CN103145231B

CN103145231B - 一种离子交换树脂再生废液的处理与回用方法及包含该方法的地下水中硝酸盐的脱除方法

Info

Publication number: CN103145231B
Application number: CN201310063594.6A
Authority: CN
Inventors: 曹国民; 盛梅; 郝圣楠; 雷于葭; 唐琪玮; 王若飞; 郁一村; 方彬
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: CN103145231A

Abstract

一种离子交换树脂再生废液的处理与回用方法，利用阴离子交换膜生物反应器脱除掉离子交换树脂再生废液中的硝酸盐，所述阴离子交换膜一侧是反硝化脱氮介质，另一侧是离子交换树脂再生废液，然后将脱除掉硝酸盐的离子交换树脂再生废液回用于饱和离子交换树脂的再生。本发明不仅解决了离子交换树脂再生废液的处理难题，为离子交换法在我国地下水脱硝酸盐工程中的应用奠定了坚实的基础，也实现了离子交换树脂再生废液的资源化利用，具有良好的应用前景。

Description

一种离子交换树脂再生废液的处理与回用方法及包含该方法的地下水中硝酸盐的脱除方法

技术领域

本发明涉废水处理技术领域，具体的说，涉及一种离子交换树脂再生废液的处理与回用技术。

背景技术

地下水是我国北方地区重要的饮用水水源，特别是在北方农村地区，生活饮用水几乎全部来自地下水。然而，在大多数地区，作为饮用水水源的地下水已不同程度地受到硝酸盐污染，并且有逐年加重的趋势。

硝酸盐摄入人体后，容易还原成亚硝酸盐，导致高铁血红蛋白症，三个月以下的婴儿受此危害最大；此外，亚硝酸盐还有使人体致癌的风险。因此，许多国家和国际组织都对饮用水中硝酸盐的浓度设定了最高限值，如欧盟和世界卫生组织（WHO）规定饮用水中的硝酸盐氮含量不得超过11.3 mg/L，美国EPA的限值为10 mg/L，我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006) 规定硝酸盐氮最高限值为10 mg/L（水源受限地区为20 mg/L）。

可用于脱除地下水中脱硝酸盐的方法有很多，如离子交换、生物反硝化、反渗透等方法。生物反硝化被认为是最经济的地下水脱氮技术，但是在常规地下水异养反硝化脱氮过程中，地下水不可避免地会受到残留反硝化碳源、反硝化菌及其代谢产物的污染。即用生物反硝化法处理地下水，易导致二次污染。反渗透法具有脱硝效果好，且透过反渗透膜的水基本不需要后处理。但是，用反渗透法处理地下水时会产生大量浓缩水，必须妥善处置。此外，反渗透法没有选择性，即反渗透在去除有害离子的同时也去除对人体健康有益的离子，故长期饮用经反渗透装置处理过的地下水也不利于人体健康。离子交换法具有技术成熟、设备简单、运行管理方便、硝酸盐去除程度高、出水水质好、投资和运行费用相对较低等特点，且饱和的离子交换树脂经再生后可重复使用，因此该方法在美国应用较为普遍。

用离子交换法处理受硝酸盐污染的地下水，饱和的离子交换树脂一般用质量百分浓度为1~3%的氯化钠水溶液进行再生。再生过程中排出的再生废液因含有较高浓度的氯化钠和硝酸盐，很难处置。在国外，这种离子交换树脂再生废液一般直接排入城镇下水道，与大量的市政污水混合后一并送城镇污水处理厂处理。但国内城镇生活污水处理率很低，特别是在广大的农村和小城镇，基本没有生活污水处理设施。因此，不可能像国外那样，把离子交换树脂再生废液与生活污水混在一起送城镇污水处理厂处理。如果无法有效地解决离子交换树脂再生废液的处置难题，具有技术成熟、设备简单、运行管理方便、硝酸盐去除程度高、出水水质好、投资和运行费用相对较低等特点的离子交换法就很难在我国地下水脱硝酸盐领域推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种饱和离子交换树脂再生废液的处理与回用方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是，提供一种环保、方便，解决离子交换树脂再生废液处置难题的离子交换脱除地下水中硝酸盐的方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种离子交换树脂再生废液的处理与回用方法，利用阴离子交换膜生物反应器脱除掉离子交换树脂再生废液中的硝酸盐，所述阴离子交换膜一侧是反硝化脱氮介质，另一侧是离子交换树脂再生废液，然后将脱除掉硝酸盐的离子交换树脂再生废液回用于饱和离子交换树脂的再生，实现离子交换树脂再生废液的资源化利用。

作为一个优选方案，所述反硝化脱氮介质含有耐盐反硝化菌、反硝化碳源和氯化钠，其中氯离子的浓度比所述离子交换树脂再生废液中的氯离子浓度高2000~4000mg/L。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供了一种包括再生废液处理与回用的离子交换脱除地下水中硝酸盐的方法，包括（1）离子交换，脱除地下水中硝酸盐，至树脂接近饱和；（2）饱和离子交换树脂用氯化钠溶液进行再生，产生离子交换树脂再生废液，再生后的树脂循环用于步骤（1），其特征在于，还包括步骤（3）离子交换树脂再生废液的处理与回用，用阴离子交换膜生物反应器脱除掉离子交换树脂再生废液中的硝酸盐，所述阴离子交换膜一侧是反硝化脱氮介质，另一侧是离子交换树脂再生废液，然后将脱除掉硝酸盐的离子交换树脂再生废液回用于饱和离子交换树脂的再生。

作为一个优选方案，所述反硝化脱氮介质含有耐盐反硝化菌、反硝化碳源和氯化钠，其中氯离子的浓度比所述离子交换树脂再生废液中的氯离子浓度高2000~4000mg/L。反硝化介质中的氯离子通过阴离子交换膜与再生废液中的硝酸根离子进行离子交换，氯离子进入再生废液中，而硝酸根离子则进入反硝化介质中。进入反硝化介质中的硝酸根离子被其中的反硝化菌还原成氮气，实现生物脱氮。由于离子交换膜生物反应器中的阴离子交换膜是无孔膜，除阴离子外，其他离子或分子都不能通过该膜，故不会有其他杂质进入再生废液中。因此，用离子交换膜生物反应器脱除掉再生废液中的硝酸盐之后，该再生废液可重新用于饱和离子交换树脂的再生，从而实现再生废液的循环利用。

本发明的优点在于，本发明不仅解决了离子交换树脂再生废液的处理难题，为离子交换法在我国地下水脱硝酸盐工程中的应用奠定了坚实的基础，也实现了离子交换树脂再生废液的资源化利用，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为离子交换膜生物反应器结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1. 离子交换法脱除地下水中的硝酸盐及离子交换树脂再生废液的处理

步骤一：离子交换。将100mL A520E树脂装填在内径为26mm的离子交换柱中，充填高度约200mm。因这种树脂是以Cl^-型出售，所以用少量去离子水淋洗后即可使用。用恒流泵把受硝酸盐污染的地下水输送至离子交换柱的顶部，使水自上而下通过树脂床层，收集树脂床层中流出的水，分析其中的硝酸盐氮的浓度。当出水中NO₃ ^--N浓度达到10 mg/L时，认为树脂床层被穿透，树脂接近饱和，此时关闭恒流泵，终止离子交换。

步骤二：离子交换树脂的再生。吸附饱和的离子交换树脂用3%的氯化钠溶液进行再生。再生过程的操作方式与离子交换过程基本相同，只要将地下水置换成3%氯化钠溶液即可。收集并分析再生废液中NO₃ ^--N的浓度，当吸附在树脂上的NO₃ ^--N有95%被再生下来，即认为再生完全。然后用去离子水淋洗树脂床层，供下一循环使用。经检测，再生废液中NO₃ ^--N=550mg/L, Cl^-=18000mg/L。

步骤三：用离子交换膜生物反应器处理步骤二产生的再生废液

1）耐盐反硝化菌的驯化培养：在每升蒸馏水中分别加入硝酸钾2000mg/L，乙醇1500mg/L，氯化钙350mg/L，硫酸镁300mg/L，pH 7.2的0.2 mol/L磷酸盐缓冲液0.5mL，构成反硝化细菌富集培养液。把取自城市生活污水处理厂的活性污泥加入到反硝化细菌培养液中，进行反硝化细菌富集培养。培养反硝化细菌的反应器每天搅拌反应20h，静止沉淀4h，用虹吸法排出上清液，然后再加入新鲜的反硝化细菌培养液进行下一轮操作。持续运行70d后，在反硝化细菌培养液中增加氯化钠，其浓度为2000mg/L，然后每隔15d 增加2000mg/L的氯化钠，逐渐驯化出耐盐的反硝化细菌。耐盐反硝化菌培养基中氯化钠的最终浓度取决于需要处理的离子交换树脂再生废液中氯化钠的浓度，前者氯离子浓度比后者高2000~4000mg/L。

2）离子交换膜生物反应器：本发明所述的离子交换膜生物反应器是一个双室反应器（参见图1），其中的一个腔室内是待处理的离子交换树脂再生废液，另一个腔室中是生物反硝化介质（包括耐盐反硝化细菌、反硝化碳源、氯化钠等），两个腔室之间用阴离子交换膜（AMV膜）隔开，两个腔室的大小均为5cm×12.5cm×18cm。

3）在图1所示的离子交换膜生物反应器阴离子交换膜的两侧分别加入离子交换树脂再生废液和反硝化介质（MLSS 6000~8000mg/L, Cl^-浓度比再生废液高2000~4000mg/L, C/N>4，pH 7~8），打开机械搅拌，开始再生废液的处理。反应40h后，离子交换树脂再生废液一侧的NO₃ ^--N=39.0mg/L，反硝化介质一侧的NO₃ ^--N=4.6mg/L。表明用离子交换膜生物反应器处理离子交换树脂再生废液是完全可行的。此外，检测结果还表明，生物反硝化的碳源（乙醇）没有从反硝化介质扩散进入离子交换树脂再生废液中，即离子交换树脂再生废液没有被反硝化碳源所污染，这对其回用极为有利。

实施例2. 离子交换树脂再生废液的回用

步骤一：同实施例1步骤一。

步骤二：再生废液的回用。用实施例1步骤三处理过的再生废液代替氯化钠溶液作为饱和离子交换树脂的再生剂，再生步骤一中饱和的离子交换树脂，具体操作同实施例1步骤二。经检测新产生的再生废液中NO3--N=566mg/L, Cl-=18720mg/L。

步骤三：用离子交换膜生物反应器处理步骤二产生的再生废液，具体操作同实施例1步骤三。反应48h后，离子交换树脂再生废液一侧的NO₃ ^--N=37.5mg/L，反硝化介质一侧的NO₃ ^--N=3.9mg/L。

说明用离子交换膜生物反应器处理过的离子交换树脂再生废液可以循环利用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种离子交换树脂再生废液的处理与回用方法，所述离子交换树脂再生废液是指用离子交换法处理受硝酸盐污染的地下水，然后用氯化钠溶液对饱和的离子交换树脂进行再生所产生的再生废液，其特征在于，利用阴离子交换膜生物反应器脱除掉离子交换树脂再生废液中的硝酸盐，所述阴离子交换膜一侧是反硝化脱氮介质，另一侧是离子交换树脂再生废液，然后将脱除掉硝酸盐的离子交换树脂再生废液回用于饱和离子交换树脂的再生，所述反硝化脱氮介质含有耐盐反硝化菌、反硝化碳源和氯化钠，其中氯离子的浓度比所述离子交换树脂再生废液中的氯离子浓度高2000—4000mg/L。

2.一种包括再生废液处理与回用的离子交换脱除地下水中硝酸盐的方法，包括（1）离子交换，脱除地下水中硝酸盐，至树脂接近饱和；（2）饱和离子交换树脂用氯化钠溶液进行再生，产生离子交换树脂再生废液，再生后的树脂循环用于步骤（1），其特征在于，还包括步骤（3）离子交换树脂再生废液的处理与回用，用阴离子交换膜生物反应器脱除掉离子交换树脂再生废液中的硝酸盐，所述阴离子交换膜一侧是反硝化脱氮介质，另一侧是离子交换树脂再生废液，然后将脱除掉硝酸盐的离子交换树脂再生废液回用于饱和离子交换树脂的再生，所述反硝化脱氮介质含有耐盐反硝化菌、反硝化碳源和氯化钠，其中氯离子的浓度比所述离子交换树脂再生废液中的氯离子浓度高2000—4000mg/L。