一种太阳能驱动的过硫酸盐活化缓释装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于环保技术领域，特别涉及一种太阳能驱动的过硫酸盐活化缓释装 置。
【背景技术】
[0002] 地下水是地球重要的水资源，但大量排放的工业废物、农业污染物、城市生活垃圾 等已经造成了地下水不同程度的污染。石油开采过程中原油的泄漏、工业有机废水的超标 排放、农药与化肥的过量使用、垃圾渗滤液的淋滤、城镇居民生活污水的渗透等都可以造成 地下水的有机污染。根据中国地质环境监测院公布的信息，我国的地下水污染呈现由点到 面、由浅到深、由城市到农村的扩展趋势，污染程度日益严重。
[0003] 对于污染的地下水，可以采用一定的技术手段，例如化学氧化方法进行修复。用于 地下水原位化学氧化修复常用的化学试剂有臭氧、过氧化氢、高锰酸盐、Fenton试剂和过 硫酸盐，其中过硫酸盐氧化还原电位接近臭氧，大于高锰酸盐和过氧化氢，氧化能力较强。 但是，臭氧和过氧化氢在地表存在的时间都较短，且臭氧在地下水的溶解度有限；高锰酸盐 的氧化性是有选择性的，对含有碳碳双键结构的有机物氧化效果较好，而对其他有机物的 氧化效果较差；Fenton试剂在pH中性的地下水中，难以实现过氧化氢与亚铁离子催化剂 的有效混合，氧化效果难以得到保证。而过硫酸盐氧化效率强，安全稳定，易溶于水，对地下 水的pH范围不敏感，更适合处理地下水有机污染物。
[0004] 过硫酸盐在受热的情况下会分解为硫酸根自由基，自由基的氧化性强（氧化还原 电位E^+2. 5V-+3. IV)，能够有效地处理多种生物难降解的有机物。相关数据表明，过硫酸 盐在受热的情况下对于水中有机污染物的去除率较高，且在40°C以上，氧化能力随着温度 升高而升高。过硫酸盐原位修复地下水通常是通过一个垂直井将其注入到受污染区域，通 过射频探头、注入蒸汽等方式进行过硫酸盐的加热活化，过硫酸盐本身产生的高氧化性自 由基参与有机污染物的降解。然而，一次性投加过硫酸盐可能会造成利用率低、处理效率不 高等问题，并且射频加热与注入蒸汽等方式耗能较大。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型提供一种太阳能驱动的过硫酸盐活化及缓释装置，该装置是将太阳能 转化为热能，对过硫酸盐进行热活化，产生具有强氧化性的硫酸根自由基，而含有过硫酸盐 的缓释体能够缓慢、持续地释放过硫酸盐，特别适用于地下水中低浓度难降解有机污染物 的去除。
[0006] 本实用新型是通过以下的技术方案实现的：
[0007] 一种太阳能驱动的过硫酸盐活化缓释装置，包括太阳能蓄电系统12、温度控制系 统13和过硫酸盐活化缓释系统10 ;所述太阳能蓄电系统12包括太阳能电池板1、充电保护 器2和铅蓄电池3,太阳能电池板1通过充电保护器2与铅蓄电池3相连；所述温度控制系 统13包括控制器4和控制面板5,控制器4上连接有控制面板5,控制器4 一侧与铅蓄电池 3相连；所述过硫酸盐活化缓释系统10包括过硫酸盐缓释体8和包裹在过硫酸盐缓释体8 外的不锈钢笼11，所述过硫酸盐缓释体8中设有电阻丝7和温度传感器6,电阻丝7和温度 传感器6的顶端与控制器4相连。
[0008] 所述太阳能电池板1为晶硅或砷化镓太阳能电池板。
[0009] 所述过硫酸盐活化缓释体8为圆柱型，不锈钢笼11为圆柱型。
[0010] 所述过硫酸盐活化缓释体8为鱼骨型或蜂窝煤型。
[0011] 所述过硫酸盐活化缓释体8为鱼骨型时，电阻丝7和温度传感器6包覆在过硫酸 盐活化缓释体8中，电阻丝7呈鱼骨型。
[0012] 所述过硫酸盐活化缓释体8为蜂窝煤型时，过硫酸盐活化缓释体8上设有若干个 供电阻丝7和温度传感器6插入的竖直通孔，所述每个竖直通孔中均设有电阻丝7和温度 传感器6。
[0013] 所述电阻丝7和温度传感8的底端固定在不锈钢笼11的底部上。
[0014] 所述竖直通孔的数量为5。
[0015] 一种太阳能驱动的过硫酸盐活化缓释装置，由过硫酸盐活化及缓释系统、太阳能 蓄电系统、温度控制系统等三部分组成。过硫酸盐活化及缓释系统有两种设计，分别为鱼骨 型和蜂窝煤型。
[0016] 鱼骨型设计的特点在于将电阻丝与温度传感器包覆在长圆柱型缓释体的内部，电 阻丝如鱼骨一样贯穿缓释体。用不锈钢制作成圆柱型的笼状，可将缓释体直接放入笼中，方 便放入地下水环境中。鱼骨型设计要求在制作含有过硫酸盐缓释体前，事先将电阻丝及温 度传感器固定在模具的合适位置，再将缓释材料倒入模具中，成型后取出即可。缓释体可从 不锈钢笼的上部放入不锈钢笼，由不锈钢笼的底部承托缓释体。本装置缓释体中的活性成 分释放殆尽时，可直接进行缓释体的更换，而无需更换其他系统装置。而鱼骨型型缓释体， 更换时只需取出旧缓释体，再将新缓释体放入不锈钢笼即可，简单方便，节约更换时间与成 本。
[0017] 蜂窝煤型设计的特点在于，缓释体制作成蜂窝煤似的多孔道状，不锈钢笼的底部 固定有若干直立电阻丝与温度传感器，数量与缓释体的孔数相等，且与孔道几何位置基本 相同。孔道直径比直立电阻丝与温度传感器直径之和大一些即可，可保证蜂窝煤型缓释体 放入不锈钢笼的同时，直立电阻丝与传感器顺利插入蜂窝煤型缓释体的孔道内。温度传感 器设置在直立电阻丝旁，一同固定在不锈钢笼上。将电阻丝7与温度传感器6固定在不锈 钢笼11的底部，二者皆成直立状态；其次，蜂窝煤型的过硫酸盐缓释体8的孔道为贯穿孔， 在将过硫酸盐缓释体8从不锈钢笼11的顶部放入的同时，也将电阻丝7与温度传感器6 - 并插入孔道。
[0018] 太阳能蓄电系统包括太阳能电池板、充电保护器和铅蓄电池。太阳能电池板接收 太阳能，将光能转化为电能储存在铅蓄电池中，充电保护器为充电过程提供保护。铅蓄电池 为电阻丝发热提供电能。
[0019] 温度控制系统包括温度传感器、控制器及控制面板。根据缓释材料性质在控制面 板中对控制器的温控条件进行设置，控制器控制铅蓄电池对电阻丝的放电过程，由温度传 感器传输回电阻丝的温度信息对控制器进行实时反馈，以便对放电过程进行更好地调控。
[0020] 本实用新型将过硫酸盐活化缓释系统放入受污染的地下水环境中，通过铅蓄电池 对电阻丝进行供电，电阻丝将电能转化为热能，当温度超过过硫酸盐的分解温度后，缓释体 释放的过硫酸盐在加热的作用下，一个过硫酸根分子活化为两个硫酸根自由基，化学反应 式如下：
[0021]
[0022] 硫酸根自由基因具有一个孤对电子，氧化还原电位Ef+2. 5V-+3. IV，远高于过硫 酸根的氧化还原电位，因此具有较强的氧化性，可以氧化多种有机物。同时，缓释体可以保 证过硫酸盐持续缓慢释放，可以达到连续处理地下水中有机污染物的效果。
[0023] 本实用新型提供的过硫酸盐活化缓释装置是将新型太阳能加热与过硫酸盐缓释 材料相结合，能够利用太阳能作为可持续的能源，节约成本，同时保证过硫酸盐持续释放和 活化，可以达到稳定、高效处理地下水有机污染物的效果。
[0024] 本实用新型相比于传统的热活化过硫酸盐处理有机污染地下水方法及装置，其优 点为：
[0025] (1)本装置采用太阳能提供热源加热活化过硫酸盐，相比于其他热活化技术，如射 频加热及注入蒸汽等，更节能，可行性更高。现有技术很多是对含有机污染物的废水进行加 热，但外加热源对大规模流动的地下水则显得不太可行。本装置改变加热对象，对负载有过 硫酸盐的缓释体进行加热。通过太阳能提供热源加热缓释体，控制面板设置加热温度范围 来热活化过硫酸盐，一方面达到了节能的目的，另一方面通过调节温度，从而控制过硫酸盐 活化速率及缓释体释放活性物质速率，可以更好地满足不同污染条件下的需求，达到良好 的处理效果。
[0026] (2)本装置采用了一种太阳能蓄电系统，更适合在无电网接入以及野外场所的地 下水的净化。
[0027] (3)本装置采用缓释材料负载过硫酸盐，避免了因一次投加而导致的过硫酸盐利 用率不高、有机物处理效果不好等问题，可以达到过硫酸盐的缓慢释放，更适合于低有机污 染物浓度地下水的长期净化处理。
[0028] (4)本装置缓释体中的活性成分释放殆尽时，可直接进行缓释体的更换，而无需更 换其他系统装置。尤其是蜂窝煤型缓释体设计，更换时只需取出旧缓释体，再将新缓释体放 入不锈钢笼即可，简单方便，节约更换时间与成本。当鱼骨型或蜂窝煤型缓释体内的活性成 分释放完之后，只需直接更换新的鱼骨型或蜂窝煤型缓释体，而不锈钢笼等装置不用更换， 节约成本。
【附图说明】
[0029] 图1为过硫酸盐活化缓释装置的结构示意图。
[0030] 图2为温度控制电路简图。
[0031] 图3为鱼骨型过硫酸盐活化缓释系统的结构示意图。
[0032] 图4为含有电阻丝和温度传感器的蜂