本发明涉及太阳能海水淡化和水处理，具体为一种低成本可扩展的、具有长期使用稳定性的太阳能海水淡化和污水处理装置及其使用方法。
背景技术：
1、在各种水处理技术中，太阳能蒸馏技术因其净化程度最高、碳排放最低而备受关注。界面太阳能蒸发器可以将太阳能转化为热能，同时将热能局限在光吸收材料表面以最小化能量损失。该技术以节能环保的方式为偏远的离网地区的淡水生产提供了可靠的解决方案。然而，在实际的太阳能脱盐过程中，随着水分的蒸发导致太阳能蒸发器上的盐结晶和累积，减少了光吸收和蒸发面积，这是由于盐离子扩散不足造成的。
2、利用盐度或温度梯度来驱动对流，增强盐离子的扩散可以自发去除盐晶体，提高水净化的长期稳定性。太阳能蒸发器上的蒸发过程导致盐度或温度梯度，进而可能引发marangoni对流。marangoni对流实现了流体从低表面张力区域流向高表面张力区域。一般而言，marangoni对流可以由浓度梯度(即溶质毛细管效应)或温度梯度(即热毛细管效应)引起。尽管目前基于marangoni对流的蒸发器取得了一定的进展，但仍存在一些挑战。首先，marangoni效应依赖于表面张力梯度，因此它首先与气-液界面面积有关。由于暴露的液体-空气界面有限，marangoni对流通量仍然有限，导致排盐性能不足。其次，溶质或热诱导的marangoni效应往往集中在一起，有时由于流动方向不一致，这两种效应相互减弱甚至抵消。最后，传统的基于marangoni对流的太阳能吸收材料和蒸发器的精细结构设计增加了成本。因此，marangoni对流有限的范围和强度限制了太阳能蒸发器最终的长期脱盐稳定性。
技术实现思路
1、(一)发明目的
2、为解决背景技术中存在的结盐问题，本发明提出一种华夫格结构的太阳能蒸发器(waffle-shaped solar evaporator，wse)，用于海水淡化与污水处理，实现高效的光热蒸发与蒸馏级的水质量等级，同时自发避免了结盐与水垢的形成，实现长期稳定的水净化效果。用于海水、盐水、含酸废水、含碱废水、含有机物废水的净化，可带来重大的经济效益和社会效益。
3、(二)技术方案
4、为解决上述问题，本发明提出了一种华夫格结构的装置，包括太阳能光热转化件、水供给层、隔热层，以及必要的水收集结构组件。
5、太阳能蒸发装置漂浮于水池中，水池中一般为海水、盐湖水、盐水、卤水、高浓度盐废水、酸性废水、碱性废水、重金属废水或印染废水等；蒸发装置由水面往上依次为隔热层、水供给层、光热转化层；水供给层穿过隔热层的孔与水体之间通过类“灯芯”结构相连接或包裹在隔热层外并与水体相接触以减少热量损失；光热转化件一般为华夫格结构。
6、优选的，光热转化件包含但不限于由亲水性光吸收材料制成。
7、优选的，光热转化件包含但不限于由黑色炭基材料、黑色无机材料、黑色有机材料、黑色高分子材料、黑色棉布、黑色无纺布、黑色泡沫、黑色纸质材料、黑色有机/无机杂化材料等黑色材料制成。
8、优选的，光热转化件包含但不限于其它经过染黑的材料制成。
9、优选的，水供给层材料包含但不限于由纤维素、海绵、亲水性纤维、亲水性皮革等亲水性材料制成。
10、优选的，水供给层材料包含但不限于由经过酸处理、等离子体处理等其他亲水性处理途径改性得到的亲水性材料制成。
11、优选的，隔热层材料包含但不限于由聚苯乙烯泡沫、硅酸铝防火隔热棉板、玻璃纤维、二氧化硅气凝胶毡、木材、塑料、橡胶或充气膜材料中的任意一种制成。
12、优选的，光热转化件一般为华夫格结构，且华夫格的脊骨(加强筋)的侧面具有一定的坡度或垂直于底面。
13、本发明中基于盐度梯度和浓度梯度分别导致的溶质marangoni效应和热marangoni效应，二者的协同作用避免盐分的累积和水垢的形成，保证长期太阳能脱盐和净水过程的稳定性。
14、本发明产生的有效效果包括：
15、1、提高了太阳能光热转化装置在海水淡化和污水处理中的稳定性，实现了自发的表面盐分排除和溶液组分更新，盐溶质最终流向水池中。华夫格结构的光热转化件中脊骨(加强筋)上表面更高的蒸发速率导致了盐度的增加和温度的降低(相比于平面区域)；更高的盐度和更低的温度导致上表面处区域的盐水具有更高的表面张力，引发marangoni对流，从而实现从平面区域到脊骨(加强筋)区域的溶液组分更新，自发避免盐分的过饱和而出现沉积或结垢。
16、2、兼具太阳能宽谱范围内的高太阳能吸收特性和高蒸发速率特性，实现了90％以上的能量利用率。
17、3、降低了光吸收材料的成本。本发明中光吸收材料由可再生的生物质、碳氢化合物以及高分子材料热解而成，大幅度降低了成本。
18、4、提高了太阳能光热转化装置的可扩展性。本发明中的抗盐特性只与华夫格结构的几何构型有关，而不局限于具体选择的材料，因此可以用低成本的其他光吸收材料(染色或涂层)进一步降低成本；华夫格结构光热转化件在沿面方向扩展放大后，长期脱盐稳定性不会受到影响。
1.本发明公开了一种华夫格结构的太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，包括太阳能光热转化件(1)、水供给层(2)、隔热层(3)：
2.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，光热转化件(1)包含但不限于由亲水性光吸收材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，光热转化件(1)一般为华夫格结构，由平面底面与网格状脊骨(加强筋)组成一个整体，底面一般为圆形或矩形，脊骨侧壁倾斜或垂直于底面，脊骨顶面为平面或曲面。
4.根据权利要求1或2所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，光热转化件(1)包含但不限于由黑色炭基材料、黑色无机材料、黑色有机材料、黑色高分子材料、黑色棉布、黑色无纺布、黑色泡沫、黑色纸质材料、黑色有机/无机杂化材料等黑色材料制成。
5.根据权利要求1或2所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，光热转化件(1)还能够由其他经过染黑的材料制成。
6.根据权利要求1或2所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，水供给层(2)包含但不限于由纤维素、海绵、亲水性纤维、亲水性皮革等亲水性材料制成。
7.根据权利要求1或2所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，水供给层(2)包含但不限于由经过酸处理、等离子体处理等其他亲水性处理途径改性得到的亲水性材料制成。
8.根据权利要求1或2所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，隔热层(3)包含但不限于由聚苯乙烯泡沫、硅酸铝防火隔热棉板、玻璃纤维、二氧化硅气凝胶毡、木材、塑料、橡胶或充气膜材料中的任意一种制成。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，光热转化件(1)的底面特征尺寸(直径或边长)一般为10mm～10000mm，底面厚度一般为0.5mm～500mm；光热转化件(1)的脊骨长度一般为10mm～10000mm，水平方向宽度一般为1mm～500mm，垂直方向厚度一般为1mm～500mm，倒角一般为0.2mm～500mm。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，水供给层(2)为层状结构，厚度一般为0.1mm～500mm，直径或边长一般为10mm～10000mm。
11.根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化与污水处理装置，其特征在于，隔热层(3)的厚度一般为0.5mm～500mm，直径或边长一般为10mm～10000mm。
