公布日：2022.12.06
申請(qǐng)日：2022.10.14
分類號(hào)：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置和方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括進(jìn)水池、第一FO膜、厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器、第二FO膜和氮磷回收裝置；所述第一FO膜與進(jìn)水池連接形成循環(huán)回路，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器與進(jìn)水池相連；所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有微濾膜，所述微濾膜連接有出水池，所述第二FO膜與所述出水池連接形成循環(huán)回路。本發(fā)明利用FO膜對(duì)城市污水進(jìn)行濃縮，減小后續(xù)污水處理量的同時(shí)提升污水中有機(jī)物和氮磷濃度，利用厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器對(duì)濃縮城市污水進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，隨后再利用FO膜對(duì)厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器出水進(jìn)一步濃縮，富集VFAs至一定濃度達(dá)到生物塑料原料的需求，同時(shí)以鳥糞石的形式回收FO膜濃縮液中的氮磷。
權(quán)利要求書
1.一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，包括進(jìn)水池、第一FO膜、厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器、第二FO膜和氮磷回收裝置；所述第一FO膜與進(jìn)水池連接形成循環(huán)回路，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器與進(jìn)水池相連；所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有微濾膜，所述微濾膜連接有出水池，所述第二FO膜與所述出水池連接形成循環(huán)回路；所述氮磷回收裝置包括加藥系統(tǒng)、攪拌池和沉淀池，所述出水池與所述攪拌池連接，所述加藥系統(tǒng)包括溶藥池，所述溶藥池、攪拌池以及沉淀池依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，其特征在于，所述進(jìn)水池與第一FO膜之間設(shè)置有第一FO進(jìn)水泵；所述出水池與第二FO膜之間設(shè)置有第二FO進(jìn)水泵；所述進(jìn)水池與厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器之間設(shè)置有厭氧產(chǎn)酸進(jìn)水泵；所述出水池通過第二FO進(jìn)水泵與第二FO膜連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，其特征在于，所述第一FO膜通過第一汲取液泵連接有第一汲取液罐，所述第二FO膜通過第二汲取液泵連接有第二汲取液罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，其特征在于，還包括第一RO膜和第二RO膜，所述第一RO膜通過第一高壓泵與所述第一汲取液罐連接，所述第二RO膜通過第二高壓泵與第二汲取液罐連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，其特征在于，所述溶藥池通過加藥泵與攪拌池相連，所述攪拌池通過管路與沉淀池相連；溶藥池通過加藥泵將藥劑打入攪拌池，攪拌后的混合液通過管路進(jìn)入沉淀池，獲得沉淀為鳥糞石，沉淀池上清液作為富含VFA的工業(yè)原料進(jìn)行利用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，其特征在于，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器采用NaOH溶液將其pH值調(diào)節(jié)到8-11。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，其特征在于，所述第一汲取液罐以及第二汲取液罐內(nèi)設(shè)置有汲取液，所述汲取液為NaCl溶液，其濃度范圍為1-4M。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，其特征在于，所述藥劑為氯化鎂和硝酸鎂中的任一種，其濃度范圍為0.5-3M。
9.一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用了權(quán)利要求1-8任一所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，包括以下步驟：1)以城市污水作為進(jìn)水，通過第一FO膜對(duì)城市污水濃縮5-10倍，濃縮后的污水通過厭氧產(chǎn)酸進(jìn)水泵進(jìn)入?yún)捬醍a(chǎn)酸反應(yīng)器；2)通過厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器中厭氧生物技術(shù)與微濾膜相結(jié)合來處理城市污水濃縮液，將其中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為VFA；3)微濾膜出水進(jìn)入第二FO膜，利用FO膜進(jìn)一步富集出水中的VFA及氮磷營養(yǎng)物質(zhì)；4)經(jīng)過第二FO膜產(chǎn)生的濃縮液流入攪拌池，通過溶藥池加入Mg2+，通過調(diào)節(jié)攪拌池的pH為9-10后進(jìn)入沉淀池，通過鳥糞石沉淀法回收氮磷，對(duì)沉淀池的上清液富含VFA作為PHA工業(yè)產(chǎn)品的原料進(jìn)行回收利用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的方法，其特征在于，所述第一汲取液罐中的汲取液通過第一高壓泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第一RO膜，在RO膜腔內(nèi)循環(huán)，汲取液中的水分子在高壓作用下通過RO膜排出作為出水，汲取液中的溶質(zhì)被RO膜截留后回流到第一汲取液罐內(nèi)；所述第二汲取液罐中的汲取液通過第二高壓泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第二RO膜，在RO膜腔內(nèi)循環(huán)，汲取液中的水分子在高壓作用下通過RO膜排出作為出水，汲取液中的溶質(zhì)被RO膜截留后回流到第二汲取液罐內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置和方法，主要利用FO對(duì)城市污水進(jìn)行濃縮，減小后續(xù)污水處理量的同時(shí)提升污水中有機(jī)物和氮磷濃度，在適宜的pH值下利用厭氧產(chǎn)酸MBR對(duì)濃縮城市污水進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，隨后再利用FO對(duì)厭氧產(chǎn)酸MBR出水進(jìn)一步濃縮，富集VFAs至一定濃度達(dá)到生物塑料原料的需求，同時(shí)以鳥糞石的形式回收FO濃縮液中的氮磷，最終構(gòu)建一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的新型城市污水處理工藝。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，包括進(jìn)水池、第一FO膜、厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器、第二FO膜和氮磷回收裝置；所述第一FO膜與進(jìn)水池連接形成循環(huán)回路，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器與進(jìn)水池相連；所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有微濾膜，所述微濾膜連接有出水池，所述第二FO膜與所述出水池連接形成循環(huán)回路；所述氮磷回收裝置包括加藥系統(tǒng)、攪拌池和沉淀池，所述出水池與所述攪拌池連接，所述加藥系統(tǒng)包括溶藥池，所述溶藥池、攪拌池以及沉淀池依次相連。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述進(jìn)水池與第一FO膜之間設(shè)置有第一FO進(jìn)水泵；所述出水池與第二FO膜之間設(shè)置有第二FO進(jìn)水泵；所述進(jìn)水池與厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器之間設(shè)置有厭氧產(chǎn)酸進(jìn)水泵；所述出水池通過第二FO進(jìn)水泵與第二FO膜連接。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述第一FO膜通過第一汲取液泵連接有第一汲取液罐，所述第二FO膜通過第二汲取液泵連接有第二汲取液罐。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，還包括第一RO膜和第二RO膜，所述第一RO膜通過第一高壓泵與所述第一汲取液罐連接，所述第二RO膜通過第二高壓泵與第二汲取液罐連接。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述溶藥池通過加藥泵與攪拌池相連，所述攪拌池通過管路與沉淀池相連；溶藥池通過加藥泵將藥劑打入攪拌池，攪拌后的混合液通過管路進(jìn)入沉淀池，獲得沉淀為鳥糞石，沉淀池上清液作為富含VFA的工業(yè)原料進(jìn)行利用。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器采用NaOH溶液將其pH值調(diào)節(jié)到8-11。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述第一汲取液罐以及第二汲取液罐內(nèi)設(shè)置有汲取液，所述汲取液為NaCl溶液，其濃度范圍為1-4M。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述藥劑為氯化鎂和硝酸鎂中的任一種，其濃度范圍為0.5-3M。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的方法，所述方法應(yīng)用了一種從城市污水中同步回收有機(jī)物和氮磷的裝置，包括以下步驟：
1)以城市污水作為進(jìn)水，通過第一FO膜對(duì)城市污水濃縮5-10倍，濃縮后的污水通過厭氧產(chǎn)酸進(jìn)水泵進(jìn)入?yún)捬醍a(chǎn)酸反應(yīng)器；
2)通過厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器中厭氧生物技術(shù)與微濾膜相結(jié)合來處理城市污水濃縮液，將其中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為VFA；
3)微濾膜出水進(jìn)入第二FO膜，利用FO膜進(jìn)一步富集出水中的VFA及氮磷營養(yǎng)物質(zhì)；
4)經(jīng)過第二FO膜產(chǎn)生的濃縮液流入攪拌池，通過溶藥池加入Mg2+，通過調(diào)節(jié)攪拌池的pH為9-10后進(jìn)入沉淀池，通過鳥糞石沉淀法回收氮磷，對(duì)沉淀池的上清液富含VFA作為PHA工業(yè)產(chǎn)品的原料進(jìn)行回收利用。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述第一汲取液罐中的汲取液通過第一高壓泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第一RO膜，在RO膜腔內(nèi)循環(huán)，汲取液中的水分子在高壓作用下通過RO膜排出作為出水，汲取液中的溶質(zhì)被RO膜截留后回流到第一汲取液罐內(nèi)；所述第二汲取液罐中的汲取液通過第二高壓泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第二RO膜，在RO膜腔內(nèi)循環(huán)，汲取液中的水分子在高壓作用下通過RO膜排出作為出水，汲取液中的溶質(zhì)被RO膜截留后回流到第二汲取液罐內(nèi)。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述微濾膜浸沒于厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)的懸浮態(tài)厭氧污泥中。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述微濾膜為聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯等的任意一種。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述微濾膜的孔徑為0.1-0.4μm。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述FO膜為三醋酸纖維膜、聚酰胺膜、聚醚砜樹脂中的任意一種。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述微濾膜為平板膜、中空纖維膜或管式膜中一種。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述進(jìn)水池中安裝有加熱棒，用于將進(jìn)水加熱到30-40℃。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器中安裝有ORP探頭，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器中的氧化還原電位。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器中安裝有曝氣裝置。本發(fā)明厭氧反應(yīng)器上部設(shè)有進(jìn)水口，通過厭氧產(chǎn)酸進(jìn)水泵將濃縮后的城市污水打入?yún)捬醴磻?yīng)器中，微濾膜浸沒在厭氧反應(yīng)器內(nèi)，通過抽吸泵和管路與出水池相連，微濾膜出水通過第二FO進(jìn)水泵與第二FO膜相連，F(xiàn)O膜采用外置式，在汲取液滲透壓差的作用下實(shí)現(xiàn)水從FO膜的過濾。FO的濃縮液富含氮磷，進(jìn)入攪拌池形成鳥糞石，最終通過鳥糞石的形式實(shí)現(xiàn)污水中氮磷的回收。
在一種實(shí)施方式中，所述城市污水的COD為300-400mg/L，NH3-N為20-50mg/L，TP為2-6mg/L，pH為7左右。
在一種實(shí)施方式中，所述厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器的有效容積為4.5L。
本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明將具有高效泥水分離能力的微濾膜和低污染特性的FO膜以及厭氧產(chǎn)酸進(jìn)行全新的耦合，有利于實(shí)現(xiàn)城市污水的有機(jī)物回收和低碳處理。
(2)本發(fā)明通過耦合厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器和FO膜工藝，厭氧產(chǎn)反應(yīng)器的出水經(jīng)過FO膜再次濃縮后以鳥糞石的形式回收氮磷，有利于實(shí)現(xiàn)于實(shí)現(xiàn)城市污水的氮磷回收。
(3)本發(fā)明首先利用FO膜技術(shù)對(duì)城市污水進(jìn)行濃縮，使城市污水的有機(jī)物和氮磷濃度大幅上升，濃縮后的城市污水進(jìn)入?yún)捬醍a(chǎn)酸反應(yīng)器；通過pH值的調(diào)節(jié)使厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器中的厭氧控制在產(chǎn)酸階段而不再進(jìn)行產(chǎn)甲烷，成功避免了甲烷轉(zhuǎn)化率低以及甲烷溶解等問題，提升了有機(jī)物的回收效果；厭氧產(chǎn)酸反應(yīng)器的出水再經(jīng)過FO(正滲透)膜進(jìn)行濃縮，濃縮出水通過鳥糞石方法進(jìn)行氮磷回收，而剩余的VFA作為PHA等化工產(chǎn)品的原料進(jìn)行回收；前后兩端FO膜的出水經(jīng)過RO(反滲透)膜處理后都達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)或者《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2020)。
（發(fā)明人：王新華;陳思怡;王捷峰;王佳聲;黃玲）
