一种从污水中提取物质和能量的方法及系统的制作方法
【专利摘要】一种从污水中提取物质和能量的方法及系统，该方法包是利用正渗透膜将原污水进行浓缩，被稀释的碳酸氢铵汲取液利用蒸发浓缩得以再生重新利用，去除碳酸氢铵后的汲取液经过反渗透膜提纯为净化水回收利用，被浓缩的原污水经过厌氧消化过程产生沼气、上清液和污泥，沼气可作为蒸汽锅炉的燃料，上清液经超滤提纯后与氧化镁反应生成磷酸铵镁缓释肥，污泥经加热消毒及脱水后成为有机肥料；该系统包括原污水浓缩池、汲取液蒸发器、汲取液浓缩器、低压反渗透水回收器、厌氧消化反应器、超滤分离器、磷回收池、MAP收集池、污泥灭菌装置和脱水机。本发明实现了从污水中回收净化水和能量以及制得磷酸铵镁缓释肥和有机肥的目的，降低了环境污染。
【专利说明】
一种从污水中提取物质和能量的方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种应用膜处理技术及厌氧生物技术从生活污水中回收物质和能量的方法，属于污水处理技术领域。
【背景技术】
[0002]人们在日常生活过程中产生的污水中含有大量的有机物、氮、磷等营养物质。其中氮、磷等物质作为植物生长必须的营养成分，如果能够加以回收，可以作为微生物肥料，促进作物的生长。如果能够对污水中的含碳物质加以利用，将其转化成为能量，可以有效缓解目前存在的能源紧张问题。
[0003]然而，目前生活污水的主要去向是经过长距离的管道输送后在集中式污水处理厂中通过物理化学过程及生物处理过程将污水中的有机物氧化成无机物，一部分以二氧化碳的形式排入到大气中，另一部分转化成微生物细胞，最终以剩余污泥的形式排出系统;污水中的大部分含氮物质转化成氮气从污水中脱除；同时，污水中所含有的磷转移到污泥中，这部分污泥在后续的处置过程中大部分被作为固体废物进行废弃或填埋处理，使得本可以从污水中回收的磷资源无法进行有效回收，加剧了磷资源短缺的危机。
[0004]因此，目前的生活污水处理处置方式一方面无法有效回收污水中潜在的有价值物质和能量，另一方面还会造成对环境的污染，如在生物处理过程中会产生温室气体等。
【发明内容】
[0005]针对生活污水中含有的大量有价值物质及能源的回收问题，本发明提供一种从污水中提取物质和能量的方法，能够从原污水中回收物质和能源，同时提供一种实现该方法的系统。
[0006]本发明的从污水中提取物质和能量的方法，包括原污水浓缩、汲取液再生、净化水回收、能量回收、有机肥回收以及磷回收六个阶段，具体过程如下所述:
[0007](I)原污水浓缩阶段:
[0008]使经过格栅及沉砂池处理(去除掉其中所含的大块漂浮物及砂粒)的原污水进入正渗透膜的一侧，正渗透膜另一侧的汲取液采用碳酸氢铵溶液，利用正渗透膜的选择透过性及正渗透膜两侧的渗透压差，使得污水中的水分子透过正渗透膜进入碳酸氢铵溶液，污水中的悬浮物质及有机物被截留，这样原污水被浓缩，碳酸氢铵溶液被稀释；
[0009]碳酸氢铵溶液的浓度为200g/L?250g/L。
[0010]正渗透膜朝向原污水一侧通过柱状填料的流动对正渗透膜的表面刷洗，实现对正渗透膜的清洗。
[0011 ]通过这一阶段的浓缩，污水中的悬浮物及有机物等可以被浓缩4倍以上。
[0012](2)汲取液再生阶段:
[0013]被稀释的碳酸氢铵溶液抽出后利用蒸汽间接加热，使溶液中的碳酸氢铵受热分解，得到氨气和二氧化碳气体，蒸汽来源于能量回收阶段;在加压的作用下，氨气和二氧化碳的混合气体再与水反应生成浓度能够作为汲取液的碳酸氢铵溶液，流回正渗透膜的汲取液一侧，实现汲取液的再生；
[0014]被稀释的碳酸氢铵溶液的加热温度为55°C?60°C。
[0015]加压的压力为0.5?0.6MPa。
[0016]氨气和二氧化碳的混合气体与水的体积比为1000?1200:1。
[0017](3)净化水回收阶段:
[0018]在汲取液再生阶段中，碳酸氢铵受热分解后的被稀释的碳酸氢铵溶液通过抽吸作用穿过反渗透膜，利用反渗透膜的选择透过性，使得水分子透过反渗透膜，得到净化出水，其它大分子不能透过膜，则被截留；
[0019]通过净化水回收阶段可以实现污水中净水资源的回收。
[0020](4)能量回收阶段
[0021]原污水浓缩阶段中被浓缩的原污水经预热后进行厌氧消化反应，在厌氧微生物的作用下，污水中的部分有机物被转化成甲烷气体(沼气)，部分有机物被微生物利用进行自身的增殖，使得厌氧微生物的数量增加，得到含有植物性营养元素(氮、磷等)的污泥，并产生一部分上清液；同时甲烷被送入蒸汽锅炉，产生蒸汽;蒸汽用来预热厌氧消化反应前的浓缩原污水、加热被稀释的碳酸氢铵溶液的热源以及消毒污泥;多余的能量(蒸汽)可以驱动发电机产生电能。
[0022]原污水的预热温度为35°C?37°C。
[0023]通过能量回收阶段可以实现污水中能量的回收利用。
[0024](5)肥料回收阶段:
[0025]利用能量回收阶段产生的高温蒸汽对能量回收阶段产生的污泥进行污泥灭菌，以杀灭污泥中的致病菌，灭菌之后的污泥经脱水处理后得到肥料(富含氮、磷等营养元素)；
[0026]污泥灭菌是将污泥加热到70°C?72°C，并停留5?8分钟。
[0027]通过肥料回收阶段可以实现从原污水中回收氮、磷等营养元素的目的。
[0028](6)磷回收阶段
[0029]对能量回收阶段产生的上清液通过超滤膜进行超滤提纯，允许小于超滤膜孔径的组分透过，大于超滤膜孔径的组分被超滤膜截留，在抽吸作用下上清液中的水分子及溶解性物质透过超滤膜，成为透过液，上清液中的固体物质则被超滤膜截留；被超滤膜截留的固体物质送回原污水浓缩池;对透过液进行磷回收，投加NaOH将pH调至8?8.5，然后加入氧化镁(MgO)，在碱性条件下，透过液中的磷和氨与氧化镁反应生成磷酸铵镁(鸟粪石)。
[0030]鸟粪石中富含氮、磷等营养物质，是一种优质的肥料，可以作为缓释肥。通过磷回收阶段，可以实现从污水中大量回收氮、磷元素的目的。
[0031]实现上述方法的从污水中回收物质和能量的系统，采用以下技术方案:
[0032]该系统，包括原污水浓缩池、汲取液蒸发器、汲取液浓缩器、低压反渗透水回收器、厌氧消化反应器、蒸汽锅炉、超滤分离器、磷回收池、污泥灭菌装置和脱水机；
[0033]原污水浓缩池内设置有正渗透膜，正渗透膜将原污水浓缩池分为污水侧和汲取液侧，污水侧的上部设置有原污水进水管、反渗透浓缩液回流管、超滤浓水回流管和MAP(磷酸铵镁)池回流管;污水侧内还设置有内隔板，内隔板两侧的底部分别设置有内循环进水管和内循环出水管，内隔板与正渗透膜之间的空间底部设置有筛网，内循环出水管位于该筛网的下部，内循环进水管和内循环出水管之间设有循环水栗;汲取液侧的底部设置有稀释汲取液排出管，上部设置有汲取液加注管；
[0034]汲取液蒸发器内设有第一加热盘管，第一加热盘管的一端通过第一蒸汽管与蒸汽锅炉相连，另一端通过第一冷凝回水管与蒸汽锅炉相连;汲取液蒸发器的一侧通过所述稀释汲取液排出管与原污水浓缩池相连，另一侧通过反渗透进水管与低压反渗透水回收器相连;汲取液蒸发器的上部通过蒸发汲取液出汽管与汲取液浓缩器连接，汲取液浓缩器通过所述汲取液加注管与原污水浓缩池相连；
[0035]低压反渗透水回收器中设置有反渗透膜，反渗透膜的出口端通过净水回收管与反渗透抽吸栗相连，低压反渗透水回收器通过反渗透浓缩液回流管与原污水浓缩池相连，低压反渗透水回收器通过所述反渗透进水管与汲取液蒸发器相连；
[0036]厌氧消化反应器的顶部设有沼气管，底部设有污泥排出管，厌氧消化反应器的上部通过消化液排出管与超滤分离器相连，厌氧消化反应器的下部通过浓缩污水出水管与所述循环水栗相连，浓缩污水出水管穿过汽水换热器;汽水换热器的上部连接有第二蒸汽管，下部通过第二冷凝回水管与蒸汽锅炉连接；
[0037]超滤分离器中设有超滤膜，超滤膜的出口端通过超滤抽吸栗及超滤液进水管与磷回收池相连;超滤分离器通过消化液排出管与厌氧消化反应器相连，并通过所述超滤浓水回流管与原污水浓缩池相连；
[0038]磷回收池通过磷回收池出水管与MAP收集池相连，MAP收集池通过MAP池回流管与原污水浓缩池相连，MAP收集池中设有格网；
[0039]污泥灭菌装置中设置有第二加热盘管，第二加热盘管的一端通过第三蒸汽管同蒸汽锅炉相连，另一端通过第三冷凝回水管与蒸汽锅炉相连;污泥灭菌装置的一侧通过污泥排出管与厌氧消化反应器相连，另一侧通过脱水机进泥管与脱水机相连。
[0040]所述原污水浓缩池的污水侧空间内装填有柱状填料，柱状填料占污水侧空间体积的5?10% ο
[0041]本发明主要针对污水中所含有的有价值物质和能源进行回收再利用，采用膜处理技术同厌氧生物技术的结合从原生活污水中回收这些物质和能量，以达到既回收物质、能量，又降低外排污水对环境造成污染的问题。具有如下特点:
[0042](I)可以实现从原污水中最大量地回收优质淡水资源、二次能源、有机肥料及优质的磷酸铵镁(MAP)；
[0043](2)同现有的污水处理方法相比较，占地面积小、操作简单、出水水质好，在降低污水对环境的不利影响的同时，可以获得可观的经济效益等优势；
[0044](3)利用正渗透膜对原污水进行浓缩，可以提高进入厌氧消化反应器的污水浓度，降低所需厌氧消化反应器的容积，降低需热量，提高厌氧处理过程的效率；
[0045](4)通过正渗透/反渗透组合工艺对污水进行处理，可以得到优质的回收水；
[0046](5)可以得到纯度较高的磷酸铵镁(MAP)和经过消毒杀菌处理的有机肥料，这些肥料在应用过程中降低了生态风险。
【附图说明】
[0047]图1是本发明中从污水中提取物质和能量的系统的结构原理示意图。
[0048]其中:1、原污水进水管，2、原污水浓缩池，3、正渗透膜，4、内隔板，5、筛网，6、柱状填料，7、内循环出水管，8、循环水栗，9、内循环进水管，1、浓缩污水出水管，11、汽水换热器，12、第一加热盘管，13、厌氧消化反应器，14、沼气管，15、燃气管道，16、沼气外送管，17、污泥排出管，18、蒸汽锅炉，19、第一蒸汽管，20、汲取液蒸发器，21、第一冷凝回水管，22、第二蒸汽管，23、第二冷凝回水管，24、蒸发汲取液出汽管，25、汲取液浓缩器，26、汲取液加注管，27、稀释汲取液排出管，28、反渗透进水管，29、低压反渗透水回收器，30、反渗透膜，31、反渗透抽吸栗，32、净水回收管，33、净水输出管，34、反渗透浓缩液回流管，35、污泥灭菌装置，36、第三蒸汽管，37、第三冷凝回水管，38、脱水机进泥管，39、脱水机，40、消化液排出管，41、超滤分离器，42、超滤膜，43、超滤抽吸栗，44、超滤液进水管，45、磷回收池，46、磷回收池出水管，47、MAP收集池，48、格网，49、MAP池回流管，50、超滤浓水回流管，51、第二加热盘管。
【具体实施方式】
[0049]本发明采用膜技术与厌氧生物技术相结合，利用正渗透膜技术对原污水进行浓缩以提高能量的回收效率，利用反渗透技术得到高品质的回收水。通过厌氧消化技术从浓缩后的污水中回收能量，同时从厌氧消化反应器的上清液中回收磷酸铵镁(MAP)，用厌氧消化反应器的污泥生产有机肥料。
[0050]本发明的从污水中回收物质和能量的系统，如图1所示，包括原污水浓缩池2、汲取液蒸发器20、汲取液浓缩器25、低压反渗透水回收器29、汽水换热器11、厌氧消化反应器13、超滤分离器41、磷回收池45、MAP收集池47、污泥灭菌装置35和脱水机39。原污水浓缩池2内设置有竖置的正渗透膜3，正渗透膜3将原污水浓缩池2分成污水侧(左侧)和汲取液侧(右侧)。左侧上部设有原污水进水管1、反渗透浓缩液回流管34、MAP池回流管49和超滤浓水回流管50。左侧靠近正渗透膜3—侧设置有竖置的内隔板4，内隔板4上下悬空(内隔板4的上端距离原污水浓缩池2的上端一定距离，内隔板4的下端与原污水浓缩池2的底面设置有空隙)，使内隔板4的上下均具有水流通道。在内隔板4与正渗透膜3之间的空间底部设有倾斜放置的筛网5。筛网5的下部设有内循环出水管7，内循环出水管7通过循环水栗8连接内循环进水管9，内循环进水管9连接至原污水浓缩池2在内隔板4另一侧的底部。在原污水浓缩池2的左侧空间内装填有柱状填料6，柱状填料占左侧空间体积的5?1 % ο原污水浓缩池2的右侧底部连接有稀释汲取液排出管27，上部连接有汲取液加注管26。
[0051 ]汲取液蒸发器20的底部设置有第一加热盘管12，第一加热盘管12通过第一蒸汽管19及第一冷凝回水管21与蒸汽锅炉18相连。汲取液蒸发器20左侧下部通过稀释汲取液排出管27与原污水浓缩池2相连，右侧下部设置有反渗透进水管28，上部通过蒸发汲取液出汽管24与汲取液浓缩器25连接，汲取液浓缩器25通过汲取液加注管26与原污水浓缩池2相连。
[0052]低压反渗透水回收器29内设有竖置式反渗透膜30，反渗透膜30的出水端通过净水回收管32与反渗透抽吸栗31相连，反渗透抽吸栗31的出水端连接净水输出管33。低压反渗透水回收器29的左侧底部通过反渗透进水管28与汲取液蒸发器20相连。低压反渗透水回收器29的右侧上部通过反渗透浓缩液回流管34与原污水浓缩池2相连。
[0053]厌氧消化反应器13的下部通过浓缩污水出水管10与循环水栗8相连，浓缩污水出水管10穿过汽水换热器11，经汽水换热器11加热。汽水换热器11的上部连接有第二蒸汽管22，下部通过第二冷凝回水管23与蒸汽锅炉18连接。厌氧消化反应器13的顶部设有沼气管14，底部设有污泥排出管17。厌氧消化反应器13的上部通过消化液排出管40与超滤分离器41相连。
[0054]超滤分离器41内设有竖置式超滤膜42，超滤膜42的出口端连接有超滤抽吸栗43，超滤分离器41左侧通过消化液排出管40与厌氧消化反应器13相连，右侧通过超滤浓水回流管50与原污水浓缩池2相连。
[0055]磷回收池45的左侧通过超滤液进水管44与超滤抽吸栗43相连，右侧设有磷回收池出水管46 JAP收集池47内设有格网48，左侧通过磷回收池出水管46与磷回收池45相连，右侧通过MAP池回流管49与原污水浓缩池2相连。
[0056]污泥灭菌装置35内设有第二加热盘管51，第二加热盘管51的上部通过第三蒸汽管36与蒸汽锅炉18相连，下部通过第三冷凝回水管37与蒸汽锅炉18相连。污泥灭菌装置35的左侧设有污泥排出管17，右侧通过脱水机进泥管38同脱水机39相连。
[0057]蒸汽锅炉18通过第一蒸汽管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分别与汲取液蒸发器20中的第一加热盘管12、汽水换热器11和污泥灭菌装置35中的第二加热盘管51相连。
[0058]上述系统从污水中提取物质和能量的过程，包括原污水浓缩、汲取液再生、净化水回收、能量回收、肥料回收及磷回收六个阶段。是在原污水浓缩池2中利用正渗透膜3的选择透过性以及由于原污水和汲取液渗透压不同在正渗透膜3两侧造成的渗透压差，使得原污水中的水分子透过正渗透膜3进入碳酸氢铵溶液(汲取液)一侧。然后，被稀释的汲取液进入汲取液蒸发器20，在加热的作用下，稀释汲取液中的碳酸氢铵挥发变成氨气和二氧化碳，氨气和二氧化碳进入汲取液浓缩器25。在汲取液浓缩器25中，氨气和二氧化碳被压缩，并与水反应重新生成浓度200?250g/L的碳酸氢铵溶液，实现汲取液的浓缩再生。蒸发掉碳酸氢铵的稀释汲取液进入低压反渗透水回收器29，在反渗透膜30的选择透过性及外压的作用下，进水中的水分子透过反渗透膜形成优质的回收水。在原污水浓缩池2中得到的浓缩液进入厌氧消化反应器13，在其中厌氧微生物的作用下，浓缩液进行厌氧反应产生沼气，沼气燃烧可以使蒸汽锅炉18中产生蒸汽，产生的蒸汽用于提供汲取液蒸发器20、汽水换热器11和污泥灭菌装置35所需的热量。厌氧消化反应器13的上清液经超滤分离器41净化后，在磷回收池45中与加入的氧化镁在碱性条件下反应生成磷酸铵镁(MAP)。厌氧消化反应器13产生的污泥在污泥灭菌装置35中灭菌后，用脱水机39脱水后得到有机肥料。
[0059]由污水中回收物质和能量的具体过程，如下所述:
[0060]1.在原污水浓缩池2中对原污水进行浓缩
[0061]经过格栅及沉砂处理去除了大块漂浮物及砂粒的原污水通过原污水进水管I进入原污水浓缩池2。原污水浓缩池2中设置的正渗透膜3具有选择透过性，只允许原污水中的水分子透过，不允许其它物质透过。在正渗透膜3的左侧为进入的原污水，右侧为浓度200?250g/L的碳酸氢铵溶液(汲取液)。原污水的渗透压小，碳酸氢铵溶液的渗透压大，这样，在正渗透膜3的两侧便产生了渗透压差。在渗透压差及正渗透膜3的选择透过性的作用下，原污水中的水分子透过正渗透膜3向碳酸氢铵溶液一侧扩散，使得碳酸氢铵溶液被稀释。原污水中的其它组分不能透过正渗透膜3，被截留在正渗透膜3的左侧，形成原污水的浓缩液。在循环水栗8的抽吸及提升作用下，在原污水浓缩池2中，靠近正渗透膜区域的污水被循环水栗8抽吸，在内隔板4右侧区域、内循环出水管7、循环水栗8、内循环进水管9、以及内隔板4左侧区域中进行循环流动，在循环水流的作用下，原污水浓缩池2内充填的柱状填料6也在内隔板4左侧和内隔板4右侧进行循环流动，由于筛网5的阻隔作用，柱状填料6不会进入到内循环出水管7中，而是顺着斜置的筛网5下滑进入内隔板4的左侧区域底部，在此区域，在循环水流的作用下，柱状填料6向上运动。柱状填料6的流动可以形成对正渗透膜3的表面刷洗，实现对正渗透膜3的清洗作用。
[0062]通过原污水浓缩池2处理后，原污水的浓度可以浓缩到原来的4?5倍。
[0063]2.在汲取液蒸发器20及汲取液浓缩器25中进行汲取液的再生
[0064]在原污水浓缩池2中被稀释的碳酸氢铵溶液通过稀释汲取液排出管27进入汲取液蒸发器20，在汲取液蒸发器20底部的第一加热盘管12的加热作用下，被稀释的碳酸氢铵溶液被加热到55°C?60°C，使得碳酸氢铵受热分解生成二氧化碳和氨气，释放出来。产生的二氧化碳和氨气通过蒸发汲取液出汽管24进入汲取液浓缩器25，在汲取液浓缩器25中，在加压0.5?0.6MPa的压力作用下，二氧化碳和氨气的混合气体与水反应生成浓度200?250g/L的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液通过汲取液加注管26送回原污水浓缩池2的汲取液侧(右侦U，从而实现汲取液的再生。
[0065]3.在低压反渗透水回收器29中进行净化水的回收
[0066]在汲取液蒸发器20中蒸发掉二氧化碳和氨气之后的稀释汲取液(碳酸氢铵溶液)通过反渗透进水管28进入低压反渗透水回收器29。低压反渗透水回收器29中设置的反渗透膜30具有选择透过性，在反渗透抽吸栗31的抽吸作用下，进水中的水分子可以透过反渗透膜30形成净化回收水，进水中的其它组分不能透过反渗透膜30，被截留在低压反渗透水回收器29中，使得进水被浓缩，这部分被浓缩的进水通过反渗透浓缩液回流管34回到原污水浓缩池2的前端。
[0067]通过低压反渗透水回收器29可以得到净化水，从而实现净化水的回收。
[0068]4.在厌氧消化反应器13中实现污水中能量的回收
[0069]在原污水浓缩池2中得到的浓缩污水通过浓缩污水出水管10，经过汽水换热器11的预热作用，使污水温度达到35°C?37°C后，从底部进入厌氧消化反应器13。进入厌氧消化反应器13的浓缩污水在反应器中厌氧微生物的作用下发生厌氧反应，水中的有机物被分解成无机物，同时产生甲烷气体(沼气)。产生的沼气通过厌氧消化反应器13顶部的沼气管14排出，一部分通过燃气管道15用来加热蒸汽锅炉18以产生蒸汽。产生的蒸汽分别通过第一蒸汽管19、第二蒸汽管22和第三蒸汽管36送至第一加热盘管12、汽水换热器11和第二加热盘管51，用来蒸发稀释汲取液中的氨及二氧化碳、预热浓缩污水、对污泥进行消毒处理。第一加热盘管12、汽水换热器11和第二加热盘管51产生的冷凝水分别通过第一冷凝回水管21、第二冷凝回水管23和第三冷凝回水管37重新回到蒸汽锅炉18生成蒸汽。厌氧消化反应器13产生的多余的沼气可以外送作为能量。在厌氧消化反应器13中厌氧消化产生的上清液通过反应器上部的消化液排出管40排出，产生的污泥通过设于反应器底部的污泥排出管17排出。
[0070]5.在超滤分离器41和磷回收池45中生成磷酸铵镁
[0071]从厌氧消化反应器13中排出的上清液通过消化液排出管40进入超滤分离器41。超滤分离器41中的超滤膜42具有选择透过性，只允许粒径小于超滤膜孔径的溶解性物质透过。在超滤抽吸栗43的抽吸作用下，进入超滤分离器41的消化液中的溶解性组分可以透过膜，通过超滤液进水管44进入磷回收池45，消化液中所夹带的污泥被截留在超滤分离器41中。被截留的这部分污泥通过超滤浓水回流管50回到原污水浓缩池2。经过超滤分离器41净化后的消化液经超滤液进水管44进入磷回收池45，在磷回收池45中投加氢氧化钠将pH调整至IJ8?8.5，然后加入氧化镁，在碱性条件下，消化液中的氨、磷同氧化镁反应生成磷酸铵镁。
[0072]6.在MAP收集池47中回收磷酸铵镁
[0073]在磷回收池45中生成的磷酸铵镁通过磷回收池出水管46进入MAP收集池47。在MAP收集池47中设有格网48，在磷回收池45中生成的磷酸铵镁在格网48上沉积下来。通过定期清理格网48可以回收磷酸铵镁。
[0074]通过本过程可以得到高纯度的磷酸铵镁，磷酸铵镁可以用作缓释肥。
[0075]7.在污泥灭菌装置35及脱水机39中回收有机肥料
[0076]从厌氧消化反应器13中排出的剩余污泥通过污泥排出管17进入污泥灭菌装置35，在污泥灭菌装置35中利用第二加热盘管51将污泥加热到70°C?72°C，保持5?8分钟对污泥进行灭菌处理。灭菌后的污泥通过脱水机进泥管38进入脱水机39，在脱水机39中污泥中的含水率可以被降低到70%以下，这部分污泥经干化后可以作为有机肥料进行利用。
【主权项】
1.一种从污水中提取物质和能量的方法，其特征是:包括原污水浓缩、汲取液再生、净化水回收、能量回收、有机肥回收以及磷回收六个阶段，具体过程如下所述: (1)原污水浓缩阶段: 使经过格栅及沉砂池处理的原污水进入正渗透膜的一侧，正渗透膜另一侧的汲取液采用碳酸氢铵溶液，利用正渗透膜的选择透过性及正渗透膜两侧的渗透压差，使得污水中的水分子透过正渗透膜进入碳酸氢铵溶液，污水中的悬浮物质及有机物被截留，这样原污水被浓缩，碳酸氢铵溶液被稀释； (2)汲取液再生阶段: 被稀释的碳酸氢铵溶液抽出后利用蒸汽间接加热，使溶液中的碳酸氢铵受热分解，得到氨气和二氧化碳气体，蒸汽来源于能量回收阶段;在加压的作用下，这两种气体再与水反应生成浓度能够作为汲取液的碳酸氢铵溶液，流回正渗透膜的汲取液一侧，实现汲取液的再生； (3)净化水回收阶段: 在汲取液再生阶段中，碳酸氢铵受热分解后的被稀释的碳酸氢铵溶液通过抽吸作用穿过反渗透膜，利用反渗透膜的选择透过性，使得水分子透过反渗透膜，得到净化出水，其它大分子不能透过膜，则被截留； (4)能量回收阶段: 原污水浓缩阶段中被浓缩的原污水经预热后进行厌氧消化反应，在厌氧微生物的作用下，污水中的部分有机物被转化成甲烷气体，部分有机物被微生物利用进行自身的增殖，使得厌氧微生物的数量增加，得到含有植物性营养元素的污泥，并产生上清液；同时甲烷被送入蒸汽锅炉，产生蒸汽;蒸汽用来预热厌氧消化反应前的浓缩原污水、加热被稀释的碳酸氢铵溶液的热源以及消毒污泥； (5)肥料回收阶段: 利用能量回收阶段产生的高温蒸汽对能量回收阶段产生的污泥进行污泥灭菌，以杀灭污泥中的致病菌，灭菌之后的污泥经脱水处理后得到肥料； (6)磷回收阶段: 对能量回收阶段产生的上清液通过超滤膜进行超滤提纯，允许小于超滤膜孔径的组分透过，大于超滤膜孔径的组分被超滤膜截留，在抽吸作用下上清液中的水分子及溶解性物质透过超滤膜，成为透过液，上清液中的固体物质则被超滤膜截留;被超滤膜截留的固体物质送回原污水浓缩池;对透过液进行磷回收，投加NaOH将pH调至8?8.5，然后加入氧化镁，在碱性条件下，透过液中的磷和氨与氧化镁反应生成磷酸铵镁。2.根据权利要求1所述的从污水中提取物质和能量的方法，其特征是，所述原污水浓缩阶段中碳酸氢铵溶液的浓度为200?250g/L。3.根据权利要求1所述的从污水中提取物质和能量的方法，其特征是，所述正渗透膜朝向原污水一侧通过柱状填料的流动对正渗透膜的表面刷洗，实现对正渗透膜的清洗。4.根据权利要求1所述的从污水中提取物质和能量的方法，其特征是，所述汲取液再生阶段中被稀释的碳酸氢铵溶液的加热温度为55°C?60°C。5.根据权利要求1所述的从污水中提取物质和能量的方法，其特征是，所述汲取液再生阶段中的加压压力为0.5?0.6MPa。6.根据权利要求1所述的从污水中提取物质和能量的方法，其特征是，所述汲取液再生阶段中氨气和二氧化碳的混合气体与水的体积比为1000?1200:1。7.根据权利要求1所述的从污水中提取物质和能量的方法，其特征是，所述能量回收阶段原污水的预热温度为35°C?37°C。8.根据权利要求1所述的从污水中提取物质和能量的方法，其特征是，所述肥料回收阶段中污泥灭菌是将污泥加热到700C?72°C，并停留5?8分钟。9.一种从污水中回收物质和能量的系统，包括原污水浓缩池、汲取液蒸发器、汲取液浓缩器、低压反渗透水回收器、厌氧消化反应器、蒸汽锅炉、超滤分离器、磷回收池、污泥灭菌装置和脱水机;其特征是: 原污水浓缩池内设置有正渗透膜，正渗透膜将原污水浓缩池分为污水侧和汲取液侧，污水侧的上部设置有原污水进水管、反渗透浓缩液回流管、超滤浓水回流管和MAP(磷酸铵镁)池回流管;污水侧内还设置有内隔板，内隔板两侧的底部分别设置有内循环进水管和内循环出水管，内隔板与正渗透膜之间的空间底部设置有筛网，内循环出水管位于该筛网的下部，内循环进水管和内循环出水管之间设有循环水栗;汲取液侧的底部设置有稀释汲取液排出管，上部设置有汲取液加注管； 汲取液蒸发器内设有第一加热盘管，第一加热盘管的一端通过第一蒸汽管与蒸汽锅炉相连，另一端通过第一冷凝回水管与蒸汽锅炉相连;汲取液蒸发器的一侧通过所述稀释汲取液排出管与原污水浓缩池相连，另一侧通过反渗透进水管与低压反渗透水回收器相连；汲取液蒸发器的上部通过蒸发汲取液出汽管与汲取液浓缩器连接，汲取液浓缩器通过所述汲取液加注管与原污水浓缩池相连； 低压反渗透水回收器中设置有反渗透膜，反渗透膜的出口端通过净水回收管与反渗透抽吸栗相连，低压反渗透水回收器通过反渗透浓缩液回流管与原污水浓缩池相连，低压反渗透水回收器通过所述反渗透进水管与汲取液蒸发器相连； 厌氧消化反应器的顶部设有沼气管，底部设有污泥排出管，厌氧消化反应器的上部通过消化液排出管与超滤分离器相连，厌氧消化反应器的下部通过浓缩污水出水管与所述循环水栗相连，浓缩污水出水管穿过汽水换热器;汽水换热器的上部连接有第二蒸汽管，下部通过第二冷凝回水管与蒸汽锅炉连接； 超滤分离器中设有超滤膜，超滤膜的出口端通过超滤抽吸栗及超滤液进水管与磷回收池相连;超滤分离器通过消化液排出管与厌氧消化反应器相连，并通过所述超滤浓水回流管与原污水浓缩池相连； 磷回收池通过磷回收池出水管与MAP收集池相连，MAP收集池通过MAP池回流管与原污水浓缩池相连，MAP收集池中设有格网； 污泥灭菌装置中设置有第二加热盘管，第二加热盘管的一端通过第三蒸汽管同蒸汽锅炉相连，另一端通过第三冷凝回水管与蒸汽锅炉相连;污泥灭菌装置的一侧通过污泥排出管与厌氧消化反应器相连，另一侧通过脱水机进泥管与脱水机相连。10.根据权利要求9所述的从污水中回收物质和能量的系统，所述原污水浓缩池的污水侦控间内装填有柱状填料，柱状填料占污水侧空间体积的5?10%。
【文档编号】C02F101/16GK105859057SQ201610431231
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】程丽华, 毕学军, 倪福祥, 陈栋, 刘长青
【申请人】青岛理工大学