CN102056847B - 水回收系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种回收污水的系统，所述系统包括热交换器，所述热交换器接收所述污水并且将至少一部分所述污水转化成蒸汽，并且收集所述热交换器内的至少一部分污染物。在白天通过太阳能聚光器加热热传导流体，在夜间通过生物燃料燃烧装置加热所述热传导流体。被加热的液体循环通过所述热交换器以加热所述污水。蒸汽机连接于发电机，所述蒸汽机接收来自于所述热交换器的蒸汽以驱动所述发电机，从而为所述系统提供动力。将从所述蒸汽机排出的蒸汽供应给附加热负载。将所述收集的污染物引入蒸发装置以除去残留液体。

Description

水回收系统和方法

相关专利申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求下述申请的优先权：2008年4月15日提交的名称为“Water Reclamation System and Method”的第61/124,247号美国临时申请、2008年9月12日提交的名称为“Water Reclamation System and Method”的第61/192,061号美国临时申请和2009年3月11日提交的名称为“WaterReclamation System and Method”的第61/209,765号美国临时申请，上述申请的全文在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明的领域总体涉及在农业或生产过程中所用的水在返回到自然环境之前的回收。更具体而言，本发明涉及通过利用可再生能源或其他环保的能源回收水的系统和方法。更具体而言，本发明涉及回收水的系统和方法，该系统和方法用于处理生物质废弃物并提供热能和/或电能作为副产品。

背景技术

这部分意于提供权利要求书中记载的发明的背景知识或来龙去脉。此处的描述可包括能实行的概念，但并不必然是以前已经表达过或实行过的概念。因此，除非在本文中另做说明，则这部分所描述的内容不是本申请说明书和权利要求书中的现有技术，并且不能因为他们包含在这部分中就认为他们是现有技术。

工厂需要用水加工农产品或其他产品是众所周知的。农产品和/或畜产品的生产场所(本文中一般统称为“农场”)也是众所周知的。当加工作业完成时，或者作为农业活动的结果，水常常受到溶解性固体、微粒或其他污染物的污染，使得水无法以满足一些水洁净度规章要求的方式重返自然环境。例如，规章通常限制从加工工厂或农场排放到自然环境的水中的总溶解固体(TDS)的含量。由于溶解固体一般足够小，过滤后仍会存在，所以溶解固体常常难以从水中除去。含有过量TDS的排出水会引起一些不良环境影响，并且会导致对工厂的规章罚款，或者在将含有过量TDS的排出水排放到自然环境之前需要用昂贵和/或能源密集型的系统处理或回收所述水。

我们需要的是用于回收在工厂(例如食品加工、农业、酿酒、牛奶场、石油钻井等)或农场作业中使用的水的系统和方法，以减少不良污染物(例如TDS)至满足或超过相关规章要求的洁净等级。还需要的是利用可再生能源或其他环保的能源回收水的系统和方法。还需要的是回收水的系统和方法，所述系统和方法有利于处理生物质废弃物并且还提供用于其它用途的热能作为副产品。

因此，理想的是提供回收来自于加工工厂、作业场所或农场的水的系统和方法，所述系统和方法通过利用环保的能源处理生物质废弃物并且提供热能作为副产品以用于多种多样的其他有益用途。

发明内容

在典型的实施方式中，所显示的水回收系统和方法包括六个基本部或功能部(例如子系统等)：‘水获取与输送部’、‘污染物收集与除去部’、‘发热部’、‘蒸汽能量转化与发电部’、‘富余热回收部’和‘回收水储存与排放部’。

水获取与输送部包括用于接收来自于工厂、作业场所或农场的污水的蓄水池或其他储存装置。污染物收集与除去部包括用于过滤污水的过滤站和立式壳管式锅炉，该立式壳管式锅炉接收来自‘发热部’的热能以蒸发污水，这样污染物被收集在锅炉的底部和管的侧壁。在白天时‘发热部’利用抛物面式太阳能聚光板和矩形收集器管加热热传导流体，在夜间时‘发热部’通过燃烧生物燃料(以生物质废弃物供应的形式)加热热传导流体。引导来自于锅炉的蒸汽通过湿蒸汽分离器至蒸汽能量转化装置(例如活塞式蒸汽机或特斯拉涡轮机)以驱动发电机产生用于系统的电力，并且将剩余的电力提供给工厂或农场。引导来自于蒸汽机或涡轮机的排出蒸汽通过另一个湿蒸汽分离器，而后蒸汽进入‘富余热回收部’，在富余热回收部中，蒸汽向一个或多个附加热负载(例如洗衣设备、农场设备、乙醇蒸馏设备、加工工厂设备)提供热量和/或使用蒸汽对将返回发热部的热传导流体预热。将附加热负载排出的蒸汽引入‘回收水储存与排放部’，蒸汽在所述回收水储存与排放部中被冷凝、检测、过滤并且作为回收水以水汽或液体的形式排放到自然环境或返回到工厂或农场重新使用。所述系统还包括控制系统，该控制系统监控表示与所述系统相关的各种参数的信号，并且提供适当的输出信号以操作所述系统的各种部件。

根据另一个典型的实施方式，提供一种系统和方法，该系统和方法通过多种可再生能源应用的集合产生压力和热量来补贴费用高昂的污水蒸馏。通过在压力下汽化水以驱动与发电机组合的本发明的蒸汽机，在一些应用中，本发明的热交换器能够将固体颗粒和污染物减少大约97％。在一些应用中，用于汽化过程的大约50％的热能被回收，并且热能的生产使用被优化。在一些应用中，本发明意于构建将可再生能源与水净化相结合的设施，该设施在每天净化大约500万加仑(GPD)的水的同时，能够产生大约30MW每小时的电力并且生产足够的热能以加工大约5000万加仑(GYP)每年的乙醇和/或其他生物燃料。电力和燃料产品创造附带的收益渠道，每种收益渠道成比例的分担蒸发的能量消耗，从而把蒸馏的能源消耗分成几个部分。所述系统和方法意于加工各种各样的水源，例如(但不限于)天然海水、逆渗透盐水、农业耕作水、排泄废水、食品加工厂废水、牛奶厂废水和化学污水。

根据另一个典型的实施方式，水回收系统和方法的部件可包括蓄水池或用于从工厂或农场接收污水的其他储存装置。过滤站过滤污水，并且立式壳管式锅炉接收来自发热装置(例如生物反应锅炉或太阳能阵列)的热能以汽化污水，从而将污染物收集在锅炉的底部和管的侧壁。在白天，利用具有抛物面式太阳能聚光板和矩形收集管的太阳能阵列加热热传导流体。在夜间，通过燃烧生物废弃材料(以生物质废弃物供应的形式)加热热传导流体。引导来自于锅炉的蒸汽通过湿蒸汽分离器至蒸汽机(例如活塞式蒸汽机或特斯拉涡轮机)以驱动AC发电机，从而产生用于所述系统的电力，并且将剩余的电力提供给所述工厂。引导来自于蒸汽机和涡轮机的排出蒸汽通过另一个湿蒸汽分离器，而后送入其他(例如附加的热负载等)热负载，该热负载例如乙醇蒸馏设备、无液体残留系统的干燥盘或其他加工工厂设备。将热负载排出的蒸汽引入‘回收水储存与排放部’，蒸汽在回收水储存与排放部中被冷凝、检测、过滤并且作为回收水以蒸汽或液体形式排放到自然环境或其他合适的场所重新使用。所述系统还包括控制系统，该控制系统监控表示与所述系统相关的各种参数的信号，并且提供适当的输出信号以操作所述系统的各种部件。

在另一个典型实施方式中，用于回收污水的水回收系统包括壳管式锅炉，该壳管式锅炉煮沸污水以使蒸汽流出锅炉并将污染物收集在锅炉内。运行抛物面式太阳能聚光板和生物质燃烧装置以加热热传导流体，热传导流体循环通过锅炉以提供热能，从而煮沸污水。蒸汽能量转化装置接收来自锅炉的蒸汽并且驱动发电机。一个或多个热负载接收从蒸汽能源转换装置排出的蒸汽。冷凝器接收并且冷凝从热负载排出的蒸汽。当太阳光的量足以充分加热热传导流体从而煮沸锅炉内的污水时，控制系统运行太阳能板，而当太阳光的量不足以充分加热热传导流体从而不能煮沸锅炉内的污水时，控制系统运行生物质燃烧装置。可提供过滤站在煮沸锅炉中的水之前过滤污水。可提供燃烧天然气的加热装置作为太阳能板和生物质燃烧装置的后备装置。太阳能板可包括用于加热热传导流体的矩形管，蒸汽能量转化装置可包括活塞式蒸汽机或特斯拉涡轮机，热负载可包括洗衣设备、农场设备、乙醇蒸馏设备或加工工厂设备。可提供藻类箱接收来自生物质燃烧装置的废气以促进藻类的生长，同时减少废气中的二氧化碳量的排放。可提供一个或多个湿蒸汽分离器除去蒸汽中的污染物。

在进一步典型的实施方式中，回收污水的方法包括：提供壳管式锅炉；将污水引至锅炉并且煮沸污水，这样蒸汽流出锅炉并且污染物被收集在锅炉里的；以及从锅炉中除去所收集的污染物。所述方法还包括：使热传导流体循环至锅炉以煮沸污水，当太阳光的量足以充分加热热传导流体从而煮沸锅炉内的污水时，利用太阳能板加热热传导流体，而当太阳光的量不足以充分加热热传导流体从而不能煮沸锅炉内的污水时，利用生物质燃烧装置加热热传导流体。所述方法还可包括：将来自于锅炉的蒸汽引入蒸汽能量转化装置并且驱动发电机；以及将从蒸汽能量转化装置排出的蒸汽送入一个或多个热负载以提供热量。所述方法还可包括：冷凝从热负载排出的蒸汽并且将冷凝物收集在蒸发池里。所述方法还可包括：提供控制系统，该控制系统可操作地接收表征蒸汽和热传导流体的温度、压力和流速的信号，并且控制锅炉和蒸汽能量转化装置的运行。所述方法还可包括：提供过滤站在煮沸锅炉中的水之前过滤污水。所述方法还可包括：提供燃烧天然气的加热装置作为太阳能板和生物质燃烧装置的后备装置。太阳能板可包括用于加热热传导流体的矩形管。蒸汽能量转化装置可包括活塞式蒸汽机或特斯拉式涡轮机。热负载可包括洗衣设备、农场设备、乙醇蒸馏设备或加工工厂设备。所述方法还可包括：使来自于所述生物质燃烧装置的废气起泡通过藻类箱以促进藻类的生长并且减少废气中二氧化碳量的排放。所述方法还可包括：提供一个或多个湿蒸汽分离器以除去蒸汽中的污染物。

附图说明

下文将根据附图描述本发明的典型的实施方式，其中类似的附图标记表示类似元件。

图1表示根据典型的实施方式的用于加工工厂或农场的水回收系统的原理图。

图2表示根据典型的实施方式的用于加工工厂或农场的水回收系统的方法的框图。

图3表示根据典型的实施方式的立式管壳式热交换器形式的污染物收集装置的示意图。

图4A表示根据典型的实施方式的活塞式蒸汽机形式的蒸汽能量转化装置的示意图。

图4B表示根据典型的实施方式的活塞式蒸汽机形式的蒸汽能量转化装置的细节主视图的示意图。

图4C-4F表示根据典型的实施方式的用于活塞式蒸汽机的滑阀的细节部分的示意图。

图5表示根据典型的实施方式的特斯拉涡轮机形式的蒸汽能量转化装置的示意图。

图6表示根据典型的实施方式的太阳能发热器的示意图。

图7A表示根据典型的实施方式的多级式污染物收集装置的示意图。

图7B表示根据典型的实施方式的用于从浓缩的污水中分离化合物的系统的示意图。

图8表示根据典型的实施方式的生物燃料燃烧装置的主视示意图。

图9表示根据典型的实施方式的如图8所示的生物燃料燃烧装置的燃烧室部分的细节主视示意图。

图10表示根据典型的实施方式的如图8所示的生物燃料燃烧装置的燃烧室部分的示意图。

图11A-11H表示根据典型的实施方式的污染物收集装置的示意图。

图12是根据典型的实施方式的另一种水回收系统和方法的工艺流程图的示意图。

图13是根据图12的典型的实施方式的用于水回收系统和方法的部件的设备布置装配示意图。

图14是根据典型的实施方式的由图12-13所示的水回收系统和方法使用的反射抛物面式太阳能聚光板的太阳能阵列的示意图。

图15是根据典型的实施方式的另一种用于酿酒厂(例如葡萄酒厂)的水回收系统和方法的流程示意图。

图16是根据典型的实施方式的另一种用于石油钻井作业场所的水回收系统和方法的流程示意图。

图17是根据典型的实施方式的另一种用于农场作业场所(例如奶牛场)的水回收系统和方法的流程示意图。

具体实施方式

参见图1，根据一种典型实施方式显示了一种水回收系统10，水回收系统10包括下列基本部分或子系统：水获取与排放部100、发热部200、污染物收集与除去部300、蒸汽能量转化与发电部400、富余热回收部500、回收水储存与排放部600和控制系统700，控制系统700与各部连接以协调和控制所述系统各部分内的设备的运行。

图中所示的水获取与排放部100包括在产品(例如食物、农产品或畜产品)加工过程中使用水的加工工厂、作业场所或农场(整体显示为110)。根据一种实施方式，所述产品是例如橄榄之类的农产品，所述水是在橄榄(或其他农产品)加工过程中被人类消耗所使用的水。根据另一种实施方式，所述工厂可以是酒厂，所述酒厂使用水加工并且排出有机物和废水。根据又一种实施方式，所述农场可以是奶牛场，所述奶牛场排出具有较高浓度的有机物质的废水。根据再一种实施方式，所述工厂可是石油钻井工厂(例如油田、钻探平台等)，所述石油钻井工厂产生具有较高浓度的盐和碳氢化合物的废水。因此，本说明书的范围意于包含所有这类实施方式。

污水从工厂110排出并且被获取到保存污水的蓄水池120(或其他合适的大型蓄水装置或储存装置，例如水箱、储仓、水池等)中用于回收。根据一种实施方式，在工厂110外靠近工厂110的地表相对水平(或凹陷)的区域形成蓄水池120，蓄水池120包括：大约5英尺高的护堤，并且限定大约10,000平方英尺面积的封闭周界(尽管为了适应特定工厂的处理要求，可使用其他高度的护堤和其他尺寸的蓄水池)。在所述封闭区域上和所述护堤上提供耐用、结实并且防水的膜(例如层状、薄片状等)材料以形成所述蓄水池。根据一种实施方式，所述防水膜是由大约60mil厚的聚亚安脂制成，并且所述防水膜可从B&B Supply of Fresno，California购买。所述膜优选黑色以增强所述蓄水池内的污水的太阳能加热，从而促进污水的蒸发。污水从工厂110排出后被储存在蓄水池120内，直至被所述污水回收系统处理。使用适当的管(例如导管、沟渠等)将污水从蓄水池120输送(例如运送、引导、运输等)至污水收集与除去部300。根据图示的实施方式，可用一个或多个泵130移动水，并提供中间蓄水箱140用于让水中的微粒污染物沉淀。根据一种典型的实施方式，一份来自于工厂110的由所述系统待处理的污水样品的化学分析的结果为平均TDS约10,538.8mg/L。

进一步参见图1，污水在泵压力输送下从蓄水池120和/或蓄水箱140进入污染物收集和除去部300。根据图示的实施方式，使污水首先通过具有一组或多组过滤器的过滤站302，从而除去污水中的所有微粒污染物。根据一种实施方式，所述过滤器是自冲洗式，可从US Filter或Seimens Water Technologies买到，所述过滤器具有大约20微米的筛眼孔径(尽管在污水具有其他类型的污染物的其他实施方式或应用中可以使用任意合适的过滤器尺寸)。根据替代的实施方式，所述过滤站可包括反渗透设备或其他合适的过滤设备。

过滤后的处理水从过滤站302排出后进入污染物收集装置304。根据一种实施方式，污染物收集装置304包括立式壳管式热交换器(例如锅炉、蒸汽发生器等，在图3和图11中有更详细的表示)，并且将污水引导通过热交换器304的管程的底部，污水在此被加热并且转化(例如煮沸的、蒸发的等)成蒸汽并从位于热交换器304顶部的管壁排出。用于将污水转化成蒸汽的热量由热传导流体提供，该热传导流体是在所述系统的发热部被加热并且被引导通过热交换器304的壳壁。污水转化为蒸汽导致污水中污染物(例如TDS等)的浓缩或蒸馏，这样污染物被收集在热交换器304内(例如在所述热交换器的底部和/或顶端，并且在所述热交换器管的表面)。

更具体地参见图11A-11G，图中显示了热交换器304形式的污染物收集装置的更多细节。图中所示的收集装置304包括立式壳管式热交换器，该立式壳管式热交换器被设计为满足ASME锅炉和压力容器规范的要求。热交换器304包括侧壁，所述侧壁具有两个平行延伸的壁部306和连接于所述两个壁部的相对端的两个圆形(图示为半圆形)壁部308，从而提供圆角矩形截面，将顶端头310和底端头312(例如罩等)分别安装到侧壁部306、308的顶部和底部以形成压力容器。在侧壁306、308的顶部和底部设置有具有一系列孔的端壁314(例如管板等)，在所述容器内以与所述孔相对应的方式布置有一系列管316并且固定于管板314，从而提供热交换器304的管程，这样污水流入一个端罩312，通过所述孔和管316进入对面的端罩310。热交换器304的壳的侧壁部306、308包括热传导流体吸入管口318(例如图示为6个管口)，所述吸入管口间隔分布在侧壁部306、308的较低周围上。所述污染物收集装置的矩形形状和热传导吸入管口318的跨度、位置和间距以如下方式设计：每根管与每个热传导流体吸入管口318处于预定的最大间隔内(例如根据一种实施方式是12英寸)。热交换器304的形状和热传导流体吸入管口318的数量/位置意于让所述装置被建得更大并且同时对所述热交换器内的所有管而言具有相对均匀分布的热传导流体。热传导流体排出管口320被显示为间隔分布在侧壁部306、308的较高的周围上。管316的长度足够长，以适应热交换器304内的污水的起泡或起沫，这样从所述热交换器排出的蒸汽中残留的泡沫被消除或被最小化。根据一种实施方式，管316的长度大约是89英寸，但可以是适用于一些污染物和其他工艺参数(例如要求的流速等)的其他长度。

热交换器304包括四个支柱330，所述四个支柱可拆装地连接至热交换器304，并且被设计成符合现代地动/地震标准。提供多个连接器法兰324(例如图示为3个连接器法兰)作为仪器接口，以满足意于使用仪器准确监控热交换器304内的压力传感器、温度传感器和腐蚀传感器。在较低的端罩312上提供用于供应污水的吸入管口334并且在较高端罩310上提供用于排出蒸汽的排出管口336。

根据图示的实施方式，以示例的方式可提供具有下述特殊特征的热交换器304，然而，本发明的范围意于包括在尺寸、数量和容量上的变化以适应其他用途：所述部件由钢制成，例如304不锈钢或碳素钢；壳壁设计压力大约是100psig，设计温度大约是560℉；管的数量大约是97根，每根管的外径大约是3.5英寸；所述热交换器的能量等级大约是150hp，但可以按比例扩大到大约500hp。

根据图示的实施方式，作为用于从污水中分离所述污染物的方法，热交换器304意于以积极促进所述热交换器表面“积垢”的方式运行(不像大部分传统的热交换器是以意于避免积垢的方式运行)。可以用一般的非进入方式通过周期性地从所述热交换器的底部排水口排出含有高度浓缩污染物的水(例如放浆、吹去(blow-by)等)并且将该水引入容器位置(例如蒸发池或热交换器、蓄水箱等)从所述热交换器中除去污染物。也可以用进入程度更高的方式除去所述污染物，即以周期性间隔打开并且清洁所述热交换器以除去所收集的大量污染物，所述收集的大量污染物是从所述污水中除去的。可以用任意合适的方式除去所述污染物，例如手动除去。例如，可移开热交换器304的顶端和/或底端310、312以允许合适的装置进入管316端部除去污染物(例如使用螺旋输送器、推杆、搅拌器或类似物之类的工具)。根据一种实施方式，可使用具有若干头部的螺旋输送器同时清洁多根管。根据另一种实施方式，可以以自动或半自动的方式除去污染物(例如超声波、压缩气体等)。例如，可以用水将热交换器304充满并且将超声波探头沉入所述管内。当所述探头被激发时，高频声波产生足够的震动以从所述管上移走污染物，从而在所述管底部收集。本申请人认为，这些从热交换器内部收集污染物的方法特别适宜于下述用途中：污染物包含高浓度盐和/或硫酸盐，并且污染物形成能很好传送声音震动的稠密层。从管316的内部除去的污染物可被收集在底端罩312中并被冲出，或者被收集在另一个合适的储存库(例如拖车、滚筒、料斗、罐、集装箱等)而后被干燥(如果必要的话，例如通过蒸发、太阳光等)，然后以合适的方式处理(例如作为可以再使用的化学副产品卖给其他工厂、填埋储存等)。根据其他实施方式，在这些实施方式中污染物包含油和有机物，油和有机物易于引起管内的污水起泡。起泡易于促使固体上升到管的顶部，在该顶部可以以蒸汽的速度将固体带出热交换器304。随着固体和其他污染物离开热交换器304，(通过本文中进一步描述的分离器)固体和其他污染物与“洁净的”蒸汽分离并且可被引导到干燥装置(例如平盘、箱、蓄水池等)，在干燥装置中残留的水被蒸发。典型地，以这种方式转移的“吹去”水的量可以在锅炉处理的总水量的大约5％-20％的范围内。根据替换的实施方式，可以在污水中使用药剂以促进起泡作用作为一种更少进入的方法从锅炉除去污染物。在这种方式中，热交换器304作为蒸馏装置运行，将污染物收集在热交换器304内并且从热交换器304排出蒸汽以用于蒸汽能量转化与动力发生部400和富余热回收部500。

尽管为了清楚起见，在图1中仅表示了一个热交换器304，但是为了获得所期望量的从工厂或农场回收废水的能力，可以提供两个或多个热交换器(例如平行排列和连接)。根据这样的实施方式，可提供一个或多个“额外的”热交换器以适应维修和所收集的污染物的除去，这样当清洁和/或维修其他热交换器时，仍有期望数量的热交换器保持运行。根据一种实施方式，热交换器304在下述条件下运行：大约120加仑每小时(GHP)的污水流速、大约460华氏度(℉)的壳壁热传导流体进入温度、大约81GHP的热传导流体流速。然而，可使用其他流速(例如50-500GHP)和温度(例如250-750℉)实现在所述热交换器内所期望的蒸汽产生和污染物除去。根据替换的实施方式，所述污染物收集装置可以是水平式壳管式热交换器、水箱、蒸馏器或用于将污水转化成蒸汽、将所述污染物收集在所述设备内并且排出蒸汽用于其它用途的其他形式的设备。

参见图7A-7B，根据典型的实施方式，可提供多级式(例如级联排列式等)热交换器304。所述多级式污染物回收装置可以适合于具有特别高水平的污染物的应用，或者用于期望零液体排放的应用。例如，根据图示实施的方式，第一污染物收集装置(图示为主锅炉340)作为污染物收集装置在相对高压下以上文描述的方式运行。具有浓缩收集的污染物的高度污染液态水(例如“浓缩物”)被从主锅炉340引入蒸汽分离器342，而后进入在减压下运行的第二(例如附加的、串联的等)锅炉344。第二锅炉344重新处理(例如煮沸、蒸发等)所述浓缩物并且将蒸汽排到蒸汽输出管346，具有进一步浓缩收集的污染物的液态水可被引入第三锅炉(图未示)以继续处理，或者被引入蒸发器348(例如板式蒸发器或类似物)，或被引入蒸发池进一步从所述水中收集和分离所述污染物。相应地，所述污染物收集装置的所有这类变型包括在本说明书的范围内。

进一步参见图7B，根据典型的实施方式，从所述污染物收集装置或锅炉340、344排出的高度污染的水中可以分离出一些化合物。根据图示的实施方式，浓缩物可被用于从污染的水中分离(例如通过沉淀、结晶等)出可商用的一些其他化合物，例如硫酸钙、硫酸钠等。例如，使用诸如浓缩和降温之类的任意合适的方法可以实施硫酸钠的分离。本申请人认为将所述污染的水中的污染物浓缩(利用所述污染物收集装置)至大约120,000mg/L的TDS水平，而后在容器(例如“固体分离池”)中获取所述浓缩物，在所述容器中所述污染的水的温度能被充分降低(例如大约38℉)从而导致化合物从所述污染的水中沉淀和/或结晶。而后所述污染的水可从所述容器排出并且由所述系统重新处理，而所述沉积的结晶物可被收集和干燥。进一步举例而言，可利用浓度和温度变化导致硫酸钙的分离。根据一种实施方式，使用所述污染物收集装置作为盐水锅炉以将盐水的浓度增加到大约每百万分之160,000份(PPM)(例如大约16％固态物)，而后高浓度水被引导通过冷却塔350或蒸发塔(例如在市场上可从Amcot Cooling Tower Corporation of Ontario，California买到的冷却塔)或类似物，从而使硫酸钙结晶并且聚集在塔350的底部。根据替换的实施方式，可以利用其他合适的方法(例如离子交换，或者利用碱性物质(例如石灰或类似物)提高所述回收水的PH值)实施从所述水中分离所述化合物。本说明书的范围意于包含所有这类的变型。

进一步参见图1，根据典型的实施方式显示了系统10的发热部200用于向污染物收集装置304提供热源。图中所示的发热部200包括多个发热器，所述多个发热器可以独立运行或彼此协作，并且可以顺序运行或同时运行。图中所示的发热器包括太阳能发热器210、生物燃料发热器230和天然气发热器290。每种发热器配置为向热传导流体增加热量，所述热传导流体循环通过管回路202至所述污染物收集装置，用于提供热量将污水转化成蒸汽。根据图示的实施方式，管回路202与每个发热器以平行结构连通，并且管回路202包括合适的阀以允许每个发热器与所述回路隔离，这样可以运行任意一个或多个所述发热器以加热在管回路202中循环并且通入污染物收集装置304的热传导流体。根据一种实施方式，已知热传导流体是XCELTHERM600，其可以在市场上从Radco Industries of LaFox，Illinois买到。

根据一种实施方式，控制系统700操作发热器和相关阀(需要时)以维持流向污染物收集装置304的热传导流体的相对稳定的温度和流量。例如，一般配置控制系统700在白天期间(即，当具有充足的太阳光可用时)运行太阳能发热器210为主要发热器，并在夜间运行生物燃料发热器(或当没有充足的太阳光可利用时)。当太阳能发热器210和/或生物燃料发热器230无法使用(例如维修期间等)时，天然气发热器290通常以“备用”模式作为后备使用。根据任意优选实施方式，太阳能发热器210和生物燃料发热器230是主要的发热器，以提供可再生热源和环保热源以用于从污水中除去污染物。

参见图1和图6，根据一种实施方式显示了太阳能发热器210。图6中的太阳能发热器210包括多个反射抛物面式太阳能板212(例如槽形物等，该槽形物等设备布置为太阳能阵列等形式)，所述太阳能板将太阳光聚集于收集管214，收集管214一般位于反射器212的焦点处。根据一种实施方式，收集管214作用为用于输送热传导流体通过太阳能聚光器212的导管，管214具有大体矩形的形状，该矩形形状的尺寸大约为宽1英寸、高3英寸，本申请人认为，与具有圆形截面形状的传统的收集管214相比，矩形形状的收集管具有有利的热传导性能。根据其他实施方式，大体为矩形的收集管214可以具有大约1英寸宽、4英寸或5英寸高的尺寸规格，然而对于特定的太阳能板几何形状而言，可以使用其他尺寸以获得最佳热传导性能。例如，本申请人认为，由所述管的反射侧壁提供的附加高度为反射光提供更大的目标，促进所述管内的热传导流体的湍流以降低液体界面层影响并且增强热传导性能(相对于传统的圆管)。热传导流体在“回路”中循环通过所述收集管，在所述收集管中热传导流体被入射在矩形收集管214的表面上的反射太阳光加热，而后热传导流体流向隔热储存器218(例如水箱等)以提供热的热传导流体的来源，所述热的热传导流体用于从所述污染物收集装置里的污水中除去污染物。根据一种实施方式，反射板212的表面积大约是200,000平方英尺，相当于大约2MW的发电功率，并且热传导流体循环的流速大约是25-100GHP，更特别地是35-75GHP，再特别地是45-65GHP，热传导流体被加热至温度大约是600℉。

可以理解，本发明可以使用商用的各种太阳能阵列来工作。然而，理想的太阳能阵列是抛物面式聚光槽，所述抛物面式聚光槽能够向所述收集管聚集大约82倍的太阳光，所述收集管通过所述槽的焦点中心。在这样的太阳能阵列中，可以用高温黑涂料(例如已知的solcoat)将所述收集管涂黑(或者以其他方式拥有黑色表面)。所述抛物面式镜槽可以由框架支撑，如本领域所共知地，在此可以使用角形钢框架。例如，这种太阳能阵列可以从Solar Genicsof Golden，Colorado、Soele of Jerusalem，Israel或Five Star Engineering ofBoulder，Colo获得。典型地，这些抛物面槽具有大约80％(太阳/热量)的效率，具体效率由一年中的具体时间而定。当然，根据本发明的太阳能阵列的平方尺度的大小会取决于要设计的地点的尺寸。这种阵列的尺寸可以是从几千平方英尺到几百万平方英尺之间的任何尺寸，再者取决于需加热的热传导流体的量。所述太阳能板可以由铝之类的合适材料制成，所述收集管可以由铜、铝、铁等之类的合适材料制成。

太阳能发热器210还包括跟踪装置220，跟踪装置220可以以往复的方式倾斜或“摇摆”所述太阳能板，以允许所述太阳能板在整个白天过程中跟踪太阳从东到西运动。根据一种实施方式，所述跟踪装置包括位于闭环回路控制装置中的吸热传感器(例如具有热敏电阻等)以提供主动传感系统，该主动传感系统感知太阳的活动并且通过驱动电动机和连接于所述太阳能板的连杆相应地调整所述太阳能板的倾斜。这种跟踪装置在市场上可从Beartrap Enterprisesof Coalinga，California获得。

根据另一种实施方式，用于储存热传导流体的储存器218可以是隔热的，或者另外提供用于储存被加热的热传导流体的热能的能量储存装置。例如，可以提供储存器218作为热能储存系统。例如，可以提供一种热能储存系统作为缓冲储存器，以便在短暂的时限内(例如大约30秒至大约3小时)使用所述缓冲储存器，在该短暂的时限内所述系统的发热部可能不能够适应给定负载需求的要求(例如当暂时的云层削弱太阳辐射、或当暂时的负载需求超出所述系统稳定状态下的供热量、或所述生物质供应的暂时中断等)。相比之下，可以提供所述热能储存系统用于更长时间的储存，例如3小时至24小时等。

所述热能储存系统可以包括热能储存介质和多根埋于所述储存介质中的导管，所述导管与所述储存介质具有热交换关系，从而形成复合结构，所述复合结构由隔热材料层围绕。布置每根导管传送热传导流体通过热能储存介质，并且还可以有导热的热传导元件(例如翼片、板、盘、薄片等)以加强所述储存介质和所述导管之间的热传导。每个热传导元件交替作为散热器和接收器，为了在所述导管内的热传导流体和所述介质的离散(导热的)成分之间双向传导热能，所述热传导元件延伸到所述能量储存介质内。

可以将所述热能储存系统至少部分地置于所述本地底部平面以上的部位，或者置于低于地平面的部位并且与固定的场地一体化，以使所述场地本身形成所述热能储存系统的延伸(例如置于太阳能收集器212阵列的下面或周围，或者其他合适的位置)。

可将粒状隔热材料(例如相对非传导的材料)或垫式隔热材料(图中未示)置于所述热能储存系统的顶部的附近和/或所述热能储存系统的顶部的上方。任选地，这种隔热材料包括砂子和/或岩粉，并且所述储存系统的上部区域可以选择性地包括更高级的隔热材料，而且所述更高级的隔热材料可以设置在所述储存系统的上部区域之上，或者设置在地平面或是设置在低于地平面较小距离的区域。

所述热能储存介质可以包括任意各种各样的材料，例如，该材料包括但不限于岩石、砾石、砂子、粉砂、粘土、石英岩、玄武岩、土壤、以及特殊形式的化学合成物或从中分离的馏分物。因此，“材料”可以是诸如岩石、石英岩或粘土(例如粘土可以是一些土壤分离出的部分)。一般而言，所述热能储存介质可以包含对热能储存有用的任何介质，该介质包括颗粒状热能储存介质。热能储存介质另外的例子包括混凝土、砂子和土工构筑物，所述土工构筑物实质上由导热无机矿物材料组成。颗粒状热能储存介质可以包含一种或多种颗粒组分，并且诸如缺少水泥或熟石灰之类的粘合材料。颗粒状储存介质允许所述热能储存系统的各种组件的相对运动，该相对运动包括由所述介质内的热胀引起的所述导管的纵向移动。典型地，颗粒状储存介质通过完全热循环维持其颗粒完整性，此外如果接触水，颗粒状储存介质仍然维持其颗粒完整性。

诸如无机材料或土制材料(例如表层土，和/或下层土，和/或表层土和/或下层土的专用材料，和/或岩石，和/或砾石)之类的各种材料可以使用于所述热储存介质。可以使用的材料的非限制实施例包括，例如混凝料(例如岩石、石英岩、花岗岩、玄武岩、硅酸盐、石灰岩、页岩、赤铁矿、矾土、方镁石(MgO)等)、砾石(例如石英岩、花岗岩、玄武岩、硅酸盐、石灰岩、页岩、赤铁矿、矾土、方镁石(MgO)等)、混凝土、砂子、土壤(例如表层土和/或下层土)、粘土、粉砂、土壤有机材料、金属、金属氧化物(例如赤铁矿、铁矿砂、矾土、方镁石(MgO))、玻璃(例如回收的玻璃)、硅酸盐、金属碳酸盐、石墨、金属硝酸盐、金属亚硝酸盐、金属氮化物(例如氮化铝)、熔盐、可溶解矿物(例如可溶解碳酸盐和硝酸盐)和液体(例如硅酮、矿物油、甘油、糖醇、惹烯、廿四碳烷)。

参见图1和图8-图10，根据一种实施方式显示了生物燃料发热器230。图中所示的生物燃料发热器230(例如生物燃料燃烧装置等)包括：具有下部234和上部236的外壳232，下部234用作燃烧器或燃烧室(例如火箱等)；上部236具有管排238(例如热交换圈等)，热传导流体通过管排238循环并被从燃烧室234上升的燃烧热量加热。提供生物燃料储存装置240和给料输运机242，通过顶部供给生物燃料斜槽向燃烧室234输送必要的稳定生物燃料供应，以维持管排238排出的热传导流体的理想温度。根据一种实施方式，生物燃料储存装置240是料斗或是托盘容器，输运机242是螺旋供给式输运机用于接受来自所述料斗的生物燃料并且通过所述生物燃料斜槽向燃烧室234输送生物燃料。所述螺旋供给输运机由电动机和变速箱的配置驱动，该配置由所述控制系统控制以维持从管排238出来的热传导流体在期望的温度下的速度(例如大约2-6吨/小时)输送生物燃料。生物燃料燃烧装置230可以由任意合适的材料(例如钢、铝和类似物)制成，并且用合适的隔热材料(例如具有耐热温度为大约3000℉的陶瓷纤维挡火板)隔离。

根据在图8中更详细地显示的一种实施方式，生物燃料燃烧装置230包括：具有进气风扇244(例如变速风扇等)的外部进气口、燃烧室234、底盘246、定向喷射口248、杯形偏转器250、燃烧器252、燃烧烟道喷嘴254、热交换器238、排烟道256、烟气离开与循环返回管道258、颗粒物过滤器260(例如净气机等)和顶部供给生物燃料送料槽262。运行净气机260以压缩烟气，而后将压缩后的烟气用于本文进一步将要描述的藻类生产(通过消耗所述气体中的CO₂)。

根据一种实施方式，燃烧室234以大约1300-1800℉范围内的燃烧底座温度运行。设置定向喷射口248和杯形偏转器250以在燃烧室234的底盘246处产生气旋影响，这样所述气体被加速并且被从底盘246抽出，这样底盘246的温度被降低。根据一种典型的实施方式，以图9显示的结构设置定向喷射口248和杯形偏转器250。在燃烧室234的顶部提供燃烧烟道喷嘴254，设置所述燃烧烟道喷嘴以在热交换器238的正下方位置压缩并且点燃所述气体，使所述气体更彻底地燃烧。

根据一种实施方式，生物燃料燃烧装置230伴随烟道气再循环(FGR)运行，以通过将一部分烟道气(例如大约20-25％通过循环管道258，然而可以使用更大部分或更少部分的烟道气)循环进入燃烧室234减少氧化氮(NOx)的排放(例如在一些应用中达到60％)。该过程意于降低顶点燃烧温度并且降低燃烧的气体/烟道气混合物中氧气的百分比，从而延缓了由高火焰温度(由温度高于1500℉的氮气(N₂)氧化产生的热的NOx)引起的NOx的形成。一般认为排放的NOx是弥漫性的污染物，引起或促成各种各样的问题，例如疾病、臭氧与烟雾形成、酸雨，并且是由于悬浮微粒的形成导致的能见度问题的原因。举例而言，所示出的烟道气再循环是通过下述方式实施的：引导所述烟道气通过烟道气出口256或引出装置，而后通过微粒过滤器260然后通过循环烟道气返回管道258到达燃烧室234的入口，所述循环烟道气返回管道包括可变速烟道气再循环风扇264，所述风扇用于将期望流速的烟道气抽入燃烧室234的入口。剩余的烟道气被引导通过分散装置(例如喷射器、起泡器等)进入含水的藻类储存箱中，以促进藻类的生长(将被进一步描述)。

进一步参见图8，可以提供烟道气热交换器266以将热量从烟道气传递至热传导流体，这样热传导流体在进入生物燃料发热器230中的主热交换器238之前被预热。烟道气热交换器266可以是任意合适的热交换器(例如具有或不具有散热片的管圈等)，并且所述烟道气热交换器布置于烟道气引出管道256之内或之外。控制系统700还监控烟道气的热量和气体含量，并且会操作所述进气口和烟道气再循环风扇以控制所述燃烧室内的生物燃料的燃烧。例如，如果NOx含量超出预定量，所述控制系统会降低所述风扇的速度以降低所述燃烧底盘的温度。

根据其他的实施方式，所述生物燃料发热器可以包括炉子，炉子一般被认为属于最简单的燃烧技术。在炉子中，生物质燃料在燃烧室中燃烧，将生物质转化成热能。随着生物质的燃烧，热气被释放出来，典型地，所述热气包含约85％的所述燃料的潜在能源。根据替换的实施方式，可以将所述发热装置和所述污染物收集装置组合成单个装置作为燃烧生物质的锅炉，一般认为这是更适宜的直燃技术，因为锅炉无需使用热传导流体就将燃烧的热量传递给蒸汽。典型地，锅炉的蒸汽输出含有60-85％的生物质燃料中的潜在能量。主要类型的生物质燃烧锅炉是反应堆燃烧器、固定炉排燃烧器或移动炉排燃烧器以及流化床燃烧器。典型地，反应堆燃烧器由格间组成，每个格间具有上部燃烧室和下部燃烧室，生物质燃料在所述下部燃烧室中的炉排中燃烧，释放挥发性气体。气体在所述上部(二级的)燃烧室中燃烧。所述燃烧器可以具有手动或自动除灰系统。在固定炉排燃烧器或移动炉排燃烧器中，自动进料器分配生物质燃料到炉排中，在所述炉排中燃烧燃料。燃烧气体从炉排下面进入。在固定炉排设计中，灰渣落入坑中以便收集。相对而言，移动炉排系统具有移动的炉排，所述炉排使灰渣落入料斗。流化床燃烧器一般在粒状材料(例如砂子)的热床中燃烧生物燃料。气体喷射进入所述床，引起类似沸腾液体的紊流。所述紊流分散并且悬浮所述燃料。这种设计增强热传递，并且意于允许用低于大约972℃(1700℉)的运行温度以减少氧化氮(NOx)排放。典型地，流化床燃烧器还能够处理高灰燃料和农业生物质残质。相应地，所有这些生物燃料燃烧装置和技术被认为包含在本说明书公开的范围内。

一般认为生物质是可再生能源，因为生物质包含的能源来自于太阳。通过所述光合作用过程，植物中的叶绿素通过将来自于空气中的二氧化碳和来自于土地的水转化成碳水化合物(由碳、氢和氧组成的复杂化合物)来获取太阳的能量。当燃烧这些碳水化合物时，它们转变为二氧化碳和水，并且释放出它们所含有的太阳能。获取生物质能源的最常用的方式是燃烧生物质，从而产生热量、蒸汽和电力。在世界上存在许多类型的植物，并且它们能够通过许多途径用于能源生产。通常有两种途径：种植专门用于能源利用的植物，以及使用用于其它目的植物的残余物(例如食物产品等)。

根据一种实施方式，生物燃料包括如橄榄核之类的生物质废弃物产品，所述橄榄核代表生物质废弃物的易得来源，所述生物质废弃物产生于工厂中橄榄的加工，并且燃烧橄榄核方便地产生热量以回收污水，从而有效减少本来会另外堆积在填埋场或其他不理想位置的生物质的量。本申请人认为橄榄核(作为一种形式的生物质废弃物)代表用于水回收系统的生物燃料的优质来源，因为橄榄核产生大量的热量却产生非常少的烟和灰。本申请人认为鉴于相关的规章限制，使用橄榄核作为生物燃料会产生有利的NOx排放量。对所述系统的一种实施方式而言，基于初步的因素，本申请人估计基于大约每天42000磅(lbs)的橄榄核的燃烧速率，NOx排放速度会是大约11磅(lbs)/小时。

根据替换的实施方式，任意其他合适形式的生物质废弃物可以用作燃烧室中的生物燃料，例如草、杏或其他坚果壳、用过的货盘、纸浆厂和造纸厂残余物、森林采伐场和木材厂废料、城市废物、诸如玉米禾茎(所述植物的茎、叶和外壳)、稻秸和麦秸之类的农业或作物废物与残余物、动物废物(例如牛粪、鸡粪和猪粪等)、城市木材废物(例如施工废弃物和边角料、草坪和树木修剪物等)和城市废物(例如垃圾、填埋场气体等)。为了最大化由所述系统提供的总体收益，生物燃料的来源优先(至少部分)基于由所述工厂或农场产生的生物质废弃物产品，所述工厂或农场的水被回收。换言之，所述生物燃料可以从本来要以非理想的方式(例如填埋场储存)处理的废物的生物质废弃物产品制造者处获得。根据任意优选的实施方式，在用于所述太阳能发热器的阳光不足从而不能维持循环的热传导流体的期望温度的时间周期内，所述生物燃料发热器使用生物质废弃物产品加热热传导流体，从而回收所述废水，并且处理生物质废弃物。

进一步参见图1和图8，生物燃料燃烧的释放的热能可被用于任意各种各样的有益目的。例如，该热能可以用于预热容纳在所述太阳能发热器蓄水池中的热传导流体。进一步举例而言，所述生物燃料燃烧装置的释放的热能和废气可以通过适当的端头和喷嘴(例如喷射器、起泡器等)排入藻类生长水箱270(例如池塘、蓄水池、光生物反应器等)，从而促进藻类生长并且减少由所述生物燃料燃烧装置释放到自然环境中的二氧化碳的量。一般而言，藻类生长需要水、阳光和二氧化碳。藻类体重的50％是由油构成，并且可随后收获箱中藻类产生的油并且转化成生物柴油燃料，同时藻类含有的碳水化合物可被发酵成乙醇。

生物柴油常常被称为来源于可再生脂质能源的长链脂肪酸单烷基脂。其他一些则已经限定生物柴油为由植物油或动物脂肪制成的材料。所有的生物柴油一般基于由甘油结合三个脂肪酸形成的甘油三酸酯。如果所述来源是诸如牛脂、猪油或鲸油之类的动物脂肪，所述脂肪酸是饱和的，它们不包含双键。如果所述来源植物，所述脂肪酸是不饱和的，它们包含一个或多个双键。在Biodiesel from Algae，A Look Back at the U.S.Department of Energy′s AquaticSpecies Program中报道了通过藻类制造生物柴油的方法，该文献报道了在该方案中研究的藻类物种能够以三酰甘油的形式产出所述藻类体重的60％，该三酰甘油同由含油作物制成天然油一样。完整的报道(No.NREL/TP-580-24190，July 1998)全文在此通过引用方式并入本文。关于生物柴油制造的更详细的资料可以由下列专利文件得到：公布号为WO2006/036836的国际专利申请、第6,855,838号美国专利、第6,822,105号美国专利、第6,768,015号美国专利、第6,712,867号美国专利、第6,642,399号美国专利和第6,398,707号美国专利，所有这些专利的内容全文在此通过引用方式并入本文。

通过下述方式能够加速藻类生长：使生物燃料燃烧装置230的出口排出的补充的二氧化碳起泡通过藻类箱270，这提供了在有效的温室气体到达大气之前获取该有效温室气体的额外益处。在给定的合适条件下，藻类的体积在一夜之间能够加倍，而且不像例如大豆或玉米之类的其他生物燃料给料，可每天收获藻类。本文使用的收获是指收集长大的藻类(例如藻花)的行为。通常使用机械(例如粗筛、铁丝网、捞网)完成收获，并且能够手动完成或自动完成。典型地，将收获的藻类输送到箱或其他可密封设备进行降解处理。所述藻类箱可以置于大体接近于所述系统的其他部件的地方(例如靠近污水储存器和/或蒸发池等)。可以以预定的频率(例如每天)收获或收集藻类，并且加工藻类以从藻类中提取油(例如通过压榨或类似方法)，进而将该油转化成生物柴油之类的燃料。

目前有一些方法是可用于通过藻类生产燃料。例如，通过生物气化或热气化作用可以通过藻类产出甲烷。可发酵生物质，从而形成乙醇。乙醇可直接燃烧。可以压榨藻类以从中排出油，并且对这些油进行脂基转移，在脂基转移中所述油中的三聚甘油与纯酒精反应形成烷基酯，所述烷基酯作为生物柴油是公知的。另外，一般知晓，当处于缺氧环境时，一些绿藻产生氢，所述氢可被回收并用作燃料。在第5,661,017号美国专利中描述了用于通过藻类生产生物柴油燃料的其他方法，所述专利的实质内容在此通过引用方式并入本文。通过藻类生产乙醇的方法目前也是可行的。例如，利用发酵和分馏工艺可以生产乙醇，例如在第7,135,308号美国专利中所描述的方法，所述专利的实质内容在此通过引用方式并入本文。相应地，本申请书的范围意于包含所有这类用途和方法。

进一步参见图1，根据一种实施方式显示了天然气发热器290，天然气发热器290意于充当太阳能发热器210和生物燃料发热器230的后备，并将所述天然气发热器维持在备用模式以备所述太阳能发热器和/或所述生物燃料发热器不能使用(例如维修等)的情况。尽管通常不认为天然气是“可再生”能源，但为了维持所述系统的运行可靠性，天然气发热器290意于提供相对清洁的燃烧热源用于下述意外情况：当太阳能加热和/或生物燃料加热无法使用时，并且热能储存系统218的能量储存能力不足以提供维持热传导流体的期望温度必需的热量时。

相应地，系统10的发热部200包括各种环保的发热器，所述发热器提供热能以回收来自于工厂110的污水，同时还减少生物质废弃物的量，所述生物质废弃物本来要较不理想的方式处理，并且还帮助促进藻类的生长，藻类又可以被用于生产生物柴油燃料和乙醇。

进一步参见图1，由发热部200产生的热能加热热传导流体，热传导流体循环通过管圈202至(并且通过)污染物收集装置304，从而将污水转化成蒸汽并且从污水中分离所述污染物。根据一种实施方式，从污染物收集与除去部300排出的蒸汽处于大约80-200磅/平方英尺(PSI)的相对“低”的压力，更特别地为100-170PSI，再更特别地为110-150PSI，还更特别地130-135PSI，并且蒸汽被输入蒸汽能量转化与动力发生部400。根据图示的实施方式，蒸汽能量转化与动力生成部400包括：蒸汽能量转化装置410和电力发生器480，所述蒸汽能量转化装置将蒸汽能量转化成机械功率输出，所述电力发生器利用机械功率输出产生电力。从所述蒸汽能量转化装置排出的蒸汽而后被导入富余热回收部500，在该富余热回收部中蒸汽又被用于向与所述工厂或农场连接的各种各样的热负载中任一种提供“富余的”加热。根据替换的实施方式，为了适于特别的蒸汽能量转化装置，所述污染物收集装置所产生的蒸汽的压力可以更高或更低。

根据一种实施方式，蒸汽能量转化装置410是活塞式膨胀蒸汽机420(在图4A-4B中更详细地表示)，所述活塞式膨胀蒸汽机具有大约300HP的马力额定值(但可以在5HP-5000HP的范围内，并且更特别地在100HP-1500HP的范围内)，所述活塞式膨胀蒸汽机接收来自锅炉304的蒸汽用于在汽缸422中膨胀，从而驱动活塞424，并且使曲轴426以大约300-325转/秒(RPM)的速度旋转，以向发电机480提供机械功率输出。已经发现，由于活塞式蒸汽机420的容许污染物(例如矿物、盐、硫酸盐、有机物和化学废料等)的固有性能，活塞式蒸汽机420特别适合用于这种应用，所述污染物可以残留在来自于所述污染物收集装置的蒸汽中，因此在其他设备不能够容许蒸汽供应中的潜在污染物的情况下，所述活塞式蒸汽机更加可靠。再者，接触蒸汽供应中的污染物的蒸汽机420的部件在需要替换的情况下可以被容易地、经济地替换。在蒸汽机420的蒸汽进口处提供控制阀428，所述控制阀可以是手动节流阀、或者可以是自动操作阀，该自动操作阀被设计成能迅速地开/闭(例如弹开/快关等)以用于控制所述蒸汽机。

更特别地参见图4B，图中所示的活塞式蒸汽机420包括：汽缸/活塞组件422/424，每个组件具有关联的蒸汽传导管430和具有蒸汽入口的蒸汽腔432；控制阀428，所述控制阀的形式为滑阀(例如垂直D阀)，该滑阀具有摇臂434和连杆436，连杆436通过轴承438与驱动轴424偏心地连接；活塞轴440；密封压盖442；活塞导承板444；活塞轴导承446和与驱动轴连接的连接臂448。根据一种实施方式，以带柄圆柱管的形式提供汽缸422，所述圆柱管的直径在大约6-42英寸的范围内，因此有利地避免了对大号铸件汽缸的需求。使用蒸汽输送箱432，而不使用传统的蒸汽输送管，并且所述阻件可以被焊接或用螺栓固定到所述蒸汽机的框架。像“双作用”式滑阀一样通过连接至摇臂434的连杆机构操作D阀428，所述摇臂枢转地连接至连杆436，所述连杆偏心地连接至驱动轴424。所述连杆机构、摇臂和偏心连接的连杆允许所述阀“快速”进入位置，这样缩短所述阀的过渡时间并且提高蒸汽流入/流出所述汽缸的效率。连杆436包括超大摇臂槽，在摇臂434接合之前，所述摇臂槽允许所述连杆在其行程的5％-40％之间移动。因此摇臂434在与连杆436的中间冲程相对应的点处接合，导致快速(例如“咬合”、“猛拉”等)的连接和开/闭D阀428。

参见图4C-4F，根据一种实施方式显示了D阀428内的蒸汽入口和出口布置。D阀428包括蒸汽箱部437和可滑动的D形芯柱435，所述蒸汽箱包括入口431，所述入口呈孔排形式，图中所示的孔具有圆形形状(然而，根据替换的实施方式，可使用具有其他形状的孔)。图中所示的蒸汽箱437上的出口433为呈细长矩形形式的单口，并且大体平行地设置在两排入口孔431之间的中间位置。D形芯柱435包括两个臂435a、435b，在所述两个臂的一端具有密封材料439，并且所述臂配置为随摇臂434和连杆436以快速式运动来回移动芯柱435，所述臂在所述蒸汽箱的表面上来回滑动，从而以期望的次序封闭和打开所述入口和出口，以允许蒸汽进入关联的汽缸422和从关联的汽缸422排出。本申请人认为，所述入口孔提供增强的蒸汽入口流动特性，该特征使所述活塞式蒸汽机具有改良的性能。

根据一种实施方式，活塞式蒸汽机420包括：框架450，所述框架的尺寸大约是24英寸长、48英寸宽、65英寸高；汽缸422，所述汽缸的直径大约是12英寸、高大约是12英寸。蒸汽机420利用蒸汽供应运行，所述蒸汽供应的压力大约是200PSI、温度大约是400℉、流速大约是3600-4400lb/hr、蒸汽排出压大约在10-80PSI的范围内，从而以325RPM提供大约300HP的轴输出动力，从而得到大约250KW的电输出。

根据另一种实施方式，蒸汽能量转化装置410可以是诸如盘式涡轮蒸汽机之类的涡轮机，更具体而言，可以是例如改良的特斯拉式涡轮机460(图5中有更详细的表示)。涡轮机460通过将所述蒸汽流以大体平行与一连串薄的旋转涡轮盘468的正面的方式导入，将来自于热交换器304的流体流(典型地，潮湿的或“低等级的”蒸汽)的动能转化成可利用的轴力。依靠通过附着于盘468表面的粘性边界层产生的剪切力，所述流体流沿着盘468旋转的方向向盘468施加动量。这种多重盘468同心地置于轴470上，并且机械地连接于轴470。涡轮盘468和轴470的组件一般被称为涡轮转子。所述转子安装在低摩擦轴承466上，并且所述转子具有用于将所述轴的输出功率结合至发电机480或其他动力负载的设备。所述转子以在圆柱形壳体464内具有少量间隙的方式在固定轴上旋转。流体流首先形成二维喷射气流，所述喷射气流的宽度远大于其厚度。引导所述射流的中心线在盘468的边缘附近的位置以大体正切的方向冲击盘468。向盘468施加动量后，所述流体流损失动能。因为所述转子被包含在禁止外流的密封适配壳体464内，由此产生的速度损失导致流体径向向内流过盘468的表面并获得了速度的轴向量，形成了自我稳定的涡旋。孔476的格局穿过盘468的厚度，所述孔集中于离盘468的中心不远的圆周上提供适用于流体轴向流动的路径。流体流一离开层叠的涡轮盘就被导入出口460，并且通过圆管(未示出)从壳体464中导出。

进一步参见图5，所述涡轮机包括三个基本部件或组件：喷嘴转子壳组件465、转子组件471和转子轴承壳组件466。喷嘴转子壳组件465包括缩扩亚声速喷嘴472，所述喷嘴穿过圆柱形壳体464的边缘，所述圆柱形壳体的内径略大于盘468组件的外径。位于炉喉上游的喷嘴472的收缩部(未示出)的截面为圆形，并且通过(例如)管的短螺纹部给料。位于所述炉喉下游的喷嘴的扩张部的截面为矩形。所述炉喉(在此处实现近亚音速流动)的截面为正方形。所述扩散喷嘴的出射平面具有大约8∶1的纵横比，并且相对于所述炉喉具有大约32∶1的面积比。喷嘴472的发散半角被限制在大约12度以防止在所述气流离开所述出射平面之前的流分离和回流。通过矩形窗将所述矩形截面流体射流导向盘468上，所述矩形窗穿透壳体464，并且喷嘴472被焊接于圆柱形壳体464外围上的一个位置使得所述喷嘴和所述壳体之间连接角度大约为45度。壳体464的一个端部终止于包含密封的滚动轴承466的固定壁，并且所述壳体的另一端部终止于在轴线上具有圆形出口474的固定壁。

转子组件471包括一系列大盘468(例如“动力盘”等)和小盘469(例如“隔离盘”等)，所述大盘和小盘在轴470上以交替次序的方式设置。两种盘均具有透过其厚度的中心孔，该孔允许精确滑动配合至轴470。动力盘468具有选定的外径，这样所述外径的在额定运行状况下的轮缘速度大约等于从喷嘴472射出的流体流速度。动力盘468的厚度大约等于其直径的1/64。动力盘468还具有圆孔476(轴向流动孔)构成的格局，圆孔476钻透盘468，圆孔476聚集成与轴470轴线同心的圆环上，该圆环的直径大约是盘468的外径尺寸的1/3。选定所述轴向流动孔的直径，这样所述圆孔构成的格局的截面面积的总和大约等于所述喷嘴的出口面积。所述隔离盘具有如下的直径：当轴向观察时所述隔离盘的外轮缘与轴向流动孔476的内轮缘相切并且不会堵塞所述轴向流动孔。选定隔离盘469的厚度为额定设计的速度、粘度和密度条件下所述流体的有效边界层厚度的两倍。选定动力盘468和隔离盘469的数量，这样所形成的盘叠层的高度大约等于其直径。通过设置在圆孔中的3个牵引螺栓473的作用，所述盘叠层在所述动力轴上被夹于一起形成刚性单元，所述牵引螺栓延伸通过所述叠层的长度并且延伸进入位于所述叠层两个端部的毂中。所述牵引螺栓孔设置在螺栓环上，所述螺栓环的直径大约等于动力盘468的直径的1/5。锥形锁夹(未示出)用来使所述叠层各个端部的毂固定至轴470上，并且从所述转子叠层向轴470传递转矩。在转子轴470的端部使用锥形锁夹(未示出)将驱动轮(未示出)连接至轴470。

转子轴承组件466包括直径与壳体464的直径大概相同的短圆柱形壳体475，壳体475附着有直径大小的固膜壁。该膜壁对流体流提供正向屏障迫使所有流体在出口474处流出壳体464。所述膜壁还具有轴向孔和螺栓孔，该轴向孔具有足够大的直径以留有空隙让轴470伸出部通过所述轴向孔，所述螺栓孔用作滚动轴承组件的固定装置。用螺纹紧固件将成对的滚动轴承477固定至所述膜壁(为清楚起见仅示出了一个滚动轴承)的任意一侧，并且轴470的一个端部伸过所述轴承。从而，轴承组件466提供相对于所述转子壳体的所述转子的运动学上的限定位置，并且允许所述转子以最小的摩擦损耗绕其轴旋转。

根据一种实施方式，盘468是由316不锈钢制成，这意于抗扭曲并且提高盘的寿命，然而所述盘可以由其他合适的材料制成，例如高温陶瓷等。可以改变(修正等)出口孔474的尺寸以与所述盘之间的期望的压降相适应，例如所述压降在供给压力的大约25-90％的范围内。涡轮机460意于以相对高的RPM运行。例如，具有直径为大约12英寸的盘的50lb转子意于以大约15,000RPM的额度速度运行。本申请人还认为，特斯拉式涡轮机特别适合于水回收应用，因为特斯拉式涡轮机具有处理蒸汽中的潜在污染物的内在性能，并且特斯拉式涡轮机具有仅有单一移动部件的特征。根据替换的实施方式，可以使用其他蒸汽能量转化装置向发电机提供机械功率输出，举例而言，各种冲力式涡轮机中的任意一种。

进一步参见图1，还显示蒸汽能量转化与动力发生部400包括位于蒸汽能量转化装置410的入口侧的第一(例如“上游”)湿蒸汽分离器486以帮助减少来自于污染物收集装置304的蒸汽中的任何湿气残留。分离器486还方便地帮助获取残留在蒸汽里的污染物，并且该污染物可通过分离器486的排水部收集。根据一种实施方式，对由所述系统从蒸汽分离出的液体和污染物的样品进行化学分析，显示出大约62,100mg/L的TDS。图中所示的第二(例如“下游”)湿蒸汽分离器488位于蒸汽能量转化装置410的出口侧，帮助在将蒸汽引入系统10的富余热回收部500之前对排出的蒸汽除去湿气。

蒸汽能量转化装置410的机械功率输出被用来使发电机480旋转以产生电力。优选地，产生的电力量足够向所述系统中的所有电动设备(例如阀、电动机、驱动器、控制装置等)供电，这样所述系统电力自续。根据一种实施方式，所述系统的发电机的电力输出功率大约是2MW。过剩电能可供工厂或农场使用以满足(或至少部分满足)其自身电力供应需求，或者根据地方法律或规章可以卖给地方公用事业或电力供应商。

进一步参见图1，蒸汽从下游分离器488出来后被导入富余热回收部500中的供应集管510，所述富余热回收部提供“富余的”蒸气以加热与工厂、作业场所或农场110典型相关的各种热负载520中的任意一种。例如，所述热负载可以以平行结构布置，并且包括下列负载：加热饮用水或民用自来水；用于洗衣店作业场所的加热；用于食品加工作业场所的加热；用于乙醇蒸馏装置的加热；用于牛奶加工设备的加热；增强堆肥的蒸发。因此，本说明书公开的范围意于包括所有这种能够方便地利用来自于所述水回收过程的“富余热能”供热的热负载。

蒸汽在向热负载520提供富余热能之后，典型地，蒸汽是低质量的液汽混合物并被排送至排出集管530，所述排出集管将蒸汽引导至根据典型的实施方式在图1中所示的回收水储存与排放部600。图中所示的回收水储存与排放部600包括冷凝器610、蒸发池620、过滤站630和排出点640。将富余热回收部500的排出集管530收到的蒸汽引导通过冷凝器610(例如临近冷凝器的管壁)以冷凝任何残留的蒸汽，从而使蒸汽重新回到蒸馏形式的液态，此时蒸馏水的污染物浓度具有满足或超出规章对于清洁度的要求(本文称为‘回收水’)。根据一种实施方式，对由系统10处理的蒸发池620的回收水的样品进行化学分析，其结果显示为大约140mg/L的TDS，这个结果表示了工厂110的污水的一般样品的TDS平均降低了大约98.7％。用于冷凝器610的冷却水可由蓄水箱140、污水储存池120、蒸发池620或其他合适来源提供。

然后将所述回收水引导至蒸发池620，在蒸发池620中储存该回收水用于检测和收集任何残留的污染物(例如通过蒸发、筛选等)。以与污水储存池120相似的方式，将蒸发池620设置在工厂110外临近工厂110的地表的相对水平的位置，蒸发池620包括大约2英尺高的护堤并且限定面积大约为2,500平方英尺(然而可以使用其他尺寸以适应特定工厂的加工要求)的封闭区域。在封闭地表和护堤上设置有耐用、结实并且防水的膜材料(例如膜层、膜片等)以形成蒸发池620。根据一种实施方式，所述防水膜是由聚氨酯制成，其厚度大约为60mil，并且该防水膜在市场上可以从B&B Supply of Fresno，California买到。所述膜优选黑色以增强所述蒸发池中的回收水的太阳能供热，从而促进所述回收水的蒸发。

所述回收水可以被允许通过蒸发进入大气从而以蒸汽形式重返自然环境，和/或以液体形式重返所述工厂或农场用于再循环使用，或者直接排放到自然环境(例如排水管、河流、支流等)。根据优选的实施方式，以液体形式排放的回收水被引导通过最后的过滤站630和质量检测取样站640以保证合适的清洁度。

所述系统还包括控制系统700，所述控制系统包括诸如微处理器、可编程序逻辑控制器或类似设备的控制装置710，配置控制装置710从适当的设备720接收表征与系统10运行相关的各种参数的信号。所述设备包括温度传感装置(例如热电偶、RTD、热敏电阻和类似装置)、压力传感装置(例如压力计、传感器等)、流量传感装置(例如压差式流量传感器等)、转速传感装置(例如转速表等)、电表(例如伏特表、瓦特表、安倍表等)和水位传感器(例如定位镜、压差式水位传感器等)。与系统10运行相关的参数由设备720监测并由控制装置710控制，所述参数包括：

(a)储存污水的蓄水池120和/或储存箱140内的水位；

(b)污染物收集与除去部300的污水流速；

(c)污染物收集装置304内的污水/蒸汽的压力和温度；

(d)污染物收集装置304内的污水的水位；

(e)位于发热器210/230/290和污染物收集装置304之间的导管回路202中循环的热传导流体的温度和流速；

(f)热传导流体进入收集管214的温度和从收集管214流出的温度，以及太阳能储存器218内的热传导流体的温度；

(g)生物燃料储存装置240内剩余的生物燃料的量；

(h)向燃烧室递送生物燃料的速率；

(i)所述系统的阀状态(例如打开、关闭、节流等)；

(j)蒸汽进入蒸汽能量转化装置410的温度和压力；

(k)蒸汽能量转化装置410的机械功率输出的转速；

(l)蒸汽从蒸汽能量转化装置410出来的温度和压力；

(m)蒸汽从热负载520出来的温度和压力；

(n)蒸发池620内的水位；以及

(o)从排出点640排出的回收水的流速。

根据一种实施方式，控制系统700利用二元或三元控制策略控制锅炉304内的污水水位，从而分离和收集锅炉304中的固体。二元控制和三元控制之间的区别取决于所测量的和实现对锅炉内污水水位控制的加工变量的数目，对锅炉304内污水水位的控制是通过提供输出信号调整控制阀132的状态，从而对流向锅炉304的污水供应进行控制。这些测量的加工变量包括：锅炉304内的液体水位、进入锅炉304的污水流量和离开锅炉304的蒸汽流量。运行控制系统700以维持锅炉304内的液体水位，从而确保液面保持足够低以在液体上面提供充分的分离空间，并且液面高度足以确保锅炉304内的每个蒸汽发生管316中有水存在，这通常导致了较窄的范围，锅炉304的液体水位应被维持在这个范围内以获取最佳性能。

用来维持所述锅炉内的液体水位的污水供应来自于储存污水蓄水池120，并且通过一个或多个如图1所示的泵130将污水供应提升到锅炉304的运行压力。控制系统700包括合适的锅炉控制装置，例如水位控制器和流量控制器(未示出)。

在二元控制(锅炉液面对给水流速)串级控制策略中，水位控制器决定流入锅炉304的污水是需要更大的流量还是需要更小的流量。所述水位控制器向流量控制器发送作为设定值的目标流量。然后所述流量控制器随供给压力的变化决定打开控制阀到何种程度或关闭所述控制阀到何种程度以满足所述设定值目标。通过在快速的流控制回路中设置给水速率，所述流量控制器会感知供应状况的任何变动，该变动产生对锅炉304的污水供应的流量变化。锅炉304液面在实质上被影响之前，所述流量控制器会调整所述控制阀的状态以恢复流量至其设定值。所述水位控制器是串级的主要控制器(有时称为主控制器)，该水位控制器调整所述流量控制器的设定值，所述流量控制器为次控制器(有时定义为从属控制器)。

在三元控制策略中，控制系统中的第三个元素是蒸汽离开锅炉304的流速，该第三元素对于处理锅炉304(例如蒸汽能量转化装置410等)下游的蒸汽负载需求的变动是有用的。通过测量蒸汽离开锅炉304的流量，需求变化的幅度能够作为所述水位控制器的前馈信号使用。该前馈信号可被加入所述水位控制器的输出信号以调整所述流量控制器设定值，或者可被加入所述流量控制器的输出以直接操纵所述控制阀。所述控制系统可以将所述前馈信号增加到所述水位控制器对次控制器(给水流量)设定值的输出，从而消除了为匹配所述控制阀特征而表征所述前馈信号的需求。换言之，可计算出口蒸汽流量和入口污水流量之间的差异。将所述差值直接加至传给所述给水流量控制器的设定值信号上。因此，如果因开启能量转化装置410(举例而言)使锅炉304流出的蒸汽流量突然增加，那么对给水流量控制器的设定值根据测量到的蒸汽流量增加的量进行提高。类似地，因停止一个下游蒸汽负载导致的蒸汽需求的突然下降会产生对锅炉304的污水供应流量的相应下降，而不会对锅炉水位控制产生任何明显的干扰。

根据使用二元控制策略或者三元控制策略的任意典型的实施方式，控制系统700监测合适的工艺变量或参数，并且提供适当的输出信号以控制锅炉304内的污水水位。控制系统700还监测流入锅炉304和从锅炉304流出的热传导流体的温度，并且调整热传导流体的流速和/或温度以维持锅炉304内期望的温度和沸腾/蒸发率。控制系统700可指定太阳能发热器210作为主要或“主”发热器以用于加热循环流向锅炉304的热传导流体，并且使用由生物燃料发热器230(例如作为“次”发热器)提供热量作为必要的补充(例如多云情况、夜间等)，从而维持对应于流向锅炉304的热传导流体的期望流速的期望温度。例如，控制系统700监测太阳热储存器218中的热传导流体的温度，并且当液体温度降低到低于预定的设定值(例如460℉或用于特殊用途的其他合适温度)时，例如在持续的多云期间或清晨、傍晚和夜间期间可能出现，将运行切换到生物燃料发热器230，而当太阳热储存器218中的热传导流体的温度升高到高于预定的设定值(例如在持续的阳光充足的情况期间等)时，将运行切换回太阳能发热器210。

在需要额外的加热量以维持热传导流体的期望温度情况下，配置控制系统700运行天然气加热器290作为系统10的后备热源。相应地，控制系统700监测表征热传导流体温度的信号，并且向合适的发热器的控制操作提供必要的相应输出信号，所述控制操作包括开启/关闭连向各个发热器的隔离阀，控制热传导流体泵速，开启/停止生物燃料燃烧装置230、生物燃料储存器240和进料输送机242，以及开启/停止天然气加热器290。因此，本申请的范围包括所有这类控制系统特征。

现参见图12-图14，根据典型的实施方式显示了另一种用于水回收的系统和方法。例如所显示的系统是用于处理城市污水之类污水的具有20(或更多)GPM太阳能/生物质供能的水处理系统800。系统800包括：太阳能阵列场810，阵列场810包括大约72块太阳能收集板812，阵列场810具有大约2英亩的面积用于提供太阳能热源；2个大约150HP的热交换器814用于接收来自所述太阳能热源(和生物质热源)的热量并蒸发污水和收集污染物；以及300HP的蒸汽机820，所述蒸汽机驱动发电机824能够产生至少约150千瓦(KW)的电力。根据所述实施方式的系统800还意于产生大约4M BTU加工热/小时，这可为零液体排放(ZLD)系统供应必要的热量供应。可以在诸如小型乙醇加工系统或其他合适的用途中发掘热量的其他用途。然而，可以提供其他尺寸、功率和特征的系统。本说明书公开的范围意于包含所有这类变动。

根据一种实施方式，配置系统800最少处理大约20GPM的水，例如由供应者(例如城市用水单位)提供给所述系统的灌溉排水。作为对处理排出水的补充，系统800还产生电能和工业用热供所述系统和其他用途使用。根据图示的实施方式的用于水回收的系统和方法包括(尤其包括)热蒸馏阶段、热能形成阶段、动力发生阶段和零液体排放阶段。

根据典型的实施方式显示的热蒸馏回路元件包括(尤其包括)自净过滤器802(大约75微米或其他合适尺寸)、给水储存箱804(大约5,000加仑或其他合适大小)、锅炉给水变流控制泵806(例如图示为1个主水泵和1个备用水泵)、叠层安装的热交换器808(意于预热锅炉给水至大约200℉的温度)、锅炉814(例如图示为2个锅炉，所述锅炉具有大约150Hp的功率，每个锅炉用于汽化给水并且收集给水中的污染物)、蒸汽分离器816(例如图示为每个锅炉1个，但可以使用任意数目)、冷凝成水箱830(具有大约4,000加仑的容积)、成水泵832(例如图示为1个主水泵和1个备用水泵)和压力过滤器834(例如图示为2个过滤器，每个过滤器具有大约20GPM的能力)。

根据图示的实施方式，源自水源(例如农场、工厂、城市用水单位)的污水供应在流入给水储存箱804之前通过自净过滤装置802，过滤装置802具有75微米过滤器。通过给水泵806以足以抵消锅炉814内产生的蒸汽压的压力将所述水从给水储存箱804泵取至锅炉814。所述给水流过叠层安装的热交换器808，热交换器808安装在图示为生物反应器燃烧器840的热源装置的叠层处(本文将进一步描述)，或者安装在所述蒸汽机的排气流上(本文将进一步描述)，从而将给水在进入锅炉814之前预热至大约200℉的温度。所述水在锅炉814中被热传导流体所传递的热量加热至大约400℉的温度，所述热传导流体在生物反应器840中或在太阳能板阵列810中被加热，而后所述热传导流体循环通过锅炉814的壳壁。锅炉814产生的饱和蒸汽压大约是200磅/平方英寸(psi)。在锅炉814中的给水蒸发期间，在锅炉的管的顶部区域产生加压的蒸汽，而水中的污染物被浓缩在锅炉814和蒸发管的下部区域。污染物积聚为固体，该固体以高浓度泥浆的形式从锅炉814被除去。锅炉814还按如下方式构造：顶盖和底盖可以被容易地移开以使所述管能够被清洗。

尽管典型地在锅炉814中会收集许多污染物，但一些污染物可以残留在蒸汽中从锅炉814流出。蒸汽流过蒸汽分离器816，在蒸汽分离器816中污染物和喷溅水分离以提供“清洁的”蒸汽，而剩余蒸汽则被输送到浓缩闪蒸装置860。

清洁的蒸汽流过蒸汽分离器816的顶端出口并且输送至蒸汽机820。从蒸汽机820排出的蒸汽而后流至工艺热负载，例如浓缩闪蒸器860的热板，在所述热板处蒸汽中的残余热能被用于闪蒸工艺。随后蒸汽从浓缩闪蒸器860流入冷凝成水箱830，在该箱中冷凝水被储存并且被抽吸至灌溉渠(或其他合适的地方，未示出)。根据一种实施方式，在成水线上可提供后过滤以获取任何残余的微粒污染物。

在一些场合，最终成水中的总溶解固体量的范围通常会在大约500mg/L之下，并且保持在大约350mg/L-750mg/L的范围内。

根据典型的实施方式显示的热能产生元件包括(尤其包括)抛物面槽式太阳能收集器812(例如显示为72组，所述组的尺寸为长20英尺、宽16英尺，然而，可以使用其他数目和尺寸)、隔热热传导流体箱818(例如图示为2个箱，一个用于在热的液体循环过程中接收来自所述太阳能阵列的热的液体，提供所述热的液体用于加热所述锅炉，另一个用于接收在冷的液体循环中从所述锅炉返回流向太阳能阵列的较冷的液体)、热传导流体变流控制泵822(例如图示为2组，每组包括主泵和备用泵，一组泵用于热的液体循环，另一组用于冷的液体循环)、生物反应器燃烧器840(在不能够利用太阳能期间或太阳能不充足的期间内加热热传导流体)和用以回收排气筒中的任何灰烬的袋滤器844。

通过太阳能场810利用太阳能，太阳能场810包括由72个太阳能抛物面反射槽812构成的太阳能阵列，太阳能抛物面反射槽812具有合适的尺寸，例如长20英尺、宽16英尺。根据一种实施方式，图中所示的槽812以每行18个排列，整行具有中心跟踪和定位驱动系统。一般按北-南方向定位每行槽812，每行的中心线之间的距离大约是40英尺。所述中心跟踪和所述定位驱动系统从早到晚跟踪太阳。在每个白天结束时，所述跟踪系统“丢失”太阳，所述跟踪系统使槽812的定向返回到预设的早晨位置为下一个白天作准备。在一些应用中，太阳能阵列意于在太阳照耀期间产生大约4.8MMBTU/hr或产生大约89亿BTU/年。从所述太阳能系统传送热量的方法是通过循环包含额定温度大约为600℉的无毒石蜡基流体的热传导流体。按设计标准建造太阳能板812，所述设计标准意于经得住大约100(或更大)MPH的风，并且防冰雹和灰尘。

生物反应器燃烧器840被设计成能使生物质材料(尤其是农业废料)洁净地气化和燃烧。生物反应器燃烧器840意于以大约1500℉的温度运行以减少(或消除)热NOx排放。将生物反应器燃烧器840设计成全自动化并且具有安全特征，例如高温切断、外部热传感器和高油温警报(尤其这些项)。将生物反应器燃烧器840设计成能够自我清理，并且很少需要维护。根据一种实施方式，生物反应器燃烧器840的火箱部842是由高温耐火砖和高温陶瓷板构成，生物反应器燃烧器840还使用烟道气循环系统进一步减少NOx和其他污染物。根据一种实施方式，生物反应器燃烧器840还具有向设置在火箱上的垂直一体的热交换器846输送大约16MMBTU/hr的能力用于加热热传导流体。生物反应器燃烧器还包括诸如在所述火箱(如上文所描述)内的火箱喷嘴和定向喷射器之类的部件。根据一种实施方式，生物反应器燃烧器840会消耗大约2000lb/hr的生物质材料。生物反应器燃烧器840还包括料斗848，料斗848能够举起大约20吨的生物质材料(对应于一些应用中使用的大约2.5天的燃料量)。所述生物质材料可以包括如上文描述的各种各样的材料中的任何一种。

根据典型的实施方式所示的发电部件包括(尤其包括)蒸汽机820(举例而言，具有大约300HP的额定值，然而，可以具有其他额定值或提供多个蒸汽机)和AC发电机824(例如具有大约150kw额定值的三相AC发电机)。

通过将加压的蒸汽(例如压力大约为200psig或其他合适的压力)从锅炉814引导至蒸汽机820可实现发电。根据一种实施方式，在正常运行中，蒸汽机820利用大约10,000lb/hr、温度大约为400℉的蒸汽，优选地，蒸汽机820是自润滑的。根据一种实施方式，所述蒸汽机是具有两个直径为12英寸的活塞、具有大约10英寸的冲程并且以大约300RPM的旋转速度运行的活塞式蒸汽机(如上文所描述)。根据替换的实施方式，所述蒸汽机可以是特斯拉式涡轮机(如上文所描述)。根据一种实施方式，蒸汽机820的功率输出通过连接于传动装置826(例如Cleveland齿轮(具有大约12∶1的齿轮比))的2英寸驱动杆输送，从而给AC发电机提供动力。

设计所述系统的零液体排放部以降低浓缩物中的残留湿气(降低至低于50％)，所述浓缩物从蒸汽分离器816和锅炉814的放浆中排出。举例而言，图中所示的零液体排放系统包括具有大体平坦的平板式干燥盘862的浓缩闪蒸装置860，干燥盘862利用蒸汽机820的排气所提供的热量(例如温度大约为300℉)。干燥盘862意于设计成自我清洗，并且干燥盘862配置成将固体沉积至料仓864。干燥盘862还可以用于分离水中的不同种类的物质。在一些应用中，预期所述零液体排放系统每天会产生大约1吨固体。

根据显示在图12-图14中的用于水回收的系统和方法的实施方式，系统800一般占用大约20英尺×40英尺的面积以用于锅炉和蒸汽机，生物反应燃烧器和热传导流体箱一般会占用大约20英尺×25英尺的面积。图中所示的用于连接所述系统的部件的合适连接件一般包括连接给水储存箱804和锅炉814的内径为2英寸的水管线路803、连接冷凝成水箱830和所述成水目的地(例如灌溉渠等)的2英寸管线833、以及用于所述系统的泵和风扇的一个200安培的配电盘。如果对发电机824所生成的电力进行净计量(net meter)，则向配电盘提供连接件。

通过冷凝器回收“已处理的”水，而后引导该水至冷凝成水箱830并且最终至灌渠(或其他合适的位置)。

根据一种实施方式，由所述系统生产的固体(成分包括水分和建议被处理的物质)的估计回收率是大约2000lbs/天，所述固体的含水量为50％或更少。所述固体可被分离成不同种类并意于适于在1级陆地填埋点处理。

参见图2，根据一种实施方式显示了从加工工厂或农场(或其他合适来源)回收水的方法900，方法900包括可能的步骤中的下述步骤：

(a)902-建造储存污水的蓄水池从工厂、作业场所、农场或其他合适来源接收污水；

(b)904-将污水输送至污染物收集与除去站，该污染物收集与除去站具有过滤站和污染物收集装置；

(c)906-在所述过滤站中过滤污水，并且在所述污染物收集装置中加热污水以将污水转化成蒸汽并从污水中分离污染物；

(d)908-在太阳能发热器和生物燃料发热器中的至少一个中加热热传导流体，并且使加热后的热传导流体循环至所述污染物收集装置以将污水转化成蒸汽；

(e)910-从所述污染物收集装置除去分离出的污染物；

(f)912-将来自于所述污染物收集装置的蒸汽引导至蒸汽能量转化装置以提供受控的机械功率输出；

(g)914-利用所述机械功率输出发电；

(h)916-将来自于所述蒸汽能量转化装置的蒸汽引导至一个或多个与所述工厂、作业场所或农场相关的热负载；

(i)918-冷凝蒸汽并且将蒸馏后的冷凝物作为回收水引导至蒸发池以排放至自然环境或由所述工厂、作业场所或农场重新利用；

(j)920-将从所述生物燃料发热器排出的气体引导至藻类生长箱以使二氧化碳起泡通过所述水，从而促进藻类生长；收获所述箱中的藻类；对所述藻类压榨以提取油；并将藻类油转化成生物柴油燃料和乙醇；以及

(k)922-从所述蒸馏池的水中沉淀并且提取一些化学物质，例如硫酸钙和硫酸钠(或其他理想的化学物质)。

然而，可包括各种其他步骤中的任意一种或多种以任意顺序实现具有下述目的的方法：从加工工厂或农场(或其他来源)回收水，降低生物质废弃物处理需求、生产电力，以及供应与所述工厂或农场相关的一个或多个热负载。

现参见图15，根据用于酿酒工厂(例如显示为酒厂1020)的典型的实施方式显示了另一种用于水回收的系统1010和方法。来自于酒厂1020的废水1022通常包括了较高浓度的有机物，废水首先被引入厌氧消化池1024，在厌氧消化池1024中有机物被分解并且生成合成气体1026。合成气体1026被引导至发热装置(例如合成气体发热器1030)，在该发热装置中燃烧所述合成气体以产生热量。来自于所述合成气发热装置的热量被用于加热热传导流体，所述热传导流体循环通过储存装置或蓄水池1044。系统1010还可包括与所述合成气发热器以“并行”方式或类似方式运行的其他发热装置，例如太阳能发热器、生物质发热器(例如在本实施方式中使用来自于所述酒加工的生物质1028，例如葡萄籽、葡萄压榨废物和废葡萄树等)和如本说明书前述实施方式中所显示和描述的天然气发热器。

在完成厌氧消化处理之后，将被消化的废水1034(此时没有有机材料)引导至热回收装置(显示为热交换器1036)，在热回收装置1036中，使用来自于合成气体发热器1030的排气中的“多余的”热和来自于“富余热回收负载”(例如在本说明书中结合图1的描述)的排出的蒸汽热在将被消化的废水1034引导至污染物收集装置(例如显示为热交换器或锅炉1040)之前预热被消化的废水。热交换器1040接收来自被加热的热传导流体储存装置1044的热传导流体，在储存装置1044中，热传导流体已被所述合成气热交换器(或其他发热器)以根据图1和上文公开的实施方式描述的方式加热以产生蒸汽并且从被消化的废水1034的蒸汽中分离污染物。

来自于热交换器1040的蒸汽被引导至湿蒸汽分离器1046，从而任何残留的污染物被引导至蒸发或干燥装置1054(如根据本文公开的其他实施方式在上文中所描述的)。而后蒸汽被引导至蒸汽能量转化装置1050(例如本文上文中典型公开的蒸汽机或涡轮机)以产生电力。所述蒸汽能量转化装置排出的蒸汽而后被引导至所述系统中的其他热负载(例如热交换器1036)以预热被消化的废水、加热或冷却消化器1024、为蒸发或干燥装置1054提供热量、预热热传导流体，或者该蒸汽被引导至所述酿酒过程中的其他“富余热”负载1060或作为适度加热/冷却的热负载，或者该蒸汽被引导至用于干燥酒厂中的葡萄碎渣的热负载等。

配置蒸发或干燥装置1054接收热交换器1040中收集的污染物(例如通过放浆、手动除去操作或类似操作)，并且接收由所述湿蒸汽分离器从残余蒸汽中收集的污染物。干燥装置1054还可以接收来自所述蒸汽能量转化装置出口的蒸汽作为用于干燥污染物的热源。一旦污染物已近被干燥并且从污染物中分离出所有期望的化合物，剩余的浓缩污染物可以以适当的方式(例如填埋埋藏等)处理掉。

蒸汽从富余热负载1060和/或蒸发或干燥装置1054排出之后，在合适的冷凝器(或蒸发器或之类的器具)中被冷凝并作为干净水从排出点1064排出(例如通过根据上文公开的实施方式描述的另外的过滤器和/或测试或取样站)。

现在参见图16，根据用于奶牛农场作业(例如显示为牛奶场1120)的典型实施方式显示了用于水回收的另一种系统1110和方法。牛奶场1120的废水1122通常包括较高浓度的有机物，并且废水首先被引导至厌氧消化池1124，有机物在所述厌氧消化池中被分解并且生成合成气体1126。合成气体1126被引导至发热装置(例如合成气体发热装置1130)，在所述发热装置中燃烧合成气体以产生热量。利用来自于所述合成气发热装置的热量加热热传导流体，所述热传导流体循环通过储存装置或储存器1144。系统1110还可以包括与所述合成气体发热器以“并行”方式或类似方式运行的其他发热装置，例如在本说明书先前的实施方式中显示和描述的太阳热发热器、生物质发热器(例如在本实施方式中使用来自于奶牛农场作业场所的生物质1128，例如牛粪、来自于所述厌氧消化池的固体、其他农业废物等)、天然气发热器。可使合成气发热装置1130的排气返回至消化器1124以帮助促进藻类生长和帮助吸收二氧化碳。

在完成厌氧消化处理之后，被消化的废水1134(此时没有有机材料)被引导至热回收装置(显示为热交换器1136)，从而来自于合成气体发热器1130出口的“多余的”热和来自于“富余热回收负载”(例如在本说明书中根据图1的描述)的排出蒸汽热被用于在将被消化的废水1134引导至污染物收集装置(例如显示为热交换器或锅炉1140)之前预热被消化的废水。热交换器1140接收来自被加热的热传导流体储存装置1144的热传导流体，在所述储存装置中的热传导流体已经通过所述合成气体热交换器(或其他发热器)以根据图1和上文公开的实施方式描述的方式被加热，从而产生蒸汽并且从被消化的废水1134的蒸汽中分离污染物。

来自于热交换器1140的蒸汽被引入湿蒸汽分离器1146，从而任何残留的污染物被引导至蒸发或干燥装置1154(如根据在上文中所描述的本文所公开的其他实施方式)。而后蒸汽被引导至蒸汽能量转化装置1150(例如上文中公开的蒸汽机类型或涡轮机类型)以生成电力。由所述蒸汽能量转化装置的排出的蒸汽而后被引导至所述系统中的其他热负载，例如蒸汽被引导至热交换器1136以预热所述消化的废水1134、加热或冷却消化器1124、为蒸发或干燥装置1154提供热量、预热热传导流体，或者蒸汽被引导至所述牛奶场加工(例如加热/冷却牛奶等)中的其他“富余热”负载1160或作为适宜的供热/制冷或者用于清洗奶牛的畜舍等。

配置蒸发或干燥装置1154接收热交换器1140中收集的污染物(例如通过放浆、手动除去操作或类似方法)，并且接收由一个或两个所述湿蒸汽分离器1146从残留蒸汽收集的污染物。干燥装置1154还可接收来自蒸汽能量转化装置1150出口的蒸作为用于干燥污染物的热源。一旦污染物已被干燥并且从污染物中分离出所有的期望化合物，剩余的浓缩污染物可以以适当的方式(例如填埋埋藏等)处理掉。

蒸汽从富余热负载1160和/或蒸发或干燥装置1154排出之后，在合适的冷凝器(或蒸发池或类似设备)中被冷凝并作为干净水从排出点1164排出(例如通过根据上文公开的实施方式描述的另外的过滤器和/或测试或取样站)。

现参见图17，根据典型的实施方式显示了用于水回收的另一种系统1210和方法，所述系统和方法用于油田或钻井作业场所(例如显示的油田1220)。油田1220的废水1222通常包括较高浓度的盐和碳氢化合物，废水在形成蒸馏塔的一系列的热交换器1236(例如，显示为三个热交换器，但针对特定用途可使用任意和数量的交换器)中被预热，在所述蒸馏塔中，轻质碳氢化合物被从处于较低温度的废水中驱除。随着温度的上升，所述蒸馏塔驱除更重的碳氢化合物材料。分离的碳氢化合物被获取在储存装置1238中。

从储存装置1238获取的碳氢化合物被引导至发热装置(例如碳氢化合物发热装置1230)，在所述发热装置中，燃烧所述碳氢化合物以产生热量。来自于所述碳氢化合物发热装置的热量被用于加热热传导流体，所述热传导流体循环通过储存装置或蓄水池1244。系统1210还可包括与所述碳氢化合物发热器以“并行”方式或类似方式运行的其他发热装置，例如本说明书先前的实施方式中所显示和描述的太阳能发热器、生物质发热器(例如在本是实施方式中使用来自于所述油田作业场所的生物质或其他可燃废物等)、天然气发热器(或气体发热器，所述发热器使用油田产生的气体)。碳氢化合物发热装置1230的排气返回至所述蒸馏塔的热交换器1236作为预热废水和驱除所述碳氢化合物污染物的热源。

将预热的废水1234(已除去大部分的碳氢化合物)引导至污染物收集装置(例如显示为热交换器或锅炉1240)。热交换器1240接收来自受热的热传导流体储存装置1244的热传导流体，在所述储存装置中，所述热传导流体已经通过所述碳氢化合物热交换器(或其他发热器)以根据图1和上文公开的实施方式描述的方式被加热，从而产生蒸汽并且从废水1234的蒸汽中分离污染物。

来自于热交换器1240的蒸汽被引导至湿蒸汽分离器1246，从而任何残留的污染物被引导至蒸发或干燥装置1254(如根据本文公开的其他实施方式在上文中所描述的)。而后蒸汽被引导至蒸汽能量转化装置1250(例如上文中公开的蒸汽机类型或涡轮机类型)以生产电力。蒸汽能量转化装置1250的排出蒸汽而后被引导至所述系统中的其他热负载，例如排出蒸汽被引导至热交换器1236以在所述蒸馏塔中驱除废水1234中的碳氢化合物、为蒸发或干燥装置1254提供热量、预热热传导流体，或者排出蒸汽被引导至所述油田作业场所(例如包括将蒸汽注入井中的油回收过程等)中的其他“富余热”负载1260。所述污染物收集装置排出的蒸汽可能仍然包含一定量的碳氢化合物，在这种情况下可以使用另外的蒸馏塔除去所有剩余的碳氢化合物。

配置蒸发或干燥装置1254接收热交换器1240(例如通过放浆、手动除去操作或类似方法)中收集的污染物，并接收由湿蒸汽分离器1246从残余蒸汽中收集的污染物。干燥装置1254还可接收来自蒸汽能量转化装置1250出口的蒸汽作为用于干燥污染物的热源。一旦污染物已被干燥并且从污染物中分离出所有的期望化合物，剩余的浓缩污染物可以以适当的方式(例如填埋埋藏等)处理掉。

蒸汽从富余热负载1260和/或蒸发或干燥装置1254排出之后，在合适的冷凝器(或蒸发池或类似设备)中被冷凝并作为干净水从排出点1264排出(例如进一步通过根据上文公开的实施方式描述的过滤器和/或测试或取样站)。

根据任何典型实施方式，用于任何期望的工厂、作业场所或农场的所述系统的一些部分可以以可运输的方式被“封装“以用于各种各样的位置、加工工厂或作业场所(或类似地方)，在这些地方水回收是理想的或强制的。例如，所述场所可包括涌流位置或其他事故位置，在这些位置，净化(包括水回收)是必要的。所述场所还可以包括农场、酒厂、奶牛场或其他农业区、或钻井作业场所，这些场地的尾水需要回收。根据一种实施方式，生物燃料发热器、天然气发热器、污染物收集装置、过滤站、蒸汽能量转化装置、发电机和湿蒸汽分离器可以被安装在滑行装置上或拖车内，所述拖车容易移动以快速配置到任意各种各样的场地中。所述拖车包括所有必要的接口和连接件，例如天然气连接件、用于生产电力的供电连接件、接收污水和将排出蒸汽排至合适冷凝设备(例如建造在场所的蒸发池等)的连接件。因此，本说明书公开的范围意于包括所有这种变换。

根据另一种典型的实施方式，所述水回收系统可配置为以上文描述的方式从水中除去作为污染物的盐，其中所述污染物收集装置作为盐水锅炉以产生供所述蒸汽能量转化装置和所述热负载使用的可用的蒸汽并且提供浓缩的盐水流。被盐污染的水的供应可以直接来自于工厂、作业场所或农场，或者可以是来自于反渗透系统的盐水供应。

上文对本发明的典型的实施方式描述是为用于举例说明和描述的目的。本发明无意于穷尽描述或是将本发明限制于前面公开的确切形式，参照前面的教导或根据本发明的实践可作出修改和改变。所描述的功能可在本文所描述的具有不同附图标记和不同功能分布的组件之间分配。此外，依据实施方式可以改变所述功能的执行顺序。实施方式的选取和描述是为了解释本发明的原理，以及根据本发明的实际应用促使本领域技术人员在各种实施方式中应用本发明并将各种修改的本发明应用于适宜的具体应用场合。本发明的范围意于由附于本文的权利要求书和所述权利要求书等同范围的内容限定。

除非另有说明，在本说明书和权利要求书中使用的所有数字将被理解为在所有实例中使用术语“约”进行修正。因此，除非有相反说明，在本说明书和所附的权利要求书中描述的数字参数是近似值，该近似值至少基于具体的分析技术、可用的实施方式或根据所述系统的具体配置的其他改变可有所变化。

根据替换的实施方式，所有工序步骤或者方法步骤的顺序或次序可以改变或重新排序。任何方法+功能条款意于覆盖本文中所描述的执行所述功能的结构、结构等同物和等同结构。在不违背本文表达的本发明的实质的情况下，对优选实施方式和其他典型的实施方式的设计、运行配置和布置可做其他替换、修改、改变和省略。

Claims (41)

1.一种用于回收污水的系统，所述系统包括：

污染物收集子系统，所述污染物收集子系统包括热交换器，所述热交换器配置为接收所述污水；

发热子系统，所述发热子系统包括热流体流网络，所述热流体流网络配置为循环热传导流体，所述发热子系统还包括太阳能聚光器和生物燃料燃烧装置中的至少一个和天然气燃烧装置，所述太阳能聚光器、所述生物燃料燃烧装置和所述天然气燃烧装置中的每一个都可操作地加热所述热传导流体；

蒸汽能量转化子系统，所述蒸汽能量转化子系统包括蒸汽机和发电机；

其中，所述热交换器被配置为接收被加热的热传导流体以煮沸所述污水，这样所述污水中的至少一部分污染物被保留在所述热交换器中，并且将蒸汽供应从所述热交换器引导至所述蒸汽机以用于驱动所述发电机。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述发热子系统包括所述太阳能聚光器和所述生物燃料燃烧装置，所述太阳能聚光器配置为在白天加热所述热传导流体，并且所述生物燃料燃烧装置配置为在夜间加热所述热传导流体。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述太阳能聚光器包括收集器，所述收集器包括大体矩形的管，所述管用于加热流过所述管中的热传导流体。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述热交换器包括壳管式热交换器，所述壳管式热交换器配置为在所述热交换器内收集污染物。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述污染物至少部分地在所述热交换器的管中被收集。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述蒸汽机包括活塞蒸汽机和特斯拉涡轮机中的至少一种。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述污染物收集子系统还包括至少一个湿蒸汽分离器，所述湿蒸汽分离器设置在所述热交换器和所述蒸汽机之间并配置为将污染物和污水从所述热交换器引出的蒸汽供应中除去。

8.如权利要求7所述的系统，所述系统还包括至少一个副锅炉，所述副锅炉配置为接收来自所述湿蒸汽分离器的污染物和污水以用于浓缩所述污染物。

9.如权利要求7所述的系统，所述系统还包括至少一个蒸发装置，所述蒸发装置配置为接收来自所述湿蒸汽分离器的污染物和污水以用于浓缩所述污染物。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述蒸发装置可操作地从所述污染物中充分除去所有液体。

11.如权利要求7所述的系统，所述系统还包括矿物分离装置，所述矿物分离装置配置为接收来自所述湿蒸汽分离器的污染物和污水并从所述污水中分离一种或多种矿物。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述发热子系统还包括热能储存系统，所述热能储存系统配置为在产生的热量超出给定负载需求的要求时接收所述热传导流体的热量，并且在产生的热量不足以适应给定负载需求的要求时向所述热传导流体传递热量。

13.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括热回收系统，所述热回收系统配置为接收来自所述蒸汽能量转化子系统的蒸汽用于加热一个或多个附加热负载。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述附加热负载包括乙醇蒸馏装置。

15.如权利要求13所述的系统，所述系统还包括冷凝器，所述冷凝器配置为接收来自所述附加热负载的蒸汽并将所述蒸汽冷凝为冷凝物。

16.如权利要求15所述的系统，所述系统还包括蒸发池，所述蒸发池配置为接收来自所述冷凝器的冷凝物。

17.如权利要求16所述的系统，所述系统还包括检测站，所述检测站配置为在所述冷凝物从所述蒸发池排出之前测量所述冷凝物的代表性品质。

18.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括过滤站，所述过滤站配置为除去所述污水中的至少一部分微粒污染物。

19.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括藻类箱，所述藻类箱配置为接收来自所述生物燃料燃烧装置的废气。

20.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括控制系统，该控制系统可操作地调节通过所述热交换器的热传导流体的流速和通过所述热交换器的污水的流速。

21.如权利要求1所述系统，所述系统还包括生物质储存与供给装置，所述生物质储存与供给装置配置为向所述生物燃料燃烧装置递送生物质供应。

22.如权利要求1所述的系统，其中在所述系统运行期间，所述发电机可操作地为所述系统的所有电力负载提供动力。

23.一种用于回收污水的系统，所述系统包括：

热交换器，所述热交换器配置为接收所述污水并且至少将一部分所述污水转化成蒸汽，以及至少在所述热交换器内浓缩一部分所述污染物；

热传导流体，所述热传导流体用于循环通过所述热交换器以加热所述污水；

太阳能聚光器和生物燃料燃烧装置中的至少一个和天然气燃烧装置，所述太阳能聚光器、所述生物燃料燃烧装置和所述天然气燃烧装置配置为加热用于所述热交换器的热传导流体；以及

连接于发电机的蒸汽机，所述蒸汽机配置为接收来自所述热交换器的蒸汽以驱动所述发电机。

24.如权利要求23所述的系统，所述系统还包括太阳能聚光器和生物燃料燃烧装置两者，所述太阳能聚光器配置为在太阳光的量足以将所述热传导流体加热至预定温度时运行，所述生物燃料燃烧装置配置为在太阳光的量不足以将所述热传导流体加热到预定温度时运行。

25.如权利要求23所述的系统，所述系统还包括藻类生长水储存池，所述藻类生长水储存池配置为接收来自所述生物燃料燃烧装置的废气。

26.如权利要求23所述的系统，其中，所述蒸汽机包括活塞发动机，所述活塞发动机具有由偏心驱动连杆机构驱动的控制阀。

27.如权利要求23所述的系统，所述系统还包括至少一个附加热负载，所述附加热负载配置为接收所述蒸汽机排出的蒸汽。

28.如权利要求27所述的系统，其中所述附加热负载包括蒸发装置，所述蒸发装置配置为接收所述热交换器的蒸汽中的污染的液体残留物并浓缩所述污染液体残留物中的污染物。

29.如权利要求28所述的系统，其中所述蒸发装置配置为在所述热交换器进行排污操作期间接收热交换器所收集的污染物。

30.一种用于回收污水的方法，所述方法包括：

加热热交换器中的污水以将至少一部分所述污水转化成蒸汽并收集至少一部分污染物；

在太阳能聚光器、生物燃料燃烧装置和天然气燃烧装置中的至少一个中加热热传导流体，并且使被加热的热传导流体循环至所述热交换器以加热所述污水；

将所述蒸汽从所述热交换器引导至蒸汽机以提供机械功率输出；

利用所述机械功率输出生产电力；以及

将所述蒸汽从所述蒸汽机引导至一个或多个附加热负载。

31.如权利要求30所述的方法，所述方法还包括以下步骤：冷凝来自于所述附加热负载的蒸汽并且将冷凝物引导至蒸发池。

32.如权利要求30所述的方法，所述方法还包括如下步骤：将来自于所述生物燃料燃烧装置的废气引入藻类生长水箱，并且使二氧化碳起泡通过所述水以促进藻类生长。

33.如权利要求32所述的方法，所述方法还包括从所述箱中收获所述藻类的步骤。

34.如权利要求33所述的方法，所述方法还包括对所述藻类压榨以提取油的步骤。

35.如权利要求34所述的方法，所述方法还包括将所述藻类油转化成生物柴油和乙醇中的至少一种的步骤。

36.如权利要求30所述的方法，所述方法还包括将污染液体残留物从所述热交换器的出口引导至蒸发装置的步骤。

37.如权利要求36所述的方法，所述方法还包括从所述污染液体残留物中分离一种或多种矿物的步骤。

38.如权利要求36所述的方法，所述方法还包括从所述污染液体残留物中充分除去全部液体。

39.如权利要求30所述的方法，所述方法还包括从所述热交换器中除去所收集的污染物部分。

40.如权利要求39所述的方法，所述方法还包括将被除去的污染物引导至蒸发装置步骤。

41.如权利要求30所述的方法，所述方法还包括如下步骤：在产生的热量超出给定负载需求的要求时，将热量从所述热传导流体传递至热能储存装置，在产生的热量不足以适应给定负载需求的要求时，将热量从所述热能储存装置传递至所述热传导流体。

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