申请日2018.03.01
公开(公告)日2018.06.29
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供一种电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，该装置包括依次连接的输水管、过滤器、原水泵、原水脱盐一体箱、抽气机、NaOH箱、浓水箱、阳极箱、膜堆、阴极箱、整流器、输气管、脱盐循环泵、阳极液循环泵、浓缩液循环泵、阴极液循环泵、NaOH循环泵、脱盐回用箱、驯化后的包埋固定化的甲烷菌颗粒污泥、厌氧罐、气体流量计、甲烷收集罐。有益效果是该装置增加了水流与膜表面的应力，避免膜表面的结垢，减轻膜污染的情况，将膜使用寿命延长20%以上。该装置厌氧罐里的甲烷菌颗粒污泥将浓缩液中的CH3COO‑、HCOO‑高达6000mg/L和3000mg/L，以80%的产率系数计算，每1L浓缩液可产生19g甲烷气体，既回收了能源，又减轻了浓缩液中盐的负荷。
权利要求书
1.一种电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，其特征是：该装置包括依次连接的输水管(1)、过滤器(2)、原水泵(3)、原水脱盐一体箱(4);
所述原水脱盐一体箱(4)底部通过输水管路连接到膜堆(9)，膜堆(9)底部通过输水管路连接回原水脱盐一体箱(4)顶部形成循环回路，在原水脱盐一体箱(4)的出水口与膜堆(9)之间通过输水管路连接有脱盐循环泵(13);浓水箱(7)、浓缩液循环泵(15)、膜堆(9)底部通过输水管路相互连接，膜堆(9)顶部通过输水管路连接回浓水箱(7)顶部形成循环回路，浓水箱(7)通过输水管路与厌氧罐(20)上侧连接，厌氧罐(10)内部装有驯化后的包埋固定化的甲烷菌颗粒污泥(19)，厌氧罐(20)顶部与甲烷收集罐(22)通过输气管路相互连接，输气管路上连接有气体流量计(21)，厌氧罐(20)右下侧通过输水管路连接到原水脱盐一体箱(4)构成循环回路;
所述膜堆(9)底部通过输水管路与阳极箱(8)、阳极液循环泵(14)相互连接，膜堆(9)顶部通过输水管路连接回阳极箱(8)顶部形成循环回路;阳极箱(8)顶部通过输气管(12)连接到抽气机(5);
所述膜堆(9)底部通过输水管路与阴极箱(10)、阴极液循环泵(16)、相互连接，膜堆(9)顶部通过输水管路连接回阴极箱(10)顶部形成循环回路;阴极箱(10)顶部通过输气管(12)连接到抽气机(5);
所述膜堆(9)底部通过输水管路与NaOH箱(6)、NaOH循环泵(17)相互连接，膜堆(9)顶部通过输水管路连接回NaOH箱(6)形成循环回路;膜堆(9)两端与整流器(11)相互连接。
2.根据权利要求1所述的电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，其特征是：所述原水脱盐一体箱(4)包括脱盐箱(4-1)、溢流管(4-2)、溢流口(4-3)、通风口(4-4)、原液进水口(4-5)、原水箱(4-6)、脱盐液进水口(4-7)、溢流板(4-8)，所述脱盐箱(4-1)通过溢流板(4-8)连接到原水箱(4-6)，通风口(4-4)通过输气管(12)连接到抽气机(5)，脱盐回用箱(18)通过溢流管(4-2)和溢流口(4-3)与脱盐箱(4-1)连接，原液进水口(4-5)与原水箱(4-6)顶部相互连接，脱盐液进水口(4-7)与脱盐箱(4-1)顶部相互连接。
3.根据权利要求1所述的电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，其特征是：所述膜堆(9)包括有由从左至右依次排列的阳极侧极板(9-2)、阳离子交换膜(9-10)、两张阴离子交换膜(9-12)、阳离子交换膜(9-10)、阴极侧极板(9-13)加上隔板和垫片后交替叠压形成膜片处理单元，膜片处理单元用设置在阴极侧极板(9-13)右侧的压紧板(9-9)压紧后，用螺杆锁紧。阳极侧极板(9-2)与阳离子交换膜(9-10)之间形成阳极室(9-3)，阳离子交换膜(9-10)与阴离子交换膜(9-12)之间形成浓缩室(9-4)，阴离子交换膜(9-12)与阴离子交换膜(9-12)之间形成脱盐室(9-5)，软性阴离子交换树脂填料(9-11)填充于脱盐室(9-5)中，阴离子交换膜(9-12)与阳离子交换膜(9-10)之间形成NaOH室(9-6)，阳离子交换膜(9-10)与阴极侧极板(9-13)之间形成阴极室(9-7)，阳极(9-1)和阴极(9-8)通过电线与整流器(11)相互连接。
4.根据权利要求1所述的电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，其特征是：所述脱盐循环泵(13)与膜堆(9)中脱盐室(9-5)顶部连接，使脱盐室(9-5)水流方向自上而下流动;浓缩液循环泵(15)与膜堆(9)中浓缩室(9-4)底部连接，使浓缩室(9-4)水流方向自下而上流动，NaOH循环泵(17)与膜堆(9)中NaOH室(9-6)底部连接，使NaOH室(9-6)水流方向自下而上流动，使NaOH室(9-6)、脱盐室(9-5)、浓缩室(9-4)三室之间水流彼此逆向流动。
说明书
电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置
技术领域
本发明适用于整体煤气化联合循环发电厂中N-甲基二乙醇胺(MDEA)吸附液中热稳盐脱除及资源回收领域，具体涉及电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置。
背景技术
我国资源的特点是相对富煤、缺油、少气，探明的天然气储量不到世界总量的1%，而煤炭储量相对丰富，现阶段煤在我国能源结构中占65%～70%，我国以煤电为主的能源格局将长期保持。我国电力结构中，火电约占69%，而其中90%以上为煤电。由于传统的煤发电电厂每年排放大量的烟粉尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物，随着我国对环境问题日益重视，这迫使传统煤发电电厂向整合煤气化联合循环发电系统(IGCC)转型，而IGCC在煤气化过程中，不可避免的会产生H2S、CO2等气体，若直接进入后续燃气机组将会生成SO2等气体污染环境，现在主流煤气化发电公司采取用MDEA吸附液对H2S、CO2等气体进行脱硫去除。MDEA吸附液在循环使用过程中存在一定程度的降解，降解的酸性产物与H2S、CO2反应生成一系列盐，因这种盐很难通过温度变化从再生塔中解析出来，故称为热稳态盐(HSS)。由于HSS“束缚”MDEA分子，不仅造成MDEA吸附液有效浓度减小、处理能力下降，还会导致MDEA吸附液黏度增大、能耗增加，同时加剧设备与管线的腐蚀;此外容易导致MDEA吸附液发泡且难以消除。所以必须对MDEA吸附液中的热稳盐进行脱除。热稳态盐(HSS)主要包含S2O32-、SCN-、CH3COO-、SO42-、HCOO-、C2O42-、SO32-等阴离子以及NH4+、MDEAH+等阳离子。其中CH3COO-含量为2600mg/L，HCOO-含量为1200mg/L，浓缩液中的CH3COO-、HCOO-含量更是高达6000mg/L和3000mg/L以上，而CH3COO-、HCOO-是厌氧消化中甲烷菌产生甲烷的主要原料，若能利用浓缩液中CH3COO-、HCOO-产生甲烷既能回收了能源，又能减轻浓缩液中的盐量负荷。目前的传统电渗析脱除MDEA吸附剂热稳盐工艺，虽能够脱除MDEA吸附剂中热稳盐，但存在着处理效率低，脱盐时会对MDEA吸附液中的MDEA造成损耗，且不能将MDEAH+再生成MDEA的缺点，传统的离子交换树脂脱除MDEA吸附剂热稳盐工艺，虽然处理效率好，且不会对MDEA吸附液中的MDEA造成损耗，但存在酸碱废液多，再生过程繁琐的缺点，传统的用NaOH法对MDEA吸附剂进行再生的方法，会造成MDEA吸附液中增加新的Na+杂质，对IGCC后续燃气机组的燃机叶片造成腐蚀。所以研发一种能够集成电渗析技术、离子交换树脂技术、NaOH再生MDEA技术的所有优点，然后耦合生物处理技术，利用浓缩液热稳盐中CH3COO-、HCOO-产生甲烷，在快速脱除热稳盐的同时能够回收能源的电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，具有很大的实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，能够将电渗析与生物处理耦合在一起从而快速有效的脱除MDEA吸附液中热稳盐，不会造成MDEA损耗，能够使MDEA吸附液中MDEAH+再生为MDEA，且不会在MDEA吸附液中增加新的杂质，避免对后续工艺造成影响，同时能够利用驯化后的包埋固定化的甲烷菌颗粒污泥在厌氧情况下以废水中CH3COO-、HCOO-为原料产生甲烷回收能源。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供电渗析耦合生物处理的废水资源回收装置，其中：该电渗析装置包括依次连接的输水管、过滤器、原水泵、原水脱盐一体箱。原水脱盐一体箱底部通过输水管路连接到膜堆，膜堆底部通过输水管路连接回原水脱盐一体箱顶部形成循环回路，在原水脱盐一体箱的出水口与膜堆之间通过输水管路连接有脱盐循环泵;浓水箱、浓缩液循环泵、膜堆底部通过输水管路相互连接，膜堆顶部通过输水管路连接回浓水箱顶部形成循环回路，浓水箱一侧通过输水管路与厌氧罐上侧连接，厌氧罐内部装有驯化后的包埋固定化的甲烷菌颗粒污泥，厌氧罐顶部与甲烷收集罐通过输气管路相连，输气管路上连接有气体流量计，厌氧罐右下侧通过管路连接到原水脱盐一体箱构成循环回路;阳极箱、阳极液循环泵、膜堆底部通过输水管路相互连接，膜堆顶部通过输水管路连接回阳极箱顶部形成循环回路;阳极箱顶部通过输气管连接到抽气机;阴极箱、阴极液循环泵、膜堆底部通过输水管路相互连接，膜堆顶部通过输水管路连接回阴极箱顶部形成循环回路;阴极箱顶部通过输气管连接到抽气机;NaOH箱、NaOH循环泵、膜堆底部通过输水管路相互连接，膜堆顶部通过输水管路连接回NaOH箱形成循环回路;整流器与膜堆两端相互连接。
本发明的效果是该装置能够有效解决现有脱除MDEA中热稳盐工艺的处理效率低，脱除热稳盐同时对MDEA有所损耗，酸碱废液多，不能将MDEA吸附液中MDEAH+再生为MDEA，会重新增加新的杂质等问题，同时耦合生物处理技术利用驯化后的包埋固定化的甲烷菌(甲烷菌由Methanasarcina sp.中适合在高浓度CH3COO-环境下增殖的甲烷菌种以及适合在高浓度HCOO-环境下增殖的Methanasarcina barkeri组成)颗粒污泥在厌氧情况下以废水中的CH3COO-、HCOO-为原料产生甲烷回收能源;该装置的脱盐循环泵与膜堆中脱盐室顶部连接，使脱盐室水流方向由上到下流动，浓缩液循环泵与膜堆中浓缩室底部连接，使浓缩室水流方向由下到上流动，NaOH循环泵与膜堆中NaOH室底部连接使NaOH室水流方向由下到上流动，此结构使NaOH室、脱盐室、浓缩室三室水流彼此逆向流动，增加了水流与膜表面的应力，避免了膜表面的结垢，减轻了膜污染的情况，将膜使用寿命延长了20%以上;该装置在膜堆脱盐室中增加了软性阴离子交换树脂填料，大大提高了膜间导电性，显著增强了由溶剂到膜面的离子迁移，增加了电渗析装置脱除热稳盐的效率，提高了电流效率，同时软性阴离子交换树脂为枝状结构，避免了传统颗粒状离子交换树脂在长时间的水力冲击下堵塞膜堆出水口的情况;该装置在传统的电渗析装置中增加了NaOH室，使NaOH室里面的OH-能通过阴离子交换膜进入到脱盐室中，与MDEAH+发生反应生成MDEA，解决了传统电渗析不能再生MDEA的问题，且OH-能就地再生失去活性的软性阴离子交换树脂填料，从而实现连续深度脱盐，将热稳盐的脱除率增加到85%以上，而Na+被阴离子交换膜阻挡在NaOH室内，避免了Na+进入到脱盐室中后进入燃气机组，解决了传统用NaOH法再生MDEA吸附液时Na+杂质对IGCC后续燃气机组的燃机叶片造成腐蚀的问题，同时NaOH的加入引进了Na+、OH-两种新的电解质，再次提高了电流效率，与传统的电渗析装置相比，电流效率提高了50%以上;该装置在脱盐室与浓缩室之间设置了阴离子交换膜，有效的避免了MDEAH+进入到浓缩室中，从而不会使