CN206318843U - 一种高浓度有机废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高浓度有机废水处理系统，包括依次连通的厌氧生物处理装置、原料液池、正渗透膜组件和驱动液池，所述原料液池内设有曝气管，所述处理系统还包括用于将正渗透膜组件的支撑层内汲取液进行浓缩导入驱动液池且分离出纯水的膜蒸馏系统。本实用新型首次将厌氧生物处理技术、正渗透膜生物反应器、膜蒸馏组合来处理高浓度有机废水，并且此组合系统可使有机物的浓度降到最低，纯水回收率最大。

Description

一种高浓度有机废水处理系统

技术领域

本实用新型属于污水处理系统，具体涉及一种高浓度有机废水处理系统。

背景技术

水污染是我国当前面临的主要环境问题之一。高浓度有机废水是造成水质变坏、发黑发臭的罪魁祸首，其中一些合成有机物难以生物降解，易在环境中积累，对生物具有毒害作用，已对人类健康构成严重威胁。随着我国工业化进程的推进，排出高浓度有机废水的食品加工、纺织、制药、造纸、炼焦及石油加工等行业得到了高速发展，相应的废水排放量增加，进一步增大了各大水系的环境压力。由于采用常规的废水处理方法难以净化或无法满足净化处理的技术和经济要求，使得高浓度有机废水的净化处理成为现阶段国内外环境保护技术领域亟待解决的一个难题。目前，高浓度有机废水处理方法主要有厌氧生物处理法、超临界水氧化技术、光催化氧化技术、膜分离技术和电催化氧化法。

厌氧生物处理技术是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物，大分子的有机物首先被水解成低分子化合物，然后被转化成CH₄和CO₂等。厌氧生物处理技术包括厌氧水解法、厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床厌氧接触法、厌氧生物滤池法、上流式厌氧污泥床反应器法、厌氧颗粒污泥膨胀床法、内循环厌氧反应器法等。

正渗透膜生物反应器是将正渗透技术与活性污泥法有机结合起来的一种新型高效污水处理工艺，其中正渗透分离过程依靠原料液和汲取液的浓度差产生的渗透压差来驱动膜分离过程，不需外加压力，因而比传统的压力驱动型膜分离过程能耗更低，而且由于在低压条件下运行，膜污染相对轻微，该工艺具有能耗低、出水水质好、膜污染潜能低、不产生浓缩水、纯水回收率高等优点。因此正渗透膜生物反应器是一种具有明显优势和广泛应用前景的污水处理工艺。

膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分离的目的。与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点。

中国专利CN10548110A公开的“一种污水处理的方法和装置”，采用厌氧生物处理、正渗透、电渗析组合系统来处理污水，此系统不适合于处理高浓度有机废水，厌氧生物处理主要是将大分子有机物降解为小分子有机物，并没有将有机物完全转化为无机物，出水中有机物浓度较高，因此，若用此装置处理高浓度有机废水，经过厌氧生物处理，仍有较多的有机物进入正渗透膜组件，产生较大的膜污染，缩短正渗透膜的使用时间，出水水质达不到理想效果，且仅使用正渗透技术来处理污水，没有将正渗透技术与活性污泥法结合起来，即没有利用正渗透膜生物反应器，另外，电渗析只能部分除盐，浓缩效果不如膜蒸馏。

随着经济和社会的发展，高浓度有机废水污染物的种类和污水的数量不断增加，传统、单一的污水处理技术已经不能满足要求，改进和完善传统工艺以及多重工艺的联合应用将是今后处理高浓度有机废水的发展趋势。

发明内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种高浓度有机废水处理系统，目的是能够高效地处理高浓度有机废水，并且有效减轻膜污染。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种高浓度有机废水处理系统，包括依次连通的厌氧生物处理装置、原料液池、正渗透膜组件和驱动液池，所述原料液池内设有曝气管，所述处理系统还包括用于将正渗透膜组件的支撑层内汲取液进行浓缩导入驱动液池且分离出纯水的膜蒸馏系统。

通过第一进水泵将原料液池内的原料液泵入正渗透膜组件的活性层内，通过第二进水泵将驱动液池内的驱动液泵入正渗透膜组件的支撑层内。

所述膜蒸馏系统包括依次连接的膜蒸馏加热器、膜蒸馏组件、膜蒸馏浓水池，膜蒸馏加热器的进水口与正渗透膜组件的支撑层相连通，所述膜蒸馏浓水池的出水口与驱动液池的进水口相连通。

所述处理系统还包括用于监测支撑层内汲取液电导率的第一电导率控制仪、用于将支撑层内汲取液泵入膜蒸馏加热器的第三进水泵、用于监测膜蒸馏浓水池内浓缩水电导率的第二电导率控制仪和用于将膜蒸馏浓水池内浓缩水泵入驱动液池的第四进水泵，所述第一电导率控制仪与第三进水泵连接，所述第二电导率控制仪与第四进水泵连接。

所述处理系统还包括与第二电导率控制仪连接且用于将膜蒸馏浓水池内浓缩水泵入膜蒸馏加热器的第五进水泵。

所述膜蒸馏组件的组件形式为板式、卷式、中空纤维式或管式。

所述正渗透膜组件的组件形式为板式、卷式、中空纤维式或管式。

所述膜蒸馏组件为一组或多组，多组膜蒸馏组件串联或并联。

所述正渗透膜组件为一组或多组，多组正渗透膜组件串联或并联。

所述膜蒸馏组件的材质为疏水材料。所述膜蒸馏组件采用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚飒和聚醚飒等疏水材料或经过疏水化改性的材料。

所述正渗透膜组件的放置方式为活性层面向所述驱动液池或活性层面向所述原料液池。

所述厌氧生物处理装置设有第一排污阀，所述原料液池设有第二排污阀。

所述厌氧生物处理装置为厌氧接触装置、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床厌氧接触装置、厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧颗粒污泥膨胀床和内循环厌氧反应器中的一种。

所述正渗透膜组件膜材料包括醋酸纤维素、聚酞胺、聚丙烯睛或聚苯并咪哩膜。

所述汲取液有无机盐、有机小分子盐类、高分子聚电解质、高含盐废水。无机盐包括NaCl、KCl、MgCl₂、Na₂SO₄、K₂SO₄、MgSO₄、NaNO₃、KNO₃、Mg(NO₃)₂、Ca(NO₃)₂、Na₂CO₃、K₂CO₃的一种或几种；有机小分子盐类包括乙二胺、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸、乙酸镁、乙酸钠中的一种或几种；高分子聚电解质包括聚乙烯胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、聚酞胺基胺盐酸盐、硫酸盐、磺化聚苯乙烯中的一种或几种；高含盐废水包括各种高含盐量废水。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型首次将厌氧生物处理技术、正渗透膜生物反应器、膜蒸馏组合来处理高浓度有机废水，并且此组合系统可使有机物的浓度降到最低，纯水回收率最大。

2、厌氧生物处理的有机负荷是好氧生物处理的5～10倍，因此先用厌氧生物处理技术预处理高浓度有机废水，有利于减轻正渗透膜生物反应器的有机负荷，有利于正渗透膜生物反应器长期稳定运行，且还极大地减少污泥对正渗透膜的污染。

3、厌氧生物处理技术可以提高高浓度有机废水可生化性，为后续好氧处理工艺处理效果提供基础。此外，厌氧处理过程可以杀死高浓度有机废水中一部分寄生虫卵，并可以减少氯化烃类等高分子有机物的毒性，减轻对正渗透膜的伤害。

4、原料液池内曝气管的设置，相当于活性污泥法，也十分有利于有机物的除去，并且厌氧生物处理与活性污泥法结合可以大大降低高浓度有机废水的有机物浓度，极大地减轻了正渗透膜污染，延长正渗透膜的使用寿命。

5、采用汲取液电导率而非汲取液浓度作为判断循环的方向，汲取液的选用范围很广，适用于几乎所有的无机盐、有机盐、高分子聚电解质及各种高盐废水(易挥发的盐类除外)，而且仅需一种电导率控制仪，无需多种浓度测试仪器。选用电导率控制仪，具有方便简单快速优势。

6、膜蒸馏可以在极高的浓度条件下运行，即可以把非挥发性溶质的水溶液浓缩到极高的程度，因此，本系统内的汲取液可以有很高的浓度，产生很高的渗透压，正渗透过程水通量能达到最大。

7、在膜蒸馏过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，可以利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源，可以降低整个系统的运行费用。

8、膜蒸馏过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程，因此，可以回收有利用价值的汲取液溶质，并且当需要将现行汲取液如氯化钠、硝酸钾等换为其他汲取液时，可以利用膜蒸馏，升高温度，将氯化钠、硝酸钾结晶，得到相应的溶质，可以另为他用，提高经济效益。

9、由于正渗透膜只允许水分子通过并且在膜蒸馏过程中，只有水蒸汽能透过膜孔，故最终产水的纯度极高，有机物的除去率高达100％，高于现行处理高浓度有机废水技术。

10、由于好氧处理前先进行厌氧处理，好氧曝气量可以小于一般好氧曝气量；正渗透过程无需外加压力驱动；在膜蒸馏过程中，可以利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源加热稀释汲取液；汲取液能循环利用，因此，本组合系统能耗低，经济费用低，具有长远经济效益。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本实用新型的结构示意图。

图中标记为：

1、厌氧生物处理装置，2、第一排污阀，3、原料液池，4、曝气管，5、第二排污阀，6、第一进水泵，7、第二进水泵，8、驱动液池，9、正渗透膜组件，10、第一电导率控制仪，11、第三进水泵，12、膜蒸馏加热器，13、膜蒸馏组件，14、膜蒸馏浓水池，15、第二电导率控制仪，16、第五进水泵，17、第四进水泵。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本实用新型具体涉及一种高浓度有机废水处理系统，包括依次连通的厌氧生物处理装置1、原料液池3、正渗透膜组件9和驱动液池8，原料液池3内设有曝气管，该高浓度有机废水处理系统还包括用于将正渗透膜组件9的支撑层内汲取液进行浓缩导入驱动液池8且分离出纯水的膜蒸馏系统。厌氧生物处理装置用于对高浓度有机废水进行厌氧处理，可以采用现有的厌氧接触装置、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床厌氧接触装置、厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧颗粒污泥膨胀床、内循环厌氧反应器等中的一种。厌氧生物处理装置1设有第一排污阀2，厌氧生物处理装置内的污泥浓度达到设定浓度时，打开第一排污阀进行排污泥处理；原料液池3设有第二排污阀5，原料液池3的污泥浓度达到设定浓度时，打开第二排污阀进行排污泥处理，当然，可以根据需要排出定量污泥。正渗透膜组件用于分离较高浓度有机废水。

通过第一进水泵6将原料液池3内的原料液泵入正渗透膜组件9的活性层内，通过第二进水泵7将驱动液池8内的驱动液泵入正渗透膜组件9的支撑层内。正渗透膜组件的组件形式可以为板式、卷式、中空纤维式或管式。正渗透膜组件可以为一组或多组，多组正渗透膜组件串联或并联。

膜蒸馏系统包括依次连接的膜蒸馏加热器12、膜蒸馏组件13、膜蒸馏浓水池14，膜蒸馏加热器12的进水口与正渗透膜组件9的支撑层相连通，膜蒸馏浓水池14的出水口与驱动液池8的进水口相连通。膜蒸馏加热器12用于加热稀释汲取液直至设定温度；膜蒸馏组件13用于分离被稀释的汲取液，从而得到所需纯水及浓缩的汲取液；膜蒸馏浓水池用于冷却并储存经过膜蒸馏组件浓缩的汲取液。膜蒸馏组件的组件形式可以为板式、卷式、中空纤维式或管式。膜蒸馏组件可以为一组或多组，多组膜蒸馏组件串联或并联。正渗透膜组件的放置方式为活性层面向驱动液池或活性层面向原料液池，通过正渗透膜组件的正渗透作用，汲取原料液中的水，并被稀释，稀释的汲取也进入膜蒸馏加热器进行加热。

高浓度有机废水首先进入厌氧生物处理装置1，进行厌氧处理，有效降低其有机物的浓度，再进入原料液池3，且原料液池3中设有曝气管4，提供氧气，即原料液池3中就是活性污泥法，进一步降低有机物浓度，减轻污泥对正渗透膜的污染，原料液池池3中的有机废水经第一进水泵6进入正渗透组件的活性层侧，驱动液池8中的储存汲取液经第二进水泵7进入正渗透膜组件的支撑层，由于汲取液的渗透压远高于有机废水且正渗透膜活性层仅允许水分子通过，故有机废水中的水分自动透过活性层将支撑层侧的汲取液稀释，浓缩的原料液部分通过回流管返回厌氧生物处理装置1，随新进来的高浓度有机废水重复以上过程，且剩余部分回到原料液池3。厌氧生物处理装置1的污泥浓度达到设定浓度时，第一排污阀2排出定量污泥，同样，原料液池3的污泥浓度达到设定浓度时，第二排污阀5排出定量污泥，以保证厌氧生物处理装置1与原料液池3中的污泥浓度恒定在一定范围，有利于系统的稳定运行。

该高浓度有机废水处理系统还包括用于监测支撑层内汲取液电导率的第一电导率控制仪10、用于将支撑层内汲取液泵入膜蒸馏加热器12的第三进水泵11、用于监测膜蒸馏浓水池14内浓缩水电导率的第二电导率控制仪15和用于将膜蒸馏浓水池14内浓缩水泵入驱动液池的第四进水泵17，第一电导率控制仪10与第三进水泵11连接，第二电导率控制仪15与第四进水泵17连接。第一电导率控制仪用于正渗透膜组件的汲取液侧电导率的自动监测，当被稀释汲取液的电导率降低到驱动液池8中汲取液电导率的1/2时，启动第三进水泵11，将稀释的汲取液泵入膜蒸馏加热器12，在膜蒸馏加热器12中加热；第二电导率控制仪用于自动监测膜蒸馏浓水池14内浓水的电导率。待膜蒸馏浓水池14内浓水温度降低至室温，当膜蒸馏浓水池14中的电导率等于正渗透汲取液池8中的汲取液电导率时，启动驱动液进水泵17，将膜蒸馏浓水池内浓水泵入驱动液池8，被用作汲取液。

上述处理系统还包括与第二电导率控制仪15连接且用于将膜蒸馏浓水池14内浓缩水泵入膜蒸馏加热器12的第五进水泵16。第五进水泵的设置，是当第二电导率控制仪显示的电导率小于驱动液池8中的汲取液电导率时，可以通过启动第五进水泵16将膜蒸馏浓水池14内的浓水泵入膜蒸馏加热器12，进行进一步浓缩，使浓缩后进入膜蒸馏浓水池内的浓水达到电导率的要求。

膜蒸馏组件的膜材料优选采用疏水材料，更优选的是采用高疏水材料制成，比如膜蒸馏组件可以采用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚飒和聚醚飒等疏水材料或经过疏水化改性的材料，使得液态的水不能透过膜，只有水蒸气可以透过膜进入产水侧，由于汲取液温度相对较高，在膜蒸馏组件两侧蒸气分压差的驱动下，水蒸气透过膜，进入产水侧进而收集起来，膜蒸馏组件原料液侧的浓缩出水进入膜蒸馏浓水池14中，待冷却至室温，第二电导率控制仪15显示膜蒸馏浓水池14中的电导率小于驱动液池8中的汲取液电导率时，启动第五进水泵16返回到膜蒸馏加热器12，循环膜蒸馏过程，直至冷却至室温，膜蒸馏浓水池14中的电导率等于驱动液池8中的汲取液电导率时，启动驱动液进水泵17，进入驱动液池8，被用作汲取液，从而达到循环利用汲取液的目的。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述。显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高浓度有机废水处理系统，包括依次连通的厌氧生物处理装置、原料液池、正渗透膜组件和驱动液池，其特征在于：所述原料液池内设有曝气管，所述处理系统还包括用于将正渗透膜组件的支撑层内汲取液进行浓缩导入驱动液池且分离出纯水的膜蒸馏系统。

2.根据权利要求1所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：通过第一进水泵将原料液池内的原料液泵入正渗透膜组件的活性层内，通过第二进水泵将驱动液池内的驱动液泵入正渗透膜组件的支撑层内。

3.根据权利要求1所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述膜蒸馏系统包括依次连接的膜蒸馏加热器、膜蒸馏组件、膜蒸馏浓水池，膜蒸馏加热器的进水口与正渗透膜组件的支撑层相连通，所述膜蒸馏浓水池的出水口与驱动液池的进水口相连通。

4.根据权利要求3所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括用于监测支撑层内汲取液电导率的第一电导率控制仪、用于将支撑层内汲取液泵入膜蒸馏加热器的第三进水泵、用于监测膜蒸馏浓水池内浓缩水电导率的第二电导率控制仪和用于将膜蒸馏浓水池内浓缩水泵入驱动液池的第四进水泵，所述第一电导率控制仪与第三进水泵连接，所述第二电导率控制仪与第四进水泵连接。

5.根据权利要求3所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括与第二电导率控制仪连接且用于将膜蒸馏浓水池内浓缩水泵入膜蒸馏加热器的第五进水泵。

6.根据权利要求3所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述膜蒸馏组件的组件形式为板式、卷式、中空纤维式或管式。

7.根据权利要求3所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述膜蒸馏组件为一组或多组，多组膜蒸馏组件串联或并联。

8.根据权利要求1所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述膜蒸馏组件的材质为疏水材料。

9.根据权利要求1所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述正渗透膜组件的放置方式为活性层面向所述驱动液池或活性层面向所述原料液池。

10.根据权利要求1所述高浓度有机废水处理系统，其特征在于：所述厌氧生物处理装置设有第一排污阀，所述原料液池设有第二排污阀。