CN108751536B

CN108751536B - 一种树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置

Info

Publication number: CN108751536B
Application number: CN201810724800.6A
Authority: CN
Inventors: 双陈冬; 谭亮; 王钧田; 王珂; 李爽爽
Original assignee: NANJING UNIVERSITY & YANCHENG ACADEMY OF ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY AND ENGINEERING; Nanjing University
Current assignee: NANJING UNIVERSITY & YANCHENG ACADEMY OF ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY AND ENGINEERING; Nanjing University
Priority date: 2018-07-04
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2038-07-04
Also published as: CN108751536A

Abstract

本发明涉及一种树脂与电化学技术集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，属于废水处理设备领域。本装置包括电动导索，本装置由下至上依次设有布水搅拌反应区、上升沉降区、出水分离区和电极装配区，电动导索一端固定于电极装配区的上部，另一端与本装置内部的侧壁上的固定架固定，电动导索控制电极固定板在电极装配区与上升沉降区之间上下移动，布水搅拌反应区的底部设有均匀布水装置，且布水搅拌反应区内装有阴离子交换树脂，上升沉降区设有稳流组件，出水分离区设有出水堰板。

Description

一种树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置

技术领域

本发明涉及基于树脂吸附和电化学处理的废水处理设备领域，具体地涉及一种树脂与电化学技术集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置。

背景技术

随着我国经济与社会的飞速发展，含硝酸盐氮污染源的农村和城市生活污水，各类工业废水的大量排放，致使自然界水体中硝酸盐氮浓度急剧升高，对地表水和地下水等水资源造成了严重的污染，硝酸盐氮的污染对人类的饮水安全造成了巨大威胁。

离子交换法是一种常见的离子型污染物去除方法，使用阴离子交换法去除地下水中的硝酸盐氮已被列为美国环境保护署(Environmental Protection Agency, EPA) 推荐技术之一，该方法具有硝酸盐氮去除效率高和出水水质稳定的特点，但去除硝酸盐氮后的阴离子交换树脂需用大量高浓度盐溶液进行再生，产生的脱附液中含有大量的目标污染物和盐，难以进一步处理。因此，开发一种能同时高效去除废水中硝酸盐氮和合理处理再生产生的脱附液的废水深度处理装置对对推动离子交换技术在水处理领域的广泛应用具有重要意义。

专利CN 106241941A公开了一种能使树脂与污水充分混合，反应后能使树脂与水几乎完全分离，增加气体树脂浓度和减少沥干时间从而节省设备压力及运行成本的磁性树脂高效吸附—分离—浓缩反应器，该反应器由设有一两相分流器的方形反应罐和树脂浓缩罐构成。该反应器实现了磁性树脂的高效分散与分离，是目前主流的离子交换法反应器，但仍存在树脂再生后产生的脱附液难以处理的问题。

专利CN 106186592A公开了一种去除树脂脱附液中硝态氮的装置，该装置包括含臭氧接触反应器、缺氧反应器和污泥沉淀器的同心圆柱结构反应器、曝气装置、进水箱和臭氧投加装置，将与臭氧接触后可生化性提高的脱附液通入缺氧反应器内进行反硝化反应，从而达到降低树脂脱附液中硝酸盐氮的目的。该装置既包含臭氧接触系统又包含反硝化的微生物系统，且只为处理树脂脱附液中的硝酸盐氮，扩大到整套离子交换法工艺来看，装置结构较为繁杂，占地面积大，运行和维护成本较为高昂。

专利CN 106277186A公开了一种磁性树脂高效分散与分离的废水处理反应器及其使用方法，该反应器包括均匀布水装置、稳流组件、磁滚筒分离装置和出水堰板，其中，所述均匀布水装置为“工”字型同程布水装置，位于反应器底部，所述稳流组件固定于反应器中部，所述出水堰板设于反应器顶部边缘上，所述磁滚筒分离装置紧贴于出水堰板设在反应器顶部。与常规的磁性树脂水处理系统一体化反应器相比，该反应器极大的降低了反应器高度，减轻水泵压力，节省能耗，但是该反应器对废水中COD和氨氮的处理效率低，也不能解决传统离子交换水处理系统中产生的脱附液难以处理的问题。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置。

本发明的技术方案如下：一种树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，该装置包括电动导索，本的装置由下至上依次设有布水搅拌反应区、上升沉降区、出水分离区和电极装配区，电动导索一端固定于电极装配区的上部，另一端与本装置内部的侧壁上的固定架固定，电动导索控制电极固定板在电极装配区与上升沉降区之间上下移动，布水搅拌反应区的底部设有均匀布水装置，且布水搅拌反应区内装有阴离子交换树脂，上升沉降区设有稳流组件，出水分离区设有出水堰板。

本发明提供了一种树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，电动导索控制装载有电极的电极固定板下降至稳流组件处，电极穿过稳流组件中的电极插槽插入再生后产生的脱附液中进行电化学处理，经电化学处理后的脱附液补充一定浓度的氯化钠后重新作为再生液待用。本装置可作为一体式装置，实现阴离子交换树脂的吸附过程和树脂再生后产生的脱附液的合理化处理，与现有技术相比，有效地解决了离子交换水处理系统中产生的脱附液难以处理的问题，在其他条件配合的情况下，整个过程集成了树脂吸附和电化学处理技术，提高了废水的处理效果和处理效率，并且极大地节约了设备的占地面积，简化了操作运行步骤，降低了操作和运行成本。

在一种优选方案中，本发明采用的电极固定板装配有电极，该电极上设有电源。进一步的，根据废水中硝酸盐氮浓度，在电极固定板装配有多对电极，例如，四至十六对电极，具体可以为，四对、六对、八对、十对、十六对。

在一种更优选方案中，本发明采用的稳流组件设有电极插槽，电极固定板装配的多对电极可以穿过电极插槽，在布水搅拌反应区进行电化学处理。

本发明在布水搅拌反应区设有树脂再生液流入口和树脂脱附液流出口。本装置可以通过树脂再生液流入口添加再生液与吸附后留在反应区的阴离子交换树脂进行再生，再由电动导索控制装载有电极的电极固定板下降至稳流组件处，电极穿过稳流组件中的电极插槽插入再生后产生的脱附液中进行电化学处理，经电化学处理后的脱附液补充一定浓度的氯化钠后可重新作为再生液待用。

本装置采用的均匀布水装置可以但不局限于轮辐式布水器，在一种优选方案中，轮辐式布水器包括进水口和辐条，进水口设于轮辐式布水器的中心位置，辐条上设有出水口，出水口处设有出水孔，且出水孔与本装置水平底面的夹角为15~90°。优选地，均匀布水装置的材质为316不锈钢材料。

本装置可以灵活的选择辐条的数量，在不影响本装置效果的情况下，可以选择4至12根辐条，在每一根辐条上可以设置多个出水口，例如2至6个，每个出水口处设有多个出水孔，例如2至6个。

在一种优选方案中，轮辐式布水器设有6根辐条，每根辐条上设有3个出水口，每个出水口布3个出水孔，其中两个出水孔与装置水平底面夹角为30°，另一个为90°。

本装置在轮辐式布水器上方可设置有树脂搅拌器，树脂搅拌器上端连接电机，下端带有叶片的部分延伸至布水搅拌反应区内。

本装置在布水搅拌反应区内装有阴离子交换树脂，本发明采用的阴离子交换树脂在水处理领域中效率高，成本低，优选地，阴离子交换树脂是粒径为300~1200μm的树脂微球。

在一种优选方案中，本装置采用的出水堰板设置于出水分离区侧壁边缘。

一种上述树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置的使用方法，其步骤为：

（1）待处理废水通过均匀布水装置均匀布水进入装置中，并与布水搅拌反应区中阴离子交换树脂进行吸附处理；

（2）吸附处理后的废水直接经过上升沉降区至出水分离区，但吸附处理后的废水中阴离子交换树脂被稳流组件拦截下来；

（3）在出水分离区进行分离处理后的废水由出水堰板流出；

（4）关闭均匀布水装置的进水口，由再生液流入口向装置中通入再生液进行进行再生处理后，电动导索控制装载有电极的电极固定板下降至稳流组件处，电极插入装置中的再生液，通电后，对再生后产生的脱附液进行电化学处理；

（5）电化学处理后的脱附液由脱附液流出口流出，可向流出的脱附液中补充氯化钠，作为再生液备用；

（6）关闭连接电极的电源，电动导索控制装载有电极的电极固定板上升至电极装配区；

（7）重复上述（1）~（6）步骤。

采用本发明的技术方案，优势如下:（1）本装置集树脂吸附和电化学处理技术于一体，能在对废水实现离子交换和脱附液处理的同时简化运行和操作成本，减少设备的占地面积，提高了废水的处理效果和处理效率。

（2）本装置可作为一体式装置，实现阴离子交换树脂的吸附过程和树脂再生后产生的脱附液的合理化处理，与现有技术相比，有效地解决了离子交换水处理系统中产生的脱附液难以处理的问题。

（3）本发明采用的阴离子交换树脂在水处理领域中效率高，成本低。

附图说明

图1是本发明中树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置在吸附过程时的结构示意图；

其中，A是布水搅拌反应区，B是上升沉降区，C是出水分离区，D是电极装配区，1是均匀布水装置，2是树脂搅拌器，3是稳流组件，4是电极，5是出水堰板，6是电极固定板，7是电动导索，8是树脂再生液流入口，9是树脂脱附液流出口；

图2是本发明中树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置在电化学处理时的结构示意图；

图3是本发明采用的轮辐式布水器的结构示意图；

其中，10是进水口，11是出水口，12是辐条。

具体实施方式

通过以下实施例结合附图对本发明的废水深度处理装置作进一步的说明，但这些实施例不对本发明构成任何限制。

本发明提供一种树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，如图1和图2所示，该装置包括电动导索7，本装置由下至上依次设有布水搅拌反应区A、上升沉降区B、出水分离区C和电极装配区D。其中，电动导索7一端固定于电极装配区D的上部，另一端与本装置内部的侧壁上的固定架固定。电动导索7控制电极固定板6在电极装配区D与上升沉降区B之间上下移动。布水搅拌反应区A的底部设有均匀布水装置1，且布水搅拌反应区A内装有阴离子交换树脂，上升沉降区B设有稳流组件3，出水分离区C设有出水堰板5。

在一种优选方案中，如图1和图2所示，电极固定板6装配有电极4，电极4上设有电源。本装置采用的稳流组件3设有电极插槽，电极4穿过电极插槽在布水搅拌反应区A进行电化学处理。

如图1和图2所示，布水搅拌反应区A设有树脂再生液流入口8和树脂脱附液流出口9。

本装置在轮辐式布水器上方设置有树脂搅拌器2，树脂搅拌器2上端连接电机，下端带有叶片的部分延伸至布水搅拌反应区A内。

本装置采用的均匀布水装置1优选为轮辐式布水器。如图3所示，轮辐式布水器包括进水口10和6根辐条12，进水口10设于轮辐式布水器的中心位置，辐条12上设有3个出水口11，出水口11处设有出水孔，且出水孔与装置水平底面的夹角为15~90°。

在一种优选方案中，出水口11处设有出水孔布3个出水孔，其中两个出水孔与装置水平底面夹角为30°，另一个为90°。

本装置采用的均匀布水装置1的材质为316不锈钢材料。

本装置在布水搅拌反应区内装有阴离子交换树脂，优选地，阴离子交换树脂是粒径为300~1200μm的树脂微球。

本装置采用的出水堰板5设置于出水分离区C侧壁边缘。

本装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）待处理废水通过均匀布水装置1均匀布水进入装置中，并与布水搅拌反应区A中阴离子交换树脂进行吸附处理；

（2）吸附处理后的废水直接经过上升沉降区B至出水分离区C，但吸附处理后的废水中阴离子交换树脂被稳流组件3拦截下来；

（3）在出水分离区C进行分离处理后的废水由出水堰板5流出；

（4）关闭均匀布水装置1的进水口10，由再生液流入口8向装置中通入再生液进行再生处理后，电动导索7控制装载有电极4的电极固定板6下降至稳流组件3处，电极4插入装置中的再生液，通电后，对再生后产生的脱附液进行电化学处理；

（5）电化学处理后的脱附液由脱附液流出口9流出，可向流出的脱附液中补充氯化钠，作为再生液备用；

（6）关闭连接电极4的电源，电动导索7控制装载有电极4的电极固定板6上升至电极装配区D；

（7）重复上述（1）~（6）步骤。

在所有实施例中：采用316不锈钢材料的轮辐式布水器作为均匀布水装置1，在轮辐式布水器的出水口11处设有出水孔布3个出水孔，其中两个出水孔与装置水平底面夹角为30°，另一个为90°。阴离子交换树脂是粒径为300~1200μm的树脂微球。

实施例1

某工业生化废水深度处理（6000 t/d处理量，COD约60 mg/L，硝酸盐氮约80 mg/L，色度约14倍）采用上述树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置处理，具体步骤如下：

（4）关闭均匀布水装置1的进水口10，由再生液流入口8向装置中通入体积为树脂体积1.5倍的质量浓度为15%氯化钠溶液作为再生液，进行0.5h再生处理后，电动导索7控制装载有五对电极4的电极固定板6下降至稳流组件3处，电极4插入装置中的再生液，通电后，控制电流密度为30 mA/cm²，对再生后产生的脱附液进行电化学处理；

（5）经1.5 h电化学处理后，脱附液由脱附液流出口9流出，向流出的脱附液中补充氯化钠使流出液中氯化钠的质量浓度达到15%，作为再生液备用；

（7）重复上述（1）~（6）步骤。

经过步骤（7）后，出水COD约10 mg/L，酸盐氮约15 mg/L，色度约1倍。

实施例2

采用与实施例1相同的反应装置，改变运行步骤中参数，具体步骤如下：

（4）关闭均匀布水装置1的进水口10，由再生液流入口8向装置中通入体积为树脂体积3倍的质量浓度为10%氯化钠溶液作为再生液，进行1h再生处理后，电动导索7控制装载有八对电极4的电极固定板6下降至稳流组件3处，电极4插入装置中的再生液，通电后，控制电流密度为80 mA/cm²，对再生后产生的脱附液进行电化学处理；

（5）经2.5 h电化学处理后，脱附液由脱附液流出口9流出，向流出的脱附液中补充氯化钠使流出液中氯化钠的质量浓度达到10%，作为再生液备用；

（7）重复上述（1）~（6）步骤。

原进水COD约45 mg/L，硝酸盐氮约55 mg/L，色度约10倍，处理量为5000 t/d，经过步骤（7）后，出水COD约13 mg/L，酸盐氮约10 mg/L，色度约0倍。

实施例3

（4）关闭均匀布水装置1的进水口10，由再生液流入口8向装置中通入体积为树脂体积1倍的质量浓度为5%氯化钠溶液作为再生液，进行0.5h再生处理后，电动导索7控制装载有八对电极4的电极固定板6下降至稳流组件3处，电极4插入装置中的再生液，通电后，控制电流密度为45 mA/cm²，对再生后产生的脱附液进行电化学处理；

（5）经0.5 h电化学处理后，脱附液由脱附液流出口9流出，向流出的脱附液中补充氯化钠使流出液中氯化钠的质量浓度达到5%，作为再生液备用；

（7）重复上述（1）~（6）步骤。

原进水COD约80 mg/L，硝酸盐氮约75 mg/L，色度约16倍，处理量为6000 t/d，经过步骤（7）后，出水COD约16 mg/L，酸盐氮约13 mg/L，色度约2倍。

实施例4

（4）关闭均匀布水装置1的进水口10，由再生液流入口8向装置中通入体积为树脂体积2倍的质量浓度为20%氯化钠溶液作为再生液，进行2.5h再生处理后，电动导索7控制装载有十对电极4的电极固定板6下降至稳流组件3处，电极4插入装置中的再生液，通电后，控制电流密度为80 mA/cm²，对再生后产生的脱附液进行电化学处理；

（5）经3 h电化学处理后，脱附液由脱附液流出口9流出，向流出的脱附液中补充氯化钠使流出液中氯化钠的质量浓度达到20%，作为再生液备用；

（7）重复上述（1）~（6）步骤。

原进水COD约110 mg/L，硝酸盐氮约60 mg/L，色度约17倍，处理量为3000 t/d，经过步骤（7）后，出水COD约20 mg/L，酸盐氮约8 mg/L，色度约1倍。

实施例5

（4）关闭均匀布水装置1的进水口10，由再生液流入口8向装置中通入体积为树脂体积1.5倍的质量浓度为10%氯化钠溶液作为再生液，进行2h再生处理后，电动导索7控制装载有八对电极4的电极固定板6下降至稳流组件3处，电极4插入装置中的再生液，通电后，控制电流密度为50 mA/cm²，对再生后产生的脱附液进行电化学处理；

（5）经1.5 h电化学处理后，脱附液由脱附液流出口9流出，向流出的脱附液中补充氯化钠使流出液中氯化钠的质量浓度达到10%，作为再生液备用；

（7）重复上述（1）~（6）步骤。

原进水COD约65mg/L，硝酸盐氮约40 mg/L，色度约7倍，处理量为6000 t/d，经过步骤（7）后，出水COD约10 mg/L，酸盐氮约9 mg/L，色度约0倍。

Claims

1.一种树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，其特征在于，该装置包括电动导索（7），所述装置由下至上依次设有布水搅拌反应区（A）、上升沉降区（B）、出水分离区（C）和电极装配区（D），所述电动导索（7）一端固定于所述电极装配区（D）的上部，另一端与所述装置内部的侧壁上的固定架固定，所述电动导索（7）控制电极固定板（6）在所述电极装配区（D）与所述上升沉降区（B）之间上下移动；所述电极固定板（6）装配有电极（4），所述电极（4）上设有电源；所述布水搅拌反应区（A）的底部设有均匀布水装置（1），且布水搅拌反应区（A）内装有阴离子交换树脂；所述均匀布水装置（1）为轮辐式布水器，它包括进水口（10）和辐条（12），所述进水口（10）设于所述均匀布水装置（1）的中心位置，所述辐条（12）上设有出水口（11），所述出水口（11）处设有出水孔，且出水孔与所述装置水平底面的夹角为15~90°；所述布水搅拌反应区（A）设有树脂再生液流入口（8）和树脂脱附液流出口（9）；所述上升沉降区（B）设有稳流组件（3），所述稳流组件（3）设有电极插槽，所述电极（4）穿过所述电极插槽在所述布水搅拌反应区（A）进行电化学处理；所述出水分离区（C）设有出水堰板（5）。

2.根据权利要求1所述的树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，其特征在于，所述轮辐式布水器上方设置有树脂搅拌器（2），所述树脂搅拌器（2）上端连接电机，下端带有叶片的部分延伸至布水搅拌反应区（A）内。

3.根据权利要求1所述的树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，其特征在于，所述阴离子交换树脂是粒径为300~1200μm的树脂微球。

4.根据权利要求1所述的树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，其特征在于，所述均匀布水装置（1）的材质为316不锈钢材料。

5.根据权利要求1所述的树脂与电化学集成脱除硝酸盐氮的废水深度处理装置，其特征在于，所述出水堰板（5）设置于所述出水分离区（C）侧壁边缘。