随着我国工业化和城市化进程的加快，我国农村和乡镇地区的空气污染和水环境污染程度亦日益严重，其主要是由于农村农户居民烧煤(尤其是冬季烧煤取暖)和生活污水直接排放所致。当前，北京部分城区的平房区和郊区农村正在大力开展"煤改电"工程，即将此前居民冬天家用取暖的煤炉子改成蓄热式电采暖器或者“空气源热泵”，然而其缺点是耗电量大，农村居民难以承担。据统计北京郊区很多已经完成了“煤改电”的农村家庭冬季采暖仍然烧煤，造成极大的资源浪费，而污染并没有得到遏制。“十三五”期间，全国农村环境综合整治涉及1805个县(市、区)12.82万个建制村，约占全国整治任务的92%，全国农村每年产生生活污水80多亿吨，96%的村庄没有与之配套的排水管网系统，由于配套管网跟不上，很多已建成的村镇污水处理设施都成了“嗮太阳”工程，出现不少污水处理设施闲置或低负荷运转，而村庄内仍然是污水横流的现象。

　　本项目采用“三合一”核心技术，将太阳能光热纳米炉与空气源和水源热泵相结合，以新型纳米节能炉(太阳能米炉)加热为辅助，为农户提供低成本、高效率、高适用性的新能源技术，满足利用、采暖、制冷和生活热水需求;在农户院内或就近安装以太阳能驱动的低能耗、高效、小型生活污水处理净化设施，对农户每天产生的污水就地进行源头治理，消除水污染，建设美丽乡村和生态文明。

　　技术简介

　　本项目的采暖系统由节能传感数据控制系统、太阳能集热系统、分布式光伏发电系统、纳米光伏电热膜热源系统、或空气源(或水源)热泵系统组成，采用“三合一”集成技术和平板集成建筑一体化技术，不可再生能源节约率可达到50%左右，该系统一年四季综合利用可持续能源，经济收益比目前的供暖设备综合利用高出70%以上。单一的纳米光伏电热系统比传统的电炉丝加热节电10%以上，纳米加热炉与空气源热泵系统组合比单一的空气源热泵系统在零下10℃情况下节电15%以上。本项目的农村污水处理系统以自动回流厌氧兼氧好氧生物膜处理为原理，由光伏动力系统、控制系统、自动回流组合净化槽组成，通过不同种类的微生物对污染物的转化降解来实现污水处理和净化。污水经过隔油沉淀，进入生化段，包括水解酸化，厌氧缺氧，接触氧化，最后经过滤澄清排放。本系统在紧凑的空间内实现集厌氧、缺氧、兼氧和好氧微生物技术于一身，解决了长期以来困扰家庭小型污水净化系统的技术难题。

　　工程示范

　　农村民居煤改光电采暖系统

　　太阳能光伏单户民居污水就地治理净化系统：

　　一个典型的日处理量0.3-0.5吨的污水处理装置的尺寸为5050100cm，采用地埋式安装，不占地表空间;光伏电力驱动低功耗设计，每天电力消耗0.03-0.05度;进水水质COD 300 mg/L、SS 50 mg/L、氨氮20 mg/L，出水水质：COD <50 mg/L、SS 10 mg/L、氨氮5 mg/L。

　　(1)河北省石家庄美丽乡村建设示范村宋北村， 0.3吨/天(16套)，0.1吨/天(60套)。下图为一家农户院内小型污水处理设施安装过程。

　　(2)北京市顺义区张镇张各庄。我们在农户生活污水直排管道中接入小型净化设施(太阳能光伏板，控制系统和地埋式净化槽)，安装1吨/天(7套)和0.5吨/天(4套)，将25户农户直排的生活污水进行处理，污水COD从1500mg/L到7000mg/L。其中第8套设施进水COD为1628mg/L，出水COD 88 mg/L，COD去除率94.6%(2017年8月21日数据)。

　　展望

　　太阳能光热、纳米加热炉和空气源热泵“三合一”供热采暖技术比单一的空气源热泵系统在零下10℃节电35%以上，能源利用效率超过50%。我们相信，通过本项目的“三合一”供热采暖技术和低能耗光伏动力小型家庭污水处理净化技术的推广应用，建设美丽:生态乡村和生态文明的目标指日可待。
 

    北京天益新能源科技有限公司  北京化工大学五航星研究所