[发明专利]一种城市污水碳源回收处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水碳源回收处理方法及装置，尤其涉及一种城市污水碳源回收处理方法及装置，属于污水处理领域。

背景技术

水资源短缺和能源危机是影响全球可持续发展的限制因素，同时水资源污染形势日益严峻。随着城市化进程的加快，城市污水排放量增加，使城市污水成为水污染的一个重要来源，城市水污染问题日益受到重视。如何以低成本方式实现非清洁水源的资源化成为重要的研究课题。膜分离技术由于适用范围广、分离效率高、工艺简单、对环境影响小等特点被广泛应用于水处理领域。其中压力驱动膜分离技术，如微滤（MF），超滤（UF），纳滤（NF）以及反渗透（RO）在水处理中得到了广泛应用。但是这类压力驱动膜分离技术需要外加压力，既提高了运行成本，同时运行中常常伴随着严重的膜污染，降低了其运行效率。

近年来，依靠溶液自身的渗透压作为驱动力的正渗透（forward osmosis，FO）技术逐渐引起国内外研究者的广泛关注。以渗透压为驱动力的正渗透技术与传统的膜分离过程相比具有回收率高、浓水排放少、无需外压、膜污染低的显著优势，因而成为一种低能耗、低污染的可持续发展膜分离工艺，在水处理方面具有巨大的潜在应用价值。

正渗透是指水从较高水化学势（或较低渗透压）一侧通过选择透过性膜流向较低水化学势（或较高渗透压）一侧的过程，是一种不需外加压力作驱动力，而仅依靠渗透压驱动的膜分离过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液（Feed solution，FS），另一种为具有较高渗透压的汲取液（Draw solution，DS），利用膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力，使水自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达汲取液一侧。

城市污水污染倾向高，渗透压低，可以作为正渗透过程中的原料液，利用正渗透技术分离特性得到浓缩。正渗透过程中可使用的汲取溶质主要有：糖类如葡萄糖、果糖等，盐类如NaCl、MgCl₂、Al₂(SO₄)₃、NH₄HCO₃等及磁性纳米粒子等。但是糖类汲取剂目前仅用于军事、远征探险、灾害救援及娱乐等领域，应用范围较窄，且可应用规模较小，不适合大规模的水处理工程。NH₄HCO₃可以通过加热分解实现产品水分离和溶质的循环利用，但存在的问题是NH₄HCO₃溶解并不完全且已发生分解，能否持续稳定地提供足够高的理想渗透压是一个疑问，并且其回收利用并非单纯的物理变化，涉及到生成三种不同性质铵盐的化学反应，增加了维持汲取液稳定性的难度。磁性汲取剂可在提供较高渗透压的同时，通过磁性分离装置与淡水简单分离，实现循环利用。但随着回收再使用次数的增多，汲取液中的磁性粒子出现团聚，影响汲取液的渗透压，降低了产水通量，并且其实验室制作成本很高，且潜在的使用次数有限，故还需进一步研究。海水本身具有较高的渗透压（27atm），且在沿海地区经济易得，可循环使用，无结垢现象，并且其溶液很容易通过膜分离过程再浓缩。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种城市污水碳源回收处理方法及装置，克服现有技术中的正渗透过程中采用糖类作为汲取剂应用范围窄及不能用于大规模的水处理、采用NH₄HCO₃作为汲取剂的维持其稳定性难度较大、采用磁性汲取剂容易出现磁性粒子团聚，影响其渗透压，降低产水通量的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种城市污水碳源回收处理方法，包括以下步骤：

（1）将城市污水作为原料液经过滤后通入正渗透膜组件一侧，在正渗透膜组件另一侧的汲取液的作用下进入正渗透膜组件另一侧的汲取液筒，其中所述汲取液为海水；

（2）将汲取液筒中被稀释的海水通入膜分离组件，在所述膜分离组件的产水出口收集产水，再将膜分离的浓的海水流回到所述汲取液筒；

本发明的有益效果是：使用城市污水作为原料液，海水作为汲取液进入正渗透系统，原料液中的水透过正渗透膜，污染物被截留，从而使城市污水被浓缩，海水被稀释，同时实现污水浓缩和海水脱盐，降低城市污水处理成本，实现有机碳源回收，并且稀释的海水易于脱盐，降低海水淡化的成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，包括步骤（3）将步骤（1）经正渗透膜组件后浓缩的城市污水通入上流式厌氧污泥床反应器中反应后进入沉淀池中沉淀澄清。