CN113149312B - 表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置及方法,属于垃圾渗滤液膜浓缩液处理技术领域。包括聚光镜、反应池、蒸发台、亲水多孔材料层、光热多孔材料层、倾斜透明冷凝顶盖、透明侧壁、结晶盐收集箱、冷凝水收集槽和冷凝水出水口;聚光镜嵌入倾斜透明冷凝顶盖中;倾斜透明冷凝顶盖和透明侧壁盖置在结晶盐收集箱上方;反应池置于结晶盐收集箱内;蒸发台位于反应池边沿,蒸发台由下向上依次贴附亲水多孔材料层和光热多孔材料层,且亲水多孔材料层延伸至反应池侧壁;冷凝水收集槽位于透明侧壁内壁四周。该反应器中存在空气内循环,促进光热材料表面空气对流,加强光热材料的表面蒸发速率。
Description
技术领域
本发明属于垃圾渗滤液膜浓缩液处理技术领域,更具体地,涉及一种表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置及方法。
背景技术
垃圾填埋场渗滤液具有污染物浓度较高、成分复杂、重金属含量高、色度深、有臭味等特征,不经妥善处理直接排放到环境中会对周边区域的土壤、地表水以及地下水等带来严重的污染。目前国内外广泛采用两级生物处理及纳滤、反渗透的组合处理工艺技术。通常情况下,反渗透处理单元的回收率为70%-80%左右,整个系统的总回收率一般不高于70%,因此,产生大量的膜浓缩液。垃圾渗滤液膜浓缩液的处理是一个行业性难题。
目前处理垃圾渗滤液膜浓缩液主要有回灌法、蒸发、回喷法、高级氧化法等工艺。公开号为CN105923850A的中国发明专利提供了一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理方法,通过多级氧化的方法处理膜浓缩液,该方法所需药剂量大,工艺控制需精确,产生大量的沉淀废物需要处理。公开号为CN104211245A的中国发明专利提供了一种垃圾渗滤液膜法浓缩液的处理方法,主要是将浓缩液预处理后通过多效膜蒸馏处理,获得浓缩液和淡水,浓缩液再次进行蒸发浓缩结晶,所得固体填埋处理。该方法进行了多次浓缩,虽然一定程度上减少了浓缩液产量,但最终的浓缩液更难处理,同时处理成本费用很高。专利申请CN103570157A和CN104211245A采用蒸发法处理纳滤浓缩液,但该方法投资高、能耗高,且蒸发残留物为危险废弃物,处置成本高。综上,现有的填埋场垃圾渗滤液膜浓缩液的处理方法存在能耗高、效率低、产生二次污染的问题,因此开发垃圾填埋场渗滤液膜处理浓缩液的低能耗减量无害化技术具有重要的意义。除此之外,随着环保要求的提高,在部分沿海地区,原来主要采用的浓缩液垃圾掺烧处理方式,目前已不允许,这使得开发垃圾填埋场渗滤液膜处理浓缩液的低能耗减量无害化技术十分迫切。
太阳能表面光热蒸发技术是一种新型的太阳能蒸发技术。该技术将光热材料集成到水源表面,吸收太阳能,进行热转换,并将热能限制在空气/液体界面中,实现液体表面的低温蒸发。相对于传统的太阳能蒸发系统,该技术不直接对光吸收能力弱的水体进行光照,而利用高效的光热转换多孔材料,大幅提高了光热转换效率;同时,光热转换和热传导被局限在空气/液体界面中,避免了对水体的整体加热,降低了大量热量向环境的扩散,具有较高的能量利用率和蒸发效率,能够有效地实现挥发性水与难挥发的离子、污染物的分离,在海水淡化和污水处理方面获得广泛的关注。鉴于此,太阳能光热蒸发技术有望进一步地应用在垃圾填埋场膜处理浓缩液的减量处理。在实际应用中太阳能表面光热蒸发技术在很大程度上依赖于,第一,合适的光热材料的有效使用,第二,蒸发装置的长期稳定运行。得益于近年来的深入研究,据报道,一系列光热材料可实现超高的光吸收性能,并产生比常规脱盐工艺更低盐度的水。尽管在材料开发方面取得了重大进展,但蒸发过程阻碍了太阳能技术的进一步提高。目前,一些常见的太阳能蒸发装置与蒸馏器存在蒸汽容易泄露,系统产水量不大,热能利用不充分等缺点。其它单一的太阳能脱盐技术和装置,如降膜蒸发-气流吸收等,也都存在热能利用率不高、运行温度较低以及蒸发驱动力较大等缺陷。并且,一些太阳能蒸发装置的发明专利未考虑浓缩析出的盐分可能对装置或材料产生的结垢、堵塞等影响。随着水的不断蒸发,盐的浓度不断增加,最终将导致盐在光热材料的蒸发表面结晶,表面上积累的盐晶体严重影响了光热材料的光吸收和蒸汽在孔隙中的流动,这减缓了蒸汽的产生。解决这个问题的方式包括机械刮除材料表面的盐,防止盐附着,以及增加盐的反向扩散。然而,这些方法可能会导致操作的不连续或水蒸汽产生效率降低。此外,高浓度盐扩散回到溶液而不是被收获,浪费了获得宝贵矿产资源的机会。因此,在太阳能蒸发过程中,还迫切需要对盐结晶进行适当的管理,以连续产生蒸汽并同时收获盐。
发明内容
针对上述问题,本发明目的是提供一种表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置及方法,该装置利用光热转换材料,结合空气内循环对流效应,对垃圾渗滤液膜浓缩液蒸发浓缩,并结合光催化实现难降解有机物的分解,最终使盐在反应池的边缘结晶,对盐分进行回收,避免堵塞孔隙,提高资源再利用率,从而解决现有技术中太阳能蒸发装置导致的盐在光热材料的蒸发表面结晶,积累的盐晶体影响光热材料的光吸收和蒸汽在孔隙中的流动而减缓了蒸汽产生的技术问题。
根据本发明的第一方面,提供了一种利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置,包括聚光镜、反应池、蒸发台、亲水多孔材料层、光热多孔材料层、倾斜透明冷凝顶盖、透明侧壁、结晶盐收集箱、冷凝水收集槽和冷凝水出水口;
所述聚光镜嵌入倾斜透明冷凝顶盖中;所述倾斜透明冷凝顶盖和透明侧壁盖置在结晶盐收集箱上方;所述反应池置于结晶盐收集箱内;所述蒸发台位于反应池边沿,所述蒸发台由下向上依次贴附亲水多孔材料层和光热多孔材料层,且所述亲水多孔材料层延伸至反应池侧壁;
所述反应池用于盛放待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,所述亲水多孔材料层用于吸附反应池中的溶液,所述光热多孔材料层用于蒸发亲水多孔材料层中吸附的水分从而使盐分结晶,所述蒸发台外周圆的半径等于反应池中盐分结晶后形成盐环的半径;所述聚光镜用于增大光强以提高对反应池中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液的光催化与光蒸发效率;
所述冷凝水收集槽位于透明侧壁内壁四周,所述冷凝水收集槽用于收集倾斜透明冷凝顶盖上冷凝形成的水滴;所述冷凝水出水口位于透明侧壁外壁,所述冷凝水出水口用于排放冷凝水收集槽收集的水分。
优选地,所述聚光镜的水平投影面积为反应池中液面面积的1.5-3倍。
优选地,所述聚光镜为凸透镜。
优选地,所述倾斜透明冷凝顶盖与水平面的夹角为20°~70°。
优选地,所述透明侧壁与水平面的夹角度为20°~70°。
优选地,所述光热多孔材料层为生物质热解炭、石墨烯、氧化石墨烯、聚吡咯、碳粉、碳化钼、炭黑、蜡烛灰和金中任意一种;所述亲水多孔材料层为泡沫铜、壳聚糖水凝胶、凯夫拉水凝胶、聚吡咯纤维纸和滤纸中任意一种;
优选地,所述亲水多孔材料层负载有光催化剂;
优选地,所述光催化剂为二氧化钛、氧化锌、氧化锡和二氧化锆中任意一种。
按照本发明的另一方面,提供了利用任一所述的装置处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的方法,包括以下步骤:
步骤S1:将待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液加入反应池中,并浸润亲水多孔材料层;
步骤S2:光线通过聚光镜照射在反应池中的待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液表面,亲水多孔材料层由于其亲水性与毛细效应,吸附反应池中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,并逐步输送到边缘;
步骤S3:在光照的作用下,光热多孔材料层升温,促进亲水多孔材料中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液中水分的蒸发,从而盐分浓度逐渐增加,形成浓度梯度,最终导致盐分在蒸发台上结晶,落入结晶盐收集箱中;
步骤S4:蒸发过程中产生的水蒸气接触倾斜透明冷凝顶盖,冷凝形成水滴,并沿倾斜面流至冷凝水收集槽中,通过冷凝水出水口排出;蒸发过程中由于蒸气上升,带动顶部空气向四周流动,遇透明侧壁后回流向蒸发台,产生空气循环对流,从而促进表面空气对流,加快光热多孔材料层的表面蒸发速率。
优选地,步骤S1中加入垃圾渗滤液膜分离浓缩液后,还包括加入光催化剂的步骤,所述光催化剂在步骤S2中降解垃圾渗滤液膜分离浓缩液中的有机物。
优选地,步骤S2中,所述亲水多孔材料中的光催化剂将吸附的垃圾渗滤液膜分离浓缩液进行光催化。
优选地,步骤S1中所述光催化剂为二氧化钛、氧化锌、氧化锡和二氧化锆中任意一种。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,主要具备以下的技术优点:
(1)本发明中的反应器装置含光蒸发、空气内循环,蒸汽冷凝收集系统以及盐分富集收集系统,更进一步地含有光催化系统、实现浓缩液中水蒸气的冷凝收集,难降解有机物的分解和盐分在光热材料边缘的富集析出。
(2)本发明中的聚光镜可以有效增大光强,提高光催化与部分光蒸发效率;同时在膜浓缩液传输过程中,由于膜浓缩液的在材料中的流动,以及装置中部水蒸气上升,带动顶部空气向四周流动,遇透明侧壁后回流向蒸发台,产生空气循环对流,促进表面空气对流,加快光热材料的表面蒸发速率。
(3)本发明通过将亲水多孔材料浸入反应池中,实现材料内膜浓缩液的输送,以产生从中心到边缘的径向浓度梯度,使盐分只在材料的边缘结晶,在空间上与浓缩液蒸发的主要部分隔离,有效回收盐分,并且防止堵塞孔隙。
(4)本发明提出利用太阳能的光蒸发-光催化耦合新技术,设计一个处理垃圾填埋场渗滤液膜处理浓缩液的太阳能光蒸发-光催化反应器。同时,基于装置结构,该反应器中存在空气内循环,促进光热材料表面空气对流,加强光热材料的表面蒸发速率。本发明使用太阳能进行膜浓缩液的光催化与光蒸发,产生的水蒸气通过冷凝得到盐含量较低的蒸馏水,同时回收盐分,无需额外消耗能源,提高资源再利用率。
(5)与将光热材料浮于膜浓缩液的液面进行蒸发相比,本发明能够将太阳能转化产生的热量集中于多孔材料中的膜浓缩液,避免热量向溶液内部纵向流失,提高膜浓缩液蒸发效率。
(6)本发明利用光热多孔材料与亲水多孔材料,设计空气循环对流系统,促进光热材料表面空气对流,对垃圾渗滤液膜浓缩液蒸发浓缩与收集,并结合光催化实现难降解有机物的分解,最终对盐分进行富集析出和回收,提高资源再利用率方法。
(7)本发明中的处理方法可实现浓缩液的高效蒸发,获得满足达标排放的蒸发液,实现浓缩液的减量;在能耗方面,相对于传统的膜处理浓缩液处理技术,光热蒸发技术几乎对燃料或电力无要求,以廉价且分布广泛的太阳能作为能源,适用于大部分地区,兼具经济性和普适性;由于光热蒸发只局限于液体/空气界面,溶液整体的温度等于常温,可以大幅度缓解垃圾渗滤液膜浓缩液对设备的腐蚀,大幅降低设备制造、运行、维护成本。
附图说明
图1是本发明表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置示意图,其中:1-聚光镜、2-反应池、3-蒸发台、4-亲水多孔材料层、5-光热多孔材料层、6-倾斜透明冷凝顶盖、7-透明侧壁、8-结晶盐收集箱、9-冷凝水收集槽、10-冷凝水出水口。
图2是本发明空气循环对流示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
本发明一种利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜浓缩液的装置,如图1所示,包括聚光镜1、反应池2、蒸发台3、亲水多孔材料层4、光热多孔材料层5、倾斜透明冷凝顶盖6、透明侧壁7、结晶盐收集箱8、冷凝水收集槽9、冷凝水出水口10。
所述聚光镜1嵌入倾斜透明冷凝顶盖6中;所述倾斜透明冷凝顶盖6和透明侧壁7盖置在结晶盐收集箱8上方;所述反应池2置于结晶盐收集箱8内;所述蒸发台3位于反应池2边沿,所述蒸发台3由下向上依次贴附亲水多孔材料层4和光热多孔材料层5,且所述亲水多孔材料层4延伸至反应池2侧壁;
所述反应池2用于盛放待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,所述亲水多孔材料层4用于吸附反应池2中的溶液,所述光热多孔材料层5用于蒸发亲水多孔材料层4中吸附的水分从而使盐分结晶,所述蒸发台3外周圆的半径等于反应池2中盐分结晶后形成盐环的半径;所述聚光镜1用于增大光强以提高对反应池2中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液的光催化与光蒸发效率;
所述冷凝水收集槽9位于透明侧壁7内壁四周,所述冷凝水收集槽9用于收集倾斜透明冷凝顶盖6上冷凝形成的水滴;所述冷凝水出水口10位于透明侧壁7外壁,所述冷凝水出水口10用于排放冷凝水收集槽9收集的水分。
实施例2
本发明一种利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜浓缩液的装置,如图1所示,包括聚光镜1、反应池2、蒸发台3、亲水多孔材料层4、光热多孔材料层5、倾斜透明冷凝顶盖6、透明侧壁7、结晶盐收集箱8、冷凝水收集槽9、冷凝水出水口10。
所述聚光镜1嵌入倾斜透明冷凝顶盖6中;所述倾斜透明冷凝顶盖6和透明侧壁7盖置在结晶盐收集箱8上方;所述反应池2置于结晶盐收集箱8内;所述蒸发台3位于反应池2边沿,所述蒸发台3由下向上依次贴附亲水多孔材料层4和光热多孔材料层5,且所述亲水多孔材料层4延伸至反应池2侧壁;
所述反应池2用于盛放待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,所述亲水多孔材料层4用于吸附反应池2中的溶液,所述光热多孔材料层5用于蒸发亲水多孔材料层4中吸附的水分从而使盐分结晶,所述蒸发台3外周圆的半径等于反应池2中盐分结晶后形成盐环的半径;所述聚光镜1用于增大光强以提高对反应池2中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液的光催化与光蒸发效率;
所述冷凝水收集槽9位于透明侧壁7内壁四周,所述冷凝水收集槽9用于收集倾斜透明冷凝顶盖6上冷凝形成的水滴;所述冷凝水出水口10位于透明侧壁7外壁,所述冷凝水出水口10用于排放冷凝水收集槽9收集的水分。
所述聚光镜1的水平投影面积为反应池2中液面面积的1.5倍,所述聚光镜1为凸透镜。
所述倾斜透明冷凝顶盖6与水平面的夹角为20°~70°,所述透明侧壁7与水平面的夹角度为20°。
所述亲水多孔材料层4为泡沫铜,所述光热多孔材料层5为石墨烯。
实施例3
本发明一种利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜浓缩液的装置,如图1所示,包括聚光镜1、反应池2、蒸发台3、亲水多孔材料层4、光热多孔材料层5、倾斜透明冷凝顶盖6、透明侧壁7、结晶盐收集箱8、冷凝水收集槽9、冷凝水出水口10。
所述聚光镜1嵌入倾斜透明冷凝顶盖6中;所述倾斜透明冷凝顶盖6和透明侧壁7盖置在结晶盐收集箱8上方;所述反应池2置于结晶盐收集箱8内;所述蒸发台3位于反应池2边沿,所述蒸发台3由下向上依次贴附亲水多孔材料层4和光热多孔材料层5,且所述亲水多孔材料层4延伸至反应池2侧壁;
所述反应池2用于盛放待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,所述亲水多孔材料层4用于吸附反应池2中的溶液,所述光热多孔材料层5用于蒸发亲水多孔材料层4中吸附的水分从而使盐分结晶,所述蒸发台3外周圆的半径等于反应池2中盐分结晶后形成盐环的半径;所述聚光镜1用于增大光强以提高对反应池2中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液的光催化与光蒸发效率;
所述冷凝水收集槽9位于透明侧壁7内壁四周,所述冷凝水收集槽9用于收集倾斜透明冷凝顶盖6上冷凝形成的水滴;所述冷凝水出水口10位于透明侧壁7外壁,所述冷凝水出水口10用于排放冷凝水收集槽9收集的水分。
所述聚光镜1的水平投影面积为反应池2中液面面积的2倍,所述聚光镜1为凸透镜。
所述倾斜透明冷凝顶盖6与水平面的夹角为50°,所述透明侧壁7与水平面的夹角度为50°。
所述亲水多孔材料层4为壳聚糖水凝胶,所述光热多孔材料层5为聚吡咯。
实施例4
本发明一种利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜浓缩液的装置,如图1所示,包括聚光镜1、反应池2、蒸发台3、亲水多孔材料层4、光热多孔材料层5、倾斜透明冷凝顶盖6、透明侧壁7、结晶盐收集箱8、冷凝水收集槽9、冷凝水出水口10。
所述聚光镜1嵌入倾斜透明冷凝顶盖6中;所述倾斜透明冷凝顶盖6和透明侧壁7盖置在结晶盐收集箱8上方;所述反应池2置于结晶盐收集箱8内;所述蒸发台3位于反应池2边沿,所述蒸发台3由下向上依次贴附亲水多孔材料层4和光热多孔材料层5,且所述亲水多孔材料层4延伸至反应池2侧壁;
所述反应池2用于盛放待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,所述亲水多孔材料层4用于吸附反应池2中的溶液,所述光热多孔材料层5用于蒸发亲水多孔材料层4中吸附的水分从而使盐分结晶,所述蒸发台3外周圆的半径等于反应池2中盐分结晶后形成盐环的半径;所述聚光镜1用于增大光强以提高对反应池2中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液的光催化与光蒸发效率;
所述冷凝水收集槽9位于透明侧壁7内壁四周,所述冷凝水收集槽9用于收集倾斜透明冷凝顶盖6上冷凝形成的水滴;所述冷凝水出水口10位于透明侧壁7外壁,所述冷凝水出水口10用于排放冷凝水收集槽9收集的水分。
所述聚光镜1的水平投影面积为反应池2中液面面积的1.5倍,所述聚光镜1为凸透镜。
所述倾斜透明冷凝顶盖6与水平面的夹角为70°,所述透明侧壁7与水平面的夹角度为70°。
所述亲水多孔材料层4为聚吡咯纤维纸,所述光热多孔材料层5为生物质热解炭,优选地,生物质热解炭中负载有光催化剂,进一步优选地,光催化剂为二氧化钛。
实施例5
利用本发明中的装置处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的方法,包括以下步骤:
步骤S1:将待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液加入反应池2中,并浸润亲水多孔材料层4;
步骤S2:光线通过聚光镜1照射在反应池2中的待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液表面,亲水多孔材料层4由于其亲水性与毛细效应,吸附反应池2中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,并逐步输送到边缘;
步骤S3:在光照的作用下,光热多孔材料层5升温,促进亲水多孔材料4中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液中水分的蒸发,从而盐分浓度逐渐增加,形成浓度梯度,最终导致盐分在蒸发台3上结晶,落入结晶盐收集箱8中;
步骤S4:蒸发过程中产生的水蒸气接触倾斜透明冷凝顶盖6,冷凝形成水滴,并沿倾斜面流至冷凝水收集槽9中,通过冷凝水出水口10排出;蒸发过程中由于蒸气上升,带动顶部空气向四周流动,遇透明侧壁7后回流向蒸发台3,产生空气循环对流,从而促进表面空气对流,加快光热多孔材料层5的表面蒸发速率。
优选地,步骤S2中,所述亲水多孔材料4中的光催化剂将吸附的垃圾渗滤液膜分离浓缩液进行光催化。
优选地,还包括向反应池2中心投加光催化剂,通过聚光镜1加强光能促进光催化,实现膜浓缩液中难降解有机物的分解,进而降低有机物对光热材料的污染。
本发明中亲水多孔材料层4一端浸在膜浓缩液中,由于其超亲水性和发达的毛细管,膜浓缩液通过材料从反应池2中心输送到平台边缘。在膜浓缩液传输过程中,在一定强度太阳光的照射下,光热多孔材料层5将光能转化为热能,温度升高,水分开始蒸发;同时由于膜浓缩液的在亲水多孔材料层4中的流动,以及装置中部水蒸气上升,带动顶部空气向四周流动,遇透明侧壁7后回流向蒸发台3,产生空气循环对流,促进表面空气对流,加快光热多孔材料层5的表面蒸发速率,如图2所示。
通过将亲水多孔材料层4浸入反应池2中,可以实现亲水多孔材料层4内膜浓缩液的输送,以产生从中心到边缘的径向浓度梯度。这种设计导致盐分只在亲水多孔材料层4的边缘结晶,在空间上与膜浓缩液蒸发的主要部分隔离。通过削弱盐晶体和材料之间的结合力,盐可在重力作用下自动脱落。
盐结晶的位置由光热多孔材料层5的水分蒸发能力和亲水多孔材料4的水分输送能力的综合作用决定。预湿后,亲水多孔材料层4内充满膜浓缩液,在太阳光照射下,水从反应池2蒸发,盐浓度开始增加。与此同时,膜浓缩液不断地从溶液中流出,以补充亲水多孔材料层4的水分,而由于持续蒸发则会继续造成损失。由于水的连续蒸发以及膜浓缩液仅在从蒸发台3的中心到边缘的方向上传输,形成了盐浓度梯度。在离中心一定距离处,盐浓度最终超过其在膜浓缩液中的溶解度极限,导致盐分结晶,形成可观察到的盐环,使设计的反应池2的蒸发台3的半径等于或小于盐环的半径,盐就会在蒸发台3的边缘结晶。
本发明利用光热多孔材料层5与亲水多孔材料层4,设计空气循环对流系统,促进光热材料表面空气对流,对垃圾渗滤液膜浓缩液蒸发浓缩与收集,并结合光催化实现难降解有机物的分解,最终对盐分进行富集析出和回收,提高资源再利用率方法。
实施例6
本实施例中亲水多孔材料层为石英玻璃纤维滤膜,光热多孔材料层为碳纳米管,反应池中的光催化剂为二氧化钛,倾斜透明冷凝顶盖与水平面的夹角为45°,所述透明侧壁与水平面的夹角度为70°。对装置进行预热处理,预热处理光强60mW/cm2,光照面积23.76cm2,光照功率1.4256W。每升膜浓缩液中液态水转为同温度气态水所需能量2.26*106J,83分钟蒸发100ml垃圾渗滤液膜浓缩液所需功率45.3W,蒸发速率为21.7L m-2h-1,单位面积日处理量(每天处理8h)为173.6L m-2d-1,光热转化效率为95.4%。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置,其特征在于,包括聚光镜(1)、反应池(2)、蒸发台(3)、亲水多孔材料层(4)、光热多孔材料层(5)、倾斜透明冷凝顶盖(6)、透明侧壁(7)、结晶盐收集箱(8)、冷凝水收集槽(9)和冷凝水出水口(10);
所述聚光镜(1)嵌入倾斜透明冷凝顶盖(6)中;所述倾斜透明冷凝顶盖(6)和透明侧壁(7)盖置在结晶盐收集箱(8)上方;所述反应池(2)置于结晶盐收集箱(8)内;所述蒸发台(3)位于反应池(2)边沿,所述蒸发台(3)由下向上依次贴附亲水多孔材料层(4)和光热多孔材料层(5),且所述亲水多孔材料层(4)延伸至反应池(2)侧壁;
所述反应池(2)用于盛放待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,所述亲水多孔材料层(4)用于吸附反应池(2)中的溶液,所述光热多孔材料层(5)用于蒸发亲水多孔材料层(4)中吸附的水分从而使盐分结晶,所述蒸发台(3)外周圆的半径等于反应池(2)中盐分结晶后形成盐环的半径;所述聚光镜(1)用于增大光强以提高对反应池(2)中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液的光催化与光蒸发效率;
所述冷凝水收集槽(9)位于透明侧壁(7)内壁四周,所述冷凝水收集槽(9)用于收集倾斜透明冷凝顶盖(6)上冷凝形成的水滴;所述冷凝水出水口(10)位于透明侧壁(7)外壁,所述冷凝水出水口(10)用于排放冷凝水收集槽(9)收集的水分;
所述聚光镜(1)的水平投影面积为反应池(2)中液面面积的1.5-3倍;
所述倾斜透明冷凝顶盖(6)与水平面的夹角为20°~70°。
2.如权利要求1所述的利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置,其特征在于,所述聚光镜(1)为凸透镜。
3.如权利要求1所述的利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置,其特征在于,所述透明侧壁(7)与水平面的夹角度为20°~70°。
4.如权利要求1所述的利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置,其特征在于,所述光热多孔材料层(5)为生物质热解炭、石墨烯、氧化石墨烯、聚吡咯、碳粉、碳化钼、炭黑、蜡烛灰和金中任意一种;所述亲水多孔材料层(4)为泡沫铜、壳聚糖水凝胶、凯夫拉水凝胶、聚吡咯纤维纸和滤纸中任意一种。
5.如权利要求4所述的利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置,其特征在于,所述亲水多孔材料层(4)负载有光催化剂。
6.如权利要求5所述的利用表面光热蒸发处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的装置,其特征在于,所述光催化剂为二氧化钛、氧化锌、氧化锡和二氧化锆中任意一种。
7.利用权利要求1-6任一所述的装置处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:将待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液加入反应池(2)中,并浸润亲水多孔材料层(4);
步骤S2:光线通过聚光镜(1)照射在反应池(2)中的待处理的垃圾渗滤液膜分离浓缩液表面,亲水多孔材料层(4)由于其亲水性与毛细效应,吸附反应池(2)中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液,并逐步输送到边缘;
步骤S3:在光照的作用下,光热多孔材料层(5)升温,促进亲水多孔材料(4)中的垃圾渗滤液膜分离浓缩液中水分的蒸发,从而盐分浓度逐渐增加,形成浓度梯度,最终导致盐分在蒸发台(3)上结晶,落入结晶盐收集箱(8)中;
步骤S4:蒸发过程中产生的水蒸气接触倾斜透明冷凝顶盖(6),冷凝形成水滴,并沿倾斜面流至冷凝水收集槽(9)中,通过冷凝水出水口(10)排出;蒸发过程中由于蒸气上升,带动顶部空气向四周流动,遇透明侧壁(7)后回流向蒸发台(3),产生空气循环对流,从而促进表面空气对流,加快光热多孔材料层(5)的表面蒸发速率。
8.如权利要求7所述的处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的方法,其特征在于,步骤S1中加入垃圾渗滤液膜分离浓缩液后,还包括加入光催化剂的步骤,所述光催化剂在步骤S2中降解垃圾渗滤液膜分离浓缩液中的有机物。
9.如权利要求7所述的处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的方法,其特征在于,步骤S2中,所述亲水多孔材料(4)中的光催化剂将吸附的垃圾渗滤液膜分离浓缩液进行光催化。
10.如权利要求8或9所述的处理垃圾渗滤液膜分离浓缩液的方法,其特征在于,步骤S1中所述光催化剂为二氧化钛、氧化锌、氧化锡和二氧化锆中任意一种。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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