申请日20200318
公开(公告)日20200626
IPC分类号C02F3/34; C02F3/00; C02F9/14; B01D53/84; B01D53/44; B01D53/74; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，包括气液分离装置、光解式废气净化装置、热再生氨电池堆、微生物燃料电池堆、电凝装置和生物降解装置，其特征在于：所述气液分离装置将输入的蒸汽冷凝水以及高温有机废气与来自热再生氨电池堆的富集四氨合铜离子的阳极电解液进行热交换，使阳极电解液热分解出氨气并得到高浓度的铜离子溶液;氨气引入热再生氨电池堆的阳极循环利用，高浓度的铜离子溶液再输出到电镀厂重新利用;另外，高温有机废气输入气液分离装置，在气液分离装置进行热交换并使有机废气温度降低，经由气液分离装置降温后的有机废气输出到光解式废气净化装置;本发明可广泛应用在化工、环保等领域。
权利要求书
1.一种含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，包括气液分离装置、光解式废气净化装置、热再生氨电池堆、微生物燃料电池堆、电凝装置和生物降解装置，其特征在于：
所述气液分离装置将输入的蒸汽冷凝水以及高温有机废气与来自热再生氨电池堆的富集四氨合铜离子的阳极电解液进行热交换，使阳极电解液热分解出氨气并得到高浓度的铜离子溶液;氨气引入热再生氨电池堆的阳极循环利用，高浓度的铜离子溶液再输出到电镀厂重新利用;另外，高温有机废气输入气液分离装置，在气液分离装置进行热交换并使有机废气温度降低，经由气液分离装置降温后的有机废气输出到光解式废气净化装置;
所述热再生氨电池堆的阴阳两极对含铜废水进行一级处理;富集四氨合铜离子的阳极电解液流向气液分离装置;在电池阴极发生还原反应，处理后得到低浓度的含铜废水流向电凝装置;所述热再生氨电池堆在处理含铜废水的同时产生电能，所述微生物燃料电池堆在处理有机废气的同时也产生电能，产生的电能均引入电凝装置利用;
所述电凝装置选用电沉积法，利用电能对来自热再生氨电池堆阴极的低浓度含铜废水进行二级处理，并将处理后得到的更低浓度的含铜废水流向生物降解装置;
所述生物降解装置选用非活性微生物对所述电凝装置排出的含铜废水进行三级处理，使之达到排放标准;
所述光解式废气净化装置对较高浓度的有机废气进行一级处理并将处理后的有机废气引向微生物燃料电池堆阳极室;所述微生物燃料电池堆利用微生物的催化氧化作用对有机废气进行二级处理，处理后的有机废气由微生物燃料电池堆阳极室引向生物降解装置;所述生物降解装置对有机废气进行三级处理，使之达标排放。
2.根据权利要求1所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，其特征在于：所述气液分离装置中设置有阳极电解液入口、氨气出口、高浓度的铜离子溶液出口、有机废气入口、有机废气出口、蒸汽冷凝水入口、蒸汽冷凝水出口和若干组蛇形管道，所述蛇形管道作为有机废气和蒸汽冷凝水流动通道;管道内外流体的流动方向呈垂直交叉。
3.根据权利要求1所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，其特征在于：所述热再生氨电池堆由多个热再生氨电池构成，电池电极采用铜电极。
4.根据权利要求1所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，其特征在于：所述光解式废气净化装置选用紫外光线并以O3作为强催化氧化剂。
5.根据权利要求1所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，其特征在于：所述微生物燃料电池堆由多个微生物燃料电池构成，电池选用双室并有离子交换膜型。
说明书
含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统
技术领域
本发明涉及废水废气处理系统与废热回收系统领域，具体涉及一种含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统。
背景技术
含铜废水主要来源于工业生产过程，如不经处理直接排放，将会对周围环境造成一定的危害。由于各生产工艺不同，不同行业产生的含铜废水中铜的存在方式与价态均有明显的差异。其中，电镀含铜废水是一种较为常见的含铜废水。随着近年来国家和地方环保部门对废水污染物排放要求的愈加严格，传统的芬顿氧化和加碱沉淀的方式对于新的排放标准难以有效稳定地使出水总铜达标排放。
此外，电镀厂在除油、镀铜、热水洗等生产工艺过程中，会产生大量富含低温余热的蒸汽冷凝水。若直接排放，将造成低温余热不能被有效利的低品位能源浪费现象。
有机废气即挥发性有机物，主要包括烃类、卤代烃、芳香烃等有机化合物，其产生主要来自电子元器件、石油、化工、涂料、印刷、家具、皮革、汽车等行业，如不经严格处理排放，会导致臭氧层破坏、产生光化学烟雾、影响工厂员工及周围居民身体健康等一系列问题。其中，橡胶厂在橡胶制品的生产过程中会产生大量的有机废气且具有一定的温度，其处理形式可分为回收和销毁两种。回收法包括吸收法、吸附法等，存在吸附剂易达到饱和、去除率低、吸附剂易失效需再生等问题;销毁法包括生物降解法、电化学催化氧化法、催化燃烧法等，存在程序复杂，能耗高，效率低等缺陷。
此外，橡胶厂产生的有机废气具有一定温度，且橡胶厂在生产橡胶制品的同时会产生大量具有较高温度的蒸汽冷凝水，两者中的余热均未得到有效利用。
鉴于此，本发明提出一种含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，可以在对含铜废水及有机废气进行处理的同时实现余热的回收利用，提高系统能效。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统。
本发明的技术方案是，一种含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统，包括气液分离装置、光解式废气净化装置、热再生氨电池堆、微生物燃料电池堆、电凝装置和生物降解装置，其特征在于：
所述气液分离装置利用余热对富集四氨合铜离子的阳极电解液进行热处理。
所述气液分离装置将电解液中的富集的四氨合铜离子热分解出氨气并得到高浓度的铜离子溶液。氨气引入电池阳极循环利用，高浓度的铜离子溶液进入电镀厂重新利用。
所述气液分离装置吸收来自电镀厂产生的第一蒸汽冷凝水中的余热以及橡胶厂产生的有机废气和第二蒸气冷凝水中的余热。
所述气液分离装置将来自电镀厂产生的第一蒸汽冷凝水以及橡胶厂产生的有机废气、第二蒸汽冷凝水与来自热再生氨电池堆的富集四氨合铜离子的阳极电解液进行热交换，使阳极电解液热分解出氨气并得到高浓度的铜离子溶液;氨气引入热再生氨电池堆的阳极循环利用，高浓度的铜离子溶液再进入需要厂电镀厂重新利用;另外，橡胶厂排放的有机废气通过管道利用风机引向气液分离装置，在气液分离装置进行热交换并使有机废气温度降低，经由气液分离装置降温后的有机废气引向光解式废气净化装置。
所述热再生氨电池堆的阴阳两极对电镀厂排放的含铜废水进行一级处理;富集四氨合铜离子的阳极电解液流向气液分离装置;在电池阴极发生还原反应，处理后得到低浓度的含铜废水流向电凝装置。
所述热再生氨电池堆在处理含铜废水的同时产生电能，所述微生物燃料电池堆在处理有机废气的同时也产生电能，产生的电能均引入电凝装置利用。
所述电凝装置选用电沉积法，利用电能对来自热再生氨电池堆阴极的低浓度含铜废水进行二级处理，并将处理后得到的更低浓度的含铜废水流向生物降解装置。
所述生物降解装置选用非活性微生物对所述电凝装置排出的含铜废水进行三级处理，使之达到排放标准。
所述光解式废气净化装置利用紫外光线及强催化氧化剂O3对较高浓度的有机废气进行一级处理并将处理后的有机废气引向微生物燃料电池堆阳极室。所述微生物燃料电池堆由多个双室有膜型微生物燃料电池构成，利用微生物的催化氧化作用对有机废气进行二级处理，处理后的有机废气由微生物燃料电池堆阳极室引向生物降解装置;所述生物降解装置对有机废气进行三级处理，使之达标排放。
根据本发明所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统的优选方案，所述气液分离装置中设置有阳极电解液入口、氨气出口、高浓度的铜离子溶液出口、有机废气入口、有机废气出口、蒸汽冷凝水入口、蒸汽冷凝水出口和若干组蛇形管道，所述蛇形管道作为有机废气和蒸汽冷凝水流动通道;管道内外流体的流动方向呈垂直交叉，以利于热交换。
根据本发明所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统的优选方案，所述热再生氨电池堆由多个热再生氨电池构成，电池电极采用铜电极。
根据本发明所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统的优选方案，所述光解式废气净化装置选用紫外光线并以O3作为强催化氧化剂。
根据本发明所述的含铜废水及有机废气深度处理与废热回收利用综合系统的优选方案，所述微生物燃料电池堆由多个微生物燃料电池构成，电池选用双室并有离子交换膜型。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明所述系统涉及含铜废水及有机废气的综合处理，能够实现含铜废水及有机废气的同时处理，提高系统工作效率。
2、本发明所述系统在处理含铜废水及有机废气的同时能够有效的利用来自电镀厂产生的蒸汽冷凝水中的余热以及橡胶厂产生的有机废气、蒸汽冷凝水中的余热，充分利用低品位能源，提高能源利用率。
3、本发明所述系统能够利用气液分离装置对四氨合铜离子破络合，针对性强，同时实现了氨气与铜离子的回收利用，节约资源，提高了系统的经济性。
4、本发明所述系统基于热再生氨电池和微生物燃料电池，在处理含铜废水和有机废气的同时能够产生电能，为后续电凝法处理含铜废水提供电能补充，节约能源，降低了处理成本，提高了系统能效。
5、本发明所述系统对含铜废水及有机废气依浓度不同进行梯级处理，针对不同浓度的废水废气采取不同的处理装置，充分发挥各区段的最大作用，实现了资源的最优化配置。
6、本发明所述系统具有结构简单、可循环再生、节能减排等优点，为实际含铜废水及有机废气的综合处理提供了一种基于热再生氨电池和微生物燃料电池的低能耗、高效率的方案，且便于因地制宜充分发挥作用。
本发明可广泛应用在化工、环保等领域。（发明人张亮;张硕;种法政;李楠;原小虹;赵永正;朱宇峰;张晓钊）
