CN110589936A - 一种基于电解净化的光伏净化仪器 - Google Patents

一种基于电解净化的光伏净化仪器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电解净化的光伏净化仪器，包括供电装置和电解装置，供电装置包括太阳能电池板、充放电控制器以及蓄电池组；电解装置包括废水处理箱体，废水处理箱体包括依次连接的进水部、废水处理部以及出水部；废水处理部内安装有若干阳电极板和阴电极板，若干阳电极板相互平行地固定在废水处理部内，若干阴电极板插入至阳电极板之间，阳电极板与阴电极板将废水处理部内的空间隔离成曲线型的水流空间，蓄电池组对阳极电板和阴极电板施加电流，从而使阳极电板和阴极电板之间的废水产生电化学沉积。本发明电量消耗小，出水水质高，废水处理量大，提高了污水重金属的去除效率，强化了净化污水的能力。

Description

一种基于电解净化的光伏净化仪器
技术领域
本发明属于水处理的技术领域，具体涉及一种基于电解净化的光伏净化仪器。
背景技术
目前我国还处在城镇化加速发展的阶段，这同时也加剧了城市水污染的严重性。尤其是污水中重金属超标的问题，重金属超标对人体的危害：重金属对人体造成伤害的方式主要有两种，第一种是人类直接饮用含有重金属的水源；第二种是食用被污染的农产品和水产品，通过生物富集危害人体健康。重金属进入食物链后，会严重消耗对人体有益的铁等元素，还有人体内必须的维生素 C等营养物质，对人体免疫系统造成损害，造成子宫内胚胎生长停止等一系列疾病。重金属超标对水生植物的危害会改变水生植物细胞内的细微结构，从而抑制植物的呼吸作用、光合作用甚至是改变植物细胞内酶的活性，从而改变细胞内DNA和RNA的组成，影响细胞生长。
废水中的重金属是各种常用方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理和化学形态。例如，经化学沉淀处理后废水中的重金属从溶解的离子状态转变成难溶性化合物而沉淀下来，从水中转移到污泥中；经离子交换处理后，废水中的金属离子转移到离子交换树脂上；经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中。
现有的工业化电解方法主要有两种：碱性电解水，聚合物电解质电解水制氢。前者通常使用较廉价的电极材料，但工作电流较低，镍钴铁复合材料作为阳极，镍基材料作为阴极，高浓度的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为电解液，工作温度为60~80摄氏度，工作电流为0.2~0.4 A/cm2，氢气产生量为<760 Nm3/h；后者由于酸性环境通常使用贵金属作为催化剂，但工作电流较高，氧化铱作为阳极，铂作为阴极，工作温度为50~80摄氏度，工作电流为0.6~2.0 A/cm2，氢气产生量大约为30 Nm3/h。传统的电解法工艺存在电耗过大，出水水质差，废水处理量小等缺点，电解微电解耦合法在同一反应槽内完成了电解反应、微电解反应，与传统的电解水中重金属工艺相比，将耦合电解与微电解技术的电解电极引入直流电场作用于微电解填料上，降低金属还原反应活化能、反应过电位，进而提高微电解法的处理能力与效率，同时，电极还能起到传统电解的作用，因此具有良好的可行性和发展前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于电解净化的光伏净化仪器，这种装置通过耦合电解与微电解技术，电量消耗小，出水水质高，废水处理量大，提高了污水重金属的去除效率，强化了净化污水的能力。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于电解净化的光伏净化仪器，包括供电装置和电解装置；
所述的供电装置包括太阳能电池板、充放电控制器以及蓄电池组，所述的太阳能电池板通过导线与充放电控制器的信号输入端电性连接，充放电控制器的信号输出端通过导线与蓄电池组的信号输入端信号连接；
所述的电解装置包括废水处理箱体，所述的废水处理箱体包括依次连接的进水部、废水处理部以及出水部，所述的进水部的前端开设有进水口，出水部的后端开设有出水口；所述的进水部和出水部与废水处理部的连接处分别安装有第一多孔膜和第二多孔膜，进水部内的废水先经过第一多孔膜进入废水处理部，然后再经过第二多孔膜板进入出水部；
所述的废水处理部内安装有若干阳电极板和阴电极板，所述的若干阳电极板相互平行地固定在废水处理部内，阳电极板的一端位于废水处理部内壁的同一侧，并与废水处理部的内壁固定，另一端与废水处理部的另一侧内壁之间留有间隙；所述的若干阴电极板插入至阳电极板之间，与所述的阳电极板平行设置，所述的阴电极板的一端位于废水处理部内壁的同一侧，并与废水处理部的内壁固定，另一端与废水处理部的另一侧内壁之间留有间隙；所述的阳电极板与阴电极板将废水处理部内的空间隔离成曲线型的水流空间，阳电极板通过导线与蓄电池组的正极连接，阴电极板通过导线与蓄电池组的负极连接，所述的蓄电池组对阳极电板和阴极电板施加电流，从而使阳极电板和阴极电板之间的废水产生电化学沉积。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的阳电极板和阴电极板通过卡槽与废水处理部的内壁连接，所述的卡槽垂直向下固定设于废水处理部的内壁，所述卡槽的上端开口，下端闭合，卡槽开口的口径略大于阳电极板或阴电极板的宽度，所述的阳电极板或阴电极板插入至卡槽内与废水处理部的内壁固定，所述阳电极板的固定端与阴电极板的固定端不在废水处理部内壁的同一侧。
上述的卡槽采用金属材质，卡槽上端的开口处设有导线接头，蓄电池组的正极或负极通过导线与卡槽的导线接头连接，并对插入卡槽内的阳电极板或阴电极板施加电流。
上述的阳电极板为铁板，所述的阴电极板为碳板。
上述的阳电极板之间的距离5cm-10cm，每相邻的两块阳电极板之间的中间位置插入一块阴电极板。
上述的废水处理部内填充有颗粒填料，所述的颗粒填料由活性炭和铁锈按一定比例混合组成。
上述的充放电控制器采用型号为MPPT-10的太阳能充放电控制器，所述的充放电控制器的额定电流为10A，额定电压为12V。
上述的第一多孔膜和第二多孔膜设置的方向与废水流动的方向垂直，所述第一多孔膜的孔径为0.1~10 μm，所述第二多孔膜的孔径为2~100 nm。
上述的废水处理部的材料为有机玻璃。
本发明具有以下优点：
本发明的装置，通过耦合电解与微电解技术，电解电极引入直流电场作用于微电解填料上，降低金属还原反应活化能、反应过电位，进而提高微电解法的处理能力与效率，同时，电极还能起到传统电解的作用。与传统的电解水中重金属工艺相比，本发明的装置电量消耗小，完全由太阳能对电解电极供电，微电解过程中不消耗电能，采用本装置后的出水水质高，废水处理量大，处理过程中电解与微电解反应相辅相成，相互促进，提高了污水重金属的去除效率，强化了净化污水的能力。本发明占地面积小，操作管理方便，低能耗高效率，具有良好的可行性和发展前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明电解装置的俯视图。
图3是本发明电解装置的正视图。
图4是本发明卡槽结构示意图。
图5是电解-微电解原理图。
其中的附图标记为：1-供电装置、2-电解装置、11-太阳能电池板、12-充放电控制器、13-蓄电池组、21-进水部、22-废水处理部、23-出水部、24-第一多孔膜、25-第二多孔膜、211-进水口、221-阳电极板、222-阴电极板、223-卡槽、224-导线接头、231-出水口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
参见图1所示的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：包括供电装置1和电解装置2；所述的供电装置1包括太阳能电池板11、充放电控制器12以及蓄电池组13，所述的太阳能电池板11通过导线与充放电控制器12的信号输入端电性连接，充放电控制器12的信号输出端通过导线与蓄电池组13的信号输入端信号连接；
在光照条件下，太阳能电池板11产生一定电动势，通过充放电控制器12对蓄电池进行充电，将光能转化而来的电能储存起来。太阳能电池板11是太阳能光伏系统中的核心部分，其作用是把太阳的辐射能转换为电能，采用单晶硅或多晶硅，通过“光生伏特效应原理”，由光能推动的电子的定向运动而产生电源。充放电控制器是一类为了保护蓄电池、防止过充电而在绝大部分的太阳能发电系统中安装的自动充放电控制器件，其最基本功能为当蓄电池饱满时切断充电电流，本实施例中，充放电控制器12采用型号为MPPT-10的太阳能充放电控制器，其主要用于调节太阳能发电板11的工作电压，使太阳能板始终工作在V-A特性曲线的最大功率点，所述的充放电控制器12的额定电流为10A，额定电压为12V。所述的蓄电池组13是把太阳能光伏电能转化成化学能储存起来的装置，同时为后续的电极提供输入电；
参见图3，所述的电解装置2包括废水处理箱体，所述的废水处理箱体包括依次连接的进水部21、废水处理部22以及出水部23，所述的进水部21的前端开设有进水口211，出水部23的后端开设有出水口231；所述的进水部21和出水部23与废水处理部22的连接处分别安装有第一多孔膜24和第二多孔膜25，进水部21内的废水先经过第一多孔膜24进入废水处理部22，然后再经过第二多孔膜25板进入出水部23；
参见图2，所述的废水处理部22内安装有若干阳电极板221和阴电极板222，所述的若干阳电极板221相互平行地固定在废水处理部22内，阳电极板222的一端位于废水处理部22内壁的同一侧，并与废水处理部22的内壁固定，另一端与废水处理部22的另一侧内壁之间留有间隙；所述的若干阴电极板222插入至阳电极板221之间，与所述的阳电极板221平行设置，所述的阴电极板222的一端位于废水处理部22内壁的同一侧，并与废水处理部22的内壁固定，另一端与废水处理部22的另一侧内壁之间留有间隙；所述的阳电极板221与阴电极板222将废水处理部22内的空间隔离成曲线型的水流空间，可以增加废水在废水处理部22中的停留时间，提高净化率；阳电极板221通过导线与蓄电池组13的正极连接，阴电极板222通过导线与蓄电池组13的负极连接，所述的蓄电池组13对阳极电板221和阴极电板222施加电流，从而使阳极电板221和阴极电板222之间的废水产生电化学沉积，使得废水中金属离子定向向阴极移动，在阴极表面获得电子被还原成金属单质沉积于阴极表面，而阳极或其表面物质失去电子被氧化为高价阳离子进入溶液中。
本实施例中，参见图4，所述的阳电极板221和阴电极板222通过卡槽223与废水处理部22的内壁连接，所述的卡槽223垂直向下固定设于废水处理部22的内壁，所述卡槽223的上端开口，下端闭合，卡槽223开口的口径略大于阳电极板221或阴电极板222的宽度，所述的阳电极板221或阴电极板222插入至卡槽223内与废水处理部22的内壁固定，所述阳电极板221的固定端与阴电极板222的固定端不在废水处理部22内壁的同一侧。
本实施例中，所述的卡槽223采用金属材质，采用金属材质使得卡槽223可以导电，使得阳电极板221或阴电极板222与卡槽223相接触而带电，卡槽223上端的开口处设有导线接头224，蓄电池组13的正极或负极通过导线与卡槽223的导线接头224连接，并对插入卡槽223内的阳电极板221或阴电极板222施加电流。
本实施例中，所述的阳电极板221为铁板，所述的阴电极板222为碳板。
本实施例中，所述的阳电极板221之间的距离5cm-10cm，每相邻的两块阳电极板221之间的中间位置插入一块阴电极板222。
参见图5，本实施例中，所述的废水处理部22内填充有颗粒填料，所述的颗粒填料由活性炭和铁锈按一定比例混合组成。在电极板间隔中填充一定比例的活性炭和铁锈，形成填料区间，因此可以形成一个电解-微电解的耦合环境。由于铁锈和活性炭之间存在电极电位差，使得废水中的铁锈和活性炭粒颗能形成细微原电池，这些细微电池是以电位低的铁锈成为阳极，电位高的活性炭做阴极，在含有电解质的水溶液中发生原电池反应，使得废水中重金属离子在阴极还原成单质，同时，电极反应生成的氧氧化铁具有很高的活性，能够进一步去除废水中残留的重金属离子，以保证最终出水水质。
本实施例中，所述的第一多孔膜24和第二多孔膜25设置的方向与废水流动的方向垂直，所述第一多孔膜24的孔径为0.1~10 μm，所述第二多孔膜25的孔径为2~100 nm。第一多孔膜为微滤膜，第二多孔膜为超滤膜，通过两次的过滤可以截留废水中不同尺寸的溶质分子，提高净化效率和品质。
本实施例中，所述的废水处理部22的材料为有机玻璃。有机玻璃具有较好的防水性能以及化学稳定性能。
使用本发明的基于电解净化的光伏净化仪器时，将阳电极板221、阴电极板222平行间隔布设在废水处理部22中，在废水处理部22的前部和候补分别设置第一多孔膜24和第二多孔膜25，需要处理的废水由进水口211进入进水部21，通过第一多孔膜24进入废水处理部22，经过阳电极板221(铁板)和阴电极板222(碳板)时，阳电极板221通过导线与蓄电池组13的正极连接，阴电极板222通过导线与蓄电池组13的负极连接，蓄电池组13对电极施加电流，形成宏观原电池反应，同时，在电极板间隔中填充一定比例的活性炭和铁锈，活性炭和铁锈的质量比为1:1，由于铁锈和活性炭之间存在电极电位差，使得废水中的铁锈和活性炭粒颗能形成细微原电池，这些细微电池是以电位低的铁锈成为阳极，电位高的活性炭做阴极，在含有电解质的水溶液中形成微观原电池反应，导致最终体系形成铁锈微观电池和铁碳宏观电池的双电池电解体系，发生氧化还原电极反应及电吸附，达到去除废水中重金属离子、回收金属资源的目的。而且微电解法不需外加电流，利用铁碳颗粒在电解质溶液中发生腐蚀原电池产生的电流和电压来催化处理废水。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：包括供电装置(1)和电解装置(2)；
所述的供电装置(1)包括太阳能电池板(11)、充放电控制器(12)以及蓄电池组(13)，所述的太阳能电池板(11)通过导线与充放电控制器(12)的信号输入端电性连接，充放电控制器(12)的信号输出端通过导线与蓄电池组(13)的信号输入端信号连接；
所述的电解装置(2)包括废水处理箱体，所述的废水处理箱体包括依次连接的进水部(21)、废水处理部(22)以及出水部(23)，所述的进水部(21)的前端开设有进水口(211)，出水部(23)的后端开设有出水口(231)；所述的进水部(21)和出水部(23)与废水处理部(22)的连接处分别安装有第一多孔膜(24)和第二多孔膜(25)，进水部(21)内的废水先经过第一多孔膜(24)进入废水处理部(22)，然后再经过第二多孔膜(25)板进入出水部(23)；
所述的废水处理部(22)内安装有若干阳电极板(221)和阴电极板(222)，所述的若干阳电极板(221)相互平行地固定在废水处理部(22)内，阳电极板(222)的一端位于废水处理部(22)内壁的同一侧，并与废水处理部(22)的内壁固定，另一端与废水处理部(22)的另一侧内壁之间留有间隙；所述的若干阴电极板(222)插入至阳电极板(221)之间，与所述的阳电极板(221)平行设置，所述的阴电极板(222)的一端位于废水处理部(22)内壁的同一侧，并与废水处理部(22)的内壁固定，另一端与废水处理部(22)的另一侧内壁之间留有间隙；所述的阳电极板(221)与阴电极板(222)将废水处理部(22)内的空间隔离成曲线型的水流空间，阳电极板(221)通过导线与蓄电池组(13)的正极连接，阴电极板(222)通过导线与蓄电池组(13)的负极连接，所述的蓄电池组(13)对阳极电板(221)和阴极电板(222)施加电流，从而使阳极电板(221)和阴极电板(222)之间的废水产生电化学沉积。
2.根据权利要求1所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的阳电极板(221)和阴电极板(222)通过卡槽(223)与废水处理部(22)的内壁连接，所述的卡槽(223)垂直向下固定设于废水处理部(22)的内壁，所述卡槽(223)的上端开口，下端闭合，卡槽(223)开口的口径略大于阳电极板(221)或阴电极板(222)的宽度，所述的阳电极板(221)或阴电极板(222)插入至卡槽(223)内与废水处理部(22)的内壁固定，所述阳电极板(221)的固定端与阴电极板(222)的固定端不在废水处理部(22)内壁的同一侧。
3.根据权利要求2所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的卡槽(223)采用金属材质，卡槽(223)上端的开口处设有导线接头(224)，蓄电池组(13)的正极或负极通过导线与卡槽(223)的导线接头(224)连接，并对插入卡槽(223)内的阳电极板(221)或阴电极板(222)施加电流。
4.根据权利要求3所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的阳电极板(221)为铁板，所述的阴电极板(222)为碳板。
5.根据权利要求1所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的阳电极板(221)之间的距离5cm-10cm，每相邻的两块阳电极板(221)之间的中间位置插入一块阴电极板(222)。
6.根据权利要求1所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的废水处理部(22)内填充有颗粒填料，所述的颗粒填料由活性炭和铁锈按一定比例混合组成。
7.根据权利要求1所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的充放电控制器(12)采用型号为MPPT-10的太阳能充放电控制器，所述的充放电控制器(12)的额定电流为10A，额定电压为12V。
8.根据权利要求1所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的第一多孔膜(24)和第二多孔膜(25)设置的方向与废水流动的方向垂直，所述第一多孔膜(24)的孔径为0.1~10 μm，所述第二多孔膜(25)的孔径为2~100 nm。
9.根据权利要求1所述的一种基于电解净化的光伏净化仪器，其特征是：所述的废水处理部(22)的材料为有机玻璃。
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