CN102583660A - 以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能源及环境技术领域，是以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法，包括以下步骤：①设置太阳能光伏发电系统；②设置电解法废水电解装置；③在电解槽内固定电极板并调整阳极和阴极；④调节电压、电流强度、电解时间、电极间距及废水的pH值对废水进行处理。本发明的积极效果是：将太阳能光伏发电系统与电解法废水电解装置合理地进行了糅合，电能的产生、输送和利用不与现有的电网连接，可处理范围广泛的废水，是一种可广泛应用的利用电解法处理废水的技术。

Description

以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法
技术领域
本发明涉及能源及环境技术领域，是一种以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法。
技术背景
利用电解法处理废水早在二十世纪40年代就有人提出过，但是，由于电力不足，成本较高，因此，该项技术发展的比较缓慢。到二十世纪60年代初，随着电力工业的迅速发展，电解法开始引起人们的关注。自二十世纪80年代以后，随着人们对环境科学认识的不断深入和对环境保护要求的日益提高，又因利用电解法处理废水技术具有其他处理方法难以比拟的优点：效率高、二次污染少、容易控制等，因而引起专业人士的广泛兴趣。在国外，电解法处理废水技术被称为“环境友好”技术。
利用电解法处理废水的技术也属于传统的但又在不断更新的一种技术。传统的电解法占地面积小，电解装置紧凑，药剂用量少，废液量少，通过调节槽电压和电流，能够一次去除多种污染物，也可以适应较大幅度的水量与水质变化的冲击，易于实现自动化。但是，其不足是，电耗和可溶性阴极材料消耗量较大，副反应多，电极易钝化。由于电流效率偏低，能耗过高，运行成本较高的主要原因，利用电解法处理废水的技术在实际中还没有得到大规模的应用。
随着社会的进步，经济的发展，人们对能源的要求越来越高，寻找新能源成为当前世界各国都在关注的问题。
就电能而言，目前其来源主要有3种，火电、水电和核电。火电需要燃烧煤炭和石油等化石燃料，这些资源只会越用越少，另一方面火电引起的废气排放会导致酸雨和地球的温室效应，恶化人类的生产环境。水电就资源的利用而言要好于火电，就是要受到气候的影响，但要淹没大量土地，有可能导致生态环境的破坏，而且大型水库一旦出现问题，后果会很严重。核电投资大、技术高，在正常情况下安全有效，但是万一发生核泄漏，后果非常可怕，对此人类有极大的教训。因此，人类在火电、水电和核电之外在积极寻找和开发新的能源。目前人们对新能源的理解是：一是资源蕴藏丰富，可重复利用而不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类的生产环境，要能够符合人类社会可持续发展的要求。因此，风力发电、潮汐发电、太阳能发电等发电技术受到了各国政府和研究人员的广泛关注。相关新的技术也在不断涌现。
在众多新能源技术中，太阳能光伏发电技术是当前最清洁的能源技术。太阳能是当前地球上最丰富的能源，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共计约1.892×1013吨，是目前地球上主要能源探明储量的一万倍，而目前太阳能的大部分能量还没有得到充分的利用。太阳能不是一次能源，可不断再生，它资源丰富，既可无偿使用，又无运输的麻烦，对环境也无任何污染，是人类正在积极利用的绿色能源。这些因素促使太阳能产业成为目前发展最快的产业之一。2004年全球安装的太阳能发电系统容量已超过1000兆瓦。太阳能技术还被用于人造卫星、国际空间站等众多领域。
太阳能光伏发电是利用光电材料的光电转换效应将太阳的光辐射能量直接转换为电能的技术，这一转换过程是电子介质的物理转换过程，不涉及化学反应，其转换过程涉及的时空尺度非常小，在转换过程中不产生污染，因此不会影响人类的生存环境。所以，如果能将太阳能光伏发电技术与半干法烟气脱硫技术结合起来，将会产生相当积极的效果。美国、日本等发达国家已实现了将分散的太阳能发电系统与电力公司的电网联网的应用。我国在一些地区也实现了将太阳能光伏发电系统与国家或地方电网的并网，到2015年，我国的太阳能发电将达到15GW，年发电量200亿千瓦时。这说明，太阳能光伏发电技术正在得到积极的利用。
发明内容
本发明的目的在于针对电解法处理废水的技术能耗较大的问题，提出一种利用太阳能光伏发电系统提供的电力来进行废水的电解处理的方法：在废水电解处理过程中利用太阳能光伏发电系统直接使用太阳能转换的电能（电能的产生、输送不与现有的电网连接）进行电解法废水的处理，在整个废水处理过程中不涉及煤炭和石油的消耗，使二氧化碳的排放降到最低。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）设置太阳能光伏发电系统，所述的光伏发电系统包括光伏电池板、太阳能控制器和蓄能器，由光伏电池板发电和/或向蓄能器储备电能；
（2）设置电解法废水电解装置，所述的废水电解装置包括稳压稳流电源、电解槽，由太阳能光伏发电系统或蓄能器为废水电解装置供电；
（3）将按废水处理规模设计制作的电极板固定在电解槽内，电极板之间的距离为可调节的；将依废水处理规模的废水量加入电解槽，为了提高电流效率，可在废水中加入电解质硫酸盐或盐酸盐，电极板的阳极和阴极可采用石墨、活性炭、铝板或钛板制作，它们的面积可随废水的处理规模而进行调整；将电极板的阳极和阴极用导线分别与直流电源的正极和负极相连，接通稳压稳流电源；
（4）调节电压、电流强度、电解时间、电极间距及废水的pH值对废水进行处理；电流、反应时间以及电解质浓度/种类可根据处理废水的性质及浓度、处理量的多少和反应器的大小进行确定。
进一步，步骤（3）所述的电解质为硫酸盐或盐酸盐。
进一步，步骤（3）所述的阳极和阴极采用石墨、活性炭、铝板、钛板制作，它们的面积可随废水的处理量而进行调整。
所述的阳极和阴极可以是单对，也可以是采用多对阳极与多对阴极并联的形式，以增加反应器的处理能力。
本发明的积极效果是：
（1）利用了太阳能光伏发电系统提供的电力来进行废水的电解处理的方法，电能的产生、输送和利用不与现有的电网连接，即不利用电网的火电、水电和核电。
（2）将太阳能光伏发电系统与电解法废水电解装置合理地进行了糅合，使废水电解装置能适合对太阳能光伏发电的电力的应用。
（3）可处理的废水范围广泛，几乎适用于大部分的生活废水及工业废水。
附图说明
附图1为本发明以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法的流程框图。
附图2 为在中性条件下不同电压在100分钟内对初始浓度为50mg/L的模拟活性艳红X-3B废水的处理效果图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法的具体实施方式，需要指出的是，本发明的实施不限于以下的实施方式。
参见附图1，以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法，包括以下步骤：
（1）设置太阳能光伏发电系统和能储备电能的蓄能器，可利用现有的建设太阳能光伏发电系统的技术建设光伏电池板和蓄能器，需要指出的是，在太阳能光伏发电系统的建设中除应用光伏电池板以外，所述蓄能器的建设及其规模也是非常重要的，因为在没有阳光或夜晚是需要由蓄能器进行供电的，但是，设置的光伏电池板也要能够为蓄能器充足电。为此，光伏电池板的设置面积、蓄能器的储存容量和用电量是要精确设计的。
（2）设置利用电解法进行废水处理的电解装置，可利用现有电解法处理废水的技术建设废水电解装置，其电源装置应能适合对太阳能光伏发电的电力的应用：即对太阳能光伏发电系统电力的直接利用，以及对蓄能器中的储备电能的利用。
（3）将按废水处理规模设计制作的电极板固定在电解槽内，电极板之间的距离为可调节的；将依废水处理规模的废水量加入电解槽，为了提高电流效率，可在废水中加入电解质硫酸盐或盐酸盐，电极板的阳极和阴极可采用石墨、活性炭、铝板或钛板制作，它们的面积可随废水的处理规模而进行调整；所述阳极和阴极可以是单对，也可以采用多对阳极与多对阴极并联的形式，以增加反应器的处理能力。将电极板的阳极和阴极用导线分别与直流电源的正负极相连，接通稳压稳流电源。
（4）调节电压、电流强度、电解时间、电极间距及废水的pH值对废水进行处理；
电流、反应时间以及电解质浓度/种类可根据处理废水的性质及浓度、处理量的多少和反应器的大小进行确定。
应用实施例    
以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法对活性艳红X-3B模拟染料废水进行的处理
基本方法同上所述。本应用实施例具体的是：
反应的电压由直流稳压稳流电源控制，直流稳压稳流电源与太阳能光伏发电系统相连。
电解槽内电极板的阳极和阴极采用碳纳米管－活性炭纤维材料，电极面积为4×7cm，用活性炭纤维包裹0.5g 碳纳米管（CNTs）制作而成，阳极与阴极之间有一层绝缘层。染料废水由蠕动泵驱动在电解槽内进行循环处理，循环过程中不断穿过阳极和阴极。
具体实施操作：取300mL浓度为50mg/L的活性艳红X-3B模拟废水，加入2g/L的Na2SO4作为电解质，在pH值为中性条件下用不同工作电压对模拟废水进行处理。试验结果表明；电压与脱色率基本呈正相关，电压越高，对应的脱色率也越大，尤其是在电解的前半阶段。当电压大于10 V 时，虽然在初始阶段降解效率较高，但是从100 min 后的脱色效果来看，降解脱色率相差不多。从节约能耗的角度出发，在实际处理废水的过程中我们选择10 V 作为实验的工作电压。处理结果见附图2所示。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。

Claims (4)

1. 以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）设置太阳能光伏发电系统，所述的光伏发电系统包括光伏电池板、太阳能控制器和蓄能器，由光伏电池板发电和/或向蓄能器储备电能；
（2）设置电解法废水电解装置，所述的废水电解装置包括稳压稳流电源、电解槽，由太阳能光伏发电系统或蓄能器为废水电解装置供电；
（3）将按废水处理规模设计制作的电极板固定在电解槽内，电极板之间的距离为可调节的；将依废水处理规模的废水量加入电解槽，为了提高电流效率，可在废水中加入电解质硫酸盐或盐酸盐，电极板的阳极和阴极可采用石墨、活性炭、铝板或钛板制作，它们的面积可随废水的处理规模而进行调整；将电极板的阳极和阴极用导线分别与直流电源的正极和负极相连，接通稳压稳流电源；
（4）调节电压、电流强度、电解时间、电极间距及废水的pH值对废水进行处理；电流、反应时间以及电解质浓度/种类可根据处理废水的性质及浓度、处理量的多少和反应器的大小进行确定。
2. 根据权利要求1所述的以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法，其特征在于，步骤（3）所述的电解质为硫酸盐或盐酸盐。
3. 根据权利要求1所述的以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法，其特征在于，步骤（3）所述的阳极和阴极采用石墨、活性炭、铝板或钛板制作，它们的面积可随废水的处理量而进行调整。
4. 根据权利要求3所述的以太阳能光伏发电的能源进行电解法处理废水的方法，其特征在于，所述的阳极和阴极可以是单对，也可以是采用多对阳极与多对阴极并联的形式，以增加反应器的处理能力。
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