【摘要】：能源和水資源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重,利用清潔、豐富的太陽(yáng)能解決能源與水資源問(wèn)題是一種有效途徑。常見(jiàn)的單晶硅電池只能利用太陽(yáng)光譜中的可見(jiàn)和近紅外光,一般情況下可用于水處理的紫外光和部分可見(jiàn)光在太陽(yáng)光中的占比也很小�；诠夥l(fā)電和水處理所利用的光譜不同,提出了分布式太陽(yáng)能水凈化-光伏耦合系統(tǒng),并建立了可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能消毒或者太陽(yáng)光芬頓同時(shí)進(jìn)行光伏發(fā)電的戶外水處理裝置,從如下方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值分析。1、在模擬光條件下研究了太陽(yáng)光對(duì)大腸桿菌的滅活;增強(qiáng)光照強(qiáng)度可以提高滅菌速率;當(dāng)溫度升高到45℃以上時(shí),溫度可以強(qiáng)化太陽(yáng)光的滅菌過(guò)程;在戶外太陽(yáng)光下,水流道會(huì)使小型耦合裝置中的電池效率降低15%。2、建立太陽(yáng)能消毒-光伏耦合系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對(duì)耦合系統(tǒng)的光伏和滅菌性能以及適用性進(jìn)行的研究表明:一定的環(huán)境條件下,水溫可以超過(guò)45℃,有效強(qiáng)化大腸桿菌的滅活;耦合系統(tǒng)的電池可以在較低的溫度下工作,其產(chǎn)生的電能遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的消耗;耦合系統(tǒng)每年在拉薩和欽奈地區(qū)的適用天數(shù)分別為324和315天,而且在欽奈地區(qū)每年有60%以上的天數(shù),水溫可以超過(guò)45℃;耦合系統(tǒng)的成本回收周期為134天。3、使用雙軸跟蹤的V型聚光器和微量的雙氧水強(qiáng)化耦合系統(tǒng)的性能,研究結(jié)果表明:在協(xié)同強(qiáng)化作用下,耦合系統(tǒng)滅活高濃度大腸桿菌需要1.25小時(shí),滅活沙門氏菌需要2.5小時(shí),沙門氏菌更適合做太陽(yáng)能消毒的指示菌;水流道對(duì)聚光耦合系統(tǒng)的冷卻作用更顯著;V型聚光器大幅提高了耦合系統(tǒng)中的電池的發(fā)電量,其最大功率為43W(參比電池為26.1W)。4、研究了不同條件下太陽(yáng)光芬頓-光伏耦合系統(tǒng)對(duì)孔雀石綠的脫色以及系統(tǒng)對(duì)對(duì)氯苯酚和亞甲基藍(lán)的降解,結(jié)果表明:5mg/L Fe~(2+)條件下,孔雀石綠脫色的最優(yōu)pH和每次H_2O_2投量分別為3和200mg/L;100mg/L的孔雀石綠脫色率達(dá)到99.52%;一定條件下,對(duì)氯苯酚和亞甲基藍(lán)的降解或脫色率分別為80.8%和99.3%。5、在室內(nèi)研究了太陽(yáng)光芬頓對(duì)三種類型的染料的脫色和礦化;在戶外研究了耦合系統(tǒng)對(duì)不同濃度染料的脫色。結(jié)果表明:太陽(yáng)光不僅提高了染料的脫色速率也促進(jìn)了其礦化;在20~50℃范圍內(nèi),升高溫度可以提高脫色速率;三種染料脫色的難度依次為:孔雀石綠、酸性紅26、活性藍(lán)4;耦合系統(tǒng)可以處理濃度為200mg/L以下的染料廢水,同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量自供給。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK519;TU991.2;X703
【圖文】：

不安全的水和人類排泄物傳播的疾病[11]。世界人口日益增長(zhǎng)，對(duì)清潔水的需求量越來(lái)越大，工農(nóng)業(yè)的發(fā)展也需要越來(lái)越多的水，世界上原來(lái)水源充足的地區(qū)也出現(xiàn)了缺水的現(xiàn)象，有人預(yù)測(cè)對(duì)水源的爭(zhēng)奪將成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)生的重要原因。1.2 太陽(yáng)能的主要利用形式1.2.1 太陽(yáng)能資源與其他任何能源相比，太陽(yáng)能都具有環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。在使用過(guò)程中不需要消耗自然資源，不會(huì)排放二氧化碳以及其他溫室氣體，也不會(huì)產(chǎn)生固液污染。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能在可持續(xù)發(fā)展方面有以下優(yōu)勢(shì)[12]：不會(huì)排放二氧化碳、氮氧化物等溫室氣體，也不會(huì)排放二氧化硫等有毒氣體；實(shí)現(xiàn)荒地的復(fù)墾；減少電網(wǎng)輸送；提高水資源質(zhì)量；增強(qiáng)地區(qū)或者國(guó)家的能源獨(dú)立；實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的多樣化，保障能源安全；加速發(fā)展中國(guó)家農(nóng)村地區(qū)的電器化。

第 1 章 文獻(xiàn)綜述100%m oc scin inP FF V IP P (1-2)式中 Pin表示光伏電池得到的光照功率。光伏電池在使用過(guò)程中，溫度會(huì)升高。半導(dǎo)體溫度上升，其帶隙能量會(huì)下降，可用來(lái)產(chǎn)生電子空穴對(duì)的光子也會(huì)隨之增多，因此，升高溫度在一定程度上提高了短路電流，但是溫度對(duì)短路電流的影響比較小[18]。而對(duì)于開(kāi)路電壓和填充因子而言，電池工作溫度的升高，會(huì)導(dǎo)致其有相對(duì)較大的下降[19, 20]。有文獻(xiàn)報(bào)道[21]，溫度升高 10℃，光伏電池的轉(zhuǎn)化效率下降 4%左右。

腸桿菌不會(huì)復(fù)活。Martin-Doming水溫，強(qiáng)化滅菌效果；Saitoh 等[5高滅菌速率。Mani 等[57]采用容積PET 瓶子下方放置鋁反射板和將 PE光照條件不佳的情況下，放置在 處理的水，增大了水對(duì)光的吸收，板涂黑的方式滅菌速率更優(yōu)，這是溫度與紫外協(xié)同滅菌。SODIS 滅菌效果的另外一個(gè)重要因影響光的透過(guò)率，從而抑制了 SO等顆粒會(huì)影響光對(duì)微生物的照射，的影響。因此，在使用 SODIS 處對(duì)濁度比較高的污水進(jìn)行預(yù)處理。的濁度一般應(yīng)該低于 30NTU。

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