一种兰炭废水制氢联产淡水的方法及系统

本发明涉及兰炭废水处理与电解制氢资源化，具体而言，尤其涉及一种兰炭废水制氢联产淡水的方法及系统。

背景技术：

1、兰炭生产过程会产生大量兰炭废水，废水含有高浓度酚类、焦油、有机物以及盐类污染物，成分复杂、处理难度大。现有兰炭废水处理工艺多以达标排放为主要目标，对废水中水资源、有机组分资源化回收程度较低。

2、现有电解制氢工艺需要消耗大量高品质淡水水源，若直接采用新鲜水，会增大水资源消耗。将兰炭废水经过净化再生得到淡水供给电解制氢，同时回收废水中有用副产物，实现废水无害化资源化耦合，是当前技术发展方向。现有技术缺少完整的系统流程，难以同时实现污染物降解、盐分分离、淡水制备、副产物回收以及电解制氢联动，流程衔接匹配性不足。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种兰炭废水制氢联产淡水的方法及系统。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种兰炭废水制氢联产淡水的系统，包括预处理模块、水热氧化模块、膜分离模块、树脂吸附模块、废热回收与低蒸馏模块、淡水缓冲模块、水碱箱模块、电解槽模块、碱液循环模块、第一气液分离模块、第二气液分离模块、氧气纯化模块、氢气纯化模块、蒸发结晶模块、浓盐水箱模块以及尾气吸收模块；

4、所述预处理模块的物料输入端接入兰炭废水进料，所述预处理模块的物料输出端连接所述水热氧化模块的进料口；

5、所述水热氧化模块设有吹扫气接口、冷凝液进口以及液相出料口；所述吹扫气接口连通所述尾气吸收模块，所述尾气吸收模块配置高空排放出口；冷凝液的输入端为蒸发结晶模块，输出端为水热氧化模块；所述液相出料口连接所述膜分离模块的进料端；

6、所述膜分离模块设置浓缩液出口与透过液出口；所述浓缩液出口连接所述蒸发结晶模块的进料端，所述透过液出口连接所述树脂吸附模块的进料端；

7、所述树脂吸附模块设置脱附液出口与出液口；所述脱附液出口回接至所述蒸发结晶模块的进料端，所述出液口连接所述废热回收与低蒸馏模块的进料口；

8、所述废热回收与低蒸馏模块设置第一路出料口、第二路出料口；所述第一路出料口连接所述浓盐水箱模块，所述浓盐水箱模块配置外排或高值利用出口；所述第二路出料口连接所述淡水缓冲模块；

9、所述淡水缓冲模块设置淡水外送出口以及产水输出口；所述产水输出口连接所述水碱箱模块的进料口；

10、所述水碱箱模块的输出端连接所述电解槽模块的进料口，所述电解槽模块外接供电线路；

11、所述电解槽模块的氢气混合物出口连通所述第二气液分离模块，所述电解槽模块的氧气混合物出口连通所述第一气液分离模块；

12、所述第一气液分离模块的气相出口连接所述氧气纯化模块；所述第二气液分离模块的气相出口连接所述氢气纯化模块，所述氢气纯化模块设置氢气产品出口；

13、所述第一气液分离模块、第二气液分离模块的液相回流口共同连接所述碱液循环模块的进液口，所述碱液循环模块的输出端通过所述废热回收与低蒸馏模块回接至所述电解槽模块的碱液回口。

14、进一步地，所述蒸发结晶模块设置两组产物出料端，分别用于输出复合碳源以及杂盐副产物。

15、进一步地，所述氧气纯化模块设置氧气产品输出口，用于向外输出纯化后的氧气产品。

16、进一步地，所述树脂吸附模块用于对膜分离模块的透过液进行残留有机物和盐类的吸附截留；所述树脂吸附模块配置脱附工况，脱附产生的脱附液全部输送至蒸发结晶模块进行盐分富集处理。

17、进一步地，所述废热回收与低蒸馏模块回收水热氧化模块侧的工艺余热作为蒸馏热源；废热回收与低蒸馏模块产出的浓盐水输送至浓盐水箱模块，产出的合格产水输送至淡水缓冲模块。

18、进一步地，所述碱液循环模块接收第一气液分离模块和第二气液分离模块返回的含碱液相，完成碱液调配后回输至电解槽模块，实现电解碱液闭环循环。

19、进一步地，所述水热氧化模块排出的吹扫废气送入尾气吸收模块进行洗涤吸收处理，处理达标后经由高空排放出口对外排放。

20、进一步地，还包括系统监测单元，所述系统监测单元分别布置在水热氧化模块、膜分离模块及电解槽模块的物料管路上，用于监测废水水质参数和电解工况参数。

21、另一方面，本发明还提供了一种兰炭废水制氢联产淡水的方法，包括如下步骤：

22、s1、将兰炭废水送入预处理模块，去除悬浮物和浮油后输出预处理产水；

23、s2、将所述预处理产水送入水热氧化模块，在高温高压条件下进行水热氧化反应，降解废水中的酚类和大分子有机物，输出气相产物和液相产物；所述水热氧化模块所需的冷凝液由蒸发结晶模块供给，经冷凝液进口进入水热氧化模块；

24、s3、所述水热氧化模块产生的气相产物经吹扫气接口送入尾气吸收模块进行洗涤吸收处理后排放；所述水热氧化模块产生的液相产物经液相出料口送入膜分离模块进行浓缩分离；

25、s4、所述膜分离模块对进料进行浓缩分离，产出浓缩液和透过液；所述浓缩液送入蒸发结晶模块，所述透过液送入树脂吸附模块进行深度净化；

26、s5、所述树脂吸附模块对透过液中的残留有机物和盐类进行吸附截留，产出净化出水；当树脂吸附模块吸附饱和后，进行脱附再生，脱附产生的脱附液全部输送至蒸发结晶模块；

27、s6、所述树脂吸附模块产出的净化出水送入废热回收与低蒸馏模块，回收水热氧化模块侧的工艺余热作为蒸馏热源，对净化出水进行低温蒸馏处理，产出浓盐水和合格产水；所述浓盐水输送至浓盐水箱模块外排或高值利用，所述合格产水输送至淡水缓冲模块；

28、s7、所述淡水缓冲模块的淡水一部分经淡水外送出口直接外送，另一部分经产水输出口送入水碱箱模块，在水碱箱模块中与碱性电解质调配为碱液；

29、s8、所述碱液送入电解槽模块，在直流电作用下进行水电解反应，产出氢气-碱液混合物和氧气-碱液混合物；

30、s9、所述氢气-碱液混合物送入第二气液分离模块进行气液分离，分离出的氢气送入氢气纯化模块纯化后获得高纯氢产品；所述氧气-碱液混合物送入第一气液分离模块进行气液分离，分离出的氧气送入氧气纯化模块纯化后获得氧气产品；

31、s10、所述第一气液分离模块和第二气液分离模块分离出的液相碱液共同送入碱液循环模块，完成碱度调整后送入废热回收与低蒸馏模块进行热交换，经废热回收与低蒸馏模块的碱液出口回送至电解槽模块循环使用；

32、s11、所述蒸发结晶模块对来自膜分离模块的浓缩液和来自树脂吸附模块的脱附液进行蒸发结晶处理，分别产出复合碳源和杂盐副产物；蒸发结晶模块产生的冷凝液供给至水热氧化模块。

33、进一步地，步骤s2中，水热氧化反应的反应温度为200~280℃，反应压力为2~8mpa，停留时间为30~120min。

34、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

35、1、本发明中兰炭废水经过预处理水热氧化膜分离树脂吸附废热回收低蒸馏多级净化，产出再生淡水，淡水既可外送，又供给电解制氢，减少新鲜水消耗，实现废水资源化。

36、2、系统内部设置多处物料回流路径：水热氧化冷凝液回流膜分离、树脂吸附脱附液回流蒸发结晶、气液分离液相经碱液循环模块回流电解槽，物料梯级利用，降低物料损耗。

37、3、处理过程副产复合碳源、杂盐，电解产出高纯氢气、氧气，实现废水、固废、气体产品多产物协同回收。

38、4、利用水热氧化工艺余热供给废热回收与低蒸馏模块，能量耦合利用，降低整体工艺能耗；废气经过尾气吸收模块处理后高空排放，满足环保要求。