專利名稱：：運(yùn)用膜分離處理高濃縮污水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明主要涉及運(yùn)用膜分離來(lái)處理高濃縮污水的方法。它適用于家畜飼養(yǎng)，人類糞便的處理，以及其它高有機(jī)污水的處理中。該方法由加熱，厭氧消化(發(fā)酵)，超濾，和最后的反滲透分離階段完成，由RO(反滲透)分離濾出的濃縮溶液可用作液體肥料。通常，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)觀點(diǎn)看，用于污水處理的許多現(xiàn)有的方法存在一些問(wèn)題，所以它們很少被用在工業(yè)領(lǐng)域。盡管眾所周知自凈極限是10mg/L的BOD(生化需氧量)，來(lái)自生活廢水的污水的范圍從幾十到幾千個(gè)10mg/L的BOD，而動(dòng)物污水的范圍從幾十到幾萬(wàn)個(gè)10mg/L的BOD。圖1是加熱設(shè)備的剖面圖。圖2是調(diào)整罐的剖面圖。圖3是厭氧消化罐的剖面圖。圖4是安裝在加熱設(shè)備中除臭裝置的外形。本發(fā)明不同于普通現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)。它能通過(guò)厭氧發(fā)酵在幾天內(nèi)分解高濃縮有機(jī)污水，厭氧發(fā)酵污水是用UF/RO膜以0.1mg/L的BOD進(jìn)行處理的。在加熱階段，抑制厭氧發(fā)酵的氨被排出，脂肪酸被分解。而且污水溫度保持在33℃到35℃之間，這適合下面的厭氧發(fā)酵階段。來(lái)自厭氧罐的污水通過(guò)UF/RO膜分離被轉(zhuǎn)化為比較干凈的水。并且作為副產(chǎn)品由厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷氣可用作能源。而且，RO分離后的剩余溶液是無(wú)菌的并且富含有機(jī)和無(wú)機(jī)成份，因此通過(guò)加一些添加物能將它變成液體肥料的原料。在本發(fā)明中，預(yù)處理階段的一些步驟如污水收集，簡(jiǎn)單沉淀和固液分離與一般傳統(tǒng)方法相同，但是本發(fā)明的核心步驟如加熱，預(yù)分解調(diào)整階段，厭氧發(fā)酵和UF/RO分離需要凈化污水。這些步驟圖解如下本發(fā)明對(duì)高濃縮污水處理方法的詳細(xì)描述，當(dāng)需要的時(shí)候可參照附圖，如下(1)加熱階段經(jīng)過(guò)固液分離器排除固體物質(zhì)的污水中的分離水，通過(guò)進(jìn)水管2進(jìn)入加熱設(shè)備1，當(dāng)它流過(guò)不銹鋼材料制成的加熱板5上時(shí)被加熱，該加熱板下面配置有銅管10用來(lái)流過(guò)約90℃的熱水。然后分離水流下傾斜連結(jié)在加熱板5一側(cè)上的陶瓷材料制成的粗糙板6，逐漸流入污水管3，該加熱板按順序有8到13階。在此階段氨通過(guò)集氣器的排氣孔4排出并除臭(利用圖4的除臭裝置，它由本發(fā)明者設(shè)計(jì)并且申請(qǐng)登記為韓國(guó)實(shí)用新型，公告號(hào)94-1158)，一些脂肪酸同時(shí)分解。從所述的加熱設(shè)備1的污水管3流出的熱水貯存在圖2的絕熱調(diào)整罐11(纖維增強(qiáng)的塑料(FRP)或不銹鋼的)中，從而使溫度保持在33℃到35℃之間，并且通過(guò)定流量機(jī)動(dòng)泵19，20每次定流量輸送到厭氧消化罐22中。在加熱階段，首先通過(guò)采用多步自然下落過(guò)程有可能在短時(shí)間內(nèi)有效地排除抑制厭氧消化的大量的氨；第二是通過(guò)使熱水經(jīng)溫度保持在33℃到35℃的調(diào)整罐流入?yún)捬跸薜姆椒?，使得所述熱水在?jīng)過(guò)所述的加熱設(shè)備1的污水管3以后，它流入?yún)捬跸?2時(shí)的溫度保持在33℃到35℃，從而有利于中溫細(xì)菌的繁殖(最佳溫度30℃到35℃)。第三，部分脂肪酸在加熱階段初期就被分解，部分剩余的脂肪酸被吸附在粗糙板5和粗糙板6上排出，這樣剩下的脂肪酸能更容易地在厭氧消化罐22中被迅速完全地被分解，在加熱階段初期，通過(guò)排出大量脂肪酸，膜的壽命被延長(zhǎng)了，因?yàn)樵擋シ舅崾墙档蚒F/RO膜滲透性的物質(zhì)，這種效果證明了在污水處理中采用UF/RO膜分離方法的決定性因素。用于加熱階段的加熱設(shè)備1中的每個(gè)加熱板5彼此隔開(kāi)，這樣就容易清除在加熱操作階段被它們和粗糙板6吸住的固體物質(zhì)。(2)厭氧消化階段。從加熱設(shè)備1的污水管3流出的熱水流入所述絕熱調(diào)整罐11，在那兒經(jīng)過(guò)調(diào)整階段，并通過(guò)所述的機(jī)動(dòng)泵19，20被送到厭氧消化罐22。然后，經(jīng)厭氧消化罐22的進(jìn)水管23流入?yún)捬跸?2的熱水經(jīng)過(guò)了第一接觸介質(zhì)層29和第二接觸介質(zhì)層30，它們都在所述的厭氧消化罐22的中心室，從下面向上流動(dòng)，并在此后通過(guò)第三接觸介質(zhì)層31到達(dá)污水管24，最后，通過(guò)UF/RO膜分離階段。更詳細(xì)的調(diào)整和厭氧消化階段過(guò)程如下如果理想的厭氧消化罐22能被大量建立，比如說(shuō)，兩到四個(gè)，來(lái)幫助有機(jī)酸生產(chǎn)階段，介質(zhì)階段，和甲烷氣生產(chǎn)階段各階段的平穩(wěn)操作。如果在調(diào)整罐11中，氨氣，硫化氫等沒(méi)有在加熱階段揮發(fā)掉，它們通過(guò)排氣孔21還有一次機(jī)會(huì)進(jìn)行揮發(fā)。通過(guò)把沉淀在所述的厭氧消化罐22中的粒狀微生物歸還到所述的調(diào)整罐11中有可能防止這類微生物的釋放，也幫助厭氧消化在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。通過(guò)在所述的調(diào)整罐11上安裝一附帶有減速電機(jī)17的攪拌器，使廢水以每小時(shí)六周的緩慢速度被攪動(dòng)(根據(jù)高BOD的污水的質(zhì)量來(lái)決定)從而使微生物不會(huì)被沖擊而能非?；钴S地停留。從調(diào)整罐11流入所述的厭氧消化罐22的熱水溫度保持在33℃到35℃之間，通過(guò)定流量的機(jī)動(dòng)泵19，20每次以一定的流量逐漸地流入?yún)捬跸?2。為防止甲烷細(xì)菌受到進(jìn)水的快速流動(dòng)的沖擊，理想的設(shè)計(jì)是這樣的每個(gè)進(jìn)水管23的直徑是40mm，它們橫向并排布置，并且進(jìn)水管23的每個(gè)孔每一小時(shí)的進(jìn)水最好保持在約10升左右。為了防止在沉淀的時(shí)候粒狀沉積物堵塞孔，進(jìn)水管23被設(shè)計(jì)成兩側(cè)都有開(kāi)孔。通過(guò)安裝一系列定流量機(jī)動(dòng)泵19，20，而不是單單一個(gè)，有可能緩解一個(gè)泵一次長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度工作，同時(shí)預(yù)防有一個(gè)泵出現(xiàn)故障的危險(xiǎn)。所述的厭氧消化罐22用FRP或不銹鋼制成圓形，保證它具有抵抗內(nèi)壓的高強(qiáng)度，三層絕熱壁用來(lái)保持內(nèi)部33±1℃的恒定溫度，即使當(dāng)外部是-43℃到47℃也是這樣，保護(hù)甲烷細(xì)菌免受外部沖擊。每個(gè)接觸介質(zhì)層(聚丙烯材料的)的高度制成是所述的厭氧消化罐22總高度的30％左右，第一接觸介質(zhì)層29位于該罐體高度的5/10到8/10的區(qū)域內(nèi)，第二接觸介質(zhì)層30，在該罐體高度的2/10到5/10的區(qū)域內(nèi)，第三接觸介質(zhì)層31，在該罐體高度的4/10到7/10的區(qū)域內(nèi)，都是為了增加該處對(duì)甲烷細(xì)菌的吸附。通過(guò)這樣布置，所述的厭氧消化罐22中的污水流被引導(dǎo)著向上經(jīng)過(guò)第一接觸介質(zhì)層29，對(duì)可能喪失的微生物的吸附更加容易，然后水流順流下落經(jīng)第二接觸介質(zhì)層30，最后逆流經(jīng)過(guò)第三接觸介質(zhì)層31，在該處微生物喪失被盡可能的阻止并且甲烷細(xì)菌保持最大限度的活躍。一旦一系列具有同樣設(shè)計(jì)的四個(gè)厭氧消化罐建立起來(lái)，工作效率就提高了，厭氧消化的時(shí)間就大大縮短了。做為厭氧消化的副產(chǎn)品產(chǎn)生的甲烷可以通過(guò)一個(gè)排氣孔28收集在一個(gè)收集罐(未圖示)中，用來(lái)轉(zhuǎn)化為能量。如上所述，本發(fā)明在厭氧消化罐進(jìn)行厭氧消化的過(guò)程，符合自然下落法，因此，即使沒(méi)有人為調(diào)整也可獲得用于厭氧消化的足夠的pH(7.2到7.5)，使得開(kāi)始正常運(yùn)轉(zhuǎn)以后，當(dāng)COD值的穩(wěn)定流動(dòng)持續(xù)的時(shí)候，即使在兩天的處理中，也可能完成厭氧消化。盡管存在季節(jié)的變化和污水流入，COD值仍然保持穩(wěn)定，并且無(wú)論什么情況下，在五天之內(nèi)就完成了厭氧消化，考慮到普通厭氧消化要花掉30到35天，這不能不說(shuō)是一個(gè)驚人的進(jìn)步。厭氧消化罐的尺寸由將要處理的污水的質(zhì)量確定。(3)膜分離階段為了分離依舊分散在通過(guò)厭氧消化階段的污水中，以細(xì)小顆粒形式存在的固體物質(zhì)，使用了UF(超濾，0.01到0.05mm)，并且伴隨著RO(反滲透；0.002到0.005mm)處理。在本發(fā)明中，通過(guò)超濾，膠體微粒和可溶性高分子物質(zhì)被分開(kāi)，用來(lái)制作液體肥料。本發(fā)明中，膜分離階段所使用的超濾膜是由纖維素，聚丙烯腈，聚烯烴，或者聚砜制成的。在RO膜分離階段，諸如無(wú)機(jī)鹽和糖類等分子量小于350的物質(zhì)被清除。乙酸纖維素，脂簇聚酰胺，和它們的混合物制成的膜都可用于此目的。在分離階段的過(guò)濾方法采用交叉流過(guò)濾，并且在該過(guò)程中，由于溶質(zhì)微粒不會(huì)超過(guò)某一厚度聚集在膜上，因而有可能進(jìn)行連續(xù)大量的操作；安裝有逆洗裝置的過(guò)濾裝置已經(jīng)得到應(yīng)用，從而使膜可自動(dòng)被清洗。(4)液體肥料的生產(chǎn)在本發(fā)明中，高濃縮污水通過(guò)固液分離階段，加熱階段，調(diào)整和厭氧消化階段而被凈化，這樣，當(dāng)它最后通過(guò)如上所述的UF/RO膜時(shí)已相當(dāng)純凈，并且可獲得無(wú)菌的，富含分子量從130到5000的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)的剩余溶液，該有機(jī)和無(wú)機(jī)物可通過(guò)UF膜但不能通過(guò)RO膜。當(dāng)剩余溶液經(jīng)連續(xù)多-RO(multi-RO)分離濃縮時(shí)，可獲得含氮物質(zhì)多達(dá)約2％的濃縮液體肥料。而且，經(jīng)UF膜通道，通過(guò)清除大部分的細(xì)菌和酵母菌，提供了幾乎無(wú)菌的液體肥料，該肥料也非常適用于在葉面上施肥。為防止在液體肥料的使用中由于微生物生長(zhǎng)而可能的污染，加入重量比為液體肥料的0.05％的濃縮蒿葉萃取液(它含有的氯基酸(chlosgenicacid)能有效地抑制微生物的生長(zhǎng))，或重量比為液體肥料的0.1％的脫乙酰幾丁質(zhì)顆粒劑并混和。蒿葉還特別有助于清除輕微的仍舊存在的糞便氣味。在本發(fā)明中，可以利用以甲醇作為溶劑萃取和濃縮的濃縮蒿葉萃取液。本發(fā)明的液體肥料可用作水培養(yǎng)和葉面噴施的營(yíng)養(yǎng)液。下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述，當(dāng)需要的時(shí)候可參照實(shí)施例中的例子。(1)加熱階段從畜牧場(chǎng)聚集的高濃縮污水和來(lái)自人類糞便處理工廠的人類糞便以5比5的比率混和，并且混和的污水，其中10公噸通過(guò)固液分離階段。在配備有13個(gè)加熱板的加熱設(shè)備(如圖1所示)中，分離出的污水在本發(fā)明的加熱階段按照上述方法進(jìn)行處理。抽取流過(guò)加熱設(shè)備的污水管中的部分熱水，并且對(duì)通過(guò)加熱處理清除污染物質(zhì)的效果進(jìn)行分析來(lái)獲取結(jié)果，如下表1表1.加熱階段清除各種污染物質(zhì)的效果()清除率％(2)厭氧消化階段經(jīng)過(guò)加熱處理并且從加熱設(shè)備的污水管流出的熱水被吸入，并貯存在調(diào)整罐(如圖2所示)；它在調(diào)整罐的定流量機(jī)動(dòng)泵的作用下以每小時(shí)0.5噸的流量流入?yún)捬跸?如圖3所示)，并且按照厭氧消化的上述步驟進(jìn)行五天的厭氧處理。對(duì)于厭氧消化罐中的接觸介質(zhì)層可以使用傘寰拉希格環(huán)(SamHwanRashRing，產(chǎn)品名稱)。在進(jìn)行厭氧消化處理以后，抽取經(jīng)輸出泵流出厭氧消化罐的部分污水并分析，以確定加熱和厭氧消化階段組合后的凈化效果，下表2給出了獲得的結(jié)果。為了確定厭氧消化階段自身的效果，抽取一些沒(méi)有經(jīng)過(guò)加熱處理階段的污水并進(jìn)行厭氧處理。這部分的分析結(jié)果也包含在表2中。表2.厭氧消化的凈化效果<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="885">區(qū)分項(xiàng)目(ppm)BODCODN-己烷萃取液NH4-NPO4-PSSOrig.860015001405001202800UAD1608(81.3)250(83.3)21(85)100(80)48(60)65(98)W+UAD1286(85)17(99.4)238(84.2)17(87.9)70(86)46.8(61.0)</table></tables>()清除率％Orig.未處理的污水UAD厭氧消化后W+UAD加熱和厭氧消化后(3)膜分離階段按表3給出的環(huán)境操作，可對(duì)各種類型膜的凈化效果和壽命進(jìn)行分析，結(jié)果由下表4和5給出。表3.膜類型和操作環(huán)境<tablesid="table3"num="003"><tablewidth="883">UFRO溫度19.9～21.121.5流量(m3/hr)1.0～1.20.95～1.1壓力(kg/cm2)6.0～8.825～26濃縮率4.77.2平均通量(L/m2.hr25℃)31.921.9</table></tables>表4.<tablesid="table4"num="004"><tablewidth="883">UFROOrig.ABCDEBOD86001500(93.5)230(97.3)1930(77.6)小于0.170COD15001200(20.2)350(96.7)1430(4.7)2.7140SS2800950(66.1)0(100.0)2300(17.8)----NH4-N500500(0.0)460(8.0)500(0.0)2035PO4-P12068(43.3)55(54.2)84(30.0)0.165.4N-己烷萃取液140--(100.0)--(100.0)23(83.6)----色度++++++粉色+氣味狗糞味++++氨味狗糞味</table></tables>#RO膜處理時(shí)的污水是從UF膜B流出的。A聚砜B聚丙烯腈C纖維素D聚酰胺E乙酸纖維素+純凈--未檢測(cè)出表5.不同材料膜的平均壽命<tablesid="table5"num="005"><tablewidth="884">UFRO材料壽命(月)材料壽命(月)聚砜8聚酰胺略高于16聚丙烯腈10乙酸纖維素10纖維素7</table></tables>在此試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)經(jīng)過(guò)厭氧消化處理的污水再進(jìn)行一次UF(運(yùn)用表4的UF(B)膜)和RO(運(yùn)用表4的RO(D)膜)處理，來(lái)確定凈化效果，下表6總的給出了逐步的結(jié)果。表6.逐步凈化效果<tablesid="table6"num="006"><tablewidth="882">處理項(xiàng)目(ppm)BODCODSSNH4-HPO4-HN-己烷萃取液未處理860015002800500120140后加熱W+UAD6880(20.0)1286(85.0)1425(5.0)238(84.2)860(69.0)17(99.4)350(30.0)70(86.0)117(3.0)46.8(61.0)110(21.0)17(87.9)通過(guò)UF(B)后34.7(99.6)55.5(96.3)--(100.0)64.4(87.2)21.4(82.1)--(100.0)(W+UAD+UF)+RO(D)通道小于0.1(大于99.9)小于1.2(大于99.02)--(100.0)2.8(99.5)小于0.1(大于99.9)--(100.0)</table></tables>--未檢測(cè)()凈化％(4)液體肥料生產(chǎn)階段在膜分離的階段，通過(guò)UF膜但是沒(méi)有通過(guò)RO膜的剩余溶液用連續(xù)多-RO分離收集并濃縮，部分水被排出并且獲得了1.8噸濃縮液體肥料；加入重量百分比為0.05％的濃縮蒿葉萃取液，然后用300到800倍的水稀釋該混合液從而獲得足夠的液體肥料。在園藝學(xué)中試驗(yàn)該液體肥料，在蔬菜和花的葉片上進(jìn)行葉面噴射時(shí)發(fā)現(xiàn)，通常它能有效地促進(jìn)生長(zhǎng)，提高它們的產(chǎn)量，尤其是鮮艷的顏色，如表7所示。表7.進(jìn)行葉面噴射時(shí)液體肥料的效果<tablesid="table7"num="007"><tablewidth="880">植物未施肥施加液體肥料備注西瓜(甜度)10°-11°14°-15°蘿卜(重量)42克51克在20天內(nèi)</table></tables><tablesid="table8"num="008"><tablewidth="886">紅胡椒(每周果實(shí)量)42-4248-52麝香石竹(顏色)+++++顏色清楚百合(新鮮度)+++++大約一周</table></tables>權(quán)利要求1.一種處理高濃縮污水的方法，包括固液分離階段，加熱階段，厭氧消化階段，和超濾/反滲透膜分離階段。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加熱階段包括經(jīng)固液分離器進(jìn)入加熱設(shè)備(1)的污水的流入，在該加熱設(shè)備中污水在一系列加熱板(5)上被加熱，每個(gè)加熱板(5)都有一個(gè)粗糙板(6)傾斜的安裝在它們的一側(cè)，并且最后加熱污水通過(guò)污水管3自然流出。3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于厭氧消化階段包括加熱污水流入一個(gè)厭氧消化罐(22)，其中加熱污水依次向上流過(guò)一個(gè)第一接觸介質(zhì)層(29)，并且向下流過(guò)一個(gè)第二接觸介質(zhì)層(30)，再流過(guò)一個(gè)第三接觸介質(zhì)層(31)。4.按照權(quán)利要求1所述的方法，還包括調(diào)整階段，其特征在于由加熱處理加熱的污水在厭氧消化階段前貯存在一個(gè)絕緣調(diào)整罐(11)中，并且溫度保持在33℃到35℃之間。5.按照權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括液體肥料生產(chǎn)階段，其特征在于反滲透分離后的剩余溶液是無(wú)菌的并且富含有機(jī)和無(wú)機(jī)固體物質(zhì)，經(jīng)過(guò)多次反滲透分離對(duì)其濃縮來(lái)獲得能用于液體肥料的濃縮液。6.按照權(quán)利要求5的方法，還包括往濃縮液中加蒿葉萃取液或脫乙酰幾丁質(zhì)。全文摘要本發(fā)明涉及用來(lái)處理來(lái)自動(dòng)物飼養(yǎng),人類糞便和其它高有機(jī)垃圾的高濃縮污水的方法。該過(guò)程包括加熱,厭氧消化,運(yùn)用超濾(UF)/反滲透(RO)膜分離。RO分離后的剩余溶液是水培養(yǎng)和液面噴施的液體肥料的原料。文檔編號(hào)C02F3/28GK1178513SQ96192563公開(kāi)日1998年4月8日申請(qǐng)日期1996年2月17日優(yōu)先權(quán)日1996年2月17日發(fā)明者柳錫元,李奎承申請(qǐng)人:柳錫元