申请日2014.01.16
公开(公告)日2014.05.14
IPC分类号H01M8/06; C02F1/467
摘要
本发明涉及有机废水处理及能源回收技术，提供一种一体化有机废水处理及能源回收系统，包括电催化氧化装置、水气分离装置、燃料电池、液体输送泵和废水储存装置。电催化氧化装置对由液体输送泵传送的有机废水进行电催化氧化处理，其产生的水气混合物进入水气分离装置;水气分离后的气体进入燃料电池，通过发生反应得到去除，分离后的液体外排或储存。本发明实现了有机废水的处理与能量的回收利用，电催化氧化装置可以处理各种污染程度的有机废水，特别适合处理高浓度有毒有害的废水;由于耦合了燃料电池装置，将电催化氧化过程中由电能产生的化学能在燃料电池装置中重新变成了电能，实现了化学能资源的回收再利用。
权利要求书
1.一种一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在于：包括电催化氧化 装置、水气分离装置、燃料电池、液体输送泵和废水储存装置;所述废水储存 装置用于储存待处理的有机废水，所述液体输送泵将有机废水输入至电催化氧 化装置;所述电催化氧化装置用于对有机废水中的有机物进行电催化氧化处理， 其产生的水气混合物进入所述水气分离装置进行水气分离;从水气分离装置分 离后的气体进入所述燃料电池，在燃料电池中通过发生反应得到去除，燃料电 池作为电源为其外部设备供电。
2.根据权利要求1所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：所述电催化氧化装置为密闭式结构，包括一组或若干组以硼掺杂的金刚石 电极构成的阳极和一组或若干组以金属或者导电介质构成的阴极。
3.根据权利要求2所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：所述电催化氧化装置采取大电流、小电压的直流供电模式，当有机废水的 电导率低于1000μs/cm时，在电催化氧化过程中向处理的有机废水中添加无机 盐，用于抑制所述有机废水在电催化氧化过程中的产热效应。
4.根据权利要求3所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：所述无机盐为硫酸盐和/或磷酸盐，且硫酸盐和/或磷酸盐加入后的含量为 0.5g/L-2.0g/L。
5.根据权利要求1所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：所述燃料电池为质子交换膜燃料电池，以氢氧混合气体为燃料，以空气或 氧气作为氧化剂。
6.根据权利要求1所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：所述水气分离装置为一个密闭腔体，通过依靠重力实现水气分离。
7.根据权利要求1所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：所述水气分离装置为静态水气分离装置或者动态离心式水气分离装置。
8.根据权利要求1所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：所述一体化有机废水处理及能源回收系统还包括一个用于储存电能的电容。
9.根据权利要求1所述的一体化有机废水处理及能源回收系统，其特征在 于：经过所述水气分离装置分离后的液体返回输入至所述废水储存装置，进行 循环处理;所述一体化有机废水处理及能源回收系统还包括用于检测有机废水 水质的检测装置，通过该检测装置检测废水水质达到设定的处理标准后，停止 处理并外排。
说明书
一体化有机废水处理及能源回收系统
技术领域
本发明涉及有机废水处理及能源回收技术，既可用于地面的节能减排，也 适用于失重密闭空间环境的废水处理与能源回收。
背景技术
电化学催化氧化技术应用于废水处理方面正受到越来越广泛的关注。电化 学催化氧化通过有机物在阳极发生电子转移直接氧化，同时在阳极能够产生羟 基自由基等强氧化剂，间接催化氧化矿化有机物，从而达到去除有机物的目的， 该技术适用于高浓度有毒有害有机废水处理，也可用于空间密闭环境的废水处 理。该技术具有操作简单，环境友好，能够在常温常压条件下实现有机物的矿 化，并且易于实现自动化等优点。该技术存在的问题是：为了提高废水处理效 率，加快反应，必然需要在超出水分解电压的区域内使用，因此不可避免的要 产生析氢析氧的副反应，同时会伴随着产生一定量的废热。
目前，对于有机废水的电催化氧化技术研究，多侧重于电极的性能、反应 器结构等方面的研究，忽略副产物的回收利用问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，通过技术的耦合提供一 种基于电催化氧化及燃料电池的一体化有机废水处理及能源回收系统。
本发明的技术解决方案是：
一种一体化有机废水处理及能源回收系统，包括电催化氧化装置、水气分 离装置、燃料电池、液体输送泵和废水储存装置;所述废水储存装置用于储存 待处理的有机废水，所述液体输送泵将有机废水输入至电催化氧化装置;所述 电催化氧化装置用于对有机废水中的有机物进行电催化氧化处理，其产生的水 气混合物进入所述水气分离装置进行水气分离;从水气分离装置分离后的气体 进入所述燃料电池，在燃料电池中通过发生反应得到去除，燃料电池作为电源 为其外部设备供电。
进一步地，所述电催化氧化装置为密闭式结构，包括一组或若干组以硼掺 杂的金刚石电极(记为BDD)构成的阳极和一组或若干组以金属或者导电介质 构成的阴极。
进一步地，所述电催化氧化装置采取大电流、小电压的直流供电模式，当 有机废水的电导率低于1000μs/cm时，在电催化氧化过程中向处理的有机废水 中添加无机盐，用于抑制所述有机废水在电催化氧化过程中的产热效应。
进一步地，所述无机盐为硫酸盐和/或磷酸盐，且硫酸盐和/或磷酸盐加入后 的含量为0.5g/L-2.0g/L。
进一步地，所述燃料电池为质子交换膜燃料电池，以氢氧混合气体为燃料， 以空气或氧气作为氧化剂。
进一步地，所述水气分离装置为一个密闭腔体，通过依靠重力实现水气分 离。
进一步地，所述水气分离装置为静态水气分离装置或者动态离心式水气分 离装置。
进一步地，所述一体化有机废水处理及能源回收系统还包括一个用于储存 电能的电容。
进一步地，经过所述水气分离装置分离后的液体返回输入至所述废水储存 装置，进行循环处理;所述一体化有机废水处理及能源回收系统还包括用于检 测有机废水水质的检测装置，通过该检测装置检测废水水质达到设定的处理标 准后，停止处理并外排。
本发明与现有废水处理装置相比，具有以下技术效果：
(1)本发明实现了有机废水的处理与能量的回收利用。通过电催化氧化装 置能够将有机废水中的有机物氧化矿化掉，减少向外的污染排放，电催化氧化 装置可以处理各种污染程度的有机废水，特别适合处理高浓度有毒有害的废水。
(2)由于耦合了燃料电池装置，相当于将电催化氧化过程中由电能产生的 化学能在燃料电池装置中重新变成了电能，实现了化学能资源的回收再利用， 如果这部分电能供给电催化氧化装置，过程中用于产气的一部分电能又重新回 收了回来，耦合的系统与单纯的电催化氧化装置相比，在同等条件下相当于节 省了能耗，即电能的利用率更高。
(3)由于燃料电池将化学能直接转化为了电能，不存在充放电周期，与二 次电池相比，燃料电池功率密度高、无自放电、无记忆效应、不存在过冲过放， 性能稳定。
(4)以硼掺杂的金刚石电极(记为BDD)作为阳极的电催化氧化装置具有 催化活性高、电流效率高、使用寿命长、硬度高强度大、抗腐蚀能力强，阳极 表面不易被污染等优点，相比于其他阳极材料，以BDD作为阳极，在废水处理 过程中产生的废热较少，电能主要用于有机物的氧化和水的电解。