CN108569809A - 一种基于太阳能的海水淡化或污水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于太阳能的石墨烯水处理装置及方法，所述装置中含有石墨烯膜和石墨烯过滤膜，所述石墨烯膜可以用于吸热和传热，所述石墨烯过滤膜可以发热，又可以对水蒸气进行二次过滤，从而制备得到纯净水；所述装置可以充分利用太阳能，节能环保，将污水净化处理，得到纯净水；不仅如此，所述装置还可以用于海水淡化等技术领域；所述装置具有简单、净化完全、易于操作、净化周期较短、既可以小规模生产也可以实现大规模的生产需求等优点。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于太阳能的海水淡化或污水处理装置及方法。
背景技术
众所周知，地球水资源丰富，但是可供人直接饮用的淡水仅占其中的2.53％。海水淡化是一项水资源的开源增量技术，不仅如此，对生活污水、工业废水等污水的回收再利用也是一项水资源的增量技术。
目前，对于污水处理主要有以下几种方法：(1)物理化学法，其主要包括对悬浮物、粒子、色度和有毒化学物的沉积、浮选、吸附、筛选、凝固、氧化、臭氧化作用、电解、反渗透、超滤和纳滤等。主要工艺有沉积和浮选、凝固和沉淀作用、吸附作用、化学氧化作用、膜过滤、臭氧化作用等；(2)生物法，其主要包括活性污泥法、好氧塘、好氧生物反应器、厌氧处理、真菌处理等；(3)其他方法，如利用活化粉煤灰，改进的A/O工艺等处理造纸废水。不同的污水处理方法可以对不同来源的污水进行处理，而针对每一种污水类型，也有适合其的处理方法。例如：微电解法适用于工业水的处理，特别是针对有机物浓度大、高毒性、高色度、难生化废水的处理，可大幅度地降低废水的色度和COD，提高B/C比值即提高废水的可生化性；可广泛应用于印染、化工、电镀、制浆造纸、制药、洗毛、农药、酒精等各类工业废水的处理及处理水回用工程。但是其存在一个最大的缺点，就是在污水净化处理过程中，需要通入大量的电能，这对于大规模生产并不适用，不仅消耗了大量的电能，还可能由于电能的开发而浪费更多的核能、生物质、煤炭等其他能源，更为严重的是带来一系列其他的环境污染问题。
当前的海水淡化方法主要有蒸馏法和反渗透法两种，蒸馏法需要消耗大量的热源，反渗透法虽然具有更高的脱盐率和更低的能耗，但是成本高、不利于产业化，有待开发新的技术。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于太阳能的海水淡化或污水处理装置，所述装置可以充分利用太阳能，节能环保，将海水淡化处理或污水净化处理，得到纯净水；所述装置具有简单、净化完全、易于操作、净化周期较短、既可以小规模生产也可以实现大规模的生产需求等优点。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述装置的基于太阳能的海水淡化或污水提纯方法。
本发明目的通过如下技术内容实现的：
一种基于太阳能的海水淡化或污水处理装置，所述装置包括石墨烯反应器，用于污水处理或海水淡化；和纯净水接收器，用于纯净水收集；
所述石墨烯反应器为立式，包括筒体、菲涅尔透镜、石墨烯聚光漏斗、第一石墨烯过滤膜、出水口、一根或多根传热棒、传热部件和RO水渗透层；
所述石墨烯聚光漏斗位于筒体上部；
所述菲涅尔透镜位于反应器筒体顶部，所述菲涅尔透镜与聚光漏斗上部密封连接；
所述第一石墨烯过滤膜与聚光漏斗下部密封连接；
所述第一石墨烯过滤膜的远离聚光漏斗的内部的一侧与一根或多根传热棒的一端连接；所述一根或多根传热棒的另一端与传热部件连接；
所述RO水渗透层位于筒体底部；
所述纯净水接收器包括虹吸管和纯净水接收装置；
所述筒体上部连接有一出水口，该出水口穿过筒体侧壁、与所述虹吸管的一端连接，虹吸管的另一端位于所述纯净水接收装置中的底部。
根据本发明，所述的纯净水接收装置选自带盖器皿，如带盖玻璃瓶等。
根据本发明，所述虹吸管在所述纯净水收集装置中的底部时，需要被水浸没，所述纯净水收集装置的顶部需要超过水平面，从而起到纯净水冷却作用。
根据本发明，所述反应器筒体用粗糙的黑色陶瓷制成，起到吸热的作用。
根据本发明，所述筒体外壁有双层加厚设置，可以起到隔离所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间的热量与外部环境的热量交替的作用。
根据本发明，所述石墨烯聚光漏斗包括漏斗形陶土层和石墨烯膜，所述石墨烯膜涂覆于所述漏斗形陶土层的内壁。所述石墨烯聚光漏斗用于吸热和传热，所述石墨烯膜的作用是即便太阳光直射点发生移动，在所述菲涅尔透镜、石墨烯聚光漏斗内壁、第一石墨烯过滤膜围合形成的密封空间内也不会因太阳光聚焦点的变化而影响太阳热能的汇聚。
根据本发明，所述密封连接处涂覆的吸热涂层选自黑色吸热涂层，优选为黑色石墨烯涂层。
根据本发明，所述的石墨烯膜及石墨烯过滤膜的厚度为小于等于3mm。
根据本发明，所述的石墨烯聚光漏斗上部的直径与筒体内径相当。
根据本发明，所述的传热棒可以是一根或n根，n大于等于2根，优选为一根。
根据本发明，所述的传热棒的宽度与所述石墨烯聚光漏斗下部孔径相当，所述传热棒底部连接的传热部件具有较大的比表面积，用于增大与过滤水的接触面积，起到更快加热水的作用。
根据本发明，所述传热棒和传热部件是由具有传热能力的材料制备得到的。
根据本发明，所述装置包括多个RO水渗透层，形成一过滤组件。
根据本发明，所述RO水渗透层包括多孔陶瓷层和第二石墨烯过滤膜，所述第二石墨烯过滤膜位于所述多孔陶瓷层上部；所述多孔陶瓷层可以实现水体的第一次过滤；由于石墨烯分子结构紧密，仅有水分子能通过，杂质和盐不能通过，因此，所述石墨烯过滤膜可以将通过多孔陶瓷层的过滤水，进行第二次过滤。
根据本发明，所述装置还包括在装置外壁设置一个或多个挽手，用于拿放和/或固定所述装置，也可起到避免人体直接接触高热的设备。
本发明还提供一种基于太阳能的海水淡化或污水提纯方法，所述方法采用上述的基于太阳能的海水淡化或污水提纯装置。
根据本发明，所述方法包括以下步骤：
S1.将所述装置放置于待处理的污水或海水中，所述装置漂浮在所述水中；
S2.利用水深的压力和毛细管效应，底部的待处理的污水或海水被吸附并通过RO水渗透层，实现水体净化；
S3.待经过RO水渗透曾过滤后的过滤水进入所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间内，被加热并蒸发成水蒸汽，实现水体再次净化，所述水蒸气通过出水口排放至纯净水接收器中。
根据本发明，所述方法具体包括以下步骤：
S1.将所述装置放置于待处理的污水或海水中，所述装置漂浮在所述水中；
S2.1.利用水深的压力和毛细管效应，底部的待处理的污水或海水被吸附并通过多孔陶瓷层，实现水体第一次净化；
S2.2.实现第一次净化后的过滤水通过石墨烯过滤膜，实现第二次水体净化；
S3.待经过两次过滤后的过滤水进入所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间内，被加热并蒸发成水蒸汽，实现水体第三次净化，所述水蒸气通过出水口排放至纯净水接收器中。
根据本发明，所述的石墨烯聚光漏斗的清洗只需要打开菲涅尔透镜，用干净的抹布抹洗即可。
根据本发明，所述的RO水渗透层的清洗需要泡在清水中，清洗表面的盐及杂质。
本发明中，通过在石墨烯聚光漏斗内壁涂覆有石墨烯膜，有效解决了不涂或少涂了石墨烯膜所带来的透过菲涅尔透镜形成的聚焦点的移动问题，这主要是由于聚光漏斗下部的第一石墨烯过滤膜的直径大小有限，所以当太阳光发生移动时，透过菲涅尔透镜形成的聚焦点很可能不会聚集到第一石墨烯过滤膜上；但是在石墨烯聚光漏斗内部涂覆有石墨烯膜时，则可以有效解决此类问题。
本发明中，所述菲涅尔透镜、石墨烯聚光漏斗内壁、第一石墨烯过滤膜围合形成的密封空间为高热区，用于收集太阳光的热度，然后通过第一石墨烯过滤膜传热至一根或多根传热棒并进一步传递给传热部件。
本发明中，所述一根或多根传热棒的另一端连接有传热部件，用于将石墨烯聚光漏斗聚焦在第一石墨烯过滤膜上产生的热量通过传热棒传递给传热部件，并对传热部件周围的过滤水进行加热和蒸发，蒸发的水蒸汽在所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间形成高热蒸发区。
本发明的有益效果：
本发明提供一种基于太阳能的石墨烯水处理装置及方法，所述装置中含有石墨烯膜和石墨烯过滤膜，所述石墨烯膜可以用于吸热和传热，所述石墨烯过滤膜可以发热，又可以对水蒸气进行二次过滤，从而制备得到纯净水；所述装置可以充分利用太阳能，节能环保，将污水净化处理，得到纯净水；不仅如此，所述装置还可以用于海水淡化等技术领域；所述装置具有简单、净化完全、易于操作、净化周期较短、既可以小规模生产也可以实现大规模的生产需求等优点。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于太阳能的石墨烯水处理装置；
其中，1石墨烯反应器；2菲涅尔透镜；3石墨烯聚光漏斗；4高热区；5传热棒；6传热部件；7出水口；8纯净水接收器；9多孔陶瓷层；10第一石墨烯过滤膜；11虹吸管；12纯净水接收装置；13筒体；14高热蒸发区；15第二石墨烯过滤膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。
一种基于太阳能的海水淡化或污水处理装置，所述装置包括石墨烯反应器1，用于污水处理或海水淡化；和纯净水接收器8，用于纯净水收集；
所述石墨烯反应器1为立式，包括筒体13、菲涅尔透镜2、石墨烯聚光漏斗3、第一石墨烯过滤膜10、出水口7、一根或多根传热棒5、传热部件6和RO水渗透层；
所述石墨烯聚光漏斗3位于筒体13上部；
所述菲涅尔透镜2位于反应器筒体13顶部，所述菲涅尔透镜2与聚光漏斗3上部密封连接；
所述第一石墨烯过滤膜10与聚光漏斗3下部密封连接；
所述第一石墨烯过滤膜10的远离聚光漏斗的内部的一侧与一根或多根传热棒5的一端连接；所述一根或多根传热棒的另一端与传热部件6连接；
所述RO水渗透层位于筒体底部；
所述纯净水接收器8包括虹吸管11和纯净水接收装置12；
所述筒体13上部连接有一出水口7，所述出水口穿过筒体侧壁、与所述虹吸管11的一端连接，虹吸管11的另一端位于所述纯净水接收装置8中的底部。
在本发明的一个优选实施方式中，所述菲涅尔透镜2、石墨烯聚光漏斗3内壁、第一石墨烯过滤膜10围合形成的密封空间为高热区4，用于收集太阳光的热度，然后通过第一石墨烯过滤膜10传热至一根或多根传热棒5。
在本发明的一个优选实施方式中，所述一根或多根传热棒的另一端连接有传热部件，用于将石墨烯聚光漏斗聚焦在第一石墨烯过滤膜上产生的热量通过传热棒传递给传热部件，并对传热部件周围的过滤水进行加热和蒸发，蒸发的水蒸汽在所述筒体13、石墨烯聚光漏斗3外壁、第一石墨烯过滤膜10和RO水渗透层围合的空间形成高热蒸发区14。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的纯净水接收装置选自带盖器皿，如带盖玻璃瓶等。所述虹吸管在所述纯净水收集装置中的底部时，需要被水浸没，所述纯净水收集装置的顶部需要超过水平面，从而起到纯净水冷却作用。
在本发明的一个优选实施方式中，所述反应器筒体用粗糙的黑色陶瓷制成，起到吸热的作用。
在本发明的一个优选实施方式中，所述筒体13外壁有双层加厚设置，可以起到隔离所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间的热量与外部环境的热量交替的作用。
在本发明的一个优选实施方式中，所述石墨烯聚光漏斗包括漏斗形陶土层和石墨烯膜，所述石墨烯膜涂覆于所述漏斗形陶土层的内壁；所述石墨烯聚光漏斗用于吸热和传热，所述石墨烯膜的作用是即便太阳光直射点发生移动，在所述菲涅尔透镜、石墨烯聚光漏斗内壁、第一石墨烯过滤膜围合形成的密封空间内也不会因太阳光聚焦点的变化而影响太阳热能的汇聚。
在本发明的一个优选实施方式中，所述密封连接处涂覆的吸热涂层选自黑色吸热涂层，优选为黑色石墨烯涂层。
在本发明的一个优选实施方式中，通过在石墨烯聚光漏斗内壁涂覆有石墨烯膜，有效解决了不涂或少涂了石墨烯膜所带来的透过菲涅尔透镜形成的聚焦点的移动问题，这主要是由于聚光漏斗下部的石墨烯过滤膜水平面的大小有限，所以当太阳光发生移动时，透过菲涅尔透镜形成的聚焦点很可能不会聚集到石墨烯过滤膜上；但是在石墨烯聚光漏斗内部涂覆有石墨烯膜时，则可以有效解决此类问题。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的石墨烯过滤膜的厚度为3mm。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的石墨烯聚光漏斗上部的直径与筒体内径相当。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的传热棒为一根。
在本发明的一个优选实施方式中，传热棒的宽度与所述石墨烯聚光漏斗下部孔径相当，所述传热棒底部连接的传热部件具有较大的比表面积，用于增大与过滤水的接触面积，起到更快加热水的作用。
在本发明的一个优选实施方式中，所述装置包括多个RO水渗透层，形成一过滤组件。
在本发明的一个优选实施方式中，所述RO水渗透层包括多孔陶瓷层9和第二石墨烯过滤膜15，所述第二石墨烯过滤膜15位于所述多孔陶瓷层9上部；所述多孔陶瓷层9可以实现水体的第一次过滤；由于石墨烯分子结构紧密，仅有水分子能通过，杂质和盐不能通过，因此，所述石墨烯过滤膜15可以将通过多孔陶瓷层9的过滤水，进行第二次过滤。
在本发明的一个优选实施方式中，所述装置还包括在装置外壁设置一个或多个挽手，用于拿放和/或固定所述装置，也可起到避免人体直接接触高热的设备。
在本发明的一个优选实施方式中，使用上述的基于太阳能的海水淡化或污水提纯装置进行海水淡化或污水提纯方法，所述方法包括以下步骤：
S1.将所述装置放置于待处理的污水或海水中，所述装置漂浮在所述水中；
S2.利用水深的压力和毛细管效应，底部的待处理的污水或海水被吸附并通过RO水渗透层，实现水体净化；
S3.待经过RO水渗透曾过滤后的过滤水进入所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间内，被加热并蒸发成水蒸汽，实现水体再次净化，所述水蒸气通过出水口排放至纯净水接收器中。
在一个优选的方式中，所述方法具体包括以下步骤：
S1.将所述装置放置于待处理的污水或海水中，所述装置漂浮在所述水中；
S2.1.利用水深的压力和毛细管效应，底部的待处理的污水或海水被吸附并通过多孔陶瓷层，实现水体第一次净化；
S2.2.实现第一次净化后的过滤水通过石墨烯过滤膜，实现第二次水体净化；
S3.待经过两次过滤后的过滤水进入所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间内，被加热并蒸发成水蒸汽，实现水体第三次净化，所述水蒸气通过出水口排放至纯净水接收器中。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的石墨烯聚光漏斗的清洗只需要打开菲涅尔透镜，用干净的抹布抹洗即可。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的RO水渗透层的清洗需要泡在清水中，清洗表面的盐及杂质。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于太阳能的海水淡化或污水处理装置，其特征在于，所述装置包括石墨烯反应器，用于污水处理或海水淡化；和纯净水接收器，用于纯净水收集；
所述石墨烯反应器为立式，包括筒体、菲涅尔透镜、石墨烯聚光漏斗、第一石墨烯过滤膜、出水口、一根或多根传热棒、传热部件和RO水渗透层；
所述石墨烯聚光漏斗位于筒体上部；
所述菲涅尔透镜位于反应器筒体顶部，所述菲涅尔透镜与聚光漏斗上部密封连接；
所述第一石墨烯过滤膜与聚光漏斗下部密封连接；
所述第一石墨烯过滤膜的远离聚光漏斗的内部的一侧与一根或多根传热棒的一端连接；所述一根或多根传热棒的另一端与传热部件连接；
所述RO水渗透层位于筒体底部；
所述纯净水接收器包括虹吸管和纯净水接收装置；
所述筒体上部连接有一出水口，所述出水口穿过筒体侧壁、与所述虹吸管的一端连接，虹吸管的另一端位于所述纯净水接收装置中的底部。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的纯净水接收装置选自带盖器皿，如带盖玻璃瓶等。
优选地，所述反应器筒体用粗糙的黑色陶瓷制成。
优选地，所述筒体外壁有双层加厚设置。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述石墨烯聚光漏斗包括漏斗形陶土层和石墨烯膜，所述石墨烯膜涂覆于所述漏斗形陶土层的内壁。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述密封连接处涂覆的吸热涂层选自黑色吸热涂层，优选为黑色石墨烯涂层。
优选地，所述的石墨烯膜及石墨烯过滤膜的厚度为小于等于3mm。
优选地，所述的石墨烯聚光漏斗上部的直径与筒体内径相当。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述的传热棒可以是一根或n根，n大于等于2根，优选为一根。
优选地，所述的传热棒的宽度与所述石墨烯聚光漏斗下部孔径相当。
优选地，所述传热棒和传热部件是由具有传热能力的材料制备得到的。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个RO水渗透层，形成一过滤组件。
优选地，所述RO水渗透层包括多孔陶瓷层和第二石墨烯过滤膜，所述第二石墨烯过滤膜位于所述多孔陶瓷层上部。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括在装置外壁设置一个或多个挽手。
8.一种基于太阳能的海水淡化或污水提纯方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-7中任一项所述的基于太阳能的海水淡化或污水提纯装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1.将所述装置放置于待处理的污水或海水中，所述装置漂浮在所述水中；
S2.利用水深的压力和毛细管效应，底部的待处理的污水或海水被吸附并通过RO水渗透层，实现水体净化；
S3.待经过RO水渗透曾过滤后的过滤水进入所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间内，被加热并蒸发成水蒸汽，实现水体再次净化，所述水蒸气通过出水口排放至纯净水接收器中。
优选地，所述方法具体包括以下步骤：
S1.将所述装置放置于待处理的污水或海水中，所述装置漂浮在所述水中；
S2.1.利用水深的压力和毛细管效应，底部的待处理的污水或海水被吸附并通过多孔陶瓷层，实现水体第一次净化；
S2.2.实现第一次净化后的过滤水通过石墨烯过滤膜，实现第二次水体净化；
S3.待经过两次过滤后的过滤水进入所述筒体、石墨烯聚光漏斗外壁、第一石墨烯过滤膜和RO水渗透层围合的空间内，被加热并蒸发成水蒸汽，实现水体第三次净化，所述水蒸气通过出水口排放至纯净水接收器中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯聚光漏斗的清洗只需要打开菲涅尔透镜，用干净的抹布抹洗即可。
优选地，所述的RO水渗透层的清洗需要泡在清水中，清洗表面的盐及杂质。
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| CN201710153616.6A CN108569809A (zh) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | 一种基于太阳能的海水淡化或污水处理装置及方法 |
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