CN115231782A - 一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本案涉及一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，包括依次设置的：预处理系统、生物吸附池、耦合脱盐制氢装置、水解酸化池，所述耦合脱盐制氢装置包括产氢阴极、外围阴极、阳极、产氢室、阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴离子室、待处理水通道、电氧化室、钠离子交换膜、阳离子室，所述产氢阴极与所述阳离子交换膜之间为产氢室，所述阳极与所述阳离子交换膜之间为电氧化室，所述阳极与所述阴离子交换膜之间为阴离子室，所述阴离子交换膜与所述钠离子交换膜，所述钠离子交换膜与所述外围阴极之间为阳离子室。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统。
背景技术
氢气燃烧热值高，约为化石燃料的3倍，燃烧副产物仅仅生成水，具有环境友好和可再生等优点，是科学界公认的清洁能源燃料。微生物燃料电池是近年来在生物制氢领域发展较快，其可将发酵副产物乙酸等小分子有机物降解并产生氢气。
CN109680289B公开了耦合式生物电化学产氢及提纯系统、系统和产氢方法，针对现有技术中生物电化学产氢系统存在的甲烷化、内阻大、性能逐渐下降和氢气纯度低等的不足，将疏水透气膜置于阴极的后侧，收集阴极侧的氢气使电解液中的产甲烷菌难以与氢气接触，避免产甲烷菌利用甲基辅酶M消耗氢气产生甲烷，从而抑制甲烷化。
而常见发酵废水，如味精废水中COD中可生化降解性较高，可以作为产氢的碳源，但由于该类废水中还含有大量硫酸盐及氨氮，在常规处理过程中主要通过SBR处理，使其转化成硫根离子，但由于该过程会产生大量硫化氢等有毒气体，且该过程会影响到厌氧菌活性，处理难度大。
如果可以将该类发酵废水作为碳源制氢并回收其中的硫酸盐，可以产生较大的经济利益及环境效益。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的缺陷，提供有一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，包括依次设置的：预处理系统1、生物吸附池2、耦合脱盐制氢装置3、水解酸化池4。
所述耦合脱盐制氢装置3包括产氢阴极311、外围阴极312、阳极313、产氢室32、阳离子交换膜33、阴离子交换膜34、阴离子室35、待处理水通道36、电氧化室37、钠离子交换膜38、阳离子室39，所述产氢阴极311与所述阳离子交换膜33之间为产氢室32，所述阳极313与所述阳离子交换膜33之间为电氧化室37，所述阳极313与所述阴离子交换膜34之间为阴离子室35，所述阴离子交换膜34与所述钠离子交换膜38，所述钠离子交换膜38与所述外围阴极312之间为阳离子室39。
所述待处理水通道36设置进水口和出水口，所述进水口连接生物吸附池2的出水堰，所述出水口连接所述水解酸化池4，所述水解酸化池4的出水口连接所述电氧化室37的进口，所述电氧化室37的出口连通后续生化工艺。
进一步地，所述阳极富集阳极产电微生物。
进一步地，所述系统还包括盐池5、结晶池6，所述阴离子室35和阳离子室39连接盐池5，所述盐池5连接结晶池6；
进一步地，所述生化工艺包括厌氧池7、好氧池8中的一种或多种；
进一步地，所述预处理系统1包括过滤池、吹脱塔中的一种或多种；
进一步地，所述产氢阴极311为阴极为载铂碳布，铂含量0.5mg/cm2；
进一步地，所述阳极313为总厚度为1-10cm的多层碳布；
进一步地，所述系统还包括电源305，所述电源为所述产氢阴极311、阳极313和/或产氢阴极311与外围阴极312之间供电；
进一步地，所述产氢阴极311、外围阴极312、阳极313之间设置若干条导线连接，所述导线上设置开关。进一步地，所述开关设置4个，分别为第一开关301、第二开关302、第三开关303、第四开关304。
进一步地，所述阳极313还设置有通过IrO2修饰的钛阳极。
进一步地，所述产氢阴极311、阳极313和/或产氢阴极311与外围阴极312之间的电压控制在0.6-4V。
进一步地，所述高盐有机废水为味精废水。
进一步地，所述产氢阴极311设置为筒状多孔阴极，所述筒状多孔阴极外侧壁接触废水，内侧壁设置疏水透气膜，所述筒状多孔阴极一端设置出气口。
进一步地，所述为筒状结构，由内至外一次设置产氢阴极311、产氢室32、阳离子交换膜33、电氧化室37、阳极313、阴离子室35、阴离子交换膜34、待处理水通道36、钠离子交换膜38、阳离子室39、外围阴极312。
进一步地，所述产氢室32密封设置。
本发明的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，具有诸多优点：
1.发酵废水是一种常见的高盐有机废水，其中含有高浓度COD和盐分，味精发酵废水就是其中一种典型的高盐有机废水，味精发酵废水通常需要对废水预处理去除废水中的菌丝及多余蛋白质，而此过程通常采用铁盐、铝盐絮凝，这样回收的蛋白质含有大量金属离子，影响循环利用，而本申请则是采用生物吸附的方式处理经过预处理后的废水，吸附污泥再进行发酵回收蛋白质含量高，效果好，同时可以降低废水中总氮浓度，提高后续生化处理过程中产生的氨气过高的问题；
2.本申请创造性的将脱盐与产氢设置在同一装置中，经过生化吸附的废水进入耦合脱盐制氢装置，在电极的作用下，废水中的硫酸根及钠离子经过膜组进行浓缩，实现废水中盐分的降低；
3.降低盐分的废水从耦合脱盐制氢装置中排出后，输送至水解酸化池中进行水解酸化，经水解酸化处理后，废水中的淀粉类物质可以降解为乙酸等小分子物质，然后将水解酸化池的出水输送至耦合脱盐制氢装置的电氧化室中进行电氧化，电氧化过程中，产生的氢离子经过阳离子交换膜进入到产氢室，在产氢阴极的作用下产生氢气，实现能源的回收；
4.阳极富集产电微生物，为脱盐过程提供电能，充分利用生物产电，在此系统中还设置电源，在生物产电电压不足或不稳定时，电源可以保证脱盐效率；
5.在阳极中部分加入了通过IrO2修饰的钛阳极，该电极在电源供电的作用下，可以将氨基酸类有机氮转换为氮气去除，降低整个系统的总氮浓度，防止氨氮对后续厌氧工艺的毒害作用；
6.通过脱离子，可以将废水中的硫酸钠等盐类回收，并回用到生产工艺中，大大降低了运行成本。
附图说明
图1为一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统示意图；
图2为耦合脱盐制氢装置示意图；
图3为耦合脱盐制氢装置俯视示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
某味精厂废水：COD为38000mg/L，BOD为23200mg/L，SS为10000mg/L，SO4 2-为41200mg/L，氨氮为9100mg/L；
废水进入预处理系统1中进行预处理，通过过滤池、吹脱塔分别将废水中的SS和氨氮去除，降低废水中COD，得到菌丝蛋白，经过预处理的废水进入生物吸附池2中对废水中有机污染物进行进一步的去除，降低味精废水中有机氮浓度，出水COD为12100mg/L,氨氮210mg/L;经过生物吸附处理的废水进入耦合脱盐制氢装置3中的待处理水通道36，废水中的硫酸根离子及钠离子分别经过阴离子交换膜和钠离子交换膜，进入到阴离子室及阳离子室，出水硫酸根大于500mg/L时，所述待处理水通道的出水回流至待处理水通道，当待处理水通道硫酸根小于500mg/L时，将待处理水通道的出水输送至水解酸化池进行水解酸化处理，废水中的糖类物质在水解酸化菌的作用下生产乙酸等小分子酸，水解酸化池出水输送至电氧化室处理，在电氧化室的氧化作用下，有机氮部分转化为氮气，而在产电菌作用下，产生氢离子，氢离子透过阳离子交换膜进入到产氢室，氢离子在产氢阴极的作用下，转化为氢气外排；阴离子室和阳离子室连通盐池，盐池的出水输送至结晶池进行结晶处理得到硫酸钠回用；电氧化室出水则输送至后续生化工艺；
其中，所述产氢阴极311为阴极为载铂碳布，铂含量0.5mg/cm2，所述阳极,为总厚度为3cm的多层碳布，阳极还设置有通过IrO2修饰的钛阳极，
所述系统还包括电源305，所述电源为所述外围阴极、阳极中的IrO2修饰的钛阳极供电，电压为2V；
其中，经过生化处理工艺COD降低为45mg/L，BOD为23mg/L，SS为12mg/L，氨氮为21mg/L，SO4 2-回收率为65%。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (10)
1.一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，包括依次设置的：预处理系统（1）、生物吸附池（2）、耦合脱盐制氢装置（3）、水解酸化池（4），所述耦合脱盐制氢装置（3）包括产氢阴极（311）、外围阴极（312）、阳极（313）、产氢室（32）、阳离子交换膜（33）、阴离子交换膜（34）、阴离子室（35）、待处理水通道（36）、电氧化室（37）、钠离子交换膜（38）、阳离子室（39），所述产氢阴极（311）与所述阳离子交换膜（33）之间为产氢室（32），所述阳极（313）与所述阳离子交换膜（33）之间为电氧化室（37），所述阳极（313）与所述阴离子交换膜（34）之间为阴离子室（35），所述阴离子交换膜（34）与所述钠离子交换膜（38），所述钠离子交换膜（38）与所述外围阴极（312）之间为阳离子室（39）；所述阳极富集阳极产电微生物；
所述待处理水通道（36）设置进水口和出水口，所述进水口连接生物吸附池（2）的出水堰，所述出水口连接所述水解酸化池（4），所述水解酸化池（4）的出水口连接所述电氧化室（37）的进口，所述电氧化室（37）的出口连通后续生化工艺。
2.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述系统还包括盐池（5）、结晶池（6），所述阴离子室（35）和阳离子室（39）连接盐池（5），所述盐池（5）连接结晶池（6）。
3.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述生化工艺包括厌氧池（7）、好氧池（8）中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述预处理系统（1）包括过滤池、吹脱塔中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述产氢阴极（311）为阴极为载铂碳布，铂含量0.5mg/cm2。
6.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述阳极（313）为总厚度为1-10cm的多层碳布。
7.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述系统还包括电源（305），所述电源为所述产氢阴极（311）、阳极（313）和/或产氢阴极（311）与外围阴极（312）之间供电。
8.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述阳极（313）还设置有通过IrO2修饰的钛阳极。
9.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述产氢阴极（311）、阳极（313）和/或产氢阴极（311）与外围阴极（312）之间的电压控制在0.6-4V。
10.如权利要求1所述的一种高盐有机废水耦合脱盐制氢系统，其特征在于，所述产氢阴极（311）设置为筒状多孔阴极，所述筒状多孔阴极外侧壁接触废水，内侧壁设置疏水透气膜，所述筒状多孔阴极一端设置出气口，所述耦合脱盐制氢装置（3）为筒状结构，由内至外一次设置产氢阴极（311）、产氢室（32）、阳离子交换膜（33）、电氧化室（37）、阳极（313）、阴离子室（35）、阴离子交换膜（34）、待处理水通道（36）、钠离子交换膜（38）、阳离子室（39）、外围阴极（312）。
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