一种基于太阳能的农村生活污水处理装置的设计与制作

李如洋 贺卫彬

【摘要】 介绍了一种采用臭氧的太阳能农村生活污水处理装置，该装置通过太阳能发电，并驱动臭氧发生器产生臭氧，然后通过直流气泵把混有臭氧的空气通过输气管传送到水底的微孔曝气器，对农村生活污水进行除污除臭处理，并通过实验验证了系统的有效性。

【关键词】 太阳能 臭氧 生活污水处理

一、引言

随着生活水平的迅猛发展，我国小城镇及广大农村生活污水产生越来越多，由于条件限制现在农村和小城镇缺乏污水处理装置，生活污水大多处于无序排放状态，使得周围水质日益恶化，好氧反应是生活污水处理关键所在，对COD的降解及氨氮的硝化具有重要的作用[1]。而一般好氧反应所需要的氧气大多是通过强制性供氧获得，需要消耗大量的动力，导致污水处理的运行成本居高不下。通过采用太阳能的自然供氧方式实现农村生活污水处理的无动力供氧，节省污水处理设施的建设投资和运行管理费用，尤其适合农村生活污水的治理[2]。

二、系统的原理

水中的溶解氧高低是水质好坏的主要指标，充足的溶氧量可降低水中硫化氢、亚硝酸盐等有毒物质，抑制生成有毒物质的化学反应。例如：水中残饵、粪便、动物尸体等有机物产生的氨和硫化氢，在充足的溶氧条件下，经微生物的分解作用下，氨会转化为亚硝酸盐，最后转化成硝酸盐；硫化氢则被转化成硫酸盐，均产生无毒的最终产品，并被浮游植物光合作用所吸收。

因此，水中保持足够的溶氧非常重要。采用气泵，通过管道向养殖水体中增氧，具有多点均匀增氧、安全、节能的功效，为了避免架设电路，降低运行成本，采用太阳能是一种有效的办法。

为了进一步提高对污水的处理效果，采用加入臭氧的方法，臭氧可溶于水，在常温常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约13倍，比空气高25倍。臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时，臭氧可迅速分解为氧。臭氧还可以氧化、分解水中的污染物，在水处理中对除嗅味、脱色、杀菌、去除酚、氰、铁、锰和降低COD、BOD等都具有显著的效果。

三、系统总体设计方案

采用转换率18%以上的100W的单晶硅太阳能电池，通过太阳能控制器输出稳定24V直流电压供给臭氧发生器产生臭氧，然后直流气泵把混有臭氧的空气通过输气管传送到水底的微孔曝气器，增加池水中的溶解氧含量。

臭氧发生器采用50W7g ，太阳能控制器采用24V10A的控制器。为了提高太阳能工作效率设计了一个简单的单轴太阳光跟踪系统。

由于太阳光垂直于太阳能电池时，它的发光效率最高，通过太阳光跟踪系统，可有效的提高太阳能电池的光电转换 效率[3]。

太阳光跟踪系统有平单轴跟踪，双轴跟踪系统和斜单轴跟踪系统，其中平单轴跟踪器能提升12-15%的发电量，结构简单，本系统设计了一个简单的平单轴太阳光跟踪系统。系统的电路如图2所示。

由于光敏电阻对光照强度有较强的灵敏度，所以为了实现太阳光检测，采用光敏电阻设计一个光敏传感电路， 4只光敏传感电路分成2组安装在垂直板的两侧，输出的电压信号通过运算放大电路LM358做成的电压比较器进行比较，当太阳光照在两组光敏传感电路上的信号相等时，这时正好在单轴上对着太阳，减速电机不旋转，当太阳偏离时，两组传感器的电压信号不相等，比较器输出电压驱动继电器控制减速电机开始工作，使得太阳能电池始终面朝太阳，跟随太阳转动，当达到限定位置时，限位开关自动断开电路使得电机停止转动停在合适的位置，防止跟随太阳下山导致该装置转向过度，第二天早晨无法自动返回。

当早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样，上述控制电路就会控制电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。

四、实验结果

晴天采用该太阳能污水处理装置在小污水池现场实际测试，用碘量法测定溶解氧 DO，采用酸性高锰酸钾滴定法测定COD ，DO和COD随太阳能污水处理装置工作的时间分布实际曲线如图3所示。

由图的DO和COD变化趋势可知该装置可以有效的增加水的溶氧DO，降低污水的化学需氧量 COD，使污水的水质得到净化。

五、结束语

太阳能克服了生活污水处理装置安装不方便的缺点，寿命长，运行成本低廉，特别适合农村生活污水的净化处理，采用臭氧的太阳能污水处理装置能有效的降低农村生活污水对环境的影响。

参 考 文 献

[1]吴霖.农村生活污水现状及处理技术研究[J]，资源节约与环保， 2015（11）

[2]史超，杨合，周玉，郭海霞.太阳能臭氧生态污水处理[J]，广州化工， 2013（23）

[3]王锋，张忠远.太阳光自动跟踪装置的研发[J]，控制工程，2011（6）