CN105330106A - 正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理领域，公开了一种正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理方法及装置。预处理的废水进入反应器（1）中，一部分废水中的水在抽水泵（6）的作用下透过MF膜（2），得到清洁的出水；另一部分废水中的水透过FO膜（3）进入驱动模块（9）稀释驱动液；驱动液中的水透过RO膜（10），获得清洁的出水，浓缩后的驱动液经过回流泵（11）回流到驱动模块（9）中重复利用。本发明的废水处理方法和设备可处理不同来源和领域的废水，具有废水的广泛适用性，出水稳定，出水水质好等优点。

Description

正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理方法及装置
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理方法及装置。
背景技术
膜生物反应器（MBR）工艺作为一种新型的污水处理工艺，被广泛地进行研究。其中厌氧膜生物工艺（AnMBR）由于其处理出水水质良好、污泥浓度高、装置结构紧凑、管理操作方便、污泥停留时间延长、剩余污泥产量少等优点，越来越受到人们的关注。目前制约厌氧膜生物工艺和其他所有MBR工艺广泛应用的瓶颈就是膜污染问题。膜污染不仅降低了水通量，而且大大增加了膜的清洗和更换频率。
正渗透技术（FO）是采用选择性渗透膜两侧渗透压差作为驱动力的一种膜分离过程，由于具有低能耗、高回收率，低膜污染等优势，正渗透技术近年得到了广泛的关注。但是，正渗透技术存在驱动液反渗进系统的现象，驱动液中的溶质离子在浓度差作用下，会透过正渗透膜，到达废水中，影响了系统的稳定性。不仅会影响反应器内的生物活性，而且会导致废水的电导率上升，渗透膜两侧渗透压差减小，从而减少了膜通量。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的驱动液反渗等问题，提供了一种正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理方法及装置，利用该装置处理废水可以实现稳定出水。
本发明采用以下技术方案：
正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，包括反应器、MF膜（微滤膜）、FO膜（正渗透膜）、RO膜、驱动模块、回流泵、循环泵和抽水泵，MF膜和FO膜设在反应器内部，MF膜通过压力表和抽水泵相连，FO膜和RO膜通过驱动模块相连，FO膜经过循环泵和驱动模块构成循环系统，驱动模块和RO膜经过回流泵构成循环系统；驱动模块内设有驱动液。
本装置一方面利用反应器进行厌氧生物降解，另一方面采用正渗透技术进一步提高净水效果，而且采用了双循环系统，使整个装置的设置更加合理，最大程度的节省能源，利用自身能量循环再生。
作为优选，反应器外部的气泵一端和反应器底部的曝气头、另一端和反应器内液面的上方相连。曝气循环系统节约能源，废物利用率高。
作为优选，反应器内的溶液和反应器外部的电导率仪相连。
作为优选，所述驱动模块内的驱动液溶质为NaCl、KCl、NaNO3、K2SO4、NH4HCO3或Na3PO4中的至少一种。溶质离子渗透到废水中的同时，控制FO出水流量和MF出水流量，这时部分高电导率废水通过MF流出，反应器中废水的电导率维持一种平衡状态，从而保证了系统的稳定性。
当驱动液选择为NaCl时，其浓度为0.5M出水效果最稳定。
FO膜材质可以为三乙酸纤维素（CTA）或聚苯并咪唑（PBI）。
MF膜材质可以为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）或聚丙烯（PP）。
利用上述废水处理装置处理废水的方法，包括以下步骤：预处理的废水进入反应器中，一部分废水中的水在抽水泵的作用下透过MF膜，得到清洁的出水；另一部分废水中的水透过FO膜进入驱动模块稀释驱动液；驱动液中的水透过RO膜，获得清洁的出水，浓缩后的驱动液经过回流泵回流到驱动模块中重复利用。
本发明所述的预处理为现有混凝沉淀技术，目的为去除废水中的SS及部分COD，便于减少后续装置的膜污染。
上述过程中，RO膜截留下来的高浓度含盐水，回流到驱动液容器内，通过驱动液的循环再生，维持驱动液浓度的稳定，继续用于废水处理。
在上述过程中，较优的工艺条件为：水力停留时间为6～7h，FO膜通量15～20L/(m2·h)，MF膜通量20～25L/(m2·h)。
反应器内的废水电导率最好小于5ms/cm。本发明通过MF将一部分高电导率废水用泵抽走，以此稳定装置内废水的电导率（5ms/cm以内），从而保证正渗透膜两端稳定的渗透压。
本发明采用正渗透技术和厌氧膜生物技术并联运行的方式，预处理后的废水进入厌氧反应器进行生物降解，一部分水在渗透压的作用下，通过正渗透膜，到达驱动液中，另一部分水通过微滤膜，得到较为清洁的出水；然后采用反渗透技术对稀释后的驱动液进行浓缩，获得纯化后的水，以及再生驱动液。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图中各数字代表含义如下：1、反应器；2、MF膜；3、FO膜；4、曝气头；5、气泵；6、抽水泵；7、压力表；8、循环泵；9、驱动模块；10、RO膜；11、回流泵；12、电导率仪。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
如图1所示，一种正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，主要由反应器1、MF膜2、FO膜3、RO膜10、曝气头4、驱动模块9、回流泵11、循环泵8、气泵5和抽水泵6组成。
反应器1内的溶液和外部的电导率仪12相连，电导率仪12与电脑相连，实时监测反应器内废水的电导率。
反应器1外部的气泵5两端分别和反应器1底部的曝气头4、液面上方的反应器壁相连，反应器1反应产生的气体通过气泵5，从底端曝气头4排出，不断清洗FO膜和MF膜，减少膜污染。
MF膜2和FO膜3设在反应器1内部，MF膜2通过压力表7和抽水泵6相连，本发明通过MF膜将一部分高电导率废水用泵抽走，以此稳定装置内废水的电导率5ms/cm以内，从而保证正渗透膜两端稳定的渗透压。
FO膜3、驱动模块9和RO膜10依次连接，驱动模块9内设有驱动液。FO膜3经过循环泵8和驱动模块9构成循环系统。驱动模块9和RO膜10经过回流泵11构成循环系统。
驱动液让FO膜一侧有很大的渗透压，可以驱动反应器内废水中的水通过FO膜。这时候驱动液浓度会下降，驱动力也会下降，这时候RO膜截留下来的高浓度含盐水通过驱动液循环系统回流到驱动液容器内，本发明通过浓缩驱动液回流重复利用，维持驱动液浓度的稳定，保持稳定的渗透压。
所述驱动液的溶质可以为NaCl、KCl、NaNO3、K2SO4、NH4HCO3、Na3PO4中的一种或两种以上的混合物。当采用NaCl作为驱动液时，浓度为0.5M效果最好。
所述的FO膜材质可以采用三乙酸纤维素（CTA）、聚苯并咪唑（PBI）等，MF膜材质可以采用聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）、聚丙烯（PP）等。
正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置处理废水方法，包括废水降解工艺和驱动液循环工艺。
废水降解工艺：首先对废水进行预处理，除去废水中的悬浮物和/或固体物质，便于减少后续装置的膜污染；预处理后的废水，进入反应器1中，一部分废水在抽水泵6的作用下，废水中的水透过MF膜2，得到较为清洁的出水，进一步处理后排放；另一部分废水在渗透压的作用下，废水中的水透过FO膜3进入驱动模块9。
驱动液循环工艺：进入驱动模块9的水稀释了其中的驱动液，在压力作用下，稀释后的驱动液中的水透过RO膜10，分别获得清洁的出水和浓缩后的驱动液。清洁的出水进一步处理后排放；浓缩后的驱动液在回流泵11的作用下回流到驱动模块9中，重复利用于废水降解浓缩工艺的正渗透技术中，实现驱动液的循环利用，以及废水的持续处理。
上述工艺过程中的工艺参数为：水力停留时间（HRT）为6～7h，FO膜通量15～20L/(m2·h)，MF膜通量20～25L/(m2·h)。
试验
采用本发明对高COD浓度（1500～2000mg/L）废水进行处理：
反应器1有效容积为3.5L，水力停留时间为7h，RO膜通量为20-24L/(m2·h)，MF膜通量20～25L/(m2·h)，所用驱动液为0.5M的NaCl驱动液。
当进水电导率低于1ms/cm，装置内废水电导率小于5ms/cm时，FO膜通过的流量与MF膜通过的流量比为8～9:1，当电导率上升到5ms/cm及以上时，增大MF膜出水流量，维持反应器内废水的电导率的稳定。
当FO膜通量下降到8～10L/(m2·h)时或MF上压力表7从3KPa上升到45～50KPa时，将FO膜和MF膜取出清洗。
表1是增加MF前后装置内废水电导率变化，可见在正渗透系统中添加厌氧膜生物技术，可以有效地解决驱动液反渗问题，维持FO膜两端稳定的驱动压。
表2是该处理工艺对高COD浓度（1500～2000mg/L）废水进行处理后的出水水质的检测结果，可见该工艺对高COD浓度废水有很好的处理效果。
表1增加MF前后装置内废水电导率变化
电导率（ms/cm） 未加MF 增加MF
原水 <1 <1
1天 4.2 2.1
3天 9.5 3.6
5天 14.7 4.2
10天 21.9 4.6
15天 25 4.6
表2出水水质检测结果
指标 进水 FO出水 MF出水
COD（mg/L） 1500～2000 <10 <40～80
SS（mg/L） 80～100 0 0
PO4 3-（mg/L） 5 0 3～5
氨氮（mg/L） 40 15～20 38～40
Ca2+、Mg2+（mg/L） 50 2～3 46～48
本发明的装置和方法可以处理不同来源和领域的废水，具有废水的广泛适用性，出水稳定，出水水质好。以上公开的仅为本申请的具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，包括反应器（1）、MF膜（2）、FO膜（3）、RO膜（10）、驱动模块（9）、回流泵（11）、循环泵（8）和抽水泵（6），其特征在于，MF膜（2）和FO膜（3）设在反应器（1）内部，MF膜（2）和抽水泵（6）相连，FO膜（3）和RO膜（10）通过驱动模块（9）相连，FO膜（3）经过循环泵（8）和驱动模块（9）构成循环系统，驱动模块（9）和RO膜（10）经过回流泵（11）构成循环系统；驱动模块（9）内设有驱动液。
2.根据权利要求1所述的正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，其特征在于，反应器（1）外部的气泵（5）一端和反应器（1）底部的曝气头（4）、另一端和反应器（1）内液面的上方相连。
3.根据权利要求1所述的正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，其特征在于，反应器（1）内的溶液和反应器（1）外部的电导率仪（12）相连。
4.根据权利要求1所述的正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，其特征在于，所述驱动模块（9）内的驱动液溶质为NaCl、KCl、NaNO3、K2SO4、NH4HCO3或Na3PO4中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，其特征在于，驱动液为NaCl，浓度为0.5M。
6.根据权利要求1所述的正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，其特征在于，FO膜（3）的材质为三乙酸纤维素或聚苯并咪唑。
7.根据权利要求1所述的正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置，其特征在于，MF膜（2）的材质为聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚丙烯。
8.基于权利要求1所述的正渗透膜和厌氧膜并联的废水处理装置的废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：预处理的废水进入反应器（1）中，一部分废水中的水在抽水泵（6）的作用下透过MF膜（2），得到清洁的出水；另一部分废水中的水透过FO膜（3）进入驱动模块（9）稀释驱动液；驱动液中的水透过RO膜（10），获得清洁的出水，浓缩后的驱动液经过回流泵（11）回流到驱动模块（9）中重复利用。
9.根据权利要求8所述的废水处理方法，其特征在于，水力停留时间为6～7h，FO膜通量15～20L/(m2·h)，MF膜通量20～25L/(m2·h)。
10.根据权利要求8所述的废水处理方法，其特征在于，反应器（1）内的废水电导率小于5ms/cm。
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