公布日：2022.12.06
申请日：2022.10.14
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置和方法，属于污水处理技术领域。所述装置包括进水池、第一FO膜、厌氧产酸反应器、第二FO膜和氮磷回收装置；所述第一FO膜与进水池连接形成循环回路，所述厌氧产酸反应器与进水池相连；所述厌氧产酸反应器内设置有微滤膜，所述微滤膜连接有出水池，所述第二FO膜与所述出水池连接形成循环回路。本发明利用FO膜对城市污水进行浓缩，减小后续污水处理量的同时提升污水中有机物和氮磷浓度，利用厌氧产酸反应器对浓缩城市污水进行厌氧发酵产酸，随后再利用FO膜对厌氧产酸反应器出水进一步浓缩，富集VFAs至一定浓度达到生物塑料原料的需求，同时以鸟粪石的形式回收FO膜浓缩液中的氮磷。
权利要求书
1.一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，包括进水池、第一FO膜、厌氧产酸反应器、第二FO膜和氮磷回收装置；所述第一FO膜与进水池连接形成循环回路，所述厌氧产酸反应器与进水池相连；所述厌氧产酸反应器内设置有微滤膜，所述微滤膜连接有出水池，所述第二FO膜与所述出水池连接形成循环回路；所述氮磷回收装置包括加药系统、搅拌池和沉淀池，所述出水池与所述搅拌池连接，所述加药系统包括溶药池，所述溶药池、搅拌池以及沉淀池依次相连。
2.根据权利要求1所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，其特征在于，所述进水池与第一FO膜之间设置有第一FO进水泵；所述出水池与第二FO膜之间设置有第二FO进水泵；所述进水池与厌氧产酸反应器之间设置有厌氧产酸进水泵；所述出水池通过第二FO进水泵与第二FO膜连接。
3.根据权利要求1所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，其特征在于，所述第一FO膜通过第一汲取液泵连接有第一汲取液罐，所述第二FO膜通过第二汲取液泵连接有第二汲取液罐。
4.根据权利要求3所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，其特征在于，还包括第一RO膜和第二RO膜，所述第一RO膜通过第一高压泵与所述第一汲取液罐连接，所述第二RO膜通过第二高压泵与第二汲取液罐连接。
5.根据权利要求4所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，其特征在于，所述溶药池通过加药泵与搅拌池相连，所述搅拌池通过管路与沉淀池相连；溶药池通过加药泵将药剂打入搅拌池，搅拌后的混合液通过管路进入沉淀池，获得沉淀为鸟粪石，沉淀池上清液作为富含VFA的工业原料进行利用。
6.根据权利要求5所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，其特征在于，所述厌氧产酸反应器采用NaOH溶液将其pH值调节到8-11。
7.根据权利要求6所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，其特征在于，所述第一汲取液罐以及第二汲取液罐内设置有汲取液，所述汲取液为NaCl溶液，其浓度范围为1-4M。
8.根据权利要求5所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，其特征在于，所述药剂为氯化镁和硝酸镁中的任一种，其浓度范围为0.5-3M。
9.一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的方法，其特征在于，所述方法应用了权利要求1-8任一所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，包括以下步骤：1)以城市污水作为进水，通过第一FO膜对城市污水浓缩5-10倍，浓缩后的污水通过厌氧产酸进水泵进入厌氧产酸反应器；2)通过厌氧产酸反应器中厌氧生物技术与微滤膜相结合来处理城市污水浓缩液，将其中有机物转化为VFA；3)微滤膜出水进入第二FO膜，利用FO膜进一步富集出水中的VFA及氮磷营养物质；4)经过第二FO膜产生的浓缩液流入搅拌池，通过溶药池加入Mg2+，通过调节搅拌池的pH为9-10后进入沉淀池，通过鸟粪石沉淀法回收氮磷，对沉淀池的上清液富含VFA作为PHA工业产品的原料进行回收利用。
10.根据权利要求9所述的一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的方法，其特征在于，所述第一汲取液罐中的汲取液通过第一高压泵驱动进入第一RO膜，在RO膜腔内循环，汲取液中的水分子在高压作用下通过RO膜排出作为出水，汲取液中的溶质被RO膜截留后回流到第一汲取液罐内；所述第二汲取液罐中的汲取液通过第二高压泵驱动进入第二RO膜，在RO膜腔内循环，汲取液中的水分子在高压作用下通过RO膜排出作为出水，汲取液中的溶质被RO膜截留后回流到第二汲取液罐内。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置和方法，主要利用FO对城市污水进行浓缩，减小后续污水处理量的同时提升污水中有机物和氮磷浓度，在适宜的pH值下利用厌氧产酸MBR对浓缩城市污水进行厌氧发酵产酸，随后再利用FO对厌氧产酸MBR出水进一步浓缩，富集VFAs至一定浓度达到生物塑料原料的需求，同时以鸟粪石的形式回收FO浓缩液中的氮磷，最终构建一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的新型城市污水处理工艺。
本发明的第一个目的是提供一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，包括进水池、第一FO膜、厌氧产酸反应器、第二FO膜和氮磷回收装置；所述第一FO膜与进水池连接形成循环回路，所述厌氧产酸反应器与进水池相连；所述厌氧产酸反应器内设置有微滤膜，所述微滤膜连接有出水池，所述第二FO膜与所述出水池连接形成循环回路；所述氮磷回收装置包括加药系统、搅拌池和沉淀池，所述出水池与所述搅拌池连接，所述加药系统包括溶药池，所述溶药池、搅拌池以及沉淀池依次相连。
在本发明的一种实施方式中，所述进水池与第一FO膜之间设置有第一FO进水泵；所述出水池与第二FO膜之间设置有第二FO进水泵；所述进水池与厌氧产酸反应器之间设置有厌氧产酸进水泵；所述出水池通过第二FO进水泵与第二FO膜连接。
在本发明的一种实施方式中，所述第一FO膜通过第一汲取液泵连接有第一汲取液罐，所述第二FO膜通过第二汲取液泵连接有第二汲取液罐。
在本发明的一种实施方式中，还包括第一RO膜和第二RO膜，所述第一RO膜通过第一高压泵与所述第一汲取液罐连接，所述第二RO膜通过第二高压泵与第二汲取液罐连接。
在本发明的一种实施方式中，所述溶药池通过加药泵与搅拌池相连，所述搅拌池通过管路与沉淀池相连；溶药池通过加药泵将药剂打入搅拌池，搅拌后的混合液通过管路进入沉淀池，获得沉淀为鸟粪石，沉淀池上清液作为富含VFA的工业原料进行利用。
在本发明的一种实施方式中，所述厌氧产酸反应器采用NaOH溶液将其pH值调节到8-11。
在本发明的一种实施方式中，所述第一汲取液罐以及第二汲取液罐内设置有汲取液，所述汲取液为NaCl溶液，其浓度范围为1-4M。
在本发明的一种实施方式中，所述药剂为氯化镁和硝酸镁中的任一种，其浓度范围为0.5-3M。
本发明的第二个目的是提供一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的方法，所述方法应用了一种从城市污水中同步回收有机物和氮磷的装置，包括以下步骤：
1)以城市污水作为进水，通过第一FO膜对城市污水浓缩5-10倍，浓缩后的污水通过厌氧产酸进水泵进入厌氧产酸反应器；
2)通过厌氧产酸反应器中厌氧生物技术与微滤膜相结合来处理城市污水浓缩液，将其中有机物转化为VFA；
3)微滤膜出水进入第二FO膜，利用FO膜进一步富集出水中的VFA及氮磷营养物质；
4)经过第二FO膜产生的浓缩液流入搅拌池，通过溶药池加入Mg2+，通过调节搅拌池的pH为9-10后进入沉淀池，通过鸟粪石沉淀法回收氮磷，对沉淀池的上清液富含VFA作为PHA工业产品的原料进行回收利用。
在本发明的一种实施方式中，所述第一汲取液罐中的汲取液通过第一高压泵驱动进入第一RO膜，在RO膜腔内循环，汲取液中的水分子在高压作用下通过RO膜排出作为出水，汲取液中的溶质被RO膜截留后回流到第一汲取液罐内；所述第二汲取液罐中的汲取液通过第二高压泵驱动进入第二RO膜，在RO膜腔内循环，汲取液中的水分子在高压作用下通过RO膜排出作为出水，汲取液中的溶质被RO膜截留后回流到第二汲取液罐内。
在本发明的一种实施方式中，所述微滤膜浸没于厌氧产酸反应器内的悬浮态厌氧污泥中。
在本发明的一种实施方式中，所述微滤膜为聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯等的任意一种。
在本发明的一种实施方式中，所述微滤膜的孔径为0.1-0.4μm。
在本发明的一种实施方式中，所述FO膜为三醋酸纤维膜、聚酰胺膜、聚醚砜树脂中的任意一种。
在本发明的一种实施方式中，所述微滤膜为平板膜、中空纤维膜或管式膜中一种。
在本发明的一种实施方式中，所述进水池中安装有加热棒，用于将进水加热到30-40℃。
在本发明的一种实施方式中，所述厌氧产酸反应器中安装有ORP探头，用于实时监测反应器中的氧化还原电位。
在本发明的一种实施方式中，所述厌氧产酸反应器中安装有曝气装置。本发明厌氧反应器上部设有进水口，通过厌氧产酸进水泵将浓缩后的城市污水打入厌氧反应器中，微滤膜浸没在厌氧反应器内，通过抽吸泵和管路与出水池相连，微滤膜出水通过第二FO进水泵与第二FO膜相连，FO膜采用外置式，在汲取液渗透压差的作用下实现水从FO膜的过滤。FO的浓缩液富含氮磷，进入搅拌池形成鸟粪石，最终通过鸟粪石的形式实现污水中氮磷的回收。
在一种实施方式中，所述城市污水的COD为300-400mg/L，NH3-N为20-50mg/L，TP为2-6mg/L，pH为7左右。
在一种实施方式中，所述厌氧产酸反应器的有效容积为4.5L。
本发明的有益效果：
(1)本发明将具有高效泥水分离能力的微滤膜和低污染特性的FO膜以及厌氧产酸进行全新的耦合，有利于实现城市污水的有机物回收和低碳处理。
(2)本发明通过耦合厌氧产酸反应器和FO膜工艺，厌氧产反应器的出水经过FO膜再次浓缩后以鸟粪石的形式回收氮磷，有利于实现于实现城市污水的氮磷回收。
(3)本发明首先利用FO膜技术对城市污水进行浓缩，使城市污水的有机物和氮磷浓度大幅上升，浓缩后的城市污水进入厌氧产酸反应器；通过pH值的调节使厌氧产酸反应器中的厌氧控制在产酸阶段而不再进行产甲烷，成功避免了甲烷转化率低以及甲烷溶解等问题，提升了有机物的回收效果；厌氧产酸反应器的出水再经过FO(正渗透)膜进行浓缩，浓缩出水通过鸟粪石方法进行氮磷回收，而剩余的VFA作为PHA等化工产品的原料进行回收；前后两端FO膜的出水经过RO(反渗透)膜处理后都达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准或者《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2020)。
（发明人：王新华;陈思怡;王捷峰;王佳声;黄玲）
