申请日2011.07.28
公开(公告)日2012.02.01
IPC分类号C02F1/461
摘要
一种同心管式太阳能电化学水处理装置，包括电源设备、进水装置、反应装置和清水分离装置，所述进水装置的进口与外部来水的出口连通，所述进水装置的出口与所述反应装置的进口连通，所述反应装置的出口与所述清水分离装置的进口连通，所述反应装置的电极接口与所述电源设备电连接。本实用新型利用太阳能作为水净化处理的能源，可以减少水净化处理工程的能耗，有利于生态环境的保护，直接利用太阳能发出的直流电力，直接应用于水净化处理，可以减少交流电和直流电转换过程所需的投入和能耗;采用电化学处理工艺完成水的净化，可以减少和避免化学添加剂的使用，从而减少化学物品的使用和降低运行成本。
权利要求书
1.一种同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：包括电源设备、进水装置、反 应装置和清水分离装置，所述进水装置的进口与外部来水的出口连通，所述进水装置的出口 与所述反应装置的进口连通，所述反应装置的出口与所述清水分离装置的进口连通，所述反 应装置的电极接口与所述电源设备电连接。
2.根据权利要求1所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：所述电源设 备包括太阳能发电装置、太阳能控制装置和蓄电装置，所述太阳能控制装置的进口与所述太 阳能发电装置的出口连接，所述蓄电装置的进口与所述太阳能控制装置的出口连接，所述反 应装置的电极接口与所述太阳能控制装置的出口电连接。
3.根据权利要求2所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：所述的太阳 能发电装置包括组件边框、钢化玻璃、封装材料、直流电接线盒和依次顺序连接的太阳能电 池片，所述直流电接线盒的出口与所述太阳能控制装置的进口连接。
4.根据权利要求3所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：所述太阳能 控制装置包括依次顺序连接的电池板电压检测与分组切换电路、负载电流检测与输出控制电 路、蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路、状态显示电路、串口数据上传、键盘输 入电路和微处理器，所述负载电流检测与输出控制电路的出口与所述反应装置的电极接口连 接，所述蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路的出口与所述蓄电装置的进口连接。
5.根据权利要求4所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：所述的蓄电 装置包括外壳和位于所述外壳内的依次顺序连接的正极柱、正极板、电解液、隔板、负极板 和负极柱，所述正极柱和所述负极柱分别与所述蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电 路中的正极和负极连接。
6.根据权利要求5所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：所述的进水 装置包括依次顺序连接的调节池、供水泵、电动机和流量计，所述调节池的进口与外部来水 的连接出口连接。
7.根据权利要求6所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：所述的反应 装置包括依次顺序连接的进水端密封组件、正极柱、正极管、分隔板、负极管、负极柱和出 水端密封组件，所述进水端密封组件的进口与所述进水装置中的所述流量计的出口连接，所 述反应装置中的所述正极柱和所述负极柱分别与所述太阳能控制装置中的所述负载电流检测 与输出控制电路出口的正极和负极连接。
8.根据权利要求7所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于：所述的清水 分离装置包括依次顺序连接的进水扩散室、清水分离室、出水室、固体收集室和污泥泵，所 述进水扩散室的进口与所述反应装置中的所述出水端密封组件的出口连接。
9.根据权利要求1至8任意之一所述的同心管式太阳能电化学水处理装置，其特征在于： 所述反应装置为同心管式电化学反应装置。
说明书
一种同心管式太阳能电化学水处理装置
技术领域
本发明涉及水处理设备技术领域，尤其涉及一种利用太阳能作为能源动力和利用电化学 反应原理作为水净化处理机理的同心管式太阳能电化学水处理装置。
背景技术
能源供应危机是当今世界共同面对的问题，也是制约社会经济发展的瓶颈，工业化和城 市化进程也产生了大量污水和排水，形成了对地球环境污染和生态破坏的严重威胁。利用太 阳能发电提供动力，采用电化学反应机理净化水，成为解决能源和环境问题的重要途径。
太阳能电池发电是利用一对光有响应并能将光能转换成电力的太阳能电池组件作为电 源。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。 它们的发电原理基本相同。以晶体为例的光发电过程为：P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅， 形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给 了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通 电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实 质是：光子能量转换成电能的过程。利用太阳能发电作为电源，是实现水净化过程中节能减 排的最有效的手段。
污水处理(sewage treatment，wastewater treatment)：为使污水达到排水某一水体或 再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能 源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生 活。
但是现有技术中的污水处理装置，要么需要化学添加剂，处理成本高并且污染环境，要 么需要利用电网中的电能，不仅消耗能源，而且需要将直流电转化成直流电后才能使用，转 化成本高、损耗大;并且现有技术中的污水处理装置其几何结构形状不利于阴极、阳极及其 间液体的表面接触，使有效操作的能耗较高，并且现有技术中的污水处理装置运行也不稳定。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的同心管式太阳能电化学水处理装置，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种同心管式太阳能电化学水处理装置，包括电源设备、进水装置、反应装置和清水分 离装置，所述进水装置的进口与外部来水的出口连通，所述进水装置的出口与所述反应装置 的进口连通，所述反应装置的出口与所述清水分离装置的进口连通，所述反应装置的电极接 口与所述电源设备电连接。
所述电源设备包括太阳能发电装置、太阳能控制装置和蓄电装置，所述太阳能控制装置 的进口与所述太阳能发电装置的出口连接，所述蓄电装置的进口与所述太阳能控制装置的出 口连接，所述反应装置的电极接口与所述太阳能控制装置的出口电连接。
所述的太阳能发电装置包括组件边框、钢化玻璃、封装材料、直流电接线盒和依次顺序 连接的太阳能电池片，所述直流电接线盒的出口与所述太阳能控制装置的进口连接。
所述太阳能控制装置包括依次顺序连接的电池板电压检测与分组切换电路、负载电流检 测与输出控制电路、蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路、状态显示电路、串口数 据上传、键盘输入电路和微处理器，所述负载电流检测与输出控制电路的出口与所述反应装 置的电极接口连接，所述蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路的出口与所述蓄电装 置的进口连接。
所述的蓄电装置包括外壳和位于所述外壳内的依次顺序连接的正极柱、正极板、电解液、 隔板、负极板和负极柱，所述正极柱和所述负极柱分别与所述蓄电池电压及环境温度检测与 充放电控制电路中的正极和负极连接。
所述的进水装置包括依次顺序连接的调节池、供水泵、电动机和流量计，所述调节池的 进口与外部来水的连接出口连接。
所述的反应装置包括依次顺序连接的进水端密封组件、正极柱、正极管、分隔板、负极 管、负极柱和出水端密封组件，所述进水端密封组件的进口与所述进水装置中的所述流量计 的出口连接，所述反应装置中的所述正极柱和所述负极柱分别与所述太阳能控制装置中的所 述负载电流检测与输出控制电路出口的正极和负极连接。
所述的清水分离装置包括依次顺序连接的进水扩散室、清水分离室、出水室、固体收集 室和污泥泵，所述进水扩散室的进口与所述反应装置中的所述出水端密封组件的出口连接。
所述反应装置为同心管式电化学反应装置。
本实用新型中的同心管式电化学污水处理装置采用直流电解化学原理处理污水，促使污 染物凝结聚合并沉淀。沉淀过程可以选择加入或不加入加速沉淀的化学产品。供水泵把待处 理的水抽入一个由两个同心的管道构成的电极中间，给该组电极加直流电，诱发凝结所需的 电化学反应。处理过的水从系统中排出，可再使用、排放或再处理。凝结后的污染物以淤泥 的形态排放在储存桶中进行深度处理或再回收。
污染物是溶解或是悬浮于溶液中，取决于其分子或颗粒表面的细小静电荷。如果表面电 荷是同类的，则分子或颗粒相斥，而对抗这种相斥会产生一种微弱的分子间作用力，从而导 致分子相互吸在一起。不过，这种分子间作用力很小，并会随颗粒间距离的增大而迅速减小。 如果斥力由更强的力量产生，电荷被克服，这种分子间作用力就会导致颗粒凝结。加入的二 价或更有效的三价电解液加强电荷的斥力，导致颗粒凝结成足够大，以便沉淀。
在传统的凝结和沉淀技术中，污染物解决方案中会加入化学添加剂。该添加剂通常是明 矾(硫酸铝)、石灰(氧化钙)、硫酸三铁或者带电的人造或天然有机聚合物(聚合电解质)。 在每种情况下，化学添加剂的带电部分会移动并与溶液中带相反电荷的污染物结合，使它们 凝结，并聚合到足够大时沉淀。这个去除污染物的方法，缺点是溶解液中需要定期加入昂贵 的化学添加剂，在溶解中留下高密度的带负电荷的添加剂成分，并增加了后来沉淀凝结的污 染物所形成的淤泥数量。一些化学添加剂可能会形成稳定的氢氧化混合物，其它的可能会退 化，就不能达到环保标准的要求。
在电化学处理法中，给系统的正负极通入直流电，让溶解的离子或静电悬浮污染物移动。 电解过程中，从阳极金属而来的阳离子核进入水中。这些阳离子与移动的污染物起反应形成 下沉的金属氧化物或氢氧化物。如果使用铝作阳极，形成氧化铝和氢氧化铝;如果使用铁作 阳极，则形成氧化铁或氢氧化铁。氧化物或氢氧化物的形成，及后来的沉淀，跟用明矾或其 他化学添加剂产生凝结(或絮状物)的过程类似。不同之处是凝结剂的来源，在电化学处理 法中，是从电解阳极金属而产生的阳离子，和用于促进氧化物形成的活化作用能量。氧化物 比氢氧化物更稳定，因此，更不容易被酸分解。在阳极电解水分子同时也产生氧气，如果处 理的溶液中含有氯化物，从氯离子中会产生氯气。在电解产生阳离子的过程中，阴极发生联 合反应，从水分子中产生氢气。其他重要的阴极反应包括减少溶解的金属阳离子到自然状态。
同心管式电化学污水处理装置的几何形状可使阴极、阳极间液体获得最充分的表面接触， 并使有效操作的能耗降低到最小程度。同心管式电化学污水处理装置可让待处理的污水连续 地流过阴极管和阳极管之间，从而在水体中形成均匀的电化学反应。污水流经一个位于阴极 管和阳极管之间的环状空间，因此液体容易受到相继的正电场和负电场的作用。
本实用新型利用太阳能产生的直流电源，作为污水处理工艺的能源动力，利用电解化学 原理作为水净化技术的机理，采用同心管式结构建立一个阴极管和阳极管之间的环状空间， 实现高效率，低能耗，低消耗和低产泥量的污水处理工艺。
本发明的有益效果如下：
1、本实用新型同心管式太阳能电化学水处理装置利用太阳能作为水净化处理的能源，可 以减少水净化处理工程的能耗，有利于生态环境的保护。
2、本实用新型中太阳能发出的直流电力，直接应用于水净化处理，可以减少交流电和直 流电转换过程所需的投入和能耗。
3、本实用新型同心管式太阳能电化学水处理装置采用电化学处理工艺完成水的净化，可 以减少和避免化学添加剂的使用，从而减少化学物品的使用和降低运行成本。
4、本实用新型同心管式太阳能电化学水处理装置采用电化学处理工艺处理污水产生的污 泥比较稳定，有利于环境的保护。
5、本实用新型同心管式太阳能电化学水处理装置可使阴极、阳极及其间液体获得最充分 的表面接触，并使有效操作的能耗降低到最小程度。