太阳能微动力池塘水质洁净装置的设计

李国德　王美艳　刘燕　李娜　武士威　辛士刚　孙亚飞　王欣钰

摘 要：太阳能微动力的研究与利用是当前全世界非常热点的技术问题，而水质洁净问题也是全世界关注的热点问题。该文从绿色环保角度出发，将这两个世界关注的热点技术问题创新性地结合在一起，研究设计了一种太阳能微动力池塘水质洁净装置，旨在解决当前池塘水质洁净治理的瓶颈难题。

关键词：太能能微动力 池塘水质 洁净装置

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0114-02

水是生命之源，是人类赖以生存和发展的重要条件，也是构成环境的重要要素[1]。水环境是居民生存环境的重要组成部分，是城乡居民不可或缺的生产和生活资源。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对水环境的保护意识和要求日趋强烈，水环境保护的重要性也日益突显。

目前，我国水资源的缺乏和水污染严重制约着我国总体经济的健康持续发展，特别是一些水库、养殖池塘及人工湖等局部水域污染严重，极大地威胁着人们的身心健康和经济发展。为此，研究设计一种能够清洁环保、节能高效、无人值守的水处理新技术及新装置来解决当前池塘水质洁净治理的瓶颈难题就显得非常重要。

1 太阳能微动力池塘水质洁净装置采用的相关技术

采用绿色洁净能源——太阳光能为核心微动力，采用物理过滤，造流曝气和负氧离子杀菌除污等功能性装置，设计研制成本低、见效快，安装方便，无需日常人工操作，适合于湖泊、水库和水产养殖池塘等水域的环保洁净设备。项目设计过程中，采用了系列的相关技术进行协同。

1.1 采用太阳能微动力技术

太阳能作为一种可再生的新能源，具有清洁、环保、持续、长久等优势，已成为应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一。利用太阳能光伏板将太阳能转化为池塘洁净机使用的电能，蓄电池充足了电以后，系统自动化控制、自动运行，即使夜晚和阴雨天也能连续运行几天。采用太阳能提供动力，无需用电，几乎无日常运行费用，实现运行成本最小化[2]。

1.2 采用物理造流除杂过滤技术

利用造流器可以使池塘水面的杂物集中到设备除杂口，通过过滤器和收集传导装置将杂物收集到杂物箱中，完成水面和水中较大的漂浮杂物的清理工作。

1.3 造流曝气技术

利用造流曝气装置解决水体自然分层问题，使表层高温富氧水体扩散至水体底部，激发底层生物活性，提高水体自净能力，同时防止磷的厌氧释放。

1.4 负离子降解杀菌技术

利用负氧离子发生器作为净化的核心装置。负氧离子作为一种强氧化剂，对水中的多种化学物质有着强烈的氧化和降解作用，使水质得到有效的净化，同时对水中细菌的杀灭作用和对蓝、绿藻的杀灭也是十分有效的。

1.5 紫外短波杀菌技术

利用紫外线的特殊功效，用紫外灯对空气中的细菌和病毒进行照射，杀死或灭活细菌和病毒的细胞组织，使生物体内的蛋白质彻底无法生成，导致细菌和病毒立即死亡或丧失繁殖能力。目前，最常用的是253.7 nm波长的UV-C杀菌灯，其具有以下优点：杀菌消毒彻底、不残留任何有毒物质、操作简便、使用费用低等[3]。

2 太阳能微动力池塘水质洁净装置组成

洁净装置由7个功能模块组成。其中包括漂浮船体模块、太阳能蓄电模块、曝气模块、喷雾富氧模块、紫外杀菌模块、负离子发生模块和造流净化模块。这些功能模块融合成一体净化装置，具体结构见图1。

漂浮船体至少由漂浮板1、至少4根支柱2和太阳能光伏板3组成，支柱2固定在漂浮板1的四角，太阳能光伏板3作为顶棚固定在支柱2上端，太阳能光伏板3连接蓄电池4，为各用电设备供电。

造流净化装置包括垃圾传送收集组件5、紫外杀菌箱6和喷雾曝气箱7，垃圾传送收集组件5包括电机51、主动轮52、从动轮53、带挡片传动带54和垃圾收集箱55，电机51固定在支柱2上，主动轮52设置在两根支柱2之间，电机51带动主动轮52顺时针转动，紫外杀菌箱6包括箱体A61、紫外灯62和过滤网63，箱体A61一部分固定在漂浮板1下表面的边缘，另一部分延伸出去，延伸出去的部分上设置从动轮53，过滤网63设置在箱体A61延伸出去的部分与在漂浮板1下面的部分之间，垃圾收集箱55设在主动轮52下方，喷雾曝气箱7包括箱体B71和喷雾曝气泵72，箱体A61和箱体B71管道连接，喷雾曝气泵72固定在箱体B71内，通过抽水管721和喷头722将箱体B71内的水喷回池塘。

負氧离子发生装置包括负氧离子发生电路箱81和负氧离子发生器82，负氧离子发生电路箱81固定在漂浮板1上，负氧离子发生器82伸入到喷雾曝气箱7箱体B71中。负氧离子作为一种强氧化剂，对水中很多化学物质有着强烈的氧化和降解作用，同时能够有效地杀死水中的细菌、蓝藻、绿藻等。为了在一定范围内固定太阳能动力池塘水质净化增氧装置，漂浮板1通过缆绳固定锚12，锚12的个数可以是多个，能够使该装置平稳地停留在水面即可。

3 结语

太阳能微动力池塘水质洁净装置的设计，采用了系列洁净技术的协同，设计的装置能够完成对池塘等局部水域水质的洁净处理，使用能源为光能，清洁环保、节能高效，如能进行中试开发和推广，相信在取得经济效益的同时，也必将对我国乃至世界范围的水环境综合治理做出大的贡献。

（致谢：辽宁省大型仪器设备共享服务平台能力建设基金项目（2015）；辽宁省自然科学基金项目（201602683）；沈阳市科技计划项目（F15-199-1-21）；沈阳师范大学大学生基金项目（L2016050）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201610166042）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201610166045）；省级大学生创新创业训练计划项目（201710166045））

参考文献

[1] 刘英学.农业水资源可持续利用对策研究[J].现代农村科技，2009（18）：58-59.

[2] 闫云飞，张智恩，张力，等.太阳能利用技术及其应用[J].太阳能学报，2012（33）：1.

[3] 荆游.新型室内空气净化器的研制[D].哈尔滨工业大学，2014.