CN102276113A - 一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法 - Google Patents

一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法 Download PDF

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赵河立
初喜章
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Abstract

本发明公开了一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法，包括以下步骤：在正渗透膜生物反应器内设置第1级和第2级正渗透膜组件，经过预处理的污水水流B输入正渗透膜生物反应器内，将经过预处理的海水水流A输入到第1级正渗透膜组件中，产出水流C经增压泵增压后输入反渗透膜组件进行液体膜分离，产出产品水流D经消毒器消毒后成为成品淡水，剩余的浓盐水流E输入到第2级正渗透膜组件进行渗透，产出水流F排海，设置在所述正渗透膜生物反应器底部的曝气器进行曝气。本发明的方法提高了反渗透淡化系统的水回收率、降低系统能耗；降低海水淡化浓盐水海洋排放浓度；提高了正渗透膜通量，延长了膜使用寿命，提高了系统水回收率。

Description

一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法
技术领域
本发明属于海水淡化和水回用领域，具体地涉及一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法
背景技术
日益增长的用水需求、渐趋常态的气侯干旱和持续恶化的水环境造成了淡水资源的严重短缺，开发非常规水源，正被世界各国放在重要地位进行研究并已付诸实践。随着我国经济社会的迅速发展，非常规水源的利用已经受到社会各界的广泛关注。对于沿海城市及海岛地区，非常规水源的开发利用主要包括海水淡化、污水回用和雨水利用三方面。由于近年来世界很多地区都出现了不同程度的气侯异常，导致当地降水量显著下降，雨水利用受到限制，由此，海水淡化和污水回用成为最可行，也是最可靠的可持续水增量方法。
地球表面70.8％的面积被水覆盖，其中97.5％的水资源是无法直接饮用的海水，因此通过淡化海水的方法得到淡水资源是一种战略选择。目前，海水淡化在世界范围内获得了广泛应用，很多沿海国家和地区都相继建设了一大批海水淡化工程。据国际脱盐协会(IDA)的最新统计：全球淡化装机容量在过去5年内以每年12％的平均速度增长，2010年底全球淡化产水规模已达65×106m3/d，基于各国官方统计数据和用水供需情况分析，到2015年全球淡化产水将达到98×106m3/d。
海水淡化方法有很多种，现今已经商业化的主要有以下三种海水淡化技术：反渗透、多效蒸馏和多级闪蒸。虽然海水淡化有不同的工艺可供选择，但海水淡化本质上是一种“能源密集型工业过程”，淡化过程需要消耗大量能源，已经运行的海水淡化工程多局限于能源相对便宜或比较充裕的地区。因此，为了促进海水淡化的可持续发展，需要找出进一步降低海水淡化能耗和成本的解决方案。此外，海水淡化过程会产生大量浓盐水，将浓盐水直接排放可能会对海洋环境造成不利影响，如何减弱或消除浓盐水对环境的影响也是海水淡化今后重点关注的方向之一。
水回用指的是城市污水经处理设施深度净化处理，达到特定用水水质标准后进行回收利用的过程。水回用分饮用型水回用和非饮用型水回用两种。非饮用型水回用目前已被广泛接受，饮用型水回用也在逐步获得公众的认可，而且在可预见的将来会得到更加广泛的应用。
与原生水资源相比，再生水的水质会有所下降，若不经深度处理，仅适合排入环境或杂用，却不适合直接供人饮用。原因在于再生水处理过程中会残留一些微量有机污染物，这些污染物的存在可能会给人体带来健康风险，因此，饮水型水回用要求采取更加高级的处理方法，以此消除上述各种有机污染物等水回用过程的潜在健康风险，使再生水净化成可满足生活饮用水水质标准和居民饮用要求的水资源。
在膜分离技术领域，正渗透、压力延迟渗透和反渗透都是基于半透膜渗透原理的膜过程。正渗透过程中水分子从选择性透过膜化学势高的一侧扩散到化学势低的一侧；反渗透过程以高于渗透压的压力作为推动力，利用选择性透过膜将溶剂与溶液中的其它组分进行分离；压力延缓渗透是正渗透和反渗透的中间过程，水压作用于渗透压梯度的反方向，水的净通量仍然是向浓缩液方向。
国内外对反渗透的研究起步于上世纪60年代，由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省、能耗低等优点，发展十分迅速。目前，反渗透淡化技术已经取得了大量工程应用。然而，反渗透淡化技术的继续进步依然存在不少障碍，反渗透系统能耗还有待降低，系统水回收率也有待提高，这是其造水成本长期居高不下的主要原因。
正渗透膜过程无需外压驱动，具有能耗低、耐污染、截留效率高等优势，正受到水处理行业的广泛青睐，其中，正渗透膜生物反应器技术是目前渗透膜法水处理领域的一项重要研究热点。正渗透膜生物反应器将活性污泥法和正渗透膜分离技术有机结合，利用正渗透膜分离技术作为处理单元中微生物的富集手段，并对微生物进行有效拦截或吸附，具有工艺流程简单、占地面积小、出水水质好、可直接回用、剩余污泥产量低、维护管理方便等特点。由于正渗透膜生物反应器的分离单元采用的是比超(微)膜具有更低截留分子量的正渗透膜，正渗透膜污染以及水回收率两个问题是其应用中需要克服的主要障碍。
发明内容
本发明的目的是提出一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法，它包括以下步骤：在正渗透膜生物反应器内设置第1级正渗透膜组件和第2级正渗透膜组件，经过预处理的污水水流B输入所述正渗透膜生物反应器内并将所述第1级正渗透膜组件和第2级正渗透膜组件浸没，将经过预处理的海水水流A输入到所述第1级正渗透膜组件中，产出水流C经增压泵增压后输入反渗透膜组件进行液体膜分离，产出产品水流D经消毒器消毒后成为成品淡水，剩余的浓盐水流E输入到所述第2级正渗透膜组件进行渗透，产出水流F排海，设置在所述正渗透膜生物反应器底部的曝气器进行曝气。
本发明的优点：
本发明考虑了水回收率、能耗、环境影响和运行维护等因素，借助正渗透膜生物反应器内的两级正渗透膜组件，一方面以海水为提取液利用正渗透膜生物反应器内第1级正渗透膜组件进行水回收的同时将海水进行稀释，进而提高反渗透淡化系统的水回收率、降低系统能耗；另一方面，本发明以反渗透浓水作为提取液进入正渗透膜生物反应器内第2级正渗透膜组件，进一步汲取经过处理的污水，从而降低海水淡化浓盐水海洋排放浓度；此外，通过对正渗透膜生物反应器内混合液的持续曝气搅动，不仅为生化反应的进行提供了充足氧气，还减少了正渗透膜过程的外部浓差极化等膜污染问题，提高了正渗透膜通量，延长了膜使用寿命，提高了系统水回收率。
附图说明
图1为本发明一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法，它包括以下步骤：在正渗透膜生物反应器6内设置第1级正渗透膜组件3和第2级正渗透膜组件7，经过污水预处理器2预处理的污水水流B输入正渗透膜生物反应器6内并将第1级正渗透膜组件3和第2级正渗透膜组件7浸没，将经过海水预处理器1预处理的海水水流A输入到第1级正渗透膜组件3中，产出水流C经增压泵4增压后输入反渗透膜组件5进行液体膜分离，产出产品水流D经消毒器8消毒后成为成品淡水，剩余的浓盐水流E输入到所述第2级正渗透膜组件7进行渗透，产出水流F排海，并由设置在正渗透膜生物反应器6底部的曝气器9进行曝气。
本发明形成了一种组合式淡水增量方法：生活污水首先进入污水预处理器2中进行物理处理，去除固体杂质，再通入正渗透膜生物反应器内进行生化处理；从海洋取来的海水经预处理器1进行预处理，去除固体杂质后为提取液，通过第1级正渗透膜组件回收部分处理过的污水，将海水进行稀释形成低盐度海水(水流C)，之后将稀释后的海水经增压泵4进行增压后输入反渗透膜组件，对水中的盐分和正渗透环节逃逸的溶解性污染物质进行去除；然后，将反渗透浓盐水(水流E)不直接海洋排放，再次作为提取液经第2级正渗透膜组件处理，并从中进一步汲取处理过的污水，从而降低排放浓盐水的浓度排入大海，削弱其对海洋环境的影响，最终，反渗透膜组件渗透侧以较高的回收率产出水流D经消毒器8消毒合格后成为成品淡水，达到饮用水标准。
正渗透膜生物反应器内设有曝气器，通过曝气器对池内混合液进行持续充氧和搅动，不仅为膜生物反应器内生化反应的进行提供了充足氧气，还减少了正渗透膜分离过程的外部浓差极化，起到提高正渗透膜通量、减缓膜污染和提高系统水回收率的作用。
本发明利用正渗透膜生物反应器内无需外压的正渗透过程将正渗透膜生物反应器内生化处理过的污水中的水汲取到海水中，再利用反渗透过程进行脱盐处理，从而提高反渗透淡化系统的水回收率，降低反渗透系统能耗和浓盐水的排放浓度。

Claims (1)

1.一种正渗透膜生物反应器/反渗透组合式淡水增量方法，其特征在于它包括以下步骤：在正渗透膜生物反应器内设置第1级正渗透膜组件和第2级正渗透膜组件，经过预处理的污水水流B输入所述正渗透膜生物反应器内并将所述第1级正渗透膜组件和第2级正渗透膜组件浸没，将经过预处理的海水水流A输入到所述第1级正渗透膜组件中，产出水流C经增压泵增压后输入反渗透膜组件进行液体膜分离，产出产品水流D经消毒器消毒后成为成品淡水，剩余的浓盐水流E输入到所述第2级正渗透膜组件进行渗透，产出水流F排海，设置在所述正渗透膜生物反应器底部的曝气器进行曝气。
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