一種同心管式太陽能電化學水處理裝置的製作方法

2023-05-30 05:51:21 1

專利名稱：一種同心管式太陽能電化學水處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及水處理設備技術領域，尤其涉及一種利用太陽能作為能源動力和利用電化學反應原理作為水淨化處理機理的同心管式太陽能電化學水處理裝置。
背景技術：
能源供應危機是當今世界共同面對的問題，也是制約社會經濟發展的瓶頸，工業化和城市化進程也產生了大量汙水和排水，形成了對地球環境汙染和生態破壞的嚴重威脅。利用太陽能發電提供動力，採用電化學反應機理淨化水，成為解決能源和環境問題的重要途徑。太陽能電池發電是利用一對光有響應並能將光能轉換成電力的太陽能電池組件作為電源。能產生光伏效應的材料有許多種，如單晶矽，多晶矽，非晶矽，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同。以晶體為例的光發電過程為P型晶體矽經過摻雜磷可得N 型矽，形成P-N結。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被矽材料吸收；光子的能量傳遞給了矽原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是光子能量轉換成電能的過程。利用太陽能發電作為電源，是實現水淨化過程中節能減排的最有效的手段。汙水處理(sewage treatment, wastewater treatment)為使汙水達至丨J排水某一水體或再次使用的水質要求，並對其進行淨化的過程。汙水處理被廣泛應用於建築、農業， 交通、能源、石化、環保、城市景觀、醫療、餐飲等各個領域，也越來越多地走進尋常百姓的日常生活。但是現有技術中的汙水處理裝置，要麼需要化學添加劑，處理成本高並且汙染環境，要麼需要利用電網中的電能，不僅消耗能源，而且需要將直流電轉化成直流電後才能使用，轉化成本高、損耗大；並且現有技術中的汙水處理裝置其幾何結構形狀不利於陰極、陽極及其間液體的表面接觸，使有效操作的能耗較高，並且現有技術中的汙水處理裝置運行也不穩定。
發明內容本發明的目的在於設計一種新型的同心管式太陽能電化學水處理裝置，解決上述問題。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下一種同心管式太陽能電化學水處理裝置，包括電源設備、進水裝置、反應裝置和清水分離裝置，所述進水裝置的進口與外部來水的出口連通，所述進水裝置的出口與所述反應裝置的進口連通，所述反應裝置的出口與所述清水分離裝置的進口連通，所述反應裝置的電極接口與所述電源設備電連接。所述電源設備包括太陽能發電裝置、太陽能控制裝置和蓄電裝置，所述太陽能控制裝置的進口與所述太陽能發電裝置的出口連接，所述蓄電裝置的進口與所述太陽能控制裝置的出口連接，所述反應裝置的電極接口與所述太陽能控制裝置的出口電連接。所述的太陽能發電裝置包括組件邊框、鋼化玻璃、封裝材料、直流電接線盒和依次順序連接的太陽能電池片，所述直流電接線盒的出口與所述太陽能控制裝置的進口連接。所述太陽能控制裝置包括依次順序連接的電池板電壓檢測與分組切換電路、負載電流檢測與輸出控制電路、蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路、狀態顯示電路、 串口數據上傳、鍵盤輸入電路和微處理器，所述負載電流檢測與輸出控制電路的出口與所述反應裝置的電極接口連接，所述蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路的出口與所述蓄電裝置的進口連接。所述的蓄電裝置包括外殼和位於所述外殼內的依次順序連接的正極柱、正極板、 電解液、隔板、負極板和負極柱，所述正極柱和所述負極柱分別與所述蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路中的正極和負極連接。所述的進水裝置包括依次順序連接的調節池、供水泵、電動機和流量計，所述調節池的進口與外部來水的連接出口連接。所述的反應裝置包括依次順序連接的進水端密封組件、正極柱、正極管、分隔板、 負極管、負極柱和出水端密封組件，所述進水端密封組件的進口與所述進水裝置中的所述流量計的出口連接，所述反應裝置中的所述正極柱和所述負極柱分別與所述太陽能控制裝置中的所述負載電流檢測與輸出控制電路出口的正極和負極連接。所述的清水分離裝置包括依次順序連接的進水擴散室、清水分離室、出水室、固體收集室和汙泥泵，所述進水擴散室的進口與所述反應裝置中的所述出水端密封組件的出口連接。所述反應裝置為同心管式電化學反應裝置。本實用新型中的同心管式電化學汙水處理裝置採用直流電解化學原理處理汙水， 促使汙染物凝結聚合併沉澱。沉澱過程可以選擇加入或不加入加速沉澱的化學產品。供水泵把待處理的水抽入一個由兩個同心的管道構成的電極中間，給該組電極加直流電，誘發凝結所需的電化學反應。處理過的水從系統中排出，可再使用、排放或再處理。凝結後的汙染物以淤泥的形態排放在儲存桶中進行深度處理或再回收。汙染物是溶解或是懸浮於溶液中，取決於其分子或顆粒表面的細小靜電荷。如果表面電荷是同類的，則分子或顆粒相斥，而對抗這種相斥會產生一種微弱的分子間作用力， 從而導致分子相互吸在一起。不過，這種分子間作用力很小，並會隨顆粒間距離的增大而迅速減小。如果斥力由更強的力量產生，電荷被克服，這種分子間作用力就會導致顆粒凝結。 加入的二價或更有效的三價電解液加強電荷的斥力，導致顆粒凝結成足夠大，以便沉澱。在傳統的凝結和沉澱技術中，汙染物解決方案中會加入化學添加劑。該添加劑通常是明礬(硫酸鋁)、石灰(氧化鈣)、硫酸三鐵或者帶電的人造或天然有機聚合物(聚合電解質)。在每種情況下，化學添加劑的帶電部分會移動並與溶液中帶相反電荷的汙染物結合，使它們凝結，並聚合到足夠大時沉澱。這個去除汙染物的方法，缺點是溶解液中需要定期加入昂貴的化學添加劑，在溶解中留下高密度的帶負電荷的添加劑成分，並增加了後來沉澱凝結的汙染物所形成的淤泥數量。一些化學添加劑可能會形成穩定的氫氧化混合物， 其它的可能會退化，就不能達到環保標準的要求。[0020]在電化學處理法中，給系統的正負極通入直流電，讓溶解的離子或靜電懸浮汙染物移動。電解過程中，從陽極金屬而來的陽離子核進入水中。這些陽離子與移動的汙染物起反應形成下沉的金屬氧化物或氫氧化物。如果使用鋁作陽極，形成氧化鋁和氫氧化鋁；如果使用鐵作陽極，則形成氧化鐵或氫氧化鐵。氧化物或氫氧化物的形成，及後來的沉澱，跟用明礬或其他化學添加劑產生凝結(或絮狀物)的過程類似。不同之處是凝結劑的來源， 在電化學處理法中，是從電解陽極金屬而產生的陽離子，和用於促進氧化物形成的活化作用能量。氧化物比氫氧化物更穩定，因此，更不容易被酸分解。在陽極電解水分子同時也產生氧氣，如果處理的溶液中含有氯化物，從氯離子中會產生氯氣。在電解產生陽離子的過程中，陰極發生聯合反應，從水分子中產生氫氣。其他重要的陰極反應包括減少溶解的金屬陽離子到自然狀態。同心管式電化學汙水處理裝置的幾何形狀可使陰極、陽極間液體獲得最充分的表面接觸，並使有效操作的能耗降低到最小程度。同心管式電化學汙水處理裝置可讓待處理的汙水連續地流過陰極管和陽極管之間，從而在水體中形成均勻的電化學反應。汙水流經一個位於陰極管和陽極管之間的環狀空間，因此液體容易受到相繼的正電場和負電場的作用。本實用新型利用太陽能產生的直流電源，作為汙水處理工藝的能源動力，利用電解化學原理作為水淨化技術的機理，採用同心管式結構建立一個陰極管和陽極管之間的環狀空間，實現高效率，低能耗，低消耗和低產泥量的汙水處理工藝。本發明的有益效果如下1、本實用新型同心管式太陽能電化學水處理裝置利用太陽能作為水淨化處理的能源，可以減少水淨化處理工程的能耗，有利於生態環境的保護。2、本實用新型中太陽能發出的直流電力，直接應用於水淨化處理，可以減少交流電和直流電轉換過程所需的投入和能耗。3、本實用新型同心管式太陽能電化學水處理裝置採用電化學處理工藝完成水的淨化，可以減少和避免化學添加劑的使用，從而減少化學物品的使用和降低運行成本。4、本實用新型同心管式太陽能電化學水處理裝置採用電化學處理工藝處理汙水產生的汙泥比較穩定，有利於環境的保護。5、本實用新型同心管式太陽能電化學水處理裝置可使陰極、陽極及其間液體獲得最充分的表面接觸，並使有效操作的能耗降低到最小程度。

圖1是本實用新型實施例的同心管式太陽能電化學水處理裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例中的太陽能發電裝置的結構示意圖；圖3是本實用新型實施例中的太陽能控制裝置的結構示意圖；圖4是本實用新型實施例中的蓄電裝置的結構示意圖。圖5是本實用新型實施例中的進水裝置的結構示意圖；圖6是本實用新型實施例中的同心管式電化學反應裝置的結構示意圖；圖7是本實用新型實施例中的清水分離裝置的結構示意圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下[0037]10、太陽能發電裝置，11、太陽能電池片，12、組件邊框，13、鋼化玻璃，14、封裝材料，15、直流電接線盒，20、太陽能控制裝置，21、電池板電壓檢測與分組切換電路，22、負載電流檢測與輸出控制電路，23、蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路，24、狀態顯示電路，25、串口數據上傳，沈、鍵盤輸入電路，27、微處理器，30、蓄電裝置，31、正極柱，32、 正極板，33、電解液，34、隔板，35、外殼，36、負極板，37、負極柱，40、進水裝置，41、調節池， 42、供水泵，43、電動機，44、流量計，50、同心管式電化學反應裝置，51、進水端密封組件，52、 正極柱，53、正極管，54、分隔板，55、負極管，56、負極柱，57、出水端密封組件，60、清水分離裝置，61、進水擴散室，62、清水分離室，63、出水室，64、固體收集室，65、汙泥泵。
具體實施方式
為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。如圖1至圖7所示的一種同心管式太陽能電化學水處理裝置。圖1是本實用新型實施例中的同心管式太陽能電化學水處理裝置的結構示意圖。 本實用新型同心管式太陽能電化學水處理裝置主要包括如下裝置太陽能發電裝置10、太陽能控制裝置20、蓄電裝置30、進水裝置40、同心管式電化學反應裝置50和清水分離裝置 60。其中，太陽能發電裝置10接收太陽光能並將太陽光能轉換成直流電能，太陽能發電裝置10的出口連接太陽能控制裝置20的進口，太陽能控制裝置20對太陽能發電裝置10 和蓄電裝置30的工作狀態進行控制，並對蓄電裝置30起到過充電保護和過放電保護作用。 太陽能控制裝置20的出口連接蓄電裝置30的進口，蓄電裝置30將太陽能發電裝置10在有光照時所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。太陽能控制裝置20的出口且連接同心管式電化學反應裝置50的電極進口，將太陽能發電裝置10所發出的電能驅動同心管式電化學反應裝置50。進水裝置40接收並儲存外部來水，且將來水輸送到同心管式電化學反應裝置50。進水裝置40的出口連接同心管式電化學反應裝置50的進口，同心管式電化學反應裝置50以太陽能發電裝置10所發出的電能為動力，對進水裝置40提供的汙水進行淨化處理。同心管式電化學反應裝置50的出口連接清水分離裝置60的進口，清水分離裝置60將同心管式電化學反應裝置處理產生的清水與汙泥進行分離。圖2是本實用新型實施例中的太陽能發電裝置10的結構示意圖。太陽能發電裝置10包括依次順序連接的太陽能電池片11、組件邊框12、鋼化玻璃13、封裝材料14、直流電接線盒15。太陽能發電裝置10接收太陽光能並將太陽光能轉換成直流電能。其中，太陽能電池片11將太陽光能轉化為直流電能，組件邊框12支撐太陽能發電裝置10組件，鋼化玻璃13保護太陽能電池片11並使太陽光穿透照射到太陽能電池片11， 封裝材料14密封太陽能發電裝置10的各組件，直流電接線盒15將太陽能電池片11產生的直流電能外接出來。圖3是本實用新型實施例中的太陽能控制裝置20的結構示意圖。太陽能控制裝置20內設置有電池板電壓檢測與分組切換電路21、負載電流檢測與輸出控制電路22、蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路23、狀態顯示電路24、串口數據上傳25、鍵盤輸入電路沈和微處理器27。太陽能控制裝置20對太陽能發電裝置10和蓄電裝置30的工作狀態進行控制，並對蓄電裝置30起到過充電保護和過放電保護作用。其中，電池板電壓檢測與分組切換電路21用於識別光照的強度和獲取電池板端電壓，並在不同光強度和充電模式下電池板的切換，負載電流檢測與輸出控制電路22用於過流保護及負載功率檢測，蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路23用於蓄電池充電溫度補償並控制蓄電池的最優充放電，狀態顯示電路M顯示系統的狀態，包括電壓、 負載狀況及充放電狀態的顯示，串口數據上傳25用於系統運行參數的上傳，實現遠程監控，鍵盤輸入電路26用於充電模式設定及LCD背光開啟，微處理器27進行外部輸入參數的設置，蓄電池及負載的管理，工作狀態的指示，實現在有陽光時接通電池板，向蓄電池充電； 當夜晚或陰天陽光不足時，蓄電池放電，以保證負載不停電。圖4是本實用新型實施例中的蓄電裝置30的結構示意圖。蓄電裝置30包括依次順序連接的正極柱31、正極板32、電解液33、隔板34、外殼35、負極板36和負極柱37，蓄電裝置30用於將太陽能發電裝置10在有光照時所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。其中，正極柱31是蓄電裝置電勢較正的電極連接裝置，正極板32與正極柱31連接，正極板31上的活性物質與電解液進行反應，放電時為陰極進行還原反應，充電時為陽極進行氧化反應，電解液33在蓄電裝置30的化學反應中，起到離子間導電的作用，並參與蓄電裝置30的化學反應，隔板34插放在正極板32和負極板36之間，防止正極板32和負極板36互相接觸造成短路，外殼35用於盛放電解液33、正極板32和負極板36，負極板36上的活性物質與電解液進行反應，放電時為陽極進行氧化反應，充電時為陰極進行還原反應， 負極柱37是蓄電裝置電勢較負的電極連接裝置。圖5是本實用新型實施例中的進水裝置40的結構示意圖。進水裝置40包括依次順序連接的調節池41、供水泵42、電動機43、流量計44，進水裝置40用於調節儲放外部來水並將來水輸送到所述的同心管式電化學反應裝置。其中，調節池41用於調節和儲放外部來水，供水泵42將調節池41裡的水加壓送往同心管式電化學反應裝置50，電動機43提供給供水泵42所需的動力，流量計44計量和調節輸送往同心管式電化學反應裝置50的水量。圖6是本實用新型實施例中的同心管式電化學反應裝置50的結構示意圖。同心管式電化學反應裝置50包括依次順序連接的進水端密封組件51、正極柱52、正極管53、分隔板54、負極管55、負極柱56、出水端密封組件57，同心管式電化學反應裝置50對進水裝置40提供的汙水進行淨化處理。其中，進水端密封組件51密封同心管式電化學反應裝置50的進水端，正極柱52 與直流電源的正極連接並將直流電送到正極管53。其中，正極管53在發生電解過程，從正極管53的金屬而來的陽離子核進入水中。 其反應式(1)如下Fe(s) ^ Fe3+(aq)+3e" (1)這些陽離子與移動的汙染物起反應形成下沉的金屬氧化物或氫氧化物。如果使用鋁作正極管53，形成氧化鋁和氫氧化鋁；如果使用鐵作正極管53，則形成氧化鐵或氫氧化鐵。在正極管53電解水分子同時也產生氧氣。其反應式(2)如下[0055]2H20 — 4H++02 (g) +4e" (2)如果處理的溶液中含有氯化物，從氯離子中會產生氯氣。其反應式(3)如下2Cr(aq) — C12(g)+2e- (3)溶液中，分解正極管53提供的高價鐵參與後來的自然反應，形成氧化物或氫氧化物。其中氧化物優先形成，因為系統提供的能量超過了它們形成所需的活化作用能量。這些反應合併溶解的汙染物分子結構，形成抗酸沉澱物。其中，分隔板M將正極管53和負極管55分隔，並形成同心管式結構，保持正極管 53和負極管55之間的距離一致。其中，負極管55在電解產生陽離子的過程中發生聯合反應，從水分子中產生氫氣，其反應式⑷如下 2H20+2e" — H2 (g) +20F (4)其他重要的陰極反應包括減少溶解的金屬陽離子到自然狀態，其反應式(5)如下MN++Ne: —M(s) (5)其中，Cl_(aq)=水溶液中的氯離子Cl2 (g)=氯氣Fe(S)=鐵固體Fe3+(aq)=水溶液中的鐵離子H+(aq)=水溶液中的氫離子H2 (g)=氫氣H2O =水MN+(aq)=水溶液中的金屬離子M(S)=金屬固體OH-(aq)=水溶液中的氫氧根離子O2 (g)=氧氣e"=電子N+=金屬離子的電荷其中，負極柱56與直流電源的負極連接並將直流電送到負極管55，出水端密封組件57密封同心管式電化學反應裝置50的出水端。圖7是本實用新型實施例中的清水分離裝置60的結構示意圖。清水分離裝置60 包括依次順序連接的進水擴散室61、清水分離室62、出水室63、固體收集室64和汙泥泵 65。清水分離裝置60將同心管式電化學反應裝置50處理後產生的清水與汙泥進行分離， 處理過的清水從上面溢出出水室63，沉澱的絮狀物形成淤泥從下部固體收集室64取出。其中，進水擴散室61將經過同心管式電化學反應裝置50處理後的水擴散並均勻分布到清水分離室62，清水分離室62不斷地將絮狀固體物質在處理過的水中形成沉澱，並將清水溢流到出水室63，出水室63引出清水用於再使用或排放，固體收集室64收集清水分離室62分離出的固體汙泥，並將汙泥濃縮成脫水的絮狀物，汙泥泵65將汙泥從固體收集室 64抽出，以便進行最終處理或再回收。[0081] 以上通過具體的和優選的實施例詳細的描述了本發明，但本領域技術人員應該明白，本發明並不局限於以上所述實施例，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求1.一種同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於包括電源設備、進水裝置、反應裝置和清水分離裝置，所述進水裝置的進口與外部來水的出口連通，所述進水裝置的出口與所述反應裝置的進口連通，所述反應裝置的出口與所述清水分離裝置的進口連通，所述反應裝置的電極接口與所述電源設備電連接。
2.根據權利要求1所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述電源設備包括太陽能發電裝置、太陽能控制裝置和蓄電裝置，所述太陽能控制裝置的進口與所述太陽能發電裝置的出口連接，所述蓄電裝置的進口與所述太陽能控制裝置的出口連接， 所述反應裝置的電極接口與所述太陽能控制裝置的出口電連接。
3.根據權利要求2所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述的太陽能發電裝置包括組件邊框、鋼化玻璃、封裝材料、直流電接線盒和依次順序連接的太陽能電池片，所述直流電接線盒的出口與所述太陽能控制裝置的進口連接。
4.根據權利要求3所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述太陽能控制裝置包括依次順序連接的電池板電壓檢測與分組切換電路、負載電流檢測與輸出控制電路、蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路、狀態顯示電路、串口數據上傳、鍵盤輸入電路和微處理器，所述負載電流檢測與輸出控制電路的出口與所述反應裝置的電極接口連接，所述蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路的出口與所述蓄電裝置的進口連接。
5.根據權利要求4所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述的蓄電裝置包括外殼和位於所述外殼內的依次順序連接的正極柱、正極板、電解液、隔板、負極板和負極柱，所述正極柱和所述負極柱分別與所述蓄電池電壓及環境溫度檢測與充放電控制電路中的正極和負極連接。
6.根據權利要求5所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述的進水裝置包括依次順序連接的調節池、供水泵、電動機和流量計，所述調節池的進口與外部來水的連接出口連接。
7.根據權利要求6所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述的反應裝置包括依次順序連接的進水端密封組件、正極柱、正極管、分隔板、負極管、負極柱和出水端密封組件，所述進水端密封組件的進口與所述進水裝置中的所述流量計的出口連接， 所述反應裝置中的所述正極柱和所述負極柱分別與所述太陽能控制裝置中的所述負載電流檢測與輸出控制電路出口的正極和負極連接。
8.根據權利要求7所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述的清水分離裝置包括依次順序連接的進水擴散室、清水分離室、出水室、固體收集室和汙泥泵， 所述進水擴散室的進口與所述反應裝置中的所述出水端密封組件的出口連接。
9.根據權利要求1至8任意之一所述的同心管式太陽能電化學水處理裝置，其特徵在於所述反應裝置為同心管式電化學反應裝置。
專利摘要一種同心管式太陽能電化學水處理裝置，包括電源設備、進水裝置、反應裝置和清水分離裝置，所述進水裝置的進口與外部來水的出口連通，所述進水裝置的出口與所述反應裝置的進口連通，所述反應裝置的出口與所述清水分離裝置的進口連通，所述反應裝置的電極接口與所述電源設備電連接。本實用新型利用太陽能作為水淨化處理的能源，可以減少水淨化處理工程的能耗，有利於生態環境的保護，直接利用太陽能發出的直流電力，直接應用於水淨化處理，可以減少交流電和直流電轉換過程所需的投入和能耗；採用電化學處理工藝完成水的淨化，可以減少和避免化學添加劑的使用，從而減少化學物品的使用和降低運行成本。
文檔編號C02F1/461GK202131136SQ201120270568
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者李立, 陳模先 申請人:北京瑞威潤誠水處理技術有限公司