CN116040800A - 一种ro浓水处理的三相潜流生态系统及处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及废水处理的技术领域，具体公开了一种RO浓水处理的三相潜流生态系统及处理工艺。一种RO浓水处理的三相潜流生态系统，包括进水管、高盐吸收模块、生物池处理模块、曝气模块以及用于出水的出水堰；生物池处理模块包括生态池、生物填料以及活性污泥，高盐吸收模块设置于生态池上，且进水管、生物填料、活性污泥以及曝气模块均设置于生态池内；另外，本申请的制备方法具有低能耗、可持续性、运行维护费用低的优点。
Description
技术领域
本申请涉及废水处理的技术领域，更具体地说，它涉及一种RO浓水处理的三相潜流生态系统及处理工艺。
背景技术
伴随着经济的发展与社会的进步，改善环境质量，保护环境，美化周边环境形象，已经成为必然和社会共识。随着改革越来越深入，个性化需求不断提升，企业废水零排放就是其中一个发展趋势。目前中水回用的方式中，反渗透产水的水质状况较优，可直接回用生产或作为纯水原水使用。
一般来讲，废水在进入RO膜之前会先进行预处理，降低其COD，然后再经过RO处理，废水经过RO处理后分为清水和浓水，RO浓水的浊度和COD等重要污染指标却都较低，但是其却具有硬度高、含盐量高的水质状况。面对盐分较高的RO浓水无法直接回用车间生产中，需采用有关技术来降低RO浓水中的含盐量，使得RO浓水水质符合回用标准。将RO浓水处理后循环回用，不仅可以节约大量水资源，而且也大幅度减少浓水的排放，降低对外界水环境的影响，这是一个必要的环节，但采用的处理工艺技术也需要符合节能减排的低碳理念。
相关技术中，为了去除或降低RO浓水水体中的盐分，使其水质满足车间回用标准，一般采用的处理工艺技术为蒸发结晶。蒸发结晶主要为通过外界供热对高盐分水体加热蒸发，通过对蒸发溶剂蒸发，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出，通过该方式将所有溶剂蒸发完成，实现溶剂与溶质分离。溶剂水通过蒸发形成水蒸气流至后端设备遇冷，再次冷凝成干净水，水质满足车间回用标准；同时在蒸发过程中水体中盐分饱和不断析出结晶，进而做到高盐分水体的盐分与水分离，最终结晶的盐分作为固废处理，冷凝水回用生产，达到废水零排放。
针对上述相关技术，发明人认为由于RO浓水水量多、蒸发量较大，因此三效蒸发结晶系统建设较大且复杂，同时具有牵涉造价高、运行费用高、能源消耗较大、维护维修费用高等缺点，并且上述这些高昂的建设费、运行费及运营过程中也存在的诸多问题，大大限制了蒸发结晶技术普及与推广，同时高额的建设成本与后续的运营维护成本，都大大增加企业零排放的成本。
发明内容
为了解决上述相关技术中存在的技术问题，本申请提供了一种低能耗、可持续性、运行维护费用低的一种RO浓水处理的三相潜流生态系统及处理工艺。
第一方面，本申请提供的一种RO浓水处理的三相潜流生态系统，采用如下的技术方案：
一种RO浓水处理的三相潜流生态系统，包括进水管、高盐吸收模块、生物池处理模块、曝气模块以及用于出水的出水堰；所述生物池处理模块包括生态池、生物填料以及活性污泥，所述高盐吸收模块设置于生态池上，且所述进水管、生物填料、活性污泥以及曝气模块均设置于生态池内。
通过采用上述技术方案，进水管用于将RO浓水输送至生态池中，然后由于活性污泥中含有较多的微生物，而生物填料为多孔结构，供微生物附着提供附着场所，并且生物填料悬浮在RO浓水中，高盐吸收单元、生物填料、活性污泥和曝气模块以及RO浓水形成一个固液气三相交替体系；在曝气模块的作用下，生物填料以及活性污泥在RO浓水中翻滚，使得高盐吸收单元、生物填料以及活性污泥在固液气三相相互交错、生物填料不规则翻滚接触及碰撞，使活性污泥中微生物之间的接触频率高与固液气三相接触表面交互更替发生氧化降解机理，用于将RO浓水中的盐分以及污染物吸收掉，作为能量代谢消耗，进行吸收降解；同时曝气模块还提供氧气，促使微生物生长吸收，并为固液气三相交替、接触表面交互更替发生氧化降解提供必要气体，并且高盐吸收单元也能够有效的将RO浓水中的盐分以及污染物进行吸收去除，使得经过处理的RO浓水硬度、含盐量满足车间生产使用标准，进而回用车间生产，实现水资源循环利用，且企业满足零排放。
可选的，所述高盐吸收模块包括高盐吸收单元和固定管道，所述固定管道铺设于生态池上，所述高盐吸收单元的数量为若干个，且各所述高盐吸收单元均设置于固定管道上，用于吸收生态池中RO浓水中的盐分。
通过采用上述技术方案，固定管道设置于生态池上，供若干数量的高盐吸收单元设置，并且高盐吸收单元与生态池中的RO浓水接触，用于吸收去除RO浓水中的盐分以及污染物。
可选的，所述高盐吸收单元为多种根系发达的植物。
通过采用上述技术方案，由于RO浓水盐分离子种类不同、单一植物对盐分离子吸收具有局限性，利用不同植物针对吸收不同盐分需求量不统一特性，面对多种类的盐分离子，采用多种植物交替种植，以此来保证对RO浓水中的多种盐分离子的吸收；
另外，本申请采用根系发达的水生植物、生物填料、活性污泥以及生态池内的曝气模块组成的一个完整固液气三相交替生态体系，根系发达植物与微生物由于新陈代谢的作用，通过植物根部吸收、微生物细胞的蛋白质载体主动运输，吸收水体中盐分，将水体中盐分通过低能耗、生物作用转移至植物体内以及微生物体内，并且在植物生长、微生物迭代生殖中，由固液气三相交替生态体系分离出来，用于降低RO浓水中的盐分以及污染物。
可选的，所述生态池包括厌氧池和好氧池，且所述厌氧池和好氧池连通设置，所述厌氧池内具有厌氧微生物，所述好氧池内具有好氧微生物，且所述厌氧微生物和好氧微生物用于吸收RO浓水中的盐分以及污染物。
通过采用上述技术方案，厌氧微生物和好氧微生物能够对RO浓水中不同的污染物进行吸收，因此，采用两者能够更好的高效率的对RO浓水中的多种污染物进行去除。
可选的，所述厌氧微生物包括但不限于产氢产乙酸菌群与产甲烷细菌，所述好氧微生物包括但不限于聚磷菌、钟虫、独缩虫及轮虫。
通过采用上述技术方案，本申请选用的厌氧微生物和好氧微生物均为耐受性微生物，能够在高盐分水环境中将作为能量代谢消耗、吸收降解；并且通过微生物微量富集功能，固液气三相交替生态体系内耐受性微生物可将略高于地表水三类的污染物降解至达地表水三类标准。
可选的，所述曝气模块包括曝气搅拌装置和曝气装置，所述曝气搅拌装置设置于厌氧池内，所述曝气装置设置于好氧池内。
通过采用上述技术方案，曝气搅拌装置用于定期对厌氧池进行搅拌，减少活性污泥沉积池的情况，同时通过搅拌使得生物填料和活性污泥在RO浓水中不规则翻滚接触及碰撞，进而使得微生物之间的接触频率高与固液气三相接触表面交互更替发生氧化降解作用，进一步降低RO浓水中污染物；而好氧池中的曝气装置则是持续为好氧池提供氧气，促使微生物生长吸收，同时为固液气三相交替、接触表面交互更替发生氧化降解提供必要气体。
可选的，所述生物填料包括流化床填料和组合填料中的一种或两种的组合物。
通过采用上述技术方案，本申请采用的流化床填料悬浮在RO浓水中，并且作为新型生物活性载体，具有比表面积大、亲水性强、流动性强、生物活性强等优点，能够使得微生物更好的附着在流化床填料中。
可选的，所述活性污泥的浓度至少为3500mg/L。
通过采用上述技术方案，活性污泥的浓度越高，其含有的微生物含量越多，能够提高微生物对RO浓水中的污染物的降解效率；并且当RO浓水中的污染物含量较少时，采用浓度为3500mg/L以上的活性污泥，活性污泥中的对RO浓水中污染物吸收好的微生物能够保持对RO浓水中污染物的吸收，而对该RO浓水中污染物吸收较差的微生物将被淘汰掉，形成污泥，而新的对RO浓水中污染物吸收好的微生物会生长出来，能够形成一个生态循环，有利于对RO浓水污染物以及盐分进行去除。
可选的，所述生物填料和活性污泥的添加体积之比为1：1。
通过采用上述技术方案，当生物填料过多时，容易在RO浓水中出现堆积的情况，不易曝气模块对生物填料进行搅拌作用；而当生物填料较少时，由于其是作为微生物附着的场所，相应的微生物的含量较少，从而降低了对RO浓水污染物的降解；因此，本申请选用的生物填料和活性污泥的添加体积之比为1：1是更佳的选择。
第二方面，本申请提供的一种RO浓水的处理工艺，采用如下的技术方案：
一种RO浓水的处理工艺，包括如下步骤：
步骤一：RO浓水经过进水管进入到生态池的厌氧池中，活性污泥中的厌氧微生物用于除去RO浓水中的污染物以及盐分；
步骤二：RO浓水经过厌氧池进入到好氧池中，曝气模块用于对好氧池中的好氧微生物提供氧气，同时用于搅拌整个好氧池，以使RO浓水、生物填料以及氧气三相交替，促进对RO浓水污染物以及盐分的除去；
步骤三：再进行步骤一、二的同时，高盐吸收单元用于吸收生态池中RO浓水中的盐分以及污染物；
步骤四：RO浓水经过高盐吸收单元和生态池处理后，从出水堰排除。
通过采用上述技术方案，本申请采用的RO浓水处理工艺具有温和、低能耗且可持续性高、运行成本低的特点，并且本申请选用的处理工艺来降低RO浓水硬度、含盐量，相比于传统的RO浓水蒸发结晶工艺，本申请的处理工艺建设成本低、后期运营费用低、安全性稳定性高等优势，更加符合企业零排放的需求。
1、本申请通过建设固液气三相交替碰撞运行的人工立体生态系统，人工将根系发达水生植物、生物填料、耐高盐分微生物与曝气模块在生态池中组成的一个完整固液气三相交替生态体系，对RO浓水等高盐分、低浓度污染物进行吸收处理，使得RO浓水的水质达地表水三类标准。
2、本申请采用气液固三相交替接触，充分发挥两相交替界面的微生物氧化反应机理，进一步降低RO浓水中污染物。
3、本申请的处理工艺建设成本低、后期运营费用低、安全性稳定性高等优势，更加符合企业零排放的需求。
附图说明
图1是本申请公开的RO浓水处理的三相潜流生态系统的剖视图；
附图标记说明：1、进水管；2、高盐吸收模块；21、固定管道；22、高盐吸收单元；3、生物池处理模块；31、生态池；311、厌氧池；312、好氧池；313、固定框；314、连通管；32、生物填料；4、曝气模块；41、曝气搅拌装置；42、曝气装置；5、出水堰。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。予以特殊说明的是：以下实施例中未注明具体条件者按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
本申请实施例公开一种RO浓水处理的三相潜流生态系统。参照图1，RO浓水处理的三相潜流生态系统包括进水管1、高盐吸收模块2、生物池处理模块3、曝气模块4以及用于出水的出水堰5。生物池处理模块3包括生态池31、生物填料32以及活性污泥，其中生态池31包括厌氧池311和好氧池312，厌氧池311和好氧池312并列设置，且两者之间通过连通管314连通。生态池31还包括固定板，且固定板设置于厌氧池311以及好氧池312的上表面，以用于将厌氧池311以及好氧池312覆盖。进水管1的出水口位于厌氧池311中，用于将RO浓水输送至厌氧池311中。
高盐吸收模块2包括固定管道21和高盐吸收单元22，本申请选用的固定管道21的数量为多个，且多个固定管道21间隔均匀的插接设置于固定板上。高盐吸收单元22可以选用植物或者吸收树脂，而本申请考虑到生态以及成本问题，选用的是根系发达的水生植物。并且水生植物的种类为多种，水生植物的根系穿过固定管道21位于厌氧池311和好氧池312内，浸泡在RO浓水中。本申请采用的水生植物的种植密度约25株 /平方米，最大化的提高对水生植物的利用率。水生植物可以选择很多根系发达的植物，本申请选用的是风车草与花叶芦苇；风车草与花叶芦苇通过种植在固定管道21内，发达的根系顺管道生长至水中，水上部分植物在通过光合作用，促进生长过程中对植物水中的根系由水体中汲取养分和盐分。并且，面对多种类的盐分离子的RO浓水，采用多种植物交替种植，并且定期将生长茂盛的植物叶子进行修剪，以促进植物生长和根部对RO浓水中盐分以及污染物的吸收。
生物填料32可以采用流化床填料或者组合填料或者两者的组合物，在本申请实施例中采用的是生物填料32为流化床填料，流化床填料可以悬浮在厌氧池311以及好氧池312中，并且流化床填料作为新型生物活性载体，规格为15mm×5mm厚度，具有比表面积大、亲水性强、流动性强、生物活性强的特点，能够更好供微生物附着。
活性污泥中含有大量的微生物，本申请选用的活性污泥的浓度至少为3500mg/L，且生物填料32以及活性污泥的体积之比为1:1，两者分别填充于厌氧池311和好氧池312中。厌氧池311和好氧池312中均通过螺钉设置有固定框313，固定框313能够将生物填料32进行限位于固定框313内，减少了RO浓水经处理后排水时，生物填料32随水流流出生态池31的情况。
厌氧池311的活性污泥中具有厌氧微生物，且本申请选用的厌氧微生物为具有耐受性的产氢产乙酸菌群与产甲烷细菌；好氧池312的活性污泥中具有好氧微生物，且本申请选用的好氧微生物为具有耐受性的聚磷菌、钟虫、独缩虫及轮虫。厌氧微生物和好氧微生物都能够有效的将RO浓水中的各种盐分以及各种污染物进行吸收降解，除去RO浓水中的盐分和污染物。
曝气模块4包括曝气搅拌装置41和曝气装置42，在本申请中曝气搅拌装置41为穿孔曝气管，而曝气装置42为曝气盘，曝气盘的数量为多个。曝气搅拌装置41位于厌氧池311的底部，通过曝气搅拌装置41对厌氧池311中定期通入空气，主要是用于对厌氧池311起到水利搅拌均衡的作用，使得生物填料32能够在厌氧池311内不规则的翻滚，且也使得长时间沉积在厌氧池311底部的活性污泥在RO浓水中悬浮。生物填料32在不停翻滚碰撞过程中，微生物在固液气三相接触表面交互更替发生氧化降解机理，进一步降低RO浓水水体中的污染物以及盐分。
曝气装置42铺设安装于好氧池312底部中，曝气装置42连续24小时运行供气，为好氧池312提供氧气，促使好氧微生物生长吸收，同时为固液气三相交替、接触表面交互更替发生氧化降解提供必要气体。
在本申请中，出水堰5位于好氧池312远离厌氧池311的一侧，采用的出水堰5类似水渠的结构，减少了孔状出水口出现聚集而流速快而产生的水流速不均匀的情况。
在本申请中，本申请选用根系发达的水生植物、耐受性微生物在设有生物填料32、生态池31池底铺设曝气模块4的固液气三相交替生态体系内，通过固液气三相交替接触、生物填料32发生碰撞发生氧化作用；水生植物在生长过程中需要养分及盐分通过发达根部对RO浓水水体污染物与盐分进行吸收、经过筛选的受耐性微生物通过能量消耗对污染物、盐分进行吸收，从而降低水中的盐分与污染物，使RO浓水硬度、含盐量满足车间生产使用标准，进而回用车间生产，实现水资源循环利用，且企业满足零排放。这种通过温和、低能耗且可持续性高、运行成本低的方式降低RO浓水硬度、含盐量。且本申请工艺的建设成本低、后期运营费用低、安全性稳定性高等优势，更加符合企业零排放的需求推广普及。
一种RO浓水处理的及处理工艺，包括如下步骤：
步骤一：RO浓水经过进水管1进入到生态池31的厌氧池311中，然后，曝气搅拌装置41定期启动对厌氧池311内进行气动搅拌，而厌氧池311内的厌氧微生物用于降解RO浓水中的污染物以及盐分；
步骤二：RO浓水经过厌氧池311处理后通过连通管314进入到好氧池312中，曝气装置42连续24小时运行，用于对好氧池312中的好氧微生物提供氧气，同时用于搅拌整个好氧池312，以使RO浓水、生物填料32以及氧气三相交替，促进对RO浓水污染物以及盐分的除去，并且促使微生物生长吸收，同时为固液气三相交替、接触表面交互更替发生氧化降解提供必要气体；
步骤三：再进行步骤一、二的同时，水生植物的根部通过固定管道21生长于RO浓水中，水上部分植物在通过光合作用，促进生长过程中对植物水中的根系从RO浓水水体中汲取各种污染物和盐分，用于进一步除去RO浓水中的盐分以及污染物；
步骤四：RO浓水经过高盐吸收单元22和生态池31处理后，从出水堰5排出到沉淀池中进行后续的沉淀操作。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：包括进水管(1)、高盐吸收模块(2)、生物池处理模块(3)、曝气模块(4)以及用于出水的出水堰(5)；所述生物池处理模块(3)包括生态池(31)、生物填料(32)以及活性污泥，所述高盐吸收模块(2)设置于生态池(31)上，且所述进水管(1)、生物填料(32)、活性污泥以及曝气模块(4)均设置于生态池(31)内。
2.根据权利要求1所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：所述高盐吸收模块(2)包括高盐吸收单元(22)和固定管道(21)，所述固定管道(21)铺设于生态池(31)上，所述高盐吸收单元(22)的数量为若干个，且各所述高盐吸收单元(22)均设置于固定管道(21)上，用于吸收生态池(31)中RO浓水中的盐分。
3.根据权利要求2所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：所述高盐吸收单元(22)为多种根系发达的植物。
4.根据权利要求1所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：所述生态池(31)包括厌氧池(311)和好氧池(312)，且所述厌氧池(311)和好氧池(312)连通设置，所述厌氧池(311)内具有厌氧微生物，所述好氧池(312)内具有好氧微生物，且所述厌氧微生物和好氧微生物用于吸收RO浓水中的盐分以及污染物。
5.根据权利要求4所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：所述厌氧微生物包括但不限于产氢产乙酸菌群与产甲烷细菌，所述好氧微生物包括但不限于聚磷菌、钟虫、独缩虫及轮虫。
6.根据权利要求4所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于： 所述曝气模块(4)包括曝气搅拌装置(41)和曝气装置(42)，所述曝气搅拌装置(41)设置于厌氧池(311)内，所述曝气装置(42)设置于好氧池(312)内。
7.根据权利要求1所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：所述生物填料(32)包括流化床填料和组合填料中的一种或两种的组合物。
8.根据权利要求1所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：所述活性污泥的浓度至少为3500mg/L。
9.根据权利要求1所述的RO浓水处理的三相潜流生态系统，其特征在于：所述生物填料(32)和活性污泥的添加体积之比为1：1。
10.一种根据权利要求1-9任一所述的RO浓水处理的及处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：RO浓水经过进水管(1)进入到生态池(31)的厌氧池(311)中，活性污泥中的厌氧微生物用于除去RO浓水中的污染物以及盐分；
步骤二：RO浓水经过厌氧池(311)进入到好氧池(312)中，曝气模块(4)用于对好氧池(312)中的好氧微生物提供氧气，同时用于搅拌整个好氧池(312)，以使RO浓水、生物填料(32)以及氧气三相交替，促进对RO浓水污染物以及盐分的除去；
步骤三：再进行步骤一、二的同时，高盐吸收单元(22)用于吸收生态池(31)中RO浓水中的盐分以及污染物；
步骤四：RO浓水经过高盐吸收单元(22)和生态池(31)处理后，从出水堰(5)排除。
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