CN105129905B - 一种太阳能聚光分频光催化污水处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚光分频光催化污水处理方法和系统，包括支架及安装架，所述支架的上端安装有菲涅尔镜，所述安装架上安装有斯特林机、分光镜、反应装置和传动装置，所述斯特林机的受热端上设置有反光杯，所述反应装置设置有反应容器，该反应容器包括透气管、进水管、出水管和监测器，所述传动装置包括横向轴和纵向轴，所述横向轴和纵向轴分别设置有锥齿轮，且锥齿轮之间相互齿接，所述横向轴上还设置有传动带，该传动带与斯特林机的齿轮连接，所述纵向轴的上端设置有磁铁，且位于应容器的正下方，所述斯特林机连接有发电装置，该发电装置通过齿轮连接，所述进水管和出水管上设置有脉冲阀；具有结构合理，降低能耗，提高效率等优点。

Description

一种太阳能聚光分频光催化污水处理方法和系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚光分频光催化污水处理方法和系统，属于太阳能污水处理技术领域。

背景技术

随着经济的发展，环境污染和能源短缺问题日益凸显。污水处理及其耗能是这些问题中具有代表性的问题之一。国家统计局报告显示，我国年污水排放总量约700亿吨，基于全国污水处理厂目前所采用工艺以及平均能耗状况，每年仅电能就需消耗约350亿度，相当于燃烧1500万吨标准煤所发出的电量。由此可见，污水处理作为能源密集型产业，涉及环保民生大计，其处理过程中的节能减排理应受到广泛的重视。

在我国排放的工业污水中，纺织印染废水排放量约占20%。印染废水具有有机物含量高、色度高、生化性差等特点，是污水处理的难题之一。至今，污水污染导致全国癌症村多达459个，每年大约有150万人直接或间接地死于水体污染。然而，目前污水处理的常用技术中，物化法的缺点是臭氧制备能耗极高、二次污染严重；生化法的缺点是处理效率低、并且无法处理复杂成分污水。因此，我们亟需一种高效低耗的污水处理方法来解决上述问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种聚光分频光催化污水处理方法和系统。该系统通过太阳光聚光分频的技术，实现光催化高效处理污水和斯特林机集热发电。具有结构合理、低能耗、高效率的特点。

太阳能聚光分频光催化污水处理方法是：入射的太阳光经过聚光分频部分聚焦后，再经过分光镜分为长波段和短波段两束光，短波段光进入污水处理部分，对污水进行光催化净化，长波段光进入集热器，加热集热器内的工质，进行热利用，并有相应的监测和控制系统。

一种太阳能聚光分频光催化污水处理系包括聚光分频部分、污水处理部分、集热器、监测控制部分；

所述的聚光分频部分用于将入射的太阳光汇聚成光束，并将光束分频成长波光和短波光；

所述的污水处理部分利用短波光将污水进行光催化净化；

所述的集热器利用长波光进行光伏、光热发电或生产蒸汽；

所述的监测控制部分检测系统的运行状态。

所述聚光分频部分包括支架、安装在支架上的安装架、下聚光系统和分光镜，所述支架为可调节架，所述支架的上端安装有太阳能下聚光系统，所述安装架上安装有污水处理部分、发电传动部分和分光镜。

所述污水处理部分包括反应装置，所述反应装置设置有反应容器，所述反应容器包括透气管、进水管、出水管，所述的透气管和进水管安装在反应容器上部，所述的出水管安装在反应容器的下部，所述反应容器为圆筒状，内设置有催化剂，所述催化剂采用光催化剂，所述进水管和出水管上设置有脉冲阀，所述的反应容器上设有监测口。

所述的光催化剂为氯氧化铋或溴氧化铋。

所述集热器包括斯特林机和传动装置，所述斯特林机连接有发电装置，该发电装置通过齿轮(21)连接，所述斯特林机的受热端上设置有反光杯，所述传动装置包括横向轴和纵向轴，所述横向轴和纵向轴分别设置有锥齿轮，且锥齿轮之间相互齿接，所述横向轴上还设置有传动带，该传动带与斯特林机的齿轮(21)连接，所述纵向轴的上端设置有磁铁，且位于反应容器的正下方。

所述监测控制部分包括监测器，所述监测器包括颜色传感器、发光二极管、微处理器、LCD显示模块、电源和驱动模块，所述的驱动模块与脉冲阀连接，所述的颜色传感器安装在反应容器上的监测口内，所述的微处理器分别与颜色传感器、发光二极管、LCD显示模块、电源和驱动模块连接，所述的发光二极管与LCD显示模块相连。

所述的太阳能下聚光系统可以是菲涅尔式下聚光装置、碟式下聚光装置或塔式下聚光装置，所述的菲涅尔式下聚光装置包括菲涅尔镜和反射镜，阳光照射到菲涅尔镜，经反射镜反射到分光镜。

所述碟式下聚光装置包括碟式镜和二次反射镜，阳光照射到碟式镜，反射到二次反射镜，再反射到分光镜。

所述的塔式下聚光装置包括定日镜场和二次反射，阳光照射到定日镜场上，经定日场镜反射到分光镜上。

本发明专利与现有技术相比较，具有以下优势：

1.使用氯氧化铋和溴氧化铋作为光催化剂，较现有的臭氧法、生物法等污水处理技术更加清洁、高效，可处理印染污水、化学污水、医用污水、生活污水等多种污水，具有广泛的适用性，并且可以使用自然沉降或过滤的方法回收催化剂，催化剂回收后仍具有很高的催化活性；

2.独立研发了控制系统，利用颜色传感器，对污水进行实时监控，从而实现污水进出的自动控制，节省了人力；

3.节约电量，降低处理污水的成本，不仅能提供电能，而且能够输出额外电能。

附图说明

图1是本发明的太阳能聚光分频光催化污水处理系统的系统示意图；

图2是太阳能聚光分频光催化污水处理的结构示意图；

图3是本发明反应容器的结构示意图；

图4是本发明传动装置的结构示意图；

图5是本发明自动控制示意图；

图6是本发明的碟式下聚光装置示意图；

图7是本发明的塔式下聚光装置示意图；

图8是本发明的菲涅尔式下聚光装置示意图；

1-支架；2-安装架；3-菲涅尔镜；4-斯特林机；5-分光镜；6-反应装置；7-传动装置；8-反光杯；9-反应容器；10-透气管；11-进水管；12-出水管；13-监测口；14-横向轴；15-纵向轴；16-锥齿轮；17-传动带；18-磁铁；19-发电装置；20-脉冲阀；21-齿轮；22-碟式镜；23-二次反射镜；24-反射镜；25-污水处理池；26-集热器；27-定日镜场；28-菲涅尔镜。

具体实施方式

如图1体现的是一种聚光分频光催化污水处理方法的系统图，包括聚光、分频、长波光利用、短波光用于光催化四个部分。图2至图5所示的一种聚光分频光催化污水处理系统包括聚光分频部分、污水处理部分、集热器、监测控制部分；

所述的聚光分频部分用于将入射的太阳光汇聚成光束，并将光束分频成长波光和短波光；

所述的污水处理部分利用短波光将污水进行光催化净化；

所述的集热器利用长波光进行光伏、光热发电或生产蒸汽；

所述的监测控制部分检测系统的运行状态。

所述聚光分频部分包括支架1、安装在支架1上的安装架2、下聚光系统3和分光镜5，所述支架1为可调节架，所述支架1的上端安装有太阳能下聚光系统3，所述安装架2上安装有污水处理部分、发电传动部分和分光镜5。

所述污水处理部分包括反应装置6，所述反应装置6设置有反应容器9，所述反应容器9包括透气管10、进水管11、出水管12，所述的透气管10和进水管11安装在反应容器9上部，所述的出水管12安装在反应容器9的下部，所述反应容器9为圆筒状，内设置有催化剂，所述催化剂采用光催化剂，所述进水管11和出水管12上设置有脉冲阀20，所述的反应容器9上设有监测口13。

所述的光催化剂为氯氧化铋或溴氧化铋。铋系催化剂具有难溶于水、密度较大、寿命长的特点，相对于其他催化剂更容易使用自然沉降法进行回收，且二次利用时依然能保持高催化活性；

所述集热器包括斯特林机4和传动装置7，所述斯特林机4连接有发电装置19，该发电装置19通过齿轮21连接，所述斯特林机4的受热端上设置有反光杯8，所述传动装置7包括横向轴14和纵向轴15，所述横向轴14和纵向轴15分别设置有锥齿轮16，且锥齿轮16之间相互齿接，所述横向轴14上还设置有传动带17，该传动带17与斯特林机4的齿轮21连接，所述纵向轴15的上端设置有磁铁18，且位于反应容器9的正下方。

所述监测控制部分包括监测器，所述监测器包括颜色传感器、发光二极管、微处理器、LCD显示模块、电源和驱动模块，所述的驱动模块与脉冲阀20连接，所述的颜色传感器安装在反应容器9上的监测口13内，所述的微处理器分别与颜色传感器、发光二极管、LCD显示模块、电源和驱动模块连接，所述的发光二极管与LCD显示模块相连。

所述的太阳能下聚光系统3可以是菲涅尔式下聚光装置、碟式下聚光装置或塔式下聚光装置，所述的菲涅尔式下聚光装置包括菲涅尔镜28和反射镜24，阳光照射到菲涅尔镜28，经反射镜24反射到分光镜5。

所述碟式下聚光装置包括碟式镜22和二次反射镜23，阳光照射到碟式镜22，反射到二次反射镜23，再反射到分光镜5。

所述的塔式下聚光装置包括定日镜场27和二次反射23，阳光照射到定日镜场27上，经定日场镜27反射到分光镜5上。

由于太阳光经菲涅尔镜聚焦，光束通过分光镜5分频之后后投射光会形成光斑，其直径会随着距离的增大而扩大。在斯特林机5的受热端直径偏小，不能接收所有的光线，将会造成能量的损失。通过在斯特林机4的受热端加入一个反光杯8，可以将扩散开的光线重新聚焦到斯特林机5的受热端，减少损耗；所述支架1为可调节架，便于调整需要的角度。

首先使用菲涅尔镜3对太阳光进行聚光，再使用分光镜5分光，将适合光催化的光透过。此外，由于使用的催化剂只对短波光产生响应，为了充分利用太阳光中能量相对集中的长波光，我们使用分光镜5将其反射，得到一束高能量密度的光束，以驱动斯特林机4进行发电；斯特林机4受热端受热后将热能转化为机械能，齿轮21可以带动发电装置19从而达到发电的目的；与此同时，与斯特林机4输出端相连的同步带轮会随着斯特林机4的转动而转动，并通过同步带将运动准确地传递到需要的位置。再通过一对互相垂直的锥齿轮16，将竖直平面上的转动转化为水平方向上的转动，从而带动磁铁18转动，达到磁力搅拌目的。

图6为碟式下聚光装置示意图，阳光照射到碟式镜22，反射到二次反射镜23，再反射到分光镜5，分光镜5将太阳光分频成长波光、短波光。短波光照射到污水处理池25，长波光经反射镜24照射到集热器26上。

图7为塔式下聚光装置示意图，阳光照射到定日镜场27上，经定日场镜27反射到分光镜5上，短波光由分光镜5反射到污水处理池25，长波光透过分光镜5，再有二次反射23到集热器26。

图8为菲涅尔式下聚光装置示意图，菲涅尔式下聚光装置包括菲涅尔镜28和反射镜24，阳光照射到菲涅尔镜28，经反射镜24反射到分光镜5，分光镜5将太阳光分频成长波光、短波光。短波光照射到污水处理池25，长波光经反射镜24照射到集热器26上。

本发明的聚光分频光催化污水处理系统，其优点在于：具有结构合理，降低能耗，提高效率，通过太阳光聚光分频的技术，实现光催化高效处理污水和斯特林机集热发电等优点。

上面所述的实施例仅仅是对本发明专利的优选实施方式进行描述，并非对本发明专利的构思和范围进行限定。在不脱离本发明专利设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明专利的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明专利的保护范围，本发明专利请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种太阳能聚光分频光催化污水处理系统，其特征在于包括聚光分频部分、污水处理部分、集热器和监测控制部分；

所述的聚光分频部分用于将入射的太阳光汇聚成光束，并将光束分频成长波光和短波光；所述聚光分频部分包括支架（1）、安装在支架（1）上的安装架（2）、下聚光系统（3）和分光镜（5），所述支架（1）为可调节架，所述支架（1）的上端安装有太阳能下聚光系统（3），所述安装架（2）上安装有污水处理部分、发电传动部分和分光镜（5）；

所述的污水处理部分利用短波光将污水进行光催化净化；所述污水处理部分包括反应装置（6），所述反应装置（6）设置有反应容器（9），所述反应容器（9）包括透气管（10）、进水管（11）、出水管（12），所述的透气管（10）和进水管（11）安装在反应容器（9）上部，所述的出水管（12）安装在反应容器（9）的下部，所述反应容器（9）为圆筒状，内设置有催化剂，所述催化剂采用光催化剂，所述进水管（11）和出水管（12）上设置有脉冲阀（20），所述的反应容器（9）上设有监测口（13）；

所述的集热器利用长波光进行光伏、光热发电或生产蒸汽；所述集热器包括斯特林机（4）和传动装置（7），所述斯特林机（4）连接有发电装置（19），该发电装置（19）通过齿轮(21)连接，所述斯特林机（4）的受热端上设置有反光杯（8），所述传动装置（7）包括横向轴（14）和纵向轴（15），所述横向轴（14）和纵向轴（15）分别设置有锥齿轮（16），且锥齿轮（16）之间相互齿接，所述横向轴（14）上还设置有传动带（17），该传动带（17）与斯特林机（4）的齿轮(21)连接，所述纵向轴（15）的上端设置有磁铁（18），且位于反应容器（9）的正下方；

所述的监测控制部分检测系统的运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光分频光催化污水处理系统，其特征在于所述的光催化剂为氯氧化铋或溴氧化铋。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光分频光催化污水处理系统，其特征在于：所述监测控制部分包括监测器，所述监测器包括颜色传感器、发光二极管、微处理器、LCD显示模块、电源和驱动模块，所述的驱动模块与脉冲阀（20）连接，所述的颜色传感器安装在反应容器（9）上的监测口（13）内，所述的微处理器分别与颜色传感器、发光二极管、LCD显示模块、电源和驱动模块连接，所述的发光二极管与LCD显示模块相连。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光分频光催化污水处理系统，其特征在于：所述的太阳能下聚光系统（3）是菲涅尔式下聚光装置、碟式下聚光装置或塔式下聚光装置，所述的菲涅尔式下聚光装置包括菲涅尔镜（28）和反射镜（24），阳光照射到菲涅尔镜（28），经反射镜（24）反射到分光镜（5）。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能聚光分频光催化污水处理系统，其特征在于：所述碟式下聚光装置包括碟式镜（22）和二次反射镜（23），阳光照射到碟式镜（22），反射到二次反射镜（23），再反射到分光镜（5）。

6.根据权利要求4所述的一种太阳能聚光分频光催化污水处理系统，其特征在于：所述的塔式下聚光装置包括定日镜场（27）和二次反射（23），阳光照射到定日镜场（27）上，经定日场镜（27）反射到分光镜（5）上。