一種從污水中提取物質(zhì)和能量的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種從污水中提取物質(zhì)和能量的方法及系統(tǒng)，該方法包是利用正滲透膜將原污水進行濃縮，被稀釋的碳酸氫銨汲取液利用蒸發(fā)濃縮得以再生重新利用，去除碳酸氫銨后的汲取液經(jīng)過反滲透膜提純?yōu)閮艋厥绽茫粷饪s的原污水經(jīng)過厭氧消化過程產(chǎn)生沼氣、上清液和污泥，沼氣可作為蒸汽鍋爐的燃料，上清液經(jīng)超濾提純后與氧化鎂反應生成磷酸銨鎂緩釋肥，污泥經(jīng)加熱消毒及脫水后成為有機肥料；該系統(tǒng)包括原污水濃縮池、汲取液蒸發(fā)器、汲取液濃縮器、低壓反滲透水回收器、厭氧消化反應器、超濾分離器、磷回收池、MAP收集池、污泥滅菌裝置和脫水機。本發(fā)明實現(xiàn)了從污水中回收凈化水和能量以及制得磷酸銨鎂緩釋肥和有機肥的目的，降低了環(huán)境污染。
【專利說明】
一種從污水中提取物質(zhì)和能量的方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種應用膜處理技術及厭氧生物技術從生活污水中回收物質(zhì)和能量的方法，屬于污水處理技術領域。
【背景技術】
[0002]人們在日常生活過程中產(chǎn)生的污水中含有大量的有機物、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。其中氮、磷等物質(zhì)作為植物生長必須的營養(yǎng)成分，如果能夠加以回收，可以作為微生物肥料，促進作物的生長。如果能夠?qū)ξ鬯械暮嘉镔|(zhì)加以利用，將其轉(zhuǎn)化成為能量，可以有效緩解目前存在的能源緊張問題。
[0003]然而，目前生活污水的主要去向是經(jīng)過長距離的管道輸送后在集中式污水處理廠中通過物理化學過程及生物處理過程將污水中的有機物氧化成無機物，一部分以二氧化碳的形式排入到大氣中，另一部分轉(zhuǎn)化成微生物細胞，最終以剩余污泥的形式排出系統(tǒng);污水中的大部分含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氮氣從污水中脫除；同時，污水中所含有的磷轉(zhuǎn)移到污泥中，這部分污泥在后續(xù)的處置過程中大部分被作為固體廢物進行廢棄或填埋處理，使得本可以從污水中回收的磷資源無法進行有效回收，加劇了磷資源短缺的危機。
[0004]因此，目前的生活污水處理處置方式一方面無法有效回收污水中潛在的有價值物質(zhì)和能量，另一方面還會造成對環(huán)境的污染，如在生物處理過程中會產(chǎn)生溫室氣體等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對生活污水中含有的大量有價值物質(zhì)及能源的回收問題，本發(fā)明提供一種從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，能夠從原污水中回收物質(zhì)和能源，同時提供一種實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，包括原污水濃縮、汲取液再生、凈化水回收、能量回收、有機肥回收以及磷回收六個階段，具體過程如下所述:
[0007](I)原污水濃縮階段:
[0008]使經(jīng)過格柵及沉砂池處理(去除掉其中所含的大塊漂浮物及砂粒)的原污水進入正滲透膜的一側，正滲透膜另一側的汲取液采用碳酸氫銨溶液，利用正滲透膜的選擇透過性及正滲透膜兩側的滲透壓差，使得污水中的水分子透過正滲透膜進入碳酸氫銨溶液，污水中的懸浮物質(zhì)及有機物被截留，這樣原污水被濃縮，碳酸氫銨溶液被稀釋；
[0009]碳酸氫銨溶液的濃度為200g/L?250g/L。
[0010]正滲透膜朝向原污水一側通過柱狀填料的流動對正滲透膜的表面刷洗，實現(xiàn)對正滲透膜的清洗。
[0011 ]通過這一階段的濃縮，污水中的懸浮物及有機物等可以被濃縮4倍以上。
[0012](2)汲取液再生階段:
[0013]被稀釋的碳酸氫銨溶液抽出后利用蒸汽間接加熱，使溶液中的碳酸氫銨受熱分解，得到氨氣和二氧化碳氣體，蒸汽來源于能量回收階段;在加壓的作用下，氨氣和二氧化碳的混合氣體再與水反應生成濃度能夠作為汲取液的碳酸氫銨溶液，流回正滲透膜的汲取液一側，實現(xiàn)汲取液的再生；
[0014]被稀釋的碳酸氫銨溶液的加熱溫度為55°C?60°C。
[0015]加壓的壓力為0.5?0.6MPa。
[0016]氨氣和二氧化碳的混合氣體與水的體積比為1000?1200:1。
[0017](3)凈化水回收階段:
[0018]在汲取液再生階段中，碳酸氫銨受熱分解后的被稀釋的碳酸氫銨溶液通過抽吸作用穿過反滲透膜，利用反滲透膜的選擇透過性，使得水分子透過反滲透膜，得到凈化出水，其它大分子不能透過膜，則被截留；
[0019]通過凈化水回收階段可以實現(xiàn)污水中凈水資源的回收。
[0020](4)能量回收階段
[0021]原污水濃縮階段中被濃縮的原污水經(jīng)預熱后進行厭氧消化反應，在厭氧微生物的作用下，污水中的部分有機物被轉(zhuǎn)化成甲烷氣體(沼氣)，部分有機物被微生物利用進行自身的增殖，使得厭氧微生物的數(shù)量增加，得到含有植物性營養(yǎng)元素(氮、磷等)的污泥，并產(chǎn)生一部分上清液；同時甲烷被送入蒸汽鍋爐，產(chǎn)生蒸汽;蒸汽用來預熱厭氧消化反應前的濃縮原污水、加熱被稀釋的碳酸氫銨溶液的熱源以及消毒污泥;多余的能量(蒸汽)可以驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能。
[0022]原污水的預熱溫度為35°C?37°C。
[0023]通過能量回收階段可以實現(xiàn)污水中能量的回收利用。
[0024](5)肥料回收階段:
[0025]利用能量回收階段產(chǎn)生的高溫蒸汽對能量回收階段產(chǎn)生的污泥進行污泥滅菌，以殺滅污泥中的致病菌，滅菌之后的污泥經(jīng)脫水處理后得到肥料(富含氮、磷等營養(yǎng)元素)；
[0026]污泥滅菌是將污泥加熱到70°C?72°C，并停留5?8分鐘。
[0027]通過肥料回收階段可以實現(xiàn)從原污水中回收氮、磷等營養(yǎng)元素的目的。
[0028](6)磷回收階段
[0029]對能量回收階段產(chǎn)生的上清液通過超濾膜進行超濾提純，允許小于超濾膜孔徑的組分透過，大于超濾膜孔徑的組分被超濾膜截留，在抽吸作用下上清液中的水分子及溶解性物質(zhì)透過超濾膜，成為透過液，上清液中的固體物質(zhì)則被超濾膜截留；被超濾膜截留的固體物質(zhì)送回原污水濃縮池;對透過液進行磷回收，投加NaOH將pH調(diào)至8?8.5，然后加入氧化鎂(MgO)，在堿性條件下，透過液中的磷和氨與氧化鎂反應生成磷酸銨鎂(鳥糞石)。
[0030]鳥糞石中富含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，是一種優(yōu)質(zhì)的肥料，可以作為緩釋肥。通過磷回收階段，可以實現(xiàn)從污水中大量回收氮、磷元素的目的。
[0031]實現(xiàn)上述方法的從污水中回收物質(zhì)和能量的系統(tǒng)，采用以下技術方案:
[0032]該系統(tǒng)，包括原污水濃縮池、汲取液蒸發(fā)器、汲取液濃縮器、低壓反滲透水回收器、厭氧消化反應器、蒸汽鍋爐、超濾分離器、磷回收池、污泥滅菌裝置和脫水機；
[0033]原污水濃縮池內(nèi)設置有正滲透膜，正滲透膜將原污水濃縮池分為污水側和汲取液側，污水側的上部設置有原污水進水管、反滲透濃縮液回流管、超濾濃水回流管和MAP(磷酸銨鎂)池回流管;污水側內(nèi)還設置有內(nèi)隔板，內(nèi)隔板兩側的底部分別設置有內(nèi)循環(huán)進水管和內(nèi)循環(huán)出水管，內(nèi)隔板與正滲透膜之間的空間底部設置有篩網(wǎng)，內(nèi)循環(huán)出水管位于該篩網(wǎng)的下部，內(nèi)循環(huán)進水管和內(nèi)循環(huán)出水管之間設有循環(huán)水栗;汲取液側的底部設置有稀釋汲取液排出管，上部設置有汲取液加注管；
[0034]汲取液蒸發(fā)器內(nèi)設有第一加熱盤管，第一加熱盤管的一端通過第一蒸汽管與蒸汽鍋爐相連，另一端通過第一冷凝回水管與蒸汽鍋爐相連;汲取液蒸發(fā)器的一側通過所述稀釋汲取液排出管與原污水濃縮池相連，另一側通過反滲透進水管與低壓反滲透水回收器相連;汲取液蒸發(fā)器的上部通過蒸發(fā)汲取液出汽管與汲取液濃縮器連接，汲取液濃縮器通過所述汲取液加注管與原污水濃縮池相連；
[0035]低壓反滲透水回收器中設置有反滲透膜，反滲透膜的出口端通過凈水回收管與反滲透抽吸栗相連，低壓反滲透水回收器通過反滲透濃縮液回流管與原污水濃縮池相連，低壓反滲透水回收器通過所述反滲透進水管與汲取液蒸發(fā)器相連；
[0036]厭氧消化反應器的頂部設有沼氣管，底部設有污泥排出管，厭氧消化反應器的上部通過消化液排出管與超濾分離器相連，厭氧消化反應器的下部通過濃縮污水出水管與所述循環(huán)水栗相連，濃縮污水出水管穿過汽水換熱器;汽水換熱器的上部連接有第二蒸汽管，下部通過第二冷凝回水管與蒸汽鍋爐連接；
[0037]超濾分離器中設有超濾膜，超濾膜的出口端通過超濾抽吸栗及超濾液進水管與磷回收池相連;超濾分離器通過消化液排出管與厭氧消化反應器相連，并通過所述超濾濃水回流管與原污水濃縮池相連；
[0038]磷回收池通過磷回收池出水管與MAP收集池相連，MAP收集池通過MAP池回流管與原污水濃縮池相連，MAP收集池中設有格網(wǎng)；
[0039]污泥滅菌裝置中設置有第二加熱盤管，第二加熱盤管的一端通過第三蒸汽管同蒸汽鍋爐相連，另一端通過第三冷凝回水管與蒸汽鍋爐相連;污泥滅菌裝置的一側通過污泥排出管與厭氧消化反應器相連，另一側通過脫水機進泥管與脫水機相連。
[0040]所述原污水濃縮池的污水側空間內(nèi)裝填有柱狀填料，柱狀填料占污水側空間體積的5?10% ο
[0041]本發(fā)明主要針對污水中所含有的有價值物質(zhì)和能源進行回收再利用，采用膜處理技術同厭氧生物技術的結合從原生活污水中回收這些物質(zhì)和能量，以達到既回收物質(zhì)、能量，又降低外排污水對環(huán)境造成污染的問題。具有如下特點:
[0042](I)可以實現(xiàn)從原污水中最大量地回收優(yōu)質(zhì)淡水資源、二次能源、有機肥料及優(yōu)質(zhì)的磷酸銨鎂(MAP)；
[0043](2)同現(xiàn)有的污水處理方法相比較，占地面積小、操作簡單、出水水質(zhì)好，在降低污水對環(huán)境的不利影響的同時，可以獲得可觀的經(jīng)濟效益等優(yōu)勢；
[0044](3)利用正滲透膜對原污水進行濃縮，可以提高進入?yún)捬跸磻鞯奈鬯疂舛?，降低所需厭氧消化反應器的容積，降低需熱量，提高厭氧處理過程的效率；
[0045](4)通過正滲透/反滲透組合工藝對污水進行處理，可以得到優(yōu)質(zhì)的回收水；
[0046](5)可以得到純度較高的磷酸銨鎂(MAP)和經(jīng)過消毒殺菌處理的有機肥料，這些肥料在應用過程中降低了生態(tài)風險。
【附圖說明】
[0047]圖1是本發(fā)明中從污水中提取物質(zhì)和能量的系統(tǒng)的結構原理示意圖。
[0048]其中:1、原污水進水管，2、原污水濃縮池，3、正滲透膜，4、內(nèi)隔板，5、篩網(wǎng)，6、柱狀填料，7、內(nèi)循環(huán)出水管，8、循環(huán)水栗，9、內(nèi)循環(huán)進水管，1、濃縮污水出水管，11、汽水換熱器，12、第一加熱盤管，13、厭氧消化反應器，14、沼氣管，15、燃氣管道，16、沼氣外送管，17、污泥排出管，18、蒸汽鍋爐，19、第一蒸汽管，20、汲取液蒸發(fā)器，21、第一冷凝回水管，22、第二蒸汽管，23、第二冷凝回水管，24、蒸發(fā)汲取液出汽管，25、汲取液濃縮器，26、汲取液加注管，27、稀釋汲取液排出管，28、反滲透進水管，29、低壓反滲透水回收器，30、反滲透膜，31、反滲透抽吸栗，32、凈水回收管，33、凈水輸出管，34、反滲透濃縮液回流管，35、污泥滅菌裝置，36、第三蒸汽管，37、第三冷凝回水管，38、脫水機進泥管，39、脫水機，40、消化液排出管，41、超濾分離器，42、超濾膜，43、超濾抽吸栗，44、超濾液進水管，45、磷回收池，46、磷回收池出水管，47、MAP收集池，48、格網(wǎng)，49、MAP池回流管，50、超濾濃水回流管，51、第二加熱盤管。
【具體實施方式】
[0049]本發(fā)明采用膜技術與厭氧生物技術相結合，利用正滲透膜技術對原污水進行濃縮以提高能量的回收效率，利用反滲透技術得到高品質(zhì)的回收水。通過厭氧消化技術從濃縮后的污水中回收能量，同時從厭氧消化反應器的上清液中回收磷酸銨鎂(MAP)，用厭氧消化反應器的污泥生產(chǎn)有機肥料。
[0050]本發(fā)明的從污水中回收物質(zhì)和能量的系統(tǒng)，如圖1所示，包括原污水濃縮池2、汲取液蒸發(fā)器20、汲取液濃縮器25、低壓反滲透水回收器29、汽水換熱器11、厭氧消化反應器13、超濾分離器41、磷回收池45、MAP收集池47、污泥滅菌裝置35和脫水機39。原污水濃縮池2內(nèi)設置有豎置的正滲透膜3，正滲透膜3將原污水濃縮池2分成污水側(左側)和汲取液側(右側)。左側上部設有原污水進水管1、反滲透濃縮液回流管34、MAP池回流管49和超濾濃水回流管50。左側靠近正滲透膜3—側設置有豎置的內(nèi)隔板4，內(nèi)隔板4上下懸空(內(nèi)隔板4的上端距離原污水濃縮池2的上端一定距離，內(nèi)隔板4的下端與原污水濃縮池2的底面設置有空隙)，使內(nèi)隔板4的上下均具有水流通道。在內(nèi)隔板4與正滲透膜3之間的空間底部設有傾斜放置的篩網(wǎng)5。篩網(wǎng)5的下部設有內(nèi)循環(huán)出水管7，內(nèi)循環(huán)出水管7通過循環(huán)水栗8連接內(nèi)循環(huán)進水管9，內(nèi)循環(huán)進水管9連接至原污水濃縮池2在內(nèi)隔板4另一側的底部。在原污水濃縮池2的左側空間內(nèi)裝填有柱狀填料6，柱狀填料占左側空間體積的5?1 % ο原污水濃縮池2的右側底部連接有稀釋汲取液排出管27，上部連接有汲取液加注管26。
[0051 ]汲取液蒸發(fā)器20的底部設置有第一加熱盤管12，第一加熱盤管12通過第一蒸汽管19及第一冷凝回水管21與蒸汽鍋爐18相連。汲取液蒸發(fā)器20左側下部通過稀釋汲取液排出管27與原污水濃縮池2相連，右側下部設置有反滲透進水管28，上部通過蒸發(fā)汲取液出汽管24與汲取液濃縮器25連接，汲取液濃縮器25通過汲取液加注管26與原污水濃縮池2相連。
[0052]低壓反滲透水回收器29內(nèi)設有豎置式反滲透膜30，反滲透膜30的出水端通過凈水回收管32與反滲透抽吸栗31相連，反滲透抽吸栗31的出水端連接凈水輸出管33。低壓反滲透水回收器29的左側底部通過反滲透進水管28與汲取液蒸發(fā)器20相連。低壓反滲透水回收器29的右側上部通過反滲透濃縮液回流管34與原污水濃縮池2相連。
[0053]厭氧消化反應器13的下部通過濃縮污水出水管10與循環(huán)水栗8相連，濃縮污水出水管10穿過汽水換熱器11，經(jīng)汽水換熱器11加熱。汽水換熱器11的上部連接有第二蒸汽管22，下部通過第二冷凝回水管23與蒸汽鍋爐18連接。厭氧消化反應器13的頂部設有沼氣管14，底部設有污泥排出管17。厭氧消化反應器13的上部通過消化液排出管40與超濾分離器41相連。
[0054]超濾分離器41內(nèi)設有豎置式超濾膜42，超濾膜42的出口端連接有超濾抽吸栗43，超濾分離器41左側通過消化液排出管40與厭氧消化反應器13相連，右側通過超濾濃水回流管50與原污水濃縮池2相連。
[0055]磷回收池45的左側通過超濾液進水管44與超濾抽吸栗43相連，右側設有磷回收池出水管46 JAP收集池47內(nèi)設有格網(wǎng)48，左側通過磷回收池出水管46與磷回收池45相連，右側通過MAP池回流管49與原污水濃縮池2相連。
[0056]污泥滅菌裝置35內(nèi)設有第二加熱盤管51，第二加熱盤管51的上部通過第三蒸汽管36與蒸汽鍋爐18相連，下部通過第三冷凝回水管37與蒸汽鍋爐18相連。污泥滅菌裝置35的左側設有污泥排出管17，右側通過脫水機進泥管38同脫水機39相連。
[0057]蒸汽鍋爐18通過第一蒸汽管19、第二蒸汽管22、第三蒸汽管36、第一冷凝回水管21、第二冷凝回水管23和第三冷凝回水管37分別與汲取液蒸發(fā)器20中的第一加熱盤管12、汽水換熱器11和污泥滅菌裝置35中的第二加熱盤管51相連。
[0058]上述系統(tǒng)從污水中提取物質(zhì)和能量的過程，包括原污水濃縮、汲取液再生、凈化水回收、能量回收、肥料回收及磷回收六個階段。是在原污水濃縮池2中利用正滲透膜3的選擇透過性以及由于原污水和汲取液滲透壓不同在正滲透膜3兩側造成的滲透壓差，使得原污水中的水分子透過正滲透膜3進入碳酸氫銨溶液(汲取液)一側。然后，被稀釋的汲取液進入汲取液蒸發(fā)器20，在加熱的作用下，稀釋汲取液中的碳酸氫銨揮發(fā)變成氨氣和二氧化碳，氨氣和二氧化碳進入汲取液濃縮器25。在汲取液濃縮器25中，氨氣和二氧化碳被壓縮，并與水反應重新生成濃度200?250g/L的碳酸氫銨溶液，實現(xiàn)汲取液的濃縮再生。蒸發(fā)掉碳酸氫銨的稀釋汲取液進入低壓反滲透水回收器29，在反滲透膜30的選擇透過性及外壓的作用下，進水中的水分子透過反滲透膜形成優(yōu)質(zhì)的回收水。在原污水濃縮池2中得到的濃縮液進入?yún)捬跸磻?3，在其中厭氧微生物的作用下，濃縮液進行厭氧反應產(chǎn)生沼氣，沼氣燃燒可以使蒸汽鍋爐18中產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽用于提供汲取液蒸發(fā)器20、汽水換熱器11和污泥滅菌裝置35所需的熱量。厭氧消化反應器13的上清液經(jīng)超濾分離器41凈化后，在磷回收池45中與加入的氧化鎂在堿性條件下反應生成磷酸銨鎂(MAP)。厭氧消化反應器13產(chǎn)生的污泥在污泥滅菌裝置35中滅菌后，用脫水機39脫水后得到有機肥料。
[0059]由污水中回收物質(zhì)和能量的具體過程，如下所述:
[0060]1.在原污水濃縮池2中對原污水進行濃縮
[0061]經(jīng)過格柵及沉砂處理去除了大塊漂浮物及砂粒的原污水通過原污水進水管I進入原污水濃縮池2。原污水濃縮池2中設置的正滲透膜3具有選擇透過性，只允許原污水中的水分子透過，不允許其它物質(zhì)透過。在正滲透膜3的左側為進入的原污水，右側為濃度200?250g/L的碳酸氫銨溶液(汲取液)。原污水的滲透壓小，碳酸氫銨溶液的滲透壓大，這樣，在正滲透膜3的兩側便產(chǎn)生了滲透壓差。在滲透壓差及正滲透膜3的選擇透過性的作用下，原污水中的水分子透過正滲透膜3向碳酸氫銨溶液一側擴散，使得碳酸氫銨溶液被稀釋。原污水中的其它組分不能透過正滲透膜3，被截留在正滲透膜3的左側，形成原污水的濃縮液。在循環(huán)水栗8的抽吸及提升作用下，在原污水濃縮池2中，靠近正滲透膜區(qū)域的污水被循環(huán)水栗8抽吸，在內(nèi)隔板4右側區(qū)域、內(nèi)循環(huán)出水管7、循環(huán)水栗8、內(nèi)循環(huán)進水管9、以及內(nèi)隔板4左側區(qū)域中進行循環(huán)流動，在循環(huán)水流的作用下，原污水濃縮池2內(nèi)充填的柱狀填料6也在內(nèi)隔板4左側和內(nèi)隔板4右側進行循環(huán)流動，由于篩網(wǎng)5的阻隔作用，柱狀填料6不會進入到內(nèi)循環(huán)出水管7中，而是順著斜置的篩網(wǎng)5下滑進入內(nèi)隔板4的左側區(qū)域底部，在此區(qū)域，在循環(huán)水流的作用下，柱狀填料6向上運動。柱狀填料6的流動可以形成對正滲透膜3的表面刷洗，實現(xiàn)對正滲透膜3的清洗作用。
[0062]通過原污水濃縮池2處理后，原污水的濃度可以濃縮到原來的4?5倍。
[0063]2.在汲取液蒸發(fā)器20及汲取液濃縮器25中進行汲取液的再生
[0064]在原污水濃縮池2中被稀釋的碳酸氫銨溶液通過稀釋汲取液排出管27進入汲取液蒸發(fā)器20，在汲取液蒸發(fā)器20底部的第一加熱盤管12的加熱作用下，被稀釋的碳酸氫銨溶液被加熱到55°C?60°C，使得碳酸氫銨受熱分解生成二氧化碳和氨氣，釋放出來。產(chǎn)生的二氧化碳和氨氣通過蒸發(fā)汲取液出汽管24進入汲取液濃縮器25，在汲取液濃縮器25中，在加壓0.5?0.6MPa的壓力作用下，二氧化碳和氨氣的混合氣體與水反應生成濃度200?250g/L的碳酸氫銨溶液，碳酸氫銨溶液通過汲取液加注管26送回原污水濃縮池2的汲取液側(右偵U，從而實現(xiàn)汲取液的再生。
[0065]3.在低壓反滲透水回收器29中進行凈化水的回收
[0066]在汲取液蒸發(fā)器20中蒸發(fā)掉二氧化碳和氨氣之后的稀釋汲取液(碳酸氫銨溶液)通過反滲透進水管28進入低壓反滲透水回收器29。低壓反滲透水回收器29中設置的反滲透膜30具有選擇透過性，在反滲透抽吸栗31的抽吸作用下，進水中的水分子可以透過反滲透膜30形成凈化回收水，進水中的其它組分不能透過反滲透膜30，被截留在低壓反滲透水回收器29中，使得進水被濃縮，這部分被濃縮的進水通過反滲透濃縮液回流管34回到原污水濃縮池2的前端。
[0067]通過低壓反滲透水回收器29可以得到凈化水，從而實現(xiàn)凈化水的回收。
[0068]4.在厭氧消化反應器13中實現(xiàn)污水中能量的回收
[0069]在原污水濃縮池2中得到的濃縮污水通過濃縮污水出水管10，經(jīng)過汽水換熱器11的預熱作用，使污水溫度達到35°C?37°C后，從底部進入?yún)捬跸磻?3。進入?yún)捬跸磻?3的濃縮污水在反應器中厭氧微生物的作用下發(fā)生厭氧反應，水中的有機物被分解成無機物，同時產(chǎn)生甲烷氣體(沼氣)。產(chǎn)生的沼氣通過厭氧消化反應器13頂部的沼氣管14排出，一部分通過燃氣管道15用來加熱蒸汽鍋爐18以產(chǎn)生蒸汽。產(chǎn)生的蒸汽分別通過第一蒸汽管19、第二蒸汽管22和第三蒸汽管36送至第一加熱盤管12、汽水換熱器11和第二加熱盤管51，用來蒸發(fā)稀釋汲取液中的氨及二氧化碳、預熱濃縮污水、對污泥進行消毒處理。第一加熱盤管12、汽水換熱器11和第二加熱盤管51產(chǎn)生的冷凝水分別通過第一冷凝回水管21、第二冷凝回水管23和第三冷凝回水管37重新回到蒸汽鍋爐18生成蒸汽。厭氧消化反應器13產(chǎn)生的多余的沼氣可以外送作為能量。在厭氧消化反應器13中厭氧消化產(chǎn)生的上清液通過反應器上部的消化液排出管40排出，產(chǎn)生的污泥通過設于反應器底部的污泥排出管17排出。
[0070]5.在超濾分離器41和磷回收池45中生成磷酸銨鎂
[0071]從厭氧消化反應器13中排出的上清液通過消化液排出管40進入超濾分離器41。超濾分離器41中的超濾膜42具有選擇透過性，只允許粒徑小于超濾膜孔徑的溶解性物質(zhì)透過。在超濾抽吸栗43的抽吸作用下，進入超濾分離器41的消化液中的溶解性組分可以透過膜，通過超濾液進水管44進入磷回收池45，消化液中所夾帶的污泥被截留在超濾分離器41中。被截留的這部分污泥通過超濾濃水回流管50回到原污水濃縮池2。經(jīng)過超濾分離器41凈化后的消化液經(jīng)超濾液進水管44進入磷回收池45，在磷回收池45中投加氫氧化鈉將pH調(diào)整至IJ8?8.5，然后加入氧化鎂，在堿性條件下，消化液中的氨、磷同氧化鎂反應生成磷酸銨鎂。
[0072]6.在MAP收集池47中回收磷酸銨鎂
[0073]在磷回收池45中生成的磷酸銨鎂通過磷回收池出水管46進入MAP收集池47。在MAP收集池47中設有格網(wǎng)48，在磷回收池45中生成的磷酸銨鎂在格網(wǎng)48上沉積下來。通過定期清理格網(wǎng)48可以回收磷酸銨鎂。
[0074]通過本過程可以得到高純度的磷酸銨鎂，磷酸銨鎂可以用作緩釋肥。
[0075]7.在污泥滅菌裝置35及脫水機39中回收有機肥料
[0076]從厭氧消化反應器13中排出的剩余污泥通過污泥排出管17進入污泥滅菌裝置35，在污泥滅菌裝置35中利用第二加熱盤管51將污泥加熱到70°C?72°C，保持5?8分鐘對污泥進行滅菌處理。滅菌后的污泥通過脫水機進泥管38進入脫水機39，在脫水機39中污泥中的含水率可以被降低到70%以下，這部分污泥經(jīng)干化后可以作為有機肥料進行利用。
【主權項】
1.一種從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是:包括原污水濃縮、汲取液再生、凈化水回收、能量回收、有機肥回收以及磷回收六個階段，具體過程如下所述: (1)原污水濃縮階段: 使經(jīng)過格柵及沉砂池處理的原污水進入正滲透膜的一側，正滲透膜另一側的汲取液采用碳酸氫銨溶液，利用正滲透膜的選擇透過性及正滲透膜兩側的滲透壓差，使得污水中的水分子透過正滲透膜進入碳酸氫銨溶液，污水中的懸浮物質(zhì)及有機物被截留，這樣原污水被濃縮，碳酸氫銨溶液被稀釋； (2)汲取液再生階段: 被稀釋的碳酸氫銨溶液抽出后利用蒸汽間接加熱，使溶液中的碳酸氫銨受熱分解，得到氨氣和二氧化碳氣體，蒸汽來源于能量回收階段;在加壓的作用下，這兩種氣體再與水反應生成濃度能夠作為汲取液的碳酸氫銨溶液，流回正滲透膜的汲取液一側，實現(xiàn)汲取液的再生； (3)凈化水回收階段: 在汲取液再生階段中，碳酸氫銨受熱分解后的被稀釋的碳酸氫銨溶液通過抽吸作用穿過反滲透膜，利用反滲透膜的選擇透過性，使得水分子透過反滲透膜，得到凈化出水，其它大分子不能透過膜，則被截留； (4)能量回收階段: 原污水濃縮階段中被濃縮的原污水經(jīng)預熱后進行厭氧消化反應，在厭氧微生物的作用下，污水中的部分有機物被轉(zhuǎn)化成甲烷氣體，部分有機物被微生物利用進行自身的增殖，使得厭氧微生物的數(shù)量增加，得到含有植物性營養(yǎng)元素的污泥，并產(chǎn)生上清液；同時甲烷被送入蒸汽鍋爐，產(chǎn)生蒸汽;蒸汽用來預熱厭氧消化反應前的濃縮原污水、加熱被稀釋的碳酸氫銨溶液的熱源以及消毒污泥； (5)肥料回收階段: 利用能量回收階段產(chǎn)生的高溫蒸汽對能量回收階段產(chǎn)生的污泥進行污泥滅菌，以殺滅污泥中的致病菌，滅菌之后的污泥經(jīng)脫水處理后得到肥料； (6)磷回收階段: 對能量回收階段產(chǎn)生的上清液通過超濾膜進行超濾提純，允許小于超濾膜孔徑的組分透過，大于超濾膜孔徑的組分被超濾膜截留，在抽吸作用下上清液中的水分子及溶解性物質(zhì)透過超濾膜，成為透過液，上清液中的固體物質(zhì)則被超濾膜截留;被超濾膜截留的固體物質(zhì)送回原污水濃縮池;對透過液進行磷回收，投加NaOH將pH調(diào)至8?8.5，然后加入氧化鎂，在堿性條件下，透過液中的磷和氨與氧化鎂反應生成磷酸銨鎂。2.根據(jù)權利要求1所述的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是，所述原污水濃縮階段中碳酸氫銨溶液的濃度為200?250g/L。3.根據(jù)權利要求1所述的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是，所述正滲透膜朝向原污水一側通過柱狀填料的流動對正滲透膜的表面刷洗，實現(xiàn)對正滲透膜的清洗。4.根據(jù)權利要求1所述的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是，所述汲取液再生階段中被稀釋的碳酸氫銨溶液的加熱溫度為55°C?60°C。5.根據(jù)權利要求1所述的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是，所述汲取液再生階段中的加壓壓力為0.5?0.6MPa。6.根據(jù)權利要求1所述的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是，所述汲取液再生階段中氨氣和二氧化碳的混合氣體與水的體積比為1000?1200:1。7.根據(jù)權利要求1所述的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是，所述能量回收階段原污水的預熱溫度為35°C?37°C。8.根據(jù)權利要求1所述的從污水中提取物質(zhì)和能量的方法，其特征是，所述肥料回收階段中污泥滅菌是將污泥加熱到700C?72°C，并停留5?8分鐘。9.一種從污水中回收物質(zhì)和能量的系統(tǒng)，包括原污水濃縮池、汲取液蒸發(fā)器、汲取液濃縮器、低壓反滲透水回收器、厭氧消化反應器、蒸汽鍋爐、超濾分離器、磷回收池、污泥滅菌裝置和脫水機;其特征是: 原污水濃縮池內(nèi)設置有正滲透膜，正滲透膜將原污水濃縮池分為污水側和汲取液側，污水側的上部設置有原污水進水管、反滲透濃縮液回流管、超濾濃水回流管和MAP(磷酸銨鎂)池回流管;污水側內(nèi)還設置有內(nèi)隔板，內(nèi)隔板兩側的底部分別設置有內(nèi)循環(huán)進水管和內(nèi)循環(huán)出水管，內(nèi)隔板與正滲透膜之間的空間底部設置有篩網(wǎng)，內(nèi)循環(huán)出水管位于該篩網(wǎng)的下部，內(nèi)循環(huán)進水管和內(nèi)循環(huán)出水管之間設有循環(huán)水栗;汲取液側的底部設置有稀釋汲取液排出管，上部設置有汲取液加注管； 汲取液蒸發(fā)器內(nèi)設有第一加熱盤管，第一加熱盤管的一端通過第一蒸汽管與蒸汽鍋爐相連，另一端通過第一冷凝回水管與蒸汽鍋爐相連;汲取液蒸發(fā)器的一側通過所述稀釋汲取液排出管與原污水濃縮池相連，另一側通過反滲透進水管與低壓反滲透水回收器相連；汲取液蒸發(fā)器的上部通過蒸發(fā)汲取液出汽管與汲取液濃縮器連接，汲取液濃縮器通過所述汲取液加注管與原污水濃縮池相連； 低壓反滲透水回收器中設置有反滲透膜，反滲透膜的出口端通過凈水回收管與反滲透抽吸栗相連，低壓反滲透水回收器通過反滲透濃縮液回流管與原污水濃縮池相連，低壓反滲透水回收器通過所述反滲透進水管與汲取液蒸發(fā)器相連； 厭氧消化反應器的頂部設有沼氣管，底部設有污泥排出管，厭氧消化反應器的上部通過消化液排出管與超濾分離器相連，厭氧消化反應器的下部通過濃縮污水出水管與所述循環(huán)水栗相連，濃縮污水出水管穿過汽水換熱器;汽水換熱器的上部連接有第二蒸汽管，下部通過第二冷凝回水管與蒸汽鍋爐連接； 超濾分離器中設有超濾膜，超濾膜的出口端通過超濾抽吸栗及超濾液進水管與磷回收池相連;超濾分離器通過消化液排出管與厭氧消化反應器相連，并通過所述超濾濃水回流管與原污水濃縮池相連； 磷回收池通過磷回收池出水管與MAP收集池相連，MAP收集池通過MAP池回流管與原污水濃縮池相連，MAP收集池中設有格網(wǎng)； 污泥滅菌裝置中設置有第二加熱盤管，第二加熱盤管的一端通過第三蒸汽管同蒸汽鍋爐相連，另一端通過第三冷凝回水管與蒸汽鍋爐相連;污泥滅菌裝置的一側通過污泥排出管與厭氧消化反應器相連，另一側通過脫水機進泥管與脫水機相連。10.根據(jù)權利要求9所述的從污水中回收物質(zhì)和能量的系統(tǒng)，所述原污水濃縮池的污水偵控間內(nèi)裝填有柱狀填料，柱狀填料占污水側空間體積的5?10%。
【文檔編號】C02F101/16GK105859057SQ201610431231
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】程麗華, 畢學軍, 倪福祥, 陳棟, 劉長青
【申請人】青島理工大學