典型工业废水低碳处理与资源化利用关键技术与装备

“百链千企”专利产业化推进工程典型案例

报送单位：西华大学、四川中擎锐科科技集团有限公司、四川双潮科技有限公司　　案例方向：产学研协同创新

一、案例背景

本案例围绕化工废水、油气田采出水、石化废水、养殖废水等典型工业废水中高盐、高COD、氨氮及难降解有机物处理难题，依托电催化氧化、电解耦合资源回收、模块化装备集成等核心专利，开发了典型工业废水低碳处理与资源化利用技术。该技术以亚氧化钛等高稳定电极材料为核心，通过电化学原位产生强氧化活性物种，实现污染物降解、减量处理及氢气等副产资源回收，形成“废水治理—能源回收—装备应用”一体化解决方案，已在工业废水处理场景中开展工程化验证，具备良好的推广价值。

二、主要做法

本案例以专利技术产业化为主线，围绕典型工业废水处理过程中的高能耗、药剂消耗大、二次污染风险高和资源化水平不足等问题，系统推进关键材料、核心装备、工艺集成和应用示范。

（一）开展核心电极材料与反应器结构创新。针对高盐、高COD及复杂有机废水对电极稳定性和氧化能力要求高的问题，研发以亚氧化钛、钛基复合电极及高稳定阴极材料为核心的电催化处理单元，提升电极在强氧化、高氯、高电流密度条件下的耐腐蚀性和长期运行稳定性。通过优化电极间距、电流密度、水力停留时间和流场结构，提高污染物传质效率和电能利用效率。

（二）构建“污染物降解+资源化回收”协同工艺。针对传统污水处理只重视达标排放、资源化利用不足的问题，将电催化氧化、电解还原、膜分离、气液分离及资源回收单元进行耦合设计，在降解COD、氨氮和难降解有机污染物的同时，实现氢气副产、金属离子回收和高盐废水减量化处理，推动工业废水由末端治理向资源化利用转变。

（三）推进模块化装备开发和专利产品培育。围绕不同废水水质和处理规模，开发撬装式、模块化、可并联扩展的电催化处理装备，形成预处理、电解处理、气液分离、资源回收和智能控制等功能模块。装备可根据COD浓度、盐含量、pH、电导率和处理量进行灵活组合，适应油气田采出水、石化废水、电镀废水、养殖尾水等多种应用场景。

（四）建立产学研协同转化机制。依托高校在电极材料、电化学机理和工艺优化方面的研发优势，联合企业开展装备设计、加工制造、现场运行和市场推广，实现从实验室小试、中试验证到工程应用的连续转化。通过专利布局、技术秘密保护和工程数据积累，逐步形成具有自主知识产权的工业废水低碳处理装备体系。

（五）探索低碳化运营模式。通过电解过程与可再生能源、光伏制氢、工业副产能源利用等场景结合，降低废水处理过程碳排放。同时，利用在线监测与智能控制系统，对电压、电流、COD、氨氮、电导率、pH、温度、产气量等参数进行实时调控，提高装备运行稳定性和经济性，形成可复制、可推广的专利产业化路径。

三、主要成效

通过专利技术转化和工程化应用，本案例在工业废水低碳处理、资源化利用和装备产业化方面取得了较好成效。

（一）形成了面向典型工业废水的核心专利技术体系。围绕高稳定电极材料、模块化电解反应器、工业废水电催化处理工艺、氢气副产回收、金属离子资源化及智能控制等方向，构建了覆盖“材料—电极—装备—工艺—应用”的知识产权布局，为后续产品化和市场推广奠定了基础。

（二）提升了工业废水处理效率。工程验证结果表明，该技术能够有效降低工业废水中的COD、氨氮及部分难降解有机污染物。在工业废水等复杂废水处理中，电催化处理过程可实现COD显著下降，部分现场数据中COD由约608.93 mg/L降至38.22 mg/L；对于更高浓度废水，COD由约2600 mg/L降至40.60 mg/L，体现出对复杂水质的适应能力。

（三）实现了废水处理与资源回收协同。与传统加药氧化、絮凝沉淀等处理方式相比，该技术减少了化学药剂使用量和污泥产生量，并可在电解过程中同步副产高纯氢气。在相关工程运行中，系统产氢纯度可达到99.99%左右，表现出废水治理与能源回收协同发展的潜力，为工业废水从“污染源”向“资源载体”转变提供了技术路径。

（四）推动了模块化装备产品培育。通过对电极组件、反应器结构、供电系统、气液分离系统和自动控制系统的集成，形成了适用于不同处理规模的模块化装备方案。装备具有占地面积小、启停灵活、适应水质波动能力强、易于扩容和维护等特点，可根据企业实际需求进行定制化配置，具备专利密集型产品培育基础。

（五）促进了产学研用协同发展。联合西华大学、西南石油大学、嘉兴大学等高校，高校侧重基础研究、材料开发和机理解析，企业侧重装备制造、场景验证和市场推广，应用单位提供真实废水和运行条件，形成了“专利研发—样机制造—现场验证—产品迭代—市场推广”的闭环转化模式。该模式提高了专利从实验室成果向工程产品转化的效率，也增强了企业在工业废水低碳治理领域的技术竞争力。

（六）具有明显的经济和社会效益。该技术有望降低传统废水处理过程中的药剂成本、污泥处置成本和综合碳排放，同时通过副产氢气、回收金属离子或浓盐资源，提高废水处理系统的综合价值。案例对于油气田、石化、电镀、冶金、养殖等行业废水治理具有推广意义，可为工业企业绿色低碳转型、污染减排和资源循环利用提供技术支撑。

四、典型意义

本案例的典型意义在于以专利产业化为牵引，将电催化材料、电解装备、废水处理工艺和资源化利用进行系统集成，探索出一条从知识产权成果到工程化应用的转化路径。该案例突破了传统工业废水处理依赖药剂投加、资源化水平低、碳排放压力大的局限，实现了污染物降解、氢气副产和资源回收的协同推进。其模块化装备适应性强，可根据不同水质和处理规模快速复制推广，对油气田、石化、电镀、养殖等行业废水治理具有示范价值。同时，该案例通过高校、企业和应用场景单位协同创新，形成“专利布局—产品培育—工程验证—产业推广”的闭环模式，可为其他创新主体开展专利转化、专利密集型产品培育和绿色低碳技术产业化提供借鉴。

（本文依据申报单位填报材料整理编写，未对其中数据、事实及表述的真实性、准确性和完整性进行独立核实，相关内容以申报单位填报材料为准）