太陽能微動力池塘水質潔凈裝置的設計

李國德　王美艷　劉燕　李娜　武士威　辛士剛　孫亞飛　王欣鈺

摘 要：太陽能微動力的研究與利用是當前全世界非常熱點的技術問題，而水質潔凈問題也是全世界關注的熱點問題。該文從綠色環保角度出發，將這兩個世界關注的熱點技術問題創新性地結合在一起，研究設計了一種太陽能微動力池塘水質潔凈裝置，旨在解決當前池塘水質潔凈治理的瓶頸難題。

關鍵詞：太能能微動力 池塘水質 潔凈裝置

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0114-02

水是生命之源，是人類賴以生存和發展的重要條件，也是構成環境的重要要素[1]。水環境是居民生存環境的重要組成部分，是城鄉居民不可或缺的生產和生活資源。隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對水環境的保護意識和要求日趨強烈，水環境保護的重要性也日益突顯。

目前，我國水資源的缺乏和水污染嚴重制約著我國總體經濟的健康持續發展，特別是一些水庫、養殖池塘及人工湖等局部水域污染嚴重，極大地威脅著人們的身心健康和經濟發展。為此，研究設計一種能夠清潔環保、節能高效、無人值守的水處理新技術及新裝置來解決當前池塘水質潔凈治理的瓶頸難題就顯得非常重要。

1 太陽能微動力池塘水質潔凈裝置采用的相關技術

采用綠色潔凈能源——太陽光能為核心微動力，采用物理過濾，造流曝氣和負氧離子殺菌除污等功能性裝置，設計研制成本低、見效快，安裝方便，無需日常人工操作，適合于湖泊、水庫和水產養殖池塘等水域的環保潔凈設備。項目設計過程中，采用了系列的相關技術進行協同。

1.1 采用太陽能微動力技術

太陽能作為一種可再生的新能源，具有清潔、環保、持續、長久等優勢，已成為應對能源短缺、氣候變化與節能減排的重要選擇之一。利用太陽能光伏板將太陽能轉化為池塘潔凈機使用的電能，蓄電池充足了電以后，系統自動化控制、自動運行，即使夜晚和陰雨天也能連續運行幾天。采用太陽能提供動力，無需用電，幾乎無日常運行費用，實現運行成本最小化[2]。

1.2 采用物理造流除雜過濾技術

利用造流器可以使池塘水面的雜物集中到設備除雜口，通過過濾器和收集傳導裝置將雜物收集到雜物箱中，完成水面和水中較大的漂浮雜物的清理工作。

1.3 造流曝氣技術

利用造流曝氣裝置解決水體自然分層問題，使表層高溫富氧水體擴散至水體底部，激發底層生物活性，提高水體自凈能力，同時防止磷的厭氧釋放。

1.4 負離子降解殺菌技術

利用負氧離子發生器作為凈化的核心裝置。負氧離子作為一種強氧化劑，對水中的多種化學物質有著強烈的氧化和降解作用，使水質得到有效的凈化，同時對水中細菌的殺滅作用和對藍、綠藻的殺滅也是十分有效的。

1.5 紫外短波殺菌技術

利用紫外線的特殊功效，用紫外燈對空氣中的細菌和病毒進行照射，殺死或滅活細菌和病毒的細胞組織，使生物體內的蛋白質徹底無法生成，導致細菌和病毒立即死亡或喪失繁殖能力。目前，最常用的是253.7 nm波長的UV-C殺菌燈，其具有以下優點：殺菌消毒徹底、不殘留任何有毒物質、操作簡便、使用費用低等[3]。

2 太陽能微動力池塘水質潔凈裝置組成

潔凈裝置由7個功能模塊組成。其中包括漂浮船體模塊、太陽能蓄電模塊、曝氣模塊、噴霧富氧模塊、紫外殺菌模塊、負離子發生模塊和造流凈化模塊。這些功能模塊融合成一體凈化裝置，具體結構見圖1。

漂浮船體至少由漂浮板1、至少4根支柱2和太陽能光伏板3組成，支柱2固定在漂浮板1的四角，太陽能光伏板3作為頂棚固定在支柱2上端，太陽能光伏板3連接蓄電池4，為各用電設備供電。

造流凈化裝置包括垃圾傳送收集組件5、紫外殺菌箱6和噴霧曝氣箱7，垃圾傳送收集組件5包括電機51、主動輪52、從動輪53、帶擋片傳動帶54和垃圾收集箱55，電機51固定在支柱2上，主動輪52設置在兩根支柱2之間，電機51帶動主動輪52順時針轉動，紫外殺菌箱6包括箱體A61、紫外燈62和過濾網63，箱體A61一部分固定在漂浮板1下表面的邊緣，另一部分延伸出去，延伸出去的部分上設置從動輪53，過濾網63設置在箱體A61延伸出去的部分與在漂浮板1下面的部分之間，垃圾收集箱55設在主動輪52下方，噴霧曝氣箱7包括箱體B71和噴霧曝氣泵72，箱體A61和箱體B71管道連接，噴霧曝氣泵72固定在箱體B71內，通過抽水管721和噴頭722將箱體B71內的水噴回池塘。

負氧離子發生裝置包括負氧離子發生電路箱81和負氧離子發生器82，負氧離子發生電路箱81固定在漂浮板1上，負氧離子發生器82伸入到噴霧曝氣箱7箱體B71中。負氧離子作為一種強氧化劑，對水中很多化學物質有著強烈的氧化和降解作用，同時能夠有效地殺死水中的細菌、藍藻、綠藻等。為了在一定范圍內固定太陽能動力池塘水質凈化增氧裝置，漂浮板1通過纜繩固定錨12，錨12的個數可以是多個，能夠使該裝置平穩地停留在水面即可。

3 結語

太陽能微動力池塘水質潔凈裝置的設計，采用了系列潔凈技術的協同，設計的裝置能夠完成對池塘等局部水域水質的潔凈處理，使用能源為光能，清潔環保、節能高效，如能進行中試開發和推廣，相信在取得經濟效益的同時，也必將對我國乃至世界范圍的水環境綜合治理做出大的貢獻。

（致謝：遼寧省大型儀器設備共享服務平臺能力建設基金項目（2015）；遼寧省自然科學基金項目（201602683）；沈陽市科技計劃項目（F15-199-1-21）；沈陽師范大學大學生基金項目（L2016050）；國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201610166042）；國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201610166045）；省級大學生創新創業訓練計劃項目（201710166045））

參考文獻

[1] 劉英學.農業水資源可持續利用對策研究[J].現代農村科技，2009（18）：58-59.

[2] 閆云飛，張智恩，張力，等.太陽能利用技術及其應用[J].太陽能學報，2012（33）：1.

[3] 荊游.新型室內空氣凈化器的研制[D].哈爾濱工業大學，2014.