CN115196808A - 一种污水处理装置和污水处理方法 - Google Patents

一种污水处理装置和污水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种污水处理装置和方法，其中，该污水处理装置中的第一蒸馏器和第二蒸馏器用于对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水进行加热，产生水蒸气以及加热后的污水，水蒸气冷凝后形成淡水，加热后的污水被排出污水处理装置；第一蒸馏器和第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入电解槽中被电解槽电解，生成氢气和氧气；氧气从电解槽的阳极出口流入第一气水分离器，第一气水分离器用于对氧气进行气水分离；氢气从电解槽的阴极出口流入第二气水分离器，第二气水分离器用于对氢气进行气水分离。本发明实施例提供污水处理装置和方法，能在制备出氢气的同时，还能制备出淡水，提高了污水利用率，应用场景更广泛。

Description

一种污水处理装置和污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种污水处理装置和污水处理方法。
背景技术
目前，污水处理设备，是包括利用电解处理装置对污水进行电解，制备氢气和氧气的设备。当前污水处理设备漂浮于污水表面，进水口在水面下，污水在重力作用下进入污水处理设备；污水在设备中被电解处理装置电解出氢气；氢气进入储氢装置，氢气压力达到一定值时关闭进水口停止进水，从而关闭污水处理设备，该污水处理设备仅能制备出氢气，应用场景比较有限。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种污水处理装置和污水处理方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种污水处理装置，包括：第一蒸馏器、第二蒸馏器、第一气水分离器、第二气水分离器和电解槽；电解槽包括：阳极出口和阴极出口；电解槽分别与第一蒸馏器和第二蒸馏器连接；第一气水分离器连接所述阳极出口，第二气水分离器连接阴极出口；
第一蒸馏器和第二蒸馏器用于对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水加热，产生水蒸气以及加热后的污水，水蒸气冷凝后形成淡水，加热后的污水被排出污水处理装置；
第一蒸馏器和第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入电解槽中被电解槽电解，生成氢气和氧气；
氧气从阳极出口流入第一气水分离器，第一气水分离器用于对氧气进行气水分离；
氢气从阴极出口流入第二气水分离器，第二气水分离器用于对氢气进行气水分离。
第二方面，本发明实施例还提供了一种利用第一方面所述的污水处理装置进行污水处理的方法，利用第一蒸馏器和第二蒸馏器对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水进行加热，产生水蒸气以及加热后的污水，水蒸气冷凝后形成淡水，加热后的污水被排出污水处理装置；
第一蒸馏器和第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入电解槽中被电解槽电解，生成氢气和氧气；
氧气从电解槽的阳极出口流入第一气水分离器，第一气水分离器用于对氧气进行气水分离；氢气从电解槽的阴极出口流入第二气水分离器，第二气水分离器用于对氢气进行气水分离。
本发明实施例上述第一方面和第二方面提供的方案中，污水处理时利用第一蒸馏器和第二蒸馏器对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水加热，产生水蒸气以及加热后的污水，水蒸气冷凝后形成淡水，加热后的污水被排出污水处理装置；第一蒸馏器和第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入电解槽中被电解槽电解，生成氢气和氧气；氧气和氢气从电解槽排出后分别流入第一气水分离器和第二气水分离器进行气水分离，与相关技术中的仅能制备出氢气的污水处理设备相比，本申请中的污水处理装置和污水处理方法，能在制备出氢气的同时，还能制备出淡水，提高了污水利用率，使污水处理装置的应用场景更广泛。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示了本发明实施例所提供的污水处理装置结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的污水处理方法的流程图；
图标：1、污水；1-1、污水进入通道；1-2、污水进入通道；2、淡水；2-1、第一部分淡水；2-2、第二部分淡水；3、加热后的污水；4、第一连接通道；5、第二连接通道；6、回流通道；7、氧气排出通道；8、氢气排出通道；11、第一蒸馏器；12、第二蒸馏器；13、电解槽；14、第一气水分离器；15、第二气水分离器。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前，人类生产生活不仅消耗大量水资源，还会产生大量工业废水、生活污水以及商业污水等，再加上地表径流导致污水分布剧增，从而对环境造成了严重负担。常用的污水处理方法包括电解法，相关技术中的污水处理设备利用电解处理装置对污水进行电解，制备出氢气和氧气，但该设备仅能制备氢气，应用场景有限，无法有效应对来自水资源和环境的双重压力。
基于此，本发明实施例提出一种污水处理装置，包括：第一蒸馏器、第二蒸馏器、第一气水分离器、第二气水分离器和电解槽；电解槽包括：阳极出口和阴极出口；第一蒸馏器和第二蒸馏器分别与电解槽连接；第一气水分离器连接阳极出口，第二气水分离器连接阴极出口；第一蒸馏器和第二蒸馏器用于对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水加热，产生水蒸气以及加热后的污水，水蒸气冷凝后形成淡水，加热后的污水被排出污水处理装置；第一蒸馏器和第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入电解槽中被电解槽电解，生成氢气和氧气；氧气从阳极出口流入第一气水分离器，第一气水分离器用于对氧气进行气水分离；氢气从阴极出口流入第二气水分离器，第二气水分离器用于对氢气进行气水分离，与相关技术中的仅能制备出氢气的污水处理设备相比，本申请中的污水处理装置和污水处理方法，能在制备出氢气的同时，还能制备出淡水，提高了污水利用率，使污水处理装置的应用场景更广泛，能有效减轻水资源短缺和环境污染严重的带来的双重压力。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
实施例
参见图1所示的本发明实施例所提供的污水处理装置结构示意图，污水处理装置包括：第一蒸馏器11、第二蒸馏器12、第一气水分离器14、第二气水分离器15和电解槽13。第一蒸馏器11和第二蒸馏器12分别与电解槽13连接。电解槽13包括：阳极出口和阴极出口；第一气水分离器14连接阳极出口，第二气水分离器15连接阴极出口。
污水1分别通过污水进入通道1-1和污水进入通道1-2进入第一蒸馏器11和第二蒸馏器12，第一蒸馏器11和第二蒸馏器12用于对进入第一蒸馏器11和第二蒸馏器12中的污水加热，产生水蒸气以及加热后的污水3，水蒸气冷凝后形成淡水2，加热后的污水3被排出污水处理装置。由于进入第一蒸馏器11和第二蒸馏器12中的污水1被加热后，剩余的污水无法在当前的环境条件下蒸发出更多的水蒸气，因此被直接排出污水处理装置。
其中，污水的类型和来源不做具体限定，污水包括矿化度2～5g/L的微咸水和各类生产生活废污水，污水可以是工业废水、生活污水、商业污水或者地表径流污水的一种或多种，且污水可以直接从外界环境进入第一蒸馏器11和第二蒸馏器12，也可以设置与第一蒸馏器11和第二蒸馏器12分别连接的污水存储器，先将外界环境中的污水置于污水存储箱中，污水再由污水存储箱流入第一蒸馏器11和第二蒸馏器12。
第一蒸馏器11和第二蒸馏器12产生的淡水中的一部分淡水，即第二部分淡水2-2被收集，另一部分淡水，即第一部分淡水2-1流入电解槽13中被电解槽13电解，生成氢气和氧气。第一部分淡水2-1在电解槽13内被电解，发生电化学反应的方程式如下式(1)所示：
2H2O→2H2+O2 (1)
电解后生成的氧气从阳极出口流入第一气水分离器14，第一气水分离器14用于对氧气进行气水分离。电解后生成的氢气从阴极出口流入第二气水分离器15，第二气水分离器15用于对氢气进行气水分离。电解生成的氧气和氢气中含有大量的水汽，含有水汽的氧气通过第一气水分离器14和电解槽13阳极出口之间的第一连接通道4进入第一气水分离器14进行气水分离，含有水汽的氢气通过第二气水分离器15和电解槽13阴极出口之间的第二连接通道5进入第二气水分离器15进行气水分离，得到氧气、氢气和溶液，氧气和氢气分别通过氧气排出通道7和氢气排出通道8排出被收集，溶液则通过回流通道6回到电解槽13中。
其中，第一蒸馏器11和第二蒸馏器12，包括但不限于：横管式太阳能盐水蒸馏器、竖管降膜太阳能苦咸水蒸馏装置、顶棚式浅盆太阳能蒸馏器、隔板式蒸馏器、三角形盖板式蒸馏器和四效太阳能苦咸水蒸馏器。
由于纯水制备氢气不但对水质要求较高，而且由于纯水本身导电能力差，电解速度慢，效率低，因此，为促进电解，在一优选的实施方式中，在电解槽13中设置能够促进电解的电解质。当电解槽13中具有电解质时，另一部分淡水流入电解槽13中，与电解槽13中的电解液混合后形成电解液，另一部分淡水被电解槽13电解，生成氢气和氧气。
其中，电解液为强电解质，例如碱性电解质，包括但不限于：氢氧化钾和氢氧化钠。
由于电解质的存在，流入电解槽中的淡水与电解质混合后的电解液中存在大量的离子，当直流电作用下，电解液中正负离子分别向两极移动，在电解槽内阴极产生氢气，阳极产生氧气。氧气和电解液从阳极出口流入第一气水分离器14，第一气水分离器14用于对氧气和电解液进行气水分离；氢气和电解液从阴极出口流入第二气水分离器15，第二气水分离器15用于对氢气和电解液进行气水分离。
由于电解液包含强电解质，淡水能被快速电解完全，电解高效且提高了电能利用率。
进一步地，第一气水分离器14包括氧气出口和第一电解液出口，第二气水分离器15包括氢气出口和第二电解液出口，电解槽13包括电解液流入口；第一电解液出口和第二电解液出口均与电解液流入口连接。
经第一气水分离器14分离出的氧气经氧气出口排出；经第一气水分离器14分离出的电解液经第一电解液出口排出后再经电解液流入口流回至电解槽13中；
经第二气水分离器15分离出的氢气经氢气出口排出，经第二气水分离器15分离出的电解液经第二电解液出口排出后再经电解液流入口流回至电解槽13中。
由此，第一气水分离器14高效地分离出纯净的氧气和电解液，第二气水分离器15高效地分离出纯净的氢气和电解液，氧气和氢气分别被收集起来，被收集的氧气和氢气可用于供能，在化工、医药、电子等行业使用。分离出的电解液则返回至电解槽重新被利用，促进淡水电解。
由于电解槽13电解淡水时产生大量的热量，在一实施方式中，电解槽13与第一蒸馏器11之间的距离以及电解槽13与第二蒸馏器12之间的距离均小于预设值，以利用电解槽13电解淡水时产生的热量对第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水进行加热，以防止热能浪费。
可选地，第一气水分离器14和第二气水分离器15均为空腔结构，第一蒸馏器11设置在第一气水分离器14的空腔内，第二蒸馏器12设置在第二气水分离器15的空腔内。由于电解槽13中电解淡水导致电解液温度升高，高温电解液从电解槽分别流入第一气水分离器14和第二气水分离器15，第一蒸馏器11中的污水与第一气水分离器14中的电解液发生热交换；第二蒸馏器12中的污水与第二气水分离器15中的电解液发生热交换，从而进一步对第一蒸馏器11中的污水第二蒸馏器12中的污水进行加热，促进污水的蒸发。
进一步地，污水处理装置还包括供电装置(图中未示出)，供电装置与电解槽14连接，供电装置为电解反应提供电能。供电装置采用可再生能源供电装置。可再生能源装置为风能装置、太阳能装置、潮汐能装置的一种或多种，这里不做具体限定。
进一步地，污水处理装置还包括控制装置(图中未示出)，控制装置与氢气出口连接；控制装置根据氢气出口输出的氢气量调节淡水进入电解槽的淡水量，从而满足用户对氢气量的需求。
参见图2所示的本发明实施例所提供的应用上述污水处理装置的污水处理方法的流程图，本实施例中提出的污水处理方法，包括如下具体步骤：
S201：利用第一蒸馏器和第二蒸馏器对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水进行加热，产生水蒸气以及加热后的污水，水蒸气冷凝后形成淡水，加热后的污水被排出污水处理装置；
S202：第一蒸馏器和第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入电解槽中被电解槽电解，生成氢气和氧气；
S203：氧气从电解槽的阳极出口流入第一气水分离器，第一气水分离器用于对氧气进行气水分离；氢气从电解槽的阴极出口流入第二气水分离器，第二气水分离器用于对氢气进行气水分离。
上述污水处理方法的步骤的具体实现过程通过前述的污水处理装置来实施，这里不再赘述。
综上所述，本发明实施例提出的污水处理装置和污水处理方法，利用第一蒸馏器和第二蒸馏器对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器中的污水进行加热，产生水蒸气以及加热后的污水，水蒸气冷凝后形成淡水，加热后的污水被排出所述污水处理装置；第一蒸馏器和第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入电解槽中被电解槽电解，生成氢气和氧气；氧气从电解槽的阳极出口流入第一气水分离器，第一气水分离器用于对氧气进行气水分离；氢气从电解槽的阴极出口流入第二气水分离器，第二气水分离器用于对氢气进行气水分离，与相关技术中的仅能制备出氢气的污水处理设备相比，本申请中的污水处理装置和污水处理方法，能在制备出氢气的同时，还能制备出淡水，且在污水处理过程中充分利用电解淡水产生的热量对进入第一蒸馏器和第二蒸馏器的污水进行加热，提高了污水利用率，节约了水资源，充分利用了能源，使污水处理装置的应用场景更广泛，能有效减轻水资源短缺和环境污染严重带来的双重压力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种污水处理装置，其特征在于，包括：第一蒸馏器、第二蒸馏器、第一气水分离器、第二气水分离器和电解槽；
所述电解槽包括：阳极出口和阴极出口；
所述第一蒸馏器和所述第二蒸馏器分别与所述电解槽连接；所述第一气水分离器连接所述阳极出口，所述第二气水分离器连接所述阴极出口；
所述第一蒸馏器和所述第二蒸馏器用于对进入所述第一蒸馏器和所述第二蒸馏器中的污水加热，产生水蒸气以及加热后的污水，所述水蒸气冷凝后形成淡水，所述加热后的污水被排出所述污水处理装置；
所述第一蒸馏器和所述第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入所述电解槽中被所述电解槽电解，生成氢气和氧气；
所述氧气从所述阳极出口流入所述第一气水分离器，所述第一气水分离器用于对所述氧气进行气水分离；
所述氢气从所述阴极出口流入所述第二气水分离器，所述第二气水分离器用于对所述氢气进行气水分离。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，当所述电解槽中具有电解质时，所述另一部分淡水流入所述电解槽中，与所述电解槽中的电解质混合后形成电解液，所述另一部分淡水被所述电解槽电解，生成氢气和氧气；
所述氧气和所述电解液从所述阳极出口流入所述第一气水分离器，所述第一气水分离器用于对所述氧气和所述电解液进行气水分离；
所述氢气和所述电解液从所述阴极出口流入所述第二气水分离器，所述第二气水分离器用于对所述氢气和所述电解液进行气水分离。
3.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于，所述第一气水分离器包括氧气出口和第一电解液出口，所述第二气水分离器包括氢气出口和第二电解液出口，所述电解槽包括电解液流入口；所述第一电解液出口和所述第二电解液出口均与所述电解液流入口连接；
经所述第一气水分离器分离出的所述氧气经所述氧气出口排出；经所述第一气水分离器分离出的所述电解液经所述第一电解液出口排出后再经所述电解液流入口流回至所述电解槽中；
经所述第二气水分离器分离出的所述氢气经所述氢气出口排出，经所述第二气水分离器分离出的所述电解液经所述第二电解液出口排出后再经所述电解液流入口流回至所述电解槽中。
4.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于，所述电解质为碱性电解质。
5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述电解槽与所述第一蒸馏器之间的距离以及所述电解槽与所述第二蒸馏器之间的距离均小于预设值，以利用所述电解槽电解淡水时产生的热量对所述第一蒸馏器和第二蒸馏器中的所述污水进行加热。
6.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，第一气水分离器和所述第二气水分离器均为空腔结构，所述第一蒸馏器设置在所述第一气水分离器的空腔内，所述第二蒸馏器设置在所述第二气水分离器的空腔内；
所述第一蒸馏器中的所述污水与所述第一气水分离器中的所述电解液发生热交换；
所述第二蒸馏器中的所述污水与所述第二气水分离器中的所述电解液发生热交换。
7.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，还包括供电装置，所述供电装置与电解槽连接，所述供电装置为所述电解反应提供电能。
8.根据权利要求7所述的污水处理装置，其特征在于，所述供电装置采用可再生能源供电装置；
所述可再生能源装置为风能装置、太阳能装置、潮汐能装置的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的污水处理装置，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置与氢气出口连接；
所述控制装置根据所述氢气出口输出的氢气量调节所述淡水进入所述电解槽的淡水量。
10.一种利用权利要求1-9中任一项所述的污水处理装置进行污水处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
利用所述第一蒸馏器和所述第二蒸馏器对进入所述第一蒸馏器和所述第二蒸馏器中的污水进行加热，产生水蒸气以及加热后的污水，所述水蒸气冷凝后形成淡水，所述加热后的污水被排出所述污水处理装置；
所述第一蒸馏器和所述第二蒸馏器产生的淡水中的一部分淡水被收集，另一部分淡水流入所述电解槽中被所述电解槽电解，生成氢气和氧气；
所述氧气从所述电解槽的阳极出口流入所述第一气水分离器，所述第一气水分离器用于对所述氧气进行气水分离；所述氢气从所述电解槽的阴极出口流入所述第二气水分离器，所述第二气水分离器用于对所述氢气进行气水分离。
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