CN107804890B - 一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统及其方法，包括氨氮吸附单元和再生单元，氨氮吸附单元包括进水泵、进水阀门、滤床和放空阀门组，再生单元包括再生液储备箱和再生液进水泵，再生液储备箱内装有再生液，再生液储备箱连接滤床并回收从滤床流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱与滤床之间还设有再生液回流阀，再生液进水泵的出口管路上连接氧化剂进药器，氧化剂进药器内装有氧化剂。与现有技术相比，本发明通过氧化剂与氯化钠的组合进行再生，并通过沉淀有效去除影响吸附性能的干扰离子，可快速高效恢复氨氮吸附材料的再生能力，循环再生的方式使得再生液与氨氮吸附材料充分接触，再生更彻底。

Description

一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统及其方法。
背景技术
氨氮是一种营养物质，如果水体中氨氮的浓度过高，就会导致水体富营养化。氨氮污染严重时会导致水域环境恶化，形成水华，对生态平衡和生物多样性产生不良影响。同时，氨氮也增加了水处理的成本难度。水体中的氨氮能够同氯反应生成氯胺，因此，在对水体进行消毒处理时，水体中的氨氮会增加消毒剂的用量。在水体中存在有机物的条件下，还可能产生消毒副产物氯化氰以及剧毒的氰化物，严重威胁人类的身体健康。
近10年来，国内外许多专家学者对含氨氮废水的处理方法进行了大量研究。主要方法包括生物法(硝化)、吹脱法、化学沉淀法、膜法、吸附法等。生物法通过亚硝化菌和硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐与硝酸盐，是目前应用最为广泛的处理方法。但生物法较适合于中浓度(10-100mg/L)氨氮废水的处理，且对反应条件要求苛刻，需要较长的反应时间。吹脱法较适用于高氨氮废水，需要较高的pH和温度，运行成本高，且存在二次污染问题；化学沉淀法同样适用于高氨氮废水，是将氨氮转化为磷酸铵镁沉淀去除。该方法同样需要较高的pH值，且需要污水中氮磷共存，对中低浓度氨氮去除效果并不明显；膜法比较适合处理含盐量较高、油性污染物含量较低的高浓度氨氮废水，但由于电耗及膜污染的问题，运行和维护成本较高，因此在一定程度上限制了其应用范围。与传统方法相比，吸附法具有工艺简单、处理效果好、电耗低，运行维护成本低的优势，对不同浓度的氨氮均具有很好的去除效果，受到广泛关注。
吸附法是利用多孔性固体吸附剂，通过物理吸附或化学吸附，将水体中的氨氮从水体中吸附到固体吸附剂表面，从而使氨氮与水体分离达到净化水体的作用。相较于其它氨氮去除技术，吸附法应用的关键是解决吸附剂的再生问题。固体吸附剂达到吸附饱和后，可通过再生使其恢复吸附容量，再循环使用。因此，吸附剂的再生是影响吸附法综合处理效果的关键因素。目前常用的再生方法有生物法、升温再生、湿法等。生物法再生主要是利用亚硝化菌和硝化菌将氨氮氧化而实现吸附剂再生，但再生时该方法既需要解决氨氮由吸附剂扩散至微生物表面的传质问题，又需要足够的反应时间实现硝化，其再生效率往往偏低。升温再生的原理是基于吸附反应为放热反应，因此升高温度可以使吸附平衡向逆反应方向移动，促进解吸，从而使吸附剂的吸附能力得到恢复。湿法是目前应用最为广泛的再生方法，较常用的再生液为氢氧化钠与氯化钠的混合溶液。但该法涉及到再生液的处理问题，一般还需要更换再生液或者额外添加设备去除再生液中的氨氮，大大增加了工艺复杂程度成本。在实际处理中，废水里往往还存在着许多竞争性阳离子，比如钙、镁、钠、钾等，这些阳离子也会被氨氮吸附材料所吸附，抑制氨氮吸附材料对氨氮的吸附能力。同时，这些阳离子不易再生，如果不对干扰离子进行处理，那么长期运行后，氨氮吸附材料中可以吸附氨氮的位点将越来越少，极大的限制氨氮吸附材料的循环利用效率。
中国专利CN105836837A公开了一种废水和污染水体中氨氮的去除装置及去除方法，所述的去除装置包括氨氮吸附单元和再生单元，所述的氨氮吸附单元包括依次连接的进水泵、进水阀、装填有吸附材料的滤床和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱和再生液泵，所述的再生液储备箱内装有再生液，所述的再生液泵还连接进水泵与进水阀之间管路，所述的再生液储备箱还连接滤床，并回收从滤床流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱与滤床之间还设有再生液回流阀，该发明装置在长期运行后，氨氮吸附材料中可以吸附氨氮的位点将越来越少，限制氨氮吸附材料的循环利用效率，滤床长期运行能力差。
发明内容
本发明提供一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统及其方法，以解决现有技术中氨氮吸附材料持续使用效果不理想的问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统，包括氨氮吸附单元和再生单元，所述的氨氮吸附单元包括依次连接的进水泵、进水阀门、装填有吸附材料的滤床和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱和再生液进水泵，所述的再生液储备箱内装有再生液，所述的再生液进水泵连接进水泵与进水阀之间管路，所述的再生液储备箱还连接滤床并回收从滤床流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱与滤床之间还设有再生液回流阀，所述的放空阀门组包括放空阀门和排水阀门，所述的放空阀门的出口管路分别连接再生液回流阀和排水阀门，所述的再生液进水泵的出口管路上连接氧化剂进药器，所述的氧化剂进药器内装有氧化剂。
进一步地，所述的吸附材料选自天然沸石、改性沸石或分子筛的至少一种。
进一步地，所述的氧化剂选自臭氧、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙或双氧水中的至少一种。
进一步地，所述的再生液为氯化钠或者氯化钾溶液，浓度为0.01-100mol/L。
所述处理系统的处理方法，具体步骤为：
(a)待处理污水由进水泵打入滤床，在滤床内除去氨氮后，经放空阀门组排出，重复该步骤，直至滤床内吸附材料的吸附容量饱和；
(b)关闭放空阀门组，再生液储备箱的再生液经再生液进水泵进入滤床，之后加入氧化剂进药器内的氧化剂，使滤床中的吸附材料充分浸泡进行再生处理，再生液回流至再生液储备箱中，完成一个吸附再生过程；
(c)每再生4-10次后，向再生液储备箱中投加沉淀剂并搅拌，反应后沉降，沉淀物经泥斗排出。
进一步地，所述的沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钙或碳酸钠中至少一种。
进一步地，所述的氧化剂与吸附材料吸附的氨氮摩尔比为0.1-10。
进一步地，所述再生液的体积为滤床体积的0.8-10.0倍。
进一步地，待处理污水在滤床中的水力停留时间为5-120min。
本发明利用一定比例的氧化剂与氯化钠混合对氨氮吸附材料进行再生，再生液循环利用，达到一定再生次数后，对再生液中投加沉淀剂进行净化处理，保持再生液的再生能力以及氨氮吸附材料的吸附性能。再生时，再生液中的阳离子不仅与氨氮吸附材料吸附的氨氮置换，同时也置换出影响氨氮吸附材料对氨氮吸附性能的干扰阳离子。当再生液中的干扰离子累积到一定量后，即可对再生液进行净化处理，将干扰离子转化为沉淀并固液分离，达到去除干扰离子的目的。
本发明可用于河道、污水处理厂出水、各类工业废水及水产养殖废水中氨氮的处理或深度处理，效果显著。
与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明通过氧化剂与氯化钠的组合对氨氮吸附材料(AAM)进行再生，在置换出被吸附氨氮的同时，也将氨氮氧化去除，其反应步骤如式(1)、(2)所示：
AAM-NH4 ++Na+→AAM-Na++NH4 + (1)
NH4 ++氧化剂→N2↑ (2)
采用先置换后氧化的步骤可以使式(1)的反应平衡右移，更加快速高效的恢复氨氮吸附材料的再生能力，循环再生的方式使得再生液与氨氮吸附材料充分接触，再生更为彻底。采用钾盐作为再生液时，只需将式(1)中的Na+替换为K+即可。
(2)混合再生液安全无污染，氨氮氧化后转化为氮气，再生液可以循环利用，因此没有冲洗水及再生液处理的问题，降低运行维护成本且不会造成二次污染。
(3)再生时不仅会置换出氨氮，同时也可以将大部分污染水体中的干扰离子置换出来，经过沉降净化处理后，再生液仍可保持其再生能力，极大改善了氨氮吸附材料再生的效果，提高了其长期运行的能力。
附图说明
图1为本发明处理系统的结构示意图；
图2为采用本处理系统进行污水处理的结果数据图；
图中：1为滤床，2为进水泵，3为进水阀门，4为放空阀门，5为排水阀门，6为再生液储备箱，7为再生液进水泵，8为再生液回流阀门，9为氧化剂进药器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种含氨氮废水或污染水体处理的系统，如图1所示，包括氨氮吸附单元和再生单元，氨氮吸附单元包括依次连接的进水泵2、进水阀门3、装填有吸附材料的滤床1和放空阀门组，再生单元包括依次连接的再生液储备箱6和再生液进水泵7，再生液储备箱6内装有再生液，再生液进水泵7连接进水泵2与进水阀门3之间管路，再生液储备箱6还连接滤床1并回收从滤床1流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱6与滤床1之间还设有再生液回流阀8，放空阀门组包括放空阀门4和排水阀门5，放空阀门4的出口管路分别连接再生液回流阀8和排水阀门5，其特征在于，再生液进水泵7的出口管路上连接氧化剂进药器9，氧化剂进药器9内装有氧化剂。其中，吸附材料选自天然沸石、改性沸石或分子筛的至少一种，氧化剂选自臭氧、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙或双氧水中的至少一种，再生液为51g/L氯化钠溶液。
具体步骤如下：待处理水由进水泵2经由进水阀门3打入滤床1，滤床1中的吸附材料充分吸附水体中的氨氮，达到预设运行时间后，关闭进水泵2，打开放空阀4、排水阀门5，排出所有已处理水后进行再生。再生时，打开再生液回流阀门8，关闭排水阀门5，由再生液进水泵7将再生液从储备箱6中打入滤床1，同时调节氧化剂进药器9流速，使其按比例与盐溶液混合进入反应器，当再生液充满滤床后经回流阀8回到再生液储备箱6，形成循环处理系统，再生结束后关闭再生液进水泵7，打开放空阀4，让再生液完全回流至再生液储备箱6中，完成再生。再生完毕后再进入待处理水的氨氮吸附阶段，每再生4-10次后，向再生液储备箱中投加沉淀剂并搅拌，充分反应后沉降，最后将沉淀物经泥斗排出。
利用上述系统，处理氨氮浓度为25mg/L的某污水厂二级出水。水样经过进水阀门3进入滤床1，滤床体积为1m3内部填满了1.6t沸石。水力停留时间为5min，吸附运行时间为4h，一次运行可处理水量为48m3，每小时可处理水量为12m3/h，每天可处理水量为264m3/d(按22h计算)，达到预设运行时间后，关闭进水泵2，打开放空阀4、排水阀门5，排出所有已处理水后进行再生。再生时，关闭排水阀门5，由再生液进水泵7将再生液从储备箱6中打入滤床1，当滤床充满再生液后关闭再生液进水泵7，使吸附材料充分浸泡在再生液中。再生完成后，打开放空阀4，再生液回流阀门8，让再生液回流至再生液储备箱6中，完成再生，再生完毕后再进入氨氮吸附阶段，4次再生后对再生液进行净化处理。
与专利CN105836837A相比，本发明滤床长期运行能力大幅度提升，再生25次时沸石的氨氮吸附效果提升了近50％，效果极为明显，如图2所示，浓度为25mg/L的含氨氮污水经过滤床1的处理后，出水氨氮浓度为7.89mg/L，去除率为68.5％；一次再生后，出水氨氮浓度为8.86mg/L，去除率为64.6％；再生15-25次后，去除率基本维持在60.0％，明显优于不添加净化步骤的40.0％。
实施例2
本实施例与实施例1大致相同，本实施例中，吸附材料为改性沸石，氧化剂为次氯酸和次氯酸钠，再生液为氯化钾溶液，浓度为1mol/L，沉淀剂为氢氧化钠，氧化剂与再生液的比例为0.1，再生液的体积为滤床体积的0.8倍。
实施例3
本实施例与实施例1大致相同，本实施例中，吸附材料为分子筛，氧化剂为次氯酸钙，再生液为氯化钠，浓度为100mol/L，沉淀剂为氢氧化钙，氧化剂与再生液的比例为10，再生液的体积为滤床体积的10.0倍。
实施例4
本实施例与实施例1大致相同，本实施例中，吸附材料为天然沸石，氧化剂为双氧水，再生液为氯化钠溶液，浓度为50mol/L，沉淀剂为氢氧化钙，氧化剂与再生液的比例为5，再生液的体积为滤床体积的5倍。
需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统，包括氨氮吸附单元和再生单元，所述的氨氮吸附单元包括依次连接的进水泵(2)、进水阀门(3)、装填有吸附材料的滤床(1)和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱(6)和再生液进水泵(7)，所述的再生液储备箱(6)内装有再生液，所述的再生液进水泵(7)连接进水泵(2)与进水阀门(3)之间管路，所述的再生液储备箱(6)还连接滤床(1)并回收从滤床(1)流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱(6)与滤床(1)之间还设有再生液回流阀(8)，所述的放空阀门组包括放空阀门(4)和排水阀门(5)，所述的放空阀门(4)的出口管路分别连接再生液回流阀(8)和排水阀门(5)，其特征在于，所述的再生液进水泵(7)的出口管路上连接氧化剂进药器(9)，所述的氧化剂进药器(9)内装有氧化剂；
该处理系统的处理方法，具体步骤为：
(a)待处理污水由进水泵(2)打入滤床(1)，在滤床(1)内除去氨氮后，经放空阀门组排出，重复该步骤，直至滤床(1)内吸附材料的吸附容量饱和；
(b)关闭放空阀门组，再生液储备箱(6)的再生液经再生液进水泵(7)进入滤床(1)，之后加入氧化剂进药器(9)内的氧化剂，使滤床(1)中的吸附材料充分浸泡进行再生处理，再生液回流至再生液储备箱(6)中，完成一个吸附再生过程；
(c)每再生4-10次后，向再生液储备箱(6)中投加沉淀剂并搅拌，反应后沉降，沉淀物经泥斗排出。
2.根据权利要求1所述的一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统，其特征在于，所述的吸附材料选自天然沸石、改性沸石或分子筛的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统，其特征在于，所述的氧化剂选自臭氧、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙或双氧水中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种提高氨氮吸附材料长期吸附性能的处理系统，其特征在于，所述的再生液为氯化钠或者氯化钾溶液，浓度为0.01-100mol/L。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的处理系统的处理方法，其特征在于，具体步骤为：
(a)待处理污水由进水泵(2)打入滤床(1)，在滤床(1)内除去氨氮后，经放空阀门组排出，重复该步骤，直至滤床(1)内吸附材料的吸附容量饱和；
(b)关闭放空阀门组，再生液储备箱(6)的再生液经再生液进水泵(7)进入滤床(1)，之后加入氧化剂进药器(9)内的氧化剂，使滤床(1)中的吸附材料充分浸泡进行再生处理，再生液回流至再生液储备箱(6)中，完成一个吸附再生过程；
(c)每再生4-10次后，向再生液储备箱(6)中投加沉淀剂并搅拌，反应后沉降，沉淀物经泥斗排出。
6.根据权利要求5所述的处理系统的处理方法，其特征在于，所述的沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钙或碳酸钠中至少一种。
7.根据权利要求5所述的处理系统的处理方法，其特征在于，所述的氧化剂与再生液的比例为0.1-10。
8.根据权利要求5所述的处理系统的处理方法，其特征在于，所述再生液的体积为滤床体积的0.8-10倍。
9.根据权利要求5所述的处理系统的处理方法，其特征在于，待处理污水在滤床(1)中的水力停留时间为5-120min。
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