申请日2010.10.13
公开(公告)日2011.02.16
IPC分类号C02F1/02; C02F1/32
摘要
本发明涉及一种水处理方法及其装置，是一种光热联合作用的太阳能水处理的方法及其装置。方法按以下步骤进行：将经预处理后的污染水打入太阳能集热装置，污水吸收热量，维持温度50℃以上;加热处理后的污染水流入太阳能光反应器接受紫外光照射，使水中污染物质灭活或分解;光处理后的水进入下一道水处理工序或直接利用。装置包括太阳能集热装置、太阳能光反应器和必要附件，太阳能集热装置和太阳能光反应器通过连接管联接，待处理污水从太阳能集热装置的入口流入，经太阳能集热装置和太阳能光反应器后，从太阳能光反应器的出口流出。本发明可以充分利用太阳能更宽波段的光热联合作用，以提高污水的净化程度和水处理效率。
翻译权利要求书
1.一种太阳能水处理的方法，其特征在于：按以下步骤进行：
(1)将经预处理后的污染水打入太阳能集热装置，污水吸收热量，经过多次循环使污水温度维持50℃以上，提高太阳能杀菌灭活的效率;
(2)步骤(1)热处理后的污水流入太阳能光反应器接受紫外光照射，使水中污染物质灭活或分解;
(3)步骤(2)光处理后的水进入一道水处理工序或直接利用。
2.如权利要求1所述的太阳能水处理的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，步骤(2)光处理后的水按一定回流比，一部分回到步骤(1)的太阳能集热装置中进行再处理，另一部分进入下一道水处理工序或直接利用。
3.如权利要求1所述的太阳能水处理的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的预处理包括沉淀和粗滤。
4.如权利要求1所述的太阳能水处理的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在太阳能光反应器内布置光催化剂，所述光催化剂是二氧化钛、三氧化钨或三氧化二铁。
5.用于权利要求1所述太阳能水处理方法的装置，其特征在于：包括太阳能集热装置和太阳能光反应器，所述太阳能集热装置和太阳能光反应器通过连接管联接，待处理污水从所述太阳能集热装置的入口流入，经所述太阳能集热装置和太阳能光反应器后，从所述太阳能光反应器的出口流出。
6.如权利要求5所述的太阳能水处理装置，其特征在于：还包括一个循环水槽，所述循环水槽下方设有污水入口;所述太阳能集热装置的入口通过一根循环进水管连通到所述循环水槽内底部，所述太阳能光反应器的出口通过一根循环出水管连通到所述循环水槽内顶部;所述循环进水管上设有动力系统;所述循环出水管上设有净化水出口。
7.如权利要求6所述的太阳能水处理装置，其特征在于：所述动力系统由太阳能光伏电池驱动或由外界电源驱动。
8.如权利要求5所述的太阳能水处理装置，其特征在于：在所述净化水出口和污水入口之间布置余热回收装置。
9.如权利要求5所述的太阳能水处理装置，其特征在于：在所述太阳能光反应器内布置有光催化剂，所述光催化剂固定在所述太阳能光反应器的芯管上，或处于浮动状态。
10.如权利要求5所述的太阳能水处理装置，其特征在于：所述太阳能集热装置和太阳能光反应器采用聚光式或非聚光式;所述太阳能集热装置和太阳能光反应器都倾斜设置在支架上，倾斜角度根据当地纬度加减10度以内。
说明书
一种太阳能水处理的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种水处理方法及其装置，具体的说是一种光热联合作用的太阳能水处理的方法及其装置。
背景技术
能源与环境是当今社会的两大主题。而水污染不仅对于环境的影响巨大，而且也影响人类的生存安全。世界上很多地区的居民饮用水卫生条件很差，而在目前的水处理过程中存在着一些亟待解决的问题。首先是能耗问题，在能源与环境同样紧张的当今世界，用于环境治理能耗的能源又会对环境造成污染，同时也增加了水处理的运行成本。其次，目前很多水处理过程会产生水质的二次污染，如在循环水中添加杀菌剂、阻垢剂，而这些药剂对环境造成的污染危害可能更大。再次，目前水处理中有很多难分解有机质，采用化学或生物方法很难降解，在自然环境中长期存留导致对自然生态环境造成危害。最后，目前的水处理形式均为工程系统，体积庞大，运行复杂，处理量大，对于边远地区或紧急状态下，如地震、海啸的饮用水供应往往远水不解近渴。
太阳能水处理过程，特别是太阳能光催化水处理过程，是水处理工程今后发展的一个重要方向。但目前太阳能水处理的主要问题是一次投资高，效率低。由于太阳能水处理过程是目前仅仅利用太阳能中紫外光以上的高能部分，仅占太阳辐射能的3%-4%。因此目前仍无法进入商业利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种太阳能水处理的方法及其装置，可以充分利用太阳能更宽波段的光热联合作用，以提高污水的净化程度和水处理效率。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种太阳能水处理的方法，按以下步骤进行：
(1)将经预处理后的污水打入太阳能集热装置，让污水吸收热量，维持温度50℃以上，一般要经过多次循环才能达到50℃以上，提高太阳能杀菌灭活的效率;
(2)步骤(1)加热处理后的污水流入太阳能光反应器接受紫外光照射，使水中污染物质灭活或分解;
(3)步骤(2)光处理后的水进入一道水处理工序或直接利用。
太阳能水处理方法的装置，包括太阳能集热装置和太阳能光反应器，太阳能集热装置和太阳能光反应器通过连接管联接，待处理污水从太阳能集热装置的入口流入，经太阳能集热装置和太阳能光反应器后，从太阳能光反应器的出口流出。
这样，为了达到充分利用太阳能更宽波段光热联合作用的目的，本发明的集热装置将其中的污水吸收太能阳光中的长波部分，使其温度得到提高，达到50℃以上，提高太阳能杀菌灭活的效率，从而充分利用了太阳辐射光热联合作用中的“热”;而光反应器则使其中的污水接受紫外光的照射，使水中污染物质灭活或分解，从而充分利用了太阳辐射光热联合作用中的“光”;“热”和“光”共同作用，提高污水的净化程度和水处理效率。
由此可见，本发明科学的将集热装置和光反应器结合在一起，让待处理的污水先经过集热装置，进行热处理，再经过光反应器，进行光处理，以充分利用太阳能更宽波段的光热联合作用，即利用了太阳光的热处理，又利用了太阳光的光催化处理，对污水达到更有效的处理。
作为本发明优选的技术方案，
前述的太阳能水处理的方法，步骤(3)中，步骤(2)光处理后的水按一定回流比，一部分回到步骤(1)的太阳能集热装置中进行再处理，另一部分进入下一道水处理工序或直接利用，回流比需要根据污染水的污染状况以及当时的太阳辐照强度确定。由于一般一次循环无法将污染水中的污染物浓度降低到要求值，需要多次循环，而进水和出水往往需要连续进行，故引入回流比，回流操作是化工单元操作的常见形式，不再重复说明。
步骤(1)中的预处理包括沉淀和粗滤。主要是避免堵塞管道和循环泵，如果本系统中存在催化剂，在预处理阶段还要将可能引起催化剂中毒的物质清除。
步骤(2)中，在太阳能光反应器内布置光催化剂，光催化剂主要是二氧化钛(TiO2)，也可以使用三氧化钨、三氧化二铁等。
前述的太阳能水处理装置，还包括一个循环水槽，循环水槽下方设有污水入口;太阳能集热装置的入口通过一根循环进水管连通到循环水槽内底部，太阳能光反应器的出口通过一根循环出水管连通到循环水槽内顶部;循环进水管上设有动力系统;循环出水管上设有净化水出口。通过循环水槽可以更方便的进行污水处理，且可以对光处理后的水按一定回流比进行回流。
动力系统由太阳能光伏电池驱动或由外界电源驱动，使用太阳能光伏电池驱动更为环保。
在净化水出口和污水入口之间可以布置余热回收装置，净化后的水温度仍然在50℃以上，而进入净化系统的水温度往往是环境温度。余热回收装置主要是用净化后的水加热进入系统的水，以减少系统的热负荷。
在太阳能光反应器内布置有光催化剂，光催化剂固定在太阳能光反应器的芯管上，或处于浮动状态。
太阳能集热装置和太阳能光反应器采用聚光式或非聚光式;太阳能集热装置和太阳能光反应器都倾斜设置在支架上，倾斜角度根据当地纬度加减10度以内。理想状态是与太阳光线垂直，这样可以最大限度的吸收太阳光。但实际上，太阳高度角每天都在发生变化，因此一般方法是根据当地纬度加减10度以内。
本发明的优点是：本发明的太阳能水处理对目前水处理过程是有益的补充。首先，太阳能水处理过程对外界能源的依赖程度比较低，太阳能可以作为杀菌的诱导剂。同时适当的组合可以利用太阳能驱动循环泵，实现零辅助能源操作。另外，太阳能杀菌对于环境产生的二次污染危害相对比较小，由于水处理过程中几乎不添加药剂，即使有些光化学反应器内部装置一些悬浮催化剂，在后处理阶段也将全部过滤清楚，因此在处理后的水中几乎不产生二次污染物质。最后，由于太阳能水处理装置结构相对比较简单，不需要人为操作且可靠性较高，可以作为边远缺水地区或紧急情况下饮用水供应，即可独立运行，也可通过并联实现规模化。另外，太阳能光催化过程在水中会产生氢氧根和初生态氧原子，对水中有机物会产生普遍的氧化作用，其氧化能力比较强，对于目前普通化学和生物水处理方法难以分解和灭活的物质有良好的处理效果，可以作为目前化学或生物水处理过程的补充。
本发明是一种可以充分利用太阳能更宽波段的光热联合作用的太阳能水处理方法及在利用该方法设计的一系列形式的太阳能水处理装置，这些装置有的适用于单体运行，有的适用于与其它水处理系统联合运行。