[发明专利]一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法

说明书

本发明属于污水处理技术领域。现有污水处理工艺对污水的处理效果有限，净水水质仍有待提高。针对现有技术中的问题，本发明公开了一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法，首先通过相互配合的一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器依次对污水进行固液分离，三级纳滤膜反应器出水通过电容去离子反应装置处理去除氨氮后出水水质稳定达到国家一级A排放标准，回收的有机碳源利用厌氧发酵以获取甲烷气体，发酵后的残液回流至膜反应器中以实现絮凝剂的重复利用，发酵污泥残渣进行肥料利用和磷资源回收。本发明工艺流程简单，工艺出水达一级A排放标准，且可以兼顾碳源与氮磷资源的回收，实现污水资源的最大化利用。

技术领域

本发明涉及一种污水处理和能源回收方法，具体涉及一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

目前城市污水的处理工艺是好氧活性污泥法及其衍生生物处理工艺。这些工艺的主要处理核心是将污水中的有机物以剩余污泥和CO₂的形式排出系统，实现污染物的去除。然而，受限于工艺原理本身，传统活性污泥法存在能耗较高、碳排放量大、资源回收率低、温室气体排放等问题，与当前节能减排的需求和可持续发展观念形成矛盾，污水处理正逐渐由“污染物去除”向“污水资源化、能源化处理”转变。

针对回收能源这一需求，目前对碳源进行分离富集的手段主要包括活性污泥吸附和膜分离技术两大类。活性污泥吸附原理在于活性污泥絮体是具有高度亲水的极性物质，活性污泥上的菌胶团对污染物具有强烈的吸附性能，当污染物与活性污泥絮体接触时，污染物即可被吸附，实现碳源的浓缩。而膜分离技术作为一种新型分离技术，可同步实现碳源分离浓缩和对污水出水水质的有效提升，并兼备易操作、设施简单等特点，较之活性污泥吸附法具有一定技术优势。

应用于污水碳源分离浓缩的膜分离技术主要包括动态膜、微滤膜、超滤膜和正渗透膜。动态膜是通过过滤含有膜物质的溶液从而在多孔基材表面形成，由于所选基材主要为微米计孔径的微网材料，因此动态膜具有廉价、运行通量高等优点。但是，由于动态膜孔径较大，仅对颗粒态和胶体态污染物具有一定的拦截作用，对溶解性污染物拦截效果较差，因此动态膜技术对碳源回收和污水处理的效果都十分有限。微滤膜是一种孔径范围主要介于0.1～1μm的多孔膜，能够截留污水中的部分颗粒态污染物和胶体态污染物，微滤的截留机理主要包括膜表面层截留，包括机械截留作用、吸附截留作用和架桥作用以及膜内部截留。而纳滤作为一种介于超滤和反渗透之间的膜过滤技术，可以高效截留水中的有机污染物。

目前污水处理工艺通常采用单一的膜分离技术对污水进行处理以分离污水中的碳源净化水质，然而，单一的膜分离技术对污水的处理负荷高，处理效果有限，且分离膜在污水处理过程中易发生堵塞，使用寿命短。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法，该方法步骤简单，通过动态膜分离技术、微滤膜分离技术和纳滤膜分离技术的相互配合，在减轻各级分离膜对污水的处理负荷的同时可以提高对污水的处理效果，实现污水中碳源的全面浓缩，提升出水水质。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于三级膜分离技术的污水处理和能源回收方法，包括如下步骤：

(1)将原污水依次通过一级动态膜反应器、二级微滤膜反应器和三级纳滤膜反应器进行固液分离，污水中的污染物按粒径大小依次沉积在各反应器的底部，以有机碳源的形式回收，三级纳滤膜反应器出水首先进入电容去离子反应装置中的离子池，在电场的作用力下，三级纳滤膜反应器出水中的氨氮离子吸附在电极表面，净水由电容去离子反应装置的溢流口流出，出水水质稳定达到国家一级A排放标准，通过反接电路或短路得到氨氮浓缩液；所述一级动态膜反应器采用目数为200～800的涤纶网、尼龙网或不锈钢丝网作为基膜；所述二级微滤膜反应器采用孔径为0.10～0.50μm的微滤膜作为基膜；所述三级纳滤膜反应器采用孔径为1～2nm的纳滤膜作为基膜；