CN105668830A - 污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法及系统，方法包括以下阶段：（1）将污水处理厂的二级出水抽吸错流通过微滤膜去除悬浮物；（2）预处理的二级出水流入正渗透膜一侧作为原料液，海水淡化产生的浓盐水流入正渗透膜另一侧作为汲取液，使二级出水被浓缩，浓盐水被稀释；（3）被稀释的浓盐水通过反渗透膜，形成淡水，被稀释的浓盐水被浓缩至海水含盐量浓度排放入海；（4）被浓缩的二级出水中投加铁盐除磷剂，除磷后进行反硝化脱氮处理；该系统包括预处理池、正渗透分离池、淡化水回收罐和浓缩水处理池。本发明既可从二级出水中提取淡水资源，实现废水的零排放；又可对海水淡化排放的浓盐水进行利用，避免了排放对海域的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用正渗透膜及反渗透膜技术，以海水淡化厂的浓盐水及污水处理厂二级出水为原料生产淡水的方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
在很多沿海城市中，城市污水处理厂二级出水经深度处理达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A或一级B标准后，大部分都直接或间接地排放入海，一方面对近海海洋环境造成潜在的污染影响，另一方面，也造成了淡水资源的极大浪费。污水的深度处理方法主要有混凝/沉淀/过滤法、超滤/反渗透双膜法等。混凝/沉淀/过滤法得到的出水水质欠佳，超滤/反渗透双膜法的出水水质较好，但能耗大、运行成本高、膜易污染、运行成本高。
在沿海地区采用反渗透方法从海水中提取淡水，目前逐渐在缺水的地区得到应用。但是由于海水具有较高的渗透压，所以采用反渗透方法从海水中提取淡水时需要很高的压力，因而，海水淡化所需的能耗很高，而且存在浓盐水对周围海域造成污染影响的问题。
发明内容
针对现有污水再生回用采用的深度处理工艺以及海水淡化反渗透工艺存在的运行能耗高、膜易污染以及海水淡化产生的浓盐水二次污染的问题，本发明提供一种污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法，该方法利用正渗透膜和反渗透膜分离技术，将污水处理和海水淡化结合起来协同生产淡水。
本发明的污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法，包括二级出水预处理、正渗透膜分离、淡化水回收和浓缩水处理四个阶段，具体过程如下所述：
(1)二级出水预处理阶段：
将城市污水处理厂的二级出水通过负压抽吸错流通过微滤膜(膜孔径为0.01μm～10μm)，利用微滤膜膜孔的机械隔滤作用去除悬浮物；悬浮物去除率达95％以上。
(2)正渗透膜分离阶段：
经过预处理的二级出水流入正渗透膜的一侧作为原料液，海水淡化过程中产生的浓盐水流入正渗透膜的另一侧作为汲取液；由于二级出水的含盐量(2‰～3‰)与浓盐水的含盐量(50‰～60‰)不同，因此两者的渗透压不同，使得正渗透膜的两端存在渗透压差；在渗透压差的作用下，二级出水(原料液)中的水分子会向浓盐水(汲取液)一侧渗透，二级出水中的盐离子及有机物分子会留在原料液一侧，使得二级出水(原料液)被浓缩，浓盐水(汲取液)被稀释；
(3)淡化水回收阶段：
使被稀释的浓盐水通过反渗透膜，在外压的作用下，被稀释的浓盐水中的水分子扩散至反渗透膜的另一侧形成淡水，被稀释的浓盐水重新被浓缩至当地海水含盐量浓度(35‰左右)排放入海；
(4)浓缩水处理阶段：
在正渗透膜分离阶段被浓缩的二级出水中投加铁盐除磷剂，使除磷剂与被浓缩的二级出水迅速接触并混合均匀，被浓缩的二级出水中的磷酸盐与除磷剂反应生成沉淀并去除；除磷后的水进行反硝化脱氮处理。
所述步骤(4)中铁盐除磷剂在正渗透膜分离阶段被浓缩的二级出水中的投加比例是10～20g铁盐/吨水。
实现上述方法的污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的系统，采用以下技术方案：
该系统，包括预处理池、正渗透分离池、淡化水回收罐和浓缩水处理池；预处理池内设置有微滤膜，微滤膜将预处理池分为两侧，一侧上部设置有进水口，另一侧底部设置有原料液管，原料液管上连接有抽吸泵；正渗透分离池内设置有正渗透膜，正渗透膜将正渗透分离池分割为原料液一侧和汲取液一侧，原料液一侧的底部与原料液管连接，且该侧通过浓缩水进水管与浓缩水处理池连接，浓缩水处理池的外侧设置有除磷水回流管，汲取液一侧的上部设置有浓盐水进水管；淡化水回收罐内设置有反渗透膜，反渗透膜将淡化水回收罐分割为两侧，一侧的底部通过稀释汲取液进水管与正渗透分离池的汲取液一侧连接，该侧的上部设置有汲取液排放管，另一侧底部设置有淡水出水口。
城市污水处理厂的二级出水通过进水口进入预处理池，在抽吸泵的抽吸下，二级出水透过微滤膜进入微滤膜的另一侧，二级出水中的悬浮物被微滤膜所截留，不能透过膜。预处理后的二级出水通过原料液管进入正渗透分离池中，二级出水作为正渗透过程的原料液，海水淡化过程中产生的浓盐水作为正渗透过程的汲取液由浓盐水进水管进入正渗透膜的另一侧，在渗透压差的作用下，原料液中的水分子透过正渗透膜进入到汲取液一侧，使汲取液浓盐水被稀释，原料液二级出水被浓缩。被稀释的汲取液浓盐水通过稀释汲取液进水管进入淡化水回收罐，透过反渗透膜形成淡水，在正渗透分离池中被稀释的汲取液得到浓缩，通过汲取液排放管排放至海洋中。正渗透分离阶段中被浓缩的二级出水通过浓缩水进水管进入浓缩水处理池，在浓缩水处理池中投加铁盐除磷剂，与浓缩水中的磷反应生成沉淀，分离去除；除磷后的浓缩水通过除磷水回流管回流到污水处理厂的缺氧池中进行反硝化脱氮。
本发明将污水处理厂与海水淡化厂结合起来，利用海水淡化过程中产生的浓盐水作为汲取液，由于浓盐水的含盐量高于二级出水的含盐量，因而用浓盐水作为正渗透分离过程中的汲取液可以在正渗透膜的两侧提供更高的渗透压差，提高膜通量。同时在淡化水回收阶段利用反渗透膜将在正渗透分离阶段被稀释的汲取液浓盐水浓缩至当地海水的盐度后排放，可以避免海水淡化厂的浓盐水直接排放对周围海域的生态影响。在浓缩水处理阶段将浓缩后的二级出水经除磷后输送回污水处理厂缺氧段进行处理，可以避免浓缩水排放的环境影响。
本发明一方面可以从污水处理厂二级出水中提取优质的淡水资源，实现废水的零排放；另一方面，可以对海水淡化厂排放的浓盐水进行利用，避免了浓盐水排放对海域的影响。
附图说明
图1是本发明污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法的运行原理示意图。
其中：1、预处理池，2、正渗透分离池，3、淡化水回收罐，4、浓缩水处理池，5、微滤膜，6、正渗透膜，7、反渗透膜，8、进水口，9、原料液管，10、稀释汲取液进水管，11、淡水出水口，12、浓缩水进水管，13、除磷水回流管，14、浓盐水进水管，15、汲取液排放管，16、抽吸泵。
具体实施方式
本发明的污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的系统，如图1所示，包括预处理池1、正渗透分离池2、淡化水回收罐3和浓缩水处理池4。预处理池1内设置有竖置的微滤膜5，微滤膜5将预处理池1分为左右两侧，左侧上部设置有进水口8，右侧底部设置有原料液管9。正渗透分离池2内设置有竖置的正渗透膜6，正渗透膜6将正渗透分离池2分割为原料液一侧和渗透液一侧，原料液一侧的底部与原料液管9连接，原料液管9上连接有抽吸泵16，且该侧通过浓缩水进水管12与浓缩水处理池4连接，浓缩水处理池4的外侧设置有除磷水回流管13；渗透液一侧的上部设置有浓盐水进水管14。淡化水回收罐3内设置有竖置的反渗透膜7，反渗透膜7将淡化水回收罐3分割为左右两侧，左侧底部通过稀释汲取液进水管10与正渗透分离池2的渗透液一侧连接，淡化水回收罐3的左侧上部设置有汲取液排放管15，右侧底部设置有淡水出水口11。
上述系统通过污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法，包括二级出水预处理、正渗透膜分离、淡化水回收和浓缩水处理四个阶段。是在正渗透分离池2中利用正渗透膜6的选择透过性以及由于原料液和汲取液渗透压不同在正渗透膜6两侧造成的渗透压差，使得原料液二级出水中的水分子透过正渗透膜6进入汲取液浓盐水一侧。然后，被稀释的汲取液浓盐水进入淡化水回收罐3，在加压的作用下使被稀释的汲取液浓盐水中的水透过反渗透膜7形成淡水。具体的过程如下所述：
1.在预处理池1中对二级出水进行预处理
城市污水处理厂的二级出水通过进水口8进入预处理池1，在预处理池1内装有膜孔径为0.01μm～10μm的微滤膜5。在抽吸泵16的抽吸下，二级出水透过微滤膜5进入微滤膜的另一侧，二级出水中的悬浮物被微滤膜5所截留，不能透过膜。二级出水中尺寸小于微滤膜膜孔径的组分可以透过膜。
通过预处理，利用微滤膜膜孔的机械隔滤作用可以去除二级出水中95％以上的悬浮物，二级出水中的悬浮物浓度可以达到10mg/L以下。
2.在正渗透分离池2中进行二级出水的分离提纯处理
经预处理后的二级出水通过原料液管9进入正渗透分离池2中。正渗透膜6为选择透过性膜，只允许水分子透过，其他分子不能透过。正渗透膜6的一侧为二级出水，作为正渗透过程的原料液。海水淡化过程中产生的浓盐水从浓盐水进水管14进入正渗透分离池2中正渗透膜6的另一侧，作为正渗透过程的汲取液。由于汲取液的盐浓度大于原料液的盐浓度，因而汲取液的渗透压高于原料液的渗透压，使得正渗透膜组件两侧存在渗透压差。在渗透压差的作用下，原料液中的水分子透过正渗透膜6进入到汲取液一侧，使得汲取液浓盐水被稀释。原料液中的其他组分不能透过膜，被截留在原料液一侧，使得原料液中的其他组分被浓缩。
在此阶段，浓盐水经稀释后，浓度达到15‰以上，二级出水被浓缩至1/4以下，被浓缩的二级出水中含有的硝酸盐氮的浓度达到40mg/L以上(有反硝化功能的污水处理厂)，磷酸盐的浓度达到1.5mg/L以上。
3.在淡化水回收罐3内进行淡化水的回收
在正渗透分离池2中被稀释的汲取液浓盐水通过稀释汲取液进水管10进入淡化水回收罐3。淡化水回收罐3中的反渗透膜7为选择透过性膜，只允许水分子透过，其他分子不能透过。在外压的作用下，使得被稀释的汲取液中的水分子透过反渗透膜7，形成淡水。淡水通过淡水出水口11送至用户。由于被稀释的汲取液中的其他分子不能透过反渗透膜7，因而被截留在汲取液中，使得在正渗透分离池2中被稀释的汲取液得到浓缩。控制汲取液被浓缩后其中盐的浓度达到当地的海水浓度(35‰左右)之后，这部分汲取液通过汲取液排放管15排放至海洋中。由于在这一过程中没有其他污染物质进入汲取液中，因而不会对汲取液造成污染，同时经过正渗透分离过程和这次过程后，汲取液中的盐的浓度由原来的高于海水浓度(50‰～60‰)，稀释为盐的浓度接近于海水中的盐的浓度(35‰左右)，因而，这一汲取液排放入海不会对排放口的海水浓度产生影响，也不会影响周围海域的生态环境。
在这一阶段实现了淡化水的回收及稀释汲取液的排放。
4.在浓缩水处理池4内进行浓缩水的除磷处理
正渗透分离阶段中被浓缩的二级出水通过浓缩水进水管12进入浓缩水处理池4。在浓缩水处理池4中投加铁盐除磷剂，铁盐除磷剂在正渗透膜分离阶段被浓缩的二级出水中的投加比例是10～20g铁盐/吨水。除磷剂与浓缩水中的磷反应生成沉淀从被浓缩的二级出水中分离出去。除磷后的浓缩水中富含硝酸盐，通过除磷水回流管13回流到污水处理厂的缺氧池中进行反硝化脱氮。通过本阶段，可以避免浓缩水排放对环境的影响。
Claims (4)
1.一种污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法，其特征是，包括二级出水预处理、正渗透膜分离、淡化水回收和浓缩水处理四个阶段，具体过程如下所述：
(1)二级出水预处理阶段：
将城市污水处理厂的二级出水通过负压抽吸错流通过微滤膜，利用微滤膜膜孔的机械隔滤作用去除悬浮物；
(2)正渗透膜分离阶段：
经过预处理的二级出水流入正渗透膜的一侧作为原料液，海水淡化过程中产生的浓盐水流入正渗透膜的另一侧作为汲取液；在正渗透膜中由于二级出水的含盐量与浓盐水的含盐量不同，因此两者的渗透压不同，使得正渗透膜的两端存在渗透压差；在渗透压差的作用下，二级出水中的水分子会向浓盐水一侧渗透，二级出水中的盐离子及有机物分子会留在原料液一侧，使得二级出水被浓缩，浓盐水被稀释；
(3)淡化水回收阶段：
使被稀释的浓盐水通过反渗透膜，在外压的作用下，被稀释的浓盐水中的水分子扩散至反渗透膜的另一侧形成淡水，被稀释的浓盐水重新被浓缩至当地海水含盐量浓度排放入海；
(4)浓缩水处理阶段：
在正渗透膜分离阶段被浓缩的二级出水中投加铁盐除磷剂，使除磷剂与被浓缩的二级出水迅速接触并混合均匀，被浓缩的二级出水中的磷酸盐与除磷剂反应生成沉淀并去除；除磷后的水进行反硝化脱氮处理。
2.根据权利要求1所述的污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法，其特征是，所述微滤膜的膜孔径为0.01μm～10μm。
3.根据权利要求1所述的污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的方法，其特征是，所述步骤(4)中铁盐除磷剂在正渗透膜分离阶段被浓缩的二级出水中的投加比例是10～20g铁盐/吨水。
4.一种污水厂二级出水与浓盐水协同生产淡水的系统，其特征是，包括预处理池、正渗透分离池、淡化水回收罐和浓缩水处理池；预处理池内设置有微滤膜，微滤膜将预处理池分为两侧，一侧上部设置有进水口，另一侧底部设置有原料液管，原料液管上连接有抽吸泵；正渗透分离池内设置有正渗透膜，正渗透膜将正渗透分离池分割为原料液一侧和渗透液一侧，原料液一侧的底部与原料液管连接，且该侧通过浓缩水进水管与浓缩水处理池连接，浓缩水处理池的外侧设置有除磷水回流管，渗透液一侧的上部设置有浓盐水进水管；淡化水回收罐内设置有反渗透膜，反渗透膜将淡化水回收罐分割为两侧，一侧的底部通过稀释汲取液进水管与正渗透分离池的渗透液一侧连接，该侧的上部设置有汲取液排放管，另一侧底部设置有淡水出水口。
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