一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置的制作方法

本发明涉及太阳能应用与核废水处理技术领域，尤其是一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置。

背景技术：

核电技术的发展给人们的生活、生产带来了极大的便利，其中铀作为核电的主要燃料在开发利用过程中会产生大量的放射性废水，这些铀废水将会对环境造成极大的危害，世界各国高度重视放射性废水处理技术的发展。铀废水处理工艺主要是去除溶液中的铀酰离子，目前常用的处理技术有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、蒸发浓缩、膜分离技术等。以上处理技术很大程度依赖人工操作，长期作业不可避免对人体造成辐射伤害。另外，上述处理技术能源大多来自电能和热能，易造成环境二次污染。当前，国内外已开展电化学方法对含铬废水、印染废水、氰化物、垃圾渗滤液等废水的处理。然而，因为含铀废水中铀的浓度较低(大约为0.5-50mg/l)，因此采用常规的电沉积方法难以获得较高的铀去除率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，包括废水处理池，废水处理池内设有电解装置，废水处理池内设有漂浮型光热转换薄膜，废水处理池的外侧安装太阳能电池板，太阳能电池板通过自动控制系统连接电解装置；

所述电解装置包括设置在废水处理池内的阳极套筒和阴极套筒，阳极套筒内设有阳极棒，阴极套筒内设有阴极棒，阳极套筒和阴极套筒通过固定架固定在废水处理池内，阳极棒和阴极棒的头部伸入到废水处理池内腔的底部，阳极棒和阴极棒的尾部连接牵引线和导线；

所述漂浮型光热转换薄膜由上下双层材料构成，下层为亲水的聚丙烯腈无纺布薄膜，上层为喷涂了炭黑的疏水的聚甲基丙烯酸甲酯无纺布薄膜，漂浮型光热转换薄膜漂浮在废水处理池内废液的表面。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述废水处理池的顶部位置连接废水供给管，废水处理池的底部位置连接沉淀废料导出管，废水供给管上设有入口阀门，沉淀废料导出管上设有出口阀门。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述废水处理池的外侧固定安装支架，支架的顶部连接太阳能聚光球面镜，太阳能聚光球面镜的聚光点位于废水处理池的表面，废水处理池的表面涂抹炭黑层。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述阳极棒的材质为铁，阴极棒的材质为石墨。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述废水处理池的底部呈漏斗状，废水处理池的底面为锥形面，废水处理池的下方设有支架桩，废水处理池安装在支架桩上，所述沉淀废料导出管的端口与废水处理池底部锥形面的顶点位置连通。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述废水处理池的内壁上安装水位计，水位计靠近废水处理池的顶部开口。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述阳极棒和阴极棒尾部的导线，入口阀门，出口阀门以及水位计与所述自动控制系统连接。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述自动控制系统包括太阳能发电控制器以及阀门控制器，太阳能发电控制器连接阳极棒和阴极棒尾部导线以及太阳能板，阀门控制器连接所述入口阀门，出口阀门以及水位计。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，所述入口阀门和出口阀门均为电磁阀。

上述的一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，该装置包含多个废水处理池，多个废水处理池的废水供给管均连接废水供给总管，多个废水处理池的沉淀废料导出管均连接沉淀废料导出总管。

本发明的有益效果为：该装置废水处理池内设有电解装置，电解装置对核废水进行电解；太阳能聚光球面镜将太阳光照汇聚在废水处理池表面对池内溶液进行加热；核废水上表面覆盖漂浮型光热转换薄膜，通过光热转换方式在界面处加热蒸发水分，随着水分蒸发，池内铀酰离子浓度会增大，电解效率加速，溶液中的ｕ（ⅵ）经过电化学反应成为ｕ（ⅳ）并沉淀在容器底部，分离出来的纯水蒸发到大气中，聚集的电解沉淀物被及时导出。在实际应用中，可以拓展为多台装置，加快核废水处理速度。该装置所有能量来源于太阳能，在对核废水进行处理时不消耗其他能源，无需人工操作，节能、高效、环保。

附图说明

图1是本发明电化学及光热蒸发处理核废水装置的总体结构示意图；

图2是本发明废水处理池的示意图；

图3是本发明所述的太阳聚光球面镜示意图；

图4是本发明所述的废水处理池剖面示意图；

图5是本发明所述的废水处理池俯视示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种基于太阳能的电化学及光热蒸发处理核废水装置，包括废水处理池1，废水处理池1内设有电解装置，废水处理池1内设有漂浮型光热转换薄膜，废水处理池1的外侧安装太阳能电池板2，太阳能电池板2通过自动控制系统连接电解装置；

电解装置包括设置在废水处理池1内的阳极套筒3和阴极套筒4，阳极套筒3内设有阳极棒5，阴极套筒4内设有阴极棒6，阳极套筒3和阴极套筒4通过固定架7固定在废水处理池1内，固定架7具体可以采用井字架结构，固定架7的端部可以通过螺栓固定在废水处理池1的内壁上，方便后期拆卸；对于电极的清洗更换提供了方便。

其中，阳极棒5和阴极棒6的头部伸入到废水处理池1内腔的底部，阳极棒5和阴极棒6的尾部连接牵引线和导线8；阳极棒5的材质为铁，阴极棒6的材质为石墨。

进一步，废水处理池1的顶部位置连接废水供给管9，废水处理池1的底部位置连接沉淀废料导出管10，废水供给管9上设有入口阀门11，沉淀废料导出管10上设有出口阀门12。

废水处理池1的外侧固定安装支架13，支架13的顶部连接太阳能聚光球面镜14，太阳能聚光球面镜14的聚光点位于废水处理池1的表面，废水处理池1的表面涂抹炭黑层。

进一步，废水处理池1的内壁上安装水位计17，水位计17靠近废水处理池1的顶部开口。

漂浮型光热转换薄膜由上下双层材料构成，下层是亲水的聚丙烯腈（pan）无纺布薄膜15负责泵水，上层是喷涂了炭黑（cb）的疏水的聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）无纺布薄膜16负责进行光热转化，在聚丙烯腈（pan）无纺布薄膜15和聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）无纺布薄膜16的界面处加热蒸发水分。漂浮型光热转换薄膜漂浮的水平高度等于水位，由水位计17监测，通过入口阀门11的通断调控水位，使薄膜与废水处理池1顶部距离保持在5cm～15cm之间。

为了方便沉淀废料，废水处理池1的底部呈漏斗状，废水处理池的底面为锥形面18，废水处理池1的下方设有支架桩19，废水处理池1安装在支架桩19上，支架桩19放置在地面上，沉淀废料导出管10的端口与废水处理1池底部锥形面18的顶点位置连通。

本发明中，阳极棒5和阴极棒6尾部的导线，入口阀门11，出口阀门12以及水位计17与所述自动控制系统20连接。

自动控制系统20包括太阳能发电控制器以及阀门控制器，太阳能发电控制器连接阳极棒5和阴极棒6尾部导线以及太阳能板2，阀门控制器连接所述入口阀门11，出口阀门12以及水位计17，其中，入口阀门11和出口阀门12均为电磁阀。太阳能发电控制器控制太阳能板2的光电转化，太阳能发电控制器可以连接备用蓄电池，方便将太阳能板2转化的电能存储，阀门控制器根据水位计17的信号来控制入口阀门11，出口阀门12的启闭，需要说明的是，太阳能板2的光电转化技术以及入口阀门11和出口阀门12的启闭控制技术都属于现有成熟技术的借鉴，本专利主要是对整体装置的结构进行创新改进，太阳能板2的光电转化技术以及入口阀门11和出口阀门12的启闭控制技术在本专利中不做详细描述。

该装置可以包含多个废水处理池1，多个废水处理池1的废水供给管9均连接废水供给总管21，多个废水处理池1的沉淀废料导出管10均连接沉淀废料导出总管22。

加工时，废水供给总管21将核废水通过各个废水供给管9导入到废水处理池1内，太阳能聚光球面镜14由高反射系数材料制作成半球面状，固定在支架13上，球面朝南迎向太阳，且反射光聚焦在废水处理池1的黑色表面，达到最大限度的加热效果，同时，漂浮型光热转换薄膜通过光热转换方式在聚丙烯腈（pan）无纺布薄膜15和聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）无纺布薄膜16的界面处加热蒸发水分。通过太阳能聚光球面镜14和漂浮型光热转换薄膜同步蒸发废水处理池1内的核废水，随着水分蒸发，废水处理池1内的铀酰离子浓度会增大，电解效率加速，溶液中的ｕ（ⅵ）经过电化学反应成为ｕ（ⅳ）并沉淀在容器底部。

电解的过程中，阳极棒5溶解生成的fe²⁺把废水中的六价ｕ⁶⁺还原成三价ｕ⁴⁺，并生成fe³⁺；阴极棒6尽可能接近池底，随着阴极棒6放电使废水ph值逐渐升高,ｕ⁴⁺和fe³⁺形成各自化合物并凝聚沉淀，通过沉淀废料导出管10可以将凝聚的沉淀物排出。

水位控制时，当废水处理池1内水位接近下阈值时，自动控制系统20的阀门控制器打开入口阀门11，当废水处理池1内水位接近上阈值时，关闭入口阀门11；当废水处理池1底部产生较多沉淀时，阀门控制器打开出口阀门12，将水池底部沉淀物连同少量溶液排出，当水池内水位接近下阈值时，关闭出口阀门12，并打开入口阀门11。

在实际应用中，可以将多个废水处理池1排放在一列，通过废水供给总管21统一向各个废水处理池1注入废水，当沉淀物达到一定量时，沉淀废料导出总管22对沉淀物及排出溶液进行统一收集。多台设备同步运作，效率倍增。

该装置废水处理池内设有电解装置，电解装置对核废水进行电解；太阳能聚光球面镜14将太阳光照汇聚在废水处理池1表面对池内溶液进行加热；核废水上表面覆盖漂浮型光热转换薄膜，通过光热转换方式在界面处加热蒸发水分，随着水分蒸发，池内铀酰离子浓度会增大，电解效率加速，溶液中的ｕ（ⅵ）经过电化学反应成为ｕ（ⅳ）并沉淀在容器底部，分离出来的纯水蒸发到大气中，聚集的电解沉淀物被及时导出。在实际应用中，可以拓展为多台装置，加快核废水处理速度。该装置所有能量来源于太阳能，在对核废水进行处理时不消耗其他能源，无需人工操作，节能、高效、环保。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。