CN114933343A - 一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其包括：过流筒、光电催化分解组件、超声波明渠流量计和光伏发电组件，过流筒为透光构件；光电催化分解组件包括设置于过流筒内壁的至少一对光电催化电极对；超声波明渠流量计包括沿过流筒流向间隔设置的至少一对超声波换能器对；光伏发电组件用于对光电催化电极对和超声波换能器对供电，一方面节约能源，降低能耗，另一方面与光催化相比，光电催化提高了污水处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及城市工业排水及农业农村灌区灌溉技术领域，特别涉及一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统。
背景技术
明渠流量测量是流量检测的一个重要分支，广泛应用于城市供水引水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及农业灌溉等场合。目前明渠流量测量一般采用超声波明渠流量计，利用超声波在流体运行中，顺流传播时和逆流传播时所产生的传播速度差这一特性，通过向上、下游流体发送超声波和从上、下游接收超声波，再经过对超声波传播的速度差计算处理而实现对流体流量测量。传统的超声波测流设备均需要根据明渠现场的具体情况来确定过流断面面积，需将传感器安装在特定断面才能保证测量精度，明渠形制及传感器安装位置的不同，会对测量结果造成很大影响，给安装、调试和使用带来了较大的问题。为了给流量测量提供标准的过流断面，可以将超声波流速传感器嵌入特定形状的筒两侧，利用测量得到的流速和过流断面面积得到流体流量。而这些场合，特别是污水和废水排放明渠，被测液体大都具有较强的腐蚀性和较多的杂质，固定过流断面的筒容易被腐蚀，使用寿命短，成本高。同时，污水如果不进行处理就排放出去，对生活环境会造成了极大的污染，大多数污水处理技术基本属于高能耗低效率。
发明内容
本发明目的在于提供一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
本发明提供一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其包括：过流筒、光电催化分解组件、超声波明渠流量计和光伏发电组件，过流筒为透光构件；光电催化分解组件包括设置于过流筒内壁的至少一对光电催化电极对；超声波明渠流量计包括沿过流筒流向间隔设置的至少一对超声波换能器对；光伏发电组件用于对光电催化电极对和超声波换能器对供电。
本发明的有益效果是：在使用时，在过流筒固定的过流截面下，超声波明渠流量计通过超声波换能器对在上游发送超声波、和从下游接受超声波，再经过对超声波传播的速度差计算处理而实现对流体流量测量；同时光电催化电极对在通电和光照下，光电催化分解有机污染物，实现对污水净化处理，通过光伏发电组件给超声波明渠流量计和光电催化分解组件供电，一方面节约能源，降低能耗，另一方面与光催化相比，光电催化提高了污水处理效率。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光伏发电组件包括安装于过流筒顶部的光伏板、与光伏板连接的供电控制器，所述供电控制器可调整给所述光电催化电极对输出的电压和电流。
光伏发电组件通过光伏板来接受太阳能，并将太阳能转化为电能，通过供电控制器给所述光电催化电极对提供电力，并且可根据污水的污染程度来调整给所述光电催化电极对输出的电压和电流。
作为上述技术方案的进一步改进，所述超声波明渠流量计还包括处理器，所述处理器同时与所述超声波换能器对、供电控制器电连接，所述供电控制器接受所述处理器检测的流量信号而调整给所述光电催化电极对输出的电压和电流。
本方案通过处理器来接受超声波换能器对传递来的信号，对超声波传播的速度差计算处理得出流体的流速，其中过流筒的过流截面都是固定已知的，处理器根据流速和过流截面的面积可得到流体流量。并且，供电控制器根据处理器得出的流体流量来调整光电催化电极对所加偏压，保证污染物的处理效果。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光电催化电极对包括相互平行相对的光阴极模块和光阳极模块。这样可提高光电催化效率。
作为上述技术方案的进一步改进，所述过流筒为双层结构，其外层为透明的玻璃钢，内层为透明的导电玻璃，在所述导电玻璃的内壁覆有光阴极材料和光阳极材料。
光阴极模块通过光阴极材料覆在导电玻璃的内壁而成的，而光阳极模块通过光阳极材料覆在导电玻璃的内壁而成的，双层结构的过流筒强度更好，满足户外安装，玻璃钢可对导电玻璃进行保护，并且玻璃钢和导电玻璃均为透明，光照可透过玻璃钢和导电玻璃照射于光阴极模块和光阳极模块上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光阳极材料为氧化铁基光阳极材料，所述光阴极材料为硅纳米线石墨烯光阴极材料。其中氧化铁基光阳极材料为具有可见光吸收能力的三维导电基底负载，这样光电转换效率达到8-10％。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光阳极材料和光阴极材料均为耐腐蚀性材料。这样可提升了过流筒的使用寿命。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光伏板通过安装架可转动调节地安装于过流筒顶部。可根据光照的情况来调节光伏板的转动角度，提高太阳能的转化率。
作为上述技术方案的进一步改进，在所述光伏板与所述供电控制器之间设置有蓄电池。
通过光伏板转化的电能可存储于蓄电池中，蓄电池再给光电催化分解组件、超声波明渠流量计供电。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1是本发明所提供的低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其一实施例的结构示意图；
图2是本发明所提供的低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其一实施例的主视图；
图3是本发明所提供的过流筒，其一实施例的示意图；
图4是本发明所提供的低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其一实施例的电连接示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图4，本发明的低能耗明渠污水流量测定及处理系统作出如下实施例：
本实施例的低能耗明渠污水流量测定及处理系统包括过流筒100、光电催化分解组件、超声波明渠流量计和光伏发电组件，其中过流筒100为直通式的，其横截面呈矩形，在其他一些实施例中，过流筒100的横截面可为圆形或者其他异形结构，但是需要确定其过流截面的面积，也就是说，过流筒100过流截面的面积为已知值，并且过流筒100为采用透光材料制成的透光构件，光照可透入过流筒100的内壁。
而光电催化分解组件包括光电催化电极对200和供电控制器500，其中光电催化电极对200的数量可根据需要而定，为了提高光电催化的效果，可设置多对光电催化电极对200，而本实施例设置了两对光电催化电极对200，光电催化电极对200设置于过流筒100的内壁上，具体地：光电催化电极对200一般包括光阴极模块210、光阳极模块220，本实施例的光阴极模块210与光阳极模块220呈平行相对设置，也就是说光阴极模块210与光阳极模块220分别设置于过流筒100相对的两内壁上，而两对光电催化电极对200就覆盖过流筒100的四个内壁上，这样可提高光电催化效率。
而超声波明渠流量计包括超声波换能器对300和处理器600，处理器600与所述超声波换能器对300电连接。
其中超声波换能器对300可设置多对，多对超声波换能器对300呈环形间隔设置，这样可提高流量测量的精度，超声波换能器对300一般包括两个超声波换能器单元，两个超声波换能器单元沿过流筒100内部流体的流向间隔设置，上游的超声波换能器单元在上游发送超声波，而下游的超声波换能器单元接受超声波，过处理器600来接受超声波换能器对300传递来的信号，对超声波传播的速度差计算处理得出流体的流速，根据流速和过流截面的面积实现对流体流量测量。
本实施例的光伏发电组件主要用于给光电催化分解组件、超声波明渠流量计供电，具体地：光伏发电组件包括光伏板400，通过光伏板400来接受太阳能，并将太阳能转化为电能，光伏板400与供电控制器500电连接，其中实施例的供电控制器500也与处理器600电连接，从而实现整个电路的连通，通过供电控制器500给所述光电催化电极对200和处理器600提供电力。
本实施例的光伏板400设置于过流筒100的顶部，如图2所示，在过流筒100的顶部安装有安装架410，光伏板400转动调节安装于安装架410上，可根据光照的情况来调节光伏板400的转动角度，提高太阳能的转化率，在一些实施例中，可设置电动驱动模块来驱动光伏板400转动。
进一步地，本实施例的过流筒100采用双层结构，外层采用玻璃钢110，且玻璃钢110为透明的，而内层采用导电玻璃120，导电玻璃120也为透明的，双层结构的过流筒100强度更好，满足户外安装，玻璃钢110可对导电玻璃120进行保护，并且玻璃钢110和导电玻璃120均为透明，光照可透过玻璃钢110和导电玻璃120照射于光阴极模块210和光阳极模块220上。
此时的光阴极模块210通过光阴极材料覆在导电玻璃120的内壁而成的，光阳极模块220通过光阳极材料覆在导电玻璃120的内壁而成的。
本实施例的光阳极材料为具有可见光吸收能力的三维导电基底负载的氧化铁基光阳极材料，这样光电转换效率达到8-10％，而光阴极材料为硅纳米线负载石墨烯光阴极材料。
此外，为了提升过流筒100的使用寿命，光阳极材料、光阴极材料均具有很好的耐腐蚀性性能。
并且，光伏发电组件还包括蓄电池700，蓄电池700连接于所述光伏板400、所述供电控制器500之间，通过光伏板400转化的电能可存储于蓄电池700中，蓄电池700再给光电催化分解组件、超声波明渠流量计供电。
本实施例在超声波明渠流量计还包括设置于过流筒100顶壁的超声波传感器，其中超声波传感器用于检测过流断面的液位高度，这样可结合过流筒100的截面得出过流截面的面积，就是流体没有完全充满流过过流筒100时的情况，也可得出过流截面的面积。
更进一步地，本实施例的供电控制器500可根据所述处理器600检测到的流量信号，来调整光电催化电极对200所加的偏压，保证污染物的处理效果，起到节能的效果，如果流量降低，相应地就降低所加的偏压，而如果流量升高，增大所加的偏压。
并且本实施例的过流筒100紧贴明渠闸门安装，确保污水全部通过筒流出，筒的长为1000-2000mm，筒宽等于筒高，均为600-800mm。
在使用时，超声波明渠流量计通过超声波换能器对300在上游发送超声波、和从下游接受超声波，再经过对超声波传播的速度差计算处理而实现对流体流量测量；同时光电催化电极对200在通电和光照下，光电催化分解有机污染物，实现对污水净化处理，通过光伏发电组件给超声波明渠流量计和光电催化分解组件供电，一方面节约能源，降低能耗，另一方面与光催化相比，光电催化提高了污水处理效率。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于，其包括：
过流筒，其为透光构件；
光电催化分解组件，其包括设置于过流筒内壁的至少一对光电催化电极对；
超声波明渠流量计，其包括沿过流筒流向间隔设置的至少一对超声波换能器对；
光伏发电组件，其用于对光电催化电极对和超声波换能器对供电。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
所述光伏发电组件包括安装于过流筒顶部的光伏板、与光伏板连接的供电控制器，所述供电控制器可调整给所述光电催化电极对输出的电压和电流。
3.根据权利要求2所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
所述超声波明渠流量计还包括处理器，所述处理器同时与所述超声波换能器对、供电控制器电连接，所述供电控制器接受所述处理器检测的流量信号而调整给所述光电催化电极对输出的电压和电流。
4.根据权利要求1所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
所述光电催化电极对包括相互平行相对的光阴极模块和光阳极模块。
5.根据权利要求4所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
所述过流筒为双层结构，其外层为透明的玻璃钢，内层为透明的导电玻璃，在所述导电玻璃的内壁覆有光阴极材料和光阳极材料。
6.根据权利要求5所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
所述光阳极材料为氧化铁基光阳极材料，所述光阴极材料为硅纳米线负载石墨烯光阴极材料。
7.根据权利要求5所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
所述光阳极材料和光阴极材料均为耐腐蚀性材料。
8.根据权利要求2所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
所述光伏板通过安装架可转动调节地安装于过流筒顶部。
9.根据权利要求2所述的一种低能耗明渠污水流量测定及处理系统，其特征在于：
在所述光伏板与所述供电控制器之间设置有蓄电池。
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2022
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