一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及污水处理技术领域，特别是一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统。


背景技术：

2.分散式处理装置是农村污水处理的法宝。在应用场景方面，具有以下特点：(1)适用于生活污水占主体的场景；(2)污水水量少，水质、水量波动大，且多为间歇排放；(3)地形复杂或用户分散，管网建设成本高；(4)要求水生态环境持续改善。现有分散式污水处理设备处理效果差，存在集中不处理，设备未投运，水质不达标，布置不灵活的问题。
3.分散式污水处理装置处理效果差的根因主要在于：传统的缺氧-好氧简单流程对污染物去除效果有限；膜性能水平差；氧扩散效率低；能源形式不当且兼容性差，导致应用场景受限制。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统。本实用新型具有对污水净化效果更好，应用场景更灵活的优点。
5.本实用新型的技术方案：一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，包括分散式污水处理装置、加药设备和供能单元；所述分散式污水处理装置包括依次设置的调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池、后置缺氧区、后置好氧区和清水池；所述好氧池上设有与缺氧池连通的混合液回流管，后置好氧区上设有与厌氧池相连的污泥回流管；所述后置缺氧区设有补充碳源的进料管，后置好氧区通过加药管与加药设备相连用于添加除磷剂；所述供能单元为光伏和金属空气电池耦合单元，金属空气电池为铝空气电池或锌空气电池；所述供能单元包括金属空气电池、太阳能光伏板、控制系统和逆变器。
6.前述的光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统中，所述供能单元可根据需要设置蓄电池储能。
7.前述的光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统中，所述后置好氧区内设有固液分离膜，后置好氧区设有排放剩余污泥的排污管。
8.前述的光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统中，所述好氧池和后置好氧区内设有曝气管；所述缺氧池内设有膜组件，膜组件采用高分子透氧膜；膜组件结构为中空纤维膜丝，其内部通入氧气，氧气通过膜丝微孔由内向外扩散，向附着于膜表面的微生物层供氧，最终扩散至缺氧池污水中，提高缺氧池溶解氧浓度，满足缺氧池内高分子透氧膜表层附着微生物层以及污水中悬浮微生物的新陈代谢需求。
9.前述的光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统中，所述厌氧池、好氧池和后置缺氧区内均设有填料；所述填料为固定式组合填料和/或悬浮组合填料。
10.前述的光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统中，所述膜组件设有两组，每组设有四片。
11.前述的光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统中，所述分散式污水处理装置还设有鼓风机、进出水泵和回流泵。
12.前述的光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统中，所述太阳能光伏板设于分散式污水处理装置的顶部或周边地面。
13.与现有技术相比，本实用新型采用五段式处理流程，通过合理设计回流并精确分配和投加药剂，在后置缺氧区(反硝化)投加外部碳源来进一步进行脱氮，后置好氧区则对残留的碳源和氨氮进一步进行降解，避免沉淀区总磷的二次释放，保障出水cod、bod、氨氮及总氮达到排放标准；
14.后置好氧区通过投加除磷剂，生物除磷和化学除磷相配合，最大限度的去除总磷；
15.通过加设铝空气电池进行供能，满足设备用电需求，提高系统的可靠性，结合市电价波动及光伏发电情况进行调整，可节约污水处理系统的动力成本；
16.光伏-铝空电池耦合供能系统提供稳定能源，实现了分散式污水处理装置的灵活布置和长周期免维护稳定运行。
17.所以，本实用新型具有对污水净化效果更好，应用场景更灵活的优点。
附图说明
18.图1是本实用新型处理系统的框架图；
19.图2是本实用新型处理装置的正视图；
20.图3是本实用新型处理装置的俯视图；
21.图4是光伏-金属空气电池的框架示意图；
22.图5是铝空气电池的结构示意图。
23.附图中的标记为：1-调节池，2-厌氧池，3-缺氧池，4-好氧池，5-后置缺氧区，6-后置好氧区，7-清水池，8-曝气管，9-膜组件，10-固液分离膜。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
25.实施例。光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，构成如图1-4所示，包括分散式污水处理装置、加药设备和供能单元；分散式污水处理装置包括依次设置的调节池1、厌氧池2、缺氧池3、好氧池4、后置缺氧区5、后置好氧区6和清水池7；好氧池4上设有与缺氧池3连通的混合液回流管，后置好氧区6上设有与厌氧池2相连的污泥回流管；后置缺氧区5设有补充碳源的进料管，后置好氧区6通过加药管与加药设备相连用于添加除磷剂；供能单元为光伏和金属空气电池耦合单元，金属空气电池采用铝空气电池；供能单元包括依次设置的金属空气电池、太阳能光伏板、控制系统、汇流箱和逆变器，及备用的蓄电池；分散式污水处理装置还设有鼓风机、进出水泵和回流泵。
26.后置好氧区6内设有固液分离膜10，后置好氧区6设有排放剩余污泥的排污管；通过固液分离膜10进行分离，分离出的水流进清水池7或者反洗池，而回流的污泥则通过污泥回流管送回厌氧池2，剩下的污泥则在堆肥后用于园林绿化；分离出来的水可进行回用或作为自然水体补水。
27.好氧池4和后置好氧区6内设有曝气管8；缺氧池3内设有膜组件9，膜组件9采用高分子透氧膜，膜组件结构为中空纤维膜丝，其内部通入氧气，氧气通过膜丝微孔由内向外扩散，向附着于膜表面的微生物层供氧，最终扩散至缺氧池污水中，提高缺氧池溶解氧浓度，满足缺氧池内高分子透氧膜表层附着微生物层以及污水中悬浮微生物的新陈代谢需求。
28.厌氧池2、好氧池4和后置缺氧区5内均设有填料；填料为固定式组合填料。
29.膜组件9设有两组，每组设有四片。
30.光伏-金属空气电池采用铝空气电池设备，铝空气电池其结构如附图5所示，由多个单体电池堆叠后配合电解液组装成电堆，其单体电池由铝板、空气电极和外壳构成；太阳能光伏板设于分散式污水处理装置的顶部。
31.光伏-铝空气电池利用铝金属与空气中氧气反应放电，其理论能量密度是锂离子电池的15倍，是铅酸电池的50倍；其反应机理为：燃料与氧化剂在电解质的存在下反应产生电能；氧气得电子生成oh-，铝板失电子生成al3+；反应式如下：
32.正极：3/2o2+3h2o+6e-＝6oh-33.负极：2al-6e-＝2al
3+
34.总反应：
35.2al+3/2o2+3h2o＝2al(oh)336.al(oh)3+naoh＝naalo2+2h2o naalo2+co2+3h2o＝2al(oh)3↓
+na2co337.在电解液中添加剂改性，提高析氢过电位，抑制析氢副反应，提高铝负极的利用率，实现铝-空气电池的高比容量。通过有机/无机复配添加剂协同作用进行固液界面控制，有机组元亲铝斥水，无机组元提高析氢过电位。
38.工作原理：
39.流程简述：进水经预处理、生物处理(改良多级缺氧/好氧工艺)、沉淀过滤(膜分离)、消毒、污泥处理，出水污泥堆肥后用于园林绿化，再生水回用或作为自然水体补水。
40.具体工艺：污水经收集及预处理后，进入本技术的分散式污水处理装置；
41.首先进入调节池1，调节池1出水进入厌氧池2，随后依次进入缺氧池3及好氧池4；缺氧池3和好氧池4之间通过混合液回流管进行混合液回流；
42.好氧池4出水依次进入后置缺氧区5(反硝化段)和后置好氧区6。
43.后置缺氧区5投加外部碳源，进一步脱氮，后置好氧区6对残留的碳源及氨氮进一步降解，也能避免沉淀区总磷的二次释放，保障出水cod、bod、氨氮及总氮达到排放标准；
44.后置好氧区6投加除磷药剂，生物除磷和化学除磷进行配合，最大限度去除总磷；
45.后置好氧区6内设置的固液分离膜10，使得分离出的水进入清水池7或反洗池(根据实际情况设置)，回流污泥经污泥回流管进入厌氧池2，剩余污泥则在堆肥后用于园林绿化。
46.根据实际选择对应规模的铝空气电池，小型设备选用35～100w铝空电堆，长周期免维护稳定运行超过≥200h；大型设备则选用6kw铝空电堆，可作为夜间常备电源，与光伏系统组网供电。
47.日间光伏发电，夜间燃料电池供电，可根据光伏发电曲线，对系统进行智能化周期控制。
48.通过设置电池管理系统bms，为电池提供理想的充放电工作程序,光伏系统停止工
作后，燃料电池迅速切换，消除空闲和间歇动作，提高供电可靠性。
49.对铝空气电池的阳极(铝板)进行定期更换，对铝板及电解液进行再生。光伏-金属空气电池耦合供能系统提供稳定能源，实现了分散式污水处理装置的灵活布置和长周期免维护稳定运行。
50.当然，亦可采用可充电锌-空气电池，在工作过程中，日间光伏余电补充其消耗部分。

技术特征：
1.一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，其特征在于：包括分散式污水处理装置、加药设备和供能单元；所述分散式污水处理装置包括依次设置的调节池(1)、厌氧池(2)、缺氧池(3)、好氧池(4)、后置缺氧区(5)、后置好氧区(6)和清水池(7)；所述好氧池(4)上设有与缺氧池(3)连通的混合液回流管，后置好氧区(6)上设有与厌氧池(2)相连的污泥回流管；所述后置缺氧区(5)设有补充碳源的进料管，后置好氧区(6)通过加药管与加药设备相连用于添加除磷剂；所述供能单元为光伏和金属空气电池耦合单元，金属空气电池为铝空气电池或锌空气电池；所述供能单元包括金属空气电池、太阳能光伏板、控制系统和逆变器。2.根据权利要求1所述的一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，其特征在于：所述后置好氧区(6)内设有固液分离膜(10)，后置好氧区(6)设有排放剩余污泥的排污管。3.根据权利要求1所述的一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，其特征在于：所述好氧池(4)和后置好氧区(6)内设有曝气管(8)；所述缺氧池(3)内设有膜组件(9)，膜组件(9)采用高分子透氧膜。4.根据权利要求1所述的一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，其特征在于：所述厌氧池(2)、好氧池(4)和后置缺氧区(5)内均设有填料；所述填料为固定式组合填料和/或悬浮组合填料。5.根据权利要求3所述的一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，其特征在于：所述膜组件(9)设有两组，每组设有四片。6.根据权利要求1所述的一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，其特征在于：所述分散式污水处理装置还设有鼓风机、进出水泵和回流泵。7.根据权利要求1所述的一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统，其特征在于：所述太阳能光伏板设于分散式污水处理装置的顶部或周边地面。

技术总结
本实用新型公开了一种光伏-金属空气电池耦合供能分散型污水处理系统,包括分散式污水处理装置、加药设备和供能单元；分散式污水处理装置包括调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池、后置缺氧区、后置好氧区和清水池；好氧池设与缺氧池连通的混合液回流管，后置好氧区设与厌氧池相连的污泥回流管；后置缺氧区设进料管，后置好氧区设与加药设备相连的加药管；供能单元为光伏和金属空气电池耦合单元。本实用新型采用五段式处理流程，通过合理设计回流并精确分配和投加药剂，后置缺氧区加外部碳源进行脱氮，后置好氧区通过投加除磷剂去磷；通过加设铝空气电池进行供能，满足设备用电需求。本实用新型具有对污水净化效果更好，应用场景更灵活的优点。活的优点。活的优点。


技术研发人员：陈北洋 付岩峰 贾战龙 郭跃建 杨再威 郭书航
受保护的技术使用者：华电水务科技股份有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/7/14