本发明涉及一种生产海藻酸钙同步回收正渗透汲取液的污水处理方法，属于污水处理技术领域。
背景技术：
21世纪最重大的挑战之一就是寻找有效方法解决人类用水问题。为了满足用水需求，研究人员不断探索低成本的水处理技术。正渗透(fo)作为一种新兴的膜分离技术受到越来越多的关注。fo利用半透膜两侧的渗透压差作为驱动力，使水分子从低渗透压的原料液侧透过半透膜流向高渗透压的汲取液侧。水分子进入汲取液后，再从汲取液中回收水。与其他的膜法污水处理技术相比，如微滤、超滤、纳滤和反渗透技术，fo具有更高的成本效益和能源效率。这主要归因于fo既不需要高的外加压力也不需要高热能，且表现出较低的膜污染趋势和可逆的膜污染，同时具有高的污染物截留能力。然而，fo在实际污水处理过程中仍然存在一些限制因素。高性能的fo膜以及具有高渗透压且易于分离的汲取液是fo技术面临的两大挑战。
汲取溶质可以分为挥发性溶质、有机溶质、无机溶质和纳米颗粒四类。研究人员对不同类型的汲取溶质的适用性进行了广泛的研究。挥发性溶质具有易于再生分离的优点，但是挥发性溶质通常渗透压较低，在大多数情况需要加热回收产品水，分离后容易存在气体残留，影响产品水的质量。有机汲取液通常具有较大分子质量，所以不易发生反向盐渗透，但产生的渗透压小，通量较低，且有机溶剂难以合成，成本较高，无法达到商业运用的规模。磁性纳米颗粒可以产生较大渗透压，能够通过修饰官能团改善表面亲水性，并且可以通过磁场与产品水分离，但是由于磁性纳米颗粒会发生凝聚限制了它的运用。传统无机盐汲取液产生的渗透压高，但溶质的反向渗透严重，需要反渗透或纳滤分离回收汲取液，能耗较高。fo技术理想的汲取溶质必须满足以下标准：(1)具有较高的渗透压，(2)高度溶于水，(3)具有化学惰性，(4)对人类健康和环境是安全无毒的，(5)最大限度的降低反向盐渗透现象，(6)易于与水分离。
技术实现要素：
【技术问题】
目前fo技术缺乏具有高渗透压、反向盐渗透低且易于分离的理想汲取液。现有的fo技术在运行时汲取液需要采用反渗透、膜蒸馏等技术进行回收，能耗较高，影响了技术的经济可行性。
【技术方案】
为了解决上述问题，本发明提供了结合fo和海藻酸钙的生产工艺，建立了基于生产海藻酸钙同步回收fo汲取液的新型污水处理方法。在将污水进行充分浓缩，甚至达到零液体排放水平的基础上，通过化学品生产的方法回收汲取液，得到副产品海藻酸钙，极大的降低了汲取液后处理的成本。海藻酸钙可运用于食品行业和医药行业，具有重要的价值。海藻酸钙分离后剩下的水可以直接进行回用，如城市景观用水。
本发明的第一个目的是提供一种生产海藻酸钙同步回收fo汲取液的污水处理方法，所述方法包括：
1)以城市污水作为进水，将进料池中的城市污水泵入fo膜组件，利用fo膜两侧的渗透压差，使得城市污水中的水流向汲取液，浓缩液流入进料池；
2)不断增加的汲取液通过汲取液池中的溢流堰流入中间池，待达到一定体积时，开启抽吸泵将海藻酸钠溶液泵入中间池，在搅拌下与流入中间池中的汲取液中的cacl2形成海藻酸钙凝胶，之后停止搅拌，海藻酸钙凝胶流入沉淀池，分离即可得到海藻酸钠和处理后的水。
在本发明的一种实施方式中，所述方法在下述装置中进行，所述装置包括进水池、fo膜组件、汲取液池、电导率仪、浓盐罐和汲取液回收系统；所述fo膜组件包括汲取液通道、进料液通道和fo膜，所述fo膜将汲取液通道和进料液通道隔开，进料液通道的入口和进料液通道的出口均与进水池相连，汲取液通道的入口和汲取液通道的出口均与汲取液池相连，所述电导率仪与浓盐泵连接且其检测端位于汲取液池内部。所述浓盐罐通过浓盐泵与汲取液池相连，所述汲取液池与汲取液回收系统相连；
所述汲取液回收系统包括中间池、叶浆式搅拌器、浮球阀、电磁阀、抽吸泵、海藻酸钠溶液池和沉淀池，其中，汲取液池、中间池、沉淀池依次连接，所述叶浆式搅拌器位于中间池内部，所述浮球阀位于中间池内壁上，所述海藻酸钠溶液池通过抽吸泵与中间池相连，所述电磁阀位于中间池底部，所述沉淀池通过电磁阀与中间池相连。
在本发明的一种实施方式中，所述进水池与进料液通道的入口相连的管道上安装有进水泵。在本发明的一种实施方式中，所述汲取液池与汲取液通道的入口相连的管路上安装有汲取液循环泵。
在本发明的一种实施方式中，所述浮球阀用于控制叶浆式搅拌器和抽吸泵的开启和关闭。
在一种实施方式中，所述膜组件由不锈钢或者有机塑料材质加工而成，所述fo膜组件还包括垫片，位于fo膜的一侧。
在本发明的一种实施方式中，所述fo膜包括醋酸纤维(cta)膜、聚酰胺(tfc)膜、水通道蛋白膜或聚醚砜树脂(pes)膜中的任一种。
在本发明的一种实施方式中，所述城市污水的水质指标为：cod：100～600mg/l，nh4+-n：25～80mg/l，tp：2～10mg/l。
在本发明的一种实施方式中，所述进料液循环速率为0.1～1l/min。
在本发明的一种实施方式中，所述汲取液为0.2～0.6m的cacl2溶液。
在本发明的一种实施方式中，所述当中间池的浮球阀触动后，控制叶浆式搅拌器开启10～30分钟。
在本发明的一种实施方式中，所述当海藻酸钠溶液浓度为2～4％。
本发明相对于现有技术取得的有益技术效果：
(1)本发明通过将海藻酸钙生产与fo工艺相结合，利用fo膜截留回收污水的同时，通过化学品生产的方法回收汲取液，得到副产品海藻酸钙，构建得到了海藻酸钙生产同步回收fo汲取液的新型污水处理装置和方法，分离过程不需要额外消耗能量，极大的降低了汲取液后处理的成本；海藻酸钙被广泛用于食品行业和医药行业，具有重要的价值。海藻酸钙分离后剩下的水可以直接进行回用，如城市景观用水等。
(2)本发明的新型污水处理装置可以在处理污水的同时，将污水进行充分浓缩，甚至达到零液体排放水平，fo膜可以提供符合经济效益的高浓度浓缩物，可以直接经过厌氧消化以沼气的形式回收能源。解决了现有的低浓度生活污水无法有效回收营养物质和能源的问题，本发明方法处理更加经济、环保。
附图说明
图1为本发明的生产海藻酸钙同步回收fo汲取液的新型污水处理装置的结构示意图；图中，1—进水池，2—进水泵，3—fo膜组件，4—汲取液循环泵，5—汲取液池，6—电导率仪，7—浓盐泵，8—浓盐罐，9—中间池，10—叶浆式搅拌器，11—浮球阀，12—电磁阀，13—抽吸泵，14—海藻酸钠溶液池，15—沉淀池。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
结合图1，具体介绍一下本发明的污水处理装置，本发明的装置包括进水池1、fo膜组件3、汲取液池5、电导率仪6、浓盐罐8和汲取液回收系统。进水池1通过进水泵2与fo膜组件3相连，汲取液池5通过汲取液循环泵4与fo膜组件3相连。fo膜组件3包括汲取液通道、进料液通道、垫片和fo膜，垫片和fo膜平行安放且二者将汲取液通道和进料液通道隔开，进料液通道的入口和进料液通道的出口均与进水池1相连，汲取液通道的入口和汲取液通道的出口均与汲取液池5相连。电导率仪6与浓盐泵7连接，用于控制蠕动泵的开启和关闭，电导率仪6的检测端位于汲取液池5的内部。所述汲取液回收系统包括中间池9、叶浆式搅拌器10、浮球阀11、电磁阀12、抽吸泵13、海藻酸钠溶液池14和沉淀池15。其中汲取液池5、中间池9和沉淀池15依次相连，叶浆式搅拌器10位于中间池内部，浮球阀11位于中间池内壁上，并控制叶浆式搅拌器10和抽吸泵13的开启和关闭，海藻酸钠溶液池14通过抽吸泵13与中间池9相连，电磁阀12位于中间池9底部，沉淀池15通过电磁阀12与中间池9相连。
上述装置的运行原理为：以城市污水作为进水，经由进水泵将城市污水泵入fo膜的进料液通道，汲取液通过汲取液循环泵进入膜组件中的汲取液通道，利用fo膜两侧的渗透压差，使水从进料液通道流向汲取液通道；电导率仪控制浓盐泵使汲取液浓度始终保持在一定浓度。不断增加的汲取溶液通过溢流堰流入中间池，当中间池的溶液到达一定高度后，触动浮球阀，同时打开叶浆式搅拌器和抽吸泵，将海藻酸钠溶液泵入中间液池形成海藻酸钙凝胶，叶浆式搅拌器旋转一段时间后自动关闭，随后电磁阀自动打开，溶液流入沉淀池，分离得到海藻酸钙和上清液。
实施例2
利用图1所示的装置处理城市污水。
鉴于fo的结构(一层是起到截留作用的活性层，一层是起到支撑作用的支撑层。活性层比较薄且致密，抗污染能力较强，而支撑层较厚且多孔，易于产生膜污染)，以及本发明中fo膜采用醋酸纤维(cta)膜，fo膜面向的是含有各种污染物的城市污水，为了研究常用汲取液对生活污水的浓缩效果，本实施例的fo运行时采用0.3mnacl作为汲取液(0.3mnacl与0.2mcacl2的理论渗透压相同)。
进水为城市污水，水质：cod：383.24±15.95mg/l，nh4+-n：34.87±3.54mg/l，tp：3.03±0.02mg/l。汲取液为0.3mnacl，错流速度为1l/min，膜朝向为al-fs(活性层朝向进料液)，运行31.5h。测定浓缩液和汲取液的出水水质。
浓缩液水质：cod：260.8±56.74mg/l，nh4+-n：38.07±1.76mg/l，tp：2.75±0.32mg/l
汲取液水质：cod：8.67±3.5mg/l，nh4+-n：3.76±0.4mg/l，tp：0.02±0.1mg/l；平均水通量为4.1lmh，通量衰减速率为0.116lmh/h。
可见，使用常用的nacl作汲取液，可以将生活污水浓缩两倍，汲取液需要经过反渗透进行回收，所需能耗较高。
实施例3
为了破解汲取液回收过程中存在的高能耗问题，发明人尝试采用0.2mcacl2作为汲取液，将汲取液回收与化学品生产相结合。在稀释后的汲取液中，滴加一定比例的海藻酸钠溶液，以凝胶的形式与溶液分离，得到副产品海藻酸钙，并进行试验。
进水为城市污水，水质：cod：383.24±15.95mg/l，nh4+-n：34.87±3.54mg/l，tp：3.03±0.02mg/l。。汲取液为0.2mcacl2，错流速度为1l/min，fo膜采用醋酸纤维(cta)膜，膜朝向为al-fs(活性层朝向进料液)，运行35.9h。
浓缩液水质：cod：213.44±88.56mg/l，nh4+-n：54.06±2.16mg/l，tp：3.43±0.57mg/l；。
汲取液水质：cod：10±3mg/l，nh4+-n：4.98±0.6mg/l，tp：0.03±0.1mg/l
海藻酸钙分离后上清液水质：cod：34.75±7.64mg/l，nh4+-n：4.42±0.37mg/l，tp：0.08±0.1mg/l；平均水通量为2.6lmh，通量衰减速率为0.058lmh/h。
可以发现，当采用cacl2和nacl分别作汲取液将生活污水浓缩两倍后，浓缩液和汲取液中污染物的浓度基本相当，实例3中cacl2作汲取液时对nh4+-n的浓缩效果更好，而且通量衰减速率更低。可能是因为即使0.3mnacl与0.2mcacl2理论渗透压相同，但是cacl2发生了较严重内浓差极化现象，导致初始通量更低，所以在浓缩过程中，通量衰减速率更慢。
通过与国家标准进行比较，实例3中生产的海藻酸钙符合食品安全国家标准《食品添加剂海藻酸钙》，与海藻酸钙分离后的上清液符合《城市污水再生利用景观环境用水水质》。
实施例4
本实施例方法中，进水为城市污水，水质：cod：383.24±15.95mg/l，nh4+-n：34.87±3.54mg/l，tp：3.03±0.02mg/l。汲取液为0.6mcacl2，错流速度为0.5l/min，fo膜采用聚酰胺(tfc)膜，膜朝向为al-ds(活性层朝向汲取液)，运行22h。
浓缩液水质：cod：202.34±67.83mg/l，nh4+-n：48.12±3.52mg/l，tp：2.8±0.2mg/l；。
汲取液水质：cod：8±2.5mg/l，nh4+-n：3.2±0.4mg/l，tp：0.08±0.1mg/l。
海藻酸钙分离后上清液水质：cod：28.56±4.42mg/l，nh4+-n：2.8±0.2mg/l，tp：0.09±0.2mg/l；平均水通量为5.8lmh，通量衰减速率为0.184lmh/h。
通过与国家标准进行比较，实例4中生产的海藻酸钙符合食品安全国家标准《食品添加剂海藻酸钙》，与海藻酸钙分离后的上清液符合《城市污水再生利用景观环境用水水质》。
可见，当采用不同的汲取液浓度、错流速度、fo膜材料和膜朝向时，仅对浓缩实验的膜通量有影响，对浓缩液、汲取液和海藻酸钙分离后上清液的水质几乎无影响。因此根据不同的实验要求，可以在参数范围内有针对性的选择合适的操作参数。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
技术特征：
1.一种生产海藻酸钙同步回收fo汲取液的污水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)以城市污水作为进水，将进料池中的城市污水泵入fo膜组件，利用fo膜两侧的渗透压差，使得城市污水中的水流向汲取液，浓缩液流入进料池；
2)不断增加的汲取液通过汲取液池中的溢流堰流入中间池，待达到一定体积时，开启抽吸泵将海藻酸钠溶液泵入中间池，在搅拌下与流入中间池中的汲取液中的cacl2形成海藻酸钙凝胶，之后停止搅拌，海藻酸钙凝胶流入沉淀池，分离即可得到海藻酸钠和处理后的水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在下述装置中进行，所述装置包括进水池、fo膜组件、汲取液池、电导率仪、浓盐罐和汲取液回收系统；所述fo膜组件包括汲取液通道、进料液通道和fo膜，所述fo膜将汲取液通道和进料液通道隔开，进料液通道的入口和进料液通道的出口均与进水池相连，汲取液通道的入口和汲取液通道的出口均与汲取液池相连，所述电导率仪与浓盐泵连接且其检测端位于汲取液池内部。所述浓盐罐通过浓盐泵与汲取液池相连，所述汲取液池与汲取液回收系统相连；
所述汲取液回收系统包括中间池、叶浆式搅拌器、浮球阀、电磁阀、抽吸泵、海藻酸钠溶液池和沉淀池，其中，汲取液池、中间池、沉淀池依次连接，所述叶浆式搅拌器位于中间池内部，所述浮球阀位于中间池内壁上，所述海藻酸钠溶液池通过抽吸泵与中间池相连，所述电磁阀位于中间池底部，所述沉淀池通过电磁阀与中间池相连。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进水池与进料液通道的入口相连的管道上安装有进水泵；所述汲取液池与汲取液通道的入口相连的管路上安装有汲取液循环泵。
4.根据权利要求1～3任一所述的方法，其特征在于，所述fo膜组件中的fo膜包括醋酸纤维膜、聚酰胺膜、水通道蛋白膜或聚醚砜树脂膜中的任一种。
5.根据权利要求1～4任一所述的方法，其特征在于，所述城市污水的水质指标为：cod：100～600mg/l，nh4+-n：25～80mg/l，tp：2～10mg/l。
6.根据权利要求1～5任一所述的方法，其特征在于，所述进料液循环速率为0.1～1l/min。
7.根据权利要求1～6任一所述的方法，其特征在于，所述汲取液为0.2～0.6m的cacl2溶液。
8.根据权利要求1～7任一所述的方法，其特征在于，所述当中间池的浮球阀触动后，控制叶浆式搅拌器开启10～30分钟。
9.根据权利要求1～8任一所述的方法，其特征在于，所述当海藻酸钠溶液浓度为2～4％。
10.权利要求1～9任一所述的方法在水处理中的应用。
技术总结
本发明公开了一种生产海藻酸钙同步回收正渗透汲取液的污水处理方法，属于污水处理技术领域。本发明方法包括以下步骤：以城市污水作为进料液，以氯化钙溶液作为汲取液，利用正渗透膜两侧的渗透压差，使水从进料液侧流向汲取液侧；城市污水经过正渗透浓缩后可以得到符合经济效益的高浓度浓缩物，汲取液通过添加一定浓度的海藻酸钠溶液，以凝胶的形式与溶液分离，得到副产品海藻酸钙。海藻酸钙被广泛用于食品行业和医药行业，具有重要的价值。海藻酸钙分离后剩下的水可以直接进行回用，如城市景观用水等。本发明技术设计科学合理，对拓展正渗透膜在污水处理中的应用具有重要意义。
技术开发人、权利持有人：王新华;张若砺;童兴明
