李如洋 賀衛(wèi)彬

【摘要】 介紹了一種采用臭氧的太陽能農(nóng)村生活污水處理裝置，該裝置通過太陽能發(fā)電，并驅(qū)動(dòng)臭氧發(fā)生器產(chǎn)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(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行除污除臭處理，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。

【關(guān)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(fā)展，我國小城鎮(zhèn)及廣大農(nóng)村生活污水產(chǎn)生越來越多，由于條件限制現(xiàn)在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)缺乏污水處理裝置，生活污水大多處于無序排放狀態(tài)，使得周圍水質(zhì)日益惡化，好氧反應(yīng)是生活污水處理關(guān)鍵所在，對(duì)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(yīng)所需要的氧氣大多是通過強(qiáng)制性供氧獲得，需要消耗大量的動(dòng)力，導(dǎo)致污水處理的運(yùn)行成本居高不下。通過采用太陽能的自然供氧方式實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水處理的無動(dòng)力供氧，節(jié)省污水處理設(shè)施的建設(shè)投資和運(yùn)行管理費(fèi)用，尤其適合農(nóng)村生活污水的治理[2]。

二、系統(tǒng)的原理

水中的溶解氧高低是水質(zhì)好壞的主要指標(biāo)，充足的溶氧量可降低水中硫化氫、亞硝酸鹽等有毒物質(zhì)，抑制生成有毒物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。例如：水中殘餌、糞便、動(dòng)物尸體等有機(jī)物產(chǎn)生的氨和硫化氫，在充足的溶氧條件下，經(jīng)微生物的分解作用下，氨會(huì)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，最后轉(zhuǎn)化成硝酸鹽；硫化氫則被轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，均產(chǎn)生無毒的最終產(chǎn)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(yǎng)殖水體中增氧，具有多點(diǎn)均勻增氧、安全、節(jié)能的功效，為了避免架設(shè)電路，降低運(yùn)行成本，采用太陽能是一種有效的辦法。

為了進(jìn)一步提高對(duì)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(wěn)定性受水中所含雜質(zhì)的影響較大，特別是有金屬離子存在時(shí)，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(duì)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(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

采用轉(zhuǎn)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(wěn)定24V直流電壓供給臭氧發(fā)生器產(chǎn)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(fā)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(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的單軸太陽光跟蹤系統(tǒng)。

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

太陽光跟蹤系統(tǒng)有平單軸跟蹤，雙軸跟蹤系統(tǒng)和斜單軸跟蹤系統(tǒng)，其中平單軸跟蹤器能提升12-15%的發(fā)電量，結(jié)構(gòu)簡單，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的平單軸太陽光跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)的電路如圖2所示。

由于光敏電阻對(duì)光照強(qiáng)度有較強(qiáng)的靈敏度，所以為了實(shí)現(xiàn)太陽光檢測(cè)，采用光敏電阻設(shè)計(jì)一個(gè)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(cè)，輸出的電壓信號(hào)通過運(yùn)算放大電路LM358做成的電壓比較器進(jìn)行比較，當(dāng)太陽光照在兩組光敏傳感電路上的信號(hào)相等時(shí)，這時(shí)正好在單軸上對(duì)著太陽，減速電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，當(dāng)太陽偏離時(shí)，兩組傳感器的電壓信號(hào)不相等，比較器輸出電壓驅(qū)動(dòng)繼電器控制減速電機(jī)開始工作，使得太陽能電池始終面朝太陽，跟隨太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到限定位置時(shí)，限位開關(guān)自動(dòng)斷開電路使得電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)停在合適的位置，防止跟隨太陽下山導(dǎo)致該裝置轉(zhuǎn)向過度，第二天早晨無法自動(dòng)返回。

當(dāng)早晨太陽升起時(shí)，垂直遮陽板兩側(cè)的光照度不可能正好相等，這樣，上述控制電路就會(huì)控制電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)接收裝置向東旋轉(zhuǎn)，直至太陽能接收裝置對(duì)準(zhǔn)太陽為止。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

晴天采用該太陽能污水處理裝置在小污水池現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，用碘量法測(cè)定溶解氧 DO，采用酸性高錳酸鉀滴定法測(cè)定COD ，DO和COD隨太陽能污水處理裝置工作的時(shí)間分布實(shí)際曲線如圖3所示。

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

五、結(jié)束語

太陽能克服了生活污水處理裝置安裝不方便的缺點(diǎn)，壽命長，運(yùn)行成本低廉，特別適合農(nóng)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(nóng)村生活污水對(duì)環(huán)境的影響。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]吳霖.農(nóng)村生活污水現(xiàn)狀及處理技術(shù)研究[J]，資源節(jié)約與環(huán)保， 2015（11）

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

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