CN115611467A - 光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置，涉及污水处理技术领域，解决了农村污水处理中投资高、能耗大且冬季处理效率较低的技术问题，其技术方案要点是该装置包括光伏驱动***、太阳能加热***和污水处理***；光伏驱动***包括光伏组件、光伏控制器、蓄电池组、逆变器及配电箱；太阳能加热***包括太阳能水箱、真空管式集热器、保温热水箱、PLC控制器和循环水泵；污水处理***包括依次连接的格栅井、调节池、缺氧池、脉冲生物滤池及复合人工湿地。通过光能驱动***为污水处理***和太阳能加热***提供电力，太阳能加热***则可以在冬季温度较低条件下维持适宜的水温，以保证微生物的活性，提高污水的净化效果。
Description
技术领域
本申请涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置。
背景技术
近年来，农村生活污水治理与改善农民群众生活环境密切相关，是农村人居环境整治提升的重要内容，也是建设美丽乡村的重要举措。根据生态环境部的数据统计，截至2021年，农村生活污水治理率为28％左右，远低于2020年城市污水处理率(97.53％)。另据调查，农村生活污水和村落地表径流中氮、磷污染可对水体污染分别造成29％和34％的贡献率。造成农村污水治理进展缓慢的原因主要是污水治理设施的建设成本高和运行维护难度高。因此，为了改善当前农村生活污水处理难题，开发低能耗、处理效率高、易维护、可持续性的农村生活污水处理工艺迫在眉睫。
我国幅员辽阔，地理环境差异大，不同农村地区的水资源量与农户生活条件、生活方式、用水习惯不同，因此在污水排放量与排放规律等特点上也存在较大差异，且污水日变化系数较高。由于农村居民居住分散，导致管网收集困难，统一收集处理管网成本高，并且农村居民运行管理能力相对较低，无法承担高的运行费用。但农村地区污水可生化性较好，一般不含有毒有害物质，重金属含量低。农村生活污水的分散处理技术，主要包括生态处理及生物处理两类。其中土地渗滤***、稳定塘、人工湿地等都属于生态处理***。通常生态技术在处理生活污水时，需要较低的水力负荷和有机负荷、较长的水力停留时间和占地面积大，且存在对氮、磷污染物去除效果不高的问题。生物处理法包括A/O、A2/O等活性污泥法，还有如膜生物反应器(MBR)和生物膜污水处理工艺，包括生物滤池、生物转盘、接触氧化等。但单独的生物处理法基础设施投资和运行成本高，且运行管理相对复杂，微生物活性易受外界条件影响。
一方面，在能源日益紧缺的当代，污水处理的高能耗成为制约农村治理发展的重要因素之一。另一方面，传统的农村生活污水处理设施，未考虑温度的影响，由于微生物的适宜生长温度一般为20～35℃，在5℃时，微生物的活性急剧下降。因而在农村地区冬季条件下，处理设施效率降低，从而造成尾水难以达标，温度成为制约农村污水处理在冬季达标排放的首要因素。
发明内容
本申请提供了一种光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置，其技术目的是降低农村污水处理装置的成本和能耗，使其特别在冬季低温条件下能够高效稳定出水。
本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置，包括光伏驱动***、太阳能加热***和污水处理***，光伏驱动***与污水处理***和太阳能加热***的用电负载均连接，太阳能加热***通过管路分别与污水处理***的预处理端和处理端相连接；
所述太阳能加热***包括太阳能水箱、真空管式集热器、保温热水箱、PLC控制器和循环水泵；所述太阳能水箱一侧通过循环水泵与保温热水箱连接，另一侧通过管路与保温热水箱连接；所述太阳能水箱的两端分别与PLC控制器的两端连接；所述太阳能水箱与所述真空管式集热器进行并联；
所述污水处理***包括依次设置的格栅井、调节池、缺氧池、脉冲生物滤池和复合人工湿地；所述格栅井与调节池连接，所述调节池与所述保温热水箱，所述保温热水箱通过进水泵与缺氧池连接，所述缺氧池与所述脉冲生物滤池连接，所述脉冲生物滤池与复合人工湿地连接。
进一步地，所述太阳能水箱和所述真空管式集热器都包括相互串联的至少两组，真空管式集热器安装在太阳能水箱下方。
进一步地，所述保温热水箱的侧面安装有温度水位传感器，底部安装有一组电加热器。
进一步地，所述格栅井包括污水进水管、格栅条和污水出水管，待处理的生活污水通过污水进水管进入格栅井；所述格栅条为镀锌格栅板。
进一步地，所述调节池内安装有液位控制器，当液位控制器监测到调节池内的水位高于设定值后，通过PLC控制器启动循环水泵，对太阳能加热***进行补水；当液位控制器监测到调节池内的水位低于设定值后，通过PLC控制器关闭循环水泵。
进一步地，所述缺氧池内设有生物膜载体填料，底部设有潜污泵，左侧上方设有进水口，右侧下方设有出水口；左侧上方的进水端和右侧上方的出水端均设有回流口；所述潜污泵与高位的脉冲生物滤池连接；所述保温热水箱通过进水泵与进水口连接；所述回流口均通过第一阀门与脉冲生物滤池的出水口连接。
进一步地，所述脉冲生物滤池内包括自上而下依次设置的脉冲装置、喷淋装置、陶粒滤料、承托层、通风层和钢砼底座；所述脉冲装置包括高位水箱、钟罩、放空管、支架、中央虹吸管和进水管，所述高位水箱安装在脉冲生物滤池的顶部且通过支架支撑；所述进水管安装在高位水箱的侧壁，所述钟罩位于高位水箱内并罩于中央虹吸管上方，放空管和支架分别安装于高位水箱的侧下方和下方；所述潜污泵与高位水箱的进水管连接；
所述喷淋装置包括配水箱、活塞阀、喷头和喷淋管；所述配水箱位于高位水箱正下方并通过中央虹吸管与高位水箱连通；所述喷淋管位于脉冲生物滤池内并与配水箱连通，喷头均匀分布于喷淋管上，活塞阀安装在配水箱的两侧。
所述陶粒滤料包括生物陶粒滤料和建筑陶粒滤料。
进一步地，所述复合人工湿地包括布水区、植物层、下行流反应区、上行流反应区和集水区；
所述布水区包括进水布水管，所述进水布水管的进水端通过第二阀门与脉冲生物滤池的出水口连接，出水端与植物层连通；植物层下方为下行流反应区和上行流反应区，上行流反应区与集水区连通；
所述植物层包括迷迭香、艾草、紫苏、香根草和薄荷；
所述下行流反应区和所述上行流反应区自上而下均依次填充有细砾石层、火山岩层和加气混凝土，且二者最底部的底板为钢砼底板。
进一步地，所述光伏驱动***包括光伏组件、光伏控制器、蓄电池组、逆变器和配电箱；光伏组件的输出端与光伏控制器的输入端连接；光伏控制器的输出端与蓄电池的输入端连接；蓄电池的输出端与逆变器的输入端连接；逆变器的输出端与配电箱的输入端连；配电箱的输出端与污水处理***和太阳能加热***的用电负载分别连接。
进一步地，所述光伏组件至少为一组，且光伏组件与转轴连接，转轴带动光伏组件跟随太阳转动的方向转动。
本申请的有益效果在于：
(1)本申请采用的光伏驱动***设有光伏组件，能很好地将光能进行存储，产生的电能驱动污水处理***，大幅降低处理***的能耗。特别地，在冬季雨雪天气也能加热污水，高效便捷，整体光能利用率高，且具有良好的防护防尘性，储热储能性强。
(2)本申请采用的太阳能加热***，能为各种功能微生物在低温条件下生长繁殖创造良好的环境条件和水力条件，使得有机物降解、氨氮硝化与反硝化等生化过程保持高反应速率，从而水中污染物得以稳定去除。
(3)本申请采用的污水处理***，是针对分散式村落污水而采用的生物生态组合工艺，发挥各单元技术优势，提出“缺氧池+脉冲生物滤池+复合人工湿地”组合新技术，其中“缺氧池+脉冲生物滤池”作为生物段，主要降解有机物以及完成氨氮的硝化，同时去除部分的氮磷污染物；复合人工湿地进一步利用剩余的氮磷元素进行资源化利用，以深度处理氮磷营养元素。具体来说，生活污水由管网收集，自流进入格栅井和调节池，再经太阳能加热***进入缺氧池，然后由1台小型潜污泵提升到脉冲生物滤池的高位水箱，经喷淋装置进入双层生物滤池，污水流经滤料，通过滤料附着的生物膜完成有机物吸附降解及硝化过程。滤池出水实行分段回流，即一部分回流至缺氧池进水端，一部分回流至缺氧池出水端，其余出水则进入复合人工湿地进行深度处理。脉冲式的布水，有利于生物膜的生长与更新，可保证滤池中硝化反应顺利完成，复合人工湿地通过投加火山岩和加气混凝土以及种植芳香型人工湿地，可有效提高脱氮除磷的效果，能保证稳定的出水水质。整个***实现了节能低耗、抗负荷冲击能力强和氮磷资源化的目的。
附图说明
图1为本申请实施的流程图；
图2为本申请所述装置的结构示意图；
图3为脉冲装置耦合喷淋装置的结构示意图；
图中：1-格栅井；101-污水进水管；102-格栅条；103-污水出水管；2-调节池；3- 保温热水箱；301-温度水位传感器；302-电加热器；4-进水泵；5-缺氧池；501-生物膜载体填料；502-潜污泵；503-进水口；504-回流口；61-第一阀门；62-第二阀门；7-脉冲生物滤池；701-高位水箱；702-钟罩；703-放空管；704-支架；705-中央虹吸管；706- 活塞阀；707-喷头；708-配水箱；709-喷淋管；710-进水管；711-陶粒滤料；712-承托层；713-通风层；714-钢砼底座；8-复合人工湿地；801-细砾石层；802-火山岩层；803- 加气混凝土；804-钢砼底板；805-植物层；806-集水区；807-进水布水管；9-光伏组件； 10-光伏控制器；11-蓄电池组；12-逆变器；13-配电箱；14-PLC控制器；15-真空管式集热器；16-太阳能水箱；17-循坏水泵；18-转轴。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
如图1所示，本申请所述的光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置，包括光伏驱动***、太阳能加热***和污水处理***，光伏驱动***与污水处理***和太阳能加热***的用电负载均连接，太阳能加热***通过管路分别与污水处理***的预处理端和处理端相连接。
光伏驱动***的主要作用是通过光伏组件9将光能转化为电能，为整个污水处理装置进行供能。太阳能加热***则利用光能加热污水到一定温度，以达到冬季处理效果，在阳光不足的条件下利用储存的电能进行加热。格栅井1主要用来拦截较粗大的悬浮物或漂浮杂质，保护后续水泵和防止管道堵塞。缺氧池5的作用主要是利用生物污水中的有机物以及回流液中的硝酸盐进行反硝化脱氮，同时除去水体中的部分臭味。脉冲生物滤池7采用脉冲布水的方式喷洒进入双层生物滤池，污水流经滤料，通过滤料附着的生物膜完成有机物吸附降解及硝化过程，同时吸附部分的臭味。复合人工湿地8的主要作用是深度处理，进一步脱氮除磷，实现氮磷资源化，构建污染净化型农业。
通过本申请所述的光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置进行污水处理时，包括如下步骤：
首先将农村生活污水收集后经格栅井1拦截，去除大颗粒的悬浮有机物和漂浮杂质，再经调节池2调节水量、均衡水质和预处理，防止对后续构筑物造成过大冲击。针对冬季低温条件下，太阳能水箱16利用PLC控制器14的控制和真空管式集热器15的加热，进行全天供热控制模式，当水位低于设定水位后，PLC控制器14控制阀门开启，***开始补水，在光照条件下，真空管式集热器15吸收热量，并利用温度水位传感器301的连锁感应，使太阳能水箱16中的水达到设定温度，再流入保温热水箱3进行储存。当光照强度不足时，即PLC控制器14在白天低于设定光照强度数值下开启循坏水泵17，太阳能水箱16的污水与保温热水箱3内的污水换热，由于保温热水箱3的温度低于设定值，电加热器302启动，直至达到时间段内设定的温度。达到设定温度的污水再由进水泵4打入缺氧池5，去除部分的有机物和回流液中氮磷物质，出水经潜污泵502提升至脉冲生物滤池7的高位水箱701，经喷淋装置喷洒进入脉冲双层生物滤池，污水流经陶粒滤料711，通过陶粒滤料711附着的生物膜完成有机物吸附降解及硝化过程。脉冲生物滤池7出水实行分段回流，即部分回流至缺氧池5的进水端，部分回流至缺氧池5的出水端，其余出水则进入复合人工湿地8进行深度处理，通过种植经济型的芳香植物构建染净化型农业以完成氮磷资源化利用。
如图2所示，污水处理***包括依次设置的格栅井1、调节池2、缺氧池5、脉冲生物滤池7和复合人工湿地8；所述格栅井1与调节池2连接，所述调节池2与所述保温热水箱3，所述保温热水箱3通过进水泵4与缺氧池5连接，所述缺氧池5与所述脉冲生物滤池7连接，所述脉冲生物滤池7与复合人工湿地8连接。
格栅井1侧面设置污水进水管101和污水出水管103，格栅井1内设置有格栅条102。污水流经格栅条102时较大的悬浮物和漂浮物被拦截，防止后续构筑物出现堵塞问题。
格栅井1位于地下，池壁浇筑钢筋混凝土，壁厚150mm，左侧壁设置污水进水管101，用以输入污水；格栅条102为镀锌格栅板，孔尺寸30×30mm，其倾斜角度为75°。格栅井1的污水出水管103与调节池2的进水口连接。
调节池2采用素混凝土浇筑，池体具有防渗性能，主要作用为调节水量和均衡水质。调节池2内设有液位控制器201，当液位控制器201监测到调节池2内的水位高于设定值后，通过PLC控制器14启动循环水泵17，对太阳能加热***进行补水；当液位控制器201监测到调节池2内的水位低于设定值后，通过PLC控制器14关闭循环水泵17。
保温热水箱3内设置温度水位传感器301和电加热器302，其外壁采用保温材料，用以维持在冬季时的水温条件。保温热水箱3一侧通过循坏水泵17与太阳能水箱16连接，另一侧通过进水泵4与缺氧池5连接。
缺氧池5内设有生物膜载体填料501，底部设有潜污泵502，左侧上方设有进水口503，左侧上方的进水端和右侧上方的出水端同时设有回流口504；所述潜污泵502与高位的脉冲生物滤池7连接；所述保温热水箱3通过进水泵4与进水口503连接，进水端的回流口504和出水端的回流口504均通过第一阀门61与脉冲生物滤池7的出水口连接。
缺氧池5采用砖混结构并用混凝土抹面，池体涂有防渗层，池体内采用毛毡填料作为生物膜载体填料501，将其裁剪成合适的大小固定在钢筋支架上整体安装在缺氧池5 内，池体中填充率约为40～55％。微生物附着在填料表面生长并形成生物膜。缺氧池5 的一侧设置有进水口503，出水由底部潜污泵502经管道提升至高位水箱701中。
缺氧池5的工作机制：污水经太阳能加热***流入保温热水箱3后通过进水泵4进入缺氧池5，其与来自脉冲生物滤池7的出水进行混合，附着生长在生物膜载体填料501 上的微生物利用污水中的有机物以及回流液中硝酸盐作为底物，进行有机物的降解和反硝化脱氮，处理后的污水经潜污泵502提升至高位水箱701。
脉冲生物滤池7上包括自上而下依次设置的脉冲装置、喷淋装置、陶粒滤料711、承托层712、通风层713以及钢砼底座714。脉冲装置位于脉冲生物滤池7的顶部；喷淋装置安装在脉冲生物滤池7内并与脉冲装置连通；陶粒滤料711位于脉冲生物滤池7中间部位，由两层滤料层构成，每层底部均设有承托层712。脉冲生物滤池7底部为通风层 713和钢砼底座714，通风层713由通风孔构成，通风孔下方设有接水池。
如图3所示，脉冲装置包括高位水箱701、钟罩702、放空管703、支架704、中央虹吸管705和进水管710，高位水箱701安装在脉冲生物滤池7的顶部且通过支架704 支撑；进水管709安装在高位水箱701的侧壁；钟罩702位于高位水箱701内并罩于中央虹吸管705上方；放空管703和支架704分别安装于高位水箱701的下方与侧下方。
喷淋装置包括配水箱708、活塞阀706、喷头707和喷淋管709，配水箱708位于高位水箱701正下方并通过中央虹吸管705与高位水箱701连通；喷淋管709位于脉冲生物滤池7内并与配水箱708连通，喷头707均匀分布于喷淋管709上；活塞阀706安装在配水箱708的两侧。
脉冲生物滤池7的工作原理：污水经由潜污泵502提升至脉冲生物滤池7的高位水箱701，水位达到发生虹吸高度后，通过中央虹吸管705和喷淋管709将污水均匀喷洒在陶粒滤料711上，污水与陶粒滤料711上的生物膜接触，有机污染物被微生物摄取，从而实现净化污水目的；脉冲生物滤池7出水实行分段回流，即一部分回流至缺氧池5的进水口503，一部分回流至缺氧池5的出水口504，以进行反硝化脱氮反应，其余出水则进入复合人工湿地8进行深度处理。
采用脉冲布水方式，即控制生物滤池的进水时间，每隔相等时间进行一次布水。水流由上而下流经滤料，经过一段时间后会在滤料表面形成生物膜。脉冲生物滤池7对污水中有机物的降解去除机理主要通过扩传质散和微生物的同化作用由于在生物膜中传质阻力的存在，生物膜内有机物、溶解氧等基质传递存在浓度梯度，生物膜外附着一层水层，污水流经滤料表面，有机物由浓度高的污水中向水层中扩散，进一步被生物膜吸附；与此同时，空气中的氧通过水流透过水层进入生物膜的好氧层，生物膜中的微生物在氧的参与下对污水中的有机物进行氧化分解和生物体的新陈代谢，微生物代谢产物如CO2、 H2O等无机物以及厌氧层分解产物H2S、NH3等气体沿着反方向通过附着水进入流动水层和空气中，从而使污水得到净化。在生物膜成熟后，微生物好氧代谢能力强，净化功能最好，而处于老化状态的生物膜降解效果较差。滤料表面成熟的生物膜的厌氧层与好氧层保持一定平衡关系，随着代谢产物增多，厌氧层厚度增加，同时气态代谢产物逸出，两层之间失去平衡，好氧层的生态***失去稳定状态，生物膜在滤料表面的固着力下降，生物膜成老化状态并自然脱落，随后又会在滤料表面形成新的生物膜。
复合人工湿地8包括布水区、植物层805、下行流反应区、上行流反应区和集水区806，其四周铺设高强度的防渗膜，墙体采用砖砌结构并混凝土抹面，底部采用钢筋混凝土结构，上行流反应区和下行流反应区由中间隔墙隔开。植物层805、细砾石层801、火山岩层802、加气混凝土803以及钢砼底板804由上往下依次布设在复合人工湿地8内，进水布水管807位于细砾石层801上方的布水区内。下行流反应区中：细砾石层801的厚度为200mm、火山岩层802的厚度为350mm、加气混凝土803的厚度为300mm。上行流反应区中：细砾石层801的厚度为200mm、火山岩层802的厚度为250mm、加气混凝土803 的厚度为300mm。细砾石层801中细砾石的粒径为5～15mm并可依据种植植物不同更换为粗砂，火山岩层802中火山岩的粒径为10～15mm，加气混凝土的粒径为20～40mm。
细砾石层801和火山岩层802之间，以及火山岩层802和加气混凝土803之间分别设有土工布反滤层。通过设置土工布反滤层，可以防止小粒径基质颗粒向下渗漏。细砾石层作为定植层，火山岩吸附氨氮效果好，加气块层吸附磷素的效果强。
进水布水管807采用喷淋式出水，以实现均分分布出水。进水布水管807包括干管和支管，采用UPVC管连接，呈“丰”字形铺设，支管左下和右下两侧呈60°均匀开孔，孔径为5mm。
复合人工湿地8内可栽植香根草、薄荷、艾草、紫苏和迷迭香等芳香植物。香根草和薄荷生物量大，根系发达，抗逆性强，氮磷富集能力强，可多次收割产生可观的经济效益；艾草、紫苏和迷迭香等存活性高，适应性强，耐寒耐旱，其易存活的特点适用于农村污水处理低成本维护的背景条件。复合人工湿地8推荐的水力负荷0.1m3/(m2·d)，湿地内植物一般可三个月收割一次。
相对于其他传统的湿地类型，复合人工湿地8具有良好的去除效果，污水以喷淋式布水，湿地反应区处于厌氧和缺氧状态，为反硝化脱氮的进行提供良好的条件，有机物和总氮去除效果较好。基质选用火山岩和加气混凝土，对污水中的氮磷元素具有很好的吸附效果。另一方面，通过定期湿地植物的收割换茬不仅实现了氮磷资源化利用，而且创造经济效益，展现了低耗可持续的污水处理模式。
光伏驱动***包括光伏组件9、光伏控制器10、蓄电池组11、逆变器12和配电箱13，为提高太阳能电池的光电转换效率，光伏驱动安装单轴太阳自动跟踪控制***(即转轴18)，通过该转轴18提高太阳能电池的光电转换效率，每年可增加发电量15～25％。光伏组件9可安装在空旷区域或屋面层，其作用是将太阳的辐射能量转换为直流电能，与光伏控制器10通过导线连接；光伏控制器10的作用是对太阳能电池组件所发的电能进行调节和控制，对蓄电池组11进行充电，并对蓄电池组11起到过充电保护、过放电保护的作用；在温差较大的地方，光伏控制器10具备温度补偿的功能；光伏控制器10 输入端通过导线与光伏组件9输出端连接，光伏控制器10输出端通过连接电缆线与蓄电池组11输入端连接。
作为具体实施例地，光伏组件9至少为一组，且光伏组件9与转轴18连接，转轴18带动光伏组件9跟随太阳转动的方向转动。
蓄电池组11的作用是贮能，以便在夜间或雨天保证负载用电；蓄电池组11输入端通过连接电缆线与光伏控制器10输出端连接，蓄电池组11输出端通过连接电缆线与逆变器12输入端连接；蓄电池组11可设置在混凝土构筑物内。
逆变器12是发电***的核心部件，逆变器是光伏驱动***中的重要部件之一，其作用是把太阳能电池组件所发的直流电转换为交流电，供交流负载使用；逆变器12输入端通过连接电缆线与蓄电池组11输出端连接，逆变器12输出端通过导线与配电箱13输入端连。
配电箱13的作用是隔离开关、具备防雷器件、过压保护和过流保护功能。当蓄电池电量不足时，自动切换至电网供电状态，并切断原供电线路；配电箱内接触器触头通过导线与逆变器12输出端连接，配电箱13的输出端与污水处理***和太阳能加热***的负载电器连接，配电箱13设置在污水处理设施附近。
太阳能加热***包括太阳能水箱16、真空管式集热器15、保温热水箱3、PLC控制器14和循环水泵17。太阳能水箱16一侧通过循环水泵17与保温热水箱3连接，另一侧通过管路与保温热水箱3连接，太阳能水箱16的两端分别与PLC控制器14的两端连接；太阳能水箱16下方两侧分别通过管路与真空管式集热器15连接，两组太阳能水箱16与真空管式集热器15进行并联，保温热水箱3一端与调节池2连接，另一端通过进水泵4 与缺氧池5连接，保温热水箱3侧面安装有温度水位传感器301，其底部安装一组电加热器302。
太阳能加热***的工作机制：太阳能水箱16通过PLC控制器14进行全天供热控制模式，当水位低于设定水位后，PLC控制器14控制阀门开启，***开始补水，在光照条件下，真空管式集热器15吸收热量，并利用温度水位传感器301的连锁感应，使太阳能水箱16中的达到设定温度，再流入保温热水箱3进行储存。当光照强度不足时，即PLC 控制器14在白天低于设定光照强度数值下开启循坏水泵17，太阳能水箱16的污水与保温热水箱3内污水换热，由于保温热水箱3的温度低于设定值，电加热器302启动，直至达到时间段内设定的温度。最后，达到设定温度的污水再由进水泵4打入缺氧池5内进行处理。污水通过太阳能加热***，使得污水温度达到适宜微生物生长繁殖的条件，有利于冬季条件下维持良好的处理效果。
上述的实施例中，污水经格栅井1拦截后流入调节池2，然后通过太阳能加热***进行加热，再通过进水泵4打入缺氧池5中，经潜污泵502提升至脉冲生物滤池7顶部的高位水箱701，水位达到发生虹吸高度后，通过中央虹吸管705和喷淋管709将污水均匀喷洒在陶粒滤料711上，经过两层滤料后，流到底部接水池。滤池出水实行分段回流，即一部分回流至缺氧池5进水口503，一部分回流至缺氧池5出水口504，以进行反硝化脱氮反应，其余出水则通过第二阀门62控制进入复合人工湿地8内进行深度处理。
本发明实施例中，生活污水经预处理和加热***后进入缺氧池进行有机物降解和反硝化脱氮，经潜污泵提升进入脉冲生物滤池完成硝化反应，采用虹吸脉冲布水的方式，既可以维持滤池以低负荷运行，保证滤池中硝化反应顺利完成；又保证在布水时瞬间冲刷掉部分老化的生物膜，从而维持较高活性的生物膜，解决了传统的生物滤池易于堵塞和生长池蝇、产生臭味的问题。污水在复合人工湿地内以喷淋式自下行流反应区向上行流反应区流经湿地，经过湿地基质、植物、微生物的协同作用得到净化，满足氮磷资源化效果的同时最大限度节能降耗、降低管理，提高出水水质，增强整个***运行的稳定性。整个***由光伏驱动***供能，太阳能加热***对污水进行加热，其工艺能耗低、抗负荷冲击能力强和冬季运行处理效果好，具有可持续的应用前景。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当说明，本发明并不局限于文中详细描述的具体实施方式，本领域技术人员在未脱离本发明的原理下对所述示例性实施方式做出若干改进和修饰，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种光伏驱动联合太阳能加热控制的农村生活污水处理装置，其特征在于，包括光伏驱动***、太阳能加热***和污水处理***，光伏驱动***与污水处理***和太阳能加热***的用电负载均连接，太阳能加热***通过管路分别与污水处理***的预处理端和处理端相连接；
所述太阳能加热***包括太阳能水箱(16)、真空管式集热器(15)、保温热水箱(3)、PLC控制器(14)和循环水泵(17)；所述太阳能水箱(16)一侧通过循环水泵(17)与保温热水箱(3)连接，另一侧通过管路与保温热水箱(3)连接；所述太阳能水箱(16)的两端分别与PLC控制器(14)的两端连接；所述太阳能水箱(16)与所述真空管式集热器(15)进行并联；
所述污水处理***包括依次设置的格栅井(1)、调节池(2)、缺氧池(5)、脉冲生物滤池(7)和复合人工湿地(8)；所述格栅井(1)与调节池(2)连接，所述调节池(2)与所述保温热水箱(3)，所述保温热水箱(3)通过进水泵(4)与缺氧池(5)连接，所述缺氧池(5)与所述脉冲生物滤池(7)连接，所述脉冲生物滤池(7)与复合人工湿地(8)连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述太阳能水箱(16)和所述真空管式集热器(15)都包括相互串联的至少两组，真空管式集热器(15)安装在太阳能水箱(16)下方。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保温热水箱(3)的侧面安装有温度水位传感器(301)，底部安装有一组电加热器(302)。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述格栅井(1)包括污水进水管(101)、格栅条(102)和污水出水管(103)，待处理的生活污水通过污水进水管(101)进入格栅井(1)；所述格栅条(102)为镀锌格栅板。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述调节池(2)内安装有液位控制器(201)，当液位控制器(201)监测到调节池(2)内的水位高于设定值后，通过PLC控制器(14)启动循环水泵(17)，对太阳能加热***进行补水；当液位控制器(201)监测到调节池(2)内的水位低于设定值后，通过PLC控制器(14)关闭循环水泵(17)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述缺氧池(5)内设有生物膜载体填料(501)，底部设有潜污泵(502)，左侧上方设有进水口(503)，左侧上方的进水端和右侧上方的出水端均设有回流口(504)；所述潜污泵(502)与高位的脉冲生物滤池(7)连接；所述保温热水箱(3)通过进水泵(4)与进水口(503)连接；所述回流口(504)均通过第一阀门(61)与脉冲生物滤池(7)的出水口连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述脉冲生物滤池(7)内包括自上而下依次设置的脉冲装置、喷淋装置、陶粒滤料(711)、承托层(712)、通风层(713)和钢砼底座(714)；所述脉冲装置包括高位水箱(701)、钟罩(702)、放空管(703)、支架(704)、中央虹吸管(705)和进水管(710)，所述高位水箱(701)安装在脉冲生物滤池(7)的顶部且通过支架(704)支撑；所述进水管(710)安装在高位水箱(701)的侧壁，所述钟罩(702)位于高位水箱(701)内并罩于中央虹吸管(705)上方，放空管(703)和支架(704)分别安装于高位水箱(701)的侧下方和下方；所述潜污泵(502)与高位水箱(701)的进水管(710)连接；
所述喷淋装置包括配水箱(708)、活塞阀(706)、喷头(707)和喷淋管(709)；所述配水箱(708)位于高位水箱(701)正下方并通过中央虹吸管(705)与高位水箱(701)连通；所述喷淋管(709)位于脉冲生物滤池(7)内并与配水箱(708)连通，喷头(707)均匀分布于喷淋管(709)上，活塞阀(706)安装在配水箱(708)的两侧。
所述陶粒滤料包括生物陶粒滤料和建筑陶粒滤料。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述复合人工湿地(8)包括布水区、植物层(805)、下行流反应区、上行流反应区和集水区(806)；
所述布水区包括进水布水管(807)，所述进水布水管(807)的进水端通过第二阀门(62)与脉冲生物滤池(7)的出水口连接，出水端与植物层(805)连通；植物层(805)下方为下行流反应区和上行流反应区，上行流反应区与集水区(806)连通；
所述植物层(805)包括迷迭香、艾草、紫苏、香根草和薄荷；
所述下行流反应区和所述上行流反应区自上而下均依次填充有细砾石层(801)、火山岩层(802)和加气混凝土(803)，且二者最底部的底板为钢砼底板(804)。
9.如权利要求1-8任一所述的装置，其特征在于，所述光伏驱动***包括光伏组件(9)、光伏控制器(10)、蓄电池组(11)、逆变器(12)和配电箱(13)；光伏组件(9)的输出端与光伏控制器(10)的输入端连接；光伏控制器(10)的输出端与蓄电池(11)的输入端连接；蓄电池(11)的输出端与逆变器(12)的输入端连接；逆变器(12)的输出端与配电箱(13)的输入端连；配电箱(13)的输出端与污水处理***和太阳能加热***的用电负载分别连接。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光伏组件(9)至少为一组，且光伏组件(9)与转轴(18)连接，转轴(18)带动光伏组件(9)跟随太阳转动的方向转动。
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