本發(fā)明屬于城市污水處理領(lǐng)域，對(duì)于城市污水廠出水回用采用的反滲透工藝產(chǎn)生的大量反滲透濃水，采用生物電滲析技術(shù)，通過(guò)控制生物電滲析系統(tǒng)的膜間距和各個(gè)反應(yīng)室的水力停留時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)將反滲透濃水中的鹽分和有機(jī)物有效地分離。

背景技術(shù)：

城市污水再生利用是解決水資源短缺的重要方法，城市污水處理廠出水可用于農(nóng)業(yè)灌溉、城市雜用和工業(yè)用途等。反滲透技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于污水三級(jí)處理，反滲透技術(shù)對(duì)污水中有機(jī)物、病原微生物、硝酸鹽氮以及難降解有機(jī)物均有良好的去除效果，反滲透出水可滿足絕大部分污水回用的水質(zhì)規(guī)定要求。然而，反滲透技術(shù)處理廢水的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的濃水，反滲透濃水的水量一般占進(jìn)水的25％-50％，具體取決于反滲透系統(tǒng)的回收率(反滲透產(chǎn)品水與反滲透進(jìn)水的比值)。反滲透濃水中含有高濃度的有機(jī)物和鹽分，濃度一般是進(jìn)水的6-7倍。反滲透濃水中常見(jiàn)有機(jī)物包括環(huán)境內(nèi)分泌感染物、藥物、農(nóng)藥等劇毒物質(zhì)，高鹽分可導(dǎo)致細(xì)胞脫水和嚴(yán)重的生態(tài)毒理危險(xiǎn)，因此關(guān)于反滲透濃水處理的研究備受關(guān)注。

城市污水處理廠反滲透濃水中有機(jī)物的處理方法通常為高級(jí)氧化法，包括：臭氧氧化法、光催化法和芬頓法。但是反滲透濃水中的高鹽分和無(wú)機(jī)物對(duì)高級(jí)氧化法具有抑制作用。因此在反滲透濃水有機(jī)物處理過(guò)程中對(duì)無(wú)機(jī)鹽分的去除非常重要。目前反滲透濃水中無(wú)機(jī)鹽分的去除方法主要有蒸發(fā)、結(jié)晶和電滲析。但是蒸發(fā)和結(jié)晶不能夠?qū)⒎礉B透濃水中的無(wú)機(jī)鹽分從有機(jī)物中有效地分離，電滲析能夠?qū)o(wú)機(jī)鹽分和有機(jī)物分離但是能耗較大，一般在15kWh/m³左右。

生物電滲析是一種新型的生物電化學(xué)技術(shù)，由四個(gè)反應(yīng)室構(gòu)成，從左往右依次為陽(yáng)極室、酸室、脫鹽室和陰極室。四室之間用膜相互隔開(kāi)，其中陽(yáng)極室和酸室之間為雙極膜，酸室和脫鹽室之間為陰離子交換膜，脫鹽室和堿室之間為陽(yáng)離子交換膜。陽(yáng)極材料為碳刷，陰極材料采用三層滾壓活性炭陰極，在陽(yáng)極至陰極反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)由溶液中陰陽(yáng)離子傳遞而外部由電子傳遞形成的回路。

本發(fā)明采用生物電滲析對(duì)反滲透濃水脫鹽，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽分的分離，無(wú)機(jī)鹽分轉(zhuǎn)化為酸堿，系統(tǒng)能耗低于傳統(tǒng)電滲析的能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)目前城市污水廠出水回用中反滲透濃水難以處理的問(wèn)題，采用生物電滲析技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化生物電滲析裝置結(jié)構(gòu)，及優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，提出一種生物電滲析處理反滲透濃水的方法。

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)反滲透濃水中的有機(jī)物與無(wú)機(jī)鹽分有效分離，在高效脫鹽的過(guò)程中，減小生物電滲析的運(yùn)行能耗。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

控制生物電滲析的膜間距0-30mm，陽(yáng)極室水力停留時(shí)間10-30h，酸室水力停留時(shí)間30-120s，脫鹽室水力停留時(shí)間60-120s，陰極室水力停留時(shí)間30-100s。可實(shí)現(xiàn)對(duì)反滲透濃水的脫鹽率達(dá)到85％以上，有機(jī)物與無(wú)機(jī)鹽有效分離，能耗僅為5-10kWh/m³。

本發(fā)明所提供的一種城市污水廠出水回用中反滲透濃水的處理方法優(yōu)點(diǎn)在于：(1)與電滲析相比，利用微生物在外加電壓的作用下產(chǎn)電，可減少電耗約50％。(2)有機(jī)物和鹽分有效分離，無(wú)機(jī)鹽以酸堿副產(chǎn)物的形式回收。

附圖說(shuō)明

附圖1是不同膜間距生物電滲析反應(yīng)器處理反滲透濃水TDS濃度變化示意圖。

附圖2是不同膜間距生物電滲析反應(yīng)器處理反滲透濃水中酸室和陰極室pH值變化示意圖。

附圖3是膜間距為15mm的生物電滲析反應(yīng)器處理反滲透濃水能耗示意圖。

附圖4是膜間距為1.5mm的生物電滲析反應(yīng)器處理反滲透濃水能耗示意圖。

具體實(shí)施方式

生物電滲析由四個(gè)反應(yīng)室構(gòu)成，從左往右依次為陽(yáng)極室、酸室、脫鹽室和陰極室。四室之間用膜相互隔開(kāi)，其中陽(yáng)極室和酸室之間為雙極膜，酸室和脫鹽室之間為陰離子交換膜，脫鹽室和陰極室之間為陽(yáng)離子交換膜。陽(yáng)極材料為碳刷，陰極材料采用三層滾壓活性炭陰極。

調(diào)節(jié)膜間距為15mm和1.5mm的生物電滲析，兩者在相同的條件下運(yùn)行，酸室、脫鹽室和陰極室是通過(guò)多通道蠕動(dòng)泵以及蠕動(dòng)管與外部對(duì)應(yīng)的酸、鹽和堿相連接，運(yùn)行的流速均為1.0-2.0mL/min。陽(yáng)極室進(jìn)水均為25mL基質(zhì)，基質(zhì)為1000mg/L的乙酸鈉溶液、100mL磷酸鹽緩沖溶液、12.5mL微量元素溶液和5mL維生素溶液。酸室、脫鹽室和陰極室進(jìn)水均分別為1g/L NaCl溶液、待處理RO濃水和1g/L NaCl溶液。

生物電滲析的陽(yáng)極由附著有產(chǎn)電微生物的碳刷組成，每個(gè)碳刷由8段碳繩(長(zhǎng)3cm，直徑3.5cm)編制而成，將編制好的碳刷置于馬弗爐中灼燒半個(gè)小時(shí)，溫度控制在360℃左右。

啟動(dòng)反應(yīng)器：取污水處理廠沉砂池污泥上清液和陽(yáng)極液以1∶1混合，放人陽(yáng)極室中，酸室、脫鹽室和陰極室分別加入：1g/L NaCl溶液、15g/L NaCl和1g/L NaCl溶液，當(dāng)反應(yīng)器電壓降低至10mV以下時(shí)更換基質(zhì)，且最大輸出電壓在30mV以下時(shí)接種液和基質(zhì)以1∶1的比例進(jìn)行混合，直至最大電壓上升至30mV以上時(shí)，全部更換為基質(zhì)。當(dāng)最大電壓達(dá)到60mV左右時(shí)視為反應(yīng)器啟動(dòng)成功。

生物電滲析的外加電壓為0.5-1.0V，分別控制陽(yáng)極室水力停留時(shí)間10-30h，酸室水力停留時(shí)間30-120s，脫鹽室水力停留時(shí)間60-120s，陰極室水力停留時(shí)間30-100s。

當(dāng)膜間距為1.5mm時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行12h，TDS總?cè)コ蔬_(dá)到85％，18h時(shí)TDS總?cè)コ蔬_(dá)到86％；膜間距為15mm時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行18h，TDS總?cè)コ蕿?9％。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中RO濃水的COD保持在162mg/L左右。

膜間距為15mm和1.5mm時(shí)，總能耗分別為6.51kWh/m³和9.81kWh/m³，傳統(tǒng)的電滲析處理RO濃水耗能達(dá)到15kWh/m³，因此與傳統(tǒng)的電滲析相比，生物電滲析是一種低能耗的處理技術(shù)。