CN221071248U - 一种废水处理及制氢装备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种废水处理及制氢装备，包括：废水预净化处理系统，所述废水预净化处理系统用于对废水进行预净化处理获得预净化处理废水；废水深度净化处理及制氢系统，所述废水深度净化处理及制氢系统用于对所述预净化处理后废水进行深度净化处理及电解制氢获得深度净化处理废水；废水二次深度净化处理系统，所述废水二次深度净化处理系统用于对所述深度净化处理废水进行进一步的深度净化处理得到符合碱性电解水制氢系统要求水质的二次深度净化处理废水；以及碱性电解水制氢系统，所述碱性电解水制氢系统使用所述二次深度净化处理废水进行制氢。
Description
技术领域
本实用新型涉及废水处理及制氢装备。
背景技术
已知的废水处理用电化学反应器主要有电催化氧化(Electro-CatalyticOxidation，ECO)反应器和电絮凝(Electro-coagulation,EC)反应器。它们的基本结构是类似的，即都包含电解槽和直流电源，电解槽的阳极和阴极分别与直流电源的正负极相连。它们的主要区别为电极材料和工作机理有一定差异。
电催化氧化(Electro-Catalytic Oxidation，EO)是利用阳极(通常采用钛基金属氧化物涂层电极)的氧化作用，和/或利用电场作用产生自由基，促使污染物氧化分解，由此实现废水处理。可细分为直接氧化法和间接氧化法。直接氧化法是将阳极表面污染物直接氧化达到去除污染的目的。间接氧化法是通过电场对分水子进行分解使之产生羟基自由基等氧化剂，氧化与废水中的污染物进行反应以去除污染。
电絮凝(Electro-coagulation,EC)是通过将阳极(通常采用铝电极或铁电极)中的金属离子溶于废水中，经水解反应生成金属氢氧化物，金属氢氧化物作为絮凝剂对废水中的悬浮物及胶体起凝聚作用，从而实现去除污染的目的。同时，阴极的氢离子得到电子后被还原为氢气，以微细气泡方式溢出，通过气浮作用使废水中的絮状物及油类物质浮至水面。
目前，电催化氧化技术和电絮凝技术功能都较为单一，未实现对氢气的回收利用。另外，电催化氧化和电絮凝等电化学反应器用于废水处理时，对废水的预处理主要是去除悬浮物，而废水中往往还含有大量更细微的胶体、溶解性有机污染物等污染物，容易影响电化学反应器的有效、稳定运行，也不利于氢气的回收。此外，电催化氧化和电絮凝等电化学反应器处理后的废水的指标不稳定，既不利于废水回收利用也不能直接排放。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供改进的废水处理及制氢装备，可将废水的预净化处理和深度净化处理相结合，其中，深度净化处理采用电化学反应器，其阳极能够类似电催化氧化反应器的阳极那样对废水进行氧化处理，阴极能够类似电絮凝反应器的阴极那样析氢，从而能够将氢气回收。
一种废水处理及制氢装备，包括：废水预净化处理系统，所述废水预净化处理系统用于对废水进行预净化处理获得预净化处理废水；废水深度净化处理及制氢系统，所述废水深度净化处理及制氢系统用于对所述预净化处理后废水进行深度净化处理及电解制氢获得深度净化处理废水；废水二次深度净化处理系统，所述废水二次深度净化处理系统用于对所述深度净化处理废水进行进一步的深度净化处理得到符合碱性电解水制氢系统要求水质的二次深度净化处理废水；以及碱性电解水制氢系统，所述碱性电解水制氢系统使用所述二次深度净化处理废水进行制氢；其中，所述废水深度净化处理及制氢系统包含电解槽、直流电源和储氢罐，所述电解槽的阳极和阴极分别与直流电源的正负极相连，所述阳极通过阳极电化学反应对所述预净化处理后废水进行氧化处理，所述阴极通过阴极电化学反应析氢，所述电解槽的进水结构与所述废水预净化处理系统相连，所述电解槽的排气结构与所述储氢罐相连。
可选的，所述排气结构与所述储氢罐之间设置有气液分离器，所述排气结构通过所述气液分离器与所述储氢罐相连。可选的，所述气液分离器设置在所述电解槽上从而与该电解槽构成一体结构。
可选的，所述废水二次深度净化处理系统包含前后依次设置的多级反渗透膜过滤装置、连续电解除盐装置以及采用抛光树脂的离子交换除盐设备。
可选的，所述多级反渗透膜过滤装置具体包含前后依次设置的一级反渗透膜过滤装置、二级反渗透膜过滤装置和三级反渗透膜过滤装置，所述一级反渗透膜过滤装置采用碟管式反渗透膜过滤装置，所述碟管式反渗透膜过滤装置与所述二级反渗透膜过滤装置之间通过石英砂过滤器和/或活性炭过滤器相连。
可选的，所述碟管式反渗透膜过滤装置与所述二级反渗透膜过滤装置之间通过所述石英砂过滤器和所述活性炭过滤器相连时，所述石英砂过滤器与所述活性炭过滤器呈前后相对设置。
可选的，所述二级反渗透膜过滤装置和所述三级反渗透膜过滤装置采用运行压力低于所述碟管式反渗透膜过滤装置的反渗透膜过滤装置。
可选的，所述二级反渗透膜过滤装置和所述三级反渗透膜过滤装置采用卷式反渗透膜过滤装置。
可选的，所述废水二次深度净化处理系统包含位于所述多级反渗透膜过滤装置前的水软化装置。
可选的，所述废水为电镀园区废水，则所述废水预净化处理系统具体包含前后依次设置的pH值调节池和化学反应池，所述pH值调节池用于调节废水pH值，所述化学反应池用于向废水中加入化学药剂使所述废水中的特定目标物质通过化学反应去除。
可选的，所述废水为焦化废水，则所述废水预净化处理系统包含先后依次设置的一级水处理设备、二级水处理设备和三级水处理设备中的至少所述一级水处理设备以及所述二级水处理设备，所述一级水处理设备用于去除废水中的悬浮污染物，所述二级水处理设备用于去除废水中的胶体和/或溶解性有机污染物，所述三级水处理设备用于去除废水中的难降解有机物和/或氮；
可选的，所述废水为市政废水，则所述废水预净化处理系统具体包含前后依次设置的一级水处理设备、二级水处理设备和三级水处理设备，所述一级水处理设备用于去除废水中的悬浮污染物，所述二级水处理设备用于去除废水中的胶体和/或溶解性有机污染物，所述三级水处理设备用于去除废水中的难降解有机物和/或氮。
上述废水处理及制氢装备基于对电化学反应器进行了改进，获得了上述废水深度净化处理及制氢系统。所述废水深度净化处理及制氢系统包含电解槽、直流电源和储氢罐，所述电解槽的阳极和阴极分别与直流电源的正负极相连，所述阳极通过阳极电化学反应对所述预净化处理后废水进行氧化处理，所述阴极通过阴极电化学反应析氢，所述电解槽的进水结构与所述废水预净化处理系统相连，所述电解槽的排气结构与所述储氢罐相连。上述废水深度净化处理及制氢系统的阳极能够类似电催化氧化反应器的阳极那样对废水进行氧化处理，阴极能够类似电絮凝反应器的阴极那样析氢，由于不像电絮凝反应器会产生大量的絮状物而阻碍了氢气逃逸，上述废水深度净化处理及制氢系统产生的氢气更容易回收，即通过电解槽的排气结构将氢气输入储氢罐储存。由此，就同时实现了废水深度净化处理与产氢。
此外，上述废水处理及制氢装备还包括废水二次深度净化处理系统和碱性电解水制氢系统，所述废水二次深度净化处理系统用于对所述深度净化处理废水进行进一步的深度净化处理得到符合碱性电解水制氢系统要求水质的二次深度净化处理废水，所述碱性电解水制氢系统使用所述二次深度净化处理废水进行制氢，能够增加产氢量，并使废水得到充分利用。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。
附图说明
构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。
图1为本实用新型一种废水处理及制氢装备的结构示意图。
图2为图1中废水深度净化处理及制氢系统的原理图。
图3为图1中废水二次深度净化处理系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：
在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。
下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通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，都应当属于专利保护的范围。
关于本说明书中术语和单位：本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。此外，其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。
图1为本实用新型一种废水处理及制氢装备的结构示意图。图2为图1中废水深度净化处理及制氢系统的原理图。图3为图1中废水二次深度净化处理系统的原理图。如图1-图3所示，一种废水处理及制氢装备，包括：废水预净化处理系统1，所述废水预净化处理系统1用于对废水进行预净化处理获得预净化处理废水；废水深度净化处理及制氢系统2，所述废水深度净化处理及制氢系统2用于对所述预净化处理后废水进行深度净化处理及电解制氢获得深度净化处理废水；废水二次深度净化处理系统4，所述废水二次深度净化处理系统4用于对所述深度净化处理废水进行进一步的深度净化处理得到符合碱性电解水制氢系统5要求水质的二次深度净化处理废水；以及碱性电解水制氢系统5，所述碱性电解水制氢系统5使用所述二次深度净化处理废水进行制氢；其中，所述废水深度净化处理及制氢系统2包含电解槽21、直流电源22和储氢罐(图中未示出)，所述电解槽21的阳极211和阴极212分别与直流电源22的正负极相连，所述阳极211通过阳极电化学反应对所述预净化处理后废水进行氧化处理，所述阴极212通过阴极电化学反应析氢，所述电解槽21的进水结构(通常是水进口)与所述废水预净化处理系统相连，所述电解槽21的排气结构(通常是氢气出口)与所述储氢罐相连。
上述废水处理及制氢装备基于对电化学反应器进行了改进，获得了上述废水深度净化处理及制氢系统2。所述废水深度净化处理及制氢系统2包含电解槽21、直流电源22和储氢罐，所述电解槽21的阳极211和阴极212分别与直流电源22的正负极相连，所述阳极211通过阳极电化学反应对所述预净化处理后废水进行氧化处理，所述阴极212通过阴极电化学反应析氢，所述电解槽21的进水结构与所述废水预净化处理系统1相连，所述电解槽21的排气结构与所述储氢罐相连。上述废水深度净化处理及制氢系统2的阳极211能够类似电催化氧化反应器的阳极那样对废水进行氧化处理，阴极能够类似电絮凝反应器的阴极那样析氢，由于不像电絮凝反应器会产生大量的絮状物而阻碍了氢气逃逸，上述废水深度净化处理及制氢系统2产生的氢气更容易回收，即通过电解槽21的排气结构将氢气输入储氢罐储存。由此，就同时实现了废水深度净化处理与产氢。
此外，上述废水处理及制氢装备还包括废水二次深度净化处理系统4和碱性电解水制氢系统5，所述废水二次深度净化处理系统4用于对所述深度净化处理废水进行进一步的深度净化处理得到符合碱性电解水制氢系统5要求水质的二次深度净化处理废水，所述碱性电解水制氢系统5使用所述二次深度净化处理废水进行制氢，能够增加产氢量，并使废水得到充分利用。
上述废水深度净化处理及制氢系统2的阳极211可以采用与电催化氧化反应器相同或类似的阳极(如钛基金属氧化物涂层电极)，阴极212则可以采用与电絮凝反应器相同或类似的阴极。
一种可选实施方式中，所述排气结构与所述储氢罐之间设置有气液分离器3，所述排气结构通过所述气液分离器3与所述储氢罐相连。这样，可以将氢气与液相分离，有利于氢气的回收和储存。
一种优选实施方式中，所述气液分离器3设置在所述电解槽21上从而与该电解槽21构成一体结构，这样能够方便气液分离器3的安装使用。
具体而言，如图2所示，气液分离器3设置在所述电解槽21的壳体上，所述电解槽21的氢气出口与气液分离器3壳体上的氢气入口导通，气液分离器3的壳体内设有筒体31，该筒体31的入口远离电解槽21的氢气出口或气液分离器3壳体上的氢气入口从而形成转折的通道，该筒体31的出口作为氢气出口。工作时，电解槽21产生的氢气通过电解槽21的氢气出口和气液分离器3壳体上的氢气入口进入气液分离器3中，并转折地向筒体31的入口流动，分离出的水滴通过电解槽21的氢气出口流出，氢气则通过筒体31输出。
如图1所示，所述废水为焦化废水；所述废水预净化处理系统1包含前后依次设置的一级水处理设备11、二级水处理设备12和三级水处理设备13，具体而言，所述一级水处理设备11包含隔油池，所述二级水处理设备包含气浮池，所述三级水处理设备包含活性污泥法污泥处理系统。其中，所述活性污泥法污泥处理系统包含前后依次设置的厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池。此外，所述活性污泥法污泥处理系统与所述废水深度净化处理及制氢系统2之间设有混凝沉淀池；所述一级水处理设备11之前设有调节池。
上述废水预净化处理系统1以及废水处理及制氢装备的工作原理是：焦化废水进入调节池调节水量、均匀水质后，先于隔油池去除可浮性油类物质，再经过气浮池进一步去除废水中的浮渣、油脂等杂物。气浮池出水依次进行厌氧、缺氧和好氧的处理阶段，在微生物的降解作用下去除氮和有机物。废水进入二沉池，使泥水分离、混合液澄清并将分离的污泥回流到生物处理段。二沉池出水通过混凝沉淀固液分离，剩余污泥进入污泥浓缩池进行处理，废水通过废水深度净化处理及制氢系统2制取氢气。废水深度净化处理及制氢系统2的废水再通过废水二次深度净化处理系统4进行深度处理，废水二次深度净化处理系统4的浓水通过MVR蒸发系统或者外运处理，产水则全部通过碱性电解水制氢系统5制氢。
所述废水也可以为电镀园区废水，此时，所述废水预净化处理系统1具体可以包含前后依次设置的pH值调节池和化学反应池，所述pH值调节池用于调节废水pH值，所述化学反应池用于向废水中加入化学药剂使所述废水中的特定目标物质通过化学反应去除。
所述废水还可以为市政废水，此时，所述废水预净化处理系统1具体可以包含前后依次设置的一级水处理设备、二级水处理设备和三级水处理设备，所述一级水处理设备用于去除废水中的悬浮污染物，所述二级水处理设备用于去除废水中的胶体和/或溶解性有机污染物，所述三级水处理设备用于去除废水中的难降解有机物和/或氮。
如图3所示，所述废水二次深度净化处理系统4可以包含前后依次设置的多级反渗透膜过滤装置、连续电解除盐装置46以及采用抛光树脂的离子交换除盐设备47。反渗透膜过滤装置、连续电解除盐装置46以及采用抛光树脂的离子交换除盐设备47均是水净化领域的常规设备。这里通过将多级反渗透膜过滤装置、连续电解除盐装置以及采用抛光树脂的离子交换除盐设备依次串联，能够获得高纯水，从而满足碱性电解水制氢系统5的要求。
具体而言，所述多级反渗透膜过滤装置包含前后依次设置的一级反渗透膜过滤装41置、二级反渗透膜过滤装置42和三级反渗透膜过滤装置43，所述一级反渗透膜过滤装置41采用碟管式反渗透膜过滤装置(DTRO)，所述碟管式反渗透膜过滤装置41与所述二级反渗透膜过滤装置42之间通过石英砂过滤器44和/或活性炭过滤器45相连。所述碟管式反渗透膜过滤装置41与所述二级反渗透膜过滤装置42之间通过所述石英砂过滤器44和所述活性炭过滤器45相连时，所述石英砂过滤器44与所述活性炭过滤器45呈前后相对设置。
碟管式反渗透膜过滤装置(DTRO)具有过滤压力大、过滤通量大的特点，当所述多级反渗透膜过滤装置包含前后依次设置的一级反渗透膜过滤装41置、二级反渗透膜过滤装置42和三级反渗透膜过滤装置43，所述一级反渗透膜过滤装置41采用碟管式反渗透膜过滤装置(DTRO)时，可通过碟管式反渗透膜过滤装置获得高产水率，再利用二级反渗透膜过滤装置42和三级反渗透膜过滤装置43确保水质。所述碟管式反渗透膜过滤装置41与所述二级反渗透膜过滤装置42之间通过石英砂过滤器44和/或活性炭过滤器45相连，能够对碟管式反渗透膜过滤装置41的产水进行过滤，从而保护二级反渗透膜过滤装置42和三级反渗透膜过滤装置43。
所述二级反渗透膜过滤装置42和所述三级反渗透膜过滤装置43可以采用运行压力低于所述碟管式反渗透膜过滤装置的反渗透膜过滤装置。具体而言，所述二级反渗透膜过滤装置42和所述三级反渗透膜过滤装置43采用卷式反渗透膜过滤装置。
此外，所述废水二次深度净化处理系统包含位于所述多级反渗透膜过滤装置前的水软化装置48，以对碟管式反渗透膜过滤装置进行保护。
以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本说明书的上述内容，本领域普通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，都应当属于专利保护的范围。
Claims (10)
1.一种废水处理及制氢装备，其特征在于，包括：
废水预净化处理系统，所述废水预净化处理系统用于对废水进行预净化处理获得预净化处理废水；
废水深度净化处理及制氢系统，所述废水深度净化处理及制氢系统用于对所述预净化处理后废水进行深度净化处理及电解制氢获得深度净化处理废水；
废水二次深度净化处理系统，所述废水二次深度净化处理系统用于对所述深度净化处理废水进行进一步的深度净化处理得到符合碱性电解水制氢系统要求水质的二次深度净化处理废水；以及
碱性电解水制氢系统，所述碱性电解水制氢系统使用所述二次深度净化处理废水进行制氢；
其中，所述废水深度净化处理及制氢系统包含电解槽、直流电源和储氢罐，所述电解槽的阳极和阴极分别与直流电源的正负极相连，所述阳极通过阳极电化学反应对所述预净化处理后废水进行氧化处理，所述阴极通过阴极电化学反应析氢，所述电解槽的进水结构与所述废水预净化处理系统相连，所述电解槽的排气结构与所述储氢罐相连。
2.如权利要求1所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述排气结构与所述储氢罐之间设置有气液分离器，所述排气结构通过所述气液分离器与所述储氢罐相连。
3.如权利要求2所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述气液分离器设置在所述电解槽上从而与该电解槽构成一体结构。
4.如权利要求1所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述废水二次深度净化处理系统包含前后依次设置的多级反渗透膜过滤装置、连续电解除盐装置以及采用抛光树脂的离子交换除盐设备。
5.如权利要求4所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述多级反渗透膜过滤装置具体包含前后依次设置的一级反渗透膜过滤装置、二级反渗透膜过滤装置和三级反渗透膜过滤装置，所述一级反渗透膜过滤装置采用碟管式反渗透膜过滤装置，所述碟管式反渗透膜过滤装置与所述二级反渗透膜过滤装置之间通过石英砂过滤器和/或活性炭过滤器相连。
6.如权利要求5所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述碟管式反渗透膜过滤装置与所述二级反渗透膜过滤装置之间通过所述石英砂过滤器和所述活性炭过滤器相连时，所述石英砂过滤器与所述活性炭过滤器呈前后相对设置。
7.如权利要求5所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述二级反渗透膜过滤装置和所述三级反渗透膜过滤装置采用运行压力低于所述碟管式反渗透膜过滤装置的反渗透膜过滤装置。
8.如权利要求7所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述二级反渗透膜过滤装置和所述三级反渗透膜过滤装置采用卷式反渗透膜过滤装置。
9.如权利要求4所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述废水二次深度净化处理系统包含位于所述多级反渗透膜过滤装置前的水软化装置。
10.如权利要求1所述的一种废水处理及制氢装备，其特征在于：所述废水为电镀园区废水，则所述废水预净化处理系统具体包含前后依次设置的pH值调节池和化学反应池，所述pH值调节池用于调节废水pH值，所述化学反应池用于向废水中加入化学药剂使所述废水中的目标物质通过化学反应去除；
或者，所述废水为焦化废水，则所述废水预净化处理系统包含先后依次设置的一级水处理设备、二级水处理设备和三级水处理设备中的至少所述一级水处理设备以及所述二级水处理设备，所述一级水处理设备用于去除废水中的悬浮污染物，所述二级水处理设备用于去除废水中的胶体和/或溶解性有机污染物，所述三级水处理设备用于去除废水中的难降解有机物和/或氮；
或者，所述废水为市政废水，则所述废水预净化处理系统具体包含前后依次设置的一级水处理设备、二级水处理设备和三级水处理设备，所述一级水处理设备用于去除废水中的悬浮污染物，所述二级水处理设备用于去除废水中的胶体和/或溶解性有机污染物，所述三级水处理设备用于去除废水中的难降解有机物和/或氮。
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