一种城市污水厂出水回用中反渗透浓水的处理方法与流程

本发明属于城市污水处理领域，对于城市污水厂出水回用采用的反渗透工艺产生的大量反渗透浓水，采用生物电渗析技术，通过控制生物电渗析系统的膜间距和各个反应室的水力停留时间，可实现将反渗透浓水中的盐分和有机物有效地分离。

背景技术：

城市污水再生利用是解决水资源短缺的重要方法，城市污水处理厂出水可用于农业灌溉、城市杂用和工业用途等。反渗透技术被广泛的应用于污水三级处理，反渗透技术对污水中有机物、病原微生物、硝酸盐氮以及难降解有机物均有良好的去除效果，反渗透出水可满足绝大部分污水回用的水质规定要求。然而，反渗透技术处理废水的同时会产生大量的浓水，反渗透浓水的水量一般占进水的25％-50％，具体取决于反渗透系统的回收率(反渗透产品水与反渗透进水的比值)。反渗透浓水中含有高浓度的有机物和盐分，浓度一般是进水的6-7倍。反渗透浓水中常见有机物包括环境内分泌感染物、药物、农药等剧毒物质，高盐分可导致细胞脱水和严重的生态毒理危险，因此关于反渗透浓水处理的研究备受关注。

城市污水处理厂反渗透浓水中有机物的处理方法通常为高级氧化法，包括：臭氧氧化法、光催化法和芬顿法。但是反渗透浓水中的高盐分和无机物对高级氧化法具有抑制作用。因此在反渗透浓水有机物处理过程中对无机盐分的去除非常重要。目前反渗透浓水中无机盐分的去除方法主要有蒸发、结晶和电渗析。但是蒸发和结晶不能够将反渗透浓水中的无机盐分从有机物中有效地分离，电渗析能够将无机盐分和有机物分离但是能耗较大，一般在15kWh/m³左右。

生物电渗析是一种新型的生物电化学技术，由四个反应室构成，从左往右依次为阳极室、酸室、脱盐室和阴极室。四室之间用膜相互隔开，其中阳极室和酸室之间为双极膜，酸室和脱盐室之间为阴离子交换膜，脱盐室和碱室之间为阳离子交换膜。阳极材料为碳刷，阴极材料采用三层滚压活性炭阴极，在阳极至阴极反应器内部构成一个由溶液中阴阳离子传递而外部由电子传递形成的回路。

本发明采用生物电渗析对反渗透浓水脱盐，实现有机物和无机盐分的分离，无机盐分转化为酸碱，系统能耗低于传统电渗析的能耗。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前城市污水厂出水回用中反渗透浓水难以处理的问题，采用生物电渗析技术，通过优化生物电渗析装置结构，及优化系统运行参数，提出一种生物电渗析处理反渗透浓水的方法。

本发明主要解决的技术问题是实现反渗透浓水中的有机物与无机盐分有效分离，在高效脱盐的过程中，减小生物电渗析的运行能耗。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

控制生物电渗析的膜间距0-30mm，阳极室水力停留时间10-30h，酸室水力停留时间30-120s，脱盐室水力停留时间60-120s，阴极室水力停留时间30-100s。可实现对反渗透浓水的脱盐率达到85％以上，有机物与无机盐有效分离，能耗仅为5-10kWh/m³。

本发明所提供的一种城市污水厂出水回用中反渗透浓水的处理方法优点在于：(1)与电渗析相比，利用微生物在外加电压的作用下产电，可减少电耗约50％。(2)有机物和盐分有效分离，无机盐以酸碱副产物的形式回收。

附图说明

附图1是不同膜间距生物电渗析反应器处理反渗透浓水TDS浓度变化示意图。

附图2是不同膜间距生物电渗析反应器处理反渗透浓水中酸室和阴极室pH值变化示意图。

附图3是膜间距为15mm的生物电渗析反应器处理反渗透浓水能耗示意图。

附图4是膜间距为1.5mm的生物电渗析反应器处理反渗透浓水能耗示意图。

具体实施方式

生物电渗析由四个反应室构成，从左往右依次为阳极室、酸室、脱盐室和阴极室。四室之间用膜相互隔开，其中阳极室和酸室之间为双极膜，酸室和脱盐室之间为阴离子交换膜，脱盐室和阴极室之间为阳离子交换膜。阳极材料为碳刷，阴极材料采用三层滚压活性炭阴极。

调节膜间距为15mm和1.5mm的生物电渗析，两者在相同的条件下运行，酸室、脱盐室和阴极室是通过多通道蠕动泵以及蠕动管与外部对应的酸、盐和碱相连接，运行的流速均为1.0-2.0mL/min。阳极室进水均为25mL基质，基质为1000mg/L的乙酸钠溶液、100mL磷酸盐缓冲溶液、12.5mL微量元素溶液和5mL维生素溶液。酸室、脱盐室和阴极室进水均分别为1g/L NaCl溶液、待处理RO浓水和1g/L NaCl溶液。

生物电渗析的阳极由附着有产电微生物的碳刷组成，每个碳刷由8段碳绳(长3cm，直径3.5cm)编制而成，将编制好的碳刷置于马弗炉中灼烧半个小时，温度控制在360℃左右。

启动反应器：取污水处理厂沉砂池污泥上清液和阳极液以1∶1混合，放人阳极室中，酸室、脱盐室和阴极室分别加入：1g/L NaCl溶液、15g/L NaCl和1g/L NaCl溶液，当反应器电压降低至10mV以下时更换基质，且最大输出电压在30mV以下时接种液和基质以1∶1的比例进行混合，直至最大电压上升至30mV以上时，全部更换为基质。当最大电压达到60mV左右时视为反应器启动成功。

生物电渗析的外加电压为0.5-1.0V，分别控制阳极室水力停留时间10-30h，酸室水力停留时间30-120s，脱盐室水力停留时间60-120s，阴极室水力停留时间30-100s。

当膜间距为1.5mm时，系统运行12h，TDS总去除率达到85％，18h时TDS总去除率达到86％；膜间距为15mm时，系统运行18h，TDS总去除率为79％。整个反应过程中RO浓水的COD保持在162mg/L左右。

膜间距为15mm和1.5mm时，总能耗分别为6.51kWh/m³和9.81kWh/m³，传统的电渗析处理RO浓水耗能达到15kWh/m³，因此与传统的电渗析相比，生物电渗析是一种低能耗的处理技术。