[0002] 我國農(nóng)村人口數(shù)量龐大，農(nóng)村的生活環(huán)境和質量很大程度上體現(xiàn)了我國經(jīng)濟發(fā)展 的整體水平。隨著國家環(huán)保政策的實施，居民生活水平和環(huán)保意識的不斷提高，目前很多農(nóng) 村正在大力推進污水處理項目的建設，以保護和改善農(nóng)村環(huán)境。越來越多的技術被應用于 農(nóng)村污水處理，主要有厭氧沼氣池技術、穩(wěn)定塘技術、土壤滲濾技術和人工濕地技術等。
[0003] 我國農(nóng)村生活污水大部分采用的是沼氣池簡單處理直接排放，對環(huán)境造成嚴重危 害。一些無動力的污水處理池，即大型的沼氣池，厭氧預處理+人工濕地技術在農(nóng)村生活污 水處理中也得到很好的利用，但是處理出水仍難以達標，產(chǎn)生的臭氣也使人望而卻步。一些 常規(guī)微動力污水處理技術不僅需要用電，還需要人員管理和維護，在農(nóng)村并不適用，有的設 施甚至成為擺設?？紤]到無動力的污水處理設施難以達到排放標準，而一些用電的微動力 污水處理設施又耗電嚴重，需要市電供應，在經(jīng)濟不發(fā)達、供電困難的農(nóng)村難以大規(guī)模推廣 應用，運行成本偏高且存在惡臭污染等缺陷，提供一種節(jié)能、經(jīng)濟的農(nóng)村微動力污水處理系 統(tǒng)迫在眉睫，利用太陽能發(fā)電為污水處理設備提供所需的電力，具有永久性、清潔性、經(jīng)濟 性以及普遍性等優(yōu)點。太陽能作為全世界應用最為廣泛的新能源，用于污水處理更是體現(xiàn) 了環(huán)保的概念?？紤]到一些地區(qū)光照不足以及夜間污水處理效果不佳等現(xiàn)狀，同時設置了 市電補給及并網(wǎng)系統(tǒng)，不僅保證了特殊環(huán)境下污水處理系統(tǒng)的正常運行，還一定程度上節(jié) 約了市電消耗。
[0004] 復合人工濕地具有基建投資小、污染去除效率高、布置靈活和運行維護管理方便 等優(yōu)點，十分適用于農(nóng)村污水凈化處理。農(nóng)村地區(qū)地勢開闊、太陽能資源豐富且便于利用， 將成熟的太陽能技術耦合入人工濕地凈化系統(tǒng)，設計出基于大自然節(jié)律變化的太陽能人工 濕地系統(tǒng)，既能解決濕地運行中的能源供給，還能利用太陽能光伏產(chǎn)熱和發(fā)電曝氣，改善人 工濕地低溫季節(jié)運行效率低下、填料易堵塞和溶解氧供給率低等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中存在的問題，并提供一種利用太陽能作為供能裝 置的人工濕地污水處理系統(tǒng)及其方法。
[0006] 基于太陽能的多級串聯(lián)人工濕地污水處理系統(tǒng)包括AVo處理裝置和人工濕地處 理系統(tǒng)，AVo處理裝置和人工濕地處理系統(tǒng)串聯(lián)設置，對污水進行多級處理；所述的人工濕 地處理系統(tǒng)設置在棚式薄膜光伏太陽能溫室中，棚式薄膜光伏太陽能溫室的頂部外表面敷 設非晶硅薄膜式太陽能電池板，非晶硅薄膜式太陽能電池板通過太陽能控制器與蓄電池相 連，多級串聯(lián)人工濕地污水處理系統(tǒng)通過蓄電池進行供電。
[0007] 所述的AVo處理裝置的池體采用多個AVo-體化設備罐按照AVo工藝的處理流 程進行組裝而成，并設置回流管道，A2/0-體化設備罐采用PE材質，A2A) -體化設備罐的PE罐體外表面為波紋狀罐壁，波紋狀罐壁上水平環(huán)繞有多個凸起結構。
[0008] 所述的AVo-體化設備罐中作為好氧池和厭氧池的罐體內(nèi)設置固定床填料，固定 床填料采用中空的網(wǎng)狀塑料筒疊加而成。
[0009] 所述的AVo-體化設備罐頂部設有可打開式罐蓋，側壁設有污水流動管道；所述 的多個A2/0 -體化設備罐中作為好氧池的A2A) -體化設備罐罐體內(nèi)底部還設有管式曝氣 器，管式曝氣器采用聚氨酯管式曝氣器。
[0010] 所述的非晶硅薄膜式太陽能電池板上安裝有角度調節(jié)裝置，所述的角度調節(jié)機構 裝置包括提升桿電機和太陽能電動提升桿，太陽能電動提升桿設置在非晶硅薄膜式太陽能 電池板一端，太陽能電動提升桿與非晶硅薄膜式太陽能電池板連接的一端設有提升桿伸縮 節(jié)，太陽能電動提升桿底部設有提升桿電機，提升桿電機通過驅動提升桿伸縮節(jié)的伸長或 縮短來控制太陽能電動提升桿的長度。
[0011] 所述的人工濕地處理系統(tǒng)由垂直流人工濕地和水平流人工濕地串聯(lián)而成，垂直流 人工濕地和水平流人工濕地底部填料層從上到下依次為砂土層、砂石層、混合基質層和礫 石層，其中砂石層中設有固定化微生物層，混合基質層中設有發(fā)熱恒溫棒和穿孔曝氣管，穿 孔曝氣管和管式曝氣器均與曝氣鼓風機相連；水平流人工濕地通過出水井和水位調節(jié)箱相 連。
[0012] 所述的棚式薄膜光伏太陽能溫室中還設有噴淋裝置和通風裝置，噴淋裝置和通風 裝置通過溫控開關與蓄電池相連。
[0013] 所述的蓄電池同時與市電系統(tǒng)構成光電互補系統(tǒng)，相互作為補充供能。
[0014] 使用所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)的污水處理方法包括如下步驟： 1) 污水通過管網(wǎng)依次流經(jīng)格柵池和調節(jié)池，濾去懸浮物并對污水進行均和調節(jié)處理； 2) 通過微動力提升泵將經(jīng)過步驟1)處理后的污水提升至A2/0 -體化設備罐中，多個 A2/0-體化設備罐分別作為厭氧反應器、缺氧反應器、好氧反應器和沉淀池對污水進行處 理，其中好氧反應器中污水回流至缺氧反應器，回流比為2:1 ; 3) 將經(jīng)過步驟2)處理后的污水通過進水管排入垂直流人工濕地的濕地集水井中，再 通過濕地水流通道由填料層底部從下往上流動，在縱向流動的過程中污水依次經(jīng)過填料層 中的礫石層、混合基質層、固定化微生物層、砂石層、砂土層和濕地植物的根系； 4) 將經(jīng)過步驟3)處理后的污水排入水平流人工濕地，在推流過程中污水依次從水平 流的進水口經(jīng)過填料層流向出水口，并利用與曝氣鼓風機相連的穿孔曝氣管進行供氧，同 時，利用發(fā)熱恒溫棒進行保溫，以進一步去除污水中的污染物； 5) 將經(jīng)過步驟4)處理后的污水排入出水井，進行達標排放，通過出水井中安裝的液面 監(jiān)測浮球開關監(jiān)測控制水流進入水位調節(jié)箱。
[0015] 所述的步驟3)中污水縱向流動的過程中，利用在混合基質層中安裝的發(fā)熱恒溫 棒為整個床體提供熱量，同時利用曝氣鼓風機通過穿孔曝氣管進行曝氣，使之在穿孔曝氣 管周邊按距離遠近形成好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，達到脫氮除磷的目的； 所述的垂直流人工濕地和水平流人工濕地均設置于棚式薄膜光伏太陽能溫室中，棚 式薄膜光伏太陽能溫室通過噴淋裝置和通風裝置對棚內(nèi)溫度進行控制，當溫度高于設定值 時，開啟噴淋裝置和通風裝置降溫；棚式薄膜光伏太陽能溫室頂部的非晶硅薄膜式太陽能 電池板能通過提升桿電機驅動提升桿伸縮節(jié)的伸長或縮短來控制太陽能電動提升桿的長 度，從而調節(jié)非晶硅薄膜式太陽能電池板與太陽光線形成的夾角角度； 所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)中的耗電設備均通過蓄電池進行供能，而蓄電池與非晶 娃薄膜式太陽能電池板連接，非晶娃薄膜式太陽能電池板吸收的太陽能轉化成電能，經(jīng)過 太陽能控制器數(shù)字化調節(jié)后輸出，并存儲于蓄電池中，蓄電池與市電間光電互補，相互進行 供能轉換。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是： 1、棚式薄膜光伏太陽能溫室既滿足了植物各個季節(jié)正常生長的光照和溫度需要，又實 現(xiàn)光電轉換，低成本光能發(fā)電。
[0017] 2、采用了垂直流人工濕地和潛流人工濕地串聯(lián)模式，占地面積較小，避免了潛流 對氨氮、磷處理效果不佳，該復合人工濕地對水體的各種污染物處理效率較高，滿足了出水 達標排放要求。
[0018] 3、薄膜光伏太陽能板安裝了自控太陽能電動提升桿，可隨著太陽角度變化而伸縮 調節(jié)光伏板的朝向，提高太陽能的利用率。
[0019] 4、A2/0固定床系統(tǒng)罐體采用改性PE材質，加入了抗氧化劑，抗紫外線劑等添加劑， 可耐各類腐蝕，并埋置于地下，減少了用地面積。
[0020] 5、AVo設備罐體中填料填充率高，實現(xiàn)了三維流動，完全混合，氧利用效率高，掛 膜時間短，壽命長，不容易堵塞。
[0021] 6、固定床罐體整體強度高，抗浮性能好，且單個罐體體積小質量輕，組合式安裝， 安裝運輸便捷。
[0022] 7、好氧罐體中管式曝氣器采用聚氨酯材料，處理效果較好，能量損失減少25%，且 使用壽命比較長。
[0023] 8、利用市電作為補給能源，保證了特殊天氣情況和夜間污水處理系統(tǒng)的正常運 行。同時又設置了并網(wǎng)市電系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)正常運行的情況下多余的太陽能進入市電系統(tǒng)。
[0024]9、人工濕地填料層中安裝了發(fā)熱恒溫棒和微孔穿孔管，提升了污水處理效率。
[0025] 10、出水井安裝了水位檢測控制器，水力負荷過大時，調控部分水量進入水位調節(jié) 箱中。
【附圖說明】
[0026] 圖1是一種利用太陽能作為供能裝置的人工濕地污水處理系統(tǒng)的示意圖； 圖2是本發(fā)明的太陽能供電裝置系統(tǒng)； 圖3是本發(fā)明的太陽能電動提升桿； 圖4是本發(fā)明的垂直流人工濕地結構圖； 圖5是本發(fā)明的濕地填料層示意圖； 圖6是本發(fā)明的PE罐體結構圖； 圖7是本發(fā)明的填料層示意圖。
[0027] 圖中，格柵池1、微動力提升泵2、調節(jié)池3、A2/0-體化設備罐4、市電系統(tǒng)5、逆變 器6、太陽能控制器