本發(fā)明涉及污水處理，尤其是涉及一種碳源、氨氮和純水協(xié)同回收系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、垃圾滲濾液、沼液、廢棄生物質(zhì)厭氧消化液等廢水具有高氨氮、高有機(jī)質(zhì)和高水量等特征，傳統(tǒng)的生物、化學(xué)和物理處理方法均很難得到有效的處理。透氣膜(gas?permeablemembrane,gpm)技術(shù)可以應(yīng)用于高氨氮廢水的處理，包括從垃圾滲濾液、沼液、廢棄生物質(zhì)厭氧消化液中回收氨氮。透氣膜技術(shù)不需要加壓，能夠在氨氮濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下將氣態(tài)氨氮nh3從進(jìn)料溶液自發(fā)分離到酸吸收溶液中，進(jìn)入酸吸收液的nh3會(huì)與酸吸收液中的游離質(zhì)子結(jié)合形成非揮發(fā)性nh4+，并轉(zhuǎn)化為具有高價(jià)值的氮肥。

2、然而，透氣膜技術(shù)通常采用堿性藥品調(diào)節(jié)ph值，不僅容易造成nh3外溢，同時(shí)nh3的跨膜速率較低，既大大降低了回收效率，同時(shí)增加了運(yùn)行和后續(xù)處理成本；并且，通過(guò)堿性藥品調(diào)節(jié)ph值容易導(dǎo)致濃差極化，進(jìn)而增大了膜污染。此外，受透氣膜性質(zhì)的影響，在回收氨氮時(shí)，水蒸氣會(huì)隨nh3一起傳遞到吸收側(cè)，導(dǎo)致吸收液的體積增大，使回收的氨氮產(chǎn)品濃度下降，增加了后續(xù)處理的成本。

3、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種碳源、氨氮和純水協(xié)同回收系統(tǒng)和方法，克服了吸收液體積增大等問(wèn)題，提高了氨氮的回收效率，協(xié)同實(shí)現(xiàn)了原液中的碳源濃縮、氨氮回收和純水回收。

2、本發(fā)明提供一種碳源、氨氮和純水協(xié)同回收系統(tǒng)，包括一級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元、二級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元和純水回收單元；其中，一級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元包括原液儲(chǔ)存罐，在原液儲(chǔ)存罐中設(shè)有第一膨脹膜管組件、第一曝氣裝置和第一溫度控制器；二級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元包括酸吸收液儲(chǔ)存罐，在酸吸收液儲(chǔ)存罐中設(shè)有第二膨脹膜管組件、第二曝氣裝置和第二溫度控制器；純水回收單元包括純水儲(chǔ)存罐和第三溫度控制器；第一膨脹膜管組件的進(jìn)口和出口分別通過(guò)進(jìn)液管和出液管與酸吸收液儲(chǔ)存罐連通，在進(jìn)液管上設(shè)有進(jìn)液泵，第二膨脹膜管組件的進(jìn)口和出口分別通過(guò)進(jìn)水管和出水管與純水儲(chǔ)存罐連通，在進(jìn)水管上設(shè)有進(jìn)水泵。

3、具體地，第一溫度控制器設(shè)有第一溫度傳感器和用于對(duì)原液儲(chǔ)存罐中的原液進(jìn)行加熱的第一加熱裝置，第一溫度控制器用于將原液儲(chǔ)存罐中的原液溫度控制在55-65℃；第二溫度控制器設(shè)有第二溫度傳感器和用于對(duì)酸吸收液儲(chǔ)存罐中的酸吸收液進(jìn)行加熱的第二加熱裝置，第二溫度控制器用于將酸吸收液儲(chǔ)存罐中的酸吸收液溫度控制在45-55℃；第三溫度控制器設(shè)有第三溫度傳感器和用于對(duì)純水回收單元中的純水吸收液進(jìn)行冷卻的制冷裝置，第三溫度控制器用于將純水儲(chǔ)存罐中的純水吸收液的溫度控制在15-25℃。

4、第一曝氣裝置和第二曝氣裝置分別用于對(duì)原液儲(chǔ)存罐和酸吸收液儲(chǔ)存罐進(jìn)行曝氣。具體地，第一曝氣裝置和第二曝氣裝置分別包括曝氣機(jī)、流量計(jì)、釋放器和定時(shí)開(kāi)關(guān)，曝氣機(jī)通過(guò)曝氣管與釋放器連接，第一曝氣裝置的釋放器設(shè)置在原液儲(chǔ)存罐的底部，第二曝氣裝置的釋放器設(shè)置在酸吸收液儲(chǔ)存罐的底部，流量計(jì)設(shè)置在曝氣管上，定時(shí)開(kāi)關(guān)與曝氣機(jī)連接以對(duì)曝氣時(shí)間進(jìn)行控制。第一曝氣裝置和第二曝氣裝置的曝氣速率分別為50-400ml/min/l(即1l待處理液需要每分鐘50-400ml曝氣體積)，例如為50-200ml/min/l；定時(shí)開(kāi)關(guān)控制第一曝氣裝置和第二曝氣裝置的曝氣時(shí)間間隔為1-6h，例如為2-6h。

5、進(jìn)一步地，第一膨脹膜管組件和第二膨脹膜管組件分別包括膨脹膜管，膨脹膜管的材質(zhì)為eptfe、pp或pvdf。具體地，第一膨脹膜管組件和第二膨脹膜管組件可以設(shè)置多個(gè)膨脹膜管，多個(gè)膨脹膜管并列設(shè)置，多個(gè)膨脹膜管的進(jìn)口端和出口端分別通過(guò)集水器固定；第一膨脹膜管組件和第二膨脹膜管組件不設(shè)置外殼，第一膨脹膜管組件、第二膨脹膜管組件的膨脹膜管分別直接暴露在原液儲(chǔ)存罐、酸吸收液儲(chǔ)存罐中。

6、在本發(fā)明的系統(tǒng)中，一級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元中的膨脹膜管與酸吸收液儲(chǔ)存罐中的酸吸收液之間形成輸送酸吸收液的循環(huán)管路，二級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元中的膨脹膜管與純水儲(chǔ)存罐中的純水吸收液之間形成輸送純水的循環(huán)管路；在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，酸吸收液儲(chǔ)存罐中的酸吸收液通過(guò)進(jìn)液泵在酸吸收液儲(chǔ)存罐與第一膨脹膜管組件的膨脹膜管之間循環(huán)，原液儲(chǔ)存罐中的原液中的氨氮和水透過(guò)第一膨脹膜管組件的膨脹膜管進(jìn)入酸吸收液儲(chǔ)存罐，原液中的碳源得到濃縮，氨氮得到去除；同時(shí)，純水儲(chǔ)存罐中的純水吸收液通過(guò)進(jìn)水泵在純水儲(chǔ)存罐與第二膨脹膜管組件的膨脹膜管之間循環(huán)，酸吸收液儲(chǔ)存罐中的酸吸收液中的水透過(guò)第二膨脹膜管組件的膨脹膜管進(jìn)入純水儲(chǔ)存罐，此時(shí)酸吸收液中的水回收至純水儲(chǔ)存罐中，同時(shí)酸吸收液中的銨鹽得到濃縮和回收。

7、進(jìn)一步地，二級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元設(shè)有ph控制器，可用于監(jiān)控酸吸收液是否存在漏液以及是否需要補(bǔ)充濃酸；可以理解，ph控制器包括ph傳感器和補(bǔ)酸裝置，ph傳感器用于檢測(cè)酸吸收液的ph值，待酸吸收液中酸的ph高于2時(shí)，通過(guò)補(bǔ)酸裝置向酸吸收液中補(bǔ)充濃酸，使得酸吸收液中酸的ph始終保持在2以下。

8、本發(fā)明還提供一種碳源、氨氮和純水協(xié)同回收方法，采用上述碳源、氨氮和純水協(xié)同回收系統(tǒng)進(jìn)行。

9、具體地，本發(fā)明的碳源、氨氮和純水協(xié)同回收方法，包括如下步驟：

10、s1：向原液儲(chǔ)存罐中加入原液，向酸吸收液儲(chǔ)存罐中加入酸吸收液，向純水儲(chǔ)存罐中加入純水吸收液，開(kāi)啟進(jìn)液泵使酸吸收液在酸吸收液儲(chǔ)存罐與第一膨脹膜管組件之間循環(huán)，開(kāi)啟進(jìn)水泵使純水吸收液在純水儲(chǔ)存罐與第二膨脹膜管組件之間循環(huán)；

11、s2：采用第一曝氣裝置和第二曝氣裝置分別對(duì)原液儲(chǔ)存罐和酸吸收液儲(chǔ)存罐進(jìn)行曝氣，同時(shí)分別控制原液、酸吸收液和純水吸收液的溫度，使原液中的氨氮和水通過(guò)第一膨脹膜管組件進(jìn)入酸吸收液儲(chǔ)存罐，并使酸吸收液中的水通過(guò)第二膨脹膜管組件進(jìn)入純水儲(chǔ)存罐。

12、在本發(fā)明中，原液為含高濃度氨氮的污水，可以理解，原液中還含有有機(jī)質(zhì)等碳源。對(duì)原液的類(lèi)型不作嚴(yán)格限制，包括但不限于垃圾滲濾液、沼液、生物質(zhì)廢棄物厭氧消化液等。酸吸收液包括硫酸溶液、鹽酸溶液、磷酸溶液和硝酸溶液中的至少一種，酸吸收液中酸的濃度可以為0.05-0.2mol/l。純水吸收液可以采用純水、中水等。

13、第一曝氣裝置和第二曝氣裝置的曝氣速率分別為50-400ml/min/l，例如為50-200ml/min/l，曝氣時(shí)間間隔為1-6h，例如為2-6h。第一曝氣裝置用于對(duì)原液儲(chǔ)存罐進(jìn)行曝氣，曝氣能夠增大原液儲(chǔ)存罐中原液的ph值，使原液中游離態(tài)的nh3濃度增加，使得游離態(tài)的nh3更易于進(jìn)入第一膨脹膜管組件被酸吸收液吸收，既能避免造成nh3外溢，還加快了分子運(yùn)動(dòng)使nh3跨膜速率增大，氨氮的回收效率更高；同時(shí)，曝氣還能夠減少濃差極化，進(jìn)而減少膨脹膜的污染。第二曝氣裝置用于對(duì)酸吸收液儲(chǔ)存罐進(jìn)行曝氣，曝氣可減少溫差極化現(xiàn)象，保持第二膨脹膜管的純水回收通量不受影響，并且nh3從第一膨脹膜管進(jìn)入到酸吸收液后立即反應(yīng)生成nh4+而被固定，不會(huì)隨著曝氣的進(jìn)行而進(jìn)入到純水回收單元。特別是，控制上述特定的曝氣速率和曝氣時(shí)間間隔有利于氨氮和純水的高效回收以及降低工藝運(yùn)行能耗。

14、此外，控制原液的溫度為55-65℃，例如60-65℃，該溫度有利于提高氨氮的傳質(zhì)通量，同時(shí)水蒸氣的傳質(zhì)通量也大幅提高，有利于原液中離子態(tài)氨向游離態(tài)氨氮的轉(zhuǎn)變以及游離態(tài)的nh3和水蒸氣透過(guò)第一膨脹膜管組件的膨脹膜管，從而提高碳源濃縮倍數(shù)以及純水回收效率；酸吸收液的溫度為45-55℃，例如55℃，該溫度與原液形成10-20℃的溫差，有利于提高原液中水蒸氣的傳質(zhì)通量；另一方面，45-55℃的運(yùn)行溫度有利于酸吸收液中的水蒸氣透過(guò)第二膨脹膜管組件的膨脹膜管進(jìn)入到純水回收單元，降低了酸吸收液的體積，提高了酸吸收液中的氨氮濃度，同時(shí)使純水得到回收；純水吸收液的溫度為15-25℃，該溫度與酸吸收液的溫度形成一定的溫度差，提高了水蒸氣的跨膜速率和純水的回收效率，此外15-25℃的室溫條件運(yùn)行可以減少工藝能耗。特別是，可以控制原液的溫度高于酸吸收液的溫度10-20℃，同時(shí)控制酸吸收液的溫度高于純水吸收液的溫度20-40℃，該溫度梯度能夠最大程度地提高碳源濃縮倍數(shù)和純水回收效率。

15、本發(fā)明的碳源、氨氮和純水協(xié)同回收系統(tǒng)設(shè)有一級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元、二級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元和純水回收單元，酸吸收液與一級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元的膨脹膜管之間形成輸送酸吸收液的循環(huán)管路，純水與二級(jí)浸沒(méi)式透氣膜單元的膨脹膜管之間形成輸送純水的循環(huán)管路，通過(guò)第一溫度控制器、第二溫度控制器和第三溫度控制器分別對(duì)原液、酸吸收液和純水吸收液的溫度進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)第一曝氣裝置和第二曝氣裝置進(jìn)行曝氣，大大增加了原液的ph值和游離態(tài)nh3濃度，使原液中游離態(tài)的nh3和水蒸氣透過(guò)第一膨脹膜管組件的膨脹膜管進(jìn)入酸吸收液儲(chǔ)存罐，提高了碳源濃縮倍數(shù)以及純水回收效率；同時(shí)，酸吸收液中的水蒸氣透過(guò)第二膨脹膜管組件的膨脹膜管進(jìn)入純水儲(chǔ)存罐，既降低了酸吸收液的體積，同時(shí)提高了酸吸收液中的氨氮濃度，協(xié)同實(shí)現(xiàn)了原液中的碳源濃縮、氨氮回收和純水回收。