CN111606461B - 基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***及处理方法 - Google Patents

Abstract

公开了基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***及处理方法，***中，破乳过滤器经由第一阀连接污水预处理单元以预定流速接收污水，使得污水油水分层，介电泳油水分离器电连接蓄电池，介电泳油水分离器经由第二阀连接破乳过滤器以将污水油水分离成油质和水质，电吸附除盐装置输入端经由第三阀连接水侧后处理端以导入水质，电吸附除盐装置的正电极板和负电极板分别连接倒极控制器，倒极控制器连接蓄电池，其中，当第三阀开启时，正电极板和负电极板生成电场电吸附水质中的盐分以分离水质中的盐分，极板清洗装置经由第四阀连接电吸附除盐装置，当第三阀关闭时，第四阀开启，极板清洗装置清洗正负极板。

Description

基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***及处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是一种基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***及处理方法。

背景技术

在石油开采、运输、装卸、加工和使用过程中，由于泄漏和排放石油引起的污染日趋严重，全球每年约有400万吨石油泄露或排入海洋环境。而且，工业生产、航空航天、生活废水及国防设施等都有对含油含杂的水及含水含杂的油进行净化处理的需求，对含油含杂的水及含水含杂的油进行净化处理历来是相关生产过程的重要环节，是提高产品质量与经济效益的重要手段，也是环保排放的达标要求。

含油水中的油，按油珠粒径可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油，通过目前的沉降分离装置可去除大部分浮油和1/4左右的乳化油及颗粒直径大于10um的杂质胶团，但余下极少量浮油、3/4左右乳化油和颗粒在3-10um的杂质胶团尚未去除，由于单纯的油颗粒和单纯的固体颗粒在流动过程中与水分离是利用密度不同的性质达到的，但对于油颗粒中含有小水珠，或油颗粒中包含固体颗粒，这种复合颗粒的密度与水的密度基本一致，这很难利用上述方法进行分离。

已有的油水净化技术有化学法、微生物法、物理法等。但化学法易造成二次污染、絮凝分离后的油不易回收且成本高。微生物法则条件苛刻，菌落种群易退化及变异。物理法又有离心法、旋流法、沉降法、气体浮选法等，均耗时长，效率低下。

对于石油泄漏的海洋水以及工业污水的深度处理除盐技术多为双膜法工艺，即UF+RO，但由于该工艺中的UF和RO对油、重金属特别敏感，加之来水温度不稳定及前段加药量变化等因素的影响，使得双膜法在实际应用中产水率低、膜更换频繁、故障率高等。以致运行效果十分不理想，造成整个工艺流程不顺畅，出水合格率难以保证，影响水***的回水质量。在实际工程中虽然针对以上情况采用了严格的预处理手段，但运行效果仍难以改善。

废水、污水通过处理再利用，不但可以节约宝贵水资源，而且可以大幅度减少污水排放，保护人类赖以生存的自然环境，对于人类的生活和经济的可持续发展具有重要意义。太阳能作为人类最大的可再生自然资源，具有清洁、廉价、永不枯竭的特点，已成为解决能源与环境双重危机的重要方向。将太阳能作为油水分离，盐水分离的能量来源具有深远的应用价值。因此，寻找新型高效、低能、可靠、可持续的太阳能油水分离，盐水分离方式已成为必然趋势。

背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***及处理方法。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***包括，

太阳能光伏板，其吸收太阳光转换成电能，

蓄电池，其连接所述太阳能光伏板以储存所述电能，

污水预处理单元，其沉淀待处理的含油盐污水以分离杂质，

破乳过滤器，其经由第一阀连接所述污水预处理单元以预定流速接收污水，使得污水油水分层，

介电泳油水分离器，其电连接所述蓄电池，介电泳油水分离器经由第二阀连接破乳过滤器以将污水油水分离成油质和水质，其中，油质经由油侧后处理端导出和水质经由水侧后处理端导出，述介电泳油水分离器包括用于生成不均匀电场的绝缘异形膜，不均匀电场使得油质发生极化作用以油水分离，所述绝缘异形膜为纳米级圆台状结构，所述圆台状结构包括具有第一直径的入口以及大于第一直径的第二直径的出口，入口的电场强度小于出口的电场强度，在不均匀电场作用下，油质发生极化作用以远离所述入口，

电吸附除盐装置，其输入端经由第三阀连接所述水侧后处理端以导入水质，电吸附除盐装置的正电极板和负电极板分别连接倒极控制器，所述倒极控制器连接所述蓄电池，其中，当第三阀开启时，正电极板和负电极板生成电场电吸附水质中的盐分以分离水质中的盐分，分离盐分后的水质经由出水终处理端导出，

极板清洗装置，其经由第四阀连接所述电吸附除盐装置，当第三阀关闭时，第四阀开启，极板清洗装置清洗正负极板，清洗后的流体经由清洗后处理端导出。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***中，电吸附除盐装置包括多个支撑板，所述支撑板的上表面设有上极板，下表面设有下极板，上下极板之间形成流通水质的流道。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***中，每个流道的上极板和下极板分别作为一个整体与倒极控制器相连。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***中，上极板或下极板包括活性炭纤维。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***中，所述污水预处理单元包括沉淀池和过滤单元。当第三阀关闭时，倒极控制器停止供电所述电吸附除盐装置。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***中，所述倒极控制器周期地切换正电极板和负电极板的极性。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***中，极板清洗装置包括用于冲洗所述正电极板和负电极板的喷嘴。

根据本发明另一方面，一种所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的处理方法包括以下步骤，

太阳能光伏板吸收太阳光转换成电能，蓄电池储存所述电能，

污水预处理单元沉淀待处理的含油盐污水以分离杂质，破乳过滤器以预定流速接收污水使得污水油水分层，

介电泳油水分离器将污水油水分离成油质和水质，其中，油质经由油侧后处理端导出和水质经由水侧后处理端导出，

当第三阀开启时，正电极板和负电极板生成电场电吸附水质中的盐分以分离水质中的盐分，分离盐分后的水质经由出水终处理端导出，当第三阀关闭时，第四阀开启，极板清洗装置清洗正负极板，清洗后的流体经由清洗后处理端导出，倒极控制器切换正负极板，进行下一周期的电吸附除盐。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过光伏板收集太阳能同时产电，供给***运行所需电能；介电泳油水分离装置显著提高了污水油水分离的效能；电吸附除盐装置对污水进行盐水分离；倒极控制器可控制电吸附装置极板的正负极切换，使得正负极板的阴阳离子中合释放，避免其占据极板空间而降低利用率。同时，在切换正负极时，对电吸附装置的极板进行冲洗，来保持装置的高效率，具有显著社会效益和循环经济效益，可广泛应用于高油高盐废水净化领域。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的异形膜的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的电吸附除盐装置的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图3所示，一种基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***包括，

太阳能光伏板2，其吸收太阳光转换成电能，

蓄电池5，其连接所述太阳能光伏板2以储存所述电能，

污水预处理单元1，其沉淀待处理的含油盐污水以分离杂质，

破乳过滤器3，其经由第一阀13连接所述污水预处理单元1以预定流速接收污水，使得污水油水分层，

介电泳油水分离器4，其电连接所述蓄电池5，介电泳油水分离器4经由第二阀14连接破乳过滤器3以将污水油水分离成油质和水质，其中，油质经由油侧后处理端7导出和水质经由水侧后处理端8导出，

电吸附除盐装置10，其输入端经由第三阀16连接所述水侧后处理端8以导入水质，电吸附除盐装置10的正电极板和负电极板分别连接倒极控制器6，所述倒极控制器6连接所述蓄电池5，其中，当第三阀16开启时，正电极板和负电极板生成电场电吸附水质中的盐分以分离水质中的盐分，分离盐分后的水质经由出水终处理端12导出，

极板清洗装置9，其经由第四阀17连接所述电吸附除盐装置10，当第三阀16关闭时，第四阀17开启，极板清洗装置9清洗正负极板，清洗后的流体经由清洗后处理端11导出。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，所述介电泳油水分离器4包括用于生成不均匀电场的绝缘异形膜15，不均匀电场使得油质发生极化作用以油水分离。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，所述绝缘异形膜15为纳米级圆台状结构，所述圆台状结构包括具有第一直径的入口以及大于第一直径的第二直径的出口，入口的电场强度小于出口的电场强度，在不均匀电场作用下，油质发生极化作用以远离所述入口。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，电吸附除盐装置10包括多个支撑板18，所述支撑板18的上表面设有上极板，下表面设有下极板，上下极板19之间形成流通水质的流道。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，每个流道的上极板和下极板分别作为一个整体与倒极控制器6相连。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，上极板或下极板包括活性炭纤维。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，所述污水预处理单元1包括沉淀池和过滤单元。当第三阀16关闭时，倒极控制器6停止供电所述电吸附除盐装置10。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，所述倒极控制器6周期地切换正电极板和负电极板的极性。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，极板清洗装置9包括用于冲洗所述正电极板和负电极板的喷嘴。

所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的优选实施例中，处理***包含太阳能电池模块，以介电泳分离器和电吸附除盐装置10为主的流路模块，电吸附装置的清洗与倒极模块。

太阳能电池模块包括：

太阳能光伏板2，其吸收太阳光转换成电能。

蓄电池5，其用以储存转化的电能，并对介电泳分离装置与电吸附除盐装置10供电，以及实现与倒极模块的衔接。

在所述太阳能电池模块，其可以对太阳能进行吸收，储存，同时供给整个***的电力需求。本发明既可以实现节能环保的目的，也有***单独自主供电，不受外界干扰的好处。

流路模块包括：

污水预处理，其对原始污水进行沉淀、化学、过滤等处理，以免妨碍后续处理。

破乳过滤器3，其将油水混合物乳状液完全破坏，成为不相混溶的两相，即消除油水乳状液稳定化条件，使分散的液滴聚集、分层。

介电泳油水分离器4，其利用悬浮在介质溶液中的不带电微粒在非均匀电场中发生极化作用而产生定向运动的特性。在分离器的中间设有特殊的绝缘异形膜15，来保证膜上纳米孔入口侧的电场强度小于出口的电场强度。当上下极板19通电且油滴微粒因流动接近或进入膜上纳米孔时，孔周围形成的非均匀电场使得油滴微粒发生极化作用而向孔外移动。也即油滴并不能穿过该膜，以此实现油水分离。

油侧后处理端7，其对分离后的油根据需求进行不同的后处理，以满足需要。

水侧后处理端8，其对分离后的含高盐污水根据需求进行后处理。

电吸附除盐装置10，其利用含有高浓度废盐的污水在阴阳电极之间流动，水中离子将分别向带着相反电荷的电极迁移并被吸附在电极表面的双电层中，以此实现除盐效果。

出水终处理，其对分离后的水根据需求进行不同的后处理，以满足需要。

在所述的流路模块中，介电泳油水分离器4中设有特殊的绝缘异形膜15，其中设有多个类似圆台状的小孔。因其形状的变化，通电时膜内会出现非均匀电场，孔入口的电场强度小于孔出口的电场强度，油滴并不能通过该膜，以此进一步的油水分离。

在所述的流路模块中，介电泳分离器为新型的油水分离装置。其好处在于，不需要添加化学试剂或生物试剂；不需要同以往的油水分离器4一样加高压；除电能外，无需消耗性易损件，成本低廉；效率高，寿命长，分离彻底等。

在所述的流路模块中，电吸附除盐装置10采用多级并联的布置结构，并在各个支撑板18上设有以活性炭纤维为材料的电极，相邻支撑板18之间形成一个流道，并联使用，大大缩短流道的长度，减小阻力，便于与倒极模块相连。

电吸附装置的倒极和清洗模块包括：

倒极控制器6，其控制蓄电池5储存的电能对电吸附除盐装置10进行周期地切换正负极的供电方式来实现电吸附装置极板的倒极。

极板清洗装置9，其在电吸附装置断电时对极板进行冲水清洗。

清洗后处理，其根据需求处理并利用清洗后的水。

在所述的电吸附装置的倒极和清洗模块中，倒极控制器6可控制电吸附装置极板的正负极切换，使得正负极板的阴阳离子中合释放，避免其占据极板空间而降低利用率。同时，在切换正负极时，对电吸附装置的极板进行冲洗，来保持装置的高效率。而且，在电吸附并联结构中，将各正负电极用分别导线引出，并汇合于倒极控制器6的两路中，方便调节。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，如图1所示，一个太阳能蓄电式高油高盐废水净化的***包括太阳能电池模块，以介电泳分离器和电吸附除盐装置为主的流路模块，电吸附装置的清洗与倒极模块。

对于太阳能电池模块，利用多块太阳能光伏板2吸收能量，并将能量储存在蓄电池5中。通过配电控制，对介电泳油水分离器4进行供电以及通过与倒极控制器6的衔接对电吸附除盐装置10进行供电。

对于流路模块，首先对含有废油废盐的污水进行污水预处理1，消除沉淀物、污泥等杂质。其次，通过调节第一阀13阀门大小，将污水以适宜的流速通入破乳过滤器3中，便于将油水分层为不相混溶的两相。再次，调节第二阀14阀门大小，将污水通入介电泳油水分离器4中，实现油水分离，并进行油侧后处理端7和水侧后处理端8。之后，调节第三阀16阀门大小，将含有废盐的污水通入电吸附除盐装置10中，实现水盐分离，并进行出水终处理端12。

对于电吸附装置的倒极和清洗模块，在电吸附除盐装置10进行了一个周期的除盐过程后，控制第三阀16关闭其所在流路，利用倒极控制器6停止给电吸附除盐装置10通电，并控制第四阀17打开其所在流路，开启极板清洗装置9对极板进行清洗，后进行清洗后处理端11。完成极板清洗之后，利用倒极控制器6实现极板正负极的切换，再进行下一周期的电吸附除盐。

在一个实施例中，如图2所示，在分离器的中间设有具有不规则的类似圆台状纳米孔的绝缘膜，孔内会出现非均匀电场，孔入口的电场强度小于孔出口的电场强度。当上下极板通电且油滴微粒处于膜内时，孔内形成的非均匀电场使得油滴微粒发生极化作用而向孔的上方移动。也即油滴并不能穿过该膜，以此实现油水分离。

在一个实施例中，如图3所示，于支撑板18上布置活性炭纤维作为电极材料19相邻支撑板形成一个流道，并联使用。每个流道的上、下极板分别作为一个整体与倒极控制器6相连。其好处在于可大大缩短流道的长度，减少阻力；易于***地受倒极控制器6的调节。

一种所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的处理方法包括以下步骤，

太阳能光伏板2吸收太阳光转换成电能，蓄电池5储存所述电能，

污水预处理单元1沉淀待处理的含油盐污水以分离杂质，破乳过滤器3以预定流速接收污水使得污水油水分层，

介电泳油水分离器4将污水油水分离成油质和水质，其中，油质经由油侧后处理端7导出和水质经由水侧后处理端8导出，

当第三阀16开启时，正电极板和负电极板生成电场电吸附水质中的盐分以分离水质中的盐分，分离盐分后的水质经由出水终处理端12导出，当第三阀16关闭时，第四阀17开启，极板清洗装置9清洗正负极板，清洗后的流体经由清洗后处理端11导出，倒极控制器6切换正负极板，进行下一周期的电吸附除盐。

工业实用性

本发明所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***及处理方法可以在污水处理领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (7)

1.一种基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***，其包括，

太阳能光伏板，其吸收太阳光转换成电能，

蓄电池，其连接所述太阳能光伏板以储存所述电能，

污水预处理单元，其沉淀待处理的含油盐污水以分离杂质，

破乳过滤器，其经由第一阀连接所述污水预处理单元以预定流速接收污水，使得污水油水分层，

介电泳油水分离器，其电连接所述蓄电池，介电泳油水分离器经由第二阀连接破乳过滤器以将污水油水分离成油质和水质，其中，油质经由油侧后处理端导出和水质经由水侧后处理端导出，所述介电泳油水分离器包括用于生成不均匀电场的绝缘异形膜，不均匀电场使得油质发生极化作用以油水分离，所述绝缘异形膜为纳米级圆台状结构，所述圆台状结构包括具有第一直径的入口以及大于第一直径的第二直径的出口，入口的电场强度小于出口的电场强度，在不均匀电场作用下，油质发生极化作用以远离所述入口，

电吸附除盐装置，其输入端经由第三阀连接所述水侧后处理端以导入水质，电吸附除盐装置的正电极板和负电极板分别连接倒极控制器，所述倒极控制器连接所述蓄电池，其中，当第三阀开启时，正电极板和负电极板生成电场电吸附水质中的盐分以分离水质中的盐分，分离盐分后的水质经由出水终处理端导出，电吸附除盐装置包括多个支撑板，所述支撑板的上表面设有上极板，下表面设有下极板，上下极板之间形成流通水质的流道，

极板清洗装置，其经由第四阀连接所述电吸附除盐装置，当第三阀关闭时，第四阀开启，极板清洗装置清洗正负极板，清洗后的流体经由清洗后处理端导出。

2.如权利要求1所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***，其中，每个流道的上极板和下极板分别作为一个整体与倒极控制器相连。

3.如权利要求1所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***，其中，上极板或下极板包括活性炭纤维。

4.如权利要求1所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***，其中，所述污水预处理单元包括沉淀池和过滤单元，当第三阀关闭时，倒极控制器停止供电所述电吸附除盐装置。

5.如权利要求1所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***，其中，所述倒极控制器周期地切换正电极板和负电极板的极性。

6.如权利要求1所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***，其中，极板清洗装置包括用于冲洗所述正电极板和负电极板的喷嘴。

7.一种权利要求1-6中任一项所述的基于太阳能蓄电的含油盐污水处理***的处理方法，其包括以下步骤，

太阳能光伏板吸收太阳光转换成电能，蓄电池储存所述电能，

污水预处理单元沉淀待处理的含油盐污水以分离杂质，破乳过滤器以预定流速接收污水使得污水油水分层，

介电泳油水分离器将污水油水分离成油质和水质，其中，油质经由油侧后处理端导出和水质经由水侧后处理端导出，

当第三阀开启时，正电极板和负电极板生成电场电吸附水质中的盐分以分离水质中的盐分，分离盐分后的水质经由出水终处理端导出，当第三阀关闭时，第四阀开启，极板清洗装置清洗正负极板，清洗后的流体经由清洗后处理端导出，倒极控制器切换正负极板，进行下一周期的电吸附除盐。

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