一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置和方法，该装置包括FO单元和ED单元组成的FO‑ED耦合系统；FO单元包括进料液罐、FO膜组件和浓室；FO膜组件包括FO膜；ED单元包括直流电源、ED膜组件、淡室和电极液罐；ED膜组件包括阴阳离子交换膜、以及连接阴阳离子交换膜的钛涂钌电极板。本发明专利技术利用FO过程使水分子自发地从水化学势高的进料液部分渗透到水化学势低的汲取液部分，同时形成城市污水浓缩液，而ED过程使稀释的汲取液重新浓缩，同时获得干净的出水。FO作为ED的前置工艺，截留了城市污水中的大量有机污染物及无机易结垢离子，有效缓解了ED膜污染问题。本发明专利技术同步实现了长期稳定的城市污水浓缩、汲取液高效回收和高品质水的生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置和方法，属于污水处理。

技术介绍

1、随着全球城市化的快速推进和城市人口的迅速增加，城市污水排放量大幅提高，给人类社会带来了严峻的环境挑战。同时，许多干旱和半干旱地区，由于降水量不足和气候变化的影响，淡水资源短缺，水资源危机日益严峻。因此，城市污水的集中处理与再生利用逐渐成为解决水资源短缺的一个重要选择。

2、正渗透(forward osmosis，fo)是以膜两侧渗透压差为驱动力，无需外加压力或者仅需低压即可运行的膜技术。相比于其他压力驱动膜的水处理技术具有低能耗、低污染倾向和高截留能力等显著优点。目前，fo过程已经被应用于海水淡化、污水处理、食品加工、制药以及发电等多个行业。然而，浓差极化造成的驱动力降低以及汲取液溶质回收困难等已经成为fo推广应用的瓶颈问题。常见汲取液浓缩回收方法包括沉淀法、加热法和各种膜过滤法(如超滤、纳滤、反渗透、膜蒸馏)等。

3、电渗析(electrodialysis，ed)技术是结合了电化学过程和渗析扩散过程的分离技术。在外加直流电场的驱动下，阴、阳离子分别穿过具有选择性的离子交换膜迁移至阳极和阴极，实现水中离子的分离和浓缩。尽管ed具有分离高效、操作灵活、能源消耗低等众多优势，但仍面临一些挑战和限制，例如，进水水质的变化和膜污染是制约其广泛应用的重要因素。因此，优化系统设计以减少膜污染，提高电渗析技术的长期稳定性和经济性是当前的研究重点之一。

4、公开号为cn105417801a的中国专利文献公开了一种正渗透与电渗析协同从污水中提取淡水的方法及系统，其提出了一种利用电渗析回收正渗透汲取液的思路，但该方法中正渗透和电渗析为两个独立的工艺阶段，没有形成正渗透和电渗析耦合系统，导致其操作过程较为复杂，无法同步实现城市污水的浓缩、汲取液的回收及高品质水的生产。此外，该方法中也并未详细讨论污水处理的具体效果以及工艺条件的设置与优化，其对污水处理过程中的稳定性、低碳性和高效性还有待进一步提高。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置和方法，本专利技术的fo过程对城市污水进行浓缩的同时，稀释的汲取液作为ed浓室被重新浓缩，ed淡室分离出干净出水，此外，fo作为ed的前置工艺，截留了城市污水中的大量有机污染物及ca2+、mg2+、po43-和co32-等无机易结垢离子，有效缓解了ed膜污染问题；并且本专利技术经过工艺条件的设置与优化，可同步实现长期稳定的城市污水浓缩、汲取液高效回收和高品质水的生产。

2、本专利技术的第一个目的是提供一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，包括fo单元和ed单元组成的fo-ed耦合系统；

3、所述fo单元包括进料液罐、fo膜组件和浓室；所述fo膜组件包括fo膜，所述fo膜的两侧分别连接有进料液通道和汲取液通道；所述进料液通道与所述进料液罐连通，所述进料液通道上设置有进料液泵，所述fo膜的一侧通过进料液通道、进料液泵与所述进料液罐之间构成进料液循环回路，所述进料液泵通过泵送使进料液罐内的城市污水在进料液通道内循环；所述汲取液通道与所述浓室连通，所述汲取液通道上设置有汲取液泵，所述fo膜的另一侧通过汲取液通道、汲取液泵与所述浓室之间构成汲取液循环回路，所述汲取液泵通过泵送使浓室内的溶液在汲取液通道内循环；在所述fo膜两侧渗透压差的作用下水分子从水化学势高的进料液部分渗透到水化学势低的汲取液部分，同时在所述进料液罐中形成城市污水浓缩液；

4、所述ed单元包括直流电源、ed膜组件、淡室和电极液罐；所述ed膜组件包括阴阳离子交换膜、以及连接阴阳离子交换膜的钛涂钌电极板，所述直流电源的正极、负极分别连接所述钛涂钌电极板的阳极、阴极；所述阴阳离子交换膜的两侧通过浓室通道与浓室连通，所述浓室通道上设置有浓室泵，所述阴阳离子交换膜通过浓室通道、浓室泵与所述浓室之间构成浓室循环回路，所述浓室泵通过泵送使浓室内的溶液在浓室通道内循环；所述浓室循环回路与所述汲取液循环回路在所述浓室中耦合；所述阴阳离子交换膜的两侧通过淡室通道与淡室连通，所述淡室通道上设置有淡室泵，所述阴阳离子交换膜通过淡室通道、淡室泵与所述淡室之间构成淡室循环回路，所述淡室泵通过泵送使淡室内的溶液在淡室通道内循环；所述浓室通过溢流支管与淡室连通；所述fo单元的水分子渗透过程使浓室内的溶液体积增加，当超过浓室内的溢流线时，浓室内的溶液向淡室溢流；所述阴阳离子交换膜的两侧通过电极液通道与电极液罐连通，所述电极液通道上设置有电极液泵，所述阴阳离子交换膜通过电极液通道、电极液泵与所述电极液罐之间构成电极液循环回路，所述电极液泵通过泵送使电极液罐内的溶液在电极液通道内循环；其中，在所述直流电源的驱动下，淡室中的阴、阳离子穿过具有选择性的阴阳离子交换膜定向迁移至浓室，在浓室内实现汲取液的重新回收，同时在淡室中获得干净的出水，淡室内溶液增加的体积等于fo单元的水渗透体积。

5、在本专利技术的一种实施方式中，所述浓室通道、淡室通道分别安装有浓室在线电导率检测仪、淡室在线电导率检测仪，用于实时监测汲取液的浓缩情况和fo-ed耦合系统出水电导率。

6、在本专利技术的一种实施方式中，所述阴阳离子交换膜的膜片之间通过聚丙烯材质隔板隔开，所述阴阳离子交换膜在所述钛涂钌电极板之间交替排列。

7、在本专利技术的一种实施方式中，所述ed单元的阴阳离子交换膜共5对，有效膜面积为90.25cm2。

8、在本专利技术的一种实施方式中，所述fo单元的进料液通道、汲取液通道的尺寸为8.5cm×3.9cm×0.2cm，所述fo膜为三醋酸纤维膜，有效膜面积为33.15cm2，同时在fo支撑层侧放置厚度为0.5mm，孔尺寸为2.5mm×2.5mm的垫片，以减缓浓差极化。

9、在本专利技术的一种实施方式中，所述ed单元的浓室通道、淡室通道、电极室通道的尺寸为9.5cm×9.5cm×0.09cm。

10、在本专利技术的一种实施方式中，所述进料液泵、汲取液泵、浓室泵、淡室泵、电极液泵均为蠕动泵，通过蠕动泵实现溶液在管路内的稳定输送与循环。

11、本专利技术的第二个目的是提供一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的方法，使用了所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，所述方法包括以下步骤：

12、步骤一、1l模拟城市污水作为进料液，0.5m nacl作为汲取液和淡室溶液，2l 7％na2so4作为电极液，组装fo膜组件和ed膜组件，连接各通道与循环管路；

13、步骤二、开启进料液泵、汲取液泵、浓室泵、淡室泵、电极液泵，待排出系统内空气，确保fo-ed耦合系统流量稳定后，开启ed单元的直流电源；

14、步骤三、运行开始时，控制浓室内溶液液面与溢流支管口相平；

15、步骤四、以运行时间24h或fo过程对污水浓缩10倍为系统运行终点，停止进料液泵、汲取液泵、浓室泵、淡室泵、电极液泵后关闭ed单元的直流电源，排出fo-本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，包括FO单元和ED单元组成的FO-ED耦合系统；

2.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述浓室通道、淡室通道分别安装有浓室在线电导率检测仪、淡室在线电导率检测仪，用于实时监测汲取液的浓缩情况和FO-ED耦合系统出水电导率。

3.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述阴阳离子交换膜的膜片之间通过聚丙烯材质隔板隔开，所述阴阳离子交换膜在所述钛涂钌电极板之间交替排列。

4.据权利要求3所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述ED单元的阴阳离子交换膜共5对，有效膜面积为90.25cm2。

5.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述FO单元的进料液通道、汲取液通道的尺寸为8.5cm×3.9cm×0.2cm，所述FO膜为三醋酸纤维膜，有效膜面积为33.15cm2，同时在FO支撑层侧放置厚度为0.5mm，孔尺寸为2.5mm×2.5mm的垫片，以减缓浓差极化。

6.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述ED单元的浓室通道、淡室通道、电极室通道的尺寸为9.5cm×9.5cm×0.09cm。

7.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述进料液泵、汲取液泵、浓室泵、淡室泵、电极液泵均为蠕动泵，通过蠕动泵实现溶液在管路内的稳定输送与循环。

8.一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的方法，其特征在于，使用了权利要求1～7任一所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，所述方法包括以下步骤：

9.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的方法，其特征在于，所述步骤一中，进料液增加抽滤预处理操作，抽滤过程采用循环水式多用真空泵和0.45μm的微孔滤膜，以去除真实城市污水中悬浮物和大颗粒物质；FO膜组装方式选用正渗透膜的活性层朝向进料液；所述城市污水的COD为100～300mg/L，NH3-N为25～40mg/L，TN为30～50mg/L，TP为1～3mg/L，pH为6～8。

10.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的方法，其特征在于，

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【技术特征摘要】

1.一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，包括fo单元和ed单元组成的fo-ed耦合系统；

2.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述浓室通道、淡室通道分别安装有浓室在线电导率检测仪、淡室在线电导率检测仪，用于实时监测汲取液的浓缩情况和fo-ed耦合系统出水电导率。

3.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述阴阳离子交换膜的膜片之间通过聚丙烯材质隔板隔开，所述阴阳离子交换膜在所述钛涂钌电极板之间交替排列。

4.据权利要求3所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述ed单元的阴阳离子交换膜共5对，有效膜面积为90.25cm2。

5.据权利要求1所述的一种同步浓缩城市污水与生产高品质水的装置，其特征在于，所述fo单元的进料液通道、汲取液通道的尺寸为8.5cm×3.9cm×0.2cm，所述fo膜为三醋酸纤维膜，有效膜面积为33.15cm2，同时在fo支撑层侧放置厚度为0.5mm，孔尺寸为2.5mm×2.5mm的垫片，以减缓浓差极化。

6.据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新华，丁琦，丁叶民，傅鸣，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：