一种食堂余热用于污水处理的方法
【技术领域】
[0001]能源化工领域。
【背景技术】
[0002]目前已经应用的技术是利用高品位的过热蒸汽产生高电压、高电流或者直接用高品位蒸汽的热量来预热参与某些物理化学反应的反应物。又如采用外接发电站提供的直流电压处理污水的电解装置。但现有技术存在以下不足之处:1、目前市场上的余热发电装置是利用高品位的过热蒸汽来产生高电压和强电流，无法有效利用低品位的余热气体；2、余热发电装置对余热二次能源的利用率不高，特别是低品位的余热；3、生活中的低压电解装置多采用的是外接直流电供电，造成能源的浪费；因此，以上任意一种做法都无法实现利用低品位余热气体循环处理污水。但随着科学技术的发展，各种新型材料和新型技术的不断涌现，使的各自具备了各种不同的优良性能，例如:1、两种金属组合而成的热电偶能够由于金属两端存在温度差而产生一定量的低电压和低电流；2、金刚石膜具有宽的电势窗口，低的背景电流，良好的催化活性，耐腐蚀，耐高温等化学特性；3、氢氧燃料电池能够利用氢气和氧气作为燃料，产生化学反应而将燃料的化学能转化为电能，并且其能量的转化效率很高，可达60%--80%。由于以上新型材料和新型技术的存在，使得利用低品位余热来温差发电，继而将所产生的低电压和低电流用于处理污水，同时将电解污水产生的氢气收集起来，作为氢氧燃料电池的燃料，继续发电用于处理污水，实现能源的循环利用。
【发明内容】
[0003]首先是余热发电系统，其包括第一组温差发电器3，第一热管组4，第二组温差发电器6，第二热管组7。当生产生活中的低品位余热气体进入排气烟道前段2时，第一热管组4的吸热片和余热烟气接触并吸收余热烟气中的大部分热量，使得热电偶处于排气烟道内的一端温度迅速上升，而热电偶处于排气烟道外部环境中的另一端，在其周围环境存在一些降温物质，使其温度迅速降低；由于热电偶两端存在较大的温度差，所以就产生了一定量的低电压和弱电流，为金刚石膜电解污水装置提供了低电压能源。同理可得，当生产生活中的低品位余热气体进入排气烟道后段5时，第二热管组7的吸热片和余热烟气接触并吸收余热烟气中的大部分热量，使得热电偶处于排气烟道内的一端温度迅速上升，而热电偶处于排气烟道外部环境中的另一端，在其周围环境存在一些降温物质，使其温度迅速降低；由于热电偶两端存在较大的温度差，所以就产生了一定量的低电压和弱电流，为螺旋搅动装置提供动力能源。从而完成了利用低品位余热气体的发电。
[0004]其次是金刚石膜低压电解污水装置1，其包括金刚石膜电极13，螺旋搅动装置14，污水过滤装置15，氢气溢流管道12。当余热发电系统产生的低压电和弱电流分别接到金刚石膜电极13的阳极和阴极上时，同时污水介质经污水过滤装置15排放到金刚石膜低压电解污水装置I中，整个装置便通电开始处理污水，处理污水中的各种杂质，例如:减少COD，BOD，总氮，总磷，氨氮的含量。当余热发电系统产生的低电压和弱电流分别接到螺旋搅动装置14的正负极上时，整个螺旋搅动装置便开始转动工作，使金刚石膜低压电解污水装置I中的污水始终处于一种流动状态，有利于提高污水的处理效率以及电解污水后产生的氢气能够顺利地从氢气溢流管道12导出。从而完成了利用低电压和弱电流处理污水。
最后是可再生能源供电系统，其包括氢气提纯装置8，氢气储存装置9，氢氧燃料电池组10，控制开关11。当电解污水后产生的氢气进入氢气提纯装置8时，可以除去氢气中混有的杂质气体，实现氢气的纯净化。提纯后的氢气接着流入到氢气储存装置9中进行储存，同时作为氢氧燃料电池组的燃料来源，并使氢气储存装置9与氢氧燃料电池组10的负极连通。当没有余热用于发电或者余热发电产生的电量很小时，便接通氢氧燃料电池组10的控制开关11，使氢氧燃料电池组10的正负极导通，开始发生化学反应而将燃料的化学能转化为电能继续为金刚石膜电解系统I供电，持续电解污水并再次产生氢气，能够达到能源的循环利用目的，实现节能减排、绿色环保的现代化理念。
【附图说明】
[0005]图1是本发明余热及可再生能源发电低压电解污水系统的结构示意图。其中:1.金刚石膜低压电解污水装置，2.排气烟道前段，3.第一组温差发电器，4.第一热管组，5.排气烟道后段，6.第二组温差发电器，7.第二热管组，8.氢气提纯装置，9.氢气储存装置，10.氢氧燃料电池组，11.控制开关，12.氢气溢流管道，13.金刚石膜电极，14.螺旋搅动装置，15.污水过滤装置。
【具体实施方式】
[0006]实施例一，是利用食堂烟气余热发电后的低压，电解以动植物油和洗涤剂为主要污染物的生活污水。食堂烟气温度为100°c，经热管组后由温差发电器产生电压5V、电流IA的直流电。500mL污水介质经污水过滤装置后排放到污水电解槽内后，即启动整个电解装置，螺旋搅动桨的转速为180r/min，所施加电源为直流电压5V，电流1A。通过我校分析测试中心检验证实，原食堂生活污水COD数值为4512.34 mg/L，B0D数值为840 mg/L ;而通过余热发电低压电解装置电解两个小时后食堂生活污水COD数值为163.66 mg/L，B0D数值为200 mg/L。经过与国家标准对比，知道各项指标均达到污水三级排放标准。
实施例二，是利用工业余热发电后的低压，电解以有机物为主要污染物的农药污水。工业余热烟气温度为135°C，经热管组后由温差发电器产生6V、1.2A的直流电。500mL污水介质经污水过滤装置后排放到污水电解槽内后，即启动整个电解装置，螺旋搅动桨的转速为200r/min，所施加电源为直流电压6V，电流1.2A。通过我校分析测试中心检验证实，原农药污水COD数值为3516.23 mg/L, BOD数值为560 mg/L ;而通过余热发电低压电解装置电解两个小时后农药污水COD数值为148.54 mg/L, BOD数值为174 mg/L。经过与国家标准对比，知道各项指标均达到污水三级排放标准。
【主权项】
1.余热及可再生能源低压发电的污水处理系统，它包括余热发电系统、金刚石膜低压电解污水系统、可再生能源供电系统。
2.余热及可再生能源低压发电的污水处理系统中的余热发电系统，其特征是:包括第一组温差发电器(3)，第一热管组(4)，第二组温差发电器(6)，第二热管组(7);能够通过热管组中的吸热片大量吸收低品位余热气体的热量，并能利用温差发电原理产生一定的低电压和弱电流。
3.余热及可再生能源低压发电的污水处理系统中的金刚石膜低压电解污水系统(1)，其特征是:包括金刚石膜电极(13)，螺旋搅动装置(14)，污水过滤装置(15)氢气溢流管道(12);因为金刚石膜具有宽的电势窗口，低的背景电流，良好的催化活性，耐腐蚀，耐高温等化学特性。
4.所以能利用余热发电系统产生的低压电处理污水，并且通过螺旋搅动装置(14)不停的工作运转，使电解装置中的污水始终处于一种流动状态，从而提高电解效率，同时负极也将产生一定量的氢气，从氢气溢流管道(12)导出。
5.余热及可再生能源低压发电的污水处理系统中的可再生能源供电系统，其特征是:包括氢气提纯装置(8)，氢气储存装置(9)，氢氧燃料电池组(10)，控制开关(11);能够利用处理污水后产生的提纯氢气作为燃料来源，产生一定量的低电压和弱电流。
6.当没有余热用于发电或者余热发电产生的电量很小时，可再生能源供电系统将继续为金刚石膜电解系统(I)供电，持续电解污水，同时也将产生一定量的氢气。
7.余热及可再生能源低压发电的污水处理系统能够利用余热来温差发电，低压处理污水，同时电解产生的氢气作为燃料电池的燃料，继续发电低压处理污水。
8.达到能源的循环利用目的，节约经济成本，从而实现节能减排，保护环境。
【专利摘要】本发明公开了一种食堂余热和可再生能源用于污水的处理方法，其原理是通过温差发电器热电偶将生产生活中的低品位余热气体热量收集起来，并将热能转化为电能，随后将产生的低电压连接到电解污水装置的金刚石膜电极上开始处理富含有机物的污水，同时电解污水产生的氢气作为氢氧燃料电池的燃料，将化学能转化为电能，继续电解处理污水。本发明不仅将生活中浪费掉的低品位余热资源充分的利用了起来，降低了能源的消耗；而且还能够采用低电压电解处理污水，减少了污水的排放量，从源头出发，保护了我们赖以生存的大自然环境。实现了低品位余热资源发电—电解污水—氢氧燃料电池组发电—电解污水，整个节能系统的循环进行。
【IPC分类】C02F1-461, C25D1-04, H02N11-00
【公开号】CN104702150
【申请号】CN201510031479
【发明人】林龙沅, 赵安文, 单科文, 王芮莎, 刘琦
【申请人】西南科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月22日