一种碟管式反渗透污水处理方法和系统
技术领域
[0001]本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种碟管式反渗透污水处理方法和系统。
背景技术
[0002] 近年来，我国污水处理量达到2 X 101¾ 3/a，相应的年干污泥产量由2005年的IMt增加至3.6Mt。如此大量的污泥必然引起对环境的二次污染，而由此引出日益严重的环境问题逐渐受到更多的关注。
[0003]碟管式反渗透(DTRO)是反渗透的一种形式，是专门用来处理高浓度污水的膜组件，其核心技术是碟管式膜片膜柱。把反渗透膜片和水力导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端板进行固定，然后置入耐压套管中，就形成一个膜柱。在现实情况中，高浓度废水由于其出厂条件，前处理流程等的不同，其组成成份复杂，存在钙、镁、钡、硅等各种难溶无机盐，这些难溶无机盐进入DTRO系统后被高倍浓缩，当其浓度超过该条件下的溶解度时将会在膜表面产生结垢现象。
[0004]污泥中含有大量的有机物，如我国污水厂污泥的有机物质量分数为50%〜70%，而发达国家的污泥有机物含量更高，可高达质量分数60%〜80%。如此高的有机物含量，使污泥具有了制备成活性炭材料的客观条件。由于污泥中含碳量较高，因此可以利用高温热解的方法使污泥转变成具有活性炭性质的吸附剂材料，而制造的成本却远远低于商品活性炭。但是，传统污泥直接制备的生物炭其成本高、污染大，吸附能力难以和市场上的生物炭相媲美，使得污泥制备生物炭技术难以工业化应用。
发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种碟管式反渗透污水处理方法和系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
一种碟管式反渗透污水处理方法，包括如下步骤:
(1)将污水调节pH后进行第一次过滤，滤去杂质得到一次滤液；
(2)所述一次滤液经污泥基吸附剂进行吸附处理后进行第二次过滤，滤去杂质得到二次滤液；
(3)对所述二次滤液进行一级碟管式反渗透处理，得到一级浓缩液和一级透过液；
(4)对所述一级透过液进行二级碟管式反渗透处理，得到二级浓缩液和二级透过液，所述二级浓缩液重新回到一级碟管式反渗透处理继续循环处理，所述二级透过液进行回收或经达标处理后排放。
[0007] 上述的方法，优选的，所述步骤(I)中，调节pH至6.10〜6.50。
[0008]优选的，所述步骤(I)中第一次过滤的过滤精度为50μπι;所述步骤(2)中第二次过滤的过滤精度为ΙΟμπι。
[0009]优选的，所述步骤(3)中，进行一级碟管式反渗透处理时进料口控制水压为30〜40bar;所述步骤(4)中，进行二级碟管式反渗透处理时进料口控制水压为30〜40bar。
[0010]优选的，所述步骤(2)中，污泥基吸附剂是以污泥为原料，在污泥中添加竹粉作为辅料制备而成的吸附剂。
[0011]优选的，所述污泥基吸附剂的制备具体包括如下步骤:
a)将污泥烘干至含水率为10%〜30%，添加竹粉后进行研磨并过80〜ΙΟΟμπι筛，得到污泥混合物；
b)在步骤a)后得到的污泥混合物中加入活化剂搅拌，升温至650〜700°C保持恒温，得到干燥污泥体；
c)将步骤b)后得到的干燥污泥体进行研磨过筛后，选取粒径为1~2_的干燥污泥体颗粒，用HCl溶液和去离子水漂洗，烘干后即可得到所述的污泥基吸附剂。
[0012]优选的，所述步骤a)中，烘干温度为101〜105°C，所述竹粉的用量占所述污泥混合物的质量百分比为10%〜20% ；
所述步骤b)中，活化剂为KOH溶液，所述搅拌时间为22〜24h，所述烘干温度为101〜105°C，所述烘干时间为24〜26h，所述升温速率为15〜20°C/min，所述恒温时间为1.0〜1.2h;
所述步骤c)中，烘干温度为101〜105 °C，所述烘干时间为24〜26h。
[0013]基于同一个技术构思，本发明还提供一种碟管式反渗透污水处理系统，包括依次相连的PH自动调节装置、用于进行第一次过滤的砂滤罐、用于进行吸附处理的污泥基罐、用于进行第二次过滤的保安过滤器、一级碟管式反渗透系统和二级碟管式反渗透系统，所述二级碟管式反渗透系统设有可将出口的物料传输回一级碟管式反渗透系统进行循环处理的输送管道。
[0014]上述的系统，优选的，所述污泥基罐包括储液罐本体以及设于所述储液罐本体内的吸附剂，储液罐本体内设有可交替工作的下进上出液路以及上进下出液路;所述一级碟管式反渗透系统包括一级高压栗、一级减震器、循环栗、一级碟管式反渗透膜柱和一级反冲洗装置;所述二级碟管式反渗透系统包括二级高压栗、二级减震器、二级碟管式反渗透膜柱和二级反冲洗装置。
[0015]优选的，所述一级碟管式反渗透系统还连接浓缩液收集器;所述二级碟管式反渗透系统还连接吹脱塔及清水罐。
[0016]碟管式反渗透膜的机理:碟管式反渗透膜组件具有特殊的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过增压栗经进料口进入碟管式反渗透膜柱内，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中，被处理的液体以*短的距离快速流经过滤膜，然后180度逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双“S”形路线，浓缩液*后从进料端法兰处流出。过滤膜片由两张同心八角状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架层使通过膜片的净水可以快速流向出口。这三层八角状材料的外环用超声波技术焊接，内环开口，为净水出口。渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围的透过液通道，导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道。透过液从膜片到中心的距离非常短，且对于组件内所的过滤膜片均相等。
[0017]大多数污水中，溶解性二氧化硅的含量为I〜100mg/L，过度饱和的二氧化硅能够自动聚合形成不溶性的胶体硅或胶状硅，在进行污水处理时容易造成碟管式反渗透膜的污堵。污水中二氧化硅浓度增加的同时，污水的pH值也在变化，而污水中二氧化硅浓度的*大许可值取决于二氧化硅的溶解度。如果污水中存在金属，尤其是铝或铁，可能会和二氧化硅反应生成金属硅酸盐，从而改变二氧化硅的溶解度。因此，为了保证水中不含铝或铁，在进入保安过滤器前设置一个污泥基罐，通过污泥基罐内的污泥基吸附剂，可以有效去除金属离子。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
1、本发明的碟管式反渗透污水处理方法，在污水进入碟管式反渗透处理前对污水进行前处理，并使用污泥作为原料制备污泥基吸附材料对污水进行吸附处理，可以去除污水中的重金属、活性染料、酸性气体等，有效解决了污水处理设备轻易结垢或损坏的问题。
[0019] 2、本发明的污泥基吸附剂，有效回收利用了污水厂的剩余污泥，将剩余污泥经活化生成了吸附剂，使废弃污泥得到资源化，大大解决了剩余污泥的出路问题，并利用竹粉材料作为副料，竹粉中含有维生素、木质素，能改良污泥团粒结构，且相较于木肩等具有更大的比表面积及更高的碳含量，可以充分与污泥接触，混匀，且炭化后的污泥基比表面积更大，提高了污泥基的吸附效果；且竹粉与污泥混合后，不仅能消杀一部分污泥中的有害菌群，还能改善污泥土质，对污泥有一定的脱水效果，从而减少了污泥基吸附剂制作过程中产生的不良气味，同时还解决了农业废弃物的处理处置问题，实现了废物处理的稳定化、无害化、资源化，降低了制造成本;此外，本吸附剂还具有制备简单和成本低的特点。
[0020] 3、本发明的碟管式反渗透污水处理系统，在碟管式反渗透系统前增加了 pH自动调节装置、砂滤罐、污泥基罐和保安过滤器等前处理装置，在保证污水处理效果的同时，解决了碟管式反渗透膜柱产生结垢的问题，延长了碟管式反渗透膜柱的使用寿命，在有效提高污水处理效率的同时，还节省了成本。
[0021] 4、本发明的污泥基罐，结构简单，操作方便，处理效率高，适用面广，可根据需要交换进出水方式，这样可避免单一上进水、下出水，或者单一下进水、上出水，吸附处理装置中的吸附剂未能得到充分的利用的弊端。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本发明碟管式反渗透污水处理方法的工艺流程示意图。
[0024]图2是本发明碟管式反渗透污水处理系统的结构示意图。
[0025]图3是本发明碟管式反渗透膜柱的液体流向示意图。
[0026]图4是本发明碟管式反渗透膜片和导流盘的结构示意图。
[0027]图5是本发明污泥基罐的结构示意图。
[0028]图例说明:
1、ρΗ自动调节装置;2、砂滤罐;3、污泥基罐;4、保安过滤器;5、一级碟管式反渗透系统；
6、二级碟管式反渗透系统;7、吹脱塔;8、清水罐;9、浓缩液收集器;10、一级高压栗；11、一级减震器；12、循环栗；13、一级碟管式反渗透膜柱；14、一级反冲洗装置；15、二级高压栗；16、二级减震器;17、二级碟管式反渗透膜柱；18、二级反冲洗装置;19、膜片;20、导流盘;3-1、上进水阀；3-2、进料口； 3-3、上出水端;3-4、上出水阀；3-5、上出水流量计；3_6、出水水路;3-7、储液罐;3-8、下出水阀；3-9、下出水流量计;3-10、下出水端;3_11、出料口； 3_12、下进水端;3-13、下进水阀；3-14、进水水路;3-15、上进水端。
具体实施方式
[0029]为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0030]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0031]除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0032] 实施例1:
一种本发明的碟管式反渗透污水处理方法，包括如下步骤:
(1)制备污泥基吸附剂:
a)将污泥在lOrC下烘干至含水率为10%，添加竹粉后进行研磨并过80μπι筛，得到污泥混合物，竹粉的用量占污泥混合物的质量百分比为10%;
b)在步骤a)后得到的污泥混合物中加入浓度为3mo I /L的KOH溶液搅拌24h，在101°C烘干26h后，以14°C/min的升温速率升温至700°C保持恒温lh，得到干燥污泥体；
c)将步骤b)后得到的干燥污泥体进行研磨过筛后，选取粒径为1~2_的干燥污泥体颗粒，用浓度为3mol/L的HCl溶液和去离子水漂洗，在lOrC烘干26h后，即可得到污泥基吸附剂；
(2)污水处理(如图1):
a)将污水调节pH至6.4后进行第一次过滤，过滤精度为50μπι，滤去杂质得到一次滤液；
b))—次滤液经污泥基吸附剂进行吸附处理后进行第二次过滤，过滤精度为ΙΟμπι，滤去杂质得到二次滤液；
c)对二次滤液进行一级碟管式反渗透处理，进料口控制水压为30bar，得到一级浓缩液和一级透过液；
d)对一级透过液进行二级碟管式反渗透处理，进料口控制水压为30bar，得到二级浓缩液和二级透过液，二级浓缩液重新回到一级碟管式反渗透处理继续循环处理，二级透过液进行回收或经达标处理后排放。
[0033]本实施例的碟管式反渗透污水处理方法，在污水进入碟管式反渗透处理前对污水进行前处理，并使用污泥作为原料制备污泥基吸附材料对污水进行吸附处理，可以去除污水中的重金属、活性染料、酸性气体等，有效解决了污水处理设备轻易结垢或损坏的问题。同时，污泥基吸附剂的制备，有效回收利用了污水厂的剩余污泥，将剩余污泥经活化生成了吸附剂，使废弃污泥得到资源化，大大解决了剩余污泥的出路问题。
[0034] 实施例2:
一种本发明的碟管式反渗透污水处理方法，包括如下步骤: (1)制备污泥基吸附剂:
a)将污泥在105 0C下烘干至含水率为11%，添加竹粉后进行研磨并过80μπι筛，得到污泥混合物，竹粉的用量占污泥混合物的质量百分比为15%;
b)在步骤a)后得到的污泥混合物中加入浓度为3mo I /L的KOH溶液搅拌24h，在101°C烘干24h后，以8°C/min的升温速率升温至660°C保持恒温1.2h，得到干燥污泥体；
c)将步骤b)后得到的干燥污泥体进行研磨过筛后，选取粒径为1~2_的干燥污泥体颗粒，用浓度为3mol/L的HCl溶液和去离子水漂洗，在105°C烘干24h后，即可得到污泥基吸附剂；
(2)污水处理(如图1):
a)将污水调节pH至6.2后进行第一次过滤，过滤精度为50μπι，滤去杂质得到一次滤液；
b))—次滤液经污泥基吸附剂进行吸附处理后进行第二次过滤，过滤精度为ΙΟμπι，滤去杂质得到二次滤液；
c)对二次滤液进行一级碟管式反渗透处理，进料口控制水压为35bar，得到一级浓缩液和一级透过液；
d)对一级透过液进行二级碟管式反渗透处理，进料口控制水压为35bar，得到二级浓缩液和二级透过液，二级浓缩液重新回到一级碟管式反渗透处理继续循环处理，二级透过液进行回收或经达标处理后排放。
[0035]本实施例的碟管式反渗透污水处理方法，在污水进入碟管式反渗透处理前对污水进行前处理，并使用污泥作为原料制备污泥基吸附材料对污水进行吸附处理，可以去除污水中的重金属、活性染料、酸性气体等，有效解决了污水处理设备轻易结垢或损坏的问题。同时，污泥基吸附剂的制备，有效回收利用了污水厂的剩余污泥，将剩余污泥经活化生成了吸附剂，使废弃污泥得到资源化，大大解决了剩余污泥的出路问题。
[0036] 实施例3:
一种本发明的碟管式反渗透污水处理系统，如图2所示，包括依次相连的pH自动调节装置1(用于调节污水的PH)、砂滤罐2(用于进行第一次过滤)、污泥基罐3(用于进行吸附处理)保安过滤器4(用于进行第二次过滤)、一级碟管式反渗透系统5(用于进行一级碟管式反渗透处理)和二级碟管式反渗透系统6(用于进行二级碟管式反渗透处理)，二级碟管式反渗透系统6设有可将出口的物料传输回一级碟管式反渗透系统5进行循环处理的输送管道;一级碟管式反渗透系统5还连接浓缩液收集器9，浓缩液收集器9用于收集一级浓缩液;二级碟管式反渗透系统6还连接吹脱塔7及清水罐8，吹脱塔7及清水罐8用于处理收集二级透过液。
[0037] —级碟管式反渗透系统5包括依次相连的一级高压栗10、一级减震器11、循环栗12、一级碟管式反渗透膜柱13和一级反冲洗装置14; 一级反冲洗装置可以为PLC反冲洗装置，用于一级碟管式反渗透膜柱的反冲洗。
[0038] 二级碟管式反渗透系统6包括依次相连的二级高压栗15、二级减震器16、二级碟管式反渗透膜柱17和二级反冲洗装置18; 二级反冲洗装置可以为PLC反冲洗装置，用于二级碟管式反渗透膜柱的反冲洗。
[0039]碟管式反渗透膜柱的液体流向如图3所示，料液通过增压栗经进料口进入碟管式反渗透膜柱内，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中，被处理的液体以*短的距离快速流经过滤膜，然后180度逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘(如图4)，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双“S”形路线，浓缩液*后从进料端法兰处流出。过滤膜片由两张同心八角状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架层使通过膜片的净水可以快速流向出口。
[0040]本发明的污泥基罐3，如图5所示，包括其内腔装填有吸附剂的储液罐3-7，储液罐3-7内设有交替工作的下进上出液路组件以及上进下出液路组件，下进上出液路组件包括设于储液罐3-7下端的下进水端3-12以及设于储液罐3-7上端的上出水端3-3，下进水端3-12和上出水端3-3处分别设有下进水阀3-13和上出水阀3-4;上进下出液路组件包括设于储液罐3-7上端的上进水端3-15以及设于储液罐3-7下端的下出水端3-10，上进水端3-15和下出水端3-10处分别设有上进水阀3-1和下出水阀3-8。
[0041] 为了便于监测，还可以分别在上出水端3-3和下出水端3-10处设有用于测量下进上出液路组件中通过液体流量的上出水流量计3-5和下出水流量计3-9;为了简化装置结构，上进水端3-15和下进水端3-12的上游共设一个进水水路3-14，上出水端3-3和下出水端3-10的下游共设一个出水水路3-6;为了便于更换吸附剂，还可以在储液罐3-7的顶部设有进料口 3-2，在储液罐3-7的底部设有出料口 3-11。污泥基罐的结构简单，操作方便，处理效率高，适用面广，可根据需要交换进出水方式，这样可避免单一上进水、下出水，或者单一下进水、上出水，污泥基吸附剂未能得到充分的利用的弊端。
[0042]本发明的碟管式反渗透污水处理系统，在碟管式反渗透系统前增加了pH自动调节装置、砂滤罐、污泥基罐和保安过滤器等前处理装置，在保证污水处理效果的同时，解决了碟管式反渗透膜柱产生结垢的问题，延长了碟管式反渗透膜柱的使用寿命，在有效提高污水处理效率的同时，还节省了成本。