[發明專利]一體化有機廢水處理及能源回收系統

有效

• 申請號: 201410019255.2
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103787469A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 余青霓;王傳增
• 申請（專利權）人: 中國航天員科研訓練中心
• 主分類號: C02F1/467
• 分類號: C02F1/467;H01M8/06
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 李振

技術領域

本發明涉及有機廢水處理及能源回收技術，既可用于地面的節能減排，也適用于失重密閉空間環境的廢水處理與能源回收。

背景技術

電化學催化氧化技術應用于廢水處理方面正受到越來越廣泛的關注。電化學催化氧化通過有機物在陽極發生電子轉移直接氧化，同時在陽極能夠產生羥基自由基等強氧化劑，間接催化氧化礦化有機物，從而達到去除有機物的目的，該技術適用于高濃度有毒有害有機廢水處理，也可用于空間密閉環境的廢水處理。該技術具有操作簡單，環境友好，能夠在常溫常壓條件下實現有機物的礦化，并且易于實現自動化等優點。該技術存在的問題是：為了提高廢水處理效率，加快反應，必然需要在超出水分解電壓的區域內使用，因此不可避免的要產生析氫析氧的副反應，同時會伴隨著產生一定量的廢熱。

目前，對于有機廢水的電催化氧化技術研究，多側重于電極的性能、反應器結構等方面的研究，忽略副產物的回收利用問題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，通過技術的耦合提供一種基于電催化氧化及燃料電池的一體化有機廢水處理及能源回收系統。

本發明的技術解決方案是：

一種一體化有機廢水處理及能源回收系統，包括電催化氧化裝置、水氣分離裝置、燃料電池、液體輸送泵和廢水儲存裝置；所述廢水儲存裝置用于儲存待處理的有機廢水，所述液體輸送泵將有機廢水輸入至電催化氧化裝置；所述電催化氧化裝置用于對有機廢水中的有機物進行電催化氧化處理，其產生的水氣混合物進入所述水氣分離裝置進行水氣分離；從水氣分離裝置分離后的氣體進入所述燃料電池，在燃料電池中通過發生反應得到去除，燃料電池作為電源為其外部設備供電。

進一步地，所述電催化氧化裝置為密閉式結構，包括一組或若干組以硼摻雜的金剛石電極（記為BDD）構成的陽極和一組或若干組以金屬或者導電介質構成的陰極。

進一步地，所述電催化氧化裝置采取大電流、小電壓的直流供電模式，當有機廢水的電導率低于1000μs/cm時，在電催化氧化過程中向處理的有機廢水中添加無機鹽，用于抑制所述有機廢水在電催化氧化過程中的產熱效應。

進一步地，所述無機鹽為硫酸鹽和/或磷酸鹽，且硫酸鹽和/或磷酸鹽加入后的含量為0.5g/L-2.0g/L。

進一步地，所述燃料電池為質子交換膜燃料電池，以氫氧混合氣體為燃料，以空氣或氧氣作為氧化劑。

進一步地，所述水氣分離裝置為一個密閉腔體，通過依靠重力實現水氣分離。

進一步地，所述水氣分離裝置為靜態水氣分離裝置或者動態離心式水氣分離裝置。

進一步地，所述一體化有機廢水處理及能源回收系統還包括一個用于儲存電能的電容。

進一步地，經過所述水氣分離裝置分離后的液體返回輸入至所述廢水儲存裝置，進行循環處理；所述一體化有機廢水處理及能源回收系統還包括用于檢測有機廢水水質的檢測裝置，通過該檢測裝置檢測廢水水質達到設定的處理標準后，停止處理并外排。

本發明與現有廢水處理裝置相比，具有以下技術效果：

（1）本發明實現了有機廢水的處理與能量的回收利用。通過電催化氧化裝置能夠將有機廢水中的有機物氧化礦化掉，減少向外的污染排放，電催化氧化裝置可以處理各種污染程度的有機廢水，特別適合處理高濃度有毒有害的廢水。

（2）由于耦合了燃料電池裝置，相當于將電催化氧化過程中由電能產生的化學能在燃料電池裝置中重新變成了電能，實現了化學能資源的回收再利用，如果這部分電能供給電催化氧化裝置，過程中用于產氣的一部分電能又重新回收了回來，耦合的系統與單純的電催化氧化裝置相比，在同等條件下相當于節省了能耗，即電能的利用率更高。

（3）由于燃料電池將化學能直接轉化為了電能，不存在充放電周期，與二次電池相比，燃料電池功率密度高、無自放電、無記憶效應、不存在過沖過放，性能穩定。

（4）以硼摻雜的金剛石電極（記為BDD）作為陽極的電催化氧化裝置具有催化活性高、電流效率高、使用壽命長、硬度高強度大、抗腐蝕能力強，陽極表面不易被污染等優點，相比于其他陽極材料，以BDD作為陽極，在廢水處理過程中產生的廢熱較少，電能主要用于有機物的氧化和水的電解。

附圖說明

圖1是本發明第一種實施例的結構示意圖；

圖2是本發明中電催化氧化反應裝置的一個實施例的結構示意圖；

圖3是本發明另一種實施例的結構示意圖。

具體實施方式