【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能光伏/热(pv/t)技术净化领域，具体涉及一种太阳能pv/t驱动的光催化法与微生物降解法耦合的污水处理系统。所述污水处理系统可用于水体中的难降解污染物邻苯二甲酸二丁酯的去除，同时可以产生电能和热能，供给系统和污水处理厂使用。
技术介绍
1、邻苯二甲酸二丁酯(dbp)是塑料工业最主要的增塑剂之一，广泛用于食品包装材料、容器、医疗器械及儿童玩具等领域。dbp在塑料制品中主要以氢键和范德华力与聚合物结合，因此很容易在生产、使用和处理等过程中释放到大气、土壤、水体以及沉积物中。研究表明，作为环境内分泌干扰素，dbp除了会造成肝肿大、骨质疏松症、体重减少，还会造成诸如皮肤癌和胸腺癌等不容忽视的慢性疾病。
2、目前已经在我国众多河流水体和沉积物中普遍检测出一定的dbp含量，由此引起了广泛关注。研究表明，dbp属于难降解物质，在自然环境中的水解、光解速度都非常缓慢；微生物降解虽然能将dbp转化为无害物质或完全矿化，但对于dbp的生物降解不完全，会产生毒性更高的中间代谢产物，或者其降解速率不能满足实际污染控制的要求。因此需要选用更加高效完善的降解方法。
3、二氧化钛在光催化降解有机污染物方面具有很大的潜力。研究表明，以tio2为催化剂，在紫外光照射下能有效催化降解污水中的dbp，这是由于tio2在紫外光下可发生价带电子的激发迁跃，形成空穴和电子，空穴和电子可与tio2表面的h2o和空气中的o2发生作用，生成·oh和等高活性基团，从而氧化降解dbp。降解过程的各中间产物最终逐渐降解为苯甲酸，而苯甲酸又可
4、太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的可再生能源，其利用方式多种多样，太阳能光热利用和太阳能光伏发电是当前太阳能利用的主要发展方向。太阳能pv/t系统是一种能够实现电能产生和热能回收的混合紧凑型集成系统，将pv/t模块和光催化模块结合起来，可以同时满足污水中污染物的降解处理和污水处理系统的全部电能热能需求以及污水处理厂的部分电能热能需求。
5、因此，本专利技术将太阳能pv/t模块、光催化模块和生物反应器相结合，提供一种pv/t驱动的光催化法与微生物降解法耦合的污水处理系统，不但能通过协同作用高效降解水体中的dbp或其他污染物，还可以通过pv/t技术产生电能和热能，其中电能供给系统中水泵等电气设备使用，热能用于加热水体，使水体达到降解要求的温度，实现太阳能高效利用。同时将该污水处理系统与污水处理厂耦合，系统产生的电能和热能与污水厂的余热余电可以互相利用，形成互补。
技术实现思路
1、针对现有降解邻苯二甲酸二丁酯的方法存在的缺点，如在自然环境中的水解、光解速度都非常缓慢，微生物降解不完全，会产生毒性更高的中间代谢产物，或者其降解速率不能满足实际污染控制的要求，本专利技术提出了一种太阳能pv/t驱动的光催化法与微生物降解法耦合的污水处理系统，能有效去除污水中的dbp，同时发电、产热。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种太阳能pv/t驱动的光催化法与微生物降解法耦合的污水处理系统，包括pv/t模块、平面型光催化模块和生物反应器模块。所述pv/t模块包括基板、eva材料层、光伏电池、水管、冷进水口、热出水口、集热器、蓄电池、逆变器、储热水箱；所述光催化模块包括光催化反应器和污染物浓度传感器。所述pv/t模块的光伏电池采用普通封装的方法，与上层光催化反应器玻璃和下层基板通过乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)有机胶膜粘连固定，用于发电产热；所述光伏电池为厚度为0.4mm～0.9mm的晶体硅电池，其发电效率达20％～30％，能够使得光伏模块正常发电；所述光伏电池背面设有水管和集热管路；所述水管用于预热从污水池中进入的污水，带走光伏电池工作时产生的部分热量；所述集热器用于收集光伏电池的热能并通过连通管路传递给储热水箱；所述温度传感器用于检测水体温度；所述蓄电池用于储存光伏电池产生的电能；所述光催化反应器由耐热紫外高透光硼硅酸盐玻璃制成，其上负载tio2薄膜；所述tio2薄膜呈现半透明状，紫外光吸收率为90％～92％，使得可见光(vl)可以透过tio2薄膜使得光伏模块正常发电，对太阳光中的紫外光(uv)反应迅速，催化降解水体中的污染物，同时也能使太阳光中的红外光(ir)被水体吸收。
4、进一步地，所述pv/t模块中的冷进水口连接污水池，热出水口连接光催化反应器，含有一定浓度dbp的污水由冷进水口进入焊接在电池背面的水管，在水管中预热后进入光催化反应器，dbp在光催化反应器中通过紫外光和tio2的作用被降解为苯甲酸；集热器用于收集光伏电池的热能，通过连通管路传递给储热水箱，加热水箱中光催化降解后的污水；当储热水箱中的污水达到一定温度后，进入生物反应器通过嗜热菌进行苯甲酸的微生物降解。
5、进一步地，所述pv/t模块产生的电能通过输电线连接至蓄电池，供给系统中水泵等电器设备使用，同时蓄电池连接逆变器，逆变器连接电网接入污水处理厂部分，供电给污水处理厂部分；产生的热能用于加热污水，保证水体温度能够在生物反应器中进行周丛生物作用，同时经系统处理后的污水具有一定热量，将热量通过换热器换出，供给污水处理厂部分使用。
6、进一步地，当太阳辐照充足时，pv/t模块产生的电能供给系统中的电气设备使用，同时通过蓄电池连接逆变器连接电网供给污水处理厂部分使用，产生的热能供给储热水箱加热水体以及通过换热器供给污水处理厂部分；当太阳辐照不足时，pv/t模块产生的电能存储于蓄电池，污水处理厂的余热余电接入系统，污泥消化通过甲烷发电给系统供电，污水处理厂部分中的热泵系统能够给系统供热，保证系统正常运行。
7、本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：
8、1、将人工降解dbp的光催化法和微生物法耦合在一起，综合了光催化降解反应快和生物降解成本低、效果好的特点，对难降解污染物dbp进行高效完全降解。除dpb之外，该系统还可以用于降解水体中的其他污染物。
9、2、利用可再生能源进行污染物水处理的同时，通过太阳能pv/t模块进行发电、产热。产生的电能供给系统中和污水处理厂部分中的电气设备使用，产生的热能用于加热水体，保证水体具有一定温度能够在生物反应器中作用，以及传送给污水处理厂使用，提高了太阳能的利用率，达到低碳、高收益的目的。
10、3、将该污水处理系统与污水处理厂耦合在一起，太阳辐照充足时，系统中的pv/t模块产生电能和热能，供给污水处理厂使用；太阳辐照不充足时，将污水处理厂的余热余电接入系统，保证系统运行需要的电能和热能。
11、综上所述，本专利技术可以将太阳能pv/t技术应用于污水处理系统，将pv/t模块、光催化模块与生物反应器结合起来，通过光催化法和微生物法协同处理，高效去除水体中的污染物。同时实现了清洁能源高效利用，达到节约能源、减少碳排放的目的。
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1.一种太阳能PV/T驱动的光催化法与微生物降解法耦合的污水处理系统，其特征在于：包括PV/T模块、光催化模块和生物反应器模块，所述PV/T模块包括基板(8)、EVA材料层(6)、光伏电池(7)、集热器(26)、水管(27)、冷进水口(28)、热出水口(29)、蓄电池(9)、逆变器(10)、储热水箱(13)；所述光催化模块包括光催化反应器(3)和污染物浓度传感器(5)；所述生物反应器模块包括生物反应器(15)；PV/T模块中的冷进水口连接污水池(1)，热出水口(29)连接光催化反应器(3)，污水由冷进水口(28)进入焊接在光伏电池(7)背面的水管(27)，在水管(27)中预热后进入光催化反应器(3)，水体中的污染物在光催化反应器(3)中被光催化氧化降解；集热器(26)用于收集光伏电池的热能，通过连通管路将热能传递给储热水箱(13)，加热水箱中被光催化降解后的污水；当储热水箱(13)中的污水达到预定温度后，进入生物反应器(15)通过嗜热微生物将污染物完全降解。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述PV/T模块能够用于产电产热；光伏电池产生的电能通过输电线连接至
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述PV/T模块的光伏电池(7)采用封装的方法，与上层光催化反应器(3)玻璃和下层基板(8)通过EVA材料层(6)粘连固定；所述光伏电池为厚度为0.4mm～0.9mm的晶体硅电池，其发电效率达20％～30％，能够使得光伏模块正常发电；所述光伏电池背面设有水管和集热管路；所述光催化反应器由耐热紫外高透光硼硅酸盐玻璃制成，其上负载TiO2薄膜；所述TiO2薄膜呈现半透明状，紫外光吸收率为90％～92％，使得可见光能够透过TiO2薄膜，对太阳光中的紫外光反应，催化降解水体中的污染物，同时也能使红外光被水体吸收。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：将该污水处理系统与污水处理厂部分(21)耦合，当太阳辐照充足时，PV/T模块产生的电能通过蓄电池(9)连接逆变器(10)连接电网(11)供给污水处理厂部分(21)使用，同时经该污水处理系统处理过的水可以通过换热器(17)将热量换出，供给污水处理厂部分(21)；当太阳辐照不足时，PV/T模块产生的电能存储于蓄电池(9)，将污水处理厂的余热余电接入系统，污泥消化池(20)通过甲烷发电给系统供电，污水处理厂部分(21)中的热泵系统(18)给储热水箱(13)供热，保证水体预定的温度，保证系统正常运行。
...【技术特征摘要】
1.一种太阳能pv/t驱动的光催化法与微生物降解法耦合的污水处理系统，其特征在于：包括pv/t模块、光催化模块和生物反应器模块，所述pv/t模块包括基板(8)、eva材料层(6)、光伏电池(7)、集热器(26)、水管(27)、冷进水口(28)、热出水口(29)、蓄电池(9)、逆变器(10)、储热水箱(13)；所述光催化模块包括光催化反应器(3)和污染物浓度传感器(5)；所述生物反应器模块包括生物反应器(15)；pv/t模块中的冷进水口连接污水池(1)，热出水口(29)连接光催化反应器(3)，污水由冷进水口(28)进入焊接在光伏电池(7)背面的水管(27)，在水管(27)中预热后进入光催化反应器(3)，水体中的污染物在光催化反应器(3)中被光催化氧化降解；集热器(26)用于收集光伏电池的热能，通过连通管路将热能传递给储热水箱(13)，加热水箱中被光催化降解后的污水；当储热水箱(13)中的污水达到预定温度后，进入生物反应器(15)通过嗜热微生物将污染物完全降解。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述pv/t模块能够用于产电产热；光伏电池产生的电能通过输电线连接至蓄电池(9)，供给系统中水泵(2)电器设备使用，蓄电池(9)连接逆变器(10)，逆变器(10)连接电网(11)接入污水处理厂部分(21)；产生的热能用于加热污水，保证水体温度能够在生物反应器(15)中进行周丛生物作用，同时经系统处理过的低温污水具有热量，...
【专利技术属性】
技术研发人员：余本东，徐菲扬，李丹，李念思，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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