一种太阳能光热/光伏耦合生化法处理酸碱性废水的装置，属于环境污染净化处理领域，可解决现有酸碱性工业废水处理、太阳能光热净化废水以及太阳能光伏净化废水的工艺及装置的不足，包括中和沉降池、活性炭吸附层、光热多级闪蒸系统、光伏催化降解系统和石英砂过滤池。光热多级闪蒸系统采用太阳能预热工业废水，闪蒸器底部增设沸石层；光伏催化降解系统采用斜坡阶梯式反应器，LED灯悬置其上且铺设负载光催化剂的玻璃纤维布。本实用新型专利技术所述酸碱性工业废水的装置，全程能耗主要来自太阳能转化的光能、热能和电能，配合辅助加热和发电系统，避免了天气不佳或夜间工作的不足，实现了全天24h、高通量净化处理废水。
A solar photothermal / photovoltaic coupling biochemical process for the treatment of acid and alkali wastewater
【技术实现步骤摘要】
一种太阳能光热/光伏耦合生化法处理酸碱性废水的装置
本技术属于环境污染净化处理
，具体涉及一种太阳能光热/光伏耦合生化法处理酸碱性废水的装置。
技术介绍
资源、能源与环境是当今化学化工行业面临的三大制约要素，因此从业人员必须考虑研发和应用低能耗、高通量的环境工程与工艺，以减少水资源的消耗和对环境的危害。从节能和环保角度，利用太阳能净化处理生活污水和工业废水无疑拥有巨大的优势。我国北方多数地区每年都有丰富的太阳光辐射资源，已有太阳能海水淡化和海水晒盐的实例，有光伏发电、农业扶贫的应用，也有集热干燥煤粉、脱水污泥等技术。尽管目前太阳能转化电能和热能的技术已较为成熟，国外也有太阳能光伏发电供给污水厂用电的报道，但国内却少有将太阳能直接用于化工废水的大规模处理，也未有使之作为环境净化能量驱动的高效工艺及设备。以往报道的工业废水光催化工艺及设备，一般是借助TiO2等半导体催化剂的作用，在固定、悬浮或流化等多种反应器中吸收可见光或紫外光，并将其转化为具有氧化性的氧自由基、羟基自由基，以及还原性的光生电子等，与环境污染物发生氧化还原反应，加速和驱动环境污染物的降解过程。如对比文献1（刘振儒，暴勇超，赵江霞，等.聚焦型太阳光光催化处理废水反应器[P].CN200620081851.4）将TiO2以溶胶凝胶法固定于玻璃反应管，用抛物面聚光板收集太阳光供给光催化降解的能量。如对比文献2（吴瑛.一种太阳能可见光催化废水处理装置[P].CN201010170386.2）用薄膜固定床反应器结合悬浮式光催化装置，将WO3-Fe2O3/TiO2复合催化剂分别负载于薄膜和作为悬浮催化剂。如对比文献3（邢子鹏，崔佳懿，朱琦.一种光催化耦合过滤一体化工艺处理含酚废水的方法[P].CN201710945365.5）将TiO2通过煅烧固载于玻璃纤维布上，使之兼有吸附过滤和光催化的功能。上述用于废水净化的半导体催化剂均以TiO2为主，这种催化剂主要对紫外光有强烈的吸收，但紫外光仅占太阳光资源的4%，同时上述工艺及设备均未考虑天气不佳或夜间无光照的情况，因此不能充分利用太阳能、实现废水的连续降解。光催化剂从七十年代被专利技术至今，已有上千种环境污染物在光驱动作用下加速降解，但太阳光催化技术目前仍仅限于实验室模拟废水或特定场合地使用。这主要是因为实际废水远比实验室研究更为复杂，如对比文献4（陈水辉，任艳群，彭峰.环境治理中光催化剂的失活与再生[J].环境污染与防治，2004,26(2):133-135）和对比文献5（唐玉朝，胡春，王怡中，等.TiO2光催化剂失活机理研究进展[J].化学进展,2005，17(2):225-232.）所述，工业废水中的微生物、有机悬浮物、沉积结垢、无机盐等均会削弱光催化剂的降解能力甚至是失活，因此在设计太阳光环境净化工艺及设备时也必须考虑这些因素。化工生产中，例如造纸、炼焦、染料、炸药等工业，经常会产生酸性或碱性的有机废水，在进行后续净化处理之前必须经过中和工段，而产生的高盐分以及溶液中的悬浮物、沉积结垢等，均不利于随后的生化处理和光催化处理。如对比文献6（陈明燕，蓝大蔚，刘宇程.高含盐废水脱盐处理技术研究进展[J].化工环保，2018，38(1):19-24.）所述，包括多级闪蒸、多效蒸发、机械热压缩以及膜蒸馏等热分离技术，已经占据了工业废水脱盐的一半以上市场。但热分离技术需要大量的能量消耗，为了节省能耗，有些科学工作者以集热器收集的太阳能，结合多级闪蒸等热分离技术，用于含盐废水的高通量净化处理，如对比文献7（Z.埃尔加特.废水处理设备和方法[P].CN200980145564.1.）和对比文献8（郭朝军.利用太阳能和空气对含盐水进行蒸发浓缩的方法和设备[P].CN201210079013.3）等，其中的缺点在于仅考虑闪蒸器上部被蒸发的水体收集和净化，忽略了对底部重污染废水的热能利用，同时废水中的盐分容易结垢、腐蚀设备，影响设备的使用寿命。
技术实现思路
本技术针对现有酸碱性工业废水处理、太阳能光热净化废水以及太阳能光伏净化废水的工艺及装置的不足，提供一种太阳能光热/光伏耦合生化法处理酸碱性废水的装置，将太阳能转化的热能、光能、电能等作为环境污染净化的驱动能量，持续24h不间断净化废水，使之达到城市杂用水或城市污水排放标准。本技术采用如下技术方案：一种太阳能光热/光伏耦合生化法处理酸碱性废水的装置，包括中和沉降池、活性炭吸附层、光热多级闪蒸系统、光伏催化降解系统和石英砂过滤池，其中，光热多级闪蒸系统包括导热油循环加热系统和若干依次连接的闪蒸器，导热油循环加热系统包括设有导热油的储罐和换热器，闪蒸器底部设有沸石层，储罐和换热器之间设有由太阳能集热器和辅助加热器组成的加热系统，闪蒸器的一侧分别设有用于收集上层轻污染水的出水口Ⅰ和用于收集下层重污染水的出水口Ⅱ；中和沉降池的出水口和活性炭吸附层的入水口连接，活性炭吸附层的出水口和光热多级闪蒸系统的闪蒸器的入水口连接，闪蒸器另一侧的出水口与换热器的入口Ⅰ连接，换热器的出口Ⅰ与闪蒸器另一侧的入水口连接，储罐的出口经过加热系统与换热器的入口Ⅱ连接，换热器的出口Ⅱ与储罐的入口连接，光热多级闪蒸系统的出水口Ⅰ和出水口Ⅱ分别与光伏催化降解系统的入水口连接，其中，光热多级闪蒸系统的出水口Ⅱ和光伏催化降解系统的入水口之间依次设有粘土吸附层、生化污泥池和絮凝沉降池，光伏催化降解系统的出水口与石英砂过滤池的入水口连接；所述光伏催化降解系统包括太阳能蓄电发电系统和若干依次连接的呈斜坡阶梯式的光反应池，所述光反应池的截面为弧形，所述太阳能蓄电发电系统包括由太阳能板、辅助发电系统、变压器和LED灯管组成的循环电路，LED灯管位于光反应池的上方，光反应池上设有负载光催化剂的玻璃纤维布。所述沸石层的沸石包括A型沸石、X型沸石、ZSM沸石、斜发沸石和丝光沸石中的任意一种。所述粘土吸附层的粘土包括膨润土、蒙脱土、凹凸棒土、硅藻土和海泡石中的任意一种。所述光催化剂由石墨相氮化碳g-C3N4与氧化铁、氧化钛、氧化铋、氧化锌、氧化银、氧化钨、氧化铈或氧化锰中的任意一种复合。本技术的工作原理如下：工业废水经过中和沉降池中和沉降，除去不溶物，调节pH，再经过活性炭吸附除去有色物质和部分有机物，活性炭吸附出口的冷工业废水进入光热多级闪蒸系统，经过光热多级闪蒸系统上层出水口的轻污染水直接进入光伏催化降解系统，下层出水口的重污染水依次经过粘土吸附层、生化污泥池和絮凝沉降池后，转为轻污染水再进入光伏催化降级系统，废水经过光伏催化降解系统后，再经过石英砂过滤池过滤。其中，光热多级闪蒸系统的工作原理如下：储罐中的导热油经过太阳能集热器和辅助加热器控制温度，进入换热器中与来自闪蒸器一端的工业废水发生热交换后重新输入储罐进行热循环，经过换热器被预热的工业废水进入闪蒸器，收集上层轻污染水直接连接光伏催化降解系统，收集底部重污染废水经过粘土吸附层、生化污泥池和絮凝沉降池后转为轻污染水再进入光伏催化降解系统。光伏催化降解系统的工作原理如本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太阳能光热/光伏耦合生化法处理酸碱性废水的装置，其特征在于：包括中和沉降池、活性炭吸附层、光热多级闪蒸系统、光伏催化降解系统和石英砂过滤池（12），其中，光热多级闪蒸系统包括导热油循环加热系统和若干依次连接的闪蒸器（5），导热油循环加热系统包括设有导热油的储罐（1）和换热器（4），闪蒸器（5）底部设有沸石层，储罐（1）和换热器（4）之间设有由太阳能集热器（2）和辅助加热器（3）组成的加热系统，闪蒸器（5）的一侧分别设有用于收集上层轻污染水的出水口Ⅰ和用于收集下层重污染水的出水口Ⅱ；/n中和沉降池的出水口和活性炭吸附层的入水口连接，活性炭吸附层的出水口和光热多级闪蒸系统的闪蒸器（5）的入水口连接，闪蒸器（5）另一侧的出水口与换热器（4）的入口Ⅰ连接，换热器（4）的出口Ⅰ与闪蒸器（5）另一侧的入水口连接，储罐（1）的出口经过加热系统与换热器（4）的入口Ⅱ连接，换热器（4）的出口Ⅱ与储罐（1）的入口连接，光热多级闪蒸系统的出水口Ⅰ和出水口Ⅱ分别与光伏催化降解系统的入水口连接，其中，光热多级闪蒸系统的出水口Ⅱ和光伏催化降解系统的入水口之间依次设有粘土吸附层、生化污泥池和絮凝沉降池，光伏催化降解系统的出水口与石英砂过滤池（12）的入水口连接；/n所述光伏催化降解系统包括太阳能蓄电发电系统和若干依次连接的呈斜坡阶梯式的光反应池（11），所述光反应池（11）的截面为弧形，所述太阳能蓄电发电系统包括由太阳能板（6）、辅助发电系统（7）、变压器（8）和LED灯管（9）组成的循环电路，LED灯管（9）位于光反应池（11）的上方，光反应池（11）上设有负载光催化剂的玻璃纤维布（10）。/n...
【技术特征摘要】
1.一种太阳能光热/光伏耦合生化法处理酸碱性废水的装置，其特征在于：包括中和沉降池、活性炭吸附层、光热多级闪蒸系统、光伏催化降解系统和石英砂过滤池（12），其中，光热多级闪蒸系统包括导热油循环加热系统和若干依次连接的闪蒸器（5），导热油循环加热系统包括设有导热油的储罐（1）和换热器（4），闪蒸器（5）底部设有沸石层，储罐（1）和换热器（4）之间设有由太阳能集热器（2）和辅助加热器（3）组成的加热系统，闪蒸器（5）的一侧分别设有用于收集上层轻污染水的出水口Ⅰ和用于收集下层重污染水的出水口Ⅱ；
中和沉降池的出水口和活性炭吸附层的入水口连接，活性炭吸附层的出水口和光热多级闪蒸系统的闪蒸器（5）的入水口连接，闪蒸器（5）另一侧的出水口与换热器（4）的入口Ⅰ连接，换热器（4）的出口Ⅰ与闪蒸器（5）另一侧的入水口连接，储罐（1）的出口经过加热系统与换热器（4）的入口Ⅱ连接，换热器（4）的出口Ⅱ与储罐（1）的入口连接，光热多级闪蒸系统的出水口Ⅰ和出水口Ⅱ分别与光伏催化降解系统的入水口连接，其中，光热多级闪蒸系统的出水口Ⅱ和光伏催化降解系统的入水口之间依次设有粘土吸附层、生化污泥池和絮凝沉降池，光伏催化降...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱娜，李颖，赵若晗，高娜，吴潇潇，张昊，梁栋，
申请(专利权)人：山西大学，中北大学，
类型：新型
国别省市：山西;14
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