本實(shí)用新型具體涉及一種太陽能-LED光源強(qiáng)化水生植物凈化農(nóng)村污水技術(shù)，屬于污水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是一個人口眾多的農(nóng)業(yè)大國，目前全國有6.74億農(nóng)村人口，250多萬個自然村，每天污水排放量可達(dá)到3000多萬噸。我國農(nóng)村污水具有來源廣、污水收集困難、有機(jī)污染物濃度高、處理率低等特點(diǎn)，村莊的污水處理率僅為7％左右。農(nóng)村污水主要來自三個方面：農(nóng)村生活污水、農(nóng)田尾水、畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢水。目前全國95％以上村莊都沒有排水渠道及污水處理系統(tǒng)，農(nóng)村地區(qū)污水多數(shù)以直排的形式入河或者排入坑塘自然入滲。這些污水普遍氮、磷含量較高，易引起水體富營養(yǎng)化，造成嚴(yán)重的生態(tài)問題。
在中國，村落分布比較分散的南方農(nóng)村地區(qū)，將生活污水隨意收集于化糞池發(fā)酵后灌溉菜地和農(nóng)田，大部分的生活污水沒有經(jīng)過處理而直接排入水體。北方的農(nóng)村村落雖然相對較集中，但由于沒有過多的處理設(shè)施和技術(shù)以及資金短缺等原因，其生活污水也大都為直接排放，即無論南北方，農(nóng)村的水污染大多是依靠水體的自凈能力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有農(nóng)村污水處理技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種太陽能和LED光源強(qiáng)化沉水植物凈化污水裝置。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：
太陽能和LED光源強(qiáng)化沉水植物凈化污水裝置，包括大棚、轉(zhuǎn)光膜、LED燈和太陽能電池板，所述大棚內(nèi)的地面上設(shè)有污水水渠，水渠里種植有沉水植物；所述轉(zhuǎn)光膜覆蓋在大棚的頂部；所述LED燈安裝在大棚內(nèi)部為沉水植物提供光源；所述太陽能電池板安裝在大棚外部，與太陽能控制器連接；所述太陽能控制器與蓄電池連接，同時太陽能控制器與LED燈、光學(xué)傳感器和計(jì)時器形成循環(huán)回路。
所述LED燈為紅光LED燈。所述LED燈安裝在大棚內(nèi)的頂部，數(shù)量為一個或多個。
優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器采用光敏電阻。
優(yōu)選地，所述計(jì)時器的控制時間設(shè)為三小時。
進(jìn)一步地，所述沉水植物采用水生蔬菜。
本裝置根據(jù)農(nóng)村實(shí)際情況，在農(nóng)村原有的蔬菜大棚的基礎(chǔ)上加以改造。用轉(zhuǎn)光膜覆蓋大棚， 轉(zhuǎn)光膜是一種在生產(chǎn)普通棚膜的原材料中添加轉(zhuǎn)光功能性母料后制成的棚膜。當(dāng)陽光透過轉(zhuǎn)光膜時，陽光中的紫外線(會灼傷植物組織)和綠光(會被植物反射而損失)被膜中的“轉(zhuǎn)光母料”吸收轉(zhuǎn)換，釋放出對植物生長有利的藍(lán)光和紅光，使棚內(nèi)的藍(lán)色和紅色光譜成分增加，提高了光能利用率。把大棚里挖成水渠，在水渠里種植水生蔬菜。大棚內(nèi)部安裝紅光LED燈，為蔬菜提供最有利于其生長發(fā)育和光合作用的紅光。大棚外安裝太陽能電池板，連同蓄電池、太陽能控制器、LED燈、光學(xué)傳感器、計(jì)時器等部件，實(shí)現(xiàn)當(dāng)沒有光照時電路自動控制開啟LED燈為植物定時每天照射，“二次光照”延長了綠色蔬菜光合作用時間、提高光合作用效率。同時，農(nóng)業(yè)污水中大量的N、P元素提供給植物生長及光合作用最需要的營養(yǎng)物質(zhì)，加快蔬菜生長速度以及增強(qiáng)凈水能力。
本實(shí)用新型的裝置針對傳統(tǒng)的污水處理方法做出了明顯的改進(jìn)與大膽的創(chuàng)新。沉水植物對污水有很好的凈化能力，該技術(shù)利用人工光源耦合沉水植物對水質(zhì)的凈化能力處理工業(yè)污水，有效地避免了傳統(tǒng)污水處理技術(shù)的“二次污染”，太陽能電池板白天吸收太陽能用作夜間LED能量來源，為沉水植物提供“二次光照”。因此，具有以下有益效果：
(1)本實(shí)用新型創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)將農(nóng)村污水資源化，根據(jù)農(nóng)業(yè)排水N、P含量較高這一顯著特點(diǎn)，種植生長需要大量N、P元素的水生蔬菜，一方面在不產(chǎn)生“二次污染”的基礎(chǔ)上將農(nóng)業(yè)分散式排水集中高效處理回用；另一方面水生蔬菜吸收大量N、P元素加快生長速度，大大提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。
(2)本裝置在農(nóng)村原有蔬菜大棚的基礎(chǔ)上加以改造，不大范圍破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)，同時材料簡單易得，成本低廉，是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新模式。
(3)利用無污染低成本的太陽能，同時選取最適于植物生長的紅光為植物提供“二次光照”，大大提高光合作用效率和凈水能力。
(4)創(chuàng)新性地利用轉(zhuǎn)光膜，使太陽光中對植物不利的白光和綠光轉(zhuǎn)化成有利于植物生長的紅光和藍(lán)光，精細(xì)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式相較于之前粗放式生產(chǎn)模式，更能夠因地制宜、節(jié)約成本、提高效率。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型太陽能和LED光源強(qiáng)化水生植物凈化農(nóng)村污水裝置示意圖。
其中，1-太陽能電池板、2-控制器、3-蓄電池、4-計(jì)時器、5-水生植物、6-光學(xué)傳感器、7-LED燈、8-轉(zhuǎn)光膜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
本實(shí)施例的裝置包括大棚、太陽能電池板1、控制器2、蓄電池3、計(jì)時器4、水生植物5、光學(xué)傳感器6、LED燈7和轉(zhuǎn)光膜8。水生植物5采用水生蔬菜，光學(xué)傳感器6采用光敏電阻，
轉(zhuǎn)光膜8覆蓋在大棚的頂部；LED燈采用紅光LED燈，安裝在大棚內(nèi)的頂部，為沉水植物提供光源。太陽能電池板1安裝在大棚外部，與太陽能控制器2連接，太陽能控制器2分別與蓄電池3、LED燈7和計(jì)時器4相連；光敏電阻設(shè)置在計(jì)時器4和LED燈7之間。
將農(nóng)村分散式排水集中引入本裝置中，在大棚內(nèi)的地面上設(shè)有污水水渠，水渠里種植水生蔬菜。白天太陽光通過轉(zhuǎn)光膜8為蔬菜提供光照進(jìn)行光合作用凈化水質(zhì)，同時，太陽能電池板1吸收太陽能儲存在蓄電池3中；當(dāng)沒有太陽光時，光敏電阻的阻值根據(jù)光強(qiáng)而有所變化，控制器2根據(jù)電路電流的改變，自動開啟LED燈7利用儲存在蓄電池3中的電能為植物定時每天繼續(xù)照射三小時紅光。三個小時的光照延長使得沉水植物的光合作用能力大大增強(qiáng)，從而強(qiáng)化凈化植物污水的能力。整個過程自動運(yùn)行。本設(shè)計(jì)在不進(jìn)行大規(guī)模改造的基礎(chǔ)上加長了植物光合作用時間、利用轉(zhuǎn)光膜提高光質(zhì)以及大量的N、P元素使植物的光合作用大大提高、凈水效率顯著增強(qiáng)，凈化后的水可回收用于其他用途。
目前中國典型農(nóng)村人均日產(chǎn)污水量約為67.5L，按中等農(nóng)村規(guī)模300人/村計(jì)算，每天每村污水排放量約為20.25噸。為保證良好的凈化效果，本實(shí)施例的LED光源采用PINO 12W紅光LED燈，在每個大棚內(nèi)安裝兩排LED燈，每排4個。強(qiáng)化水生蔬菜凈化農(nóng)村污水裝置設(shè)計(jì)水力停留時間為3天，即污水容納量應(yīng)為60.75噸。設(shè)計(jì)水渠長20m，寬10m，水深0.3m。每村采用一套本裝置即可實(shí)現(xiàn)全村污水的凈化。取生物量為10kg/m2，一個裝置的面積為200m2，則一個裝置一次可容納生物量為2000kg。15天后生物量可增加30％，因此，平均每天生物量增加40kg，按照江蘇省水生蔬菜(以空心菜為例)平均市場價格4元/公斤，一個裝置每天比傳統(tǒng)種植方式可產(chǎn)生額外經(jīng)濟(jì)效益為160元。投資回報(bào)期為159天。全國約250萬個自然村每年可產(chǎn)生額外經(jīng)濟(jì)效益1460億元。
根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過本裝置凈化，NH3-N含量可下降約20mg/L,TP含量可下降約3mg/L，而每村每天處理污水20.25噸，則每村每年回收氮肥147.825噸，回收磷肥22.174噸。全國每年回收氮肥3.7億噸，回收磷肥5543.5萬噸。有效的解決了農(nóng)村污水直排導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化問題，帶來巨大的生態(tài)效益。