CN204151116U - 太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，包括用于电解污水的电解槽、电极对以及连接电极对的太阳能电池，且所述电极对其中一者为光催化电极，所述污水处理装置还包括由所述太阳能电池供电的光照电路，包括：照明元件，用于为光催化电极照明；光敏开关，用于根据检测到的太阳光切换光照电路的通断状态。本实用新型的有益效果是：实现了自然光—照明光的自动切换，提高了对太阳光的利用效率，清洁环保。

Description

太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种污水处理装置，具体涉及一种太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置。

背景技术

目前处理污水主要技术中的还原沉淀法、化学絮凝法、光催化等物理化学方法。

例如，公开号为CN202671357U的专利文献提出了一种光电两用型太阳能污水处理设备，包括，供能系统和污水处理设备；供能系统包括太阳能电池组件和光电两用控制柜，其中太阳能电池组件包括太阳能光伏板和蓄电池组；污水处理设备包括通过管道依次连通的进水井、厌氧池、缺氧池、曝气池和沉淀池，沉淀池中设有导流筒，沉淀池通过污泥泵回流污泥至厌氧池。本实用新型结构合理、占地面积小，光电两用、程序化控制，具有远程监控的功能。

或者，如公开号为CN202865065U的专利文献提供了一种光电互补太阳能微动力污水处理系统，包括进水调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、生态湿地池和出水井，本实用新型提供了一种方便高效的新型农村生活污水处理实用性很强的技术，该技术应用广泛，对我国农村生活污水都可使用，对集镇等大型生活污水处理也适用，而且效果显著。

这些方法虽然在处理污水有一定的效果，但是存在二次污染、残留高、共存有机物去除率低、太阳光利用率低等问题。

要采用对污水中的有机污染物以及重金属进行去除，较为常用的方法是采用电化学催化方法，将电源两极连上电极对，对污水进行电解反应，从而去除有机物以及重金属。

但这类方法由于需要通电进行，因此在电能上有较多消耗。如何采用一种能够节电的方法来实现污水中有机物以及重金属物的有效去除，是有待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提出了一种污水处理装置，利用太阳能进行光电催化，同时将太阳能转换为电能进行储存，在缺乏光照的条件下，反应依然可以持续进行。

一种太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，包括用于电解污水的电解槽、电极对以及连接电极对的电源，所述电源为太阳能电池，且所述电极对中其中一者为光催化电极，所述污水处理装置还包括连接于所述太阳能电池两端的光照电路，包括：

照明元件，用于为光催化电极照明；

光敏开关，用于根据检测到的光照切换光照电路的通断状态。

所述电解槽由透光性材料制成，所述光照电路设于电解槽外侧，且与光催化电极位置对应，所述透光性材料包括玻璃。

所述太阳能电池为染料敏化太阳能电池。

染料敏化太阳能电池具有成本低，太阳能转化效率高的优点，适合用于持续运行的污水处理装置。

照明元件有多种，出于成本以及需求的考虑，可选的，所述照明元件为LED灯。由于本身光催化电极的面积不需要非常大，LED灯的光照亮度以及面积已经能够满足光催化电极的光照需求，而同时LED灯具有能耗小，占用空间小等优点，适合作为用于光催化电极的照明元件。

光敏开关通过光敏元件感测太阳光照，并在检测不到太阳光的时候导通光照电路，可选的，所述光敏开关包括：

模拟开关，连接于所述照明元件供电电路中；

光敏元件，连接于所述模拟开关的控制端。

光敏开关中可选的模拟开关以及光敏元件种类较多，可选的，所述模拟开关为NPN三极管，所述光敏元件为光敏电阻，所述光照电路还包括第一电阻和第二电阻，其中：

NPN三极管集电极经第一电阻连接至太阳能电池的正极，发射极经照明元件连接至太阳能电池的负极；

所述第二电阻一端连接至NPN三极管基极，另一端连接至太阳能电池的正极；

所述光敏电阻一端连接至NPN三极管基极，另一端连接于照明元件与太阳能电池之间。

该电路构成简单，且能耗较小。光敏电阻在太阳光光线充足的情况下阻值为5KΩ，在太阳光较暗时约为0.8MΩ。通过光敏电阻与NPN三极管的配合，达到光敏开关的效果。

本实用新型的有益效果是：加入光照电路，实现了自然光—照明光的自动切换，提高了对太阳光的利用效率，清洁环保；采用的光催化电极，增强了对实际污水中重金属和有机污染物的协同降解效果。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为当前实施例的光照电路示意图。

具体实施方式

现结合说明书附图和具体实施例，对本实用新型进行详细的解释。

图1中绘示了两个同等大小的太阳能光电催化协同消减重金属与有机污染物的污水处理装置，在其中一个污水处理装置绘出了较具体的结构，当前实施例的污水处理装置包括：染料敏化太阳能电池1，石墨电极7，光催化电极8，光照电路a。石墨电极7接在染料敏化太阳能电池1的负极，光催化电极8连接在染料敏化太阳能电池正极。光催化电极8由二氧化钛制成，该材料是常用的光催化电极材料。石墨电极7以及光催化电极8所构成的电极对位于电解污水的电解槽中。电解槽由玻璃或塑料等透光性材料制成，光照电路a设于电解槽外侧。在当前实施例中当各电极与染料敏化太阳能电池通过带夹子的导线连接，电极小部分露出水面。

染料敏化太阳能电池1同时也为光照电路a供电，光照电路a包括照明元件以及光敏开关，用于根据检测到的太阳光切换光照电路的通断状态。光照电路a的电路结构示意图如图2所示，其中照明元件为LED灯，而光敏开关包括：连接于照明元件供电电路中的模拟开关以及连接在模拟开关控制端的光敏元件，在当前实施例中，模拟开关为NPN三极管，光敏元件为光敏电阻，所述光照电路还包括第一电阻和第二电阻，其中：

模拟NPN三极管集电极经第一电阻4连接至染料敏化太阳能电池1的正极，发射极经LED灯5连接至染料敏化太阳能电池1的负极；

第二电阻2一端连接至NPN三极管6的基极，另一端连接至染料敏化太阳能电池1的正极；

光敏电阻3一端连接至NPN三极管6的基极，另一端连接于LED灯5与染料敏化太阳能电池1之间。

在实际安装时，光照电路a中的LED灯的位置与光催化电极的位置对应。

光照电路中具体参数选取：第二电阻2阻值为4.7KΩ；光敏电阻3暗光时电阻大约为0.8MΩ，亮光时为5KΩ；第一电阻4阻值为1KΩ。

当太阳光照强时，太阳光照射到光催化电极8，产生光电流，引发光电催化反应，产生的空穴和电子分别起到氧化有机物和还原重金属离子的作用，实现有机物和重金属离子的协同降解。同时，在图2中，太阳光照射到染料敏化太阳能电池1，电池开始储存电能，而此时由于光照强度高，光敏电阻3的电阻值变小，为5KΩ，光敏电阻3上端(即NPN三极管6基极)电压减小，实现NPN三极管6的截止，LED灯5达不到导通的压降，最终无法点亮。

在图2中，当光照缺乏时，光敏电阻3的电阻值变大，约为0.8MΩ，光敏电阻3上端电压增大，控制三极管6基极的电压，实现三极管的导通，电路中LED灯5因达到导通压降点亮，LED灯5的灯光照射到光催化电极8，产生光电流，引发光电催化反应，实现有机物和重金属离子的协同降解。从而实现自然光与人工光的自动切换，使得光催化反应能够持续进行。二极管开启时，光照均匀的照射到电极表面。

本实用新型的有益效果是：加入光照电路，实现了自然光—照明光的自动切换，提高了对太阳光的利用效率，清洁环保。

Claims (6)

1.一种太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，包括用于电解污水的电解槽、电极对以及连接电极对的太阳能电池，且所述电极对其中一者为光催化电极，其特征在于，所述污水处理装置还包括由所述太阳能电池供电的光照电路，包括：

照明元件，用于为光催化电极照明；

光敏开关，用于根据检测到的太阳光切换光照电路的通断状态。

2.如权利要求1所述太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，其特征在于，所述电解槽由透光性材料制成，所述光照电路设于电解槽外侧，且光照电路中的照明元件与光催化电极的位置对应，所述透光性材料包括玻璃。

3.如权利要求1所述太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，其特征在于，所述太阳能电池为染料敏化太阳能电池。

4.如权利要求1所述太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，其特征在于，所述照明元件为LED灯。

5.如权利要求1所述太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，其特征在于，所述光敏开关包括：

模拟开关，连接于所述照明元件供电电路中；

光敏元件，连接于所述模拟开关的控制端。

6.如权利要求5所述太阳能光电催化协同消减重金属离子与有机污染物的污水处理装置，其特征在于，所述模拟开关为NPN三极管，所述光敏元件为光敏电阻，所述光照电路还包括第一电阻和第二电阻，其中：

NPN三极管集电极经第一电阻连接至太阳能电池的正极，发射极经照明元件连接至太阳能电池的负极；

所述第二电阻一端连接至NPN三极管基极，另一端连接至太阳能电池的正极；

所述光敏电阻一端连接至NPN三极管基极，另一端连接于照明元件与太阳能电池之间。