CN211497070U - 一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种基于太阳能及太阳光的可见光‑电催化膜分离系统，包括发电装置、膜反应器和曝气装置，其中，发电装置的阳极和阴极分别与膜反应器的阳极和阴极连接，用于向膜反应器提供电场；所述曝气装置置于膜反应器的内腔底部；所述膜反应器包括框架结构、膜组件和钛板，其中，膜组件和钛板成对布置在膜反应器内，且分别与发电装置的阳极和阴极连接；所述框架结构上设置有进光部分；本实用新型涉及的系统具有节能、小型、可移动的特点，应用前景较良好。

Description

一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统

技术领域

本实用新型属于膜分离技术领域，特别涉及一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化的膜分离系统。

背景技术

目前，水资源匮乏问题加剧，污水净化、回收及再利用等问题备受关注，大量含有机物的污水需要深度处理。膜分离技术因具有操作简单、降解污染物能力强等优点而受到水处理方面的广泛研究和应用。

目前，膜分离技术存在一定的弊端，如无法将有机污染物彻底降解至无害化等问题，光催化技术也存在着光催化剂回收困难、光能利用效率低等问题，制约着光催化和膜分离技术的发展与应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，解决了现有技术存在上述不足之处。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，包括发电装置、膜反应器和曝气装置，其中，发电装置的阳极和阴极分别与膜反应器的阳极和阴极连接，用于向膜反应器提供电场；所述曝气装置置于膜反应器的内腔底部；

所述膜反应器包括框架结构、膜组件和钛板，其中，膜组件和钛板成对布置在膜反应器内，且分别与发电装置的阳极和阴极连接；

所述框架结构上设置有进光部分。

优选地，所述膜反应器设置有进水口和出水口，所述进水口和出水口均与液体运输装置连接。

优选地，所述液体运输装置包括进水管、出水管和液体输送泵，其中，进水管的进水口用于与污水储存装置相连通，进水管的出水口与膜反应器的进水口相连通；出水管的进水口与膜反应器的出水口相连通，出水管的出水口与净化水储水罐相连通；液体输送泵设置有两个，分别布置在进水管和出水管上。

优选地，所述发电装置包括太阳能板和蓄电池，其中，太阳能板的电能输出端与蓄电池的电能输入端相连接；蓄电池的正极和负极分别与膜反应器中的阴极和阳极相连接。

优选地，所述曝气装置包括曝气头、气体压缩机、体输送管道，其中，曝气头布置在膜反应器的底部，所述曝气头的进气口通过气体输送管道与气体压缩机连接。

优选地，所述气体输送管道与气体压缩机之间设置有刚性连接管道。

优选地，所述曝气头的进气口处设置有用于控制曝气量的止回阀。

优选地，膜反应器内还设置有控制装置，所述控制装置包括控制处理器、液位计和压差计；所述液位计和压差计均设置在膜反应器内，液位计用于检测膜反应器的液位；压差计用于采集膜反应器的压差；

所述液位计和压差计的信号输出端均与控制处理器的信号接收端相连接，控制处理器的信号输出端分别与液体输送泵和气体压缩机的信号接收端相连接。

优选地，所述膜组件为PEDOT-PVDF复合导电过滤膜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，对水进行膜分离的同时实现水体有机微污染物的同步降解。基于太阳光的可见光-电催化及膜分离技术，通过外加电场，在激发电子-空穴分离的同时抑制其复合，进而对水进行膜分离的同时实现有机微污染物的同步降解；利用太阳光作为光源对反应进行催化，可避免使用化学试剂引起的二次污染；本实用新型涉及的系统具有节能、小型、可移动的特点，应用前景较良好。

附图说明

图1是本涉及的膜反应器的结构示意图；

其中，1、太阳能板 2、蓄电池 3、膜组件 4、钛板 5、膜反应器 6、液位计 7、压差计8、进水管 9、液体输送泵 10、出水管 11、耐压柔性连接管道 12、气体压缩机 13、刚性连接管道 14、气体输送管道 15、止回阀 16、曝气头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。附图为本实用新型的主要部件组成的示意图。

如图1所示，本实用新型提供的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，包括：液体运输装置、发电装置、膜反应器5和曝气装置，其中，发电装置和曝气装置均设置在膜反应器内。

发电装置为单套，包括太阳能板1和蓄电池2，其中，太阳能板1的电能输出端与蓄电池 2的电能输入端相连接；蓄电池2的正极和负极分别与膜反应器5中的阴极和阳极相连接。

所述膜反应器5设置有进水口和出水口；进水口经液体输送泵9与进水管8相连通，出水口经液体输送泵9与出水管10相连通。

所述膜反应器5的主体结构包括有机玻璃形成的框架结构，所述框架结构的进光部分为石英玻璃；所述框架结构的内部设置有膜组件3和钛板4，所述膜组件3和钛板4成对布置在膜反应器5内。

每对膜组件3和钛板4中的膜组件3与钛板4平行放置，即膜面正对钛板表面。

通过膜组件3、钛板4和有机玻璃的框架结构形成可见光-电催化膜分离系统，该系统使得水进行膜分离的同时实现有机微污染物的同步降解，出水水质更佳。

所述膜组件3作为阳极与发电装置的阳极连接；所述钛板4作为阴极与发电装置的阴极连接；使膜反应器5中产生电场，电场的作用：抑制阳极的膜材料(催化剂)其跃迁出的电子与空穴的复合速度，能有效增强催化剂的氧化性，提高催化效率，通过利用太阳能清洁能源，无需化学药品，不会产生二次污染。人工光源与与蓄电池相连，在无光的情况下代替太阳光维持系统运行。

所述膜组件3为PEDOT-PVDF复合导电过滤膜。

所述膜组件3的出水口与出水管10连通。

发电装置的太阳能板1置于整个膜反应器5箱体外。

所述曝气装置布置在膜反应器5的底部；所述曝气装置包括曝气头16、气体压缩机12、体输送管道14、止回阀15和刚性连接管道13，其中，曝气头16布置在膜反应器5的底部，所述曝气头16的进气口通过气体输送管道14与气体压缩机12连接，所述气体输送管道14与气体压缩机12之间设置有刚性连接管道13，刚性连接管道13可承受气流输出的较大压力并保证气流输出过程的气密性。

所述止回阀15布置在曝气头16的进气口处，用于控制曝气量。

膜反应器5的内部通过曝气头16进行曝气以调整反应池中溶解氧含量；设定曝气装置的曝气量，通过设定和调整曝气量完成曝气及反应溶液的混合搅拌；完成污水处理。

膜组件3能将光催化剂、过滤和电极三种功能集于一体，是整套处理系统的关键。

液体输送装置包括进水管8、出水管10和液体输送泵9，其中，进水管8和出水管10上均设置有液体输送泵9，液体输送泵9用于提供输入液体的动力；进水管8的进水口用于与污水储存装置相连通，进水管8的出水口与膜反应器5的进水口相连通；出水管10的进水口与膜反应器5的出水口相连通，出水管10的出水口与净化水储水罐相连通。

所述进水管8的进水口与污水储存装置出水口之间设置有耐压柔性连接管道11，柔性连接对于流体输送过程的流动性相适应，具有弹性并可以减震。

膜反应器5内还设置有控制装置，所述控制装置包括控制处理器、液位计6和压差计7；所述液位计6和压差计7均设置在膜反应器5内，液位计6安装于膜反应器顶部，用于检测膜反应器5的液位；压差计7用于采集膜反应器5的压差。

所述液位计6和压差计7的信号输出端均与控制处理器的信号接收端相连接，控制处理器的信号输出端分别与液体输送泵9和气体压缩机12的信号接收端相连接；液位计6控制反应器5中混合液的体积维持动态稳定；控制处理器能够自动控制液体输送泵9和气体压缩机12 启动与停止。

本实用新型的工作原理：

本实用新型提供的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，对水进行膜分离的同时实现水体有机微污染物的同步降解。基于太阳光的可见光-电催化及膜分离技术，通过外加电场，复合导电过滤膜3作为阳电极、与作为阴电极的钛板4成对设置于膜反应器5 内，在激发电子-空穴分离的同时抑制其复合，进而对水进行膜分离的同时实现有机微污染物的同步降解；利用太阳光作为光源对反应进行催化，可避免使用化学试剂引起的二次污染。

通过系统集成，该系统所有用电单元均可以基于太阳能系统供电并直接利用太阳光作为催化光源，在有效净化水体有机微污染物的同时，具有节能、小型、可移动的特点，应用前景较良好。

一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统的操作方法，包括以下步骤：

步骤1，将膜反应器5的进水口与待处理水储存单元相连通，将膜组件3的出水口与处理后水储存单元相连通；将待处理水导入膜反应器5；

步骤2，通过太阳能板1或蓄电池2为阳电极和阴电极通电，给待处理水施加电场；调整膜反应器5位置使可见光利用最大化；设定曝气装置的曝气量，通过设定和调整曝气量完成曝气及反应溶液的混合搅拌；完成污水处理；

进行跨膜压差测量，压差从初始压力到达设定值即为一个反应周期，此时立即停止反应池的运行，根据需要完成膜清洗，待膜通量到达预期值后安装清洗后的膜重新开始下一周期。

实施例1：

本实用新型提供的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，发电装置、人工光源和膜反应器、液体输送装置、自动控制系统和电控柜。

发电装置包括太阳能板1、蓄电池2、PEDOT-PVDF复合导电过滤膜3和阴极钛板4。

反应装置包括膜反应器5，液位计6和差压计7置于反应池内。

流体输送装置包括液体输送泵9、进水管8、出水管10、气体压缩机12以及气体输送管道14。液体输送泵9的型号为YZ1515x，气体压缩机12的型号为ACO-318；液体输送泵9与进水管8、出水管10配套连接，并设置相应转速；液体输送泵9的排液口通过液体输送管道与膜反应器5的进液口相连通，气体压缩机12的排气口通过气体输送管道14与膜反应器5 的进气口相连通，气体输送管道上设置有止回阀15。

反应池内部通过曝气头16进行曝气以调整反应池中溶解氧含量，设定曝气装置的曝气量，通过设定和调整曝气量完成曝气及反应溶液的混合搅拌；完成污水处理。自动控制系统分别与液体输送泵9、气体压缩机12、液位计6和流体输送管道相连接，液位计6控制反应池中混合液的体积维持动态稳定，自动控制系统能够自动控制液体输送泵9和气体压缩机12启动与停止。电控柜分别与液体输送泵9和气体压缩机12相连接，通过电控柜能够手动控制液体输送泵9和气体压缩机12启动与停止。

本实施案例中，膜反应池5由有机玻璃制成，呈长方体，反应器5主体结构由有机玻璃(27.5*16.5cm)制成，进光部分为石英玻璃(16*14cm)，内部为膜组件(15*13cm)和钛板；本实用新型的基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统中，通过太阳能板进行电能输出，且可将多余的电能存储于蓄电池中，不会造成二次污染；发电装置的阴阳电极与与膜反应器的阴极阳极对应连接，使膜反应器中产生电场，激发电子-空穴分离的同时抑制其复合。电场的作用：抑制阳极的膜材料(催化剂)其跃迁出的电子与空穴的复合速度，能有效增强催化剂的氧化性，提高催化效率。通过利用太阳能清洁能源，无需化学药品，不会产生二次污染。

开创性地，以上各个效果独立存在，本实用新型能用一套结构完成上述结果的结合。需要说明的是，本实用新型提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，包括发电装置、膜反应器(5)和曝气装置，其中，发电装置的阳极和阴极分别与膜反应器(5)的阳极和阴极连接，用于向膜反应器(5)提供电场；所述曝气装置置于膜反应器(5)的内腔底部；

所述膜反应器(5)包括框架结构、膜组件(3)和钛板(4)，其中，膜组件(3)和钛板(4)成对布置在膜反应器(5)内，且分别与发电装置的阳极和阴极连接；

所述框架结构上设置有进光部分。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，所述膜反应器(5)设置有进水口和出水口，所述进水口和出水口均与液体运输装置连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，所述液体运输装置包括进水管(8)、出水管(10)和液体输送泵(9)，其中，进水管(8)的进水口用于与污水储存装置相连通，进水管(8)的出水口与膜反应器(5)的进水口相连通；出水管(10)的进水口与膜反应器(5)的出水口相连通，出水管(10)的出水口与净化水储水罐相连通；液体输送泵(9)设置有两个，分别布置在进水管(8)和出水管(10)上。

4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，所述发电装置包括太阳能板(1)和蓄电池(2)，其中，太阳能板(1)的电能输出端与蓄电池(2)的电能输入端相连接；蓄电池(2)的正极和负极分别与膜反应器(5)中的阴极和阳极相连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，所述曝气装置包括曝气头(16)、气体压缩机(12)、体输送管道(14)，其中，曝气头(16)布置在膜反应器(5)的底部，所述曝气头(16)的进气口通过气体输送管道(14)与气体压缩机(12)连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，所述气体输送管道(14)与气体压缩机(12)之间设置有刚性连接管道(13)。

7.根据权利要求5所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，所述曝气头(16)的进气口处设置有用于控制曝气量的止回阀(15)。

8.根据权利要求5所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，膜反应器(5)内还设置有控制装置，所述控制装置包括控制处理器、液位计(6)和压差计(7)；所述液位计(6)和压差计(7)均设置在膜反应器(5)内，液位计(6)用于检测膜反应器(5)的液位；压差计(7)用于采集膜反应器(5)的压差；

所述液位计(6)和压差计(7)的信号输出端均与控制处理器的信号接收端相连接，控制处理器的信号输出端分别与液体输送泵(9)和气体压缩机(12)的信号接收端相连接。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种基于太阳能及太阳光的可见光-电催化膜分离系统，其特征在于，所述膜组件(3)为PEDOT-PVDF复合导电过滤膜。

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