一种利用太阳能循环脱除水体重金属的装置的制作方法

1.本实用新型属于重金属废水处理技术领域，具体涉及一种利用太阳能循环脱除水体重金属的装置。


背景技术：

2.随着科技的发展，工业废水及城市生活污水的排放等使得铬、铅、铜、镉等重金属元素以各种化学态形式进入生态环境中，超出正常水体的自然净化阈值，造成水体的使用价值降低甚至丧失，且重金属元素在生态环境中的迁移与积累具有极强的不可预见性和多样性，严重危害生态平衡和人类健康发展。在治理水体重金属污染的方法中，常见的化学沉降法法容易造成二次污染，增加污水治理成本；生物修复法由于物种选择性，对于重金属的种类处理有限，且需要时间对生物进行培养，局限性较大。在重金属污水的处理过程中，也涉及各种用电设备的能源消耗，一定程度上增加了电力成本。
3.因此，为了便捷、高效地处理水体重金属污染问题并降低电力能源的消耗，我们提出一种利用太阳能处理水体重金属污染的装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种便捷、高效地利用太阳能处理水体重金属污染的装置。
5.基于上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种利用太阳能循环脱除水体重金属的装置，包括污水处理系统，还包括与污水处理系统连接的供电系统；污水处理系统包括重金属处理箱，重金属处理箱内设置有重金属吸收装置；供电系统包括太阳能收集装置，太阳能收集装置连接有循环供油装置，循环供油装置连接有蒸汽发电装置。
7.进一步的，重金属吸收装置包括与重金属处理箱转动连接的水车，水车为竖直设置的圆盘状结构；水车上均布有水轮；重金属处理箱内设置有与水轮相对的进水管；进水管上连接有抽水泵；进水管上连接有进水支管，进水支管上设置有进水阀；进水管上还连接有循环管，循环管远离进水支管的一端与重金属处理箱的底端连接；循环管上设置有循环阀。
8.进一步的，水轮包括长方体状的塑料框，塑料框为多层复合结构；塑料框包括外层的塑料壳，塑料壳上开设有条形通孔，塑料壳内设置有无纺布层，无纺布层内设置有沸石颗粒层，沸石颗粒层内设置有生物炭吸附层。
9.进一步的，太阳能收集装置包括太阳能接收器，太阳能接收器连接有太阳能聚光器；循环供油装置包括与太阳能聚光器连接的进油管和出油管；进油管远离太阳能聚光器的一端连接有油泵，出油管远离太阳能聚光器的一端连接有储油罐，储油罐与油泵连接；蒸汽发电装置包括设置在出油管上的蒸汽发生器，蒸汽发生器连接有蒸汽发电机。
10.进一步的，太阳能聚光器连接有跟踪器，跟踪器包括与太阳能聚光器固连的蜗轮，蜗轮啮合连接有蜗杆，蜗杆上固连有与其同轴的叶轮；叶轮外设置有外壳，外壳上固连有与
叶轮相对的左跟踪管道和右跟踪管道，左跟踪管道与右跟踪管道均与进油管连接，左跟踪管道与右跟踪管道设置在太阳能聚光器与油泵之间；左跟踪管道上设置有第一电磁阀，右跟踪管道上设置有第二电磁阀；外壳上还连接有油回收管道，油回收管道设置在储油罐与油泵之间，油回收管道上设置有第三电磁阀；第一电磁阀、第二电磁阀与第三电磁阀连接有一个传感器，传感器设置在太阳能聚光器上。
11.进一步的，太阳能接收器为螺旋管式太阳能接收器；太阳能聚光器为碟式太阳能聚光器；传感器为光电池传感器。
12.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
13.1、本实用新型利用太阳能实现了重金属污染废水的循环处理，唯一能量来源于太阳，无额外能耗，极大的减少了电力成本。
14.2、采用水车轮转的方式，将重金属吸附剂负载在水轮上，使得重金属污水在经过水轮时进行第一重吸附，在水轮旋转搅拌污水时，进行第二重吸附，双重吸附加速了重金属吸附剂的吸附进程，大幅提高了污水中重金属的处理效率；设置循环管道可对污水进行循环多次处理，可进一步减少污水中的重金属含量；同时，水轮上的塑料框中的重金属吸附剂可依据实际处理情况进行更换，操作简单，使用便利，实用性更强。
15.3、无耗能太阳能双轴跟踪装置采用光电池作为传感器，利用电磁阀作为控制开关，保证了控制的准确性与快速性；区别于传统的步进电机带动，本实用新型利用液压带动，通过叶轮，提供足够的转矩，避免了大功率步进电机的使用。同时，液压能由低品味的热能直接转化，避免了热电转化过程，对传统跟踪装置进行了极大的改进，简化了设备，提高了能量利用效率。
16.4、螺旋管式太阳能接收器的设计独特。球形螺旋管道的设计，提高了接收器与焦斑区域的接触面积；同时，使得流体更容易进入湍流状态；此外，球形螺旋管增加了二次流的效果，这些措施都大大增强了换热效果。接收器玻璃罩太阳能选择性吸收涂层的设计，在不影响透射光的同时，防止反射光的辐射损失；同时，防止了空气自然对流带走热量，提高了太阳能的利用效率。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例1的示意图；
18.图2为本实用新型实施例1的水轮的结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例1的供电系统的原理图；
20.图4为本实用新型实施例1的跟踪器的示意图；
21.图5为本实用新型实施例1的跟踪器内部结构示意图；
22.图6为本实用新型实施例1的光电池传感器的示意图；
23.图7为本实用新型实施例1的传感器的电路示意图。
24.图中：螺旋管式太阳能接收器1、碟式太阳能聚光器2、传感器3、跟踪器4、油泵5、储油罐6、蒸汽发生器7、蒸汽发电机8、进油管9、出油管10、导线11、抽水泵12、进水阀13、循环阀14、进水管15、重金属处理箱16、水位线17、水轮18、水车19、出水阀20、出水管21、循环管22、隔板31、光电池32、左跟踪管道41、右跟踪管道42、油回收管道43、外壳44、蜗轮45、蜗杆46、叶轮47、塑料壳层181，无纺布层182，沸石层183，无纺布层184，生物炭吸附层185、第一
管头411、第二管头421、第三管头431。
具体实施方式
25.实施例1
26.一种利用太阳能循环脱除水体重金属的装置，如图1-7所示，包括污水处理系统，还包括与污水处理系统连接的供电系统；污水处理系统包括重金属处理箱16，重金属处理箱16内设置有重金属吸收装置；供电系统包括太阳能收集装置，太阳能收集装置连接有循环供油装置，循环供油装置连接有蒸汽发电装置。
27.如图1所示，重金属吸收装置包括与重金属处理箱16转动连接的水车19，水车19为竖直设置的圆盘状结构；水车19的轴心与重金属处理箱16转动连接；水车19上均布有水轮18；水轮18绕水车19的轴心呈圆形分布；重金属处理箱16内设置有与水轮18相对的进水管15；进水管15一端设置在重金属处理箱16内，对水轮18进行冲击，另一端设置在重金属处理箱16外；进水管15上连接有抽水泵12；进水管15上连接有进水支管，进水支管上设置有进水阀13；进水管15上还连接有循环管22，循环管22远离进水支管的一端与重金属处理箱16的底端连接；循环管22上设置有循环阀14；进水支管与循环管22均设置在重金属处理箱16外；出水管21设置在重金属处理箱16底部，出水管21上设置有出水阀20。
28.如图2所示，水轮18包括长方体状长筒型的塑料框，塑料框为多层复合结构；塑料框包括外层的塑料壳181，塑料壳181上开设有条形通孔，塑料壳181内设置有第一无纺布层182，第一无纺布层182内设置有沸石颗粒层183，沸石颗粒层183内设置有第二无纺布层184，第二无纺布层184内设置有生物炭吸附层185，生物炭吸附层185用于装载生物炭重金属吸附剂。
29.如图1、图3所示，太阳能收集装置包括螺旋管式太阳能接收器1，螺旋管式太阳能接收器1连接有碟式太阳能接收器；循环供油装置包括与碟式太阳能接收器连接的进油管9和出油管10；进油管9远离碟式太阳能接收器的一端连接有油泵5，油泵5上装有间歇性控制开关；出油管10远离碟式太阳能接收器的一端连接有储油罐6，储油罐6与油泵5连接；蒸汽发电装置包括设置在出油管10上的蒸汽发生器7，蒸汽发生器7连接有蒸汽发电机8，蒸汽发电机8与抽水泵12和油泵5连接。
30.如图4-5所示，碟式太阳能接收器连接有跟踪器4，跟踪器4包括与碟式太阳能接收器固连的蜗轮，蜗轮啮合连接有蜗杆46，蜗杆46上固连有与其同轴的叶轮47；叶轮47外设置有外壳44，外壳44上固连有与叶轮47相对的左跟踪管道41和右跟踪管道42，左跟踪管道41与右跟踪管道42均与进油管9连接，左跟踪管道41与右跟踪管道42设置在碟式太阳能接收器与油泵5之间；左跟踪管道41上设置有第一电磁阀，右跟踪管道42上设置有第二电磁阀；外壳44上还连接有油回收管道43，油回收管道43设置在储油罐6与油泵5之间，油回收管道43上设置有第三电磁阀（电磁阀未画出）；左跟踪管道包括与外壳连接的第一管头，右跟踪管道包括与外壳连接的第二管头，油回收管道包括与外壳连接的第三管头。第一电磁阀、第二电磁阀与第三电磁阀连接有一个传感器。
31.如图6-7所示，传感器3包括光电池传感器，光电池传感器设置在碟式太阳能接收器上。光电池传感器包括圆形的支撑板，支撑板上设置有垂直支撑板设置的两个隔板31，两个隔板31交叉且相互垂直设置，两个隔板31之间设置有两组（四个）光电池32，每个隔板31
与相邻隔板31之间均设置有一个光电池32。传感器3还包括与光电池32连接的avr系列单片机以及相应的外围电路。
32.供电系统工作时，油泵5将储油罐6内的油抽出，使油依次流经进油管9、螺旋管式太阳能接收器1和出油管10，再流入储油罐6内完成循环。碟式太阳能聚光器将辐射的太阳能汇聚在螺旋管式太阳能接收器1附近的焦斑区域，使得焦斑区域的温度达到900℃以上，通过辐射和对流的方式，向四周传递热量，螺旋管式太阳能接收器1外管道上涂有太阳光选择性吸收涂层，大幅吸收辐射能，并减弱了自身长波辐射，保障了热量被充分吸收。与螺旋管式太阳能接收器1连接处的进油管9内的导热油被加热至高温，高温油从出油管10进入蒸汽发生器7，将水加热成高温高压的水蒸气，水蒸气输送到外部的蒸汽发电机8用于抽水泵12和油泵5的供电。经过蒸汽发生器7后，有一定余温的导热油流入储油罐6。油泵5上装有间歇性控制开关，事先定时设置好启停时间，保证了整个加热和送油过程都是间断进行的，从而可以控制油在螺旋管式接收器中被加热的时间。
33.污水处理系统工作时，进水阀13打开，抽水泵12将待处理重金属污水通过进水管15输送进重金属处理箱16，进水管15正对着水轮18对水轮18进行冲击，并带动水车19与水轮18旋转。水车19上的水轮18附有长筒型塑料框，塑料框为多层复合结构，最外层塑料壳181上布有条形通孔，塑料壳181内张有第一无纺布层182，第一无纺布层182内侧为沸石颗粒层183，沸石颗粒层183内有生物炭吸附层185，用于装载生物炭重金属吸附剂。水流冲击水轮18时和水轮18在污水内转动时，重金属吸附剂均将污水内的重金属吸收去除。当重金属处理箱16内的水位达到水位线17时，进水阀13关闭，循环阀14打开，箱体内的污水通过循环管22被抽水泵12再度抽进重金属处理箱16中，进行污水循环处理，保证重金属脱除效率，循环一定时间后，抽水泵12和循环阀14关闭，出水阀20打开，重金属处理箱16中经过生物炭吸附处理后的水从出水管21排出，当重金属处理箱16中的处理水排尽后，出水阀20关闭，抽水泵12启动，再次进水，处理污水。
34.发电时，跟踪器4工作，使碟式太阳能聚光器持续对准太阳，保证获得充足的热量以稳定加热油。跟踪器4工作过程为：初始时，太阳光正对着两组光电池32时，相应的第一电磁阀、第二电磁阀均处于关闭状态，导热油不会经过叶轮47，直接送到螺旋管式太阳能接收器1里。而水平方向的光照不均时，水平方向光电池32组的两个光电池32将会产生一个电压差，于是光信号转换成电信号，通过mcu的比较分析，输出一定电压，控制第一电磁阀或第二电磁阀开启。当碟式太阳能聚光器2偏离太阳一侧时，第一电磁阀开启时，高压导热油经左跟踪管道41流经叶轮47，使叶轮47顺时针转动，通过叶轮47带动蜗杆46转动，从而使与蜗杆46啮合的蜗轮45逆时针转动；蜗轮45的转动带动碟式太阳能聚光器2逆时针转动，进而碟式太阳能聚光器2正对太阳光方向，完成对太阳的跟踪，随后关闭第一电磁阀。同理，当碟式太阳能聚光器2偏离太阳令一侧时，第二电磁阀开启时，高压导热油经右跟踪管道42流经叶轮47，使叶轮47逆时针转动，通过叶轮47带动蜗杆46转动，从而使与蜗杆46啮合的蜗轮45顺时针转动；蜗轮45的转动带动碟式太阳能聚光器2逆时针转动，进而碟式太阳能聚光器2正对太阳光方向，完成对太阳的跟踪，随后关闭第二电磁阀。当碟式太阳能聚光器2正对太阳时，第一电磁阀与第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，外壳44中的导热油被油泵5抽出，输入到螺旋管式太阳能接收器1中。
35.如图7所示的lm324四运放集成电路，内部包含4组形式完全相同的运算放大器，且
运放相互独立。当支撑板未对准太阳时，因角度差会造成两两对应的光敏电池上所接受的太阳光强不同，从而产生微弱的电压差，该电压差送入四通道电压比较器芯片lm324中进行比较输出，得出4路高低电平的信号变化，该变化信号就是太阳方位的实时反映，这4路信号送入单片机ad端口，内部程序根据信号驱动电磁阀动作，实现太阳能跟踪。