CN102188959A

CN102188959A - 一种吸附污水中氨氮饱和后的沸石的再生方法

Info

Publication number: CN102188959A
Application number: CN2010101244325A
Authority: CN
Inventors: 代瑞华; 刘燕; 刘翔; 金伟; 李怀正; 李亮; 彭彬; 朱文君
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明属于环保技术领域，涉及一种吸附氨氮后的沸石的再生方法。本发明利用电化学的方法再生吸附氨氮饱和后的沸石，再生条件确定为：氯离子浓度为300mg/L的NaCl溶液，2.0286g硫酸钠；吸气装置：采用两步，第一步采用1mol/L的硼酸50mL，第二步采用1mol/L的氢氧化钠50mL，分别进行对废气吸收；再生时间为3h。本发明再生沸石时间短，并且由于电化学过程将氨氮氧化成氮气等形式，解决了使用过的再生液处理的困难，实现无氨氮排放。另外，本发明相对于生物再生等方法占地小，运行简单，具有较大的发展空间。

Description

一种吸附污水中氨氮饱和后的沸石的再生方法

技术领域

本发明属环保技术领域，涉及一种吸附污水中氨氮饱和后的沸石的再生方法，具体涉及利用沸石吸附处理城市污水中的氨氮后使沸石再生可以重复利用的方法。

背景技术

现有技术公开了利用沸石吸附处理城市污水中的氨氮效果较显著，有研究发现，沸石吸附废水中的氨氮的去除率达可达到90％，能明显降低城市污水中氨氮的浓度。但利用沸石吸附处理城市污水中的氨氮存在如下缺陷：耗费大量的沸石；会造成二次污染，增加污水处理厂废水处理的成本。

目前针对吸附氨氮饱和后沸石的再生有以化学再生法，物理方法再生，生物再生法等方法，其中，化学再生法：主要是利用NaCl、KCl、HCl或NaOH等单一溶液或其中两者的组合。在某些情况下，单独使用钠盐做再生剂效果并非最好，特别是多次反复交换，使得沸石骨架结构遭到一定程度的破坏，再生效果明显降低。其再生过程一般经过洗涤、过滤后再经再生液浸泡或冲洗，然后用纯水清洗，最后烘干。化学溶液再生沸石反复再生后对NH₄ ⁺的吸附交换能力影响不大，但由于污水中共存阳离子如Ca²⁺会使沸石的交换能力呈不可逆性降低。有研究对斜发沸石进行了NaCl、KCl、NaHCO₃、HCl、NaCl+NaOH的再生研究，发现NaCl+NaOH的再生液再生效果比较好，其再生时间分别是单独使用NaCl、KCl、NaHCO₃、HCl再生所需时间的33.9％、42.9％、37.9％与35.0％。质量比为3∶7的NaCl+NaOH混合液的再生效果最好。此方法产生含有氨氮的高盐碱性废液，易对环境造成二次污染。物理方法再生：吸附氨氮后的沸石，可通过在500℃-600℃的高温条件下灼烧，将沸石中的NH₄ ⁺转变为NH₃气体，然后用惰性气体反向吹扫来实现再生。有研究曾将吸附氨氮饱和后的多孔质沸石颗粒干燥后置于立式窑内，于650℃下煅烧20min，除去被吸附的氨氮，恢复其多孔结构。此类灼烧方法费用高，且会对对环境造成二次污染。吸附-生物再生法两段法：在浸没沸石的溶液中加入一定量的硝化细菌，观察到15d的转化效果相当于不加菌种时的28d的效果，生物再生后的沸石可恢复80％的氨氮吸附容量。生物再生法成本低廉，但再生速率慢、效率低，所以实际应用价值不大。吸附-生物再生法一段法：有研究在传统的A/O、A/A/O或SBR工艺的基础上投加沸石粉进行强化生物脱氮，吸附饱和的沸石粉利用微生物进行再生，形成了沸石强化生物脱氮工艺，实现沸石的生物再生。

化学和物理再生法方便、快速，但是成本高，且会产生大量需处理的废液和废气；吸附-生物再生法两段法，运行费用较低，但是速度慢，占地面积大，且操作管理麻烦，效率易受温度影响；吸附-生物再生法一段法，沸石用量大，难以再生循环利用，产生二次污染。因此，寻找更为合适的沸石再生方法，成为本领域研究人员的关注热点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种吸附污水中氨氮饱和后的沸石的再生方法。

本发明方法处理效率高、占地面积小、操作简单、费用较低、无二次污染的负作用。

具体而言，本发明的吸附污水中氨氮饱和后的沸石的再生方法，其特征在于，其包括步骤：

1.处理后的污水收集后进入贮水池；

2.根据需要设计吸附柱，吸附柱中的沸石量及进水流量均根据实际条件而定，将废水泵入吸附柱中，进水方式采用下进上出；

操作中，将沸石装入吸附柱中，开启再生装置，进行反应，采取适合的流速，使废水中的氨氮与沸石充分接触，使氨氮最大程度的被吸附到沸石上；

3.当吸附柱中的沸石达到90％的穿透后，取出沸石进行电化学再生，

吸附柱中的沸石穿透后，即将吸附柱接于此再生装置中，并且在反应器、管路、吸附柱及储水箱中充满循环液。启动电源和蠕动泵，水流由蠕动泵驱动，水流从储水箱经蠕动泵进入吸附柱中，然后进入电化学反应器，再流回至水箱中，形成循环。循环液不停的经过电化学反应器，循环液中的Cl^-被电化学反应器氧化成Cl₂，生成的Cl₂溶于水溶液形成HOCl，HOCl被循环液带回到吸附柱中与沸石上的氨氮进行类似折点反应，将氨氮转化为氮气，从而氧化沸石上的氨氮。

本发明中，电化学再生的条件如下：

实验循环用水：氯离子浓度为300mg/L的NaCl溶液4L，2.0286g硫酸钠；吸气装置：采用两步，第一步采用1mol/L的硼酸50mL，第二步采用1mol/L的氢氧化钠50mL，分别进行对废气吸收。

本发明中流速控制在0.98～3.92ml/min。

本发明中，再生时间为3h。

本发明所述的吸附柱置于特定的装置中，该装置包括电源、电化学反应器、吸附柱、蠕动泵及其连接管道，所述的电化学反应器、储水箱、蠕动泵、吸附柱依次串联并形成回路，电化学反应器的循环水，可控制流速。储水箱的管道经过蠕动泵与吸附柱的下端连接，吸附柱的上端出口管与电化学反应器的下端连接。电化学反应器的上端出口管道与储水箱连接。由此，循环水的流向为：储水箱→蠕动泵→吸附柱→电化学反应器→储水箱。

本发明所述的吸附柱采用可拆卸结构，方便装入和倒出沸石。

所述电化学反应器的电极阳极为表面涂覆IrO₂的IrO₂/Ti电极，阴极为不锈钢。

所述电化学反应器的槽电流为0～2A，槽电压为0～10V。

本发明所述的再生装置还可以包括其他常规的部件，如起到显示压强和水流、减速、加速、防止导流等功能的部件。

本发明中，可以根据沸石吸附杂质和再生设备的实验要求设计，以便沸石直接在吸附柱中进行再生，无需将沸石取出另外放入容器中，节省了人力、物力，再生完毕后可将吸附柱直接取下并连接于吸附装置中，过程极为简单。

本发明与一般的离子交换法再生相比，采用电化学再生历时较短，一般采用NaCl作为再生液再生同等浓度的氨氮溶液需要历时15h左右，而采用NaCl+NaOH(重量比为3∶7)为再生液也需要3.5h，而本发明电化学再生仅需3h，并且由于电化学过程将氨氮氧化成氮气等形式，解决了使用过的再生液处理的困难，实现无氨氮排放。另外，电化学再生相对于生物再生等方法占地小，运行简单，具有较大的发展空间。

表1是本发明方法与现有技术的比较。

表1

	本发明	现有技术化学法再生	现有技术生物法再生
				占地面积	20％～50％	50％	标准
能耗	小	大	小
				运行成本	低	高	低
操作复杂性	简单	复杂	复杂
				再生时间	3h	3.5h～15h	很长
再生效果	好	较好	较好
				再生液问题	无	需处理	无

本发明的吸附污水中氨氮饱和后的沸石的再生方法的优点有：

1)利用电化学的方法再生沸石，不仅再生后的沸石吸附效果比原沸石吸附效果好，并且再生时间仅需3h，与单纯采用氯化钠再生(时间为15h)、以氯化钠和氢氧化钠为再生液的时间有较大的提高；

2)同时电化学过程将氨氮氧化成氮气等形式，解决了再生液的处理问题，可实现无氨氮排放；

3)电化学再生相对于生物再生等方法占地小，运行简单，具有较大的发展空间。

本发明不仅效率高，而且操作简单、节省投资。与其它化学法或者生物法相比再生效果好，再生效率高，再生时间短；与生物法相比，占地面积较小，可节省20～50％的土地；与化学法相比，同样可以节省能耗，并且没有再生液，无需再生液的进一步处理。

为了便于理解，以下将通过具体的实施例对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。

具体实施方式

实施例1

来自于某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后进入缺氧反硝化池，与来自于二沉池的回流污泥(回流比0.5)以及来自于好氧硝化池的大量混合液(内回流比4)在缺氧调件下进行混合，缺氧反硝化池的水力停留时间为1.0小时，搅拌强度为：40s^-1。缺氧反硝化池中的混合液进入好氧硝化池(推流式反应器)，水力停留时间为6小时，DO控制为2～3mg/L，从好氧硝化池流出的混合液体进入二沉池，沉淀时间为2.0小时，上清液进入沸石吸附柱中，吸附柱中沸石的高度为15cm，进水流量为3.92mL/min。实际废水氨氮的浓度为42mg/L左右，在该条件下，经过约30min穿透率达到10％，10h左右达到80％的穿透率，随后吸附速率会开始减缓，约30h达到90％的穿透率。此时对沸石进行再生，电化学再生所用的循环水的氯离子浓度为300mg/L，硫酸钠的量为2.0286g，再生时间为3h，再生后沸石的吸附率可达到82％。

实施例2

来自于某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后进入缺氧反硝化池，与来自于二沉池的回流污泥(回流比1.0)以及来自于好氧硝化池的大量混合液(内回流比5)在缺氧调件下进行混合，缺氧反硝化池的水力停留时间为1.5小时，搅拌强度为：30s^-1。缺氧反硝化池中的混合液进入好氧硝化池(推流式反应器)，水力停留时间为8小时，DO控制为2～3mg/L，从好氧硝化池流出的混合液体进入二沉池，沉淀时间为2.5小时，上清液进入沸石吸附柱中，吸附柱中沸石的高度为15cm，进水流量为3.92mL/min。实际废水氨氮的浓度为42mg/L左右，在该条件下，经过约30min穿透率达到10％，10h左右达到80％的穿透率，随后吸附速率会开始减缓，约30h达到90％的穿透率。此时对沸石进行再生，电化学再生所用的循环水的氯离子浓度为213mg/L，硫酸钠的量为2.0286g，再生时间为4h，再生后沸石的吸附率可达到85％。

实施例3

来自于某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后进入缺氧反硝化池，与来自于二沉池的回流污泥(回流比1.5)以及来自于好氧硝化池的大量混合液(内回流比6)在缺氧调件下进行混合，缺氧反硝化池的水力停留时间为2.0小时，搅拌强度为：20s^-1。缺氧反硝化池中的混合液进入好氧硝化池(推流式反应器)，水力停留时间为10小时，DO控制为2～3mg/L，从好氧硝化池流出的混合液体进入二沉池，沉淀时间为2.5小时，上清液进入沸石吸附柱中，吸附柱中沸石的高度为15cm，进水流量为3.92mL/min。实际废水氨氮的浓度为42mg/L左右，在该条件下，经过约30min穿透率达到10％，10h左右达到80％的穿透率，随后吸附速率会开始减缓，约30h达到90％的穿透率。此时对沸石进行再生，电化学再生所用的循环水的氯离子浓度为400mg/L，硫酸钠的量为3.0286g，再生时间为2h，再生后沸石的吸附率可达到80％。

Claims

1.一种吸附污水中氨氮饱和后的沸石的再生方法，其特征在于，其包括步骤：

(1)处理后的污水收集后进入贮水池；

(2)根据需要设计吸附柱，吸附柱中的沸石量及进水流量根据实际条件而定，将废水泵入吸附柱中，采取合适的流速，废水中的氨氮与沸石充分接触，使氨氮最大程度的被吸附到沸石上面；

(3)当吸附柱中的沸石达到90％的穿透后，取出沸石进行电化学再生，

所述的电化学再生的条件为：

实验循环用水：氯离子浓度为300mg/L的NaCl溶液，2.0286g硫酸钠；

吸气装置：采用两步，第一步采用1mol/L的硼酸50mL，第二步采用1mol/L的氢氧化钠50mL，分别对废气吸收；

(4)再生时间为3h。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的废水泵入吸附柱中的进水方式采用下进上出。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的进水流量流速控制为0.98～3.92ml/min。