CN108557941A - 一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置及其使用方法，该装置包括吸附柱主反应器组件、电化学组件、储水箱组件和自动控制组件；所述电化学组件与吸附柱主反应器组件相连接，所述储水箱组件与吸附柱主反应器组件相连接；所述自动控制组件分别与所述吸附柱主反应器组件、电化学组件、储水箱组件控制连接。其具有结构设计合理、自动化程度高、有效降低企业的处理成本、运行安全可靠、操作方便、能够实现氨氮吸附材料的再生和再生液中氨氮的彻底去除等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染物控制技术领域，尤其涉及一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置及其使用方法。
背景技术
众所周知，全球范围内大量含氮污水的排放大大加速了水体富营养化进程，随着公众对环境质量的要求不断提高，氨氮浓度的排放标准也越来越严格。其中，《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准要求氨氮浓度为＜5mg/L。沸石及改性沸石具有孔隙度高和对氨氮具有很强的选择性离子交换能力特性，常用于去除废水中氨氮，使水中NH4+与沸石中的离子进行交换吸附以去除废水中的氮元素，是一种特殊的吸附过程。袁俊生等研究了斜发沸石去除工业废水中的氨氮，其结果表明利用经2％NaCl活化的20-40目斜发沸石平均全交换容量达到12.96mg/g。沸石的离子交换法适用于中低浓度的氨氮废水(小于500mg/L)，出水浓度可达1mg/L以下。
对于沸石而言，其表面吸附点位和吸附容量有限，吸附达到饱和后需对其进行解吸再生，保证沸石可循环适用。而氨氮吸附饱和的沸石，常用的再生方法有化学再生和生物再生等，其中化学再生应用最为广泛，通常是用酸、碱或盐溶液浸泡吸附饱和沸石，用再生液中的阳离子通过离子交换方式将已被沸石吸附的NH4+置换实现氨氮的脱附从而使沸石得到再生。现有技术中，有相关学者指出选择NaOH与NaCl质量比为3：7(pH＝12.42)的再生液对吸附氨氮后的沸石进行再生效果最好；还有研究人员提出使用NaCl和NaOH混合液作为再生液可比单独使用NaCl减少90％的用量。采用原位化学再生时，氨氮只是被置换出来使沸石得到再生，NH4+-N仍然会进入水体，同时高浓度含盐水的通入会对产水质量带来负面影响。综上不难发现，采用化学脱附再生活化氨氮吸附饱和的沸石等吸附材料虽效果良好，但是存在再生液中高浓度氨氮再次处理问题，因此，寻找一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生方法是限制该法广泛应用的主要因素。
发明内容
本发明目的是针对现有技术所存在的限制而提出的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置及其使用方法，其具有结构设计合理、自动化程度高、有效降低企业的处理成本、运行安全可靠、操作方便、能够实现沸石再生和再生液中氨氮的彻底去除等优点。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：该装置包括吸附柱主反应器组件、电化学组件、储水箱组件和自动控制组件；所述电化学组件与吸附柱主反应器组件相连接，所述储水箱组件与吸附柱主反应器组件相连接；所述自动控制组件分别与所述吸附柱主反应器组件、电化学组件、储水箱组件控制连接。
作为上述方案的进一步优化，所述吸附柱主反应器组件包括敞口型容器、上穿孔隔板和下穿孔隔板；所述上穿孔隔板设置于敞口型容器内靠近顶部位置处，所述下穿孔隔板设置于敞口型容器内的中下方，且该下穿孔隔板将敞口型容器分为进水布水区和吸附反应区；所述进水布水区设置于下穿孔隔板下方，所述吸附反应区设置于下穿孔隔板上方；所述吸附反应区内设置有氨氮吸附材料；所述敞口型容器的顶部侧壁上自下而上分别设置有再生液循环出水口和吸附产水口；所述电化学组件包括直流稳压电源组件、电源连接线和电极板组件；所述电极板组件包括电化学阳极板和电化学阴极板；所述电化学组件通过上穿孔隔板和下穿孔隔板设置于敞口型容器内，所述电化学阳极板通过电源连接线与直流稳压电源组件的正极相连接；所述电化学阴极板通过电源连接线与直流稳压电源组件的负极相连接；所述储水箱组件包括吸附产水储水箱、再生液储水箱和进水储水箱；所述吸附产水储水箱通过吸附产水管路与吸附产水口相连接，并且敞口型容器底部的进水布水区通过排放管路与吸附产水储水箱相连接；所述再生液储水箱通过再生液进水管路与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路相连接；所述再生液循环出水口通过再生液循环管路与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路相连接；所述进水储水箱通过进水管路与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路相连接；
作为上述方案的进一步优化，所述吸附柱主反应器的排放管路上设置有排放电磁阀；所述进水管路上设置有进水电磁阀及第一进水泵、所述再生液进水管路上设置有再生液进水电磁阀及第二进水泵、所述再生液循环管路上设置有再生液循环电磁阀及第三进水泵；所述自动控制系统分别与所述进水电磁阀及第一进水泵、再生液进水电磁阀及第二进水泵、再生液循环电磁阀及第三进水泵控制连接。
作为上述方案的进一步优化，所述再生液储水箱中的再生液的组分为等体积的0.80-1.00g/L NaOH与2.0-2.5g/L NaCl储备液混合制备。
作为上述方案的进一步优化，电化学组件中，电化学阴极和阳极电极板间距10-20mm，所述电化学阳极为钌铱涂层钛电极板，所述电化学阴极为不锈钢电极板；直流稳压电源提供恒定电流值，依据电流密度值为20-40mA/cm2确定供电电流。
作为上述方案的进一步优化，所述自动控制系统包括可编程PLC控制器、设置于吸附柱主反应器中吸附反应区中的NH4 +-N浓度传感器和NO3-N浓度传感器、设置于电化学组件的直流稳压电源电流强度检测器，以及设置于吸附产水储水箱、再生液储水箱和进水储水箱各个管路的压力传感器和流量传感器；所述NH4 +-N浓度传感器、NO3-N浓度传感器、电流强度检测器、压力传感器和流量传感器均与可编程控制器通信连接，并将各自检测的相应实时检测信号发送至可编程PLC控制器；其中，所述自动控制系统还包括与可编程PLC控制器相连接的显示器；所述可编程PLC控制器将接收到的实时NH4 +-N浓度传感器、NO3-N浓度传感器经过数据转换后通过显示器显示；所述可编程PLC控制器将接收到的电流强度检测器、压力传感器和流量传感器实时检测信号经数据转换后与内置的相应检测的预设阈值进行比较，并根据比较的结果控制直流稳压电源电流，以及吸附产水储水箱、再生液储水箱和进水储水箱各个管路的相应进水泵的进水流量相应电磁阀工作状态。
作为上述方案的进一步优化，所述自动控制组件还包括与可编程PLC控制器通过无线网络模块通信连接的远程收发器；所述远程收发器通过无线网络与远程监控中心或者智能移动终端APP远程通信连接。
本发明上述一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置的使用方法包括如下步骤：
1)吸附除氨氮过程：进水储水箱中的氨氮废水由进水管路电磁阀控制，由第一进水泵依次经进水管路和进料管路，由吸附柱主反应器组件的敞口型容器底部进入进水布水区和吸附反应区，进水流量由水力停留时间及反应区容积确定，合格产水经产水管路排入产水储水箱；根据前期材料氨氮吸附穿透试验结果，设定氨氮去除率75％作为控制上限以确定材料处理氨氮废水量，达到处理水量后停止进水，开启排放管路电磁阀，反应器内滞留水全部由排放管路排入产水储水箱，随后排放管路电磁阀关闭；
2)吸附饱和材料脱附再生过程：在上述浓度范围内选择相应浓度的NaOH和NaCl溶液制备再生液，再生液储水箱中依再生液配比制备的再生液由再生液进水管路电磁阀控制，由第二进水泵依次经再生液进水管路和进料管路进入进水布水区和吸附反应区，进水流量由再生液处理水力停留时间设计确定，所述水力停留时间T＝V/Q，其中Q为进水流量，V为敞口型容器容积，T为水力停留时间；反应器中再生液量达到设定的液位高度后，关闭再生液进水管路电磁阀及第二进水泵，开启再生液循环管路电磁阀及第三进水泵，对反应器内再生液及吸附材料进行循环搅拌以混合均匀，同时开启设定电化学试验条件参数的直流稳压电源，对吸附柱主反应器内脱附再生液进行原位处理，60-90min后，依照顺序分别：关闭直流稳压电源，关闭再生液循环管路电磁阀及循环进水泵，开启排放管路电磁阀，反应器内滞留水全部由排放管路排入产水储水箱，随后排放管路电磁阀关闭，重复至少5次步骤2)后，氨氮吸附材料的吸附性能为初始吸附材料的吸附性能95％-100％。
采用本发明废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置及其使用方法具有以下有益效果：
1.由于本发明NaCl和NaOH混合液作为再生液，同时采用外部循环泵搅拌，可显著促进氨氮吸附材料与再生液的固液接触效率，材料吸附氨氮脱附效果显著。
2.本发明采取药剂再生配合电化学氧化作为氨氮吸附材料脱附再生方法，短时间内可达到95％以上的高效脱附再生效率。
3.采用本发明处理过后的再生液中不含NH4 +-N，有微量NO3 --N积累，且再生液中不含氯离子，可避免二次污染。
4.本发明可实现对吸附材料的重复脱附过程，无材料吸附容量的衰减，是一种兼具经济性和高效性的氨氮吸附材料脱附再生方法。
附图说明
图1是本发明的具体工艺结构示意图。
本发明的形状不受该示意图的限制，仅形状的改变在不脱离本专利结构的情况下，仍属于本专利的保护范围。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明提出的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置及其使用方法作以详细说明。
一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，该装置包括吸附柱主反应器组件1、电化学组件2、储水箱组件3和自动控制组件；所述电化学组件与吸附柱主反应器组件相连接，所述储水箱组件与吸附柱主反应器组件相连接；所述自动控制组件分别与所述吸附柱主反应器组件、电化学组件、储水箱组件控制连接。
所述吸附柱主反应器组件包括敞口型容器4、上穿孔隔板5和下穿孔隔板6；所述上穿孔隔板设置于敞口型容器内靠近顶部位置处，所述下穿孔隔板设置于敞口型容器内的中下方，且该下穿孔隔板将敞口型容器分为进水布水区7和吸附反应区8；所述进水布水区设置于下穿孔隔板下方，所述吸附反应区设置于下穿孔隔板上方；所述吸附反应区内设置有氨氮吸附材料9；
所述敞口型容器的顶部侧壁上自下而上分别设置有再生液循环出水口和吸附产水口；
所述电化学组件包括直流稳压电源组件10、电源连接线11和电极板组件；所述电极板组件包括电化学阳极板12和电化学阴极板13；所述电化学组件通过上穿孔隔板和下穿孔隔板设置于敞口型容器内，所述电化学阳极板通过电源连接线与直流稳压电源组件的正极相连接；所述电化学阴极板通过电源连接线与直流稳压电源组件的负极相连接；
所述储水箱组件包括吸附产水储水箱14、再生液储水箱15和进水储水箱16；
所述吸附产水储水箱通过吸附产水管路17与吸附产水口相连接，并且敞口型容器底部的进水布水区通过排放管路18与吸附产水储水箱相连接；
所述再生液储水箱通过再生液进水管路19与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路20相连接；
所述再生液循环出水口通过再生液循环管路21与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路20相连接；
所述进水储水箱通过进水管路22与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路20相连接；
所述吸附柱主反应器的排放管路上设置有排放电磁阀23；所述进水管路上设置有进水电磁阀24及第一进水泵25、所述再生液进水管路上设置有再生液进水电磁阀26及第二进水泵27、所述再生液循环管路上设置有再生液循环电磁阀28及第三进水泵29；所述自动控制系统分别与所述进水电磁阀及第一进水泵、再生液进水电磁阀及第二进水泵、再生液循环电磁阀及第三进水泵控制连接。
所述再生液储水箱中的再生液的组分为等体积的0.80-1.00g/L NaOH与2.0-2.5g/L NaCl储备液混合制备。
电化学组件中，电化学阴极和阳极电极板间距10-20mm，所述电化学阳极为钌铱涂层钛电极板，所述电化学阴极为不锈钢电极板；直流稳压电源提供恒定电流值，依据电流密度值为20-40mA/cm2确定供电电流。所述自动控制系统包括可编程PLC控制器、设置于吸附柱主反应器中吸附反应区中的NH4 +-N浓度传感器和NO3-N浓度传感器、设置于电化学组件的直流稳压电源电流强度检测器，以及设置于吸附产水储水箱、再生液储水箱和进水储水箱各个管路的压力传感器和流量传感器；所述NH4 +-N浓度传感器、NO3-N浓度传感器、电流强度检测器、压力传感器和流量传感器均与可编程控制器通信连接，并将各自检测的相应实时检测信号发送至可编程PLC控制器；其中，所述自动控制系统还包括与可编程PLC控制器相连接的显示器；所述可编程PLC控制器将接收到的实时NH4 +-N浓度传感器、NO3-N浓度传感器经过数据转换后通过显示器显示；所述可编程PLC控制器将接收到的电流强度检测器、压力传感器和流量传感器实时检测信号经数据转换后与内置的相应检测的预设阈值进行比较，并根据比较的结果控制直流稳压电源电流，以及吸附产水储水箱、再生液储水箱和进水储水箱各个管路的相应进水泵的进水流量相应电磁阀工作状态。
所述自动控制组件还包括与可编程PLC控制器通过无线网络模块通信连接的远程收发器；所述远程收发器通过无线网络与远程监控中心或者智能移动终端APP远程通信连接。
本发明上述一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置的使用方法包括如下步骤：
1)吸附除氨氮过程：进水储水箱中的氨氮废水由进水管路电磁阀控制，由第一进水泵依次经进水管路和进料管路，由吸附柱主反应器组件的敞口型容器底部进入进水布水区和吸附反应区，进水流量由水力停留时间及反应区容积确定，合格产水经产水管路排入产水储水箱；根据前期材料氨氮吸附穿透试验结果，设定氨氮去除率75％作为控制上限以确定材料处理氨氮废水量，达到处理水量后停止进水，开启排放管路电磁阀，反应器内滞留水全部由排放管路排入产水储水箱，随后排放管路电磁阀关闭；
2)吸附饱和材料脱附再生过程：在上述浓度范围内选择相应浓度的NaOH和NaCl溶液制备再生液，再生液储水箱中依再生液配比制备的再生液由再生液进水管路电磁阀控制，由第二进水泵依次经再生液进水管路和进料管路进入进水布水区和吸附反应区，进水流量由再生液处理水力停留时间设计确定，所述水力停留时间T＝V/Q，其中Q为进水流量，V为敞口型容器容积，T为水力停留时间；反应器中再生液量达到设定的液位高度后，关闭再生液进水管路电磁阀及第二进水泵，开启再生液循环管路电磁阀及第三进水泵，对反应器内再生液及吸附材料进行循环搅拌以混合均匀，同时开启设定电化学试验条件参数的直流稳压电源，对吸附柱主反应器内脱附再生液进行原位处理，60-90min后，依照顺序分别：关闭直流稳压电源，关闭再生液循环管路电磁阀及循环进水泵，开启排放管路电磁阀，反应器内滞留水全部由排放管路排入产水储水箱，随后排放管路电磁阀关闭，重复至少5次步骤2)后，氨氮吸附材料的吸附性能为初始吸附材料的吸附性能95％-100％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：该装置包括吸附柱主反应器组件(1)、电化学组件(2)、储水箱组件(3)和自动控制组件；所述电化学组件与吸附柱主反应器组件相连接，所述储水箱组件与吸附柱主反应器组件相连接；所述自动控制组件分别与所述吸附柱主反应器组件、电化学组件、储水箱组件控制连接。
2.根据权利要求1所述的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：所述吸附柱主反应器组件包括敞口型容器(4)、上穿孔隔板(5)和下穿孔隔板(6)；所述上穿孔隔板设置于敞口型容器内靠近顶部位置处，所述下穿孔隔板设置于敞口型容器内的中下方，且该下穿孔隔板将敞口型容器分为进水布水区(7)和吸附反应区(8)；所述进水布水区设置于下穿孔隔板下方，所述吸附反应区设置于下穿孔隔板上方；所述吸附反应区内设置有氨氮吸附材料(9)；
所述敞口型容器的顶部侧壁上自下而上分别设置有再生液循环出水口和吸附产水口；
所述电化学组件包括直流稳压电源组件(10)、电源连接线(11)和电极板组件；所述电极板组件包括电化学阳极板(12)和电化学阴极板(13)；所述电化学组件通过上穿孔隔板和下穿孔隔板设置于敞口型容器内，所述电化学阳极板通过电源连接线与直流稳压电源组件的正极相连接；所述电化学阴极板通过电源连接线与直流稳压电源组件的负极相连接；
所述储水箱组件包括吸附产水储水箱(14)、再生液储水箱(15)和进水储水箱(16)；
所述吸附产水储水箱通过吸附产水管路(17)与吸附产水口相连接，并且敞口型容器底部的进水布水区通过排放管路(18)与吸附产水储水箱相连接；
所述再生液储水箱通过再生液进水管路(19)与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路(20)相连接；
所述再生液循环出水口通过再生液循环管路(21)与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路(20)相连接；
所述进水储水箱通过进水管路(22)与敞口型容器底部的进水布水区的进料管路(20)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：
所述吸附柱主反应器的排放管路上设置有排放电磁阀(23)；所述进水管路上设置有进水电磁阀(24)及第一进水泵(25)、所述再生液进水管路上设置有再生液进水电磁阀(26)及第二进水泵(27)、所述再生液循环管路上设置有再生液循环电磁阀(28)及第三进水泵(29)；所述自动控制系统分别与所述进水电磁阀及第一进水泵、再生液进水电磁阀及第二进水泵、再生液循环电磁阀及第三进水泵控制连接。
4.根据权利要求3所述的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：所述再生液储水箱中的再生液的组分为等体积的0.80-1.00g/L NaOH与2.0-2.5g/L NaCl储备液混合制备。
5.根据权利要求4所述的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：电化学组件中，电化学阴极和阳极电极板间距10-20mm，所述电化学阳极为钌铱涂层钛电极板，所述电化学阴极为不锈钢电极板；直流稳压电源提供恒定电流值，依据电流密度值为20-40mA/cm2确定供电电流。
6.根据权利要求5所述的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：所述自动控制系统包括可编程PLC控制器、设置于吸附柱主反应器中吸附反应区中的NH4 +-N浓度传感器和NO3-N浓度传感器、设置于电化学组件的直流稳压电源电流强度检测器，以及设置于吸附产水储水箱、再生液储水箱和进水储水箱各个管路的压力传感器和流量传感器；所述NH4 +-N浓度传感器、NO3-N浓度传感器、电流强度检测器、压力传感器和流量传感器均与可编程控制器通信连接，并将各自检测的相应实时检测信号发送至可编程PLC控制器；其中，所述自动控制系统还包括与可编程PLC控制器相连接的显示器；所述可编程PLC控制器将接收到的实时NH4 +-N浓度传感器、NO3-N浓度传感器经过数据转换后通过显示器显示；所述可编程PLC控制器将接收到的电流强度检测器、压力传感器和流量传感器实时检测信号经数据转换后与内置的相应检测的预设阈值进行比较，并根据比较的结果控制直流稳压电源电流，以及吸附产水储水箱、再生液储水箱和进水储水箱各个管路的相应进水泵的进水流量相应电磁阀工作状态。
7.根据权利要求6所述的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置，其特征在于：所述自动控制组件还包括与可编程PLC控制器通过无线网络模块通信连接的远程收发器；所述远程收发器通过无线网络与远程监控中心或者智能移动终端APP远程通信连接。
8.一种根据权利要求7所述的一种废水氨氮吸附材料的原位脱附再生装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括如下步骤：
1)吸附除氨氮过程：进水储水箱中的氨氮废水由进水管路电磁阀控制，由第一进水泵依次经进水管路和进料管路，由吸附柱主反应器组件的敞口型容器底部进入进水布水区和吸附反应区，进水流量由水力停留时间及反应区容积确定，合格产水经产水管路排入产水储水箱；根据前期材料氨氮吸附穿透试验结果，设定氨氮去除率75％作为控制上限以确定材料处理氨氮废水量，达到处理水量后停止进水，开启排放管路电磁阀，反应器内滞留水全部由排放管路排入产水储水箱，随后排放管路电磁阀关闭；
2)吸附饱和材料脱附再生过程：在上述浓度范围内选择相应浓度的NaOH和NaCl溶液制备再生液，再生液储水箱中依再生液配比制备的再生液由再生液进水管路电磁阀控制，由第二进水泵依次经再生液进水管路和进料管路进入进水布水区和吸附反应区，进水流量由再生液处理水力停留时间设计确定，所述水力停留时间T＝V/Q，其中Q为进水流量，V为敞口型容器容积，T为水力停留时间；反应器中再生液量达到设定的液位高度后，关闭再生液进水管路电磁阀及第二进水泵，开启再生液循环管路电磁阀及第三进水泵，对反应器内再生液及吸附材料进行循环搅拌以混合均匀，同时开启设定电化学试验条件参数的直流稳压电源，对吸附柱主反应器内脱附再生液进行原位处理，60-90min后，依照顺序分别：关闭直流稳压电源，关闭再生液循环管路电磁阀及循环进水泵，开启排放管路电磁阀，反应器内滞留水全部由排放管路排入产水储水箱，随后排放管路电磁阀关闭，重复至少5次步骤2)后，氨氮吸附材料的吸附性能为初始吸附材料的吸附性能95％-100％。
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