CN109354304A - 一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法 - Google Patents

一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域。现有污水处理工艺对污水的处理效果有限,净水水质仍有待提高。针对现有技术中的问题,本发明公开了一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,首先通过相互配合的一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器依次对污水进行固液分离,三级纳滤膜反应器出水通过电容去离子反应装置处理去除氨氮后出水水质稳定达到国家一级A排放标准,回收的有机碳源利用厌氧发酵以获取甲烷气体,发酵后的残液回流至膜反应器中以实现絮凝剂的重复利用,发酵污泥残渣进行肥料利用和磷资源回收。本发明工艺流程简单,工艺出水达一级A排放标准,且可以兼顾碳源与氮磷资源的回收,实现污水资源的最大化利用。

Description

一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理和能源回收方法,具体涉及一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,属于污水处理技术领域。
背景技术
目前城市污水的处理工艺是好氧活性污泥法及其衍生生物处理工艺。这些工艺的主要处理核心是将污水中的有机物以剩余污泥和CO2的形式排出系统,实现污染物的去除。然而,受限于工艺原理本身,传统活性污泥法存在能耗较高、碳排放量大、资源回收率低、温室气体排放等问题,与当前节能减排的需求和可持续发展观念形成矛盾,污水处理正逐渐由“污染物去除”向“污水资源化、能源化处理”转变。
针对回收能源这一需求,目前对碳源进行分离富集的手段主要包括活性污泥吸附和膜分离技术两大类。活性污泥吸附原理在于活性污泥絮体是具有高度亲水的极性物质,活性污泥上的菌胶团对污染物具有强烈的吸附性能,当污染物与活性污泥絮体接触时,污染物即可被吸附,实现碳源的浓缩。而膜分离技术作为一种新型分离技术,可同步实现碳源分离浓缩和对污水出水水质的有效提升,并兼备易操作、设施简单等特点,较之活性污泥吸附法具有一定技术优势。
应用于污水碳源分离浓缩的膜分离技术主要包括动态膜、微滤膜、超滤膜和正渗透膜。动态膜是通过过滤含有膜物质的溶液从而在多孔基材表面形成,由于所选基材主要为微米计孔径的微网材料,因此动态膜具有廉价、运行通量高等优点。但是,由于动态膜孔径较大,仅对颗粒态和胶体态污染物具有一定的拦截作用,对溶解性污染物拦截效果较差,因此动态膜技术对碳源回收和污水处理的效果都十分有限。微滤膜是一种孔径范围主要介于0.1~1μm的多孔膜,能够截留污水中的部分颗粒态污染物和胶体态污染物,微滤的截留机理主要包括膜表面层截留,包括机械截留作用、吸附截留作用和架桥作用以及膜内部截留。而纳滤作为一种介于超滤和反渗透之间的膜过滤技术,可以高效截留水中的有机污染物。
目前污水处理工艺通常采用单一的膜分离技术对污水进行处理以分离污水中的碳源净化水质,然而,单一的膜分离技术对污水的处理负荷高,处理效果有限,且分离膜在污水处理过程中易发生堵塞,使用寿命短。
发明内容
针对现有技术中的问题,本发明提供一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,该方法步骤简单,通过动态膜分离技术、微滤膜分离技术和纳滤膜分离技术的相互配合,在减轻各级分离膜对污水的处理负荷的同时可以提高对污水的处理效果,实现污水中碳源的全面浓缩,提升出水水质。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案是:
一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,包括如下步骤:
(1)将原污水依次通过一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器进行固液分离,污水中的污染物按粒径大小依次沉积在各反应器的底部,以有机碳源的形式回收,三级纳滤膜反应器出水通过电容去离子反应装置后,出水水质稳定达到国家一级A排放标准;
(2)回收的有机碳源排入厌氧反应器进行厌氧发酵,发酵产生的甲烷气体从厌氧反应器顶部排出后收集,发酵产生的残液70~90%回流至一级动态膜反应器,发酵污泥残渣进行肥料利用和磷资源回收。
作为优选方案,所述一级动态膜反应器采用目数为200~800的涤纶网、尼龙网或不锈钢丝网作为基膜;所述二级微滤膜反应器采用孔径为0.10~0.50μm的微滤膜作为基膜;所述三级纳滤膜反应器采用孔径为1~2nm的纳滤膜作为基膜。
作为优选方案,污水在进入一级动态膜反应器和二级微滤膜反应器后均通过自动加药装置投加混凝剂以辅助污水中的污染物混凝沉降。
作为进一步优选方案,所述混凝剂为聚合氯化铁、聚合硫酸铁、壳聚糖和改性壳聚糖中的一种或者几种混合。
作为优选方案,三级纳滤膜反应器出水首先进入电容去离子反应装置中的离子池,在电场的作用力下,三级纳滤膜反应器出水中的氨氮离子吸附在电极表面,净水由电容去离子反应装置的溢流口流出,通过反接电路或短路得到氨氮浓缩液。
从以上描述可以看出,本发明具备以下优点:
1.本发明巧妙的将动态膜分离技术、微滤膜分离技术和纳滤膜分离技术结合起来,污水依次经过相互配合的动态膜反应器、微滤膜反应器和纳滤膜反应器,可使污染物按粒径由大到小依次被拦截,实现层层浓缩和全面浓缩,大大提升出水水质,同时经上一级反应器去除大粒径污染物的污水在进入下一级反应器时能减轻下一级反应器的处理负荷,防止各分离膜发生堵塞,实现各级反应器的高效利用;此外,污水在进入动态膜反应器、微滤膜反应器后通过在反应器中投加混凝剂可以辅助污水中的有机物混凝沉降,在抑制膜污染的同时提升膜的分离拦截效率,进一步提高出水水质。
2.本发明通过膜分离技术和电容去离子技术(CDI技术)的相互配合,可兼顾碳源与氮磷资源的回收,最大程度将污水中的资源再利用,并且同步实现工艺出水优于一级A排放标准,实现了污水处理工艺的创新。
3.本发明通过厌氧产气对实现回收碳源的利用,同时依靠回流厌氧残液至一级动态膜分离以实现絮凝剂的重复利用,节省混凝剂的投加,有效控制成本。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图;
具体实施方式
下面通过实施例子,进一步阐述本发明的特点,但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1:
一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,包括如下步骤:
(1)将原污水(平均COD为396.8mg/L,氨氮浓度为44.83mg/L)依次通过一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器进行固液分离,其中,一级动态膜反应器采用厚度为0.8mm的250目涤纶网作为基膜,污水在进入一级动态膜反应器后通过自动投药装置在一级动态膜反应器中投加50mg/L聚合氯化铁作为混凝剂辅助有机物混凝沉降;二级微滤膜反应器采用孔径为0.22μm的PVDF微滤膜作为基膜,污水在进入二级微滤膜反应器后通过自动投药装置在一级动态膜反应器中投加30mg/L聚合氯化铁作为混凝剂辅助有机物混凝沉降;三级纳滤膜反应器采用孔径为1.5nm的纳滤膜作为基膜;污水中的污染物按粒径大小依次沉积在各膜反应器的底部,以有机碳源的形式回收,一级动态膜反应器出水平均COD为119.9mg/L,氨氮浓度为42.3mg/L;二级微滤膜反应器出水平均COD为55.9mg/L,氨氮浓度为40.7mg/L;三级纳滤膜反应器出水平均COD为<10mg/L,氨氮浓度30mg/L;三级纳滤膜出水首先进入电容去离子反应装置中的离子池,在电场的作用力下,三级纳滤膜出水中的氨氮离子吸附在电极表面,净水由电容去离子反应装置的溢流口流出,净水中的氨氮浓度<5mg/L,净水水质优于国家一级A排放标准,一段时间后反接电路或短路可以得到氨氮浓缩液。
(2)回收的有机碳源排入厌氧反应器进行厌氧发酵,发酵产生的甲烷气体从厌氧反应器顶部排出后收集,其中,经过测算每克COD产甲烷0.28L,发酵产生的残液70~90%回流至一级动态膜反应器中,以实现絮凝剂的重复利用,节省混凝剂的投加,有效控制成本。
实施例2:
一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,包括如下步骤:
(1)将原污水(平均COD为396.8mg/L,氨氮浓度为44.83mg/L)依次通过一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器进行固液分离,其中,一级动态膜反应器采用厚度为0.8mm的800目涤纶网作为基膜,污水在进入一级动态膜反应器后通过自动投药装置在一级动态膜反应器中投加50mg/L聚合氯化铁作为混凝剂辅助有机物混凝沉降;二级微滤膜反应器采用孔径为0.50μm的PVDF微滤膜作为基膜,污水在进入二级微滤膜反应器后通过自动投药装置在一级动态膜反应器中投加30mg/L聚合氯化铁作为混凝剂辅助有机物混凝沉降;三级纳滤膜反应器采用孔径为2nm的纳滤膜作为基膜;污水中的污染物按粒径大小依次沉积在各膜反应器的底部,以有机碳源的形式回收,一级动态膜反应器出水平均COD为130.6mg/L,氨氮浓度为43.7mg/L;二级微滤膜反应器出水平均COD为69.3mg/L,氨氮浓度为41.5mg/L;三级纳滤膜反应器出水平均COD为<10mg/L,氨氮浓度32mg/L;三级纳滤膜出水首先进入电容去离子反应装置中的离子池,在电场的作用力下,三级纳滤膜出水中的氨氮离子吸附在电极表面,净水由电容去离子反应装置的溢流口流出,净水中的氨氮浓度<5mg/L,净水水质优于国家一级A排放标准,一段时间后反接电路或短路可以得到氨氮浓缩液。
(2)回收的有机碳源排入厌氧反应器进行厌氧发酵,发酵产生的甲烷气体从厌氧反应器顶部排出后收集,其中,经过测算每克COD产甲烷0.22L,发酵产生的残液70~90%回流至一级动态膜反应器中,以实现絮凝剂的重复利用,节省混凝剂的投加,有效控制成本。
实施例3:
一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,包括如下步骤:
(1)将原污水(平均COD为396.8mg/L,氨氮浓度为44.83mg/L)依次通过一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器进行固液分离,其中,一级动态膜反应器采用厚度为0.8mm的450目涤纶网作为基膜,污水在进入一级动态膜反应器后通过自动投药装置在一级动态膜反应器中投加50mg/L聚合氯化铁作为混凝剂辅助有机物混凝沉降;二级微滤膜反应器采用孔径为0.11μm的PVDF微滤膜作为基膜,污水在进入二级微滤膜反应器后通过自动投药装置在一级动态膜反应器中投加30mg/L聚合氯化铁作为混凝剂辅助有机物混凝沉降;三级纳滤膜反应器采用孔径为1nm的纳滤膜作为基膜;污水中的污染物按粒径大小依次沉积在各膜反应器的底部,以有机碳源的形式回收,一级动态膜反应器出水平均COD为125.4mg/L,氨氮浓度为43.1mg/L;二级微滤膜反应器出水平均COD为53.2mg/L,氨氮浓度为39.6mg/L;三级纳滤膜反应器出水平均COD为<10mg/L,氨氮浓度29mg/L;三级纳滤膜出水首先进入电容去离子反应装置中的离子池,在电场的作用力下,三级纳滤膜出水中的氨氮离子吸附在电极表面,净水由电容去离子反应装置的溢流口流出,净水中的氨氮浓度<5mg/L,净水水质优于国家一级A排放标准,一段时间后反接电路或短路可以得到氨氮浓缩液。
(2)回收的有机碳源排入厌氧反应器进行厌氧发酵,发酵产生的甲烷气体从厌氧反应器顶部排出后收集,其中,经过测算每克COD产甲烷0.30L,发酵产生的残液70~90%回流至一级动态膜反应器中,以实现絮凝剂的重复利用,节省混凝剂的投加,有效控制成本。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将原污水依次通过一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器进行固液分离,污水中的污染物按粒径大小依次沉积在各反应器的底部,以有机碳源的形式回收,三级纳滤膜反应器出水通过电容去离子反应装置处理后,出水水质稳定达到国家一级A排放标准;
(2)回收的有机碳源排入厌氧反应器进行厌氧发酵,发酵产生的甲烷气体从厌氧反应器顶部排出后收集,发酵产生的残液70~90%回流至一级动态膜反应器,发酵污泥残渣进行肥料利用和磷资源回收。
2.如权利要求1所述的基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,其特征在于,所述一级动态膜反应器采用目数为200~800的涤纶网、尼龙网或不锈钢丝网作为基膜;所述二级微滤膜反应器采用孔径为0.10~0.50μm的微滤膜作为基膜;所述三级纳滤膜反应器采用孔径为1~2nm的纳滤膜作为基膜。
3.如权利要求1所述的基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,其特征在于,污水在进入一级动态膜反应器和二级微滤膜反应器后均通过自动加药装置投加混凝剂以辅助污水中的污染物混凝沉降。
4.如权利要求3所述的基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,其特征在于,所述混凝剂为聚合氯化铁、聚合硫酸铁、壳聚糖和改性壳聚糖中的一种或者几种混合。
5.如权利要求1所述的基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法,其特征在于,三级纳滤膜反应器出水首先进入电容去离子反应装置中的离子池,在电场的作用力下,三级纳滤膜反应器出水中的氨氮离子吸附在电极表面,净水由电容去离子反应装置的溢流口流出,通过反接电路或短路得到氨氮浓缩液。
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