2015.12.28 申请的污水处理方法及装置，2016.04.13 公开

2015.12.28 申请的污水处理方法及装置，2016.04.13 公开

申请日期：2015.12.28

公佈（公告）日期：2016.04.13

IPC分类编号 C02F9/14; C02F1/44; C02F1/469; C02F3/28

概括

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种污水处理方法及装置。该方法包括以下步骤：步骤A：对污水进行厌氧生物处理，得到污水混合液；步骤B：利用驱动液将污水混合液中的水通过正向渗透渗入驱动液中，得到提取液；步骤C：通过电渗析将提取液中的水分离。该装置包括：厌氧生物反应器、与厌氧生物反应器连接的正向渗透膜组件、与正向渗透膜组件连接的提取液储液容器、与提取液储液容器连接的电渗析组件。

摘要及附图

索赔

1.一种污水处理方法，包括以下步骤：

步骤A：将污水进行厌氧生物处理，得到污水混合液；

步骤B：利用驱动液通过正向渗透，使污水混合物中的水渗透到驱动液中，得到抽取液；

步骤C：通过电渗析将水从汲取溶液中分离出来。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将污水混合液中的水渗入驱动液后得到的浓缩混合物用于厌氧生物处理，浓缩混合物为污水混合液中的水渗出后的残渣。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤C中，分离汲取液中的水，得到电渗析浓缩液，将电渗析浓缩液回收用作驱动液。

4.一种用于实施根据权利要求1所述的方法的污水处理装置，包括：

厌氧生物反应器，

与厌氧生物反应器连接的正向渗透膜组件，

与正向渗透膜组件连接的汲取液储存容器，以及

与汲取液储存容器连接的电渗析组件。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述厌氧生物反应器的出口与所述正向渗透膜组件的入口相连；所述正向渗透膜组件的出口与所述厌氧生物反应器的入口相连。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：所述提取液​​储存容器的出口与电渗析组件的入口相连；所述电渗析组件的出口与提取液储存容器的入口相连。

7.根据权利要求4至6任一项所述的装置，其特征在于，所述提取液​​储存容器与电渗析组件之间设有提取液浓度传感器和/或电渗析浓缩液浓度传感器。

8.根据权利要求4至7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述提取液​​储存容器放置在称重装置上。

9.根据权利要求4至8任一项所述的装置，其特征在于：所述厌氧生物反应器连接有搅拌组件，优选地，所述搅拌组件的搅拌棒上设置有多个叶片。

10.根据权利要求4至9任一项所述的装置，其特征在于，所述正向渗透膜组件中的正向渗透膜包括第一活性层和第二支撑层；优选地，所述活性层的材料为三乙酰纤维素，所述支撑层的材料为聚酯。

手动的

一种污水处理方法及装置

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种生活污水的处理方法及装置。

背景技术

随着社会经济的不断发展、人口规模的不断扩大，城市水资源短缺、水污染加剧已成为制约我国城市可持续发展的重要因素。城市规模的不断扩大导致城市用水需求激增、污水处理负荷不断增加，对城市水资源安全和污水处理水平提出了新的要求。

近年来，污水作为污染物载体和处理对象，由于其水资源丰富、含有机物，被研究者认为是一种可再生资源。开展污水资源化利用，可以有效增加城市再生水供给量，缓解水资源压力，同时减少污水排放总量，保护城市水生态环境。污水中含有的有机物可通过污水能源手段回收利用，实现能源或资源回收，产生沼气、无机盐等物质。

传统好氧膜生物反应器工艺实现了膜分离与好氧生物处理的有机结合，该类膜生物反应器凭借出水水质好、占地面积小等优势，在城镇污水处理等领域得到广泛应用。但该类膜生物反应器存在能耗高、膜污染大等问题，导致工艺运行成本较高。

为了解决这个问题，需要开发新的污水处理方法和装置。

发明内容

针对以上问题，我们本着节能减排、能量回收的原则，针对城镇污水中的污染物，利用厌氧生物反应器、正渗透膜组件和电渗析工艺，开发了厌氧生物反应器、正渗透膜组件和电渗析相结合的污水处理工艺，用于处理生活污水，既能处理污水，又能回收能源，达到循环利用驱动液的目的。

因此，本发明提供了一种污水处理的方法，其包括以下步骤：

步骤A：将污水进行厌氧生物处理，得到污水混合液；

步骤B：利用驱动液通过正向渗透使污水混合液中的水渗透到驱动液中得到提取液，所述提取液​​为驱动液与污水混合液渗透到驱动液中的水的混合物；

步骤C：通过电渗析将水从汲取溶液中分离出来。

驱动液可以是高渗溶液，例如氯化钠溶液、氯化镁溶液、乙二胺四乙酸二钠溶液、蔗糖溶液等，氯化钠溶液的浓度可以在0.5-1.5mol/L范围内，在此驱动液浓度条件下，厌氧生物反应器与正渗透膜联合处理污水后的出水可以达到以下指标：COD浓度

本发明将厌氧生物反应器、正向渗透膜和电渗析耦合，利用厌氧生物反应器和正向渗透膜处理污水，利用电渗析将淡水和抽取液分离，淡水分离后抽取液浓缩，形成电渗浓缩液，本发明通过巧妙的布置将电渗浓缩液回收，进一步作为驱动液，达到循环利用的目的。

将正渗透膜与厌氧生物反应器组合，既能保证生活污水的处理效果，又能克服厌氧生物反应器出水水质差的缺点，获得洁净出水。但厌氧生物反应器对氮、磷的去除能力仍然有限，正渗透膜可以截留氮、磷，理论上只有水分子能够穿过正渗透膜。

驱动液泵入电渗析装置后分离为淡水和电渗析浓缩液，淡水收集循环使用，电渗析浓缩液根据电导率反馈自动控制系统自动添加到驱动液中，保持驱动液浓度基本不变。

在一个具体的实施例中，污水混合液中的水渗入驱动液后得到的浓缩液用于厌氧生物处理，浓缩液为污水混合液中的水渗出后的残渣，一般情况下，污水混合液中的水只是部分渗出。

在一个具体实施例中，步骤C中，分离汲取液中的水，得到电渗析浓缩液，将电渗析浓缩液回收用作驱动液。一般情况下，仅分离汲取液中的部分水。

在具体实施例中，污水如生活污水的COD浓度为520-560mg/L，氨氮浓度为40-60mg/L，总氮和总磷浓度分别为45-60mg/L和5-10mg/L，实际运行中的污水浓度可以比较。

本发明还提供一种污水处理装置，包括：

厌氧生物反应器，

与厌氧生物反应器连接的正向渗透膜组件，

与正向渗透膜组件连接的汲取液储存容器，以及

与汲取液储存容器连接的电渗析组件。

本发明中，在污水处理之前，可以将驱动液储存在抽取液储存容器中，但是在污水处理过程中，抽取液储存容器中储存的液体包含从正向渗透膜组件渗透出来的淡水，因此抽取液储存容器中储存的液体也可以称为抽取液，并且由于其用于循环使用，更确切的说，当液体从抽取液储存容器流向正向渗透膜组件，从电渗析组件流向抽取液储存容器时，该液体可以称为驱动液，其中，从电渗析组件流向抽取液储存容器的液体也可以形象的称为电渗析浓缩液；当液体从正向渗透膜组件流向抽取液储存容器，从抽取液储存容器流向电渗析组件时，该液体可以称为抽取液。

在一个具体实施例中，正向渗透膜模块包括第一室和第二室。

在一个具体实施例中，厌氧生物反应器的出口与正向渗透膜组件的入口相连；正向渗透膜组件的出口与厌氧生物反应器的入口相连。即厌氧生物反应器和正向渗透膜组件配置用于使厌氧生物反应器中的污水混合液流向正向渗透膜组件，使正向渗透膜组件中的污水混合液经正向渗透后流向厌氧生物反应器得到浓缩混合液。更具体地，厌氧生物反应器的出口与正向渗透膜组件第一室的入口相连；正向渗透膜组件第一室的出口与厌氧生物反应器的入口相连。在一个具体实施例中，汲取液储存容器的出口与电渗析组件的入口相连；电渗析组件的出口与汲取液储存容器的入口相连，即汲取液储存容器与电渗析组件的配置，使得汲取液储存容器内的驱动液流向电渗析组件，并使电渗析组件内的汲取液经电渗析浓缩后的电渗析浓缩液流向汲取液储存容器。

在具体实施例中，所述汲取液储存容器的第二出口与所述正向渗透膜组件的第二入口相连；所述正向渗透膜组件的第二出口与所述汲取液储存容器的第二入口相连。也就是说，所述汲取液储存容器和所述正向渗透膜组件设置成使所述汲取液储存容器中的驱动液流向所述正向渗透膜组件，并使所述正向渗透膜组件中的汲取液流向所述汲取液储存容器。更具体地，所述汲取液储存容器的出口与所述正向渗透膜组件的第二腔体的入口相连；所述正向渗透膜组件的第二腔体的出口与所述汲取液储存容器的入口相连。

在具体实施例中，在汲取液储存容器与电渗析组件之间设置汲取液浓度传感器和/或电渗析浓缩液浓度传感器。更具体地，在汲取液储存容器的出口与电渗析组件的入口之间的连接处设置汲取液浓度传感器；在电渗析组件的出口与汲取液储存容器的入口之间的连接处设置电渗析浓缩液浓度传感器。

汲取液浓度传感器可测量汲取液浓度，电渗析浓缩液浓度传感器可测量电渗析浓缩液浓度，当检测到汲取液浓度低于0.5M/L，尤其是低于0.3M/L时，启动电渗析组件对汲取液进行处理，当检测到电渗析浓缩液浓度高于0.5M/L，优选高于1.0M/L，特别优选高于1.5M/L时，将电渗析浓缩液回收至汲取液储存容器中。

在一个具体实施例中，绘制流体储存组件被放置在称重装置如秤上。

在具体的实施例中，所述厌氧生物反应器连接有搅拌组件，优选的，所述搅拌组件的搅拌杆上设置有多个叶片，具体的，所述搅拌杆上沿轴向间隔设置有多个叶片，这样在使用时能够使厌氧生物反应器内的污水混合物混合的更加均匀。

在一个具体的实施例中，正向渗透膜组件中的正向渗透膜包括第一活性层和第二支撑层；优选地，活性层的材料为三醋酸纤维素(CTA)或其他材料，支撑层的材料为聚酯。

在一个具体实施例中，所述正向渗透膜的总厚度为115μm，膜孔径范围为0.3至1.0nm。

在正向渗透膜生物反应器中，污水混合液中的水在渗透压差的驱动下透过膜进入驱动液，稀释后的驱动液在随后的电渗析过程中实现清水的生产和驱动液的再生。

正向渗透膜生物反应器继承了传统膜生物反应器的优点，同时还具有正向渗透的优点，主要有以下几点：

（1）由于正向渗透膜具有亲水性，有利于避免污染物的附着，因此正向渗透膜生物反应器具有较低的膜污染潜力；

（2）正向渗透膜生物反应器在膜分离过程中不需要外界压力驱动，可以节省动力消耗，降低运行成本；

（3）正向渗透膜生物反应器较传统膜生物反应器有更高的截留率，特别是对微量有机物及致病菌的截留，出水水质可达到更高的标准。

因此正向渗透膜生物反应器兼具了膜生物反应器和正向渗透的优点，具有很大的发展潜力。

目前，厌氧生物技术主要用于高浓度污水的处理。在厌氧生物处理过程中，大分子有机物最终逐渐转化为甲烷、水、二氧化碳等物质。厌氧生物处理技术的优势主要有以下几个方面：

（1）节省电力消耗

厌氧生物处理工艺不需要供氧，省去了曝气工序。在好氧生物处理技术中，曝气占了电力消耗的很大一部分。采用厌氧生物技术处理污水可以节省大量电力。

（2）生物能源生产

厌氧发酵可以产生大量的沼气，沼气热值很高，是一种生物质能源。

（3）污泥产量低

厌氧菌具有生命周期长、繁殖速度慢的特点，因此厌氧污泥的剩余污泥产量很低且性质稳定，后续污泥处理成本较低。

（4）对一些难降解有机物有较强的降解能力

厌氧工艺虽然具有诸多优点，但其仍然存在以下缺点：

（1）无法去除污水中的氮、磷

厌氧生物处理过程中，只有极少量的氮和磷被细胞生长所利用，大部分氮、磷元素仍然存在于出水中。

（2）启动周期长

厌氧生物的生成周期长，生长缓慢，短时间内污泥浓度难以大幅度提高。

（3）运营管理复杂

厌氧生物种类较需氧生物多，微生物系统对环境指标要求非常高，运行管理水平较高。

（4）卫生条件差

污水在厌氧生物处理时，污水中的硫酸盐会被还原，产生带有恶臭味的硫化氢气体，因此厌氧工艺一般需要进行密封处理，以防止恶臭气体的排放。

（5）出水水质差

因此厌氧处理不能完全去除有机物，需要与好氧过程或其他过程配合使用。

电渗析作为一种膜分离技术，在直流电场作用下，利用电位差作为驱动力，利用离子交换膜的选择透过性，将电解质中的盐从溶液中分离出来，达到浓缩、精制或纯化产品的目的。电渗析的电极设置在膜堆两侧，以直流电源为驱动力，进行电渗析脱盐。经过电渗析处理后，得到可回用的淡水和外排污水。外排污水含盐量较高，无法利用，造成环境负担。如何减少高盐污水的排放，获得更高的淡水回用率，一直是电渗析技术需要解决的问题。

与传统高能耗、高碳排放、低资源回收率的污水处理工艺相比，本发明经济有效、简便易操作，能够高效富集处理污水中的污染物，在保证出水水质的同时，达到节能减排、资源回收的目的。