【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于废水处理，具体设计一种从高氨氮有机废水中回收氨能和氢能的装置。
技术介绍
1、高氨氮有机废水常产生于焦化行业、石化行业、半导体行业、钢铁行业、食品加工行业等。大量事实证明，高氨氮有机废水的排放是造成水体富营养化的主要原因。随着我国的高氨氮废水排放标准越来越严格，高效去除废水中的氨氮(nh4+)已成为各个行业发展的首要任务。目前，脱出废水中的氨氮主要采用硝化/反硝化技术，处理成本高。对于高浓度氨氮废水分离回收水中的氨是一种有效途径，例如磷酸铵镁沉淀法、蒸氨工艺等。近年来，氨能逐渐进入人们的视野。氨(nh3)是一种有效的储能和储氢载体，并且氨作为无碳化合物，燃烧产物纯净无碳，可以作为清洁能源直接燃烧使用。氨能的重要性逐渐被提升到与氢能相当的地位。因此，从高氨氮有机废水中回收氨能也成为各个行业处理高氨氮有机废水的一条新途径。
2、目前，本领域一些技术人员采用具有0.1-0.5atm的真空系统将废水中的nh4+转化成氨气，进而转化成液氨回收。在运行时，该系统需要保持在30-60℃的温度。这种真空系统需要严格的密闭空间内完成，其对于设备的要求较高，同时为了维持所需条件，需要消耗较多能量。因此，如何能够温和地且低能耗地回收废水中的氨已成为氨能利用领域需要解决的关键问题。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种从高氨氮有机废水中回收氨能和氢能的装置，采用“静电场+选择性透过膜+化学反应”相结合的方法从高
3、(二)技术方案
4、本专利技术的技术方案如下：
5、一种从高氨氮有机废水中回收氨能和氢能的装置，其包括电解槽(1)，在电解槽的两端分别设有第一石墨阴极(6)和第二石墨阴极(6)，电解槽(1)的中间位置设有dsa催化氧化阳极(7)，第一石墨阴极(6)与dsa催化氧化阳极(7)间隔第一距离，在第一距离内设有一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)，第二石墨阴极(6)与dsa催化氧化阳极(7)间隔第二距离，在第二距离内设有一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)；
6、所述dsa催化氧化阳极(7)与两侧的一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)之间构成阳极室(10)；在第一石墨阴极(6)与相邻的一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)之间，以及第二石墨阴极(6)与相邻的一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)之间分别构成阴极室(9)；
7、阳极室(10)底部设有进水口(4)，用于输入待处理的高氨氮有机废水，顶部设有出水口(5)，以供输出经氧化降解处理的有机废水；阴极室(9)底部设有吸收液入口(1)以供输入吸收液，阴极室(9)顶部设有气体输出口(2)和吸液泵(3)，吸液泵(3)连接循环吸液槽(12)，循环吸液槽(12)与阴极室(9)底部的吸收液入口(1)连接；循环吸液槽(12)输出的铵盐与碱液混合反应后进入蒸氨塔(15)进行蒸发，蒸发产生的氨气被收集；
8、所述第一石墨阴极(6)和第二石墨阴极(6)连接化学工作站(19)的负极，dsa催化氧化阳极(7)连接化学工作站(19)的正极，所述吸收液为酸液，气体输出口(2)排出的气体包含氢气。
9、根据本专利技术的较佳实施例，还包括废水贮槽(11)，用于储存待处理的高氨氮有机废水，使废水均质化并稳定输入至电解槽(1)的速度。
10、根据本专利技术的较佳实施例，所述吸收液储存于酸液槽(13)，所述酸液槽中的酸液为稀硫酸、碳酸、亚硫酸、硝酸或亚硝酸；所述酸液槽(13)连接循环吸液槽(12)或吸收液入口(1)。
11、根据本专利技术的较佳实施例，还包括碱液槽(14)，其中储存有碱液，碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液；碱液槽(14)输出的碱液与循环吸液槽(12)输出的铵盐溶液反应以生成氢氧化铵，氢氧化铵进入蒸氨塔(15)蒸发后产生氨气，氨气从蒸氨塔(15)顶部排出。
12、根据本专利技术的较佳实施例，还包括冷冻压缩罐(16)，用于收集来自蒸氨塔(15)顶部排出的氨气，将氨气压缩成液氨(氨能)。
13、根据本专利技术的较佳实施例，气体输出口(2)连接氢气储罐(18)；当气体输出口(2)排出的气体含有co2或二氧化硫等酸性气体时，在气体输出口(2)与氢气储罐(18)之间还有设有一个洗气罐，洗气罐中的洗气介质为氢氧化钠、氢氧化钙、稀酸或水。
14、根据本专利技术的较佳实施例，当所述洗气罐中的洗气介质为稀酸或水时，所述洗气罐还连接所述酸液槽(13)或吸收液入口(1)。
15、根据本专利技术的较佳实施例，所述循环吸液槽(12)上设有ph传感器(17)，当ph传感器(17)监测到循环吸液槽(12)中ph≥8.5时，停止吸液泵(3)的工作，将循环吸液槽(12)的铵盐溶液导出并与碱液反应，反应后进入蒸氨塔(15)以蒸发出氨气。
16、根据本专利技术的较佳实施例，所述酸液槽(13)连接产酸塔(131)，产酸塔(131)连接废水和电厂酸性废气，酸性废气包括二氧化硫、氧化氮、三氧化硫及二氧化碳中的至少一种。
17、根据本专利技术的较佳实施例，所述dsa催化氧化阳极(7)周围设有绝缘网筒，绝缘网筒套设dsa催化氧化阳极(7)的外部并以dsa催化氧化阳极(7)为中心，绝缘网筒占据阳极室(10)；在绝缘网筒内填充具有贵金属涂层的直径为1-10mm的不锈钢球粒。
18、根据本专利技术的较佳实施例，所述dsa催化氧化阳极(7)沿其高度方向安装有多层水平不锈钢网，所述水平不锈钢网表面具有贵金属涂层；水平不锈钢网的网孔大小为0.5-5mm；水平不锈钢网的横向长度占据阳极室(10)；在两层相邻的水平不锈钢网之间装填分子筛或果壳活性炭。
19、文中，dsa催化氧化阳极为钛阳极，全称为钛基混合贵金属氧化物涂层钛阳极(mmo),也叫dsa阳极(形状稳定型阳极)。它以钛为基材，在钛基材上刷涂贵金属涂层，使其具有良好的电催化活性及导电性。
20、(三)有益效果
21、本专利技术利用采用静电场为驱动力，利用选择性透过膜分离废水中的nh4+，再利用化学法收集氨能，整个过程均是在常温常压下进行，对设备要求较低，同时能够利用阴极还原反应将阴极室中的h+转化成h2，将消耗的电能转化成氢能，抵消回收氨能的部分成本，降低氨能回收过程的能耗。本专利技术所用的阴极材质为石墨，具有良好的导电和还原能力，能够快速地将h+转化成h2回收；本专利技术所用阳极材质为dsa催化氧化阳极，具有良好的氧化能力，能够高效彻底地将废水中的cod氧化去除，具有降低废水cod值，产生氨能和氢能等技术效果。
22、在本专利技术的部分实施例中，通过对dsa催化氧化阳极的结构进行改造，进而提高对废水中cod的降解能力。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种从高氨氮有机废水中回收氨能和氢能的装置，其特征在于，其包括电解槽(1)，在电解槽的两端分别设有第一石墨阴极(6)和第二石墨阴极(6)，电解槽(1)的中间位置设有DSA催化氧化阳极(7)，第一石墨阴极(6)与DSA催化氧化阳极(7)间隔第一距离，在第一距离内设有一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)，第二石墨阴极(6)与DSA催化氧化阳极(7)间隔第二距离，在第二距离内设有一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括废水贮槽(11)，用于储存待处理的高氨氮有机废水，使废水均质化并稳定输入至电解槽(1)的速度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收液储存于酸液槽(13)，所述酸液槽中的酸液为稀硫酸、碳酸、亚硫酸、硝酸或亚硝酸；所述酸液槽(13)连接循环吸液槽(12)或吸收液入口(1)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括碱液槽(14)，其中储存有碱液，碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液；碱液槽(14)输出的碱液与循环吸液槽(12)输出的铵盐溶液反应以
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括冷冻压缩罐(16)，用于收集来自蒸氨塔(15)顶部排出的氨气，将氨气压缩成液氨。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体输出口(2)连接氢气储罐(18)；当气体输出口(2)排出的气体含有酸性气体时，在气体输出口(2)与氢气储罐(18)之间还有设有一个洗气罐，洗气罐中的洗气介质为氢氧化钠、氢氧化钙、稀酸或水。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述洗气罐中的洗气介质为稀酸或水时，所述洗气罐还连接所述酸液槽(13)或吸收液入口(1)。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环吸液槽(12)上设有pH传感器(17)，当pH传感器(17)监测到循环吸液槽(12)中pH≥8.5时，停止吸液泵(3)的工作，将循环吸液槽(12)的铵盐溶液导出并与碱液反应，反应后进入蒸氨塔(15)以蒸发出氨气。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述酸液槽(13)连接产酸塔(131)，产酸塔(131)连接废水和电厂酸性废气，酸性废气包括二氧化硫、氧化氮、三氧化硫及二氧化碳中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述DSA催化氧化阳极(7)周围设有绝缘网筒，绝缘网筒套设DSA催化氧化阳极(7)的外部并以DSA催化氧化阳极(7)为中心，绝缘网筒占据阳极室(10)；在绝缘网筒内填充具有贵金属涂层的直径为1-10mm的不锈钢球粒；或者，
...【技术特征摘要】
1.一种从高氨氮有机废水中回收氨能和氢能的装置，其特征在于，其包括电解槽(1)，在电解槽的两端分别设有第一石墨阴极(6)和第二石墨阴极(6)，电解槽(1)的中间位置设有dsa催化氧化阳极(7)，第一石墨阴极(6)与dsa催化氧化阳极(7)间隔第一距离，在第一距离内设有一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)，第二石墨阴极(6)与dsa催化氧化阳极(7)间隔第二距离，在第二距离内设有一价阳离子选择性透过膜或铵离子选择性透过膜(8)；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括废水贮槽(11)，用于储存待处理的高氨氮有机废水，使废水均质化并稳定输入至电解槽(1)的速度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收液储存于酸液槽(13)，所述酸液槽中的酸液为稀硫酸、碳酸、亚硫酸、硝酸或亚硝酸；所述酸液槽(13)连接循环吸液槽(12)或吸收液入口(1)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括碱液槽(14)，其中储存有碱液，碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液；碱液槽(14)输出的碱液与循环吸液槽(12)输出的铵盐溶液反应以生成氢氧化铵，氢氧化铵进入蒸氨塔(15)蒸发后产生氨气，氨气从蒸氨塔(15)顶部排出。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括冷冻压缩罐(16)，用于收集来自蒸氨塔(15)...
【专利技术属性】
技术研发人员：李再兴，侯紫珊，刘旭，王楠楠，马磊，马雪娇，韩严和，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：
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