CN113957465B - 一种电解制氢耦合降解有机物废水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解制氢耦合降解有机物废水装置，包括装置本体，装置本体的两侧分别为阳极和阴极，阳极和阴极之间设置有三明治结构隔膜，三明治结构隔膜从靠近阳极的一侧依次设置氯离子交换膜、阳离子交换树脂和氯离子交换膜，阳极一侧设置有海水入口、海水出口和气体出口一，阴极一侧设置有纯水入口、碱水出口和气体出口二。本发明通过改良的处理方法和先进的电解装置，具有优异的耐腐蚀性和运行稳定性，不仅可实现高盐高氨氮有机物废水的高效、低成本制氢，还能通过电解过程中产生的·OH高活性自由基去除水中的有机污染物，达到制氢去污合二为一、两者耦合的效果，经济效益好。

Description

一种电解制氢耦合降解有机物废水装置
技术领域
本发明涉及有机物废水处理及电解制氢装置技术领域，具体涉及到一种电解制氢耦合降解有机物废水装置。
背景技术
当前我国氢能产业正在快速发展，燃料电池产品快速迭代。在氢能产业快速发展的同时，产业链面临的关键共性问题亟需深入研究，以凝聚行业共识，提供政策参考，保障氢能发展的关键制度供给。而氢能的制造所带来的环境污染问题，氢能的高效制取成为中重中之重。
在减少碳排放、能源安全、促进经济增长等因素的驱动下，美国、欧盟、日本等国家和地区依据当地实际情况，逐步明确氢能在国家能源体系中的定位，制定多样化的氢能相关政策，引导氢能产业健康发展。
目前，电解水制氢技术主要有碱性水电解槽、质子交换膜水电解槽和固体氧化物水电解槽。其中，碱性电解槽技术最为成熟，生产成本较低，质子交换膜水电解槽流程简单，能效较高，但因使用贵金属电催化剂等材料，成本偏高；固体氧化物水电解槽采用水蒸气电解，高温环境下工作，能效最高，但尚处于实验室研发阶段。同时，由于电解水对水质要求极高，因此常常选择纯水作为电解质，但这会造成电解成本高和应用范围受限等问题。全球淡水资源有限，而有一定含盐量的海水却储量巨大，因此发展基于含盐水的电解制氢技术将是未来电解水制氢成为主流氢气制备技术的关键，也是氢能实现可持续发展的一个战略性储备技术及保障。电解海水制氢技术存在的主要问题是电极的耐腐蚀性不够。海水中大量氯离子的存在使电极反应变得非常复杂。直接电解海水，阳极端产物为氯气和氧气的混合物。氯气具有极强的腐蚀性和毒性，易造成电解设备和电极损坏，且需要增加昂贵的氯气收集净化系统以防止产生严重的环境污染。
有机物污染废水的处理一直都是水污染治理中的重点之一，而高级氧化法由于具有直接除去水中有机污染物的强氧化能力、选择性小、可一次性处理、反应速度快等优点而备受关注。然而，高级氧化法的一大问题在于能耗较高，大量的电能在降解有机物的过程中被耗费掉。如果能将耗费的电能利用好并将其赋值化，则不仅可更好地推广高级氧化技术，还可以产生更多的经济价值。
发明内容
针对上述的不足，本发明的目的是提供一种电解制氢耦合降解有机物废水装置。本发明通过改良的处理方法和先进的电解装置，可将多种废水直接用于电解制氢，不仅可实现工业废水的高效、低成本制氢，还能通过电解过程中产生的·OH高活性自由基去除水中的有机污染物，达到制氢去污合二为一、两者耦合的效果。
为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：
本发明提供一种电解制氢耦合降解有机物废水装置，包括装置本体，装置本体的两侧分别为阳极和阴极，阳极和阴极之间设置有三明治结构隔膜，三明治结构隔膜从靠近阳极的一侧依次设置氯离子交换膜、阳离子交换树脂和氯离子交换膜，阳极一侧设置有海水入口、海水出口和气体出口一，阴极一侧设置有纯水入口、碱水出口和气体出口二。
需要说明的是，气体出口一用于排出氧气和氯气；气体出口二用于排出氢气。
进一步地，阴极和阳极分别设置有氢气收集装置和氧气收集装置，氧气收集装置与气体出口一连通，氢气收集装置与气体出口二连通。
进一步地，阳极一侧的水位要高于阴极一侧。
进一步地，装置本体内设置有加压阀。
需要说明的是，本发明中电解制氢耦合降解有机物废水装置的部件及各部件连接关系若无特殊限定，可采用本领域的常规部件及常规连接方式，如氧气收集装置和氢气收集装置为本领域的常规装置。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明中的电解制氢耦合降解有机物废水装置是一种新型耦合电解制氢装置，在基础的电解池之上进行了改进与优化。与现有技术相比，本发明使用高盐有机废水为原料，采用三明治隔膜电解技术技术能更多的制取高纯度氢气，并循环副产物次氯酸钠；通过高附加价值的氢气提高高盐高氨氮有机物废水的处置收益。可以解决氢气供用不平衡的问题，社会效益好；本发明中的电解制氢耦合降解有机物废水装置具有优异的耐腐蚀性和运行稳定性，可以高盐高氨氮有机物废水制氢，实现海水变废为宝，原料成本低，经济效益好。该装置既可以将海水得到循环，也可制出大量氢气氧气；运用压降原理，两侧水位不等加以加压阀加快循环过程。
2、本发明通过该装置耦合利用，制氢的同时提高有机废水中重要物质的回收率。普通的氢气制取需要用到及其稀少的纯水资源，这样的制氢成本太高，而本发明的电解装置再加有机废水，最后加入化学电极，此制取过程可以高效电解，成本低，并且可循环不断处理废水，无需额外加入，提高抗生素、有机物、无机离子的回收率；本发明中电解制氢耦合降解有机物废水装置，具有优异的耐腐蚀性和运行稳定性，不仅可实现高盐高氨氮有机物废水的高效、低成本制氢，还能通过电解过程中产生的·OH高活性自由基去除水中的有机污染物，达到制氢去污合二为一、两者耦合的效果，经济效益好。
3、本发明中的该装置既可以将海水得到循环，也可制出大量氢气氧气；该装置的三明治隔膜防止阳离子沉淀阻碍反应进行；该装置运用压降原理，两侧水位不等加以加压阀加快循环过程。
附图说明
图1为本发明实施例1中电解制氢耦合降解有机物废水装置的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本例提供一种电解制氢耦合降解有机物废水装置，如图1所示，包括装置本体，装置本体的两侧分别为阳极和阴极，阳极和阴极之间设置有三明治结构隔膜，三明治结构隔膜从靠近阳极的一侧依次设置氯离子交换膜、阳离子交换树脂和氯离子交换膜，阳极一侧设置有海水入口、海水出口和气体出口一，阴极一侧设置有纯水入口、碱水出口和气体出口二，阴极一侧设置有氢气收集装置，阳极一侧的水位要高于阴极一侧，装置本体内设置有加压阀，氧气收集装置与气体出口一连通，氢气收集装置与气体出口二连通。
本例中氧气收集装置和氢气收集装置为本领域的常规装置，不作重复陈述。
实验例1
本例采用实施例1提供的电解制氢耦合降解有机物废水装置进行海水制氢。包括以下步骤：
1)以普通海水为例，首先进行传统的过滤除杂，除去简单的固体废物之后得到初步海水，之后通过化学方法沉降，将海水中的钙镁离子等金属离子通过沉淀除去，得到预处理后的碱性海水。
2)将预处理后的碱性海水从电解制氢耦合降解有机物废水装置的左侧入口一加入阳极侧，右侧则是通入纯碱水的阴极侧；通过装置电解，阳极侧发生析氧析氢反应，析出氧气氢气通入左侧装置中，同时流出浓缩海水；而阴极侧发生的析氢反应，析出的大量氢气储存到右侧的氢气收集装置中；而采用氯离子交换膜、阳离子交换树脂、氯离子交换膜的三明治结构隔膜，可防止阳离子进入阴极侧产生沉淀阻碍反应进行；同时为了加大此装置的循环效率与防止阳离子，阳极侧的水位要高于阴极，在此基础上假设加压阀，通过压强作用进行循环反应；产出的海水最终进入左侧循环利用。
本发明中的该装置既可以将海水得到循环，也可制出大量氢气氧气。
实验例2
本例采用实施例1提供的电解制氢耦合降解有机物废水装置进行电解制氢耦合降解有机物废水。本例在实验例1的基础上，以海水与工业高盐高氨氮有机物废水(无机盐含量为235mg/L，氨氮浓度为25600mg/L)作为原料进行实验，持续循环处理12小时，本例中电解制氢耦合降解有机物废水装置正常稳定运行，最终检测氨氮浓度低于45mg/L，达到《污水排入城镇下水道水质标准》。
综上所述，本发明提供了一种新型电解制氢耦合降解有机物废水装置，具有优异的耐腐蚀性和运行稳定性，不仅可实现高盐高氨氮有机物废水的高效、低成本制氢，还能通过电解过程中产生的·OH高活性自由基去除水中的有机污染物，达到制氢去污合二为一、两者耦合的效果，经济效益好。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种电解制氢耦合降解有机物废水装置，其特征在于，包括装置本体，所述装置本体的两侧分别为阳极和阴极，所述阳极和所述阴极之间设置有三明治结构隔膜，所述三明治结构隔膜从靠近阳极的一侧依次设置氯离子交换膜、阳离子交换树脂和氯离子交换膜，所述阳极一侧设置有海水入口、海水出口和气体出口一，阴极一侧设置有纯水入口、碱水出口和气体出口二；
所述阳极一侧的水位要高于所述阴极一侧；
所述装置本体内设置有加压阀。
2.如权利要求1所述的电解制氢耦合降解有机物废水装置，其特征在于，所述阴极和所述阳极分别设置有氢气收集装置和氧气收集装置，所述氧气收集装置与所述气体出口一连通，所述氢气收集装置与所述气体出口二连通。
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