工业生产是中国能源消耗和二氧化碳排放的主要来源,2016年工业生产分别占中国终端行业能源消费总量和二氧化碳总排放量的66%和68.5%。工业生产过程中废水产生量大、处理工艺复杂、碳减排成本高昂,减少碳排放量意义重大且充满挑战,提高能源利用率成为工业生产推动绿色和低碳发展的重点。就废水处理过程而言,会产生大量温度较低、回收难度较高的热能,诸如化学电镀,采矿等行业会产生大量的强酸性废水,借助酸碱中和工艺处理废水时,会产生大量温度较低的中和热量。若能实现这部分热能的有效回收,可减少碳排放并实现资源再利用,降低污水处理的成本。废水处理装置与能源回收体系的结合无疑是一种全新尝试。废水处理反应系统应运而生,其作为最常见的废水处理装置,能通过基于Seebeck效应的热电转换技术直接将热能转化为电能,而碲化铋（Bi2Te3）作为商业化应用中最为成熟的热电材料,在室温环境下具有稳定的运行性能。因此,本论文将设计优化适宜强酸性废水处理反应器,选取Bi2Te3等热电器件构建热电转换核心装置,形成自组装的强酸性废水处理—热量回收系统,实现废水处理过程中热量的回收利用。主要研究内容如下:（1）酸性废水处理反应器的设计与优化。基于废水处理膜生物反应器设计优化思路,反应器在处理酸性废水时,将温度的变化作为依据进行设计。分段式反应器的优化设计,相较最初一体式反应器,可以使得酸性废水在短时间内与碱性处理液充分反应,更快速高效的释放中和热能,实现酸性废水热源的温度达到峰值的目的;在分段式反应器基础上新增的直径为1 cm的空气槽与空气管,可以将中和余热回收段的空气挤压至其中,确保中和余热源液面与集热器充分接触,提高集热器传热效率。分段式反应器可以实现酸性废水处理与酸碱中和废热能源回收再利用同步进行。（2）酸性废水处理热量回收发电机系统的组建与优化。使用焊接方法将4片商用碲化铋（Bi2Te3）热电器件进行串联,依次将集热器、Bi2Te3热电器件和散热器重叠,使用螺丝进行固定,构成酸性废水热量回收发电机系统,在模拟酸碱中和反应所产生的中和热源工况下,对集热器从材料的耐腐蚀性,传热距离和样式进行优化,通过对输出电压进行监测,确定镍板厚度优化参数为2 mm,其输出电压峰值为0.92 V,同样的,对散热器的形状、传热距离以及材料进行优化,在余热源温度分别为100℃、66℃和48℃测试其输出电压,发现铝板最佳厚度数值为8 mm,其电压输出峰值分别为4.30V,1.99 V和1.04 V,将散热器设计为底板8mm厚的斗式结构,不仅完美解决与辅助热源接触不完全的问题,同时增大散热面积。在确定各组件优化参数后,使用6片Bi2Te3热电器件组成的强酸性废水处理热量回收发电机进行模拟工况热量回收,发现优化后的热电发电机的输出电压峰值高达5.05V,输出电流达到了0.053 A,输出功率的峰值为268.00 mW,热电转化率为5.02%,相较使用未优化参数条件前,6块器件的热电转化率仅仅只有1.26%,优化后酸性废水处理热量回收发电机的性能提高将近3倍。通过改变齿轮泵参数,测试出最佳参数。当转速为600 rpm时,输出电压峰值为1.811 V,输出电流峰值为0.0415 A,运行状态稳定,并将其产生的电能进行应用,可以使得小型照明设备工作。（3）PEDOT:PSS柔性器件的制备与在酸性废水余热发电机的应用。由真空抽滤抽滤法得到的PEDOT:PSS薄膜,经过浓硫酸后处理烘干后,使用铜金属电极连接并使用聚酰亚胺包覆,制得PEDOT:PSS柔性器件。SEM表征显示,经过浓硫酸后处理过的PEDOT:PSS薄膜表面略微粗糙,断面出现些许层堆结构。AFM表征表明,经过浓硫酸后处理后,PEDOT:PSS薄膜表面粗糙度变大,膜上颗粒高度相对较高。XPS图谱指出,浓硫酸后处理PEDOT:PSS薄膜PSS含量减少,说明游离态的PSS被去除。Zeta电位分析阐明,部分PEDOT分子发生聚集,薄膜表面的负电荷带电量更高。将柔性器件与Bi2Te3热电器件串联构成分段式热电转换器件应用于酸性废水余热回收,其输出电压提高了0.03 V,输出电流增加了0.5 m A,说明柔性器件的联用增强了酸性废水处理热量发电机的工作性能。