申請(qǐng)日2014.01.16

　　公開(公告)日2014.05.14

　　IPC分類號(hào)H01M8/06; C02F1/467

　　摘要

　　本發(fā)明涉及有機(jī)廢水處理及能源回收技術(shù)，提供一種一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，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(chǔ)存裝置。電催化氧化裝置對(duì)由液體輸送泵傳送的有機(jī)廢水進(jìn)行電催化氧化處理，其產(chǎn)生的水氣混合物進(jìn)入水氣分離裝置;水氣分離后的氣體進(jìn)入燃料電池，通過發(fā)生反應(yīng)得到去除，分離后的液體外排或儲(chǔ)存。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢水的處理與能量的回收利用，電催化氧化裝置可以處理各種污染程度的有機(jī)廢水，特別適合處理高濃度有毒有害的廢水;由于耦合了燃料電池裝置，將電催化氧化過程中由電能產(chǎn)生的化學(xué)能在燃料電池裝置中重新變成了電能，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能資源的回收再利用。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在于：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(chǔ)存裝置;所述廢水儲(chǔ)存 裝置用于儲(chǔ)存待處理的有機(jī)廢水，所述液體輸送泵將有機(jī)廢水輸入至電催化氧 化裝置;所述電催化氧化裝置用于對(duì)有機(jī)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行電催化氧化處理， 其產(chǎn)生的水氣混合物進(jìn)入所述水氣分離裝置進(jìn)行水氣分離;從水氣分離裝置分 離后的氣體進(jìn)入所述燃料電池，在燃料電池中通過發(fā)生反應(yīng)得到去除，燃料電 池作為電源為其外部設(shè)備供電。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：所述電催化氧化裝置為密閉式結(jié)構(gòu)，包括一組或若干組以硼摻雜的金剛石 電極構(gòu)成的陽極和一組或若干組以金屬或者導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的陰極。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：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(dāng)有機(jī)廢水的 電導(dǎo)率低于1000μs/cm時(shí)，在電催化氧化過程中向處理的有機(jī)廢水中添加無機(jī) 鹽，用于抑制所述有機(jī)廢水在電催化氧化過程中的產(chǎn)熱效應(yīng)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：所述無機(jī)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。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：所述燃料電池為質(zhì)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。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：所述水氣分離裝置為一個(gè)密閉腔體，通過依靠重力實(shí)現(xiàn)水氣分離。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：所述水氣分離裝置為靜態(tài)水氣分離裝置或者動(dòng)態(tài)離心式水氣分離裝置。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：所述一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)還包括一個(gè)用于儲(chǔ)存電能的電容。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，其特征在 于：經(jīng)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(chǔ)存裝置，進(jìn)行 循環(huán)處理;所述一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)還包括用于檢測有機(jī)廢水 水質(zhì)的檢測裝置，通過該檢測裝置檢測廢水水質(zhì)達(dá)到設(shè)定的處理標(biāo)準(zhǔn)后，停止 處理并外排。

　　說明書

　　一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及有機(jī)廢水處理及能源回收技術(shù)，既可用于地面的節(jié)能減排，也 適用于失重密閉空間環(huán)境的廢水處理與能源回收。

　　背景技術(shù)

　　電化學(xué)催化氧化技術(shù)應(yīng)用于廢水處理方面正受到越來越廣泛的關(guān)注。電化 學(xué)催化氧化通過有機(jī)物在陽極發(fā)生電子轉(zhuǎn)移直接氧化，同時(shí)在陽極能夠產(chǎn)生羥 基自由基等強(qiáng)氧化劑，間接催化氧化礦化有機(jī)物，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的， 該技術(shù)適用于高濃度有毒有害有機(jī)廢水處理，也可用于空間密閉環(huán)境的廢水處 理。該技術(shù)具有操作簡單，環(huán)境友好，能夠在常溫常壓條件下實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的礦 化，并且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)存在的問題是：為了提高廢水處理效 率，加快反應(yīng)，必然需要在超出水分解電壓的區(qū)域內(nèi)使用，因此不可避免的要 產(chǎn)生析氫析氧的副反應(yīng)，同時(shí)會(huì)伴隨著產(chǎn)生一定量的廢熱。

　　目前，對(duì)于有機(jī)廢水的電催化氧化技術(shù)研究，多側(cè)重于電極的性能、反應(yīng) 器結(jié)構(gòu)等方面的研究，忽略副產(chǎn)物的回收利用問題。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過技術(shù)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(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)。

　　本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

　　一種一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)，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(chǔ)存裝置;所述廢水儲(chǔ)存裝置用于儲(chǔ)存 待處理的有機(jī)廢水，所述液體輸送泵將有機(jī)廢水輸入至電催化氧化裝置;所述 電催化氧化裝置用于對(duì)有機(jī)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行電催化氧化處理，其產(chǎn)生的水 氣混合物進(jìn)入所述水氣分離裝置進(jìn)行水氣分離;從水氣分離裝置分離后的氣體 進(jìn)入所述燃料電池，在燃料電池中通過發(fā)生反應(yīng)得到去除，燃料電池作為電源 為其外部設(shè)備供電。

　　進(jìn)一步地，所述電催化氧化裝置為密閉式結(jié)構(gòu)，包括一組或若干組以硼摻 雜的金剛石電極(記為BDD)構(gòu)成的陽極和一組或若干組以金屬或者導(dǎo)電介質(zhì) 構(gòu)成的陰極。

　　進(jìn)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(dāng) 有機(jī)廢水的電導(dǎo)率低于1000μs/cm時(shí)，在電催化氧化過程中向處理的有機(jī)廢水 中添加無機(jī)鹽，用于抑制所述有機(jī)廢水在電催化氧化過程中的產(chǎn)熱效應(yīng)。

　　進(jìn)一步地，所述無機(jī)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(jìn)一步地，所述燃料電池為質(zhì)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(jìn)一步地，所述水氣分離裝置為一個(gè)密閉腔體，通過依靠重力實(shí)現(xiàn)水氣分 離。

　　進(jìn)一步地，所述水氣分離裝置為靜態(tài)水氣分離裝置或者動(dòng)態(tài)離心式水氣分 離裝置。

　　進(jìn)一步地，所述一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)還包括一個(gè)用于儲(chǔ)存 電能的電容。

　　進(jìn)一步地，經(jīng)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(chǔ)存 裝置，進(jìn)行循環(huán)處理;所述一體化有機(jī)廢水處理及能源回收系統(tǒng)還包括用于檢 測有機(jī)廢水水質(zhì)的檢測裝置，通過該檢測裝置檢測廢水水質(zhì)達(dá)到設(shè)定的處理標(biāo) 準(zhǔn)后，停止處理并外排。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有廢水處理裝置相比，具有以下技術(shù)效果：

　　(1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢水的處理與能量的回收利用。通過電催化氧化裝 置能夠?qū)⒂袡C(jī)廢水中的有機(jī)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(jī)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(dāng)于將電催化氧化過程中由電能產(chǎn)生的 化學(xué)能在燃料電池裝置中重新變成了電能，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)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(chǎn)氣的一部分電能又重新回 收了回來，耦合的系統(tǒng)與單純的電催化氧化裝置相比，在同等條件下相當(dāng)于節(jié) 省了能耗，即電能的利用率更高。

　　(3)由于燃料電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(yīng)、不存在過沖過放， 性能穩(wěn)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(qiáng)度大、抗腐蝕能力強(qiáng)，陽極 表面不易被污染等優(yōu)點(diǎn)，相比于其他陽極材料，以BDD作為陽極，在廢水處理 過程中產(chǎn)生的廢熱較少，電能主要用于有機(jī)物的氧化和水的電解。