一种用于处理剩余活性污泥的正渗透膜反应器

1.本实用新型涉及一种用于处理剩余活性污泥的正渗透膜反应器，属于污泥处理技术领域。


背景技术：

2.活性污泥法及其演变工艺是目前城市污水和工业废水处理领域最常见、应用最广泛的污水处理技术。然而，在实现污水处理的同时，活性污泥法会产生大量的副产物—剩余活性污泥。剩余活性污泥是由微生物及其吸附的有机物和代谢产物等组成的褐色絮状物。常规的剩余污泥处理处置方法是经过减量化和稳定化等处理后，再进行综合利用(焚烧发电、土地施用)或者填埋等最终处置。然而，由于剩余污泥具有极高的含水率，处理成本较高，约占污水厂总处理成本的50％左右。因此，随着污水处理量和处理率的提升，剩余污泥产生量逐年递增，如何经济高效地处理剩余污泥成为关注的热点。
3.针对剩余污泥处理成本高、二次污染重等问题，研究者提出了利用fo技术处理剩余污泥，即借助fo膜的高效截留性能，同步实现剩余污泥的浓缩和水资源的回收，通过降低剩余污泥的含水率来实现剩余污泥减量，与传统的剩余污泥处理技术相比，fo技术操作简单、清洁无污染、能耗低，处理后的浓缩污泥便于后续处理，然而，目前国内外对fo技术处理剩余污泥的研究均处于实验室研究阶段，尚未有工程应用的相关报道，这主要是由于fo技术处理剩余污泥过程中存在盐度积累、fo膜污染等问题，影响了工艺的放大。
4.基于此，有必要设计一种高效稳定的fo膜反应器，在实现剩余污泥浓缩的基础上，缓解浓缩污泥中的盐度积累，实现反应器的长期稳定运行。


技术实现要素：

5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于处理剩余活性污泥的正渗透膜反应器，包括反应器主体1，进料系统2，曝气系统3，排盐系统4和出水系统5，所述出水系统5包括fo系统6与ro系统7；
6.所述反应器主体1为柱形容器；
7.所述进料系统2包括贮料罐21和进料泵23，所述贮料罐21由管道和所述进料泵23连通反应器主体1内腔，所述连通贮料罐21和反应器主体1内腔的管道上设置进料泵23；
8.所述曝气系3包括曝气管31和曝气泵32，所述曝气管31置于反应器主体1内腔底部，所述曝气泵32位于反应器主体1外部，所述曝气管31和所述曝气泵32由管道连接；
9.所述排盐系统4包括mf膜组件41和蠕动泵42，所述mf膜组件41置于所述反应器主体1内部，所述蠕动泵42与所述mf膜组件41由管道连接，所述mf膜组件41用于排出剩余污泥中的可溶解性盐；
10.所述fo系统6包括fo膜组件61，汲取液罐62和汲取液循环泵63，所述fo膜组件61置于所述反应器主体1内部，所述fo膜组件61、汲取液循环泵63与汲取液罐62中的汲取液由管道构成循环连接；
11.所述ro系统7包括ro膜组件71与高压泵72，所述ro膜组件71、高压泵72与汲取液罐62中的汲取液由管道构成循环连接，所述高压泵72用于产生高压使得汲取液流进ro膜组件，所述ro膜组件用于截取汲取液中的溶质，实现高质量水的回收。
12.在本实用新型的一种实施方式中，所述反应器主体1的有效容积为3-5l。
13.在本实用新型的一种实施方式中，所述反应器主体1为方形柱体。
14.在本实用新型的一种实施方式中，所述进料系统2还包括液位控制器22，所述液位控制器22连接在所述进料泵23和所述反应器主体1之间，所述液位控制器22用于判断和控制反应器主体1内的活性污泥的液位变化。
15.在本实用新型的一种实施方式中，所述贮料罐21和所述汲取液罐62底部均设置有搅拌器8，用于搅拌贮料罐21内的液体。
16.在本实用新型的一种实施方式中，所述曝气泵32由管道与平行的两个所述曝气管31连接，两个所述曝气管置于反应器主体1内腔底面。
17.在本实用新型的一种实施方式中，所述反应器主体1内是活性污泥。
18.需说明的是，所述fo为正渗透(forward osmosis)的英文缩写，所述ro为反渗透(reverse osmosis)的英文缩写，fo膜与正渗透膜为同种膜，ro膜与反渗透膜为同种膜。
19.本实用新型的优点：
20.(1)本实用新型结构简单，易制作，使用方法简单且能耗低。
21.(2)本实用新型设置的排盐系统可以缓解fo技术中的盐度积累问题，不仅强化了fo膜的稳定运行，还辅助fo膜提高了剩余污泥的浓缩效率。
22.(3)本实用新型在处理剩余污泥的同时，还设置ro系统截取溶质，保留汲取液中的溶质也实现了高质量水资源的回收利用。
附图说明
23.图1为本实用新型的一种实施方式的示意图。
24.图2为本实用新型的一种实施方式中的进料系统结构示意图。
25.图3为本实用新型的一种实施方式中的曝气系统结构示意图。
26.图4为本实用新型的一种实施方式中的排盐系统结构示意图。
27.图5为本实用新型的一种实施方式中的出水系统结构示意图。
28.图中，1：反应器主体，2：进料系统，3：曝气系统，4：排盐系统，5：出水系统，6：fo系统，7：ro系统，8：搅拌器，21：贮料罐，22：液位控制器，23：进料泵，31：曝气管，32：曝气泵，41：mf膜组件，42：蠕动泵，61：fo膜组件，62：汲取液罐，63：汲取液循环泵，71：ro膜组件，72：高压泵。
具体实施方式
29.为使得本实用新型实现上述目的、特征和优点且能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
30.需说明的是，所述fo为正渗透(forward osmosis)的英文缩写，所述ro为反渗透(reverse osmosis)的英文缩写，mlss为污泥浓度，mlvss为混合液挥发性悬浮固体浓度。
31.实施例1
32.如图1所示，本实用新型提供了一种用于剩余活性污泥处理的正渗透膜反应器，包括反应器主体1，进料系统2，曝气系统3，排盐系统4和出水系统5，所述出水系统5包括fo系统6和ro系统7。
33.如图2所示，所述进料系统2包括贮料罐21、液位控制器22和进料泵23，所述贮料罐21与所述进料泵23由管道连接，所述进料泵23由管道与所述反应器主体1内部的活性污泥连接，所述贮料罐21底部设置有搅拌器8，用于搅拌贮料罐21内的液体，所述液位控制器22用于判断和控制反应器主体1内的活性污泥的液位变化。
34.如图3所示，所述曝气系统3包括曝气管31和曝气泵32，所述曝气管31和两根所述曝气泵32由管道连接，两根所述曝气管31平行置于反应器主体1的底部，用于向反应器主体1内曝气，所述曝气泵32位于反应器主体1的外部，用于向曝气管31输送气体。
35.如图4所示，所述排盐系统4包括mf膜组件41和蠕动泵42，所述mf膜组件41置于所述反应器主体1内部，所述蠕动泵42与所述mf膜组件41由管道连接。
36.如图5所示，所述出水系统5由fo系统6与ro系统7组成。
37.进一步地，所述fo系统6包括fo膜组件61，汲取液罐62和汲取液循环泵63，所述fo膜组件61置于所述反应器主体1内部，所述fo膜组件61、汲取液循环泵63与汲取液罐62中的汲取液由管道构成循环连接，所述汲取液罐62底部也设置有搅拌器8，用于搅拌汲取液，所述fo系统6的驱动力来自汲取液循环泵63，汲取液罐62中的汲取液为0.5-2.0mol/l的nacl溶液。
38.进一步地，所述ro系统7包括ro膜组件71与高压泵72，所述ro膜组件71、高压泵72与汲取液罐62中的汲取液由管道构成循环连接，所述高压泵72驱动fo系统6中的汲取液在ro膜组件71内循环，所述汲取液中的溶质则被ro膜组件71截留。
39.优选的，所述反应器主体1为有效容积为3-5l方形柱体容器。
40.优选的，所述mf膜组件41用于排出剩余污泥中的可溶解性盐，mf膜组件41的膜通量通过蠕动泵42控制在2-4lmh范围内。
41.优选的，所述曝气泵32的曝气量设置为50-200l/min。
42.优选的，所述贮料罐21中储存进料，其mlss为3-5g/l，mlvss为2-4g/l，进料泵23的流量设置0.5-1.0l/min。
43.优选的，所述汲取液循环泵63的流量设置为30-50l/min，所述高压泵压力设置为0.6-1.0mpa。
44.本实用新型的工作原理：
45.首先将mlss为3-5g/l，mlvss为2-4g/l的剩余污泥灌满反应器主体1内，同时开启fo系统6与排盐系统4，并保持其连续运行。由液位控制器22根据反应器主体1内的活性污泥的液位变化控制进料泵23从贮料罐21中向反应器主体1中泵入新的剩余污泥。通过mf膜组件41排出浓缩污泥中积累的溶解性盐，以此来缓解浓缩污泥中的盐度积累，维持fo系统6的稳定运行。汲取液循环泵63驱动汲取液在fo系统6内循环，利用渗透压差使得进料系统2一侧的水分子通过fo膜组件61，随后在汲取液循环泵63的驱动作用下运输到汲取液罐62内，以此来实现剩余污泥的泥水分离，达到剩余污泥减量的目的。ro系统7通过高压泵72驱动fo系统6中的汲取液罐62内的汲取液在ro膜组件71内循环，将汲取液中的水分子通过ro膜排出，并保留汲取液中的溶质，也实现了高质量水资源的回收。
46.实施例中，剩余污泥mlss浓度可由初始的3-5g/l浓缩至30-50g/l，耗时约10-15天。
47.对比例1
48.采用实施例1提供的一种用于处理剩余活性污泥的fo膜反应器，其中，排盐系统处于未开启状态。其余步骤和操作条件与实施例1相同，结束时mlss浓度、污泥消解率、累计回收水量及运行时间如表1所示：
49.表1：结束时mlss浓度、污泥消解率、累计回收水量及运行时间：
[0050][0051]
对比例中，由于排盐系统的关闭，fo膜反应器运行通量降低，导致污泥浓缩过程终点mlss浓度较低；但由于通量较低，水力停留时间明显延长，从而提高了剩余污泥的消解率。
[0052]
fo与ro系统出水中toc、nh
4 -n、tn与tp浓度如表2所示：
[0053]
表2：fo与ro系统出水中toc、nh
4 -n、tn与tp的浓度：
[0054][0055]
实施例1与对比例1中fo膜出水的toc、nh
4 -n、tn和tp浓度可以达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(gb/t18920-2002)的标准，经过ro系统的进一步处理后完全可以直接排放或者回用。
[0056]
本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡是在本实用新型构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。