CN101786678A - 利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统，该系统包括有风能发电设备及太阳能发电设备组合的协同发电系统，并与蓄电池组连接，与蓄电池组连接有冷冻法水处理器；在所述冷冻法水处理器的一端通过管道连接有污废水集水池，污废水集水池连通水泵，在所述冷冻法水处理器的另一端通过管道连接有处理后浓液收集池，在所述冷冻法水处理器的另一端还设有处理喷洒出水口，与该处理出水口相连有生物氧化存储塘。本发明的效果是该系统充分利用风能、太阳能、冷能等清洁可再生能源处理污废水，处理后出水的COD去除率超过85％，全盐量的去除率超过90％。该系统工作过程不实现零污染，具有运行简便、节能、高效等特性，在冷冻法处理污废水方面，具有很好的发展前景。

Description

利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统

技术领域

本发明涉及污废水处理技术，特别是一种利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统。

背景技术

当今水的问题正日益影响着全球的环境与经济发展，水是人类生存和生活所需要的重要资源之一，也是城市存在和发展的基本物质条件。我国是一个水资源紧缺的国家，水资源人均占有量不足2200立方米，仅为世界平均水平的25％，属于严重缺水国家之一。

伴随着城市化进程的加快，许多城市水污染问题也日益严重，将影响城市工业产值、财政收入及人民的日常生活。目前生物法、化学法等常用水处理技术虽然应用效果显著，但都会耗费巨大的电能。因此，利用天然能源生产能源，解决水污染问题，如利用风能、太阳能、冷能等能源处理污废水，修复自然，实现可持续发展，对我国在新世纪的发展有着特殊重要的理论和现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统，利用可再生、无污染的新能源应用于解决污染，修复自然环境当中作为可持续发展的重要内容，而利用自然冷能进行水处理不仅能低成本的解决水污染、水短缺问题，而且从能源角度上实现可持续发展。目前采用冷冻法处理废水在加拿大、德国、日本等地已有应用，并取得了良好的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统，其中：该系统包括有为整个系统提供电能的风能发电设备及太阳能发电设备组合的协同发电系统，风能发电设备及太阳能发电设备分别连接有保证为所述系统持续供电的蓄电池组，与蓄电池组连接有冷冻法水处理器；在所述冷冻法水处理器的一端通过管道连接有污废水集水池，污废水集水池连通水泵，在所述冷冻法水处理器的一端通过管道连接有处理后浓液收集池，在所述冷冻法水处理器的一端还设有的喷洒出水口，该处理出水口喷洒出去的处理后水是在冻法水处理器的冷冻作用下将水转化为冰凌的形式，并将冰凌被喷洒出出水口，被喷洒出去的冰凌存储于生物氧化塘。

本发明的效果是该系统具有运行简便、节能、快速等特性，在冷冻法处理污废水方面，具有很好的发展前景。其优点：

1、充分利用风能、太阳能、冷能等清洁可再生能源。

2、利用冷冻水处理器和冬季低温的气候处理污废水。

3、处理后出水的COD去除率超过85％，全盐量的去除率超过90％，处理效果较好。

4、整个系统工作过程不会产生对环境有害的污染物质，实现了环境和社会的持续发展。

附图说明

图1为本发明的污废水处理系统结构示意图。

图中：

1、风能发电设备     2、太阳能发电设备  3、蓄电池组

4、冷冻法水处理器   5、污废水集水池    6、水泵

7、处理后浓液收集池 8、生物氧化存储塘

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统实现过程加以说明。

本发明的利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统结构是，该系统包括有为整个系统提供电能的风能发电设备1及太阳能发电设备2组合的协同发电系统，协同发电系统连接有保证为所述系统持续供电的蓄电池组3，与蓄电池组3连接有冷冻法水处理器4；在所述冷冻法水处理器4的一端通过管道连接有污废水集水池5，污废水集水池5连通水泵6，在所述冷冻法水处理器4的另一端通过管道连接有处理后浓液收集池7，在所述冻法水处理器4的喷洒出水口，以冰凌的形式喷洒出去存储于生物氧化塘8，处理后的浓液，统一收集于处理后浓液收集池7进一步处理。

所述风能发电设备1包括有相互连接的带尾舵的风轮风车、发电机和铁塔，与带尾舵的风轮风车连接的还有齿轮变速箱。利用风力带动风轮风车叶片旋转，再透过齿轮变速箱将旋转的速度提升，来促使发电机发电。并将产生的电能储存于蓄电池组3中。各部件功能：1、风轮风车是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能；2、由于风轮风车的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上，为保持风轮风车始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮风车的后面装一个类似风向标的尾舵；3、发电机是把机械能转化为电能主要装置；4、铁塔是支承风轮风车、尾舵和发电机的构架。

所述太阳能发电设备2包括有相互连接的太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。并将产生的电能储存于蓄电池组3中。各部件功能：1、太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本；2、太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；3、蓄电池：其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；4、逆变器：由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能。

所述协同发电系统，系统由风能发电设备1、太阳能发电设备2、蓄电池组3、充电控制器、逆变器、系统监控部分组成。各部件功能：1、风力发电设备1部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池组3充电，经过逆变器对负载供电；2、太阳能发电设备2部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池组3充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；3、逆变器由几台逆变器组成逆变系统，把蓄电池组3中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；4、系统监控部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。当发电量不能满足负载需要时，系统监控部分把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；5、蓄电池组3部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。

所述冷冻法水处理器4根据冷冻分离原理处理污废水，以冰凌与水溶液之间的固、液相平衡原理为理论基础。利用废水中杂质的凝固点远低于水的凝固点的物理特性，在低温条件下，由于水分子之间的氢键作用，同类分子具有优先聚集的优势，水分子能够首先形成冰层以固相结晶析出，而杂质以液相被排斥到浓缩液中，从而得到分离。

所述冷冻法水处理器4包括有相互连接的制冷器、空压机、核子器、喷射系统。冷冻法水处理器4包括制冷器、空压机、核子器、喷射系统。污废水经水泵6高压供到水处理器，首先通过制冷器进一步降低水温，空压机把空气和按10％-40％比例的水压缩输送给核子器，通过核子器产生冰核，冰核作为种子在大量的水滴中进行传播，然后以鼓风机为动力，经过包含有很多喷嘴的喷射系统把凝结成冰凌的洁净水出去，而含有污染物的浓液则被统一收集于处理后浓液收集池7。

本发明的利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统是这样实现的：

1、供电系统

(1)风能发电设备1。风能发电设备1的基本原理，是利用风力带动风车叶片旋转，在通过增速机将旋转的速度提升，来促进发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。利用旋风发电装置，可大大提高风能可用系数，大幅度降低风能利用中存在的离散性和不可控性，即人为创造具有恒定风力的发电环境，并且还可有效地使风机基本处于额定风速下输出额定功率。

(2)太阳能发电设备2。当太阳光照射到太阳能发电设备2中的太阳能电池板上时，电池吸收光能，产生光生电子——空穴对。在电池的内建电场作用下，光生电子与空穴被分离，光电池的两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的“光生伏打效应”，使将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。

(3)协同供电系统。风能发电设备1与太阳能发电设备2组成的协同供电系统叫做风光互补发电系统。风光互补供电系统是由风能发电设备1、太阳能发电设备2、蓄电池组3、充电控制器、逆变器、系统监控部分等组成。太阳能/风能协同发电系统提供出一种采用新型高效率光复发电机构和纯物理储能方式对能量进行存储，不仅不再需要复杂的逆变器而且也不需要再使用蓄电池，设备投资可大幅度降低(平均可节约30％左右的初期投资)，每瓦的设备投资额基本与火力发电投资相当，而且能量的自然损耗很小，系统的使用寿命大幅度延长，系统在运行过程中不会产生对环境有害的污染物质。

2、冷冻法水处理

(1)冷冻法。冷冻法是以冰与水溶液之间的固、液相平衡原理为理论基础。利用废水中杂质的凝固点远低于水的凝固点的物理特性，在低温条件下，由于水分子之间的氢键作用，同类分子具有优先聚集的优势，水分子能够首先形成冰层以固相结晶析出，而杂质以液相被排斥到浓缩液中，从而得到分离。

(2)冷冻法水处理器4。把污废水集中到污废水集水池5中，由于污废水的水温偏高，需要用高压的水泵6进行扬起降温，然后再用水泵6将水抽到水管路中，通过高压水供给冷冻法水处理器4。冷冻法水处理器4主要包括制冷器、空压机、核子器、喷射系统等。污废水经高压供到冷冻法水处理器4，首先通过冷冻法水处理器4中的制冷器进一步降低水温，冷冻法水处理器4中的空压机把空气和一定比例的水，通过冷冻法水处理器4中的核子器产生冰核，冰核作为种子在大量的水滴中进行传播，然后经过包含有很多喷嘴的喷射系统把凝结成冰凌的洁净水出去，而含有污染物的浓液则被统一收集于处理后浓液收集池7。此过程中水泵6、冷冻法水处理器4等设备所需电能，均由风能发电设备1与太阳能发电设备2光协同供电系统产生的电能。

实施例

某地需建立本发明的利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统设施，在室外温度保持在0℃时，运行该处理系统，风、光协同供电系统持续运行提供电能储存于蓄电池组，以备整个系统电能所需。同时市政污水在在集水池集中，用高压水泵进行扬起降温，然后再用水泵将水抽到水管中，通过高压水供给水处理器。处理后洁净的水以冰凌的形式被抛洒除去，这些冰凌暂时储存于生物氧化塘之中处理后的浓液，统一收集后进一步处理。处理后出水的COD去除率超过85％，全盐量的去除率超过90％，处理效果较好。

Claims (5)

1.一种利用包括风能、太阳能、冷能自然能的污废水处理系统，其特征是：该系统包括有为整个系统提供电能的风能发电设备(1)及太阳能发电设备(2)组合的协同发电系统，风能发电设备(1)及太阳能发电设备(2)分别连接有保证为所述系统持续供电的蓄电池组(3)，与蓄电池组(3)连接有冷冻法水处理器(4)；在所述冷冻法水处理器(4)的一端通过管道连接有污废水集水池(5)，污废水集水池(5)连通水泵(6)，在所述冷冻法水处理器(4)的一端通过管道连接有处理后浓液收集池(7)，在所述冷冻法水处理器(4)的一端还设有的喷洒出水口，该出水口是在冻法水处理器(4)的冷冻作用下将处理后洁净的水转化为冰凌的形式，并将冰凌喷洒出，被喷洒出去的冰凌存储于生物氧化塘(8)。

2.根据权利要求1所述的处理污废水系统，其特征是：所述风能发电设备(1)包括有固定在地面上带有控制风轮平衡尾舵的风轮风车和发电机的铁塔，带有控制风轮平衡尾舵的风轮风车安装于发电机的铁塔顶端，风轮风车通过传动杆与能够把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱连接，齿轮变速箱与发电机连接。

3.根据权利要求1所述的处理污废水系统，其特征是：所述太阳能发电设备(2)包括有固定在地面上接受太阳的辐射并将其转换为电能太阳能电池板，与太阳能电池板连接有直流电能转换成交流电能的逆变器，所述太阳能发电设备(2)还包括有对蓄电池组(3)起过充电保护及过放电保护的太阳能控制器，并与太阳能电池板和逆变器相互连接。

4.根据权利要求1所述的处理污废水系统，其特征是：所述冷冻法水处理器(4)包括有依次连接的制冷器、空压机、核子器、喷射系统，所述核子器为集结产生冰核的容器，所述喷射系统包括有通过风机控制的多个喷嘴，以把冷冻法水处理器(4)中洁净水的凝结成冰凌喷射出去。

5.根据权利要求4所述的的处理污废水系统，其特征是：所述集结产生冰核容器的核子器是经所述空压机把空气和按10％-40％比例的水压缩输送给核子器，在核子器中产生冰核，冰核在冷冻法水处理器(4)中洁净水中进行传播，加快凝结速率。