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一种基于 风光互补发电低功耗农村污 水处理系统

专利类型	发明授权	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN202411693999.2	申请日	2024-11-25
公开(公告)号	CN119176620B	公开(公告)日	2025-03-07
申请人	中国市政工程西南设计研究总院有限公司;	申请人类型	企业
发明人	赵志勇; 唐涛涛; 朱榕鑫; 杨舒茗; 吴嘉利; 赵晓龙; 傅驿凯;	第一发明人	赵志勇
权利人	中国市政工程西南设计研究总院有限公司	权利人类型	企业
当前权利人	中国市政工程西南设计研究总院有限公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：四川省	城市	当前专利权人所在城市：四川省成都市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：四川省成都市金牛区星辉中路11号	邮编	当前专利权人邮编：610036
主IPC国际分类	C02F3/00	所有IPC国际分类	C02F3/00 ; C02F3/30 ; C02F3/34
专利引用数量	2	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	5	专利文献类型	B
专利代理机构	成都厚为专利代理事务所	专利代理人	徐煊;
摘要	本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，包括依次连通的多功能兼氧池、固定床生物膜缺氧池、固定床生物膜好氧沉淀池和风机；风机通过管道分别与固定床生物膜缺氧池和固定床生物膜好氧沉淀池连通，管道上设有二位五通电磁阀，二位五通电磁阀用于连通固定床生物膜缺氧池与风机或连通固定床生物膜缺氧池与大气或连通风机与曝气装置。本发明在固定床生物膜缺氧池设置“自然进水搅拌”、“脉冲式压力循环搅拌”两种搅拌模式，在降低能耗的同时提高了搅拌效率；同时固定床生物膜好氧沉淀池采用空气压力式气体进水，比传统水泵气提大大降低能耗，降低溶解氧带入，提高碳源利用率。
权利要求	1.一种基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，其特征在于：包括依次连通的多功能兼氧池、固定床生物膜缺氧池、固定床生物膜好氧沉淀池和风机；所述固定床生物膜好氧沉淀池内液位高于所述多功能兼氧池内液位，所述固定床生物膜好氧沉淀池通过回流管连接至所述多功能兼氧池的进水口；所述多功能兼氧池用于通过至少一次沉淀将污水中颗粒有机物沉淀到多功能兼氧池的池底；所述多功能兼氧池内设有用于暂存经沉淀处理后的污水的调节区，所述调节区通过连通管与固定床生物膜缺氧池连通，经调节区进入固定床生物膜缺氧池的污水在固定床生物膜缺氧池内做圆周运动进而对固定床生物膜缺氧池内的污水进行自然进水搅拌；所述固定床生物膜缺氧池密封设置；所述固定床生物膜好氧沉淀池底部设有曝气装置；所述风机通过管道分别与固定床生物膜缺氧池和固定床生物膜好氧沉淀池连通，所述管道上设有二位五通电磁阀，所述二位五通电磁阀用于连通固定床生物膜缺氧池与风机或连通固定床生物膜缺氧池与大气或连通风机与曝气装置；所述风机用于向曝气装置供气或向固定床生物膜缺氧池供气压缩固定床生物膜缺氧池内的污水进入调节区或固定床生物膜好氧沉淀池；所述固定床生物膜缺氧池包括密闭容器，所述密闭容器包括上部的圆柱腔和下部的锥形腔，所述连通管在密闭容器内的出水方向沿圆柱腔的切线方向设置；所述风机通过电池、风力发电机或光伏板供能；还包括风光互补控制器、互联网控制器和液位计，所述液位计设置在所述密闭容器内用于监测密闭容器内的液位；所述风力发电机、光伏板、电池与所述风光互补控制器电性连接，所述风光互补控制器分别与所述互联网控制器、直流电机电性连接，所述互联网控制器还与液位计电性连接。 2.根据权利要求1所述基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，其特征在于：所述连通管为U形管。 3.根据权利要求2所述基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，其特征在于：所述连通管与密闭容器连通的一端位于密闭容器内最高运行液位以下。 4.根据权利要求1所述基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，其特征在于：所述调节区的进水口处设有提篮格栅。 5.根据权利要求1所述基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，其特征在于：所述多功能兼氧池设有三个沉淀区，三个沉淀区均从中部吸水，顶部进水。
说明书全文	一种基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统技术领域 [0001] 本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统。背景技术 [0002] 随着我国农村经济发展迅速，农民生活水平大为提高，但是农村环境建设与经济发展不同步，其中水环境污染问题尤为严重。未经处理的生活污水随意排放，导致沟渠、池塘的水质发黑变臭，蚊虫滋生，影响农村人居环境及威胁居民的身体健康，同时会造成饮用水水源污染以及湖泊、水库的富营养化。 [0003] 现有的污水处理系统存在如下不足：能耗高、设备多、系统运行稳定性差、排泥不易控制、碳源利用率低且碳排放高。发明内容 [0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，在固定床生物膜缺氧池设置“自然进水搅拌”、“脉冲式压力循环搅拌”两种搅拌模式，缓速搅拌和大强度搅拌相结合，在降低能耗的同时提高了搅拌效率；同时固定床生物膜好氧沉淀池采用空气压力式气体进水，比传统水泵气提大大降低能耗，降低溶解氧带入，提高碳源利用率。 [0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： [0006] 一种基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，包括依次连通的多功能兼氧池、固定床生物膜缺氧池、固定床生物膜好氧沉淀池和风机； [0007] 所述固定床生物膜好氧沉淀池内液位高于所述多功能兼氧池内液位，所述固定床生物膜好氧沉淀池通过回流管连接至所述多功能兼氧池的进水口； [0008] 所述多功能兼氧池用于通过至少一次沉淀将污水中颗粒有机物沉淀到多功能兼氧池的池底； [0009] 所述多功能兼氧池内设有用于暂存经沉淀处理后的污水的调节区，所述调节区通过连通管与固定床生物膜缺氧池连通，经调节区进入固定床生物膜缺氧池的污水在固定床生物膜缺氧池内做圆周运动进而对固定床生物膜缺氧池内的污水进行自然进水搅拌； [0010] 所述固定床生物膜缺氧池密封设置； [0011] 所述固定床生物膜好氧沉淀池底部设有曝气装置； [0012] 所述风机通过管道分别与固定床生物膜缺氧池和固定床生物膜好氧沉淀池连通，所述管道上设有二位五通电磁阀，所述二位五通电磁阀用于连通固定床生物膜缺氧池与风机或连通固定床生物膜缺氧池与大气或连通风机与曝气装置；所述风机用于向曝气装置供气或向固定床生物膜缺氧池供气压缩固定床生物膜缺氧池内污水进入调节区或固定床生物膜好氧沉淀池。 [0013] 进一步地，所述固定床生物膜缺氧池包括密闭容器，所述密闭容器包括上部的圆柱腔和下部的锥形腔，所述连通管在密闭容器内的出水方向沿圆柱腔的切线方向设置。 [0014] 进一步地，所述连通管为U形管。 [0015] 进一步地，所述连通管与密闭容器连通的一端位于密闭容器内最高运行液位以下。 [0016] 进一步地，所述调节区的进水口处设有提篮格栅。 [0017] 进一步地，所述多功能兼氧池设有三个沉淀区，三个沉淀区均从中部吸水，顶部进水。 [0018] 进一步地，所述直流风机通过电池、风力发电机或光伏板供能。 [0019] 进一步地，还包括风光互补控制器、互联网控制器和液位计，所述液位计设置在所述密闭容器内用于监测密闭容器内的液位； [0020] 所述风力发电机、光伏板、电池与所述风光互补控制器电性连接，所述风光互补控制器分别与所述互联网控制器、直流电机电性连接，所述互联网控制器还与液位计电性连接。 [0021] 本发明的有益效果是： [0022] 1）本发明系统电耗低，可通过设计让“风光互补”发电系统发电量满足设备运营能耗。。 [0023] 2）本发明采用直流直接供电，不用逆变器转换，电能损失小。 [0024] 3）本发明仅采用一个直流风机作为污水处理提升的动力源和增氧的设备，无搅拌器、水泵等设备大大节约能耗。 [0025] 4）本发明采用空气压力式气提方式，与传统气提方式（曝气头设置于气提管底部的气提方式）比，压力气提方式使用气量远小于传统气提方式。且传统气提方式无法无法准确控制气提量，而压力气提方式可通过液位准确计量和控制提升量。便于水量计算，根据来水量，选择设备启动时间，降低设备无畏运行。 [0026] 5）前端多功能兼氧池采用三级沉淀工艺，可以去除污水中大部分颗粒有机物，污泥厌氧发酵可以去除部分污染物，可减少后端好氧区曝气量，节约能耗。 [0027] 6）本发明根据太阳与风能发电情况，对设备进行调度，实现发电量较大时，设备运行负荷大，电池供电时，设备运行负荷降低，降低电池充放电能耗损失。 [0028] 7）本发明在固定床生物膜缺氧池设置“自然进水搅拌”、“脉冲式压力循环搅拌”两种搅拌模式，缓速搅拌和大强度搅拌相结合，在降低能耗的同时提高了搅拌效率；同时固定床生物膜好氧沉淀池采用空气压力式气体进水，比传统水泵气提大大降低能耗，降低溶解氧带入，提高碳源利用率。附图说明 [0029] 图1为本发明实施例中基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统的整体结构示意图； [0030] 图中，1、多功能兼氧池；2、固定床生物膜缺氧池；3、固定床生物膜好氧沉淀池；4、风机；5、调节区；6、连通管；7、曝气装置；8、二位五通电磁阀；9、密闭容器；10、圆柱腔；11、锥形腔；12、提篮格栅；13、沉淀区；14、电池；15、风力发电机；16、光伏板；17、风光互补控制器；18、互联网控制器；19、液位计。具体实施方式 [0031] 下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0032] 参阅图1，本发明提供一种技术方案： [0033] 实施例： [0034] 一种基于风光互补发电低功耗农村污水处理系统，包括依次连通的多功能兼氧池1、固定床生物膜缺氧池2、固定床生物膜好氧沉淀池3和风机4； [0035] 所述固定床生物膜好氧沉淀池3内液位高于所述多功能兼氧池1内液位，所述固定床生物膜好氧沉淀池3通过回流管连接至所述多功能兼氧池1的进水口； [0036] 所述多功能兼氧池1用于通过至少一次沉淀将污水中颗粒有机物沉淀到多功能兼氧池1的池底； [0037] 所述多功能兼氧池1内设有用于暂存经沉淀处理后的污水的调节区5，所述调节区5通过连通管6与固定床生物膜缺氧池2连通，经调节区5进入固定床生物膜缺氧池2的污水在固定床生物膜缺氧池2内做圆周运动进而对固定床生物膜缺氧池2内的污水进行自然进水搅拌； [0038] 所述多功能兼氧池1设有三个沉淀区13，三个沉淀区13均从中部吸水，顶部进水。如此设置，可使污水中漂浮物停留于沉淀区13，从而去除污水中漂浮颗粒物。原污水中颗粒物及回流液中脱落生物膜，沉淀到沉淀区13底部后，形成污泥区，颗粒中有机物在无氧条件下发生水解反应或厌氧消化，使少量固体有机物转换为溶解污染物，部分固体有机物直接厌氧生成甲烷去除。 [0039] “多功能兼氧池1”的回流液中有硝酸盐，在污水中反硝化菌及底泥中反硝化菌作用下，将硝酸盐氧化有机物，从而去除部分硝酸盐。 [0040] 而由于“多功能兼氧池1”反硝化菌量有限，一般无法完全去除污水中硝酸盐，“多功能兼氧池1”出水中还有硝酸盐；“固定床生物膜缺氧池2”中“固定床载体填料”特别适合反硝化细菌生长，剩余硝酸盐在“固定床载体填料”上反硝化菌作用，利用污水中有机物去除污水中硝酸盐。 [0041] 所述固定床生物膜缺氧池2密封设置； [0042] 所述固定床生物膜好氧沉淀池3底部设有曝气装置7；“固定床生物膜好氧池/沉淀池”底部有曝气系统，通过曝气可以使池内处于好氧环境，“固定床”填料可以为好氧异养菌和硝化菌提供生长环境，在为好氧异养菌和硝化菌作用下，污水中有机物被去除，氨氮被氧化成硝酸盐。 [0043] 固定床生物膜好氧池设有可调节堰以及出水堰，污水在不曝气时均有沉淀功能，污水经沉淀后，通过出水堰出水。另一方面，泥斗中排泥管接入顶部排泥区，在可调节堰作用下可使污泥排出，由于“固定床生物膜好氧池/沉淀池”液位高于“多功能兼氧池1”，在重力作用下回流液进入“多功能兼氧池1”前端，实现硝化液回流。 [0044] 所述风机4通过管道分别与固定床生物膜缺氧池2和固定床生物膜好氧沉淀池3连通，所述管道上设有二位五通电磁阀8，所述二位五通电磁阀8用于连通固定床生物膜缺氧池2与风机4或连通固定床生物膜缺氧池2与大气或连通风机4与曝气装置7；所述风机4用于向曝气装置7供气或向固定床生物膜缺氧池2供气压缩固定床生物膜缺氧池2内污水进入调节区5直至固定床生物膜缺氧池2内液面低于其进水口（即连通管6的管口），此时将固定床生物膜缺氧池2与大气连通，调节池内的污水重新进入固定床生物膜缺氧池2，往复循环，进而对固定床生物膜缺氧池2内污水进行脉冲式压力循环搅拌。 [0045] 或固定床生物膜好氧沉淀池3，前述压缩固定床生物膜缺氧池2内污水进入调节区5直至固定床生物膜缺氧池2内液面低于其进水口时，继续向固定床生物膜缺氧池2内供气，当固定床生物膜缺氧池2内液体经其底部的进水管进入固定床生物膜好氧沉淀池3，实现污水的压力式自提。 [0046] 其中，1、固定床生物膜缺氧池2通过进水管与固定床生物膜好氧沉淀池3连通，进水管的进水端位于连通管6的出水管下方（此处位于锥形腔11内，连通管6位于圆柱腔10），出水管出水端与固定床生物膜好氧沉淀池3连通。2、风机4为直流风机。 [0047] 所述固定床生物膜缺氧池2包括密闭容器9，所述密闭容器9包括上部的圆柱腔10和下部的锥形腔11，所述连通管6在密闭容器9内的出水方向沿圆柱腔10的切线方向设置。 [0048] 所述连通管6为U形管。其中，“U型管最低点高度需满足”液体压入下游需要[0049] 所述连通管6与密闭容器9连通的一端位于密闭容器9内最高运行液位以下。 [0050] 所述调节区5的进水口处设有提篮格栅12。所述提篮格栅12用于去除前端多功能兼氧池1内未完全去除的大颗粒污染物。 [0051] 所述直流风机通过电池14、风力发电机15或光伏板16供能。 [0052] 还包括风光互补控制器17、互联网控制器18和液位计19，所述液位计19设置在所述密闭容器9内用于监测密闭容器9内的液位； [0053] 所述风力发电机15、光伏板16、电池14与所述风光互补控制器17电性连接，所述风光互补控制器17分别与所述互联网控制器18、直流电机电性连接，所述互联网控制器18还与液位计19电性连接，所述互联网控制器18还连接有云服务器用于接通网页控制或APP控制。其中风光互补控制器17用于： [0054] 1）记录风光互补发电系统（风力发电机与光伏板）运行参数，并对外提供查询接口。（如：电池电量、风力发电量、光伏发电量、风力发电电压、电流、光伏发电电压电流、对外供电电压、对外供电电流等） [0055] 2）对风力发电、光伏发电、电池充电、对外供电4个独立模块进行管理，使其形成统一体，隐藏系统细节对外提供简单服务。 [0056] 3）异常处理及报警（如：电池冲满时，切断充电，避免过冲；电量过低时，切断对外供电；诊断系统是否有异常，并对外报警）。 [0057] 互联网控制器18用于： [0058] 1）查询“风光互补控制器”运行参数，并根据其参数调节系统运行策略。 [0059] 2）采集液位计信号，控制风机、二位五通电池阀。 [0060] 3）根据采集信号及当前状态，确定系统工作状态，并发出控制信号。 [0061] 4）将采集信号、内部参数上传至“云服务器”，并接受“云服务器”控制信号。 [0062] 工作原理：（1）在自然进水状态下（固定床生物膜缺氧池2通过二位五通阀与大气连通），固定床生物膜缺氧池2内液位高于进水口（连通管6）高度H1（该参数为自定义参数）时，如果非搅拌时间大于预设值T1（同一为自定义时间，具体可根据实际需要设定），启动行脉冲式压力循环搅拌： [0063] 脉冲式压力循环搅拌原理为：切换二位五通阀至固定床生物膜缺氧池2与直流风机连通，直流风机向固定床生物膜缺氧池2供气，固定床生物膜缺氧池2内气压增大进而将固定床生物膜缺氧池2内的污水压入调节区5。当固定床生物膜缺氧池2内液位降低至进水口处时，切换二位五通阀至固定床生物膜缺氧池2与大气连通，此时调节区5内的污水自动压入固定床生物膜缺氧池2内。该过程调节池中污水会回迅速进入“固定床生物膜缺氧池2”，在水流冲击下，固定床生物膜缺氧池2内污水做圆周运动，从而实现“脉冲式压力循环搅拌”，由于调节区5至固定床生物膜缺氧池2的进水时间短、快速，因此搅拌强度大。重复前述动作即可实现行脉冲式压力循环搅拌。 [0064] （2）当固定床生物膜缺氧池2液位达到高液位H2（H2＞H1）时，固定床生物膜好氧沉淀池3处于沉淀状态（即切换二位五通阀至直流风机与曝气装置7断开），并持续一端时间T2。此时，可开始“气提进水”，具体为： [0065] 切换二位五通阀至固定床生物膜缺氧池2与直流风机连通，直流风机向固定床生物膜缺氧池2供气，固定床生物膜缺氧池2内气压增大进而将固定床生物膜缺氧池2内的污水压入调节区5。当固定床生物膜缺氧池2内液面低于进水口时，继续供气，此时连通管6两端液位差变大，固定床生物膜缺氧池2内的气压持续增大，进而将固定床生物膜缺氧池2内低于其进水口的污水通过进水管压入固定床生物膜好氧沉淀池3，实现自提。 [0066] 自提结束，液位低于H3（H3小于H1且H3为固定床生物膜缺氧池2进水口以下的液面）时，切换二位五通阀使固定床生物膜缺氧池2与大气连通，直流风机与固定床生物膜好氧沉淀池3连通。此时，调节区5向固定床生物膜缺氧池2进水，直流风机对固定床生物膜好氧沉淀池3曝气。 [0067] （3）固定床生物膜好氧沉淀池3进水后，固定床生物膜好氧沉淀池3进入“处理需求曝气阶段”即让直流风机循环启停，如运行T3分钟，停止T4分钟。当“处理需求曝气阶段”累积达到T5分钟时，进入“维持微生物最低生长需求阶段”（也让直流风机循环启停，运行T6分钟，停止T7分钟）。 [0068] （4）当风光互补，风光互补控制器无法通讯时报警；当直流风机异常时报警；当风光互补系统，固定床生物膜缺氧池2液位数字长期（设定时长T8）不变时报警并通过多种渠道通知管理人。管理人及时处理异常。其中，前述T1‑T8均为自定义时间，具体根据实际污水情况及处理需要进行设定。 [0069] （5）清理污泥：根据需要每1 6个月清理“多功能兼氧池1”污泥。~ [0070] 本发明在固定床生物膜缺氧池设置“自然进水搅拌”、“脉冲式压力循环搅拌”两种搅拌模式，缓速搅拌和大强度搅拌相结合，在降低能耗的同时提高了搅拌效率；同时固定床生物膜好氧沉淀池采用空气压力式气体进水，比传统水泵气提大大降低能耗，降低溶解氧带入，提高碳源利用率。 [0071] 本发明功耗低；同时：（1）碳源消耗低：硝化液回流中TN主要以硝酸盐形式存在，内回流到多功能兼氧池时，会使多功能兼氧池中有一定氧化性，在底泥及污水中反硝化菌作用，利用污泥中碳源，可以去除一部分硝酸盐。因为利用原水中颗粒有机物还原硝酸盐，比纯沉淀工艺碳源利用率更高。 [0072] （2）碳排放低： [0073] 1）能耗低、碳源消耗低，其能耗药耗对应碳排放低； [0074] 2）由于回流液进入“多功能兼氧池”，回流液中带有硝酸盐和溶解氧，使“多功能兼氧池”厌氧性差于传统厌氧池，产生甲烷较少，碳排放较小（甲烷的温室气体当量为二氧化碳的二十多倍）。 [0075] （3）处理效果好 [0076] 本系统中比一般微动力农污处理系统多了专业回流管，且回流液中溶解氧较传统气提回流低，且碳源利用充分，脱氮效果好。 [0077] （4）系统稳定性好： [0078] 1）采用压力气提污水，避免小流量污水泵，易堵塞导致系统无法正常运行问题。 [0079] 2）污水提升过程中，水路中无阀门等阻挡设备，降低堵塞风险，提高系统稳定性。 [0080] 3）整套系统的动力源为风机，电磁阀门为空气阀，空气中颗粒不足以堵塞管路，整体寿命稳定性强。 [0081] 4）系统采用生物膜法，无需刻意排泥，降低了排泥要求，运行水质更稳定。 [0082] 5）无污泥回流和专业排泥系统，固定床生物膜缺氧池”和“固定床生物膜好氧池/沉淀池”不易堆积污泥，从而堵塞排泥系统，既稳定，也方便。 [0083] 6）“压力气提”进水与“脉冲式压力循环搅拌”会使“U”型管中短时水流速度大，从而使“U”型管底部不易积泥，不堵塞，运行稳定性高。 [0084] （5）运行管理方便： [0085] 1）系统设备少，且控制逻辑集成于控制器中，可通过远程更改运行参数，管理方便。 [0086] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

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