CN104591447B - 一种太阳能光热发电处理污水装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能光热发电处理污水装置及其方法属于污水处理技术领域。装置包括太阳能光热有机朗肯发电系统、整流装置、蓄电装置和污水处理系统，太阳能光热发电系统所发的电，经整流直接供给污水处理装置的电絮凝、电气浮或三维电极反应等用电装置，处理后的污水可为光热发电装置提供冷却水，解决了电处理污水耗电的问题，所发电也不需上网，减少了投资。本发明将太阳能发电技术和污水处理技术结合起来，既利用了太阳能又解决了污水处理问题，达到节能减排的目的。

Description

一种太阳能光热发电处理污水装置及其方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，主要涉及的一种太阳能光热发电与污水处理的组合。

背景技术

随着废水处理技术的发展和完善，成分简单、生物降解性好的有机废水已能得到有效的控制，其中生物法是目前消除生活和工业废水中有机污染物最经济、最有效的方法。然而随着石油化工、医药、农药和燃料工业的迅速发展，工业废水中难降解有机化合物的数量与种类与日俱增，特别是含有高浓度的芳香族化合物，如酚类属(三致)物质等，毒性很大，用一般生物降解方法难以直接去除。而另一方面国家对污染物排放的限制标准越来越高，因此迫切需要研究废水处理新方法和新技术。

近年来，电处理污水得到发展，尤其是在处理难降解的含油、含高浓度有机污物方面得到应用

CN103951139A涉及一种油田污水处理工艺，主要包括以下步骤：(a)将待处理的污水通过电絮凝装置进行电解处理，并通过浮选排污和沉淀排污将杂质与水分去除；(b)电絮凝装置处理后的污水通过加药装置投加处理药剂并在混合装置中进行充分混合；(c)投加药剂并混合后的污水进入高效活性污泥净水器进行反应形成活性污泥，进一步过滤处理。该发明采用电氧化絮凝+高效活性污泥净水的工艺对油田废水进行处理，不仅减少了水处理化学药剂的投加量，而且避免了地层水水质富营养化。

CN103910416A公开了一种带曝气装置的电絮凝气浮机，其特征在于，在箱体底部分别设置用于支撑的支腿，在箱体内部的左侧壁上设置上端带有开口的电解箱，电解箱内部均匀排布电解板，电流调节器通过电极板接线柱与电解板连接，在电解箱的下方箱体的外部焊接电解箱除渣斗，曝气装置安装在电解箱除渣斗内部，在箱体上方通过刮板动力装置安装浮渣刮板，进水管安装在电解箱下方的箱体上，并与电解箱相通，在箱体上方分别安装浮渣排出管和清水输出管。通过以上设置，本发明增加的曝气装置可以有效满足污水的需氧量，加快电解的进行，并且通过充氧产生的微气泡将污水中的悬浮污物有效的带到水面，使污水中悬浮污物清理地更彻底，减少对环境产生的污染。

CN103626264A涉及一种采用三维电极处理苯酚废水的方法，包括步骤(1)取浓度为500mg/L、COD为1784mg/L的苯酚废水样品250ml放入三维电极反应器，通电采用电化学氧化法处理苯酚废水；(2)向苯酚废水中投加质量浓度为1g/L～10g/L的电解质，曝气处理使苯酚废水与电解质充分混合，加入纯碱调节苯酚废水的PH值为2～6，在电极电压为5～8V条件下电解120min。该发明通过采用规整型的第三电极，消除了传统的乱堆型的三维电极中存在的分层现象，减小了短路电流，对苯酚处理的效果大大优于传统的乱堆型的三维电极，对于处理苯酚废水具有深远的积极意义。

然而电处理污水存在电耗高的问题，如果完全用化石燃料所发的电，也存在环保问题。

在太阳能发电方面也取得了进展，光伏发电广泛应用，光热发电也有了一定发展，但光热发电更环保，效率更高。

CN203476624U涉及太阳能热发电技术领域，公开了一种以边界层透平为动力装置的太阳能热发电系统，提出了边界层透平的一种可行的应用领域。该系统可分别基于边界层透平利用朗肯循环和有机朗肯循环发电，以解决太阳能热发电系统动力装置小型化困难、进口参数较高、经济性较差的问题，大大降低可用于热发电的太阳能集热器技术要求，实现适用于低温蒸汽、湿蒸汽、有机工质等多种工质的发电需求，提高低温太阳能热发电的效率，同时本系统复杂度低、制造简单、结构紧凑、操作简便，适用于离网式分布式供能。

CN101761461A公开了热管式太阳能有机朗肯循环低温热发电系统。该系统包括有机朗肯循环发电系统、蓄热系统、热管集热器系统。其发电系统包括工质蒸发套管、汽轮机、发电机、回热器、冷凝器等。热管集热器系统由三个以上的热管集热器模块组成，每个模块包括热管、真空管及复合抛物面反射镜，热管的冷凝段嵌置于工质蒸发套管中；热管的蒸发段安装位于复合抛物面反射镜内底部；三个以上的工质蒸发套管串联。本发明将热管、CPC反射镜及ORC三者相结合，可以形成基于ORC循环的热管式太阳能低温热发电系统。该系统热效率高，承压能力强，与以往的太阳能低温热发电系统相比，创新性地利用了热管的相变换热原理，减少了导热油回路，实现了有机工质与集热器的高效换热。

然而小规模的光热发电上网还存在问题，不能大规模应用。

发明内容

本发明的目的针对电处理污水电耗高、小规模光热发电上网有困难、投资大、而且消耗水的问题，将太阳能光热发电与污水处理技术结合起来，可以解决太阳能发电上网及耗水问题，又可以解决电污水处理耗电的问题。

一种太阳能光热发电处理污水装置，其特征为：包括太阳能集热装置、蓄热器15、导热介质-有机工质质换热器2、膨胀机3、发电机4、有机工质冷却器14、有机工质循环泵16、整流装置5、蓄电装置6、污水缓冲罐7、电絮凝器8、提升泵9、絮凝剂加注系统10、悬浮污泥过滤罐11、多维电极反应器12和凉水塔13；

太阳能集热装置与蓄热器15并联、同时与导热介质-有机工质换热器2并联，导热介质-有机工质换热器2通过有机工质循环泵16与有机工质冷却器14相连，导热介质-有机工质换热器2与膨胀机3、膨胀机3和发电机4连接，发电机4连接整流装置5，整流装置5连接蓄电装置6；整流装置5连接电絮凝器8和多维电极反应器12；污水缓冲罐7与电絮凝器8相连接，电絮凝器8与提升泵9相连，提升泵9与悬浮污泥过滤罐11相连接，絮凝剂加注系统10与提升泵9出口相连接，悬浮污泥过滤罐11出口与多维电极反应器12相连，与凉水塔13相连。

应用所述的一种太阳能光热发电处理污水装置的方法，其特征为：太阳能集热装置用于加热导热介质；蓄热器15用于储存热能，供无阳光时使用；导热介质-有机工质换热器2用于加热有机介质；膨胀机3用于使将蒸发后的有机介质做功，带动发电机4发电；有机工质冷却器14用于冷却有机工质，冷却后用有机介质泵16循环。

太阳能集热装置所发的电，所发电通过整流装置5装换成36V以下的直流电或脉冲电，供给污水处理装置的电絮凝器8和多维电极反应器12；多余的电储存于蓄电装置6；含油污水由缓冲罐7进入电絮凝器8，通过电解反应可使含油污水形成电活性絮凝剂，使污水中的悬浮物聚集成絮体，通过提升泵9加压，用絮凝剂加注系统10注入絮凝剂，使絮体进一步长大，通过悬浮污泥过滤罐11过滤，除去水中的悬浮物及油类，再通过多维电极反应器12降低COD，从而达标排放或回用,一部分用凉水塔13冷却后作为有机工质冷却水。

本发明将太阳能发电和污水处理技术结合起来，既利用了太阳能又解决了污水处理问题，同时又利用了处理后的污水，达到了节能减排的目的。

附图说明

图1太阳能光热发电处理污水装置流程示意图。

具体实施方式

以含油污水处理为例，装置主要有槽式太阳能集器1、蓄热器15、导热介质-有机工质质换热器2、膨胀机3、发电机4、有机工质冷却器14、有机工质循环泵16、整流装置5、蓄电装置6、污水缓冲罐7、电絮凝器8、提升泵9、絮凝剂加注系统10、悬浮污泥过滤罐11、多维电极反应器12和凉水塔13组成。

太阳能集热装置1可以用具有聚光性能的槽式、蝶式等，与蓄热器15相连、同时与导热介质-有机工质换热器2相连接，与有机工质冷却器14相连，冷却器与有机工质循环泵16相连，导热介质-有机工质换热器2与膨胀机3、膨胀机3和发电机4连接，所发电通过整流装置5装换成36V以下的直流电或脉冲电，供给污水处理装置的耗电装置(电絮凝、电气浮或多维电极反应器等)多余的电可以储存于蓄电装置6(如液流电池、锂电池组)，污水缓冲罐7与电絮凝器8相连接，电絮凝器8与提升泵9相连，提升泵9与悬浮污泥过滤罐11相连接，絮凝剂加注系统10与提升泵9出口相连接，悬浮污泥过滤罐11出口与多维电极反应器12相连，与凉水塔13相连。

太阳能集热装置3可以采用具有聚光性能的槽式、蝶式等多种形式，用于加热导热介质；蓄热器15用于储存热能，供无阳光时使用，可以采用熔盐型；导热介质-有机工质换热器2用于加热有机介质；膨胀机3用于使将蒸发后的有机介质做功，带动发电机4发电；有机工质冷却器14用于冷却有机工质，冷却后用有机介质泵16循环。

有机工质可采用丙烷、R600,R600a,R245fa等。

导热介质可以是水或者导热油。

导热介质-有机工质换热器2用于加热有机工质。

膨胀机3和发电机4用于被加热将蒸发了的有机工质发电。

电絮凝器8内电极板为平行极板，有若干组，一般2-100组，为网状或板式电极，材料为铝或铁等活性金属，相邻电极板之间为正负极关系，间隔的电极板相互连接后分别与直流电源的正负极通过导线连接。提升泵9的作用是加压，压力0.2-1.0MPa,絮凝剂加注系统10由搅拌罐和计量泵组成，絮凝剂在搅拌中溶解，用计量泵按比例(0.5-100mg/l)加入管线，悬浮污泥过滤罐11是利用污泥悬浮层过滤污水中的悬浮物等杂质。多维电极反应器12的电极为不溶性纳米电极，其电流效率极高、阻垢性好，正负电极之间装满掺杂Sn和Sb元素的TiO₂固溶体复合催化剂的颗粒活性炭，操作电压采用36V以下的直流电或脉冲电，用于分解有机物，降低COD，凉水塔13用于冷却处理后的污水。

具体实施流程如下：导热介质进入槽式太阳能集热装置1进行加热，加热到一定温度(60℃以上)后，进入导热介质-有机工质换热器2，将有机工质加热，然后泵回太阳能集热装置1，多余热量贮存于蓄热器15，被加热后的有机工质气化后进入膨胀机3带动发电机4发电，发电后的有机工质通过冷却器14用处理合格的污水冷却，所发电通过整流装置5装换成36V以下的直流电或脉冲电，供给污水处理装置的耗电装置8和12，多余的电可以储存于蓄电装置6。含油污水由缓冲罐7进入电絮凝器8，通过电解反应可使含油污水形成电活性絮凝剂，使污水中的悬浮物聚集成絮体(矾花)，通过提升泵9加压，用絮凝剂加注系统10注入絮凝剂(如分子量2000万左右的离子型聚丙烯酰胺)，使絮体进一步长大，通过悬浮污泥过滤罐11过滤，除去水中的悬浮物及油类，再通过多维电极反应器12降低COD，从而达标排放或回用,一部分用凉水塔13冷却后作为有机工质冷却水。

利用所述污水处理装置处理COD为20000mg/l、含油100mg/l的海洋石油平台运到岸上的污水,15立方/小时的污水的处理装置，注入絮凝剂(分子量2000万的阴离子型聚丙烯酰胺，经悬浮污泥过滤后COD为400mg/l，含油6mg/l，经过多维电极反应器处理后COD45mg/l，含油3mg/l；电絮凝装置功率为10KW，多维电极功耗10KW。配套所述的装机为30-50KW太阳能光热发电系统，即可满足污水处理装置的用电需求。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种太阳能光热发电处理污水方法，应用如下装置，该装置包括太阳能集热装置、蓄热器、导热介质-有机工质换热器、膨胀机、发电机、有机工质冷却器、有机工质循环泵、整流装置、蓄电装置、污水缓冲罐、电絮凝器、提升泵、絮凝剂加注系统、悬浮污泥过滤罐、多维电极反应器和凉水塔；

太阳能集热装置与蓄热器并联、同时与导热介质-有机工质换热器并联，导热介质-有机工质换热器通过有机工质循环泵与有机工质冷却器相连，导热介质-有机工质换热器与膨胀机、膨胀机和发电机连接，发电机连接整流装置，整流装置连接蓄电装置；整流装置连接电絮凝器和多维电极反应器；污水缓冲罐与电絮凝器相连接，电絮凝器与提升泵相连，提升泵与悬浮污泥过滤罐相连接，絮凝剂加注系统与提升泵出口相连接，悬浮污泥过滤罐出口与多维电极反应器相连，多维电极反应器与凉水塔相连；

其特征为：

太阳能集热装置用于加热导热介质；蓄热器用于储存热能，供无阳光时使用；导热介质-有机工质换热器用于加热有机介质；膨胀机用于使蒸发后的有机介质做功，带动发电机发电；有机工质冷却器用于冷却有机工质，冷却后用有机工质循环泵循环；

太阳能集热装置所发的电，所发电通过整流装置转换成36V以下的直流电或脉冲电，供给污水处理装置的电絮凝器和多维电极反应器；多余的电储存于蓄电装置；含油污水由缓冲罐进入电絮凝器，通过电解反应可使含油污水形成电活性絮凝剂，使污水中的悬浮物聚集成絮体，通过提升泵加压，用絮凝剂加注系统注入絮凝剂，使絮体进一步长大，通过悬浮污泥过滤罐过滤，除去水中的悬浮物及油类，再通过多维电极反应器降低COD，从而达标排放或回用,一部分用凉水塔冷却后作为有机工质冷却水。