CN102001726A - 一种用于处理垃圾渗滤液的离子交换反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,包括壳体,壳体下端设有废水进水口、再生液进水口和废液放空口,壳体上端设有出水口和气体放空口,离子交换柱反应器内设有间歇式搅拌器和多孔挡板,离子交换柱反应器内填充有离子交换剂。本发明反应器采用稳定性好、可重复使用的NanoChem分子筛作为离子交换介质,在反应器内设置多孔挡板和间歇式搅拌器,解决了分子筛的阶段性堵塞问题,同时提高了垃圾渗滤液的处理效率和离子交换剂的再生效果,降低装置能耗,具有一定的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及离子交换反应器,尤其涉及一种用于处理垃圾渗滤液的离子交换反应器。
背景技术
目前,我国垃圾处理主要采用卫生填埋的方法。垃圾在填埋和堆放过程中,由于压实、降雨、微生物对有机物质的分解作用及垃圾中的游离水,通过淋溶渗透形成一定量的高浓度有机废水,即垃圾渗滤液。垃圾填埋场渗滤液中含有大量有机物、高浓度氨氮和重金属离子等污染物,COD及BOD值都非常高。其中,酸性发酵阶段:COD质量浓度可达45000mg·L-1封场阶段:氨氮质量浓度高达1000mg·L-1以上。渗滤液中还含有相当多的高浓度有毒物质,对环境造成巨大威胁的同时,渗滤液不经处理完全排入江河湖泊,其中的有机污染物、无机污染物会使水生生物和农作物受到污染,并通过食物链和生态环境对人体健康产生危害。因此,对垃圾渗滤液进行有效的处理显得尤为重要。
近年来,垃圾渗滤液处理技术有了很大的发展,主要采用物理化学方法与生物处理方法,如氨吹脱、吸附、光催化及电化学技术,厌氧处理,好氧处理等。Feton试剂法为均相催化湿式氧化剂,效果理想,但成本相对较高,也容易造成二次污染;生物处理方法如常用的SBR工艺,运行费用相对较低,简单有效,但渗滤液中高浓度氨氮导致C/N过低,磷元素缺乏,不能满足BOD∶N∶P=100∶5∶1的微生物营养需求,这些水质条件的约束使其应用受到一定限制;电化学氧化法降解难生化有机废水,效果不错,国外研究较多但还处于探索阶段;另外传统的吸附法设备简单,维护操作易于掌控,间歇或连续运行都可以,但存在运行成本较高,吸附剂再生能力不强等问题。孙培德等采用新型的离子吸附交换材料NanoChem分子筛,针对不同高浓度氨氮废水的去除展开研究(孙培德等,环境科学,2010,31(1):112-117),结果表明,NanoChem分子筛能有选择性吸附氨氮,对高浓度氨氮废水的吸附能力比天然沸石高50-400倍,比微孔分子筛强3-30倍,通过动态连续流研究发现,NanoChem分子筛能高效去除垃圾渗滤液中的氨氮,去除率可达到100%。此外NanoChem分子筛再生能力强,再生前后氨氮去除效果变化不大,重复性好,是处理垃圾渗滤液的理想材料。但在实际应用过程中NanoChem分子筛会产生一定的堵塞现象,如果反应器增设小型搅拌器,可以大大提高离子交换效率。
发明内容
本发明提供了一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,在常见的离子交换柱反应器基础上进一步改进,能高效吸附氨氮,可以重复循环使用,有效解决了分子筛的粘结、堵塞问题。
一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,包括壳体,所述的壳体上端设有出水口和气体放空口,壳体下端设有废水进水口、再生液进水口和废液放空口,离子交换柱内设有间歇式搅拌器和多孔挡板,间歇式搅拌器与多孔挡板间隔安装,间歇式搅拌器的搅拌时间与周期可以根据需要自行设定。离子交换柱内装填有离子交换剂。
所述的多孔挡板采用塑钢材料,所述的间歇式搅拌器采用四氟乙烯材料。
所述的多孔挡板上的小孔孔径小于离子交换剂的粒径。
所述的废水出水口、气体放空口、废水进水口、再生液进水口和废液放空口内均设有可替换、重复使用的尼龙滤网,有效防止分子筛粉末随水流进出。
本发明的离子交换柱优选NanoChem分子筛作为离子交换剂,分子筛在吸附铵离子的同时释放同等数量的钠离子作为离子交换,当铵离子吸附饱和后可使用氢氧化钠溶液反冲洗再生,同时实现铵离子的回收利用。清洗后的NanoChem分子筛可以重复使用,稳定性好。考虑到NanoChem分子筛多次吸附后,会出现阶段性的堵塞现象,本发明特别增加了微型的间歇式搅拌器与多孔挡板单元,间歇式搅拌器进行间歇搅拌,使得NanoChem分子筛能有效避免堵塞柱体,挡板的添加使得水流更加均匀,与NanoChem分子筛接触更为密切。
对于垃圾渗滤液离子吸附反应器设计,不仅要注重简易的操作性,还要考虑离子交换柱与交换剂的重复使用性能。故本发明在离子交换柱底部设置废液进水口、再生液进水口和废液放空口,这种废水和再生液由底部到顶部的设计,使得NanoChem分子筛与废水充分接触,并可以通过流量计控制流量大小;而吸附后的净水从顶端流出,废液则可通过底部的放空阀排出,这种设计使得操作更加简单方便。
本发明的离子交换柱反应器内部设有若干块多孔挡板,其设计特点在于多孔挡板的孔径小于NanoChem分子筛的粒径,这样NanoChem分子筛不会从小孔中穿过,而水流与多孔挡板相互作用后,通过挡板上的小孔,均匀地进入交换柱分子筛段,这种设计使得废水或再生液能与NanoChem分子筛均匀接触,避免了圆柱形交换柱存在的水流分布不均的弱点,一定程度上提高分子筛的利用率,同时也提升了处理效率。
除了多孔挡板的设置,本发明的最大特点为离子交换柱内的间歇式搅拌器的设置。每个间歇式搅拌器上下均有多孔挡板隔开,相互独立的搅拌设置使分子筛在反应器运行过程中,处于悬浮疏散状态,保证水流通畅,同时还可提升离子交换剂与垃圾渗滤液的接触面积,提高氨氮去除效率,防止因离子交换剂堵塞柱体而影响垃圾渗滤液氨氮的去除效果。操作人员同时可以根据具体情况,通过控制面板设定搅拌速度和搅拌时间。同时间歇的搅拌方式有利于降低能耗,并能根据垃圾渗滤液中氨氮含量的高低,自行设定搅拌时间与周期达到处理要求。间歇式搅拌器的设计,可确保水流顺畅,没有NanoChem分子筛堵塞柱体的后顾之忧,充分发挥了NanoChem分子筛的吸附能力及多次重复使用等特点,避开了NanoChem分子筛使用过程中出现堵塞的短处,同时搅拌使得整个装置的实际应用性得到提高。
本发明反应器具有以下优点:
1.离子交换柱中装入NanoChem分子筛用做离子交换介质,具有铵离子高选择性、反应快、吸附容量大、可重复使用等特点。
2.采用底部进废水和再生液,底部放空废液的设计,离子交换柱反应器内设置间歇式搅拌器和多孔档板,使离子交换剂能与废水或再生清洗液充分接触,提高了垃圾渗滤液的处理效率和离子交换剂的再生效果。
3.间歇的搅拌方式,可以解决利用NanoChem分子筛时的阶段性堵塞问题。
4.离子交换柱上废水进出水口、再生液进水口、废液放空口、气体放空口相搭配的尼龙滤网设计,有效阻拦分子筛微粒随水流进出,而且容易清洗可重复使用,还可以根据需求变换,简单易行。
附图说明
图1是本发明反应器的结构示意图。
图2是本发明反应器的应用装置示意图。
图中各附图标记说明
1-出水口 2-气体放空口 3-多孔挡板
4-间歇式搅拌器 5-再生液进水口 6-废水进水口
7-离子交换柱 8-NanoChem分子筛 9-废液放空口
10-垃圾渗滤液贮罐 11-流量计 12-水泵
13-再生清洗液贮罐
具体实施方式
如图1所示,一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器7,具有圆柱形壳体,壳体顶端设有出水口1和气体放空口2,壳体底端设有废水进水口6、再生液进水口5和废液放空口9,反应器内部用三块塑钢材料的多孔挡板3分为四层,相邻两块多孔挡板间设有四氟乙烯材料的间歇式搅拌器4,离子交换柱反应器7内三块多孔挡板3之间填放NanoChem分子筛。多孔挡板3上的小孔孔径为1.5mm,小于NanoChem分子筛的粒径(3mm)。
如图2所示,采用上述离子交换柱反应器的处理垃圾渗滤液的装置,包括离子交换柱反应器7、垃圾渗滤液贮罐10、流量计11、水泵12和再生清洗液贮罐13。
废水和再生液分别由底部废水进水口6和再生液进水口5进入离子交换柱7内部,通过流量计11控制其流量大小。由于多孔挡板3上的小孔孔径小于NanoChem分子筛的粒径,这样NanoChem分子筛不会从小孔中穿过,而废水通过多孔挡板3上的小孔,能均匀地进入离子交换柱内的NanoChem分子筛段。多个多孔挡板之间相互独立的间歇式搅拌器4使分子筛在反应器运行过程中,处于悬浮疏散状态,避免NanoChem分子筛堵塞柱体,保证水流通畅。间歇式搅拌器4的搅拌桨叶外直径为交换柱横向直径的1/3,操作人员同时可以根据具体情况,通过控制面板设定搅拌速度和搅拌时间。这样,废水或再生液能与NanoChem分子筛均匀接触,避免了圆柱形交换柱存在的水流分布不均的弱点,一定程度上提高分子筛的利用率,同时也提升了处理效率。吸附后的净水从顶端的出水口1流出,废液则可通过底部的废液放空口9排出,操作简单方便。清洗后,洗出氨氮可进一步回收利用,NanoChem分子筛可以重复使用,稳定性能好。
采用上述装置对实际垃圾渗滤液中高浓度的氨氮、COD等进行处理,其中垃圾渗滤液的水质特征如下表1所示。
表1垃圾渗滤液的水质特征
先对垃圾渗滤液进行预处理,加絮凝剂PAC去除悬浮物,取上清液,再使用垃圾渗滤液处理的离子交换柱进行处理。结果发现,反应前后垃圾渗滤液中pH基本保持稳定,高浓度的氨氮去除效果颇佳,COD也得到了部分去除。
离子交换柱中溶液流速分别为5,6,7.5,10,15和30L·h-1,相应的停留时间为60,50,40,30,20和10min。研究结果表明在10~60min的停留时间下进水氨氮去除率可达100%,说明分子筛具有很强的吸附容量,本发明处理垃圾渗滤液的离子交换柱能对高浓度氨氮进行高效去除,与普通的离子交换装置相比去除率提高30%~40% 。
Claims (6)
1.一种用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,包括壳体,其特征在于:所述的壳体下端设有废水进水口(6)、再生液进水口(5)和废液放空口(9);壳体的上端设有出水口(1)和气体放空口(2);壳体中部设有离子交换柱反应器(7),离子交换柱反应器(7)的内部设有间歇式搅拌器(4)和多孔挡板(3),离子交换柱反应器(7)内部装填有离子交换剂。
2.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,其特征在于:所述的离子交换剂为NanoChem分子筛(8)。
3.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,其特征在于:所述的间歇式搅拌器(4)设置在相邻两块多孔档板(3)之间。
4.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,其特征在于:所述的多孔挡板(3)上的小孔孔径为1.5mm,相邻两块多孔挡板(3)之间的间距为0.5~2m。
5.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,其特征在于:所述的废水进水口(6)、再生液进水口(5)、废液放空口(9)、出水口(1)和气体放空口(2)内均设有尼龙滤网。
6.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器,其特征在于:所述的间歇式搅拌器(4)的搅拌桨叶外直径为离子交换柱反应器(7)的横向直径的1/3~1/4。
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《环境科学》 20100131 方瑾等 NanoChem分子筛对高氨氮废水去除效果的研究 第111-116页 2 第31卷, 第1期 2 * |
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