专利名称：高新同心管式太阳能电化学水处理装置技术
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)为使污水达至丨J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。本高新技术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。[0020]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勻的电化学反应。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。本高新技术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、本高新技术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、本高新技术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、本高新技术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、本高新技术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、本高新技术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。
图1是本高新技术实施例的同心管式太阳能电化学水处理装置的结构示意图；图2是本高新技术实施例中的太阳能发电装置的结构示意图；图3是本高新技术实施例中的太阳能控制装置的结构示意图；图4是本高新技术实施例中的蓄电装置的结构示意图。图5是本高新技术实施例中的进水装置的结构示意图；图6是本高新技术实施例中的同心管式电化学反应装置的结构示意图；图7是本高新技术实施例中的清水分离装置的结构示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下[0037]10、太阳能发电装置，11、太阳能电池片，12、组件边框，13、钢化玻璃，14、封装材料，15、直流电接线盒，20、太阳能控制装置，21、电池板电压检测与分组切换电路，22、负载电流检测与输出控制电路，23、蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路，24、状态显示电路，25、串口数据上传，沈、键盘输入电路，27、微处理器，30、蓄电装置，31、正极柱，32、 正极板，33、电解液，34、隔板，35、外壳，36、负极板，37、负极柱，40、进水装置，41、调节池， 42、供水泵，43、电动机，44、流量计，50、同心管式电化学反应装置，51、进水端密封组件，52、 正极柱，53、正极管，54、分隔板，55、负极管，56、负极柱，57、出水端密封组件，60、清水分离装置，61、进水扩散室，62、清水分离室，63、出水室，64、固体收集室，65、污泥泵。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1至图7所示的一种同心管式太阳能电化学水处理装置。图1是本高新技术实施例中的同心管式太阳能电化学水处理装置的结构示意图。 本高新技术同心管式太阳能电化学水处理装置主要包括如下装置太阳能发电装置10、太阳能控制装置20、蓄电装置30、进水装置40、同心管式电化学反应装置50和清水分离装置 60。其中，太阳能发电装置10接收太阳光能并将太阳光能转换成直流电能，太阳能发电装置10的出口连接太阳能控制装置20的进口，太阳能控制装置20对太阳能发电装置10 和蓄电装置30的工作状态进行控制，并对蓄电装置30起到过充电保护和过放电保护作用。 太阳能控制装置20的出口连接蓄电装置30的进口，蓄电装置30将太阳能发电装置10在有光照时所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。太阳能控制装置20的出口且连接同心管式电化学反应装置50的电极进口，将太阳能发电装置10所发出的电能驱动同心管式电化学反应装置50。进水装置40接收并储存外部来水，且将来水输送到同心管式电化学反应装置50。进水装置40的出口连接同心管式电化学反应装置50的进口，同心管式电化学反应装置50以太阳能发电装置10所发出的电能为动力，对进水装置40提供的污水进行净化处理。同心管式电化学反应装置50的出口连接清水分离装置60的进口，清水分离装置60将同心管式电化学反应装置处理产生的清水与污泥进行分离。图2是本高新技术实施例中的太阳能发电装置10的结构示意图。太阳能发电装置10包括依次顺序连接的太阳能电池片11、组件边框12、钢化玻璃13、封装材料14、直流电接线盒15。太阳能发电装置10接收太阳光能并将太阳光能转换成直流电能。其中，太阳能电池片11将太阳光能转化为直流电能，组件边框12支撑太阳能发电装置10组件，钢化玻璃13保护太阳能电池片11并使太阳光穿透照射到太阳能电池片11， 封装材料14密封太阳能发电装置10的各组件，直流电接线盒15将太阳能电池片11产生的直流电能外接出来。图3是本高新技术实施例中的太阳能控制装置20的结构示意图。太阳能控制装置20内设置有电池板电压检测与分组切换电路21、负载电流检测与输出控制电路22、蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路23、状态显示电路24、串口数据上传25、键盘输入电路沈和微处理器27。太阳能控制装置20对太阳能发电装置10和蓄电装置30的工作状态进行控制，并对蓄电装置30起到过充电保护和过放电保护作用。其中，电池板电压检测与分组切换电路21用于识别光照的强度和获取电池板端电压，并在不同光强度和充电模式下电池板的切换，负载电流检测与输出控制电路22用于过流保护及负载功率检测，蓄电池电压及环境温度检测与充放电控制电路23用于蓄电池充电温度补偿并控制蓄电池的最优充放电，状态显示电路M显示系统的状态，包括电压、 负载状况及充放电状态的显示，串口数据上传25用于系统运行参数的上传，实现远程监控，键盘输入电路26用于充电模式设定及LCD背光开启，微处理器27进行外部输入参数的设置，蓄电池及负载的管理，工作状态的指示，实现在有阳光时接通电池板，向蓄电池充电； 当夜晚或阴天阳光不足时，蓄电池放电，以保证负载不停电。图4是本高新技术实施例中的蓄电装置30的结构示意图。蓄电装置30包括依次顺序连接的正极柱31、正极板32、电解液33、隔板34、外壳35、负极板36和负极柱37，蓄电装置30用于将太阳能发电装置10在有光照时所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。其中，正极柱31是蓄电装置电势较正的电极连接装置，正极板32与正极柱31连接，正极板31上的活性物质与电解液进行反应，放电时为阴极进行还原反应，充电时为阳极进行氧化反应，电解液33在蓄电装置30的化学反应中，起到离子间导电的作用，并参与蓄电装置30的化学反应，隔板34插放在正极板32和负极板36之间，防止正极板32和负极板36互相接触造成短路，外壳35用于盛放电解液33、正极板32和负极板36，负极板36上的活性物质与电解液进行反应，放电时为阳极进行氧化反应，充电时为阴极进行还原反应， 负极柱37是蓄电装置电势较负的电极连接装置。图5是本高新技术实施例中的进水装置40的结构示意图。进水装置40包括依次顺序连接的调节池41、供水泵42、电动机43、流量计44，进水装置40用于调节储放外部来水并将来水输送到所述的同心管式电化学反应装置。其中，调节池41用于调节和储放外部来水，供水泵42将调节池41里的水加压送往同心管式电化学反应装置50，电动机43提供给供水泵42所需的动力，流量计44计量和调节输送往同心管式电化学反应装置50的水量。图6是本高新技术实施例中的同心管式电化学反应装置50的结构示意图。同心管式电化学反应装置50包括依次顺序连接的进水端密封组件51、正极柱52、正极管53、分隔板54、负极管55、负极柱56、出水端密封组件57，同心管式电化学反应装置50对进水装置40提供的污水进行净化处理。其中，进水端密封组件51密封同心管式电化学反应装置50的进水端，正极柱52 与直流电源的正极连接并将直流电送到正极管53。其中，正极管53在发生电解过程，从正极管53的金属而来的阳离子核进入水中。 其反应式(1)如下Fe(s) ^ Fe3+(aq)+3e” (1)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。如果使用铝作正极管53，形成氧化铝和氢氧化铝；如果使用铁作正极管53，则形成氧化铁或氢氧化铁。在正极管53电解水分子同时也产生氧气。其反应式(2)如下[0055]2H20 — 4H++02 (g) +4e” (2)如果处理的溶液中含有氯化物，从氯离子中会产生氯气。其反应式(3)如下2Cr(aq) — C12(g)+2e- (3)溶液中，分解正极管53提供的高价铁参与后来的自然反应，形成氧化物或氢氧化物。其中氧化物优先形成，因为系统提供的能量超过了它们形成所需的活化作用能量。这些反应合并溶解的污染物分子结构，形成抗酸沉淀物。其中，分隔板M将正极管53和负极管55分隔，并形成同心管式结构，保持正极管 53和负极管55之间的距离一致。其中，负极管55在电解产生阳离子的过程中发生联合反应，从水分子中产生氢气，其反应式⑷如下 2H20+2e” — H2 (g) +20F (4)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，其反应式(5)如下MN++Ne: —M(s) (5)其中，Cl_(aq)=水溶液中的氯离子Cl2 (g)=氯气Fe(S)=铁固体Fe3+(aq)=水溶液中的铁离子H+(aq)=水溶液中的氢离子H2 (g)=氢气H2O =水MN+(aq)=水溶液中的金属离子M(S)=金属固体OH-(aq)=水溶液中的氢氧根离子O2 (g)=氧气e”=电子N+=金属离子的电荷其中，负极柱56与直流电源的负极连接并将直流电送到负极管55，出水端密封组件57密封同心管式电化学反应装置50的出水端。图7是本高新技术实施例中的清水分离装置60的结构示意图。清水分离装置60 包括依次顺序连接的进水扩散室61、清水分离室62、出水室63、固体收集室64和污泥泵 65。清水分离装置60将同心管式电化学反应装置50处理后产生的清水与污泥进行分离， 处理过的清水从上面溢出出水室63，沉淀的絮状物形成淤泥从下部固体收集室64取出。其中，进水扩散室61将经过同心管式电化学反应装置50处理后的水扩散并均勻分布到清水分离室62，清水分离室62不断地将絮状固体物质在处理过的水中形成沉淀，并将清水溢流到出水室63，出水室63引出清水用于再使用或排放，固体收集室64收集清水分离室62分离出的固体污泥，并将污泥浓缩成脱水的絮状物，污泥泵65将污泥从固体收集室 64抽出，以便进行最终处理或再回收。[0081] 以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求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。
专利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。本高新技术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。
文档编号C02F1/461GK202131136SQ201120270568
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者李立, 陈模先 申请人:北京瑞威润诚水处理技术有限公司
