CN107935238A - 一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，该工艺流程为：待净化水通过泵输送入树脂吸附反应器，在反应器中充分反应，水体中的腐殖酸被树脂吸附，吸附饱和的树脂进入再生反应器实现树脂的脱附再生，在这过程中，吸附在树脂上的腐殖酸被再生剂（主要为无机盐）脱附并成为脱附液，实现腐殖酸的富集；脱附液中含有高浓度的无机盐和腐殖酸，经过电驱动膜实现再生剂与腐殖酸的分离，分离后的含腐殖酸废水进入超滤膜，可实现腐殖酸的进一步浓缩，该浓缩液中腐殖酸可满足液体肥料的浓度要求，从而实现水体中腐殖酸的资源化利用；同时，电驱动膜分离得到的无机盐可直接作为再生剂重复利用。
Description
技术领域
本发明属于水体深度净化与资源化再利用领域，具体地说，涉及一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺。
背景技术
水体中的NOM是一类由苯环及羧酸类物质组成的复杂混合物，含有羧基，羟基，酮，以及其他各种功能基团，特别是自然界水域的流动性和广阔性增加了NOM的复杂性，不同水体中NOM的来源不同，其组分也存在差异，主要含有腐殖酸（Humic acid，HA）、富里酸（Fulvic acids，FA）等疏水性酸组分及其它多种亲水性小分子组分。其中疏水性组分约占50%以上，主要含有芳香烃，酚类结构和共轭双键，而亲水性的天然有机物中含有较多的脂肪族碳和含氮化合物，例如碳水化合物，糖和氨基酸等。疏水性组分中重要的组成物质如HA等有机物被视为大分子有机质。水体中高NOM会引起水质污染，主要有以下几个方面问题：（1）引发水体中色、嗅、味等感官问题；（2）容易导致细菌滋生，（3）增加后续水处理过程如混凝工艺中混凝剂使用剂量，增加污泥产生量；（4）容易造成膜的污染；（5）增加消毒处理中消毒剂的剂量，从而在后续消毒过程产生更多的DBPs，如三卤甲烷（Trihalomethanes，THMs)，卤乙酸（Haloacetic acids，HAAs）等致癌类物质。因此，开发高效去除水体中NOM的深度处理新工艺，已成为水体净化技术中的热点。
腐植酸是植物残体经过几千年的堆积，有氧发酵降解得到的高分子有机物，为黑色或棕色的无定形胶体物质，是以芳香核为主体，含有多种官能团结构组成的酸性物质聚合物，存在于泥炭、褐煤和风化煤中，目前已经广泛应用于农林牧、石油、化工、建材、医药卫生、环保等各个领域，随着它的各种性状逐步被揭示，其应用前景必然更加广泛，同样在当前和未来的循环农业、低碳经济建设中必然发挥越来越重要的作用。
常规的水体深度处理工艺主要包括强化混凝、臭氧-活性炭联用、膜滤、高级氧化和吸附法等处理技术。强化混凝技术对水体胶体、悬浮物去除效果较佳，但对水体中的分子物质去除效果较差，且产生的大量物化污泥需要后续处置，已难以满足当前对水体中有机物深度去除要求。臭氧-活性炭联用技术虽然可以较高效率的去除水体中的有机物，但臭氧氧化过程中可能会引起更高毒性的溴化物，且由于活性炭类吸附材料很容易饱和失效导致处理成本整体偏高。以各种过滤膜为主体的深度净化工艺很容易被细菌污染或有机物阻塞或破损，因此实际情况是并不能对水中污染物的充分净化。纳滤、RO膜反渗透净化技术虽然对水体有很好的净化效果，但对水资源的浪费较为严重，会生成较大量的浓缩水，且投资和处理成本高昂，难以大规模推广应用。
经检索，目前所有水体净化技术中，主要思路在于水体污染物的“净化”，而忽略了净化过程中造成的二次污染，以及未考虑将污染物实现资源化再利用。而本专利提供了一种全新的“资源化回收，变废为宝”的净化思路及工艺方法。
发明内容
针对水体净化过程中，以往采用树脂吸附处理工艺产生的脱附液存在盐分高、色度大、有机物含量高、难以生化等处置难题，限制了该技术的广泛应用。
本发明提供了一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，达到净化水体目的的同时，可以实现副产腐殖酸和再生剂（主要为无机盐）资源化再利用。该工艺和方法，采用不同类型的膜，针对脱附液中各组分性质的差异性，先利用电驱动膜实现有机物（主要为腐殖酸）与再生剂（主要为无机盐）的分离，再将分离的有机物经过超滤膜浓缩器进一步浓缩至要求的浓度，从而实现腐殖酸与再生剂（主要为无机盐）的双重资源化再利用。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，具体步骤如下：
（1）将待净化水通过泵输送入树脂吸附反应器中，树脂吸附水体中的腐殖酸，并除去水中的腐殖酸；
（2）将吸附饱和的树脂输送入再生反应器，加入再生剂对树脂进行洗脱，吸附在树脂上的腐殖酸脱附后浓缩成为脱附液；
（3）将生成的脱附液送入至电驱动膜分离器中，并将脱附液中的腐殖酸与无机盐进行分离，无机离子在电驱动作用下透过膜的一侧，而大分子腐殖酸被膜截留在另一侧，从而实现盐的回收利用；
（4）将经过步骤（3）分离后的腐殖酸送入至超滤膜浓缩器进行浓缩，即可得到腐殖酸浓缩液；所述的超滤膜可实现腐殖酸的进一步浓缩，达到作为液体肥料腐殖酸浓度标准，液体肥料腐殖酸浓度符合《中华人民共和国农业行业标准-含腐殖酸水溶肥料》NY1106-2010中腐殖酸浓度要求，从而实现水体中腐殖酸的资源化利用；所述的超滤膜浓缩工艺是利用腐殖酸分子量尺寸较大的特点，膜选择性截留大分子腐殖酸，而水可以顺利透过膜；
（5）将经过步骤（3）分离后生成的无机盐加入至步骤（2）中，并作为再生剂继续循环使用。
所述步骤（2）中的树脂为阴离子交换树脂NDMP-3，所述的阴离子交换树脂NDMP-3为中国专利号CN201310264731.2中所公开的阴离子交换树脂。
所述步骤（2）中的再生剂为氯化钠。
所述步骤（1）中待净化水为饮用水或者生化尾水。
所述步骤（1）中，树脂吸附反应器的吸附温度为0-35℃，吸附停留时间为10-30分钟。
所述步骤（2）中，再生反应器的再生反应温度为0-35℃，停留时间为10-20分钟。
一种用于水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺的生产装置，包括树脂吸附反应器、再生反应器、电驱动膜分离器以及超滤膜浓缩器，所述树脂吸附反应器通过再生反应器依次与电驱动膜分离器、超滤膜浓缩器相连。
本发明的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺为离子交换和膜分离技术的集成工艺，所述的离子交换树脂处理工艺，其作用是将水体中腐殖酸选择性的交换树脂表面基团上。
树脂吸附反应器的工作原理如下：利用树脂反应器吸附水体中的腐殖酸过程中，其作用原理是树脂的选择性离子交换，因此，可置换水中带负电荷的腐殖酸，而能够被选择性交换的有机物主要为腐殖酸。
再生反应器的工作原理如下：在再生反应器中，饱和树脂与再生剂（主要为无机盐）充分反应，树脂上吸附的腐殖酸被再生剂中的阴离子（无机盐中的阴离子）置换至液相中，从而实现树脂的脱附再生，最终得到了高盐高浓有机物脱附液。
电驱动膜分离器的工作原理如下：利用电驱动膜分离器实现腐殖酸与无机物的分离，即可实现盐和腐殖酸的同步回收利用；无机离子（无机盐）在电驱动作用下透过电驱动膜的一侧，而大分子腐殖酸被电驱动膜截留在另一侧，从而实现盐的回收利用，电驱动膜分离器的工作原理参照中国专利号CN2017105760955中所提供的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法。
超滤膜浓缩器的工作原理如下：利用超滤膜分离器实现腐殖酸的进一步浓缩，达到作为液体肥料腐殖酸浓度标准；该浓缩工艺是利用腐殖酸分子量较大的特点，膜选择性截留大分子腐殖酸，而水可以顺利透过超滤膜。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
（1）本发明的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，可去除水体中有机污染物，具有净化水体的功能，由于树脂吸附处理工艺不会引入新物质，相比化学、生物的方法，不会对水体中造成二次污染，同时实现了腐殖酸的富集。
（2）本发明的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，可回收树脂再生过程中流失的大量无机盐，通过电驱动膜可较好实现大分子有机物（以腐殖酸为主）与无机盐的高效分离，攻克了已有树脂吸附技术产生的含高盐高有机物脱附液难以处置难题。
（3）本发明的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，利用超滤膜进一步浓缩电驱动膜排出的高浓有机液体，实现腐殖酸的进一步浓缩，达到液体肥料利用要求的浓度。
（4）本发明的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，利用树脂的离子交换选择性吸附特点，吸附水体中的腐殖酸达到富集的目的，吸附饱和的树脂在再生反应器中与再生剂（主要为无机盐）反应实现树脂的脱附再生，再生后的树脂可重新再利用，产生的脱附液采用电驱动膜分离器实现无机盐与腐殖酸的分离，分离出的无机盐可作为再生剂再利用，分离后的腐殖酸废水经过超滤浓缩器，实现腐殖酸的进一步浓缩，该浓缩液中腐殖酸可满足液体肥料的浓度要求，从而实现水体中腐殖酸的资源化利用。本工艺及方法实现水体净化目的的同时，通过分离的方法实现污染物的分级回收资源化再利用，具有较好的环境效益、经济效益、社会效益。
附图说明
图1是一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺流程图；
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1
南京某公司建立规模为10吨/天饮用水深度净化小试装置。采用以树脂吸附为主体的饮用水深度净化工艺，配套资源化回收装置有：包括树脂吸附反应器、再生反应器、电驱动膜分离器以及超滤膜浓缩器，所述树脂吸附反应器通过再生反应器依次与电驱动膜分离器、超滤膜浓缩器相连。
一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，具体步骤如下：
（1）将饮用水通过泵输送入树脂吸附反应器中，树脂吸附水体中的腐殖酸，并除去水中的腐殖酸；树脂吸附反应器的吸附温度为0℃，吸附停留时间为30分钟。
树脂吸附反应器进水CODMn为3 mg/L左右，出水CODMn为1.8 mg/L左右，经过树脂吸附反应器后CODMn去除效率为40%以上；
（2）将吸附饱和的树脂输送入再生反应器，加入氯化钠对树脂进行洗脱，吸附在树脂上的腐殖酸脱附后浓缩成为脱附液；再生反应器的再生反应温度为0℃，停留时间为20分钟；产生的脱附液CODMn浓度约为3000 mg/L，盐含量约为10%；
（3）将生成的脱附液送入至电驱动膜分离器中，将脱附液中的腐殖酸与无机盐进行分离；
脱附液经过电驱动膜后，高有机物室（腐殖酸）CODMn浓度为3500 mg/L，盐度约为0.4%；而高盐室（无机盐）CODMn浓度约为80 mg/L，盐度约为15%；
（4）将经过步骤（3）分离后的腐殖酸送入至超滤膜浓缩器进行浓缩，即可得到腐殖酸浓缩液；
高有机物室产出的液体经过超滤膜，浓缩9倍左右后，CODCr约为76800 mg/L（满足《四川省地方标准—肥料中腐殖酸含量的测定重铬酸钾氧化法》DB51/T 842-2008），且TOC约为28300mg/L，总有机碳更能说明浓缩液中主要为有机物，具有作为液体肥料资源化利用的潜力。
（5）将经过步骤（3）分离后生成的无机盐加入至步骤（2）中，并作为再生剂继续循环使用。
高盐室产出的高盐水（无机盐）可直接作为再生剂用于饱和树脂再生，且再生效率与未使用的再生剂效果相当。
实施例2
盐城某地饮用水公司，常规工艺处理为：混凝+沉淀+臭氧+BAC+砂滤池+消毒，规模为20万吨/天，保障该区域60多万人口健康安全饮水，其中“臭氧+BAC”为深度净化工艺。在该公司建立了规模为10000吨/天树脂深度净化示范工程一座，采用以树脂吸附为主体的饮用水深度净化工艺，已连续稳定运行2年。本工艺与“臭氧+BAC”深度净化工艺相比，去除效率提升10%以上，且不产生有害物质，同时又可资源化回收腐殖酸，运行成本仅为“臭氧+BAC”工艺的1/3。
饮用水深度净化工艺，配套资源化回收装置有：包括树脂吸附反应器、再生反应器、电驱动膜分离器以及超滤膜浓缩器，所述树脂吸附反应器通过再生反应器依次与电驱动膜分离器、超滤膜浓缩器相连。
一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，具体步骤如下：
（1）将饮用水通过泵输送入树脂吸附反应器中，树脂吸附水体中的腐殖酸，并除去水中的腐殖酸；树脂吸附反应器的吸附温度为20℃，吸附停留时间为15分钟。
进水CODMn为3 mg/L左右，出水CODMn为1.8 mg/L左右，经过树脂深度净化工艺CODMn去除效率为40%以上；
（2）将吸附饱和的树脂输送入再生反应器，加入氯化钠对树脂进行洗脱，吸附在树脂上的腐殖酸脱附后浓缩成为脱附液；再生反应器的再生反应温度为29℃，停留时间为13分钟。
产生的脱附液CODMn浓度约为5000 mg/L，盐含量约为10%；
（3）将生成的脱附液送入至电驱动膜分离器中，将脱附液中的腐殖酸与无机盐进行分离；
脱附液经过电驱动膜分离器后，高有机物室（腐殖酸）CODMn浓度为6000 mg/L，盐度约为0.5%；而高盐室（无机盐）CODMn浓度约为150 mg/L，盐度约为15%。
（4）将经过步骤（3）分离后的腐殖酸送入至超滤膜浓缩器进行浓缩，即可得到腐殖酸浓缩液；
高有机物室产出的液体经过超滤膜浓缩器浓缩6倍左右后，CODCr约为89200mg/L（满足《四川省地方标准—肥料中腐殖酸含量的测定重铬酸钾氧化法》DB51/T 842-2008），且TOC约为31000mg/L，按液体肥料配方要求添加一定量的必须营养元素后即可作为肥料资源化利用。
（5）将经过步骤（3）分离后生成的无机盐加入至步骤（2）中，并作为再生剂继续循环使用。
高盐室产出的高盐水（无机盐）可直接作为再生剂用于饱和树脂再生，且再生效率与未使用的再生剂效果相当。
实施例3
盐城某公司建立20吨/天深度净化中试装置用于处理生活污水生化尾水，采用以树脂吸附为主体的饮用水深度净化工艺，配套资源化回收装置有：包括树脂吸附反应器、再生反应器、电驱动膜分离器以及超滤膜浓缩器，所述树脂吸附反应器通过再生反应器依次与电驱动膜分离器、超滤膜浓缩器相连，资源化回收装置连续稳定运行，处理效果稳定。
一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，具体步骤如下：
（1）将生化尾水通过泵输送入树脂吸附反应器中，树脂吸附水体中的腐殖酸，并除去水中的腐殖酸；树脂吸附反应器的吸附温度为35℃，吸附停留时间为10分钟。
树脂吸附反应器进水CODCr为55 mg/L左右，经过树脂深度净化后出水CODCr约为35mg/L，去除效率为36%以上；
（2）将吸附饱和的树脂输送入再生反应器，加入氯化钠对树脂进行洗脱，吸附在树脂上的腐殖酸脱附后浓缩成为脱附液；再生反应器的再生反应温度为35℃，停留时间为10分钟。
产生的脱附液CODCr浓度约为7000 mg/L，盐含量约为8%。
（3）将生成的脱附液送入至电驱动膜分离器中，将脱附液中的腐殖酸与无机盐进行分离；
脱附液经过电驱动膜后，高有机物室（腐殖酸）CODCr浓度为8000 mg/L，盐度约为0.7%；而高盐室（无机盐）CODCr浓度约为180 mg/L，盐度约为15%。
（4）将经过步骤（3）分离后的腐殖酸送入至超滤膜浓缩器进行浓缩，即可得到腐殖酸浓缩液；
高有机物室产出的液体经过超滤膜，浓缩5倍左右后，CODCr约为42000 mg/L（满足《四川省地方标准—肥料中腐殖酸含量的测定重铬酸钾氧化法》DB51/T 842-2008），且TOC约为14200mg/L，经过预处理后，具有作为液体肥料资源化利用潜力。
（5）将经过步骤（3）分离后生成的无机盐加入至步骤（2）中，并作为再生剂继续循环使用。
高盐室产出的高盐水（无机盐）可直接作为再生剂用于饱和树脂再生，且再生效率与未使用的再生剂效果相当。
上述结果表明，本发明的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，旨在通过树脂吸附技术净化水质的同时又能富集水体中的腐殖酸，脱附液再经过膜分离和浓缩技术，可较好实现盐的回收再利用和腐殖酸的资源化利用，将水体中污染物“变废为宝”。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，其特征在于,具体步骤如下：
（1）将待净化水通过泵输送入树脂吸附反应器中，树脂吸附水体中的腐殖酸，并除去水中的有机物；
（2）将吸附饱和的树脂输送入再生反应器，加入再生剂对树脂进行洗脱，吸附在树脂上的腐殖酸脱附后浓缩成为脱附液；
（3）将生成的脱附液送入至电驱动膜分离器中，将脱附液中的腐殖酸与无机盐进行分离；
（4）将经过步骤（3）分离后的腐殖酸送入至超滤膜浓缩器进行浓缩，即可得到腐殖酸浓缩液；
（5）将经过步骤（3）分离后生成的无机盐加入至步骤（2）中，并作为再生剂继续循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，其特征在于：所述步骤（1）中的树脂为阴离子交换树脂NDMP-3。
3.根据权利要求1所述的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，其特征在于：所述步骤（2）中的再生剂为氯化钠。
4.根据权利要求1所述的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，其特征在于：所述步骤（1）中待净化水为饮用水或生化尾水。
5.根据权利要求1所述的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，其特征在于：所述步骤（1）中，树脂吸附反应器的吸附温度为0-35℃，吸附停留时间为10-30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，再生反应器的再生反应温度为0-35℃，停留时间为10-20分钟。
7.一种用于权利要求1中水体净化过程中副产腐殖酸资源化再利用的工艺的生产装置，其特征在于：包括树脂吸附反应器、再生反应器、电驱动膜分离器以及超滤膜浓缩器，所述树脂吸附反应器通过再生反应器依次与电驱动膜分离器、超滤膜浓缩器相连。
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