【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 ...
【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:
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