風光互補發電技術在農村生活污水處理中的應用

袁延華，馬 琳，孫洪芹

（江蘇中車環保設備有限公司，江蘇 常熟 215505）

隨著國家對農村人居環境以及生態環境的重視，農村生活污水處理成為近幾年的熱點之一。在國家政策推動下，大部分農村的生活污水得到了有效的處理，但部分工程因電耗過高、村組用電負擔過重而處于“曬太陽”狀態[1]。因此，將風光互補發電技術與生活污水處理技術結合，可有效降低常規用電量，解決此類問題。

1 風光互補發電技術

太陽能與風能取之不盡，用之不竭，均為潔凈能源。近些年，太陽能發電技術得到快速發展，并且日益成熟，已廣泛用于人們生活中的方方面面，但太陽能發電受天氣的制約較大，陰雨連綿的天氣將導致太陽能發電系統無法正常運行。目前，利用風力和太陽能結合發電，可有效解決此問題。風光互補發電系統主要包括太陽能光伏板、風力發電機組、控制器、蓄電池組和逆變器[2]。

1.1 太陽能光伏板和風力發電機組

太陽能光伏板及風力發電機組分別將太陽能和風能轉化為電能，通過控制器將轉化的電能儲存在蓄電池組中，需要對交流負載供電時，通過逆變器將直流電轉變為交流電使用。

1.2 控制器

控制器的作用主要是根據日照的強度、風力的大小以及負載的變化，不斷地調整蓄電池組的工作狀態。經過調整后的電能直接為直流負載供電或通過逆變器將直流電轉變為交流電供交流負載使用，多余的電能儲存在蓄電池組中，可在陰雨天氣或系統維護等不能滿足負載用電時將蓄電池組中儲存的電量輸出供負載使用，進而保證整個系統連續穩定地工作。

1.3 蓄電池組和逆變器

蓄電池組的主要作用是將多余的電能轉化為化學能儲存起來，在供電不足的情況下備用。蓄電池組在該系統中主要起能量調節和平衡負載兩大作用。逆變器的主要作用是將直流電轉變為220 V的交流電，供交流負載使用。

2 農村生活污水處理技術

隨著國民經濟的發展，生活污水處理技術已相當成熟。用于農村生活污水處理的技術主要包括兼氧/好氧生物處理技術和生態處理技術[3]。

2.1 兼氧/好氧生物處理技術

兼氧/好氧生物處理技術主要包括生物接觸氧化工藝、序批式活性污泥（SBR）工藝、氧化溝等[4]。

2.1.1 生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化工藝屬于好氧生物膜法的一種。接觸氧化池內填充填料，兼/好氧微生物附著在填料的表面，將污水中的污染物分解，達到去除污染物的效果，進而凈化污水。例如，合續公司研發的貝斯Ⅲ一體化污水處理設備采用的工藝就屬于好氧接觸氧化工藝。

合續公司研發的貝斯Ⅲ一體化污水處理設備采用A3O-MBBR生物處理工藝，主要包括預脫硝池、厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、紫外消毒池，出水穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A以上標準。其研發的耐斯和CHtank中國罐兩種一體化設備采用的工藝為多級AO接觸氧化生化處理工藝，出水穩定達到一級B標準（TP除外），該類設備在居住較分散、地勢起伏較大、不易鋪設管網的地區具有一定的應用優勢。

2.1.2 序批式活性污泥（SBR）工藝

SBR工藝主要采用間歇曝氣的方式，有序地進行間歇操作。SBR工藝的核心是SBR反應池，該反應池按照流入、攪拌、曝氣、攪拌、沉淀、排水以及排泥等有序進行，集污水均勻化、初級沉淀、生物降解以及二次沉淀等功能于一體，不需要污泥回流系統，采用間歇曝氣，達到凈化污水的目的[5]。

2.1.3 氧化溝

氧化溝是活性污泥處理法的一種變型，因其結構呈封閉的環形溝渠而得名，又因為污水和活性污泥在氧化溝內循環流動，首尾相連循環曝氣，因此也稱為“循環曝氣池”“無終端曝氣池”。氧化溝通常采用延時曝氣，用以延長污水和污泥的停留時間，降低有機污染物負荷。氧化溝具有設備結構簡單、運營維護簡便、耐負荷沖擊等特點，氧化溝技術主要應用于村落相對集中的污水處理。

2.2 生態處理技術

生態處理技術可以利用農村地區的地理條件，如廢棄的池塘、土地等建設工程。因此，生態處理技術的基建投資費用低；生態處理技術利用自然物的凈化能力對生活污水進行處理，運行過程中不需要額外投加藥品等，運行費低；污泥的產量較少；工藝運行相對穩定；抗沖擊負荷能力較強；凈化效果較好。應用于農村生活污水處理的生態處理技術主要有人工濕地、穩定塘等。

2.2.1 人工濕地

人工濕地是人工建設的類似沼澤濕地的構筑物，人為地控制污水、污泥的流向，在填充的介質、植物以及微生物的共同作用下達到凈化污水的目的[6]。人工濕具有處理效果較好、美觀以及運營維護簡單、運行維護費用低等特點，但占地面積較大。人工濕地主要用于資金短缺、可用面積大的村落。

2.2.2 穩定塘

穩定塘是利用天然的凈化能力對生活污水進行處理的一種構筑物。穩定塘一般是通過人工的方式建成池塘，在池塘的周圍設置圍堤并鋪設防滲層，防止待處理的生活污水滲漏，依靠池塘塘內微生物來進行生活污水的處理，達到凈化生活污水的目的。穩定塘的建設投資以及后期的運營維護費用均非常低，但同人工濕地一樣占地面積較大，主要適用于缺乏資金且有大量空余土地可利用的村落。

3 農村生活污水收集處理模式

農村居民的居住情況較為復雜，根據地理位置的不同，有的村莊住房分散，有的村莊住房較為集中。因此，農村生活污水處理收集處理模式主要有分散收集處理及村組集中收集處理兩種模式，如圖1、圖2所示。

圖1 分散收集處理模式

圖2 村組集中收集處理模式

4 風光互補發電技術與農村生活污水處理技術的組合應用

農村生活污水處理工程中的耗電設備主要有污水提升泵（調節池、提升井等設備中使用）、鼓風機、其他曝氣裝置等。將風光互補發電技術與農村生活污水處理技術組合應用，利用太陽光伏板及風力發電機組發電供污水提升泵、鼓風機、曝氣裝置等交流負載正常運行使用，多余的電能轉化為化學能儲存在蓄電池組中。在陰天或雨雪天氣等供電不足的情況下，蓄電池組放電，將化學能轉化為電能，再經過逆變系統將直流電轉化為交流電供生活污水處理工程中的交流負荷使用，減輕村民或政府的用電負擔。另外，需要接入市政用電以備不時之需，如發電系統正常維護，無法供電時使用。

5 結論

風光互補發電技術與農村生活污水處理組合應用，為污水提升泵、鼓風機、其他曝氣裝置等提供電能，使農村生活污水達到有效處理，進而改善農村的人居環境。另外，這樣可以有效減輕村民或政府的用電負擔，降低后期的運營維護費用，有利于已建農村生活污水處理工程的連續運行，避免因用電問題導致工程處于停運狀態。