專(zhuān)利名稱(chēng)：一種太陽(yáng)能水處理的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理方法及其裝置，具體的說(shuō)是一種光熱聯(lián)合作用的太陽(yáng)能水 處理的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
能源與環(huán)境是當(dāng)今社會(huì)的兩大主題。而水污染不僅對(duì)于環(huán)境的影響巨大，而且也 影響人類(lèi)的生存安全。世界上很多地區(qū)的居民飲用水衛(wèi)生條件很差，而在目前的水處理過(guò) 程中存在著一些亟待解決的問(wèn)題。首先是能耗問(wèn)題，在能源與環(huán)境同樣緊張的當(dāng)今世界，用 于環(huán)境治理能耗的能源又會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)也增加了水處理的運(yùn)行成本。其次，目前 很多水處理過(guò)程會(huì)產(chǎn)生水質(zhì)的二次污染，如在循環(huán)水中添加殺菌劑、阻垢劑，而這些藥劑對(duì) 環(huán)境造成的污染危害可能更大。再次，目前水處理中有很多難分解有機(jī)質(zhì)，采用化學(xué)或生物 方法很難降解，在自然環(huán)境中長(zhǎng)期存留導(dǎo)致對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成危害。最后，目前的水處理 形式均為工程系統(tǒng)，體積龐大，運(yùn)行復(fù)雜，處理量大，對(duì)于邊遠(yuǎn)地區(qū)或緊急狀態(tài)下，如地震、 海嘯的飲用水供應(yīng)往往遠(yuǎn)水不解近渴。太陽(yáng)能水處理過(guò)程，特別是太陽(yáng)能光催化水處理過(guò)程，是水處理工程今后發(fā)展的 一個(gè)重要方向。但目前太陽(yáng)能水處理的主要問(wèn)題是一次投資高，效率低。由于太陽(yáng)能水處 理過(guò)程是目前僅僅利用太陽(yáng)能中紫外光以上的高能部分，僅占太陽(yáng)輻射能的3% -4%。因 此目前仍無(wú)法進(jìn)入商業(yè)利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種太陽(yáng)能 水處理的方法及其裝置，可以充分利用太陽(yáng)能更寬波段的光熱聯(lián)合作用，以提高污水的凈 化程度和水處理效率。本發(fā)明解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是一種太陽(yáng)能水處理的方法，按以下步驟進(jìn)行(1)將經(jīng)預(yù)處理后的污水打入太陽(yáng)能集熱裝置，讓污水吸收熱量，維持溫度50°C 以上，一般要經(jīng)過(guò)多次循環(huán)才能達(dá)到50°C以上，提高太陽(yáng)能殺菌滅活的效率；(2)步驟(1)加熱處理后的污水流入太陽(yáng)能光反應(yīng)器接受紫外光照射，使水中污 染物質(zhì)滅活或分解；(3)步驟(2)光處理后的水進(jìn)入一道水處理工序或直接利用。太陽(yáng)能水處理方法的裝置，包括太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器，太陽(yáng)能集熱 裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器通過(guò)連接管聯(lián)接，待處理污水從太陽(yáng)能集熱裝置的入口流入，經(jīng)太 陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器后，從太陽(yáng)能光反應(yīng)器的出口流出。這樣，為了達(dá)到充分利用太陽(yáng)能更寬波段光熱聯(lián)合作用的目的，本發(fā)明的集熱裝 置將其中的污水吸收太能陽(yáng)光中的長(zhǎng)波部分，使其溫度得到提高，達(dá)到50°c以上，提高太陽(yáng) 能殺菌滅活的效率，從而充分利用了太陽(yáng)輻射光熱聯(lián)合作用中的“熱”；而光反應(yīng)器則使其中的污水接受紫外光的照射，使水中污染物質(zhì)滅活或分解，從而充分利用了太陽(yáng)輻射光熱 聯(lián)合作用中的“光”；“熱”和“光”共同作用，提高污水的凈化程度和水處理效率。由此可見(jiàn)，本發(fā)明科學(xué)的將集熱裝置和光反應(yīng)器結(jié)合在一起，讓待處理的污水先 經(jīng)過(guò)集熱裝置，進(jìn)行熱處理，再經(jīng)過(guò)光反應(yīng)器，進(jìn)行光處理，以充分利用太陽(yáng)能更寬波段的 光熱聯(lián)合作用，即利用了太陽(yáng)光的熱處理，又利用了太陽(yáng)光的光催化處理，對(duì)污水達(dá)到更有 效的處理。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，前述的太陽(yáng)能水處理的方法，步驟(3)中，步驟(2)光處理后的水按一定回流比， 一部分回到步驟(1)的太陽(yáng)能集熱裝置中進(jìn)行再處理，另一部分進(jìn)入下一道水處理工序或 直接利用，回流比需要根據(jù)污染水的污染狀況以及當(dāng)時(shí)的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度確定。由于一般一 次循環(huán)無(wú)法將污染水中的污染物濃度降低到要求值，需要多次循環(huán)，而進(jìn)水和出水往往需 要連續(xù)進(jìn)行，故引入回流比，回流操作是化工單元操作的常見(jiàn)形式，不再重復(fù)說(shuō)明。步驟(1)中的預(yù)處理包括沉淀和粗濾。主要是避免堵塞管道和循環(huán)泵，如果本系 統(tǒng)中存在催化劑，在預(yù)處理階段還要將可能引起催化劑中毒的物質(zhì)清除。步驟(2)中，在太陽(yáng)能光反應(yīng)器內(nèi)布置光催化劑，光催化劑主要是二氧化鈦 (Ti02)，也可以使用三氧化鎢、三氧化二鐵等。前述的太陽(yáng)能水處理裝置，還包括一個(gè)循環(huán)水槽，循環(huán)水槽下方設(shè)有污水入口 ；太 陽(yáng)能集熱裝置的入口通過(guò)一根循環(huán)進(jìn)水管連通到循環(huán)水槽內(nèi)底部，太陽(yáng)能光反應(yīng)器的出口 通過(guò)一根循環(huán)出水管連通到循環(huán)水槽內(nèi)頂部；循環(huán)進(jìn)水管上設(shè)有動(dòng)力系統(tǒng)；循環(huán)出水管上 設(shè)有凈化水出口。通過(guò)循環(huán)水槽可以更方便的進(jìn)行污水處理，且可以對(duì)光處理后的水按一 定回流比進(jìn)行回流。動(dòng)力系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏電池驅(qū)動(dòng)或由外界電源驅(qū)動(dòng)，使用太陽(yáng)能光伏電池驅(qū)動(dòng)更 為環(huán)保。在凈化水出口和污水入口之間可以布置余熱回收裝置，凈化后的水溫度仍然在 500C以上，而進(jìn)入凈化系統(tǒng)的水溫度往往是環(huán)境溫度。余熱回收裝置主要是用凈化后的水 加熱進(jìn)入系統(tǒng)的水，以減少系統(tǒng)的熱負(fù)荷。在太陽(yáng)能光反應(yīng)器內(nèi)布置有光催化劑，光催化劑固定在太陽(yáng)能光反應(yīng)器的芯管 上，或處于浮動(dòng)狀態(tài)。太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器采用聚光式或非聚光式；太陽(yáng)能集熱裝置和太 陽(yáng)能光反應(yīng)器都傾斜設(shè)置在支架上，傾斜角度根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥燃訙p10度以?xún)?nèi)。理想狀態(tài)是與 太陽(yáng)光線(xiàn)垂直，這樣可以最大限度的吸收太陽(yáng)光。但實(shí)際上，太陽(yáng)高度角每天都在發(fā)生變 化，因此一般方法是根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥燃訙p10度以?xún)?nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的太陽(yáng)能水處理對(duì)目前水處理過(guò)程是有益的補(bǔ)充。首先， 太陽(yáng)能水處理過(guò)程對(duì)外界能源的依賴(lài)程度比較低，太陽(yáng)能可以作為殺菌的誘導(dǎo)劑。同時(shí)適 當(dāng)?shù)慕M合可以利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵，實(shí)現(xiàn)零輔助能源操作。另外，太陽(yáng)能殺菌對(duì)于環(huán)境產(chǎn) 生的二次污染危害相對(duì)比較小，由于水處理過(guò)程中幾乎不添加藥劑，即使有些光化學(xué)反應(yīng) 器內(nèi)部裝置一些懸浮催化劑，在后處理階段也將全部過(guò)濾清楚，因此在處理后的水中幾乎 不產(chǎn)生二次污染物質(zhì)。最后，由于太陽(yáng)能水處理裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不需要人為操作且 可靠性較高，可以作為邊遠(yuǎn)缺水地區(qū)或緊急情況下飲用水供應(yīng)，即可獨(dú)立運(yùn)行，也可通過(guò)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化。另外，太陽(yáng)能光催化過(guò)程在水中會(huì)產(chǎn)生氫氧根和初生態(tài)氧原子，對(duì)水中有機(jī) 物會(huì)產(chǎn)生普遍的氧化作用，其氧化能力比較強(qiáng)，對(duì)于目前普通化學(xué)和生物水處理方法難以 分解和滅活的物質(zhì)有良好的處理效果，可以作為目前化學(xué)或生物水處理過(guò)程的補(bǔ)充。本發(fā)明是一種可以充分利用太陽(yáng)能更寬波段的光熱聯(lián)合作用的太陽(yáng)能水處理方 法及在利用該方法設(shè)計(jì)的一系列形式的太陽(yáng)能水處理裝置，這些裝置有的適用于單體運(yùn) 行，有的適用于與其它水處理系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例是一種一種太陽(yáng)能水處理的方法，按以下步驟進(jìn)行(1)將經(jīng)預(yù)處理后的污水打入太陽(yáng)能集熱裝置，讓污水吸收熱量，維持溫度50°C 以上，一般要經(jīng)過(guò)多次循環(huán)才能達(dá)到50°C以上，提高太陽(yáng)能殺菌滅活的效率；預(yù)處理包括 沉淀和粗濾，主要是避免堵塞管道和循環(huán)泵，如果本系統(tǒng)中存在催化劑，在預(yù)處理階段還要 將可能引起催化劑中毒的物質(zhì)清除。(2)步驟(1)熱處理后的污水流入太陽(yáng)能光反應(yīng)器接受紫外光照射，在太陽(yáng)能光 反應(yīng)器內(nèi)布置光催化劑，使水中污染物質(zhì)滅活或分解，光催化劑主要是二氧化鈦(Ti02)，也 可以使用三氧化鎢、三氧化二鐵等；光處理后的水按一定回流比，一部分回到步驟(1)的太 陽(yáng)能集熱裝置中進(jìn)行再處理，另一部分進(jìn)入下一道水處理工序或直接利用；回流比需要根 據(jù)污染水的污染狀況以及當(dāng)時(shí)的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度確定。由于一般一次循環(huán)無(wú)法將污染水中 的污染物濃度降低到要求值，需要多次循環(huán)，而進(jìn)水和出水往往需要連續(xù)進(jìn)行，故引入回流 比，回流操作是化工單元操作的常見(jiàn)形式。(3)步驟(2)光處理后的水進(jìn)入一道水處理工序或直接利用。本實(shí)施例的太陽(yáng)能水處理裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括太陽(yáng)能集熱裝置5和太陽(yáng) 能光反應(yīng)器1，太陽(yáng)能集熱裝置5和太陽(yáng)能光反應(yīng)器1通過(guò)連接管9串聯(lián)，待處理污水從太 陽(yáng)能集熱裝置5的入口流入，經(jīng)太陽(yáng)能集熱裝置5和太陽(yáng)能光反應(yīng)器1后，從太陽(yáng)能光反應(yīng) 器1的出口流出。還包括一個(gè)循環(huán)水槽2，循環(huán)水槽2下方設(shè)有污水入口 8，太陽(yáng)能集熱裝置5的入 口通過(guò)一根循環(huán)進(jìn)水管11連通到循環(huán)水槽2內(nèi)底部，太陽(yáng)能光反應(yīng)器1的出口通過(guò)一根循 環(huán)出水管10連通到循環(huán)水槽2內(nèi)頂部；循環(huán)進(jìn)水管11上設(shè)有動(dòng)力系統(tǒng)4 ；循環(huán)出水管10 上設(shè)有凈化水出口 7。動(dòng)力系統(tǒng)4由太陽(yáng)能光伏電池驅(qū)動(dòng)或由外界電源驅(qū)動(dòng)，太陽(yáng)能光伏電 池如光伏電池板等，使用太陽(yáng)能光伏電池驅(qū)動(dòng)更為環(huán)保。在凈化水出口和污水入口之間布置余熱回收裝置，凈化后的水溫度仍然在50°C以 上，而進(jìn)入凈化系統(tǒng)的水溫度往往是環(huán)境溫度。余熱回收裝置主要是用凈化后的水加熱進(jìn) 入系統(tǒng)的水，以減少系統(tǒng)的熱負(fù)荷。在太陽(yáng)能光反應(yīng)器1內(nèi)布置有光催化劑，光催化劑固定在太陽(yáng)能光反應(yīng)器的芯管 上，或處于浮動(dòng)狀態(tài)；光催化劑主要是二氧化鈦(Ti02)，也可以使用三氧化鎢、三氧化二鐵寸。太陽(yáng)能集熱裝置5和太陽(yáng)能光反應(yīng)器1采用聚光式或非聚光式；太陽(yáng)能集熱裝置 5和太陽(yáng)能光反應(yīng)器1都傾斜設(shè)置有支架6上，傾斜角度根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥燃訙p10度以?xún)?nèi)。理 想狀態(tài)是與太陽(yáng)光線(xiàn)垂直，這樣可以最大限度的吸收太陽(yáng)光。但實(shí)際上，太陽(yáng)高度角每天都 在發(fā)生變化，因此一般方法是根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥燃訙p10度以?xún)?nèi)。本發(fā)明的裝置也可能包括聚光系統(tǒng)(如CPC、菲涅爾透鏡等)，光伏供電系統(tǒng)(如 光伏電池板等)，固定膜光催化劑或懸浮態(tài)光催化系統(tǒng)(需包括分離裝置)。經(jīng)預(yù)處理的污水由污水入口 8進(jìn)入循環(huán)水槽2，由動(dòng)力系統(tǒng)4、將待處理水經(jīng)循環(huán) 水進(jìn)水管11打入集熱裝置5、吸收熱量，維持溫度50°C以上，經(jīng)下連接管9進(jìn)入光催化反應(yīng) 器1、接受紫外光照射，使水中污染物質(zhì)滅活或分解，處理后的水經(jīng)循環(huán)水出水管10按一定 回流比，一部分回到循環(huán)水槽，一部分經(jīng)凈化水出口 7進(jìn)入下一道水處理工序或直接利用。本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均 落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種太陽(yáng)能水處理的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)將經(jīng)預(yù)處理后的污染水打入太陽(yáng)能集熱裝置，污水吸收熱量，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)使污水溫度維持50℃以上，提高太陽(yáng)能殺菌滅活的效率；(2)步驟(1)熱處理后的污水流入太陽(yáng)能光反應(yīng)器接受紫外光照射，使水中污染物質(zhì)滅活或分解；(3)步驟(2)光處理后的水進(jìn)入一道水處理工序或直接利用。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能水處理的方法，其特征在于所述步驟(3)中，步驟(2) 光處理后的水按一定回流比，一部分回到步驟(1)的太陽(yáng)能集熱裝置中進(jìn)行再處理，另一 部分進(jìn)入下一道水處理工序或直接利用。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能水處理的方法，其特征在于所述步驟(1)中的預(yù)處理 包括沉淀和粗濾。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能水處理的方法，其特征在于所述步驟(2)中，在太陽(yáng)能 光反應(yīng)器內(nèi)布置光催化劑，所述光催化劑是二氧化鈦、三氧化鎢或三氧化二鐵。
5.用于權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能水處理方法的裝置，其特征在于包括太陽(yáng)能集熱裝置 和太陽(yáng)能光反應(yīng)器，所述太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器通過(guò)連接管聯(lián)接，待處理污水 從所述太陽(yáng)能集熱裝置的入口流入，經(jīng)所述太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器后，從所述 太陽(yáng)能光反應(yīng)器的出口流出。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能水處理裝置，其特征在于還包括一個(gè)循環(huán)水槽，所述循 環(huán)水槽下方設(shè)有污水入口 ；所述太陽(yáng)能集熱裝置的入口通過(guò)一根循環(huán)進(jìn)水管連通到所述循 環(huán)水槽內(nèi)底部，所述太陽(yáng)能光反應(yīng)器的出口通過(guò)一根循環(huán)出水管連通到所述循環(huán)水槽內(nèi)頂 部；所述循環(huán)進(jìn)水管上設(shè)有動(dòng)力系統(tǒng)；所述循環(huán)出水管上設(shè)有凈化水出口。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)能水處理裝置，其特征在于所述動(dòng)力系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏 電池驅(qū)動(dòng)或由外界電源驅(qū)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能水處理裝置，其特征在于在所述凈化水出口和污水入 口之間布置余熱回收裝置。
9.如權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能水處理裝置，其特征在于在所述太陽(yáng)能光反應(yīng)器內(nèi)布 置有光催化劑，所述光催化劑固定在所述太陽(yáng)能光反應(yīng)器的芯管上，或處于浮動(dòng)狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能水處理裝置，其特征在于所述太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng) 能光反應(yīng)器采用聚光式或非聚光式；所述太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器都傾斜設(shè)置在 支架上，傾斜角度根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥燃訙p10度以?xún)?nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水處理方法及其裝置，是一種光熱聯(lián)合作用的太陽(yáng)能水處理的方法及其裝置。方法按以下步驟進(jìn)行將經(jīng)預(yù)處理后的污染水打入太陽(yáng)能集熱裝置，污水吸收熱量，維持溫度50℃以上；加熱處理后的污染水流入太陽(yáng)能光反應(yīng)器接受紫外光照射，使水中污染物質(zhì)滅活或分解；光處理后的水進(jìn)入下一道水處理工序或直接利用。裝置包括太陽(yáng)能集熱裝置、太陽(yáng)能光反應(yīng)器和必要附件，太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器通過(guò)連接管聯(lián)接，待處理污水從太陽(yáng)能集熱裝置的入口流入，經(jīng)太陽(yáng)能集熱裝置和太陽(yáng)能光反應(yīng)器后，從太陽(yáng)能光反應(yīng)器的出口流出。本發(fā)明可以充分利用太陽(yáng)能更寬波段的光熱聯(lián)合作用，以提高污水的凈化程度和水處理效率。
文檔編號(hào)C02F1/02GK101973600SQ20101050603
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者陶漢中 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)