專利名稱：利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及污廢水處理技術，特別是一種利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污
廢水處理系統。
背景技術：
當今水的問題正日益影響著全球的環境與經濟發展，水是人類生存和生活所需要 的重要資源之一，也是城市存在和發展的基本物質條件。我國是一個水資源緊缺的國家，水 資源人均占有量不足2200立方米，僅為世界平均水平的25%，屬于嚴重缺水國家之一。
伴隨著城市化進程的加快，許多城市水污染問題也日益嚴重，將影響城市工業產 值、財政收入及人民的日常生活。目前生物法、化學法等常用水處理技術雖然應用效果顯 著，但都會耗費巨大的電能。因此，利用天然能源生產能源，解決水污染問題，如利用風能、 太陽能、冷能等能源處理污廢水，修復自然，實現可持續發展，對我國在新世紀的發展有著 特殊重要的理論和現實意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理系統， 利用可再生、無污染的新能源應用于解決污染，修復自然環境當中作為可持續發展的重要 內容，而利用自然冷能進行水處理不僅能低成本的解決水污染、水短缺問題，而且從能源角 度上實現可持續發展。目前采用冷凍法處理廢水在加拿大、德國、日本等地已有應用，并取 得了良好的效果。 為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種利用包括風能、太陽能、冷能 自然能的污廢水處理系統，其中該系統包括有為整個系統提供電能的風能發電設備及太 陽能發電設備組合的協同發電系統，風能發電設備及太陽能發電設備分別連接有保證為所 述系統持續供電的蓄電池組，與蓄電池組連接有冷凍法水處理器；在所述冷凍法水處理器 的一端通過管道連接有污廢水集水池，污廢水集水池連通水泵，在所述冷凍法水處理器的 一端通過管道連接有處理后濃液收集池，在所述冷凍法水處理器的一端還設有的噴灑出水 口，該處理出水口噴灑出去的處理后水是在凍法水處理器的冷凍作用下將水轉化為冰凌的 形式，并將冰凌被噴灑出出水口 ，被噴灑出去的冰凌存儲于生物氧化塘。 本發明的效果是該系統具有運行簡便、節能、快速等特性，在冷凍法處理污廢水方 面，具有很好的發展前景。其優點 1、充分利用風能、太陽能、冷能等清潔可再生能源。
2、利用冷凍水處理器和冬季低溫的氣候處理污廢水。 3、處理后出水的C0D去除率超過85% ，全鹽量的去除率超過90% ，處理效果較好。
4、整個系統工作過程不會產生對環境有害的污染物質，實現了環境和社會的持續 發展。
圖1為本發明的污廢水處理系統結構示意圖。
圖中 1、風能發電設備2、太陽能發電設備3、蓄電池組
4、冷凍法水處理器 5、污廢水集水池 6、水泵
7、處理后濃液收集池8、生物氧化存儲塘
具體實施例方式
結合附圖及實施例對本發明的利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理 系統實現過程加以說明。 本發明的利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理系統結構是，該系統包 括有為整個系統提供電能的風能發電設備1及太陽能發電設備2組合的協同發電系統，協 同發電系統連接有保證為所述系統持續供電的蓄電池組3，與蓄電池組3連接有冷凍法水 處理器4 ;在所述冷凍法水處理器4的一端通過管道連接有污廢水集水池5，污廢水集水池 5連通水泵6，在所述冷凍法水處理器4的另一端通過管道連接有處理后濃液收集池7，在所 述凍法水處理器4的噴灑出水口 ，以冰凌的形式噴灑出去存儲于生物氧化塘8，處理后的濃 液，統一收集于處理后濃液收集池7進一步處理。 所述風能發電設備1包括有相互連接的帶尾舵的風輪風車、發電機和鐵塔，與帶
尾舵的風輪風車連接的還有齒輪變速箱。利用風力帶動風輪風車葉片旋轉，再透過齒輪變
速箱將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。并將產生的電能儲存于蓄電池組3中。各部
件功能1、風輪風車是集風裝置，它的作用是把流動空氣具有的動能轉變為風輪旋轉的機
械能；2、由于風輪風車的轉速比較低，而且風力的大小和方向經常變化著，這又使轉速不穩
定；所以，在帶動發電機之前，還必須附加一個把轉速提高到發電機額定轉速的齒輪變速
箱，再加一個調速機構使轉速保持穩定，然后再聯接到發電機上，為保持風輪風車始終對準
風向以獲得最大的功率，還需在風輪風車的后面裝一個類似風向標的尾舵；3、發電機是把
機械能轉化為電能主要裝置；4、鐵塔是支承風輪風車、尾舵和發電機的構架。 所述太陽能發電設備2包括有相互連接的太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池
組。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原
子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路
時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質
是光子能量轉換成電能的過程。并將產生的電能儲存于蓄電池組3中。各部件功能l、
太陽能電池板太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價
值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動
負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本；2、太陽能控制
器太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電
保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能
如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項；3、蓄電池其作用是在有光照時將太陽
能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來；4、逆變器由于太陽能的直
接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發電
4系統所發出的直流電能轉換成交流電能。 所述協同發電系統，系統由風能發電設備1、太陽能發電設備2、蓄電池組3、充電 控制器、逆變器、系統監控部分組成。各部件功能1、風力發電設備1部分是利用風力機將 風能轉換為機械能，通過風力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池組3充 電，經過逆變器對負載供電；2、太陽能發電設備2部分利用太陽能電池板的光伏效應將光 能轉換為電能，然后對蓄電池組3充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供 電；3、逆變器由幾臺逆變器組成逆變系統，把蓄電池組3中的直流電變成標準的220v交流 電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，可改善風光互補發電系統 的供電質量；4、系統監控部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工 作狀態進行切換和調節一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多 余的電能送往蓄電池組存儲。當發電量不能滿足負載需要時，系統監控部分把蓄電池的電 能送往負載，保證了整個系統工作的連續性和穩定性；5、蓄電池組3部分由多塊蓄電池組 成，在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風力發電系統和光伏發電系統 輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。 所述冷凍法水處理器4根據冷凍分離原理處理污廢水，以冰凌與水溶液之間的
固、液相平衡原理為理論基礎。利用廢水中雜質的凝固點遠低于水的凝固點的物理特性，在
低溫條件下，由于水分子之間的氫鍵作用，同類分子具有優先聚集的優勢，水分子能夠首先
形成冰層以固相結晶析出，而雜質以液相被排斥到濃縮液中，從而得到分離。 所述冷凍法水處理器4包括有相互連接的制冷器、空壓機、核子器、噴射系統。冷
凍法水處理器4包括制冷器、空壓機、核子器、噴射系統。污廢水經水泵6高壓供到水處理
器，首先通過制冷器進一步降低水溫，空壓機把空氣和按10% _40%比例的水壓縮輸送給
核子器，通過核子器產生冰核，冰核作為種子在大量的水滴中進行傳播，然后以鼓風機為動
力，經過包含有很多噴嘴的噴射系統把凝結成冰凌的潔凈水出去，而含有污染物的濃液則
被統一收集于處理后濃液收集池7。 本發明的利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理系統是這樣實現的
1、供電系統 (1)風能發電設備1。風能發電設備1的基本原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉， 在通過增速機將旋轉的速度提升，來促進發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三 公尺的微風速度，便可以開始發電。利用旋風發電裝置，可大大提高風能可用系數，大幅度 降低風能利用中存在的離散性和不可控性，即人為創造具有恒定風力的發電環境，并且還 可有效地使風機基本處于額定風速下輸出額定功率。 (2)太陽能發電設備2。當太陽光照射到太陽能發電設備2中的太陽能電池板上 時，電池吸收光能，產生光生電子——空穴對。在電池的內建電場作用下，光生電子與空穴 被分離，光電池的兩端出現異號電荷的積累，即產生"光生電壓"，這就是"光生伏打效應"。 太陽能光伏發電系統是利用太陽電池半導體材料的"光生伏打效應"，使將太陽光輻射能直 接轉換為電能的一種新型發電系統。 (3)協同供電系統。風能發電設備1與太陽能發電設備2組成的協同供電系統叫 做風光互補發電系統。風光互補供電系統是由風能發電設備1、太陽能發電設備2、蓄電池 組3、充電控制器、逆變器、系統監控部分等組成。太陽能/風能協同發電系統提供出一種
5采用新型高效率光復發電機構和純物理儲能方式對能量進行存儲，不僅不再需要復雜的逆變器而且也不需要再使用蓄電池，設備投資可大幅度降低(平均可節約30%左右的初期投資)，每瓦的設備投資額基本與火力發電投資相當，而且能量的自然損耗很小，系統的使用壽命大幅度延長，系統在運行過程中不會產生對環境有害的污染物質。
2、冷凍法水處理 (1)冷凍法。冷凍法是以冰與水溶液之間的固、液相平衡原理為理論基礎。利用廢水中雜質的凝固點遠低于水的凝固點的物理特性，在低溫條件下，由于水分子之間的氫鍵作用，同類分子具有優先聚集的優勢，水分子能夠首先形成冰層以固相結晶析出，而雜質以液相被排斥到濃縮液中，從而得到分離。 (2)冷凍法水處理器4。把污廢水集中到污廢水集水池5中，由于污廢水的水溫偏高，需要用高壓的水泵6進行揚起降溫，然后再用水泵6將水抽到水管路中，通過高壓水供給冷凍法水處理器4。冷凍法水處理器4主要包括制冷器、空壓機、核子器、噴射系統等。污廢水經高壓供到冷凍法水處理器4，首先通過冷凍法水處理器4中的制冷器進一步降低水溫，冷凍法水處理器4中的空壓機把空氣和一定比例的水，通過冷凍法水處理器4中的核子器產生冰核，冰核作為種子在大量的水滴中進行傳播，然后經過包含有很多噴嘴的噴射系統把凝結成冰凌的潔凈水出去，而含有污染物的濃液則被統一收集于處理后濃液收集池7。此過程中水泵6、冷凍法水處理器4等設備所需電能，均由風能發電設備1與太陽能發電設備2光協同供電系統產生的電能。
實施例 某地需建立本發明的利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理系統設施，
在室外溫度保持在ot:時，運行該處理系統，風、光協同供電系統持續運行提供電能儲存于
蓄電池組，以備整個系統電能所需。同時市政污水在在集水池集中，用高壓水泵進行揚起降溫，然后再用水泵將水抽到水管中，通過高壓水供給水處理器。處理后潔凈的水以冰凌的形式被拋灑除去，這些冰凌暫時儲存于生物氧化塘之中處理后的濃液，統一收集后進一步處理。處理后出水的C0D去除率超過85X，全鹽量的去除率超過90X，處理效果較好。
權利要求
一種利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理系統，其特征是該系統包括有為整個系統提供電能的風能發電設備(1)及太陽能發電設備(2)組合的協同發電系統，風能發電設備(1)及太陽能發電設備(2)分別連接有保證為所述系統持續供電的蓄電池組(3)，與蓄電池組(3)連接有冷凍法水處理器(4)；在所述冷凍法水處理器(4)的一端通過管道連接有污廢水集水池(5)，污廢水集水池(5)連通水泵(6)，在所述冷凍法水處理器(4)的一端通過管道連接有處理后濃液收集池(7)，在所述冷凍法水處理器(4)的一端還設有的噴灑出水口，該出水口是在凍法水處理器(4)的冷凍作用下將處理后潔凈的水轉化為冰凌的形式，并將冰凌噴灑出，被噴灑出去的冰凌存儲于生物氧化塘(8)。
2. 根據權利要求1所述的處理污廢水系統，其特征是所述風能發電設備(1)包括有 固定在地面上帶有控制風輪平衡尾舵的風輪風車和發電機的鐵塔，帶有控制風輪平衡尾舵 的風輪風車安裝于發電機的鐵塔頂端，風輪風車通過傳動桿與能夠把轉速提高到發電機額 定轉速的齒輪變速箱連接，齒輪變速箱與發電機連接。
3. 根據權利要求1所述的處理污廢水系統，其特征是所述太陽能發電設備(2)包括 有固定在地面上接受太陽的輻射并將其轉換為電能太陽能電池板，與太陽能電池板連接有 直流電能轉換成交流電能的逆變器，所述太陽能發電設備(2)還包括有對蓄電池組(3)起 過充電保護及過放電保護的太陽能控制器，并與太陽能電池板和逆變器相互連接。
4. 根據權利要求1所述的處理污廢水系統，其特征是所述冷凍法水處理器(4)包括 有依次連接的制冷器、空壓機、核子器、噴射系統，所述核子器為集結產生冰核的容器，所述 噴射系統包括有通過風機控制的多個噴嘴，以把冷凍法水處理器(4)中潔凈水的凝結成冰 凌噴射出去。
5. 根據權利要求4所述的的處理污廢水系統，其特征是所述集結產生冰核容器的核 子器是經所述空壓機把空氣和按10% _40%比例的水壓縮輸送給核子器，在核子器中產生 冰核，冰核在冷凍法水處理器(4)中潔凈水中進行傳播，加快凝結速率。
全文摘要
本發明提供一種利用包括風能、太陽能、冷能自然能的污廢水處理系統，該系統包括有風能發電設備及太陽能發電設備組合的協同發電系統，并與蓄電池組連接，與蓄電池組連接有冷凍法水處理器；在所述冷凍法水處理器的一端通過管道連接有污廢水集水池，污廢水集水池連通水泵，在所述冷凍法水處理器的另一端通過管道連接有處理后濃液收集池，在所述冷凍法水處理器的另一端還設有處理噴灑出水口，與該處理出水口相連有生物氧化存儲塘。本發明的效果是該系統充分利用風能、太陽能、冷能等清潔可再生能源處理污廢水，處理后出水的COD去除率超過85％，全鹽量的去除率超過90％。該系統工作過程不實現零污染，具有運行簡便、節能、高效等特性，在冷凍法處理污廢水方面，具有很好的發展前景。
文檔編號C02F1/22GK101786678SQ201010104868
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月3日 優先權日2010年2月3日
發明者葉會華, 周立峰, 李婉晴, 費學寧, 陳佳俊 申請人:天津城市建設學院