一种反渗透浓缩水深度处理设备的制作方法

本实用新型涉及污水深度处理技术领域，特别是一种反渗透浓缩水深度处理设备。

背景技术：

当前全球水环境面临水资源短缺、水污染严重、水生态破坏和水空间缩减等问题，污水再生利用是解决上述问题的必要战略。由此产生了多种污水再生处理技术，如混凝沉淀技术、消毒技术和膜技术等。其中膜技术通过调节膜孔径来满足不同的出水需求，应用较为广泛。近年来，随着人们对高品质出水的需求增加，以及排放标准的日趋严格，膜技术中的反渗透技术得到了大量的应用。

反渗透技术通过对反渗透膜施加压力，凭借反渗透膜的截留作用，可有效去除水中的盐类、胶体、细菌、病毒和大部分有机物等污染物。该技术具有出水水质优秀且稳定、设备运行简单、自动化程度高、占地面积小等优势。然而反渗透技术在运行过程中会产生约25％的反渗透浓缩水。

反渗透浓缩水具有污染物种类多、浓度高，盐类物质含量高，生物降解性差，生物毒性高等特点，亟需引起关注。反渗透浓缩水的化学需氧量、总氮和总磷浓度远高于排放标准。目前实际工程中针对反渗透浓缩水的处理方式有中间处理、循环处理、厂外排放处理以及直接排放处理等方式，但均不能对其进行有效处理，导致大量的反渗透浓缩水进入水体中，造成水环境污染的加剧，进而对人类生活造成威胁。因此亟需开发一种针对反渗透浓缩水的处理方式。

技术实现要素：

本实用新型主要针对反渗透浓缩水脱碳脱氮除磷需求，以节约处理成本、提高处理效率与稳定性为目的，提供一种反渗透浓缩水深度处理设备。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种反渗透浓缩水深度处理设备，包括：

催化臭氧氧化系统，所述催化臭氧氧化系统包括臭氧塔、臭氧氧化加药装置、第一搅拌器和臭氧供应器；所述臭氧氧化加药装置、所述搅拌器和所述臭氧供应器与所述臭氧塔相连，反渗透浓缩水注入所述臭氧塔，所述臭氧氧化加药装置用于向所述臭氧塔中加入亚铁盐，所述臭氧供应器用于提供臭氧进行曝气，所述第一搅拌器用于搅拌以促进反应；

sbr/铁絮凝系统，所述sbr/铁絮凝系统包括sbr反应器、曝气装置、sbr/铁絮凝加药装置和第二搅拌器；所述sbr反应器与所述臭氧塔相连，所述曝气装置、所述sbr/铁絮凝加药装置和所述搅拌器与所述sbr反应器相连，所述臭氧塔的出水进入所述sbr反应器，所述sbr反应器用于进行sbr/铁絮凝处理，所述sbr/铁絮凝加药装置用于向所述sbr反应器中投加碳源以及铁基混凝剂，所述第二搅拌器用于搅拌以促进反应。

进一步地：

所述臭氧氧化加药装置包括与所述臭氧塔相连的亚铁药剂罐和氯胺药剂罐，所述亚铁药剂罐用于向所述臭氧塔中加入亚铁盐，所述氯胺药剂罐用于向所述臭氧塔中加入氯胺。

所述催化臭氧氧化系统还包括与所述臭氧塔相连的进水紫外检测器、出水紫外检测器、臭氧流量计和臭氧浓度检测仪，反渗透浓缩水经过所述进水紫外检测器进入所述臭氧塔，所述进水紫外检测器和所述出水紫外检测器用于测水中有机物的含量，所述臭氧浓度检测仪和所述臭氧流量计用于监测臭氧进气浓度、出气浓度以及臭氧气体流量。

所述sbr/铁絮凝系统还包括与所述sbr反应器相连的氧气流量计，所述流量计用于监测曝气的氧气流量。

所述sbr/铁絮凝系统还包括加热装置，所述加热装置用于对所述sbr反应器加热以提供反应温度环境。

所述催化臭氧氧化系统还包括连接所述臭氧塔的进水泵和出水泵，所述sbr/铁絮凝系统还包括连接所述sbr反应器的进水泵和出水泵。

还包括污泥消化池，所述污泥消化池与所述sbr反应器相连用于接收污泥。

还包括微藻湿地系统，所述微藻湿地系统的上层培养微藻和水生植物，所述微藻湿地系统用于对所述sbr/铁絮凝系统的出水进行深度脱氮除磷。

所述微藻湿地系统的下层设置集水系统。

所述微藻湿地系统的中间层放置纤维滤料，用于过滤微藻。

本实用新型的反渗透浓缩水深度处理设备能够被用于有效深度去除反渗透浓缩水中有机物、硝态氮和磷酸盐，具有成本低、效果好、出水稳定等优势。

利用本实用新型的处理设备，能够实现催化臭氧氧化-sbr/铁絮凝深度去除反渗透浓缩水中有机物、硝态氮和磷酸盐。反渗透浓缩水先经过催化臭氧氧化(臭氧/氯胺、臭氧/亚铁离子、臭氧/氯胺/亚铁离子)处理后，浓缩水中的难降解有机物得到去除，可生化性提高，有机磷转化为磷酸盐；水中的亚铁离子与臭氧、氧气反应生成铁离子，生成的铁离子通过絮凝作用去除水中的磷酸盐；亚铁离子与臭氧、氧气的反应还可以降低水中的溶解氧，提高后续生物反硝化技术的效率。氧化后的反渗透浓缩水通过sbr/铁絮凝环节，在投加外加碳源下强化反硝化过程实现浓缩水脱氮，同时进一步去除反渗透浓缩水中的有机物；同时在缺氧反应之前投加铁基混凝剂，亚铁与臭氧、氧气原位生成铁氧化物，进一步强化除磷，同时强化电子传递。

在优选实施例中，利用本实用新型的处理设备，实现催化臭氧氧化-sbr/铁絮凝-微藻湿地系统三个阶段的处理，sbr/铁絮凝出水进入微藻湿地系统，该系统可对反渗透浓缩水进行深度脱氮除磷。

利用本实用新型实施例的处理设备进行深度脱氮除磷，其优点有：(1)将催化臭氧氧化-sbr/铁絮凝-微藻湿地系统进行有机结合，实现脱碳除氮除磷的目标；(2)臭氧与亚铁离子可协同产生羟基自由基，臭氧与氯胺组合可协同产生羟基自由基、氯自由基和氮自由基，强化有机物去除。(3)催化臭氧氧化进出水在线测定uv254和uv280，指示有机物去除效果，并反馈臭氧投加量。(4)亚铁离子消耗残留臭氧、氧气，为后续生物反硝化提供适宜环境。(5)亚铁离子与臭氧/氧气反应生成的铁氧化物、铁混凝剂反应生成的铁氧化物可促进反硝化过程中电子传递，提高反硝化脱氮效率。(6)藻类/人工湿地结合，深度去除反渗透浓缩水中的难降解有机物、氮磷和无机盐。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例采用催化臭氧氧化-sbr/铁絮凝-微藻湿地系统的设备组成框图。

图2为本实用新型一种实施例中的反渗透浓缩水催化臭氧氧化系统示意图。

图3为本实用新型一种实施例中的反渗透浓缩水sbr/铁絮凝系统示意图。

图4为本实用新型一种实施例中的反渗透浓缩水微藻湿地系统示意图。

图5a-5b为本实用新型一种实施例中的反渗透浓缩水臭氧/亚铁氧化后有机物的去除效果图。

图6a-6d为本实用新型一种实施例中的反渗透浓缩水sbr/铁絮凝技术处理后氮的去除效果图。

图7a-7b为本实用新型一种实施例中的反渗透浓缩水微藻/人工湿地处理后总氮总磷的去除效果图。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

参阅图1至图3，在一种实施例中，一种反渗透浓缩水深度处理设备，包括催化臭氧氧化系统和sbr/铁絮凝系统。

所述催化臭氧氧化系统包括臭氧塔7、臭氧氧化加药装置1、第一搅拌器5和臭氧供应器2；反渗透浓缩水注入所述臭氧塔7，所述臭氧氧化加药装置1向所述臭氧塔7中加入亚铁盐，所述臭氧供应器2用于提供臭氧，通过曝气头进行曝气，在所述第一搅拌器5的搅拌作用下进行混合反应，反应后的水排出所述臭氧塔7，其中臭氧与亚铁离子协同产生羟基自由基，以便使一些有机物得到有效去除，剩余有机物中有机磷转化为磷酸盐，且水中的亚铁离子与臭氧、氧气反应生成铁离子，生成的铁离子通过絮凝作用去除水中的磷酸盐，并降低水中的溶解氧；

所述sbr/铁絮凝系统包括sbr反应器17、曝气装置15、sbr/铁絮凝加药装置14和第二搅拌器18；所述臭氧塔7的出水进入所述sbr反应器17，进行sbr/铁絮凝处理，且所述sbr/铁絮凝加药装置14向所述sbr反应器17中投加碳源，在搅拌条件下进行缺氧反硝化，去除浓缩水中的硝酸盐和一些有机物，所述碳源强化反硝化过程以实现浓缩水脱氮，缺氧反硝化反应结束后所述sbr/铁絮凝加药装置14投加铁基混凝剂，并通过曝气装置15曝气进行好氧反应，亚铁与臭氧、氧气原位生成铁氧化物，强化除磷，同时促进电子传递，提高反硝化脱氮效率。

在优选的实施例中，所述臭氧氧化加药装置1还向所述臭氧塔7中加入氯胺以强化臭氧氧化，其中臭氧与氯胺组合协同产生羟基自由基、氯自由基和氮自由基，以便有效去除有机物。

参阅图2，在优选的实施例中，所述催化臭氧氧化系统还包括进水紫外检测器9、出水紫外检测器8、臭氧流量计3和臭氧浓度检测仪4、6，反渗透浓缩水经过进水紫外检测器9进入所述臭氧塔7，测得uv254和uv280值来反映反渗透浓缩水中有机物的含量，从而确定臭氧、亚铁盐或氯胺的投加量，所述出水紫外检测器8检测出水中有机物的含量，反馈调整臭氧、亚铁盐或氯胺投加量，所述臭氧浓度检测仪4、6和所述臭氧流量计3在氧化过程中监测臭氧进气浓度、出气浓度、臭氧气体流量，以按需要控制臭氧的投加量。

参阅图3，在优选的实施例中，所述sbr/铁絮凝系统还包括流量计16、加热装置19和定时器24，所述流量计16用于监测曝气的气体流量，所述加热装置19用于对所述sbr反应器加热以提供反应温度环境，所述sbr反应器的进出水通过所述定时器24控制蠕动泵实现。

在优选的实施例中，所述外源碳源为乙酸钠。

参阅图2至图3，在优选的实施例中，所述催化臭氧氧化系统还包括用于所述臭氧塔7的进水泵11及进水水箱10和出水泵12及出水水箱13，所述sbr/铁絮凝系统还包括用于所述sbr反应器的进水泵20及进水水箱21和出水泵22及出水水箱23。

参阅图1，在优选的实施例中，还包括污泥消化池，所述污泥消化池与所述sbr反应器相连用于接收污泥。

参阅图1和图4，在优选的实施例中，还包括微藻湿地系统，所述sbr/铁絮凝系统的出水进入所述微藻湿地系统，以对反渗透浓缩水进行深度脱氮除磷；所述微藻湿地系统上层培养微藻27和水生植物28。优选地，微藻湿地系统中层放置纤维滤料29，过滤上层水中的微小藻体。优选地，微藻湿地系统的下层设置集水系统30。优选地，还设置有防渗漏层25和补水系统26。所述sbr/铁絮凝系统的出水进入所述微藻湿地系统，在微生物、微藻27、以及优选增加的植物28的共同作用下实现反渗透浓缩水的脱碳脱氮除磷；优选地，微藻种选用耐盐碱类微藻，使反渗透浓缩水中无机盐在流经藻种时沉积，从而去除浓缩水tds。

参阅图1，在优选的实施例中，污泥消化池还与微藻湿地系统相连以向微藻湿地系统提供肥料。

参阅图1至图3，一种反渗透浓缩水深度处理方法，包括以下步骤：

在催化臭氧氧化阶段，在进入臭氧塔7的反渗透浓缩水中加入亚铁盐，在臭氧曝气和搅拌作用下进行混合反应，其中臭氧与亚铁离子协同产生羟基自由基，以便使一些有机物得到有效去除，剩余有机物中有机磷转化为磷酸盐，且水中的亚铁离子与臭氧、氧气反应生成铁离子，生成的铁离子通过絮凝作用去除水中的磷酸盐，并降低水中的溶解氧；优选地，还在反渗透浓缩水加入氯胺以强化臭氧氧化，其中臭氧与氯胺组合协同产生羟基自由基、氯自由基和氮自由基，以便有效去除有机物；

在sbr/铁絮凝处理阶段，所述臭氧塔7的出水进入sbr反应器，投加碳源，在搅拌条件下进行缺氧反硝化，去除浓缩水中的硝酸盐和一些有机物，所述碳源强化反硝化过程以实现浓缩水脱氮，缺氧反硝化反应结束后投加铁基混凝剂，并通过曝气装置15曝气进行好氧反应，亚铁与臭氧、氧气原位生成铁氧化物，强化除磷，同时促进电子传递，提高反硝化脱氮效率。

参阅图1和图4，优选地，所述反渗透浓缩水深度处理方法还包括以下步骤：

所述sbr反应器的出水进入微藻湿地系统，以对反渗透浓缩水进行深度脱氮除磷；其中所述微藻湿地系统的上层培养微藻和植物，中间层设置纤维滤料，过滤藻类；所述sbr/铁絮凝系统的出水进入所述微藻湿地系统，在微生物、微藻、以及优选增加的植物的共同作用下实现反渗透浓缩水的脱碳脱氮除磷；优选地，微藻种选用耐盐碱类微藻，使反渗透浓缩水中无机盐在流经藻种时沉积，从而去除浓缩水tds。所述纤维滤料过滤上层水中的微小藻体积累后在所述湿地中经人工扫除，经污泥处理后可以作为有机肥。优选地，利用从sbr反应器得到的污泥向所述微藻湿地系统提供肥料。

本实用新型优选实施例提出了基于催化臭氧氧化-sbr/铁絮凝-微藻湿地系统的反渗透浓缩水同步脱碳脱氮除磷的设备，如图1所示。反渗透浓缩水依次经过臭氧塔、铁/sbr反应器和微藻湿地系统进行处理。

其中，反渗透浓缩水先经过催化臭氧氧化(臭氧/氯胺、臭氧/亚铁离子、臭氧/氯胺/亚铁离子)处理后，浓缩水中的难降解有机物得到去除，可生化性提高，有机磷转化为磷酸盐；水中的亚铁离子与臭氧、氧气反应生成铁离子，生成的铁离子通过絮凝作用去除水中的磷酸盐；亚铁离子与臭氧、氧气的反应还可以降低水中的溶解氧，提高后续生物反硝化技术的效率。氧化后的反渗透浓缩水通过sbr/铁絮凝环节，在投加外加碳源下强化反硝化过程实现浓缩水脱氮，同时进一步去除反渗透浓缩水中的有机物；同时在曝气反应之前投加铁基混凝剂，亚铁与臭氧、氧气原位生成铁氧化物，进一步强化除磷，同时强化电子传递。sbr/铁絮凝出水进入微藻湿地系统，该系统可对反渗透浓缩水进行深度脱氮除磷。

以下按照三个阶段具体描述：

催化臭氧氧化

反渗透浓缩水首先进入臭氧塔，在臭氧、亚铁离子的共同作用下被氧化，有机物得到去除；臭氧在氧化反渗透浓缩水的同时，还可以加入氯胺，可起到强化臭氧氧化的效果。

该过程中，反渗透浓缩水先经过催化臭氧氧化(臭氧/氯胺、臭氧/亚铁离子、臭氧/氯胺/亚铁离子)处理后，浓缩水中的难降解有机物得到去除，可生化性提高，有机磷转化为磷酸盐；水中的亚铁离子与臭氧、氧气反应生成铁离子，生成的铁离子通过絮凝作用去除水中的磷酸盐；亚铁离子与臭氧、氧气的反应还可以降低水中的溶解氧，提高后续生物反硝化技术的效率。

具体地，图2为反渗透浓缩水催化臭氧氧化设备示意图，包括臭氧塔7、臭氧氧化加药装置1、第一搅拌器5、臭氧流量计3、臭氧供应器2、臭氧浓度检测仪4、6、进水紫外检测器9、出水紫外检测器8、进水泵11、出水泵12、进水水箱10、出水水箱13等。反渗透浓缩水由进水水箱10通过进水泵11经进水紫外检测器连续注入臭氧塔7，同时臭氧氧化加药装置向臭氧塔中加入亚铁盐(氯化亚铁或硫酸亚铁)，还可向臭氧塔中加入氯胺，在臭氧曝气和搅拌器的共同作用下进行混合反应，最终通过出水泵12经出水紫外检测器将出水排出到出水水箱13。反渗透浓缩水经过进水紫外检测器，测得uv254和uv280值来反映反渗透浓缩水中有机物的含量，从而确定臭氧、亚铁盐或氯胺的投加量。出水经过紫外检测器可以一定程度上反映出水中有机物的含量，反馈调整臭氧、亚铁盐或氯胺投加量。臭氧与亚铁离子可协同产生羟基自由基，臭氧与氯胺组合可协同产生羟基自由基、氯自由基和氮自由基，提高浓缩水中有机物的去除率，使有机物得到有效去除；同时剩余有机物的可生化性提高，水中有机磷转化为磷酸盐。同时水中的亚铁离子与臭氧、氧气反应生成铁离子，生成的铁离子通过絮凝作用去除水中的磷酸盐，还可以降低水中的溶解氧，提高后续生物反硝化技术的效率。

sbr/铁絮凝处理

臭氧塔出水进入sbr反应器，进行sbr/铁絮凝处理，通过投加碳源和铁基混凝剂，提高了生物脱除有机物、氮和磷的效率，同时产生的污泥进入污泥消化池。

该过程中，氧化后的反渗透浓缩水通过sbr/铁絮凝环节，在投加外加碳源下强化反硝化过程实现浓缩水脱氮，同时进一步去除反渗透浓缩水中的有机物；同时在缺氧反应之前投加铁基混凝剂，亚铁与臭氧、氧气原位生成铁氧化物，进一步强化除磷，同时强化电子传递。

具体地，图3为反渗透浓缩水sbr/铁絮凝技术设备示意图，主要为反硝化活性污泥耦合混凝强化除磷反应器，包括sbr反应器17、曝气装置15、sbr/铁絮凝加药装置14、第二搅拌器18、氧气流量计16、加热装置19、进水泵20、出水泵21、进水水箱21、出水水箱23和定时器24等。浓缩水处理采用序批式反应器(sbr)，运行过程包括进水投碳源、缺氧反硝化反应、好氧曝气反应并投加混凝剂强化除磷、沉淀、出水。反渗透浓缩水处理过程中，在sbr工艺进水阶段，用泵泵入设定处理体积的浓缩水，并按照一定比例投加外源碳源(一般为乙酸钠)，在搅拌条件下进行反硝化，去除浓缩水中硝酸盐，同时也会去除一定的有机物。缺氧阶段结束时，启动曝气泵，并同时投加混凝剂实现混凝强化除磷。曝气结束后，静置沉淀，最后排出处理后的浓缩水。混凝过程中采用铁盐混凝后可生成铁氧化物，臭氧段亚铁离子与臭氧、氧气亦可原位生成铁氧化物，可促进反硝化过程中电子传递，提高反硝化脱氮效率，因此具有多重功能。sbr反应器中亦可添加填料载体，以支撑微生物生长。

微藻湿地处理

sbr/铁絮凝出水进入微藻湿地系统进行深度脱氮除磷。

图4为反渗透浓缩水微藻/湿地系统示意图。在湿地系统上层培养藻类和植物，中间层设置水槽，水槽中放置纤维滤料。经过sbr/铁絮凝技术处理后的反渗透浓缩水进入湿地系统，从上层藻经过滤作用后在水槽中汇集进入湿地系统的基质层。水槽中滤料可以过滤上层水中的微小藻体，积累一定时间后在水槽中经人工扫除，经污泥处理后可以作为有机肥。在植物、微生物和微藻的共同作用下实现反渗透浓缩水的脱碳脱氮除磷；微藻种选用耐盐碱类微藻可以使反渗透浓缩水中无机盐在流经藻种时沉积，从而去除浓缩水tds。为防止堵塞，微藻/湿地系统应定期进行翻耕。

实例

采用臭氧接触池/臭氧反应塔进行臭氧/亚铁氧化反渗透浓缩水。反渗透浓缩水取自再生水厂，为生活污水二级出水经过反渗透系统后产生的浓缩水。亚铁离子浓度为1mg/l，臭氧连续通入反应器，臭氧进气浓度控制在10mg/l，氧化时间为20min，在氧化过程中连续监测臭氧进气浓度、出气浓度、臭氧气体流量，以获得臭氧剂量，臭氧剂量计算公式如式(1)所示：

其中：

coutlet为臭氧经过反应器后的气体浓度(mg/l)；

cinlet为臭氧经过反应器前的气体浓度(mg/l)；

q为臭氧的气体流量(l/min)；

v为反应器的体积(l)。

在反应过程中监测在不同臭氧剂量下出水在254nm和280nm下的吸光度(即uv254和uv280值)，二者反映了反渗透浓缩水中有机物的量，所得结果如图5a和5b所示。

结果表明，单独投加fe²⁺对反渗透浓缩水的uv254和uv280均没有去除效果；臭氧剂量在84mg/l下，单独臭氧对二者的去除率分别达76.4％和87.8％；臭氧剂量在84mg/l下，催化臭氧氧化技术对二者的去除率分别达86.5％和93.5％。可见，催化臭氧氧化技术提高了反渗透浓缩水中有机物的去除率。

采用sbr反应器驯化反硝化活性污泥。反应器运行周期为4h，包括进水10min，缺氧反应170min，曝气20min，静置沉降35min，出水15min。每周期换水比为0.5，控制水力停留时间为8h，每天特定时间在曝气末端进行排泥，控制污泥龄为10d。反应器进出水通过定时器控制蠕动泵实现，曝气通过微孔曝气器实现，温度通过防爆电热保温加热棒控制在25℃左右，每周期曝气开始前通过加药装置控制混凝剂的投加。

反应器驯化采用反渗透浓缩水，控制反应器进水nacl浓度分别为0、10、20和40g/l，进水碳源为乙酸钠，对应进水cod浓度为400mg/l，进水nano3为607mg/l,对应进水no3-n浓度为100mg/l。

反应器运行稳定后，对反应器进行周期实验，测定反应器在一个运行周期内的氮素变化情况。每隔一定时间取水样及气体样测定no3-n、no2-n及n2o浓度。所得结果如图6a-6d所示。

在以乙酸钠为碳源，no3-n为电子受体，c/n比为4的条件下进行反硝化试验，不同盐度条件下均能很好的去除硝酸盐氮。同时，驯化的反硝化活性污泥的反硝化速率分别为103.11(0g/l)、57.87(10g/l)、61.71(20g/l)、81.68(40g/l)mgno3-n/(gvss·h)。

利用微藻/湿地系统深度处理反渗透浓缩水。使用耐盐贫营养栅藻(藻浓度约为10mg/l)，光照强度55–60μmolprotons/m²/s，光暗比14h:10h，温度25℃，培养时间为16d。在培养过程中每天监测浓缩水中总氮和总磷浓度，所得结果如图7a-7b所示。可有效去除反渗透浓缩水中总氮和总磷，16天的去除率可分别达89.8％和92.4％。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。