一種基于太陽能的農村生活污水處理裝置的設計與制作

李如洋 賀衛彬

【摘要】 介紹了一種采用臭氧的太陽能農村生活污水處理裝置，該裝置通過太陽能發電，并驅動臭氧發生器產生臭氧，然后通過直流氣泵把混有臭氧的空氣通過輸氣管傳送到水底的微孔曝氣器，對農村生活污水進行除污除臭處理，并通過實驗驗證了系統的有效性。

【關鍵詞】 太陽能 臭氧 生活污水處理

一、引言

隨著生活水平的迅猛發展，我國小城鎮及廣大農村生活污水產生越來越多，由于條件限制現在農村和小城鎮缺乏污水處理裝置，生活污水大多處于無序排放狀態，使得周圍水質日益惡化，好氧反應是生活污水處理關鍵所在，對COD的降解及氨氮的硝化具有重要的作用[1]。而一般好氧反應所需要的氧氣大多是通過強制性供氧獲得，需要消耗大量的動力，導致污水處理的運行成本居高不下。通過采用太陽能的自然供氧方式實現農村生活污水處理的無動力供氧，節省污水處理設施的建設投資和運行管理費用，尤其適合農村生活污水的治理[2]。

二、系統的原理

水中的溶解氧高低是水質好壞的主要指標，充足的溶氧量可降低水中硫化氫、亞硝酸鹽等有毒物質，抑制生成有毒物質的化學反應。例如：水中殘餌、糞便、動物尸體等有機物產生的氨和硫化氫，在充足的溶氧條件下，經微生物的分解作用下，氨會轉化為亞硝酸鹽，最后轉化成硝酸鹽；硫化氫則被轉化成硫酸鹽，均產生無毒的最終產品，并被浮游植物光合作用所吸收。

因此，水中保持足夠的溶氧非常重要。采用氣泵，通過管道向養殖水體中增氧，具有多點均勻增氧、安全、節能的功效，為了避免架設電路，降低運行成本，采用太陽能是一種有效的辦法。

為了進一步提高對污水的處理效果，采用加入臭氧的方法，臭氧可溶于水，在常溫常壓下臭氧在水中的溶解度比氧高約13倍，比空氣高25倍。臭氧水溶液的穩定性受水中所含雜質的影響較大，特別是有金屬離子存在時，臭氧可迅速分解為氧。臭氧還可以氧化、分解水中的污染物，在水處理中對除嗅味、脫色、殺菌、去除酚、氰、鐵、錳和降低COD、BOD等都具有顯著的效果。

三、系統總體設計方案

采用轉換率18%以上的100W的單晶硅太陽能電池，通過太陽能控制器輸出穩定24V直流電壓供給臭氧發生器產生臭氧，然后直流氣泵把混有臭氧的空氣通過輸氣管傳送到水底的微孔曝氣器，增加池水中的溶解氧含量。

臭氧發生器采用50W7g ，太陽能控制器采用24V10A的控制器。為了提高太陽能工作效率設計了一個簡單的單軸太陽光跟蹤系統。

由于太陽光垂直于太陽能電池時，它的發光效率最高，通過太陽光跟蹤系統，可有效的提高太陽能電池的光電轉換 效率[3]。

太陽光跟蹤系統有平單軸跟蹤，雙軸跟蹤系統和斜單軸跟蹤系統，其中平單軸跟蹤器能提升12-15%的發電量，結構簡單，本系統設計了一個簡單的平單軸太陽光跟蹤系統。系統的電路如圖2所示。

由于光敏電阻對光照強度有較強的靈敏度，所以為了實現太陽光檢測，采用光敏電阻設計一個光敏傳感電路， 4只光敏傳感電路分成2組安裝在垂直板的兩側，輸出的電壓信號通過運算放大電路LM358做成的電壓比較器進行比較，當太陽光照在兩組光敏傳感電路上的信號相等時，這時正好在單軸上對著太陽，減速電機不旋轉，當太陽偏離時，兩組傳感器的電壓信號不相等，比較器輸出電壓驅動繼電器控制減速電機開始工作，使得太陽能電池始終面朝太陽，跟隨太陽轉動，當達到限定位置時，限位開關自動斷開電路使得電機停止轉動停在合適的位置，防止跟隨太陽下山導致該裝置轉向過度，第二天早晨無法自動返回。

當早晨太陽升起時，垂直遮陽板兩側的光照度不可能正好相等，這樣，上述控制電路就會控制電機，從而驅動接收裝置向東旋轉，直至太陽能接收裝置對準太陽為止。

四、實驗結果

晴天采用該太陽能污水處理裝置在小污水池現場實際測試，用碘量法測定溶解氧 DO，采用酸性高錳酸鉀滴定法測定COD ，DO和COD隨太陽能污水處理裝置工作的時間分布實際曲線如圖3所示。

由圖的DO和COD變化趨勢可知該裝置可以有效的增加水的溶氧DO，降低污水的化學需氧量 COD，使污水的水質得到凈化。

五、結束語

太陽能克服了生活污水處理裝置安裝不方便的缺點，壽命長，運行成本低廉，特別適合農村生活污水的凈化處理，采用臭氧的太陽能污水處理裝置能有效的降低農村生活污水對環境的影響。

參 考 文 獻

[1]吳霖.農村生活污水現狀及處理技術研究[J]，資源節約與環保， 2015（11）

[2]史超，楊合，周玉，郭海霞.太陽能臭氧生態污水處理[J]，廣州化工， 2013（23）

[3]王鋒，張忠遠.太陽光自動跟蹤裝置的研發[J]，控制工程，2011（6）