申请日2010.10.21
公开(公告)日2012.05.16
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种污水处理回收方法及装置，污水经通过生物净化和逆渗透过滤的污水处理回收装置处理。本发明采用了生物净化方法和逆渗透过滤方法净化污水，不但有效的提升了污水净化效率，采用简单而经济的装置清除污水中大量的无机、有机污染物及大量的游离悬浮物，使污水达到了排放标准，并且优于单独使用生物净化方法或逆渗透过滤方法，因此通过采用本发明方法及其装置降低了污水处理的成本，使其具有更高再利用的价值。
翻译权利要求书
1.一种污水处理回收方法，其特征在于：污水经过生物净化方法和逆渗透过滤 方法处理。
2.根据权利要求1所述污水处理回收方法，其特征在于：生物净化方法是将污 水在微生物载体粒子存在下与活性污泥混合，并通入含氧气体进行曝气。
3.根据权利要求1所述污水处理回收方法，其特征在于：生物净化方法是将污 水在浓度为10g/L微生物载体粒子存在下与15g/L活性污泥混合，并持续通入 含氧气体曝气6小时后，进行生物净化24小时。
4.根据权利要求2或3所述污水处理回收方法，其特征在于：所述的微生物载 体粒子为开放气孔的有机聚合物泡沫材料。
5.根据权利要求2或3所述污水处理回收方法，其特征在于：培养活性污泥的 方法为：调节污水BOD5至200～300mg/L，在15～20℃下进行连续曝气，活 性污泥絮体不断增加，一周后当停止曝气，静止沉淀1～1.5h，排放约占总体积 60～70%的上清液，调节污水进水量，继续曝气至沉降比接近30%，培养结 束。
6.根据权利要求1所述污水处理回收方法，其特征在于：逆渗透过滤方法是： 污水经生物净化处理，进入至少两组的污水过滤单元中进行逆渗透过滤回收。
7.由权利要求1～6任一所述的污水处理回收方法的装置，其特征在于：所述的 污水处理回收装置包含生物净化装置(13)和逆渗透过滤装置(14)，生物净化 装置和逆渗透过滤装置通过管道(3)相连接。
8.根据权利要求7所述的污水处理回收方法的装置，其特征在于：所述的生物 净化装置(13)由污水输入管(1)、活性污泥输入管(2)、连接管道(3)，污 泥排放管(4)、含氧气体进气装置(5)、排放单元(6)和活化池(7)构成， 活化池(7)中有微生物载体，其中污水输入管(1)和活性污泥输入管(2)与 活化池(7)的始端连接，连接管道(3)和污泥排放管(4)与活化池(7)的 排放单元(6)链接;排放单元(6)由网格板制成。
9.根据权利要求7或8所述的污水处理回收方法的装置，其特征在于：所述的 逆渗透过滤装置(14)包含至少两组逆渗透过滤单元(8)，逆渗透过滤单元 (8)间通过连接管道(9)相连接。
10.根据权利要求9所述的污水处理回收方法的装置，其特征在于：所述的逆渗 透过滤装置(14)包含连接管道(3)、逆渗透过滤单元(8)、连接管道(9)、 产水管(10)、流量调节装置(11)、产水汇流管(12)，其中连接管道(9)与 逆渗透过滤单元(8)的始端连接，产水管(10)与逆渗透过滤单元(8)的末 端连接，流量调节装置(11)安装于产水管(10)和产水汇流管(12)之间。
说明书
一种污水处理回收方法及装置
技术领域
本发明涉及一种污水处理回收方法及装置，属于化学工程与环境保护领 域。
背景技术
随着工业的发展和人们生活水平的提高，工业生活用水在大幅度的增加， 使污水的排放量增加，如钢铁工业污水，食品工业污水，印刷污水，化工污水 等是水体污染的主要污染源;另外生活污水也是一大污染源。生活污水中含有 大量的无机物如氯化物，硫酸盐，磷酸盐和钠，钾，钙，铁等碳酸盐，有机物 如纤维素，淀粉，脂肪，蛋白质和尿素等。排放入环境中促使浮游植物生长和 大量繁殖，形成赤潮和水华。据报道，每人每天所排出的污水量大约有0.2立方 米，其中所含生物化学需要量BOD为40g，这些污水只有少部分经污水处理厂 处理后排放，大部分未经处理而直接排放，这些污水正在污染着江河湖海以及 我们赖以生存的大气环境，由于水污染，使湖泊、近海的赤藻及水生动植物减 少，饮用水质量下降，环境污染和生态平衡的破坏，传染病通过水污染而肆 虐，人们的身体健康正受到严重的威胁。
众所周知，微生物能够分解有机物，因此可以利用微生物的生命活动过 程，对污水中的污染物质进行转移和转化的作用，从而达到污水净化的作用。 微生物是肉眼看不见或看不清的生物的总称。包括原核生物(细菌，放线菌和 蓝细菌)，真核生物(真菌和微型藻类)，非细胞生物(病毒类)。微生物具有体 积小、表面积大、繁殖力惊人等特点，能不断与周围环境快速进行物质交换。 污水具备微生物生长繁殖的条件，因而微生物能从污水中获取养分，同时降解 和利用有害物质，从而使污水得到净化。因此微生物可在污水净化和治理中得 到广泛应用，造福人类。微生物能降解和转化污染物主要是因为微生物具有以 下几个特点：个体微小，比表面积大，代谢速率快;种类繁多，分布广泛，代 谢类型多样;具有多种降解酶;繁殖快，易变异，适应性强;共代谢作用等。
逆渗透过滤技术是通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的差异，以外 界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液体进行分离、 分级、提纯和富集的方法。逆渗透过滤技术作为当今世界水处理先进的技术， 具有清洁、高效、无污染等优点，已在海水淡化、城市给水处理、纯水和超纯 水制备等方面得到广泛的应用，因此将该技术应用于污水处理引起了人们的巨 大关注。通过微生物净水虽然可以清除大量的有机和无机的污染物，但是微生 物的繁殖场所污泥的引入也为污水处理带来了巨大的难题，使得净化的水中存 在着大量的杂质，无疑使得污水处理的工作事倍功半。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种污水处理回收方法及装置，通过 将生物净化方法和逆渗透过滤方法结合使用，本发明能在尽可能使用简单而经 济的装置清除污水中大量的无机、有机污染物及大量的游离悬浮物，而保持尽 可能高的净化效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种污水处理回收方 法为：污水经过生物净化方法和逆渗透过滤方法处理。
前述的生物净化方法是将污水在微生物载体粒子存在下与活性污泥混合， 并通入含氧气体进行曝气。
前述的生物净化方法是将污水在浓度为10g/L微生物载体粒子存在下与 15g/L活性污泥混合，并持续通入含氧气体曝气6小时后，进行生物净化24小 时。
前述的微生物载体粒子为开放气孔的有机聚合物泡沫材料。
前述的培养活性污泥的方法为：调节污水BOD5至200～300mg/L，在 15～20℃下进行连续曝气，活性污泥絮体不断增加，一周后当停止曝气，静止 沉淀1～1.5h，排放约占总体积60～70%的上清液，调节污水进水量，继续曝气 至沉降比接近30%，培养结束。
前述的逆渗透过滤方法是：污水经生物净化处理，进入至少两组的污水过 滤单元中进行逆渗透过滤回收。
本发明所述的污水处理回收装置包含生物净化装置(13)和逆渗透过滤装 置(14)，生物净化装置(13)和逆渗透过滤装置(14)通过管道(3)相连 接。
前述的生物净化装置(13)由污水输入管(1)、活性污泥输入管(2)、连 接管道(3)，污泥排放管(4)、含氧气体进气装置(5)、排放单元(6)和活化 池(7)构成，活化池(7)中有微生物载体，其中污水输入管(1)和活性污泥 输入管(2)与活化池(7)的始端连接，连接管道(3)和污泥排放管(4)与 活化池(7)的排放单元(6)链接;排放单元(6)由网格板制成。
前述的逆渗透过滤装置(14)包含至少两组逆渗透过滤单元(8)，逆渗透 过滤单元(8)间通过连接管道(9)相连接。
前述的逆渗透过滤装置(14)包含连接管道(3)、逆渗透过滤单元(8)、 连接管道(9)、产水管(10)、流量调节装置(11)、产水汇流管(12)，其中连 接管道(9)与逆渗透过滤单元(8)的始端连接，产水管(10)与逆渗透过滤 单元(8)的末端连接，流量调节装置(11)安装于产水管(10)和产水汇流管 (12)之间。
活性污泥是活性污泥处理系统中的主体作用物质，在污水生物处理中，通 过处理系统中活性污泥或生物膜微生物的新陈代谢的作用，使活性污泥具有将 有机污染物转化为稳定无机物的活力，在有氧的条件下，将污水中的有机物降 解氧化为H2O，CO2、PO3-4、NH3，-N、H2S等无机物，同时微生物利用分解 代谢过程中释放的能量将分解代谢过程中的中间代谢产物合成为新的细胞质组 成部分，使微生物自身生长繁殖。从而达到污水净化的目的。
生物净化方法中，污水与活性污泥同时进入活化池，通过含氧气体的爆 气，活性污泥呈悬浮状态，并与污水充分接触。污水中的悬浮固体和胶状物质 被活性污泥吸附，非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才被代谢和 利用;而污水中的可溶性有机物质被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营 养，代谢转化为生物细胞，大部分有机物氧化成为最终产物(主要是CO2和 H2O)，污水由此得到净化。在排放单元内，活性污泥与已被净化的污水分离， 处理水流入逆渗透过滤装置，活性污泥在污泥区内浓缩，并以较高的浓度回流 活化池。
渗透是指一种溶剂通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种 比较浓的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力，即可使渗透停 止，此时的压力称为该溶液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高 的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂压到半透膜的另一边稀溶液 中，这是和自然界正常渗透过程相反的，此时就称为逆渗透。逆渗透过滤技术 的基本特点是其推动力为压力差(1～10MPa)，传质机理一般认为是溶剂的扩 散传递，透过膜的物质是水溶剂，截留物为溶质、盐(悬浮物、大分子、离 子)。
1有机物去除机理
对于有机溶质的脱除机理最初认为纯属筛网效应其脱除率主子量大小和 形状有关。后来经过大量的研究，发现膜与有机溶质的电荷斥力对脱除率的影 响有时不容忽视。近年来的研究证明，膜对有机溶质的脱除主要受两方面的影 响：一是膜孔径的机械筛除作用;二是膜与有机物间排斥力的作用，这种排斥 作用的大小与膜材料和有机物的物理化学特征参数有很大的关系。这些物理比 学特征参数及其对分离度的影响(不考虑膜孔径的机械筛除作用)介绍如下。
1.1极性参数
极性效应表征的是有关分子的酸性或碱性。以下参数中的任何一个均可 以给出极性效应以定量的量度。
(1)ΔMs(酸性)或ΔMs(碱性)
ΔMs(酸性)是溶质(ROH)在CC14和醚溶液中测得的红外光谱中OH谱 带最大值的相对位移，ΔMs(碱性)是溶质(CH3OD)在苯中测得的红外光谱中 OD谱带最大值的相对位移ΔMs(酸性)或ΔMs(碱性)的数据分别与质子给予体或 质子接受体的分子的相对氢键键合能力相联系。氢键键合能力愈大，表示一种 酸(如醇或酚)给予质子的能力愈大或一种碱(如醛、酮)接受质子的能力愈大。由 于质子给予能力与质子接受能力表现出相反的趋势，因此ΔMs(酸性)的增加值 等于ΔMs(碱性)的减小值。
一般来说，有机溶质的ΔMs(酸性)增加，表示有关分子与膜的氢键键合 能力增强，这种增强的结果就会减小膜与有机溶质间的排斥力。因此，随着Δ Ms(酸性)的增加，有机物的分离度减小。或者说，随着ΔMs(碱性)的增加，有 机溶质与膜的氢键键合能力减小，因此膜与有机溶质间的排斥力增大，有机物 的分离度增加。但当ΔMs(碱性)值超过随某一化合物的种类而异的值时，随着 ΔMs(碱性)的增加，溶质分离度的增加甚微。
(2)解离常数Ka或pKa(PK=-logKa)
解离常数是水溶液中具有一定离解度的溶质的的极性参数。离解常数给 予分子的酸性或碱性以定量的量度，pKa减小，对于质子给予体来说，其酸性 增加;对于质子接受体来说，其碱性增加。
对于酸性有机物来说，随着pKa的减小，一方面，有机溶质与膜的氢键 键合能力增强，相当于溶质与膜间的吸引力增加，因而分离度下降;另一方 面，它离解成为离子的倾向增加，相当于增强了该有机物与膜之间的静电斥 力，从而分离度升高。上述两种作用的相伴相克，起主导作用的因素决定着分 离度高低的走向。因此，对于酸性分子来说，酸性的大小和pKa共同影响着溶 质分离度。与酸性有机物有所不同，对于碱性有机溶质来说，随着pKa的减 小，有机溶质与膜间的静电斥力增加，去除率升高。
(3)Hammet数或Taft数
Hammet数σ是表示芳香族间位或对位取代基的极性常数，Taft数σ*是 表示芳香族邻位化合物或脂肪族化合物中取代基的极性常数。σ和σ*两者定量 表示取代基对有机分子的极性效应的影响;σ和σ*具有加和性;取代基的σ和 σ*值愈低，它的电子收回能力(或质子给予能力)愈小。因此对一给定的官能团， σ和σ*值的降低相当于分子的酸性降低或碱性增加。
一般来说，无论是酸还是碱，有机溶质的分离度随着σ和σ*值的减小而 增加。
1.2位阻参数(Es)
Es是表示有机物原子之间或原子与官能团之间相互排斥力的常数，∑Es 为所有官能团的Es之和。∑Es减小，表明有机溶质的位阻障碍增大，因而去除 率增加。∑Es正常用来表示对醚的分离度的影响。∑Es降低，溶质的分离度趋 于增加。
1.3非极性参数(Small数或修正Small数)[6]
Small数S是表示非极性有机分子间凝聚力的常数，又称摩尔吸引常 数：修正Small数(∑S*)是表示非极性有机分子疏水程度相对大小的常数，它 是松蒲和Souriragan等利用溶质的溶解度数据对凝聚力进行修正后而得到的， 故称修正Small数。Small数或修正Small数常用来表示对碳氢化合物分离度的 影响。碳氢化合物的的溶解度越高，修正Small数越小。
溶质的Small数或修正Small数增大，意味着疏水或非极性增强。松蒲 等人通过大量的研究发现，对于同一张膜来说，∑S*值增加，溶质的分离度趋于 增加。
2无机物去除机理
溶质的分离与膜及溶液的介电常数有关，荷电离子在不同介电常数的介质 中具有不同的离子浓度，介电常数越低，该离子浓度也越低。这里把溶液和膜 分别记作为I相和II相，相应的介电常数分别为和II，并以“膜一溶液”两相界 面(记作I-)作为计算距离的基准。离子浓度是距离的函数，因为>1I，所以在液 相中，距离I-界面越远，离子浓度越高;在膜中，距离I-II界面越远，离子 浓度越低。
Scatchard认为，膜与溶液的介电常数差别越大，或者说膜的介电常数 越小溶液的介电常数越大，则离子在膜表面处及膜内的渡度越小。膜内离子浓 度越低，膜对溶质的去除率越高。因此，为了提高膜的分离性能，应选择介电 常数较低的膜材料。Scatchafd还发现，溶液的浓度越高，膜的去除率越低。
离子与溶剂存在着相互作用，松浦等人为了研究离子与溶剂的相互作用对 膜透过性能的影响，提出了的ΔG概念。ΔG是离子从主体溶液进入I-II相 界面所需要的自由焙差。即ΔG=ΔGr-ΔGB
式中，ΔG为I-II相界面处离子与溶剂相互作用的自由烙差，由离子 水化自由烩ΔGB为主体溶液中离子与溶剂相互作用自由焙差，由反渗透实验数 据推算。
ΔG>0，表明离子从主体溶液迁移至膜表面为反自发过程，即膜排斥该 离子;反之ΔG<0，则离子从主体溶液迁移至膜表面为自发过程，即膜吸引该 离子。
松浦等人根据醋酸纤维素膜对各电解质分离的实验结果和离子的水化自 由焙，求出了离子的ΔG。发现有如下规律;
(1)阳离子的G为负值，阴离子的G为正值。这表明膜吸引阳离子而排 斥阴离子，可以推测醋酸纤维素膜呈负电性。
(2)1价阳离子的G比2价阳离子的G更负，这预示着1价阳离子的分 离效果比2价阳离子的差。
(3)对于卤素离子，随着离子半径增加G下降，因而去除率随离子半径 增大而下降。