一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，提供一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置，包括與太陽(yáng)能真空集熱管連通的保溫水箱，保溫水箱內(nèi)部裝有熱交換管和儲(chǔ)水罐，熱交換管一端伸出保溫水箱與廢水進(jìn)水管連接，另一端經(jīng)過溫度傳感器、水泵與儲(chǔ)水罐連接；儲(chǔ)水罐頂部留有排氣孔，其內(nèi)部上方設(shè)水位傳感器，底部安裝豎直水管伸出保溫水箱，經(jīng)過控制閥與混合反應(yīng)器相連；反應(yīng)器頂部設(shè)自動(dòng)投料口，其側(cè)面近底部的位置設(shè)由控制閥控制的凈水出水口；還包括控制器，控制水泵和控制閥的運(yùn)行；還包括太陽(yáng)能電池板和蓄電池，給水泵和控制器供電。本實(shí)用新型均由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)，可以充分利用光照條件下的熱能，降低系統(tǒng)的供能及運(yùn)行費(fèi)用，裝置可自由移動(dòng)，易于運(yùn)輸和使用。
【專利說明】一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)階段，大量的市場(chǎng)需求使得畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，在農(nóng)村地區(qū)，中小規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖業(yè)成為農(nóng)村主要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。畜禽養(yǎng)殖過程中會(huì)產(chǎn)生的一定量的畜禽廢水,例如動(dòng)物糞便厭氧消解的出水和沖洗畜禽棚舍產(chǎn)生的污水，這些廢水含有高濃度的氮、磷、C0D、抗生素、殘留獸藥以及病原菌等污染物質(zhì)，直接排放或不當(dāng)處理，都會(huì)對(duì)地區(qū)的農(nóng)田、水體和土壤環(huán)境將造成污染。目前，畜禽養(yǎng)殖污染已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)村面源污染的主要污染源之一，亟需發(fā)展有針對(duì)性的畜禽廢水處理技術(shù)。
[0003]目前對(duì)畜禽廢水處理有還田利用、自然處理和工業(yè)處理方式三種。低濃度的畜禽廢水在一定程度上可以用作有機(jī)肥料實(shí)現(xiàn)資源化再利用，提高土壤肥力，但是高濃度的畜禽廢水直接還田利用將會(huì)造成土壤板結(jié)鹽化，嚴(yán)重影響土壤環(huán)境及作物生長(zhǎng)，同時(shí)還會(huì)淋溶滲透到水體中，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，發(fā)黑發(fā)臭。自然處理法采用氧化塘、土地處理系統(tǒng)和人工濕地等自然處理系統(tǒng)對(duì)畜禽廢水進(jìn)行處理，投資少工藝簡(jiǎn)單，但是耗時(shí)久且有可能造成地下水污染，而且廢水中的抗生素、病原菌等得不到有效處理。工業(yè)處理方式，越來越多的被人研究用來凈化畜禽廢水，主要包括格柵、水力篩和沉淀等固液分離預(yù)處理方式，以及后續(xù)的生化處理(厭氧處理法、好氧處理和厭氧好氧混合處理等)方法。這些處理技術(shù)對(duì)廢水中的C0D、B0D、SS處理效果好，但是對(duì)廢水中高濃度的N、P和抗生素的凈化效果一般。而且這些工業(yè)化處理技術(shù)前期投資大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，對(duì)規(guī)模大的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的適用性強(qiáng)，但是農(nóng)村中小型養(yǎng)殖場(chǎng)受到資金和技術(shù)的限制，這種處理方法難以推廣。
[0004]過硫酸鹽活化這種高級(jí)氧化技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用日漸興起，其原理是過硫酸鹽在光、熱或過渡金屬催化等條件下激發(fā)，能產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基.so4-。硫酸根自由基.SO4-具有氧化性強(qiáng)、反應(yīng)速度快、處理效率高、降解毒性污染物等優(yōu)勢(shì)，對(duì)廢水中的總氮、總磷，以及普通條件下難以降解的抗生素、殘留獸藥等有機(jī)物都有理想的降解效果。因此，發(fā)展適合中小型養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽污水處理的化學(xué)氧化技術(shù)，是解決農(nóng)村畜禽污水處理難題的一種重要途徑。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有畜禽廢水氮磷含量高、抗生素殘留高等特征，提供一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置。它能夠快速有效地去除廢水中的總氮、總磷和殘留抗生素，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，可靈活應(yīng)用，特別適用于農(nóng)村中小規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽廢水處理。
[0006]一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置，包括與太陽(yáng)能真空集熱管連通的保溫水箱，保溫水箱內(nèi)部裝有熱交換管和儲(chǔ)水罐，熱交換管一端伸出保溫水箱與廢水進(jìn)水管連接，另一端經(jīng)過溫度傳感器、水泵與儲(chǔ)水罐連接；儲(chǔ)水罐頂部留有排氣孔，其內(nèi)部上方設(shè)水位傳感器，底部安裝豎直水管伸出保溫水箱，經(jīng)過控制閥與混合反應(yīng)器相連；反應(yīng)器頂部設(shè)自動(dòng)投料口，其側(cè)面近底部的位置設(shè)由控制閥控制的凈水出水口；
[0007]還包括控制器，控制水泵和控制閥的運(yùn)行；還包括太陽(yáng)能電池板和蓄電池，給水泵和控制器供電。
[0008]所述混合反應(yīng)器的頂部有排氣孔，其內(nèi)部裝有曝氣棒。
[0009]所述的保溫水箱上還裝有溢流管。
[0010]所述的保溫水箱內(nèi)部還有輔助電加熱裝置，由蓄電池供電。
[0011]本實(shí)用新型的禽畜廢水凈化裝置，還包括外框及裝有滾輪的底座，太陽(yáng)能真空集熱管和混合反應(yīng)器置于底座上，使禽畜廢水凈化裝置便于移動(dòng)。
[0012]所述的保溫水箱上還有自來水進(jìn)水口和自來水出水口。
[0013]本實(shí)用新型的熱交換系統(tǒng)需特別設(shè)計(jì)，由太陽(yáng)能真空集熱管、保溫水箱等組成，真空集熱管將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，并在保溫水箱內(nèi)完成與廢水的熱交換。保溫水箱上部一端留有廢水入口，其內(nèi)部與廢水入口相連的是一段螺旋狀的熱交換管，管中廢水與保溫水箱內(nèi)的熱水進(jìn)行熱交換后，在水泵的驅(qū)動(dòng)下流入保溫水箱另一端的儲(chǔ)水罐中。為保證集熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保溫水箱設(shè)有入水口、出水口、溢流管、排氣孔，反應(yīng)前先從入水口注入自來水，沒過熱交換管和儲(chǔ)水罐，利用太陽(yáng)能加熱。熱交換管中的廢水會(huì)與保溫水箱中的水進(jìn)行熱交換，當(dāng)廢水溫度超過45°C時(shí)，則水泵將廢水抽入儲(chǔ)水罐中，等待下一步的氧化反應(yīng)。溢流管的高度略高于熱交換管，用以調(diào)控保溫水箱中的水位。
[0014]混合反應(yīng)系統(tǒng)由豎直水管和混合反應(yīng)器等組成，豎直水管與上述的內(nèi)置儲(chǔ)水罐(位于保溫水箱內(nèi))相連，將儲(chǔ)水罐中的廢水引入混合反應(yīng)器中，水管中部安裝控制閥，控制廢水流量?；旌戏磻?yīng)器頂部留有投料口(即過硫酸鹽投料口)和排氣孔，當(dāng)控制閥開啟一段時(shí)間，進(jìn)入混合反應(yīng)器中的熱化廢水達(dá)到一定量時(shí)，自動(dòng)投料口依照設(shè)定向體系中加入過硫酸鹽，而頂置排氣孔則用以調(diào)節(jié)混合反應(yīng)器中的氣壓?；旌戏磻?yīng)器側(cè)面下方設(shè)有出水口，同樣裝有控制閥，廢水與過硫酸鹽反應(yīng)一定時(shí)間后，控制閥開啟，凈化的廢水由出水口流出，設(shè)定開啟的時(shí)間結(jié)束，控制閥即關(guān)閉?；旌戏磻?yīng)器內(nèi)部安置曝氣裝置，加強(qiáng)廢水與藥劑的充分混合，使反應(yīng)更加徹底。
[0015]自動(dòng)控制系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制器、溫度傳感器和水位傳感器組成。太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)在蓄電池中，蓄電池為裝置中控制器的自動(dòng)化控制提供電能。當(dāng)控制器開啟時(shí)，水泵開始運(yùn)作，將已去除固體物質(zhì)的畜禽廢水抽入熱交換管中。在熱交換管末端(下弧位置)裝有溫度傳感器，當(dāng)廢水經(jīng)過溫度傳感器時(shí)，溫度在45°C以下，水泵停止運(yùn)行，由于此時(shí)保溫水箱中的水在太陽(yáng)能集熱管的加熱下不斷升溫，熱交換管中的廢水溫度也會(huì)相應(yīng)升高。當(dāng)廢水溫度達(dá)到45 °C以上，則水泵又開始運(yùn)行，將廢水注入儲(chǔ)水罐中，同時(shí)熱交換管中又將進(jìn)入一批新的廢水，當(dāng)溫度傳感器感應(yīng)到水溫低于45°C，則水泵再次停止運(yùn)行，如此循環(huán)。在內(nèi)置水箱內(nèi)近頂部安裝有水位傳感器，當(dāng)儲(chǔ)水罐中水位達(dá)到水位傳感器所處位置時(shí)，水泵停止抽水。進(jìn)入熱交換系統(tǒng)的廢水被加熱一定時(shí)間后，水箱下端豎直水管的控制閥打開，儲(chǔ)水罐中存儲(chǔ)的處于保溫狀態(tài)下的廢水流入混合反應(yīng)器，一定時(shí)間后(通過控制器事先設(shè)定好)控制閥關(guān)閉，此時(shí)自動(dòng)投料口開始運(yùn)行，向混合反應(yīng)器中投加過硫酸鹽，每次加入量固定。與此同時(shí)，曝氣棒開始曝氣，使過硫酸鹽與廢水充分混合。反應(yīng)時(shí)間由人工提前設(shè)定，反應(yīng)完成后，出水口控制閥開啟，將凈化后的水排出，同時(shí)曝氣棒停止運(yùn)行。直到控制閥打開將廢水再次注入混合反應(yīng)器中，各部件重新開始運(yùn)作，如此循環(huán)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以凈化廢水。
[0016]本發(fā)明中的畜禽廢水在凈化之前需要做沉淀及固液分離的預(yù)處理，進(jìn)入到反應(yīng)系統(tǒng)中的廢水為已去除懸浮固體物質(zhì)的畜禽廢水，確保不會(huì)堵塞系統(tǒng)中的管道、閥門和水泵。過硫酸鹽在溫度45 V以上的水中能被激發(fā)形成硫酸根自由基陰離子.S04_，其強(qiáng)氧化性可將預(yù)處理后的畜禽廢水中殘留的高濃度COD、TN、TP和抗生素氧化，達(dá)到脫氮除磷祛抗生素的目的，提高出水水質(zhì)。大部分的過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，基本不需要人工值守，簡(jiǎn)單易行。整個(gè)系統(tǒng)均由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)(但在熱交換水相仍然預(yù)留有220 V的加熱棒)，可以充分利用光照條件下的熱能，降低系統(tǒng)的供能及運(yùn)行費(fèi)用，裝置可自由移動(dòng)，易于運(yùn)輸和使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2裝置的整體示意外觀；
[0019]圖3水泵工作電路簡(jiǎn)圖；
[0020]圖中符號(hào)含義:1.太陽(yáng)能真空集熱管；2.保溫水箱；3.溢流管；4.熱交換管；
5.溫度傳感器；6.水泵；7.儲(chǔ)水罐；8.排氣孔；9.水位傳感器；10.輔助電加熱裝置；11.控制閥；12.反應(yīng)器；13.自動(dòng)投料口 ；14.曝氣棒；15.太陽(yáng)能電池板；16.蓄電池；17.控制器；18.可移動(dòng)外框。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0022]結(jié)合附圖1、2，一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置，包括與太陽(yáng)能真空集熱管I連通的保溫水箱2，保溫水箱2內(nèi)部裝有熱交換管4和儲(chǔ)水罐7，熱交換管4 一端伸出保溫水箱2與廢水進(jìn)水管連接，另一端經(jīng)過溫度傳感器5、水泵6與儲(chǔ)水罐7連接；儲(chǔ)水罐7頂部留有排氣孔8，其內(nèi)部上方設(shè)水位傳感器9，底部安裝豎直水管伸出保溫水箱2，經(jīng)過控制閥11與反應(yīng)器12相連；反應(yīng)器12頂部設(shè)自動(dòng)投料口 13，其側(cè)面近底部的位置設(shè)由控制閥11控制的凈水出水口 ；
[0023]還包括控制器17，控制水泵6和控制閥11的運(yùn)行；還包括太陽(yáng)能電池板15和蓄電池16，給水泵6和控制器17供電。
[0024]本裝置所處理的廢水需要經(jīng)過預(yù)處理，應(yīng)將廢水中的固體及懸浮固態(tài)物質(zhì)濾除。先向保溫水箱2中注入自來水，自來水沒過熱交換管4和儲(chǔ)水罐7，當(dāng)水位達(dá)到溢流管3的位置時(shí)停止注水。太陽(yáng)能真空集熱管I吸收利用太陽(yáng)能對(duì)保溫水箱2中的自來水進(jìn)行加熱。同時(shí)，太陽(yáng)能電池板15將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在蓄電池16中，蓄電池16為系統(tǒng)中其他用電設(shè)備供電。開啟控制器17，水泵6開始運(yùn)行，將畜禽廢水抽入到熱交換管4中。在熱交換管4末端內(nèi)部裝有溫度傳感器5，當(dāng)其感應(yīng)到的廢水溫度低于45°C時(shí)，水泵6停止抽水，廢水停留在熱交換管4中與保溫水箱2中的自來水進(jìn)行熱交換；廢水溫度高于45°C，由溫度傳感器5控制，水泵6開始運(yùn)行，將廢水抽入到儲(chǔ)水罐7內(nèi)等待進(jìn)一步處理，同時(shí)將有一批未加熱的廢水流入熱交換管4中，至傳感器感應(yīng)到的溫度低于45°C時(shí)，水泵6再次停止運(yùn)行。設(shè)置儲(chǔ)水罐7的主要目的是通過存儲(chǔ)積累一定量的熱廢水，輔以控制器17對(duì)反應(yīng)器12進(jìn)水時(shí)間間隔的設(shè)定，進(jìn)而增加反應(yīng)器12的分批處理水量，以此有效節(jié)省了電能和藥劑用量，考慮到本設(shè)計(jì)中設(shè)定的反應(yīng)器12體積較大，可以預(yù)見，即使熱交換管4和儲(chǔ)水罐7中的廢水均加熱完畢進(jìn)入反應(yīng)器12中也不會(huì)超負(fù)荷儲(chǔ)水。儲(chǔ)水罐7近頂端需要安裝水位傳感器9，作用是當(dāng)注入廢水水位達(dá)到指定位置時(shí)，水位傳感器9發(fā)出反饋指令，水泵6又將停止運(yùn)行，水泵6工作電路的簡(jiǎn)圖如附圖3。注意:由于儲(chǔ)水罐7的容量明顯比熱交換管4大，同時(shí)還會(huì)定時(shí)向混合反應(yīng)器12中排水，所以在外界太陽(yáng)能加熱條件較差或設(shè)定循環(huán)處理時(shí)間較短的情況下，水位傳感器9不會(huì)影響水泵6的運(yùn)行。在儲(chǔ)水罐7上端留有排氣孔8，與保溫水箱2外的大氣相通。
[0025]當(dāng)儲(chǔ)水罐7中的熱化廢水累積到一定量時(shí)，水箱下端的控制閥11開啟，廢水依靠重力進(jìn)入混合反應(yīng)器12，放水結(jié)束，控制閥11關(guān)閉，同時(shí)自動(dòng)投料口 13啟動(dòng)，向反應(yīng)器12中投加過硫酸鹽，曝氣棒14開始曝氣，促使廢水與過硫酸鹽在較高溫度(> 45 °C)下充分反應(yīng)。反應(yīng)器12上端留有排氣孔8，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)部壓力。而在反應(yīng)器12下端則設(shè)有出水口，反應(yīng)結(jié)束后，控制閥11開啟，凈化后的廢水由出水口排出，一定時(shí)間后(由出水口排水速率及排水量決定，通過控制器預(yù)先設(shè)置)，控制閥11關(guān)閉，曝氣棒14停止曝氣，則單次廢水處理過程進(jìn)行完畢。之后需經(jīng)過一段時(shí)間(讓定量的廢水再次被加熱，通過控制器人為調(diào)控，時(shí)間根據(jù)外界太陽(yáng)能加熱條件確定)，控制閥開啟，裝置進(jìn)入下一輪循環(huán)，將儲(chǔ)水罐7存儲(chǔ)的熱水再次引入混合反應(yīng)器12中，繼續(xù)氧化廢水。溫度傳感器5、水泵6、水位傳感器9、控制閥11、自動(dòng)投料口 13、曝氣棒14均由控制器17控制，預(yù)先設(shè)定運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0026]裝置的自動(dòng)化控制由傳感器配合多個(gè)電路開關(guān)實(shí)現(xiàn)，如圖3。開關(guān)a僅在裝置開啟、水泵第一次抽水進(jìn)入熱交換管時(shí)閉合，由控制器通過設(shè)定時(shí)間加以控制，閉合時(shí)間過后保持?jǐn)嚅_狀態(tài)；開關(guān)b的開閉由溫度傳感器5決定，感應(yīng)到水溫低于45°C時(shí)，開關(guān)斷開，水溫高于45°C，則開關(guān)閉和；開關(guān)c的開閉情況由水位傳感器9決定，當(dāng)水位未達(dá)到水位傳感器所在的位置時(shí)，開關(guān)閉和，水位達(dá)到，則開關(guān)斷開。各傳感器及開關(guān)均通過控制器實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)行。
[0027]本發(fā)明中各裝置的尺寸可進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，能量和藥劑都能夠充分的利用。太陽(yáng)能保溫水箱2的長(zhǎng)為900 mm，直徑為300 mm ;熱交換管4呈螺旋狀排列，螺旋的外徑為240 mm ;儲(chǔ)水罐7長(zhǎng)為280 mm，直徑為220 mm ;反應(yīng)器12的長(zhǎng)為500 mm,寬為250 mm，高為250 mm ;可移動(dòng)外框18的尺寸主要是由內(nèi)部裝置的尺寸決定的，寬約700 mm,高約900 mm，大小約為1000 X 200mm的外框?？梢苿?dòng)外框18上端需要安裝太陽(yáng)能電池版及控制面板，電池板功率約為50W，尺寸視實(shí)際安裝位置而定。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的畜禽廢水凈化裝置，包括與太陽(yáng)能真空集熱管(I)連通的保溫水箱(2)，保溫水箱(2)內(nèi)部裝有熱交換管⑷和儲(chǔ)水罐(7)，熱交換管(4) 一端伸出保溫水箱(2)與廢水進(jìn)水管連接，另一端經(jīng)過溫度傳感器(5)、水泵(6)與儲(chǔ)水罐(7)連接；儲(chǔ)水罐(7)頂部留有排氣孔(8)，其內(nèi)部上方設(shè)水位傳感器(9)，底部安裝豎直水管伸出保溫水箱(2)，經(jīng)過控制閥(11)與反應(yīng)器(12)相連；反應(yīng)器(12)頂部設(shè)自動(dòng)投料口(13)，其側(cè)面近底部的位置設(shè)由控制閥(11)控制的凈水出水口 ； 還包括控制器(17)，控制水泵(6)和控制閥(11)的運(yùn)行；還包括太陽(yáng)能電池板(15)和蓄電池(16)，給水泵(6)和控制器(17)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的儲(chǔ)水罐(7)和反應(yīng)器(12)的頂部有排氣孔⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的反應(yīng)器(12)內(nèi)有曝氣棒(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的保溫水箱(2)上還有溢流管(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的保溫水箱(2)內(nèi)部還有輔助電加熱裝置(10)，由蓄電池(16)供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括裝有滾輪的底座，太陽(yáng)能真空集熱管和反應(yīng)器置于底座上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的保溫水箱(2)上還有自來水進(jìn)水口和自來水出水口。
【文檔編號(hào)】C02F1/72GK203653321SQ201320886899
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】毛旭輝, 蔣睿, 林靜霞, 劉甜甜, 張海林, 汪的華 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)