一种废水处理与电解制氢的一体化系统及运行方法技术方案

本发明专利技术涉及一种废水处理与电解制氢的一体化系统及运行方法。一体化系统包括：依次连通的废水池、第一电解槽、第二电解槽、废水处理系统、膜过滤系统和碱性电解水系统；电源和储氢系统，电源用于向第一电解槽、第二电解槽和碱性电解水系统提供电解能源，储氢系统与第一电解槽、第二电解槽和碱性电解水系统连通；用于输送废水池中的废水的输水泵；控制系统，控制系统分别与输水泵、电源、第一电解槽、第二电解槽、废水处理系统、膜过滤系统、碱性电解水系统和储氢系统连接。本发明专利技术中的一体化系统能实现废水零排放处理与氢气的联产，使得可以低成本、高效产氢、高效产次氯酸盐和高效处理废水，创造了废水处理与电解水制氢的新模式。创造了废水处理与电解水制氢的新模式。创造了废水处理与电解水制氢的新模式。

【技术实现步骤摘要】
一种废水处理与电解制氢的一体化系统及运行方法


[0001]本专利技术属于废水处理及电解制氢
，尤其涉及一种废水处理与电解制氢的一体化系统及运行方法。

技术介绍

[0002]氢能由于具有清洁低碳、热值高、转化率高等多方面优势，是真正意义上的清洁能源。然而大规模制氢对淡水资源的需求巨大，同时传统的电解水制氢技术对水质的要求极为严格，使得电解水制氢的成本居高不下。
[0003]随着城市化进程的加快、城市人口的增加、生活用水量的增加，同时蓬勃发展，产生的污水也在逐渐增加，主要来源于石化行业、纺织、造纸、钢铁和电镀等行业的废水。大量生活废水和工业废水需深度处理达到外排标准，水处理成本也较高。
[0004]电解水制氢是工业制氢特别是制备“绿氢”的重要方法之一，具有原理简单、减碳路径清晰等优点。但目前所有商业化的电解制氢用水均为纯水，所需淡水资源量巨大，水处理成本高，怎样利用低品质的水电解制氢是值得考虑的问题。若能利用工业废水电解制氢，同时实现废水的处理和减量化，并节约淡水资源，将产生巨大的经济和社会价值。如中国专利申请CN201110331982.9公开了一种废水处理同时制氢的装置和方法，但该专利申请中的装置与方法产氢效率低，产氢量低，并且只是针对特定的含盐废水的脱盐处理，而对于废水中普通存在的COD和氨氮污染物，则存在氨氮去除率以及COD去除率均较低等问题，经该专利申请中的装置废水处理后，仍无法达到传统电解水制氢要求和大规模制氢对水源的要求。
[0005]综上，非常有必要提供一种新的废水处理与电解制氢的一体化系统及运行方法。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在废水处理难、废水处理成本高以及难以达到传统电解水制氢要求和大规模制氢水源要求等的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种废水处理与电解制氢的一体化系统及运行方法。
[0007]本专利技术在第一方面提供了一种废水处理与电解制氢的一体化系统，所述一体化系统包括：依次连通的废水池、第一电解槽、第二电解槽、废水处理系统、膜过滤系统和碱性电解水系统；电源和储氢系统，所述电源用于向第一电解槽、第二电解槽和碱性电解水系统提供电解能源，所述储氢系统与第一电解槽、第二电解槽和碱性电解水系统连通；用于输送废水池中的废水的输水泵，所述输水泵设置在所述第一电解槽与所述废水池连通的通路上；以及控制系统，所述控制系统分别与输水泵、电源、第一电解槽、第二电解槽、废水处理系统、膜过滤系统、碱性电解水系统和储氢系统连接。
[0008]本专利技术在第二方面提供了本专利技术在第一方面所述的废水处理与电解制氢的一体化系统的运行方法，所述运行方法包括如下步骤：
[0009](1)在所述一体化系统运行废水处理与电解制氢之前，通过所述控制系统根据废
水中的COD含量、氨氮含量、氯离子含量和输水泵流量，对电源功率、第一电解槽功率、第二电解槽功率、碱性电解水系统功率进行计算，得到初始运行数据；
[0010](2)所述一体化系统根据所述初始运行数据运行废水处理与电解制氢；在所述一体化系统运行废水处理与电解制氢的过程中，通过所述控制系统根据废水中的COD含量、氨氮含量、氯离子含量、第一电解槽耗水量、第二电解槽耗水量、废水处理系统水流量、膜过滤系统水流量和碱性电解水系统每千瓦能耗额定电解水量，对输水泵流量、电源功率、第一电解槽功率、第二电解槽功率、碱性电解水系统功率进行动态调控。
[0011]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0012](1)本专利技术中所述的废水处理与电解制氢的一体化系统包括控制系统、废水池、固废收集处理系统、输水泵、电源、第一电解槽、第二电解槽、储氢系统、废水处理系统、膜过滤系统和碱性电解水系统，实现了电催化过程中阴极和阳极的高效协同，能够在高效降低废水中COD和氨氮的同时高效产生氢气，在降低废水中的氯离子含量产次氯酸盐(例如次氯酸钠)的同时高效产氢，再采用正渗透技术经膜过滤系统深度处理可以直接达到碱性电解水制氢用水要求，进一步实现了废水近零排放处理与制氢一体化，创造了废水处理与电解水制氢的新模式。
[0013](2)本专利技术中所述的废水处理与电解制氢的一体化系统可根据废水处理量、废水COD、氨氮和含盐量(氯离子含量)的变化，实时动态调整个系统的运行参数，在运行过程中，控制系统按照废水COD、氨氮含量和氯离子含量动态控制逻辑对输水泵流量、电源功率、第一电解槽功率、第二电解槽功率、碱性电解水系统功率进行动态调整运行参数，使得可以低成本、高效产氢、高效产次氯酸盐和高效处理废水，有利于实现废水近零排放处理与制氢一体化。
附图说明
[0014]本专利技术附图仅仅为说明目的提供，图中各部分的比例、尺寸以及数量不一定与实际产品一致。
[0015]图1是本专利技术一些具体实施方式中的废水处理与电解制氢的一体化系统的结构示意图。
[0016]图中，1：废水池；2：输水泵；3：第一电解槽；4：第二电解槽；5：废水处理系统；6：膜过滤系统；7：碱性电解水系统；8：储氢系统；9：控制系统；10：固废收集处理系统。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]本专利技术在第一方面提供了一种废水处理与电解制氢的一体化系统(简记为一体化系统)，例如，如图1所示，所述一体化系统包括：依次连通的废水池1、第一电解槽3、第二电解槽4、废水处理系统5、膜过滤系统6和碱性电解水系统7；电源和储氢系统8，所述电源(图1中未示出)用于向第一电解槽3、第二电解槽4和碱性电解水系统7提供电解能源，所述储氢
系统8与第一电解槽3、第二电解槽4和碱性电解水系统7连通；在本专利技术中，所述电解能源例如可以使用水电、光电(例如光伏)、风电、火电或核电；用于输送废水池1中的废水的输水泵2，所述输水泵2设置在所述第一电解槽3与所述废水池1连通的通路上；以及控制系统9，所述控制系统9分别与输水泵2、电源、第一电解槽3、第二电解槽4、废水处理系统5、膜过滤系统6、碱性电解水系统7和储氢系统8连接；在本专利技术中，所述废水池1用于盛装需要进行废水处理的废水，所述废水例如可以为油气田废水、化工废水、生活污水(生活废水)等，所述输水泵2用于向所述一体化系统输送需要处理的废水；所述控制系统9用于根据废水中的COD、氨氮、氯离子含量，根据第一电解槽耗水量、第二电解槽耗水量、废水处理系统水流量、膜过滤系统水流量和碱性电解水系统每千瓦能耗额定电解水量，计算一体化系统的电源输出负荷和输水泵流量，所述电源输出负荷包括电源功率、第一电解槽功率、第二电解槽功率、碱性电解水系统功率；在本专利技术中，所述废水处理系统水流量指的是经废水处理系统处理后水的流量，所述膜过滤系统水流量指的是经膜过滤系统过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废水处理与电解制氢的一体化系统，其特征在于，所述一体化系统包括：依次连通的废水池、第一电解槽、第二电解槽、废水处理系统、膜过滤系统和碱性电解水系统；电源和储氢系统，所述电源用于向第一电解槽、第二电解槽和碱性电解水系统提供电解能源，所述储氢系统与第一电解槽、第二电解槽和碱性电解水系统连通；用于输送废水池中的废水的输水泵，所述输水泵设置在所述第一电解槽与所述废水池连通的通路上；以及控制系统，所述控制系统分别与输水泵、电源、第一电解槽、第二电解槽、废水处理系统、膜过滤系统、碱性电解水系统和储氢系统连接。2.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于：所述第一电解槽用于处理废水中的氨氮和有机物同时电解产氢；所述第二电解槽用于处理废水中的氯离子同时电解产氢，优选的是，所述第二电解槽还与废水池相连通，所述第二电解槽处理废水中的氯离子时产生次氯酸盐溶液，一部分次氯酸盐溶液进入废水池用于废水池的消毒处理；所述废水处理系统用于沉降过滤经第一电解槽和第二电解槽电解反应后的固体废物；所述膜过滤系统用于使经废水处理系统处理后的水达到碱性电解水系统电解制氢标准；所述碱性电解水系统用于电解经膜过滤系统过滤后的碱溶液，优选的是，所述碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液；和/或所述储氢系统用于储存第一电解槽、第二电解槽和碱性电解水系统产生的氢气，优选的是，采用液态储氢方法或者高压气罐储存方法进行储存。3.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于：所述膜过滤系统采用的膜为正渗透膜，膜的两侧分别为废水处理系统处理后的水和碱溶液，所述碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，优选为质量分数为20％的氢氧化钾水溶液；所述电解能源使用水电、光电、风电、火电或核电；和/或所述一体化系统还包括固废收集处理系统，所述固废收集处理系统用于收集与处理经废水处理系统处理后的固体废物以及经膜过滤系统过滤后的固体废物。4.根据权利要求1所述的一体化系统，其特征在于：在所述一体化系统运行废水处理与电解制氢的过程中，所述控制系统根据废水中的COD含量、氨氮含量、氯离子含量、第一电解槽耗水量、第二电解槽耗水量、废水处理系统水流量、膜过滤系统水流量和碱性电解水系统每千瓦能耗额定电解水量，对输水泵流量、电源功率、第一电解槽功率、第二电解槽功率、碱性电解水系统功率进行动态调控。5.根据权利要求4所述的一体化系统，其特征在于，在所述一体化系统运行废水处理与电解制氢的过程中，所述控制系统通过如下公式进行动态调控：L＝L1+L2+L3+L4；L1＝P1
×
M1；P1＝C1/M2；L2＝P2
×
M3；
P2＝C2/M4；L4＝L
‑
L1
‑
L2
‑
L3；L6＝L4
‑
L5；P3＝L6/M5；P＝P1+P2+P3；M6＝(L1+L2+L6)
×
ρ/9；其中，L为输水泵流量，单位为L/h；L1为第一电解槽耗水量，单位为L/h；L2为第二电解槽耗水量，单位为L/h；L3为废水处理系统处理后固体废物带走的水量，单位为L/h；L4为废水处理系统水流量，单位为L/h；L5为膜过滤系统过滤后固体废物带走的水量，单位为L/h；L6为膜过滤系统水流量，单位为L/h；P为电源功率，单位为kW；P1为第一电解槽功率，单位为kW；P2为第二电解槽功率，单位为kW；P3为碱性电解水系统功率，单位为kW；C1为废水中COD和氨氮含量的总量，单位为mg/L，C2为废水中氯离子含量，单位为mg/L，M1为第一电解槽每千瓦能耗额定电解水量，单位为L/kWh；M2为第一电解槽降污能效，单位为mg/(L
·
kW)；M3为第二电解槽每千瓦能耗额定电解水量，单位为L/kWh；M4为第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐鋆磊，张海龙，林冰，王莹莹，李阳峥，郑宏鹏，王丹，欧天熊，钟文胜，左浩然，雷宪章，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：