一种自供能式光催化降解污水系统的制作方法

本发明属于污水降解技术领域，尤其涉及一种自供能式光催化降解污水系统。

背景技术：

随着世界的现代科技高速发展，煤，石油，天然气等传统能源储量逐渐减少，而能源是人类赖以生存的基础，这已成为现代科学家急切需要解决的一个重大问题。而太阳能作为一种可再生能源，取之不尽用之不竭，可免费使用，而且也无需运输，对环境无任何污染，太阳能的利用已成为人类发展史上十分重要的一个课题。太阳光光谱上不同波段的光具有不同的特征，所以相应的对太阳光的利用也会有不同的形式。

我国是世界上的印染大国之一，印染工业较发达，相应的会产生大量的染料工业废水，染料废水具有组分复杂、色度高，悬浮物多，是较难处理的工业废水，而且染料废水往往含有许多有毒物质，如重金属，酚类化合物等，如果这些废水直接排放到大自然中会给环境造成难以估量的巨大危害。目前污水处理的常用技术如物化化学法与生化化学法，这两种方法的缺点前者是能耗高，后者是处理效率低，所以我们急需一种高效率而且低能耗的一种污水处理的方法出现。

技术实现要素：

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种自供能式光催化降解污水系统，目的在于通过对太阳光的全光谱的利用，实现光伏发电，有机朗肯循环发电与光催化高效降解污水，实现了自供能。

一种自供能式光催化降解污水系统，包括太阳能聚光分频装置、光催化反应装置和有机朗肯循环装置，所述太阳能聚光分频装置包括反射镜、分光镜、光伏光热接收器和二次聚光镜，所述反射镜将反射的太阳光线反射入分光镜，所述分光镜的下方设有二次聚光镜，所述二次聚光镜用于接受分光镜反射的一部分太阳光线，并通过二次聚光镜底部的光导纤维传输到光催化反应装置；所述分光镜的上方设有光伏光热接收器，实现对剩余太阳光线的分频吸收，所述光伏光热接收器通过管道与有机朗肯循环装置连接，将光伏光热接收器中的内能转化成电能，同时光伏光热接收器和有机朗肯循环装置通过导线连接光催化反应装置，将产生的电能输送到光催化反应装置，实现对光催化反应装置的供能。

进一步，所述光伏光热接收器包括同轴设置的两层管子，内管和外管之间形成真空层，内管内部为吸收液b流道，在吸收液b流道内水平放置固体分频器，在外管的外侧竖直方向平行设置两块金属反射壁13，且两块金属反射壁贴壁嵌套在“u”型的壳体内侧，所述两块金属反射壁之间填充有硅胶填充剂，金属反射壁的最顶端与光伏电池的两端接触，光伏电池的上表面设有散热肋片，且光伏电池与“u”型的壳体内侧之间为吸收液a流道，且吸收液a流道的一端与吸收液b流道的一端之间通过管道连接，吸收液a流道的另外一端和吸收液b流道的另外一端通过管道连接，实现与有机朗肯循环装置的耦合；“u”型的壳体的外侧套有保温材料。

进一步，所述固体分频器材料为cdsxse(1-x)半导体微晶掺杂玻璃。

进一步，所述吸收液a流道和吸收液b流道的吸收液为丙二醇或乙二醇。

进一步，所述光催化反应装置包括反应容器，在反应容器的底部设有一个磁力搅拌器，将磁子置于反应容器内部，反应容器的外部套装有冷凝管；所述反应容器内部插有温度计和取样管，在反应容器内装有光催化剂；整个光催化反应装置还设有风扇，所述磁力搅拌器和风扇连接光伏光热接收器中的光伏电池。

进一步，所述光催化剂为二氧化钛。

进一步，所述有机朗肯循环装置包括换热器、汽轮机、发电机、凝汽器和给水泵，通过管道将换热器、汽轮机、凝汽器和给水泵依次连接形成回路，所述汽轮机连接发电机，所述发电机连接磁力搅拌器和连接风扇，所述管道中装有循环工质。

进一步，所述的有机朗肯循环所用的循环工质为卤代烃，如r123、r245fa。

本发明的有益效果：

1.本设计将太阳光进行分频产生不同波段的光，将太阳光进行不同形式的利用，实现了太阳光谱的全利用，提高了太阳能的利用效率。

2.本装置有效的回收利用了废热，将废热用于加热吸收液进而驱动有机朗肯循环发电，节约了能源。

3.通过光伏发电与有机朗肯循环发电供给光催化反应，有效的节约了电量，降低了降解污水所需的成本。

附图说明

图1是本发明一种自供能式光催化降解污水系统框图；

图2是本发明一种自供能式光催化降解污水系统中太阳能聚光分频装置示意图；

图3是本发明一种自供能式光催化降解污水系统中光伏光热接收器结构示意图；

图4是本发明一种自供能式光催化降解污水系统中二次聚光镜的结构示意图；

图5是本发明一种自供能式光催化降解污水系统中光催化反应装置结构示意图；

图6是本发明一种自供能式光催化降解污水系统中有机朗肯循环装置框图；

图中，1、太阳能聚光分频装置，2、光催化反应装置，3、有机朗肯循环装置，4、光伏光热接收器，5、反射镜，6、玻璃罩，7、分光镜，8、二次聚光镜，9、光伏电池，10、吸收液b流道,11、固体分频器，12、真空层，13、金属反射壁，14、吸收液a流道，15、保温材料，16、散热肋片，17、硅胶填充剂，18、基座，19、光导纤维，20、反应容器，21、冷凝管出口，22、取样管，23、温度计，24、冷凝管入口，25、磁力搅拌器，26、风扇，27、磁子，28、换热器，29、汽轮机，30、发电机，31、凝汽器，32、给水泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，一种基于太阳光分频技术的自供能式光催化降解污水系统，包括太阳能聚光分频装置1、光催化反应装置2和有机朗肯循环装置3三大部分组成，太阳能聚光分频装置1包括反射镜5、分光镜7、光伏光热接收器4和二次聚光镜8，将上述太阳能聚光分频装置1包括反射镜5、分光镜7、光伏光热接收器4和二次聚光镜8置于玻璃罩6中，反射镜5倾斜铺设在玻璃罩6的底部，使得射入玻璃罩6中的太阳光能汇聚到玻璃罩6上方悬挂的光伏光热接收器4中；经反射镜5反射出去的光线经设在光伏光热接收器4下方的圆弧型分光镜7的分频作用下，使得波长为380-680nm的光线被反射入设置在分光镜7下方的二次聚光镜8内，其余波长的光线透过分光镜7射入光伏光热接收器4。

如图3所示，光伏光热接收器4包括有同轴设置的两层管子，可以采用石英管，内管和外管之间形成一层真空层12，内管内部为吸收液b流道10，在吸收液b流道10内水平放置固体分频器11，固体分频材料为cdsxse(1-x)半导体微晶掺杂玻璃，外管的外侧通过两块竖直的金属反射壁13贴壁嵌套在“u”型的壳体内侧，两块金属反射壁13之间填充有硅胶填充剂17，金属反射壁13的最顶端与光伏电池9的两端接触，光伏电池9的另一面设有散热肋片16，且光伏电池与“u”型的壳体内侧之间为吸收液a流道14，且吸收液a流道14的一端与吸收液b流道10的一端之间通过管道连接，如图6所示，吸收液a流道14的另外一端与吸收液b流道10的另外一端通过管道连接，实现与有机朗肯循环装置3的耦合；“u”型的壳体的外侧套有保温材料15。在本实施例中，吸收液a流道14和吸收液b流道10的吸收液为丙二醇或乙二醇。

如图4所示，二次聚光镜8通过基座18固定，二次聚光镜8接受分光镜7所滤出波长为380-680nm的光线，经过二次聚光镜8的凹面将该频段的光线汇集到二次聚光镜8的底部，二次聚光镜8的底部连接有光导纤维19，光导纤维19穿过基座18连接光催化反应装置2，将该光线传输到光催化反应装置2中，作为光催化反应装置2的光源。

如图5所示，光催化反应装置2包括反应容器20，在反应容器20的底部设有一个磁力搅拌器25，将磁子27置于反应容器20内部，在反应容器20的外部套装有冷凝管，通过冷凝管入口24通入冷凝水，从冷凝管出口21排出，实现对反应容器20的降温；在反应容器20内部插有温度计23和取样管22，用于实现对反应容器20内的反应温度实时监测，通过取样管22取样检测光催化反应效率；反应容器20为圆柱状，在反应容器20内装有光催化剂，可通过染料污水颜色的变化控制反应的时间，光催化剂为二氧化钛。二氧化钛价廉易得、无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好，相对于其他催化剂有更好的催化效率；整个光催化反应装置2还设有风扇26，且光催化反应装置2中的磁力搅拌器25和风扇26连接光伏光热接收器4中的光伏电池9，实现对磁力搅拌器25和风扇26的供能。

如图6所示，有机朗肯循环装置3包括换热器28、汽轮机29、发电机30、凝汽器31和给水泵32，连接吸收液a流道14与吸收液b流道10的管道通过换热器28，实现与有机朗肯循环装置3耦合，吸收液a流道14与吸收液b流道10的管道中的高温液体，通过在换热器28中进行过热传导，将吸收液的温度传递给有机朗肯循环工质，循环工质升温后，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入汽轮机29膨胀做功，从而带动发电机30，产生了电能。从汽轮机排出的蒸汽在凝汽器31中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助给水泵32重新回到换热器28，如此不断地循环下去，发电机30实现了对光催化反应装置2中的磁力搅拌器25和连接风扇26的供能。有机朗肯循环所用的循环工质为卤代烃，如r123、r245fa。

为了更清楚的解释本发明的工作过程，以下结合本发明的工作过程作进一步解释：

如图1所示，在本发明的工作程中，入射到玻璃罩6的太阳光线经过铺设在底部的线性菲涅尔反射镜上，被反射到分光镜7，分光镜7将波长为380-680nm的光线反射入二次聚光镜8内，通过二次聚光镜8再次汇聚后通过光导纤维19传输到光催化反应装置2中，作为光催化反应装置2的光源；未被分光镜7反射的光线入射到光伏光热接收器4中，波长为1100-2500nm的光线被吸收液b流道10中的吸收液吸收掉，实现对吸收液的第一次加热，剩余的光线在经过固体分频器11时，波长为280-380nm的光线被固体分频器11吸收，固体分频器11升温再次对吸收液b流道10中的吸收液进行加热；最后剩余的光线透过固体分频器11后，经过金属反射壁13反射到光伏电池9，光伏电池9接受光线将太阳能转化为电能并通过导线传送到光催化反应装置2中；且光伏电池9所产生的热量通过散热肋片16对流入到吸收液a流道14中的吸收液再次加热。吸收液a流道14中的吸收液通过管路输送到换热器28中，通过在换热器28中进行热传导，将吸收液的温度传递给有机朗肯循环工质，循环工质升温后，生成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入汽轮机29膨胀做功，从而带动发电机30，产生了电能。从汽轮机排出的蒸汽在凝汽器31中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助给水泵32重新回到换热器28，如此不断地循环下去，实现了对光催化反应装置2中的磁力搅拌器25和连接风扇26的供能。

进行光催化反应时，适合于光催化反应的光经光导纤维19输入光催化反应装置20，系统产生的电量带动磁力搅拌器25，反应容器20中的磁子27进行旋转搅拌加速光催化反应，反应之前启动风扇26，通入冷凝水，通过温度计23进行控温，以染料废水颜色的变化判断反应是否进行完全，待反应完成后，通过取样管22取样检测光催化反应效率。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。