自供能式太阳能分频利用光催化污水处理系统综述

1、自供能式太阳能分频利用光催化污水处理系统指导老师：肖刚S.T.U.S.E.G.团队：杨张斯豪、李晨熙、严梦玲、胡拓、宋尚书目录页 CONTENTS PAGE 作品简介设计方案总结创新&展望作品简介1光谱段光谱段波长范围波长范围能量百分比能量百分比紫外线紫外-C0.20-0.28m0.57紫外-B0.28-0.32m1.55紫外-A0.32-0.40m5.9可见光可见-A0.40-0.52m16.39可见-B0.52-0.62m13.36可见-C0.62-0.78m16.68红外线红外-A0.78-1.40m30.18红外-B1.40-3.00m13.43红外-C3.00-100.0m1

2、.93光催化响应波段：一般520nm能量占比20%作品简介2聚光/分频系统斯特林机集热发电系统太阳光长波光短波光输出电力太阳光太阳光光催化污水处理/监测控制系统热效应显著响应光催化系统供电设计方案1太阳光长波光短波光菲涅尔透镜汇聚光冷镜太阳光太阳光热端冷端斯特林发动机发电机光催化反应器光传感器反应器控制系统沉降池废水池进口进口脉冲阀脉冲阀出口脉冲阀出口脉冲阀输出电力斯特林机集热发电系统光催化污水处理/监测控制系统系统供电热效应显著响应光催化聚光/分频系统设计方案2聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统入射光束反射光束透射光束冷镜聚光菲涅尔镜分光冷镜聚光比100:1设计方案3太阳

3、光长波光短波光菲涅尔透镜汇聚光冷镜太阳光太阳光热端冷端斯特林发动机发电机光催化反应器光传感器反应器控制系统沉降池废水池进口进口脉冲阀脉冲阀出口脉冲阀出口脉冲阀输出电力系统供电斯特林机集热发电系统光催化污水处理/监测控制系统设计方案4聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统光催化原理光催化剂特定波长照射空穴-电子对与水、氢氧根发生反应羟基自由基强氧化性、对有机污染物无选择性强氧化性、对有机污染物无选择性几乎可降解一切有机物！几乎可降解一切有机物！光催化原理实验数据反应装置设计反应装置设计设计方案5光催化剂选用聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统光催化原理光催化剂选

4、用广泛应用的光催化剂：TiO2 响应波段窄，只对紫外光响应，降解效率低！BiOCl响应波段宽可见光波段响应降解效率高BiOBr图片来源：浙江大学建工学院市政工程研究所 博士生 李建反应装置设计设计方案6BiOCl实验数据聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统光催化原理光催化剂选用2.0g/L与与4.0g/L效果相近，故效果相近，故2.0g/L是最优浓度是最优浓度反应时间-去除率曲线催化剂浓度-去除率曲线15min去除率达去除率达90%反应装置设计设计方案7BiOBr实验数据聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统光催化原理光催化剂选用反应时间-去除率曲线催化剂浓度

5、-去除率曲线反应装置设计设计方案8进水口进水口出水口出水口废水池沉降池沉降，回收催化剂检测装置检测装置脉冲阀脉冲阀控制进水/出水聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统光催化原理实验数据脉冲阀脉冲阀透气口透气口微处理器设计方案检测装置远离搅拌器，液体平稳反应装置设计光催化原理实验数据聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统9实时监测设计方案搅拌器三叶推进式使用于固、液相催化悬浮反应上下循环防止催化剂沉降反应装置设计光催化原理实验数据聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/智能控制系统10设计方案太阳光长波光短波光菲涅尔透镜汇聚光冷镜太阳光太阳光热端冷端斯特林发动机

6、发电机光催化反应器光传感器反应器控制系统沉降池废水池进口进口脉冲阀脉冲阀出口脉冲阀出口脉冲阀输出电力斯特林机集热发电系统系统供电热效应显著响应光催化11设计方案聚光/分光系统集热发电系统光催化污水处理/监测控制系统12斯特林机发电效率为25%设计方案太阳光长波光短波光菲涅尔透镜汇聚光冷镜太阳光太阳光热端冷端斯特林发动机发电机光催化反应器光传感器反应器控制系统沉降池废水池进口进口脉冲阀脉冲阀出口脉冲阀出口脉冲阀输出电力余热回收烘干催化剂13系统供电预吸附池设计方案14预吸附实验效果图模拟容器年污水处理量：25.754吨每平米污水处理成本：4元/吨创新&展望1创新点创新点1）将光催化处理污

7、水与集热）将光催化处理污水与集热发电结合发电结合起来，提高了总体起来，提高了总体节节能减排效率。能减排效率。2）系统自身的控制系统严格系统自身的控制系统严格控制废水的处理，节省控制废水的处理，节省人力。人力。3）与现有处理技术相比成本与现有处理技术相比成本低，更低，更清洁。清洁。4）适用于多种工业废水的适用于多种工业废水的处处理，如化工、制药废水等理，如化工、制药废水等5）选择的催化剂可见光波段）选择的催化剂可见光波段响应，拓展了光催化可响应响应，拓展了光催化可响应波段，提高了光催化效率。波段，提高了光催化效率。6）集热发电部分为系统提供电力，产品）集热发电部分为系统提供电力，产品实现自供能，

8、同时回收了余热，节省了能实现自供能，同时回收了余热，节省了能源。源。创新&展望2应用展望应用展望在光催化剂制备探索阶段制备出的掺在光催化剂制备探索阶段制备出的掺Au-C3N4可用于可用于产氢产氢，在在30W紫紫外灯照下，催化剂浓度为外灯照下，催化剂浓度为5.0wt%时，时，5h可产氢可产氢55mol，故可将污水，故可将污水处理部分改装成产氢设备，用于太阳能光解水产氢。处理部分改装成产氢设备，用于太阳能光解水产氢。总结1 本作品是首个将太阳能同时用作光催化处理污水和集热发电的装置，斯特林机给整个系统提供电力，控制系统节省人力，在实现污水处理的同时，将光催化剂不能利用的太阳能加以利用，实现

9、了能量的多级利用。感 谢 聆 听！Q&A1R/G比值与去除率呈很好的线性关系，故使用光传感器对处理进度进行监测是可行的。去除率/%Q&A2近30 a 杭州太阳总辐射年平均值4196.41 MJ/m2a，属于太阳能资源较丰富区。杭州太阳能资源变化特征及评估斯特林机发电效率为25%，其中76%用于输出电力及系统功能，则 4196.41*25%*76%=265度电Q&A3根据模拟光源下污水处理降解实验，1L废水在预吸附处理后完全降解需要8min即消耗 339.4W*(8*60)s=162925.7J杭州全年太阳辐照能量约4196MJ/m2 4196*106 J / 162926.7 J *1L=25754 L即每平方米太阳辐照每年可处理污水25.754吨太阳能模拟光源2376W，其中约1/7用于系统，即 2376/7=339.4WQ&A4催化剂浓度2g/L，即处理1吨污水需要催化剂2000g催化剂循环回收率约98%故实际每吨所需投入催化剂量为：2000*2%=40g预估工业生产催化剂成本在0.1元/g左右，系统完全实现自供能，无需其他能源投入，故成本仅为催化剂的投入： 0.1元/g *40g = 4元Q&A5催化剂浓度2g/L，即处理1吨污水需要催化剂2000g催化剂循环回收率约98