一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法

本发明涉及污水处理，具体而言，涉及一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法。

背景技术：

1、在进行污水处理时，对温度是有一定需求的，尤其是对生物处理技术而言，温度可以对微生物的代谢和反应速率产生直接影响，包括污水的降解效果和处理效率。而现有的污水处理系统中，加热装置一般需要额外的能源供应，这会增加能源消耗和运营成本。在此基础上，利用太阳能这种可再生能源的重要来源之一，可降低运营成本且无污染，具有广泛的应用前景。

2、传统的太阳能处理污水技术通常采用太阳能加热的方式，将太阳能转化为热能，用于加热污水以为后续杀菌和分解有机物提供适宜的反应温度。然而，这种单一的加热方式存在一些局限性。比如，单一加热方式无法充分利用太阳能光谱中的全波段太阳光，限制了能量的综合利用效率。而光催化技术是一种利用特定波长的光线激发催化剂，在光照作用下产生活性氧化物，以降解污染物的技术。然而，光催化技术也需要外部光源的支持，同样增加了能源消耗和运行成本。

3、在光热光催化污水处理中，提高反应区域的温度，从而促进污染物的分解和降解。通常，高能量密度的光可以被用于产生更高的光热效应。为了实现全反射和光热效应，反射材料是至关重要的。这些材料通常具有高反射率，以确保光线不会逸出系统，并且具有适当的光热特性，以提供所需的温度升高。光学设计在全反射面的光热光催化系统中至关重要，以确保入射光线能够被正确聚焦和反射。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：

2、为了解决传统的污水处理系统采用单一光热技术方式无法对全波段太阳光有效利用，且光催化技术仅能利用特定波长，同样存在太阳能利用率不高，对传统能源依赖大，污水处理效率低的问题。

3、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：

4、本发明提供了一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统，包括聚光器、二级分频聚光器、热接收器、光接收器、反应器、污水管程、全反射面、热交换器、污水泵、循环水泵、加液阀、放液阀、流量调节阀、污水入口、污水出口和光导管，

5、所述热接收器的载热介质出口端与循环水泵的载热介质入口端连接，所述循环水泵的载热介质出口端与热交换器的载热介质入口端连接，所述热交换器的载热介质出口端与流量调节阀的载热介质入口端连接，所述流量调节阀的载热介质出口端与热接收器的载热介质入口端连接，

6、所述反应器的污水出口端设置放液阀，所述反应器的污水入口端与热交换器的污水出口端连接，所述热交换器的污水入口端与污水泵的污水出口端连接，所述污水泵的污水入口端设置加液阀，

7、至少一个聚光器铺设在朝向阳光方向的平坦表面上，所述二级分频聚光器的接收面设置在聚光器的焦线上，所述二级分频聚光器的透光汇集处的位置设有热接收器，所述二级分频聚光器的反射面位置设有光接收器，所述光接收器通过光导管与反应器连接，所述反应器包括污水管程和污水管程外的全反射面，所述污水管程包括若干根依次串联的污水管，所述光导管与全反射面通过放光器件连接，所述污水管程的两端分别与污水出口端和热交换器连接。

8、一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统，包括聚光器、二级分频聚光器、热接收器、光接收器、反应器、污水管程、全反射面、热交换器、污水泵、循环水泵、加液阀、放液阀、流量调节阀、污水入口、污水出口和光导管，

9、所述热接收器的载热介质出口端与循环水泵的载热介质入口端连接，所述循环水泵的载热介质出口端与热交换器的载热介质入口端连接，所述热交换器的载热介质出口端与流量调节阀的载热介质入口端连接，所述流量调节阀的载热介质出口端与热接收器的载热介质入口端连接，

10、所述反应器的污水出口端设置放液阀，所述反应器的污水入口端与热交换器的污水出口端连接，所述热交换器的污水入口端与污水泵的污水出口端连接，所述污水泵的污水入口端设置加液阀，

11、至少一个聚光器铺设在朝向阳光方向的平坦表面上，所述二级分频聚光器的接收面设置在聚光器的焦线上，所述二级分频聚光器的透光汇集处的位置设有热接收器，所述二级分频聚光器的反射面位置设有光接收器，所述光接收器通过光导管和放光器件与反应器连接，所述反应器包括污水管程和污水管程外的全反射面。

12、进一步地，所述污水管程包括若干根并联的污水管，所述光导管与全反射面连接，若干根并联的污水管的两端分别与污水出口端和热交换器连接。

13、一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统，包括聚光器、二级分频聚光器、热接收器、光接收器、反应器、污水管程、全反射面、热交换器、污水泵、循环水泵、加液阀、放液阀、流量调节阀、污水入口、污水出口和光导管，

14、所述热接收器的载热介质出口端与循环水泵的载热介质入口端连接，所述循环水泵的载热介质出口端与热交换器的载热介质入口端连接，所述热交换器的载热介质出口端与流量调节阀的载热介质入口端连接，所述流量调节阀的载热介质出口端与热接收器的载热介质入口端连接，

15、所述反应器的污水出口端设置放液阀，所述反应器的污水入口端与热交换器的污水出口端连接，所述热交换器的污水入口端与污水泵的污水出口端连接，所述污水泵的污水入口端设置加液阀，

16、至少一个聚光器铺设在朝向阳光方向的平坦表面上，所述二级分频聚光器的接收面设置在聚光器的焦线上，所述二级分频聚光器的透光汇集处的位置设有热接收器，所述二级分频聚光器的反射面位置设有光接收器，所述光接收器通过光导管与至少一个并联的反应器连接，每个反应器包括污水管程和污水管程外的全反射面，所述光导管与至少一个反应器的全反射面通过放光器件连接，若干根并联的污水管的两端分别与污水出口端和热交换器连接。

17、一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统，包括聚光器、二级分频聚光器、热接收器、光接收器、反应器、污水管程、全反射面、热交换器、污水泵、循环水泵、加液阀、放液阀、流量调节阀、污水入口、污水出口和光导管，

18、所述热接收器的载热介质出口端与循环水泵的载热介质入口端连接，所述循环水泵的载热介质出口端与热交换器的载热介质入口端连接，所述热交换器的载热介质出口端与流量调节阀的载热介质入口端连接，所述流量调节阀的载热介质出口端与热接收器的载热介质入口端连接，

19、所述反应器的污水出口端设置放液阀，所述反应器的污水入口端与热交换器的污水出口端连接，所述热交换器的污水入口端与污水泵的污水出口端连接，所述污水泵的污水入口端设置加液阀，

20、至少一个聚光器铺设在朝向阳光方向的平坦表面上，所述二级分频聚光器的接收面设置在聚光器的焦线上，所述二级分频聚光器的透光汇集处的位置设有热接收器，所述二级分频聚光器的反射面位置设有光接收器，所述光接收器通过光导管与反应器连接，所述反应器包括污水管程和污水管程外的全反射面，污水管程包括两根平行的主污水管，两根主污水管之间通过若干根分污水管连通，所述光导管与至少一个反应器的全反射面通过放光器件连接，两根主污水管一端均封闭，两根主污水管的另一端分别与污水出口端和热交换器连接。

21、一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统，包括聚光器、热接收器、反应器、污水管程、全反射面、热交换器、污水泵、循环水泵、加液阀、放液阀、流量调节阀、污水入口和污水出口，

22、所述热接收器的载热介质出口端与循环水泵的载热介质入口端连接，所述循环水泵的载热介质出口端与热交换器的载热介质入口端连接，所述热交换器的载热介质出口端与流量调节阀的载热介质入口端连接，所述流量调节阀的载热介质出口端与热接收器的载热介质入口端连接，

23、所述反应器的污水出口端设置放液阀，所述反应器的污水入口端与热交换器的污水出口端连接，所述热交换器的污水入口端与污水泵的污水出口端连接，所述污水泵的污水入口端设置加液阀，

24、至少一个聚光器铺设在朝向阳光方向的平坦地面或平面上，所述热接收器位于聚光器的焦线上，所述反应器位于聚光器的接收面上，所述反应器包括污水管程和污水管程外的全反射面，所述污水管程包括两根平行的主污水管，两根主污水管之间通过若干根分污水管连通，两根主污水管一端均封闭，两根主污水管的另一端分别与污水出口端和热交换器连接。

25、进一步地，分别与污水出口端和热交换器连接的主污水管位置相错设置。

26、一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统，包括以下步骤：

27、打开循环水泵、污水泵、加液阀、放液阀和流量调节阀，根据太阳的位置和光线传播方向调整聚光器的角度，聚光器将太阳光反射至二级分频聚光器上，通过二级分频聚光器将紫外光和红外-可见光分开，紫外线部分光线反射到二级分频聚光器内的光接收器上，再通过光导管导入反应器中进行污水处理，其余波长的光线被二级分频聚光器吸收后进入热接收器，并依次在循环水泵和热交换器中依次循环。

28、一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统，包括以下步骤：

29、打开循环水泵、污水泵、加液阀、放液阀和流量调节阀，根据太阳的位置和光线传播方向调整聚光器的角度，聚光器将太阳光反射至热接收器上，并依次在循环水泵和热交换器中依次循环，紫外线部分光线直接进入反应器中进行污水处理。

30、相较于现有技术，本发明的有益效果是：

31、本发明一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法，通过一级聚光器用于将太阳光线集中到系统中，为后续处理提供光能；二级分频聚光器选择性地反射并进一步聚焦紫外线部分太阳光或直接通过热接收器过滤后的紫外线用于光催化污水处理，剩余的可见光和红外线部分产生热能，用于光热反应；

32、本发明一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法，通过聚光分频光热光催化技术，充分利用太阳能的各个光谱部分，实现对污水中有机污染物和有害物质的高效处理，提高水质净化效果；

33、本发明一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法，通过太阳能的利用，系统可以在一定程度上减少对传统能源的依赖，进而减少了污水处理过程中的能源消耗和环境影响；

34、本发明一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法，通过在反应器中设置全反射面，可以通过光线在界面上的多次反射，使光线在介质之间多次传播，延长光线与污水的接触时间，从而使光线与污水更充分地接触，提高光催化效率，提高光催化反应的效果，有效去除有机污染物和有害物质；

35、本发明一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法，全反射面的光热光催化系统能够产生高度集中的光束，将能量集中在污染物附近。这提高了污染物的吸附和催化降解速率，从而实现高效的去除。

36、本发明一种基于全反射面的聚光分频光热光催化污水处理系统及处理方法，系统灵活性和调节性较好，可调节的聚光器角度和二级分频聚光器的设置，使系统在不同条件下能够适应光催化和加热的需要。