[發明專利]一種雙被動太陽能水處理系統

在審

• 申請號: 202110407222.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN112978830A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 原郭豐;張宇;范晨光;王志峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C02F1/04
• 分類號: C02F1/04;C02F1/12;C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

一種雙被動太陽能水處理系統，包括太陽能集熱棚、煙囪、太陽池、太陽能選擇性吸熱板和霧化器，所述太陽能集熱棚上設置煙囪，并且煙囪底部與太陽能集熱棚連通，所述太陽能集熱棚下方從外到內依次設置太陽能選擇性吸熱板、太陽池和霧化器。該系統采用了太陽能煙囪和太陽池的雙被動耦合技術，并利用空氣熱濕過程，實現濃鹽水的零排放處理，并通過相關強化換熱與耦合技術，實現了被動系統的整體運行效率和太陽能系統的連續性，解決了濃鹽水零排放高能耗和高成本問題。

技術領域

本發明涉及一種雙被動太陽能水處理系統，屬于太陽能利用技術領域。

背景技術

零排放是將工業廢水濃縮成固體或濃縮液體的形式再加以處理，而不是以廢水的形式外排到自然水體。實現零排放需要將膜脫鹽后剩余30％～40％濃鹽水需要進一步進行濃縮處理。當前，工業高鹽污水零排放部分采用了大面積水池被動蒸發進行處理，由于蒸發效率很低，占地面積較大，并容易受下雨等氣象條件影響，大部分的嘗試零排放企業選擇采用蒸發結晶工藝進行處理。基于霧化結晶技術的高濃鹽水霧化結晶處理技術可以實現理論零排放，但是系統能耗較高，噸水耗電達到40-50千瓦時，并消耗320㎏蒸汽，能耗巨大，成本過高，產業界很少應用。能耗和效率是影響零排放技術產業化應用的關鍵所在。

專利CN201010509740提出了基于空氣集熱器的水池里系統，其是太陽能應用于水處理的重要方式，但該類系統在大行水處理系統中，存在大容量空氣集熱器系統的流暢組織問題，由于風量大-阻力大，而造成系統運行風機能耗過高的問題，同時該類系統中，為了強化空氣和水之間的熱質交換，需要太陽能液體即熱系統對處理水進行加熱，系統整體建設和運行成本過高，在大型系統中的應用較為困難。

太陽池是一種較好的被動式太陽能吸熱儲熱系統，專利CN201310243817采用太陽池作為吸熱裝備，為低溫蒸餾系統提供熱源，該水處理系統繼承了傳統蒸餾水處理的技術路線，不能實現零排放處理，且系統需要在真空條件下運行，系統維持較為復雜，且傳統太陽池吸熱效率不高，整體性能較差。太陽能煙囪是一種典型的被動太陽能空氣動力系統，專利CN101671056A是采用太陽能煙囪作為空氣動力和加熱系統進行海水淡化，但是在該專利中，噴淋系統位于太陽池正上方，未蒸發的高空噴淋水直接落入太陽池中，將直接硬氣太陽池內的水體擾動，破壞太陽池的穩定分層與儲熱性能，熱損失加大，太陽池熱能品位降低，并破壞了太陽池的儲熱特性，且該太陽池系統為傳統太陽池，效率較低，該專利噴淋系統放置于煙囪內，加濕蒸發后的空氣溫度降低，將嚴重影響太陽能煙囪的空氣動力學特性，降低煙囪啟動性能，從而影響太陽能煙囪內的熱質傳遞性能。本發明將建立基于太陽能煙囪及太陽池的雙被動水處理系統，并通過吸熱強化、合理的功能區劃以及熱場氣動場的優化組織，建立高效的濃鹽水零排放系統。

發明內容

本發明的目的在于克服現有濃污水零排放以及鹽湖資源提煉等過程中的高能耗問題，建立以太陽能為熱源的水處理系統，克服現有研究的主要太陽能水處理技術中與原有蒸餾技術結合的系統運維復雜性，并提升被動技術的熱性能與氣動性能，本發明提供一種雙被動太陽能水處理系統。該系統為基于太陽池、太陽煙囪和霧化加濕等技術在內的雙被動太陽能水處理系統技術，具體是基于太陽能煙囪和太陽池耦合的集熱蓄熱型雙被動太陽能濃鹽水零排放處理系統。

本發明引入太陽煙囪作為濃鹽水處理的集熱與氣動設備，并在太陽煙囪集熱棚和煙囪內加入吸熱強化和啟動強化部件，以強化太陽煙囪的啟動特性，同時本發明引入太陽池作為濃鹽水吸熱儲熱系統，并進行了吸熱強化、熱損失抑制和分層保持強化措施，以保障太陽池的吸蓄熱效率，提升運行時數，在太陽煙囪和太陽池的技術上，通過霧化技術，在吸熱池濃鹽水與氣動空氣間建立熱質交換，實現濃鹽水的高效蒸發濃縮。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種雙被動太陽能水處理系統，包括太陽能集熱棚、煙囪、太陽池、太陽能選擇性吸熱板和霧化器；所述太陽能集熱棚上設置煙囪，并且煙囪底部與太陽能集熱棚連通，所述太陽能集熱棚下方從外到內依次設置太陽能選擇性吸熱板、太陽池和霧化器。