Пилот

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 21653 (2016) Цитировать эту статью

9590 Доступов

93 цитаты

Подробности о метриках

В последние годы восстановление питательных веществ и энергии из городских сточных вод привлекло большое внимание; однако его эффективность существенно ограничена малопрочными свойствами городских сточных вод. Здесь мы сообщаем об экспериментальной системе прямого осмоса (FO), использующей спирально-навитый мембранный модуль для концентрирования реальных городских сточных вод. В режиме подачи раствора, обращенного к активному слою, критический коэффициент концентрации (CCF) этой FO-системы был определен как 8 с 0,5 М NaCl в качестве раствора для вытягивания. При длительной эксплуатации при коэффициенте концентрации 5 можно достичь (99,8 ± 0,6) % химической потребности в кислороде и (99,7 ± 0,5) % общей скорости удаления фосфора при потоке в среднем 6 л/(м2 ч). . Для сравнения наблюдалось только (48,1 ± 10,5) % и (67,8 ± 7,3) % отторжение аммония и общего азота. Поляризация с повышенной концентрацией кека вносит основной вклад в уменьшение потоков воды. Загрязнение также привело к возникновению эффекта поляризации с пониженной концентрацией кека, улучшая скорость отделения аммония с увеличением времени работы в каждом цикле. Эта работа демонстрирует применимость использования процесса FO для концентрирования сточных вод, а также ограничения в извлечении аммония, которые требуют дальнейшего улучшения в будущем.

В настоящее время сточные воды все чаще рассматриваются как источник воды, питательных веществ и энергии, а не как отходы1,2. Для восстановления питательных веществ и энергии из бытовых/муниципальных сточных вод основным препятствием является низкая концентрация сточных вод, что существенно влияет на эффективность их восстановления и экономическую эффективность. Обеспечение концентрата с высокой концентрацией химической потребности в кислороде (ХПК) и питательных веществ (азота и фосфора), которые отвечают экономическим выгодам, является ключом к последующему улавливанию энергии (например, анаэробная обработка и микробные топливные элементы) и установкам восстановления питательных веществ3. .

Мембранное разделение является перспективной технологией для целей концентрирования. Аэробные мембранные биореакторы (MBR) с коротким временем гидравлического удержания (HRT) и коротким временем удерживания ила (SRT) использовались для концентрирования сточных вод и сточных вод с помощью механизмов биофлокуляции4,5. Основным недостатком этого сценария является сильное загрязнение мембран и биоразложение ХПК in-situ во время процесса концентрирования (в результате чего восстанавливается только около 35% ХПК)4. Динамическое мембранное разделение, разработанное Ма и др.6, продемонстрировало степень извлечения ХПК 81,6% при высоком потоке через мембрану 60 л/(м2 ч). Сообщалось также о прямом повышении концентрации сточных вод с помощью мембран микрофильтрации (МФ)3, при этом была достигнута эффективная концентрация ХПК, но не азота и фосфора. Нанофильтрация (NF) и обратный осмос (RO) также могут использоваться для концентрации городских сточных вод7,8; однако мембраны NF и RO чувствительны к загрязнению растворенными и нерастворенными молекулами, твердыми частицами, осадками солей и микроорганизмами9,10,11. По этой причине системы NF и RO для очистки сточных вод требуют предварительной обработки для уменьшения загрязнения мембраны, например, MF и ультрафильтрации (UF) в качестве этапов предварительной очистки12.

Прямой осмос (FO) — это процесс мембранного разделения, при котором полупроницаемая мембрана помещается между исходным раствором (FS) с низким осмотическим давлением и вытяжным раствором (DS) с высоким осмотическим давлением и осуществляется за счет разницы осмотического давления на мембрана13. Процесс FO имеет меньшую склонность к загрязнению по сравнению с традиционными мембранными процессами, работающими под давлением, такими как NF и RO, и поэтому в последние годы привлек большое внимание14,15,16,17. Использование процессов FO для очистки бытовых/муниципальных сточных вод низкой концентрации постоянно растет, например, синтетических бытовых сточных вод16, сточных вод из муниципальных источников18,19 и городских сточных вод20,21. Вышеупомянутые исследования закладывают основу для понимания поведения FO-систем для концентрации сточных вод; однако пока недостаточно установить общее правило для этих систем, поскольку в большинстве исследований используются лабораторные FO-системы в режиме периодической фильтрации, а продолжительность эксперимента длится от нескольких часов до нескольких дней18,19,20,21. Долгосрочное исследование систем FO, работающих в непрерывном режиме для концентрации низкоконцентрированных бытовых/муниципальных сточных вод, крайне необходимо для того, чтобы продвинуть применение этой технологии для реальной очистки сточных вод.