CN106277155B - 一种污水深度净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用吸附作为主要处理方式的污水深度处理方法，其主要目标污染物是重金属离子、氨氮、磷和有机物。方法的主要内容是利用具有纳米通道的吸附材料超微细颗粒吸附床吸附水中的污染物，用酸性易气化铵盐溶液解吸附污染物，用过热蒸汽加热去除解吸附过程留下的铵离子、酸根离子和游离氨，用灼热空气去除沉积在沸石纳米通道内的大分子有机物，实现吸附床的充分再生。用该方法将已经过初步处理的污水或污染程度较轻的污水处理成可回用洁净水较目前的主流膜法技术成本显著降低。

Description

一种污水深度净化方法

技术领域

本发明涉及一种利用吸附作为主要处理方式的污水处理方法。

背景技术

随着自然界水资源日益紧张和世界范围内水污染控制标准的逐渐提高，城市污水或工业废水的处理正在从主要为一、二级处理，逐步向全面采用达到一定回用水标准，使污水作为水资源回用于生产或生活的三级或三级以上的深化处理过渡。但目前常用于污水初级处理的传统絮凝沉淀法或较新的各种膜处理法均有或难以达到全面高比例去除污染物或生产成本过高的缺点。并且，处理标准越高，这些缺点越明显。利用活性炭和颗粒状沸石的吸附方式，在一定程度上可以弥补上述方法的缺点，但仍存在吸附效率低和再生成本高的问题。

发明内容

本发明所公开的污水深化处理方法主要用于已经过初步处理，已去除了颗粒物、高含量的有机物及高浓度普通盐类，或用于处理本来污染程度不高的污水。处理的主要目标污染物是重金属离子、氨氮、磷和有机物。根据需要其他金属离子和中小分子量的非金属阳离子也可以处理。

该方法的主要步骤包括：

1.让污水持续通过“超微细颗粒吸附床”，在后面的步骤中简称“吸附床”，污染物被吸附材料颗粒吸收形成洁净水；

2.在吸附床污染物含量达到控制值A时停止通入污水；

3.通入压缩空气将吸附床中的污水反流排至处理前污水中；

4.按与污水通过方向相反的方向吸附床持续通入解吸附液直至排出解吸附液中重金属离子低于设定浓度B，停止通入解吸附液；

5.用压缩空气排出吸附床中的解吸附液；

6.持续通入过热蒸汽加热吸附床直至排出蒸汽温度达到设定值 C并持续一定时间；

7.缓慢通入洁净水冷却润湿吸附床；

8.重新进入步骤1。

以上步骤循环一定次数后，吸附材料颗粒孔道内可能积聚一些耐高温的大分子有机物，会降低吸附材料的吸附效率，可以通过在以上步骤的6、7之间增加以下两个步骤清除之：

1.用灼热空气持续加热吸附床直至排出空气温度高于设定值D 并持续一定时间；

2.通入冷空气冷却吸附床。

超微细颗粒吸附床所使用的超微细吸附材料微粒的粒径在 0.1-100μm之间，优选在0.5-10μm之间。吸附材料为具有吸附前述金属离子、非金属阳离子、氨氮、磷和有机污染物等目标污染物的具有纳米通道结构的耐高温吸附材料，如经活化处理的天然沸石、合成沸石、坡缕石等。考虑到经济性和材料的易获得性，天然的斜发沸石或丝光沸石等沸石材料是目前的优先选择。

所述的吸附床的具体类型可以是固定床、膨胀床或流化床。

如采用膨胀床或流化床则优先采用多级膨胀床或多级流化床，即超微细颗粒多级膨胀床吸附床，或超微细颗粒多级流化吸附床。多级膨胀床或多级流化床可以采用在同一个罐体内设置顺序排列的通透性隔室。每个隔室内充填适量吸附材料颗粒。隔室允许液体介质自由通过，限制吸附材料颗粒进出。膨胀床隔室内的吸附材料微粒填充量较多，工作时液体介质流速低。流化床隔室内的吸附材料微粒填充量较少，工作时液体介质流速高。具体吸附材料微粒空间填充率根据吸附材料品种和粒度不同有所调整。

如采用固定床床则优先采用一种超微细颗粒固定通透吸附床。这种吸附床的功能组件由超微细吸附材料微粒和通透固定支持物组成。所述的通透固定支持物可以是能够夹带吸附材料微粒形成立体网状通透结构的惰性耐高温多孔固体材料如二氧化硅气凝胶，也可以是能够与可吸附材料微粒混匀穿插压实后形成稳定通透结构的惰性耐高温纤维如玻璃纤维、陶瓷纤维。使用二氧化硅气凝胶作为通透固定支持物时，在二氧化硅气凝胶凝结成型前将吸附材料微粒混入，在气凝胶凝结并脱去液体介质的过程中形成夹带吸附材料微粒的通透固体。

使用超微细颗粒固定通透吸附床的优点在于：单纯的超微细吸附材料微粒与液体介质混合后表现为极细的泥状物质，使用普通固定床会造成非常大的水头损失，因此常规固定床一般不使用这种粒度的吸附材料。极端情况下必须使用微粒吸附材料，通常采用造粒的方式，将微细颗粒用粘结材料粘结成大颗粒，这样会严重抵消超微细吸附材料微粒的在传质方面的积极作用，有违使用超微细颗粒吸附材料的初衷。用膨胀床或流化床则需面临需要在吸附室使用耐高温微孔网膜隔离材料，如陶瓷过滤膜，造成液体介质通过困难，与并微细颗粒吸附材料共同作用造成较大水头损失，采用流化吸附床时尤甚。另外，由于吸附材料硬度不高，流化吸附床可以造成吸附材料颗粒的磨损，进一步降低吸附床通透性并可能污染出水。由通透固定支持物与超微细吸附材料微粒构成的超微细颗粒固定通透吸附床可以在保持吸附材料微粒相对静止的前提下均匀增加它们之间的间隙，改善固体吸附床的通透性，以消除这些不利因素。

步骤中A、B数值根据具体应用中排出洁净水的污染控制目标不同具体调整。C的具体数值根据所用吸附材料的品种、粒度，吸附剂的成分，通入过热蒸汽的压力、温度不同具体调整，调整依据是该温度值保证蒸汽加热后吸附材料内再生过程中吸附的铵离子、酸根离子不高于控制含量，一般在120-380℃之间。

灼烧处理的目的是彻底氧化、分解、气化去除吸附材料吸附在纳米通道中形成阻塞的过热蒸汽不能去除的大分子有机物，令其充分活化。D的数值根据具体使用吸附材料的品种和具体粒度不同有所差别，调整依据是该温度值保证吸附材料的再生程度达到必要的比例，且不破坏吸附材料的立体空间结构为限，根据所使用的吸附材料品种的不同通常在350-800℃之间。

所述的解吸附液使用的解吸附剂由能够与要去除的金属离子形成可溶性盐的易气化铵盐如氯化铵、乙酸铵、甲酸铵等和具有同样化学性质能够调节解吸附液酸度的酸如盐酸、乙酸、甲酸等组成。从安全性、稳定性和经济性角度，氯化铵和盐酸为这种解吸附剂的优选组合。这种解吸附液在适当的酸性提条件下对吸附了金属离子和磷的吸附材料的解吸附有极佳的表现。再生过程中吸附材料吸附的铵离子、氯离子、游离氨、乙酸和甲酸在以后蒸汽加热时可以充分去除，从而达到吸附材料的最大限度再生。

吸附床中吸附材料再生的化学反应过程的实质是：吸附材料在去污过程中吸收的重金属离子、其他金属离子和磷酸根离子被氯化铵溶液中的铵离子和氯离子交换并排出，铵离子、氯离子和游离氨在蒸汽加热过程中排出，大分子有机物在灼烧过程中氧化、分解、气化排出。

吸附材料本身具有耐酸和耐高温的特性。通透固定支持物也具有耐酸和耐高温得特性，因此超微细固定通透吸附床在再生过程中可以耐盐酸腐蚀和耐高温灼烧。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1.超微细固定通透吸附床污水处理装置示意图

具体实施

实施例1，参见附图1。

实施过程中，超微细固定通透吸附床可以利用与现成的过滤或离子交换设备相同的管路结构。超微细固定通透吸附床在本实施例中使用活化斜发沸石，支持材料使用陶瓷纤维。不管是使用二氧化硅气凝胶，还是玻璃纤维、陶瓷纤维作为支持材料，均可以做成与现有容器相适应的类似于滤芯的固体型材。

该实施例的解吸附液使用盐酸氯化铵溶液。

与普通过滤或离子交换管路区别最大的部分是灼热空气处理。这部分管路和容器需要耐工艺要求范围的高温。出于成本、效率和斜发沸石较不耐高温特性的的综合考虑，灼烧温度设置在450±20℃就可以了。

考虑到灼烧步骤是每数个或更多循环才需要处理一次，将该步骤设置为离线处理，即将装填了超微细固定通透吸附床填料的罐体与污水处理管线的结合设置成快开快装结构，需要处理时将罐体吊离吸附解吸附管线，与灼热空气处理管线对接，完成处理后装回。这样，仅吸附床罐体和灼热空气处理管路部分使用耐高温材料。

附图1中，各标识符分别表示：

11 污水输入管

12 净水输出管

2 压缩空气供应管

3 超微细固定通透吸附床罐体

4 液体泵

41 净水泵送管

51 罐体下端多通阀

52 罐体上端多通阀

53 排气阀

6 解吸附剂供应及回收处理装置

61 解吸附剂供应管道

62 解吸附剂回收管道

7 过热蒸汽供应及废气回收处理装置

71 过热蒸汽供应管道

72 废气回收管道

8 灼热空气供应及回收处理装置

9 吸附床罐体快开快装装置。

图中每个吸附床罐体及配套的吸附材料、泵阀、管线构成一个吸附单元。多套吸附单元在具体应用中可以并联、串联或串、并连混合连接。串连用于提高净化程度，并联用于增加处理量，串、并连混合用于同时满足两方面要求。这里采用多套超微细固定通透吸附床罐体并联，原因是这种沸石床的吸附效率足够高，仅一级吸附即可达到去污目的。多套吸附单元并联的附加优点是可以让各吸附单元轮流再生，从而让整个系统保持不间断工作。

图中6和7之间的连线示意过热蒸汽回收过程捕获的氯化铵和盐酸经技术处理后可以重新进入解吸附剂供应与回收装置循环使用。

各吸附单元开始工作时，污水自污水输入管11泵入，生成的净水从净水输出管12流出，从吸附床罐体3下方流入上方流出。当吸附床吸附能力下降致使出水污染物含量达到控制含量时，将罐体3上方的多通阀52转换到与压缩空气供应管2连通，压缩空气将罐内的水逆向排入污水输入管11。罐内水全部排出后，罐体3上、下部的多通阀52、51均转换到分别与解吸附液供应管61和解吸附液回收管62 连通，进入解吸附处理过程。解吸附液自罐体3上部流入下部流出。解吸附过程完成后，即自罐体3下部流出的解吸附液污染物浓度低于控制含量后，罐体3上部多通阀52转换到与压缩空气管2连通，压缩空气从上向下将解吸附液排出。然后，罐体3上下多通阀52、51 转换到分别与过热蒸汽供应管71、废气回收管72连通，过热蒸汽自上方进入罐体3，下方流出罐体3。过热蒸汽加热过程完成后，即自罐体3流出的蒸汽温度高于控制温度，这里是355±5℃，并持续一段时间，如10分钟，罐体上方多通阀52转换到截止状态，罐体下方多通阀51转换到与净水泵送管41连接，洁净水进入罐体，冷却并润湿吸附床。这个过程完成后，罐体3下方多通阀51转换至与污水输入管11连通，上方多通阀52转换至与净水输出管12连通该吸附单元完成再生，再次进入污水处理工作状态。

在每个吸附单元完成多个吸附-解吸附-吸附循环以后，吸附床吸附能力下降。这时该吸附单元进入灼热空气活化处理过程。具体步骤是在罐体3完成蒸汽加热后，上、下多通阀52、51分别转换至与压缩空气供应管2、废气回收管72连通，排出罐体内蒸汽，冷却吸附床。然后，上、下多通阀52、51转换到截止状态，打开罐体3两端的快开快装装置9，卸下罐体，并将其转移到灼热空气处理装置8处，与那里的快开快装装置9连接妥当，通入灼热空气。待排出空气达到预设置温度，这里是450±20℃并持续一定时间，如20分钟后，通入压缩空气冷却罐体3，然后与灼热气体处理装置8解离，并装回吸附单元，打开排气阀10，下多通阀51转换至与净水输送管41连通，开通液体泵4，让洁净水湿润吸附床，关闭排气阀53和液体泵4，将上、下多通阀分别转换至与净水输出管12、污水输入管11连通，该吸附单元重新进入吸附-解吸附-吸附循环。

Claims (8)

1.一种污水处理方法，包括以下步骤：

1)让污水持续通过超微细颗粒吸附床，污染物被吸附材料颗粒吸收形成洁净水；

2)在吸附床污染物含量达到控制值A时停止通入污水；

3)通入压缩空气将吸附床中的污水反流排至处理前污水中；

4)按与污水通过方向相反的方向吸附床持续通入解吸附液直至排出解吸附液中重金属离子低于设定浓度B，停止通入解吸附液；

5)用压缩空气排出吸附床中的解吸附液；

6)持续通入过热蒸汽加热吸附床直至排出蒸汽温度达到设定值C并持续一定时间；

7)缓慢通入洁净水冷却润湿吸附床；

8)重新进入步骤1)；

所述的超微细颗粒吸附床使用的吸附材料微粒的粒径在0.1-100μm之间；所述的吸附材料为经过活化处理能够吸附金属离子、中小分子非金属阳离子，游离氨、磷和有机污染物的具有纳米通道结构的耐高温吸附材料；所述的解吸附液使用的解吸附剂由能够与要去除的金属离子形成可溶性盐的易气化铵盐和具有同样化学性质能够调节解吸附液酸度的酸组成；步骤中A、B数值根据具体应用中排出洁净水的污染控制目标不同具体调整；C的数值根据所用吸附材料的品种、粒度，吸附剂的成分，通入过热蒸汽的压力、温度不同具体调整，具体数值在120-380℃之间。

2.如权利要求1所述的污水处理方法，其特征是在所述步骤1)-8)每完成一定数目的循环后在步骤6)和步骤7)之间增加两个步骤：

1)用灼热空气持续加热吸附床直至排出空气温度高于设定值D并持续一定时间；

2)通入冷空气冷却吸附床；

D的数值根据所使用吸附材料的品种和粒度不同有所差别，具体数值在350-800℃之间。

3.如权利要求2所述的污水处理方法，其特征是所述的吸附材料为粒度在0.5-10μm之间沸石微粒。

4.如权利要求3所述的污水处理方法，其特征是所述的超微细颗粒吸附床为超微细颗粒固定通透吸附床，这种吸附床的功能组件由超微细吸附材料微粒和通透固定支持物组成；所述的通透固定支持物是能够夹带吸附材料微粒形成立体网状通透结构的惰性耐高温多孔固体材料，或是能够与吸附材料微粒混合穿插压实后形成稳定通透结构的惰性耐高温纤维。

5.如权利要求4所述的污水处理方法，其特征是所述的惰性耐高温多孔固体材料为二氧化硅气凝胶，所述的惰性耐高温纤维为陶瓷纤维。

6.如权利要求5所述的污水处理方法，其特征是所述的解吸附液为盐酸氯化铵溶液，C的数值为355±5℃。

7.如权利要求6所述的污水处理方法，其特征是所述的D的数值为450±20℃。

8.如权利要求3所述的污水处理方法，其特征是所述的吸附床为超微细颗粒多级膨胀吸附床，超微细颗粒多级膨胀吸附床采用在同一个罐体内设置顺序排列的通透性隔室，每个隔室内充填适量吸附材料颗粒，隔室允许液体介质自由通过，限制吸附材料颗粒进出。

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