CN113149295A - 一种基于太阳池发电的污水处理循环*** - Google Patents

一种基于太阳池发电的污水处理循环*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳池发电的污水处理循环***，所述基于太阳池发电的污水处理循环***包括污水处理管路***和太阳池，污水处理***呈环岛分布，太阳池设置在环岛中心处；污水处理管路***包括一级处理池、电解池、二级处理池、淡水池和电力***主控装置，电解池、二级处理池和淡水池呈环岛分布，一级处理池设置在电解池的一侧；太阳池包括半球状太阳池保护罩、太阳池主体和外部定日镜镜场，太阳池主体设置在环岛的中心处，太阳池保护罩设置在太阳池主体的正上方，定日镜镜场环绕太阳池主体设置；具有适用范围广、节能环保效果显著等优点。

Description

一种基于太阳池发电的污水处理循环***
技术领域
本发明涉及环保设备领域，尤其涉及一种基于太阳池发电的污水处理循环***。
背景技术
随着社会经济的发展，人口的不断增长，在生产和生活过程中产生的废弃物也越来越多，这些废弃物绝大部分最终直接或间接地进入水体，造成严重污染，导致生态环境遭到严重破坏，危害人类健康，影响经济发展。我国污水处理面临着水污染严重，污水治理起步晚、基础差、要求高的形势。虽然近些年城市污水处理建设有了很大发展，但绝大多数城市的污水处理能力满足不了实际需要。存在污水处理率较低、污水处理设施运行经费难以保障，污水处理***难以同时适用于内陆和沿海地区等问题。
太阳池是一个自上而下盐度逐渐增加、直到饱和的盐水池，呈梯度稳定状态而抑制对流散热并聚集能量，使得上层温度低而下层温度高。太阳池发电以池底高温盐水作为热源，通过热交换器加热工质，从而驱动汽轮发电机组。因其发电***结构简单，建造成本较低，且能长时间（跨季度）蓄热，即使在夜晚或阴雨天也能正常运行，可以在全年内提供性能稳定的高品质低温热源，故这种新兴的太阳能利用技术成为近期内进行大规模太阳能热利用的最有前景的低温热源装置。
在这种大的背景下，设计出一款利用清洁能源来处理污水的循环***是很有必要的，因此提供一种基于太阳池发电的污水处理循环***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，绝大多数城市的污水处理能力满足不了实际需要，存在污水处理率较低、污水处理设施运行经费难以保障，污水处理***难以同时适用于内陆和沿海地区等问题，所以提供一种基于太阳池发电的污水处理循环***，所述基于太阳池发电的污水处理循环***包括：
污水处理管路***和太阳池，所述污水处理***呈环岛分布，所述太阳池设置在环岛中心处；
所述污水处理管路***包括一级处理池、电解池、二级处理池、淡水池和电力***主控装置，所述电解池、二级处理池和所述淡水池呈环岛分布，所述一级处理池设置在所述电解池的一侧，所述电解池与所述一级处理池于所述电解池通过管路相连通，所述电解池与所述二级处理池通过管路相连通，所述二级处理池与所述淡水池通过管路相连通；
所述太阳池包括半球状太阳池保护罩、太阳池主体和外部定日镜镜场，所述太阳池主体设置在环岛的中心处，所述太阳池保护罩设置在太阳池主体的正上方，所述太阳池保护罩与所述太阳池主体可拆卸连接，所述定日镜镜场环绕所述太阳池主体设置。
进一步地，所述电解池和所述二级处理池之间设置有特种作业舱，所述特种作业舱包括干燥机，所述特种作业舱用于进行蒸发浓缩并通过干燥机干燥。
进一步地，所述电解池包括进水管道、可拆卸池底、两块开孔式玻璃挡板、正电极棒、负电极棒、阳离子交换膜和废渣出口，所述电解池的内壁设置有绝缘层，两块所述开孔式玻璃板与所述电解池内部可拆卸连接，两块所述开孔式玻璃板用于将所述电解池分为三层，所述正电极棒、阳离子交换膜和负电极棒依次设置在两块所述开孔式玻璃板之间。
进一步地，所述一级处理池中安装有细格栅，所述一级处理池管道出口处设置有微滤装置。
进一步地，所述二级处理池在环形舱壁两端均设置有吸附树脂，所述二级处理池的一端向外沿伸设置有污泥浓缩池。
进一步地，所述二级处理池和淡水池之间设置有净水过滤装置。
进一步地，所述定日镜镜场有定日镜构成，所述定日镜包括反射镜、跟踪传动机构和立柱，所述立柱的顶端通过跟踪传动机构与所述反射镜固定连接。
进一步地，所述太阳池保护罩为双层蜂窝结构，所述太阳池保护罩的内层为聚酯薄膜，所述太阳池的外层由多块双面凸透镜构成。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本***中太阳池部分利用太阳能和盐度梯度进行发电，其电力来源属于可再生的清洁能源；而太阳池建池主体（盐水和淡水）来自于污水，该***能够将污水变废为宝，环保效果显著。
2.本***在污水预处理后设立微滤（MF）装置，可有效截留溶液中的沙砾、淤泥、黏土等颗粒物和藻类及一些细菌，允许大分子有机物和无机盐通过；设立电解池、干燥机等装置制取衍生产品。
3.本***改良后的太阳池增设定日镜以弥补太阳池光照强度，打破了太阳池选址地域限制；该***同时兼容内陆地区和沿海地带，内陆地区可对工厂废水进行处理，沿海地带可对海水进行提纯，并兼具制盐、海水淡化和发电等功能。
附图说明
图1是本发明的结构简图；
图2是本发明的细格栅的示意图；
图3是本发明的电解池的示意图；
图4是太阳池结构及其保护罩示意图；
图5是定日镜镜场与太阳池布置示意图；
其中，附图标记对应应为：1-一级处理池、2-电解池、3-特种作业舱、4-二级处理池、5-污泥浓缩池、6-淡水池、7-人工通道、8-电力***主控装置、9-细格栅、10-进水管道、11-正电极棒、12-阳离子交换膜、13-负电极棒、14-废渣出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅说明书附图1-5，本实施例中所要解决的技术问题在于，绝大多数城市的污水处理能力满足不了实际需要，存在污水处理率较低、污水处理设施运行经费难以保障，污水处理***难以同时适用于内陆和沿海地区等问题，所以提供一种基于太阳池发电的污水处理循环***，所述基于太阳池发电的污水处理循环***包括：
污水处理管路***和太阳池，污水处理***呈环岛分布，太阳池设置在环岛中心处；
污水处理管路***包括一级处理池1、电解池2、二级处理池4、淡水池6和电力***主控装置8，电解池2、二级处理池4和淡水池6呈环岛分布，一级处理池1设置在电解池2的一侧，电解池2与一级处理池1于电解池2通过管路相连通，电解池2与二级处理池4通过管路相连通，二级处理池4与淡水池6通过管路相连通；
太阳池包括半球状太阳池保护罩、太阳池主体和外部定日镜镜场，太阳池主体设置在环岛的中心处，太阳池保护罩设置在太阳池主体的正上方，太阳池保护罩与太阳池主体可拆卸连接，定日镜镜场环绕太阳池主体设置。
电解池2和二级处理池4之间设置有特种作业舱3，特种作业舱3包括干燥机，特种作业舱3用于进行蒸发浓缩并通过干燥机干燥。
电解池2包括进水管道10、可拆卸池底、两块开孔式玻璃挡板、正电极棒11、负电极棒13、阳离子交换膜12和废渣出口14，电解池2的内壁设置有绝缘层，两块开孔式玻璃板与电解池2内部可拆卸连接，两块开孔式玻璃板用于将电解池2分为三层，正电极棒11、阳离子交换膜12和负电极棒13依次设置在两块开孔式玻璃板之间。
一级处理池1中安装有细格栅9，一级处理池1管道出口处设置有微滤装置。
二级处理池4在环形舱壁两端均设置有吸附树脂，二级处理池4的一端向外沿伸设置有污泥浓缩池5。
二级处理池4和淡水池6之间设置有净水过滤装置。
定日镜镜场有定日镜构成，定日镜包括反射镜、跟踪传动机构和立柱，立柱的顶端通过跟踪传动机构与反射镜固定连接。
太阳池保护罩为双层蜂窝结构，太阳池保护罩的内层为聚酯薄膜，太阳池的外层由多块双面凸透镜构成。
淡水池6和电力***主控装置8之间还设置有人工通道7。
本实施例的实施原理：
本设计***采用环岛式布置排列结构，从图中可以看出，引进的废水经过初步处理池沉砂、初沉、气浮、调节以后被水泵抽取进入环形水池，环形水池设立电解池，电解后能够实现金属氧化物与含有部分离子的分离，特种作业舱可进行蒸发浓缩并通过干燥机干燥以便后续进一步的提纯，二级处理池在环形舱壁两段间设置吸附树脂用于吸附残余的金属离子，在经过这一系列流程后，加入聚合硫酸铁将悬浮物彻底进行沉淀，最后通过过滤膜等装置得到净水。进入环形结构后被沉淀的东西统一由管路收集排放进污泥浓缩池，净水则暂时储备在淡水池用于检测，待检测结果达到排放标准后可用作生活用水。
为了更好地达到地达成水质监测，特引入一套基于两电极体系的水质参数检测***针对PH、温度、溶解氧、电导率、氨氮、化学需氧量、浊度等水质参数进行水质检测和整个运行***的监测。电力***主控室有汽轮发电机组、水质参数检测***组成，可实现发电的集成、转换和对各种电气设备和电力***运行情况的监测。
电解池池体内侧为绝缘层，在电解池内层起到绝缘作用，避免池体内壁干扰电解效果增加耗电量。电解池由下往上分为四层，最下面一层为污水区。倒数第二层为电解区，电解区由上下两块开孔式玻璃挡板组成，玻璃挡板与池体内侧可拆装式连接，便于定期清理玻璃挡板和更换电极棒，避免因长期使用导致电解区污染和降低电解效率，同时将阳离子交换膜安置于电解区中间。倒数第三层为清水区，但是依旧还有一定的金属离子等。最后一层为废渣层，废渣区里面还有质量较轻的金属氧化物和较小的絮凝物。由于重力影响，质量较大的金属氧化物和絮凝物向下沉淀在池底。电解池池底为可拆装式池底，便于定期清扫。
本实施例选用的废水种类为引入的污水成分为含有氰化物、氟化物、硫化物、硝基化合物、酸碱、氮、氨、氯、锰、铜、镁、铅、镉、锗、铬、锌、镉、镍、铅、苯等有害物的废水，废水首先通过一级处理池，一级处理池中安装有细格栅，管道出口处安装有MF装置。细格栅能够拦截大部分悬浮物或漂浮状态的固体污染物使其沉淀在池底，然后通过MF装置，MF装置具有允许大分子有机物和无机盐通过、阻挡悬浮物细菌部分病毒及大尺度胶体等的效果。接着将通过的废水经管道运输至电解池，废水由下往上经电解区电离出金属离子，金属离子漂浮在废渣区表面与氧气发生反应生成对应的氧化物经水流运动经出口排至特种作业舱进行蒸发压缩，用干燥机对其进行蒸发提纯，干燥机是指一种利用热能降低物料水分的机械设备，用于对物体进行干燥操作。干燥机通过加热使其汽化逸出，以获得规定湿含量的固体物料。电解池产出的气体将其收集储存利用。本项目由于最终浓缩液含有大量的常规离子，可以通过蒸汽对其加热将离子分离出来，做成干燥盐。将清水区内的液体经管道运输至二级处理池，经若干层树脂膜吸附提取出其中Cu和Na离子，最终将饱和的树脂膜经人工取出浸入10%~20%H2SO4的溶液中同时加入Ca（OH）2溶液最终反应生成热Na2SO4溶液、热CuSO4溶液、CaSO4沉淀和Cu（OH）2沉淀等衍生产品，而热的Na2SO4溶液、CuSO4溶液可以作为电工质充入太阳池中，可以避免冲入的电池质温度过低而造成的太阳池整体温度下降影响其工作效率。树脂又可以通过硫酸溶液再生而进行重复利用完全贴合了节能减排这一宗旨。通过管道将二级处理池中的溶液运输至三级处理池，对三级处理池下药（[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m聚合硫酸铁），聚合硫酸铁具有除浊、脱色、脱油、除菌、除臭、去除水中COD、BOD及重金属离子效果好净水效果明显同时投放量少价格低廉等效果。接着顺着管道将三级处理池中液体充入四级处理池，在四级处理池中装有超滤膜，在超滤膜前装有过滤器，对三级处理池下药（粉末活性炭）来吸附处理残留于水中的有机物等。过滤器能将活性炭和絮体等过滤接着通过超滤膜进行二次除色，最后将四级处理池中的液体通过亲水多微孔膜，只有水可以通过膜，再次去除残留少量的悬浮物，浊度等污染物，以及去除少量残留的的溶解态盐的到最后处理好的水质，将得到的水质暂时储备在淡水池中。通过仪器检测该水质是否无病毒、无重金属污染物、无有害物质等的标准，符合国家规定的COD排放准则后一部分水可以直接作为生活用水排放，另一部分充入太阳池表面清水覆盖层，实现废水的淡化利用。同时太阳池可以为污水处理和干燥机等装置提供能量。
太阳池的基本构造如下所述：最上层为上对流层（UCZ），一般由清水组成，其温度与环境温度相近，具有隔热保温和防止下层溶液被扰动的功能；中间层为非对流层(NCZ)，其溶液浓度随池深梯度增大，能有效防止下层池水由于温度升高而产生的竖直方向的自然对流，因此可以使下对流层温度比上对流层温度高很多，从而达到收集和储存太阳能的目的。最下层为下对流（LCZ），由饱和盐溶液组成主要起储热和吸热作用，其最高温度可达到100℃左右。在太阳池顶部采用光学特性和隔热性能良好的透明保护罩，可使太阳池上对流层不受灰尘、风力及大部分紫外线影响。半球状的太阳池保护罩可减少太阳池表面因光照而蒸发的淡水数量，由于半球状保护罩的存在，原本挥发到空气中的绝大部分淡水会遇冷而以水珠形式凝结在保护罩内表面，当其数量达到一定程度，会沿圆弧两边缓慢划入太阳池上表面，相较于市场上传统的太阳池设计有效缓解了上表面清水层因挥发而需要频繁注入淡水的问题同时半球状太阳池保护罩为双层蜂窝结构，其中内层由耐热性良好、吸水率低的聚酯薄膜构成，外层由多块透光玻璃组成，其中每块投光玻璃都是一个双面凸透镜，投射在每块透光玻璃上的太阳光同时聚焦在太阳池表面的中心圆范围，使太阳池形成一个加热中心，来二次提高太阳池受热温度。
定日镜是一种由反射镜、支撑结构、跟踪传动机构、立柱及其控制***等组成的聚光装置。定日镜环绕在太阳池周围，以太阳池为中心，定日镜镜架阵列高度由内而外逐渐递增，环绕几周。可双轴转动的平面反射镜跟踪太阳，并将太阳光反射均匀聚焦到太阳池池面。定日镜的立柱采用空心铜管立柱，大约能减少32%得到钢用量。反射镜与支撑结构采用反射镜与背板接触点多，通过控制背板的面形从而获取理想的反射镜面形的粘结工艺。首先利用天文和算法计算出太阳的位置，然后计算出定日镜的跟踪姿态，最后向定日镜控制电机发达命令来实现对太阳的追踪。定日镜的机械跟踪采用双轴跟踪中的方位角-高度角的工作方式，在运行过程中，需要绕立柱轴发生水平转动和绕转动轴发生竖向运动，来保障镜面法线始终跟随太阳的运行轨迹运行并将太阳光反射均匀聚焦到太阳池的表面，提高发电效率。
本实施例中涉及的化学反应公式：
（1）在电解池中阳极发生氧化反应：Fe - 2e → Fe2+
阴极发生还原反应：2H+ + 2e→2【H】→H2
电解池中电解液包含的金属离子例如Fe2+与空气中的O2发生化学反应：
Fe2++ O2 = FeO ↓
其中的部分Fe2+与OH—离子发生化学反应生成的Fe（OH）2的与O2和H2O可以发生反应：
离子方程式：4Fe2++O2+4H+→2H2O+4Fe3+
化学方程式：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 ↓
（2）电解池中发生的化学反应：
2NaOH+CuSO4=Cu（OH）2↓+Na2SO4 H2SO4+NaOH=Na2SO4+H2O
Cr3++3OH—=Cr（OH）3↓ FeSO4+S2—=FeS↓+SO4 2—
（3）将饱和的树脂膜放入10%~20%H2SO4的溶液中可以发生如下的化学反应：
Cu2+ + H2SO4 = CuSO4 + H+
Na+ + H2SO4 = Na2SO4 + H+
再将Ca(OH)溶液加入到反应后的溶液中发生化学反应生成沉淀：
CuSO4 + Ca（OH）2 = CaSO4↓ + Cu（OH）2↓
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，包括：污水处理管路***和太阳池，所述污水处理***呈环岛分布，所述太阳池设置在环岛中心处；
所述污水处理管路***包括一级处理池、电解池、二级处理池、淡水池和电力***主控装置，所述电解池、二级处理池和所述淡水池呈环岛分布，所述一级处理池设置在所述电解池的一侧，所述电解池与所述一级处理池于所述电解池通过管路相连通，所述电解池与所述二级处理池通过管路相连通，所述二级处理池与所述淡水池通过管路相连通；
所述太阳池包括半球状太阳池保护罩、太阳池主体和外部定日镜镜场，所述太阳池主体设置在环岛的中心处，所述太阳池保护罩设置在太阳池主体的正上方，所述太阳池保护罩与所述太阳池主体可拆卸连接，所述定日镜镜场环绕所述太阳池主体设置。
2.根据权利要求1所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述电解池和所述二级处理池之间设置有特种作业舱，所述特种作业舱包括干燥机，所述特种作业舱用于进行蒸发浓缩并通过干燥机干燥。
3.根据权利要求2所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述电解池包括进水管道、可拆卸池底、两块开孔式玻璃挡板、正电极棒、负电极棒、阳离子交换膜和废渣出口，所述电解池的内壁设置有绝缘层，两块所述开孔式玻璃板与所述电解池内部可拆卸连接，两块所述开孔式玻璃板用于将所述电解池分为三层，所述正电极棒、阳离子交换膜和负电极棒依次设置在两块所述开孔式玻璃板之间。
4.根据权利要求3所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述一级处理池中安装有细格栅，所述一级处理池管道出口处设置有微滤装置。
5.根据权利要求4所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述二级处理池在环形舱壁两端均设置有吸附树脂，所述二级处理池的一端向外沿伸设置有污泥浓缩池。
6.根据权利要求5所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述二级处理池和淡水池之间设置有净水过滤装置。
7.根据权利要求6所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述定日镜镜场有定日镜构成，所述定日镜包括反射镜、跟踪传动机构和立柱，所述立柱的顶端通过跟踪传动机构与所述反射镜固定连接。
8.根据权利要求7所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述太阳池保护罩为双层蜂窝结构，所述太阳池保护罩的内层为聚酯薄膜，所述太阳池的外层由多块双面凸透镜构成。
9.根据权利要求8所述的基于太阳池发电的污水处理循环***，其特征在于，所述淡水池和所述电力***主控装置之间还设置有人工通道。
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