CN112624436A - 一种废水零排放的磷处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水和废水处理工程领域，尤其涉及一种废水零排放的磷处理系统及处理方法。所述的处理系统包括预处理系统、离子交换树脂处理系统、离子交换树脂再生系统和再生废液处理系统，预处理系统的进水口通过产水泵与待处理原水源连接，离子交换树脂处理系统的进水口和出水口分别与预处理系统、净化出水管道连接，离子交换树脂再生系统包括再生液池和废液池，再生液池的出水口通过再生泵与离子交换树脂处理系统的进水口连接，离子交换树脂处理系统的出水口与废液池的进水口连接。所述的处理系统不仅实现水体磷酸盐的高效去除、回收，还实现了再生液的循环利用和污水零排放。
Description
技术领域
本发明属于水和废水处理工程领域，尤其涉及一种废水零排放的磷处理系统及处理方法。
背景技术
随着城市化进程的加剧，大量含氮、磷污废水进入自然水体，导致水体富营养化威胁日益严重。而水体富营养化进一步引起藻类爆发，导致水体色度、浊度增加，透明度和溶解氧含量降低，水生生物死亡，水生态破坏。根据相关的研究成果，水中磷是导致大多数水体富营养化的制约因子，因此，有效控磷是解决此类问题的关键。污水处理厂常用生物工艺只能去除进水中大约30％左右的磷，出水中的磷浓度一般远高于富营养化限制浓度，需要通过深度处理以满足日益严格的水质标准。
目前常用的深度除磷工艺一般包括铁盐、钙盐化学沉淀法、吸附剂法、人工湿地法、离子交换法等。化学沉淀法适用于高浓度磷去除且出水磷含量较高；吸附剂法往往适用于低浓度磷去除且受到容量和选择性的影响；人工湿地法不仅占地面积大、处理效率低，且受温度等影响较大；相比之下，离子交换法作为一种新型高效离子去除工艺，成为水深度处理领域的一个研究热点。
然而，现有技术中的离子交换法用于废水中的磷去除工艺，存在离子交换树脂再生过程复杂的缺点，而且再生过程中会产生具有污染性的再生废液，再生废液的处理和排放会造成二次污染。总的来说，一旦解决了再生废液问题，相比其他常规方法，离子交换技术除磷具有更为广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有离子交换树脂除磷或磷回收过程中存在的选择性不高和再生废液排放难题，以负载金属型强碱性阴离子交换树脂为载体，通过对工艺环节设计和运行参数优化，不仅实现水体磷酸盐的高效去除或回收，降低了工艺运行成本，还实现了再生液的循环利用和污水零排放。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种废水零排放的磷处理系统，
包括预处理系统、离子交换树脂处理系统、离子交换树脂再生系统和再生废液处理系统；
所述预处理系统的进水口通过产水泵与待处理原水源连接，所述预处理系统的出水口通过管道与离子交换树脂处理系统的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的进水口与预处理系统之间的管道上设置有净化进水阀门，所述离子交换树脂处理系统的出水口通过管道与净化出水管道连接，且所述离子交换树脂处理系统的出水口与净化出水管道之间的管道上设置有净化出水阀门；
所述离子交换树脂再生系统包括再生液池和废液池，所述再生液池的出水口通过再生泵与离子交换树脂处理系统的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的进水口与再生泵之间的管道上设置有再生进水阀门，所述离子交换树脂处理系统的出水口通过管道与废液池的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的出水口与废液池之间的管道上设置有再生出水阀门；
所述再生废液处理系统的进水口通过管道与废液池的出水口连接，所述再生废液处理系统的出水口通过管道与再生液池的进水口连接。
去除/回收磷之后的再生废液通过pH调整后置于再生液池中，用于之后的树脂罐再生，整个过程没有废液外排。
优选的，所述离子交换树脂处理系统包括离子交换树脂罐，所述离子交换树脂罐内填充有负载金属型强碱性阴离子交换树脂，所述负载金属型强碱性阴离子交换树脂为常规阴离子树脂负载纳米级铁或钛氧化物。
优选的，所述预处理系统为砂滤池。
优选的，所述再生液池内的再生液为pH大于10的盐溶液，且其质量浓度不低于2％。
优选的，所述再生废液处理系统包括磷去除系统和磷回收系统。
本发明还公开了一种废水零排放的磷处理方法，利用上述任一所述的废水零排放的磷处理系统进行处理，具体包括以下工艺步骤：对原水进行磷处理→离子交换树脂进行再生→对再生废液进行处理。
优选的，所述对原水进行磷处理工艺具体包括以下步骤：
(1)预处理：待处理原水经产水泵先进入预处理系统以除去粒径较大的悬浮物；
(2)离子交换树脂处理：打开净化进水阀门和净化出水阀门，关闭再生进水阀门和再生出水阀门，预处理后的水经过净化进水阀门进入离子交换树脂处理系统进行磷处理，然后净化后的水排出后经净化出水阀门进入净化出水管道进行出水。
优选的，当出水的磷浓度超过相关标准要求后，树脂罐进入再生过程，再生过程具体包括以下步骤：打开再生进水阀门和再生出水阀门，关闭净化进水阀门和净化出水阀门，在再生液池内配制pH大于10的盐溶液，之后利用再生泵按照由下向上的水流方向对树脂罐进行再生，再生废液进入废液池，待再生出水中磷酸盐浓度小于50ppm后，停止再生，再生后的树脂罐可继续用于产水。
优选的，所述对再生废液进行处理包括磷去除工艺和磷回收工艺，所述磷去除工艺的具体步骤为：再生废液中投加质量浓度不低于1％的氯化钙溶液，投加量不低于再生废液总体积的10％(也可采用投加等量固体氯化钙的方式)，快速搅拌后将形成的含磷沉淀物静置后排出，该过程中形成的沉淀物对环境无害；
所述磷回收工艺的具体步骤为：再生废液中投加质量浓度不高于1％的氯化镁和氯化铵混合溶液，投加量不低于再生废液总体积的10％(也可采用投加等量固体混合物)，快速搅拌后将形成的含磷沉淀物静置后排出，该过程形成的沉淀物可以作为富含氮、磷的缓释肥加以利用；
去除/回收磷之后的再生废液通过pH调整后置于再生液池中，用于之后的树脂罐再生，整个过程没有废液外排。
有益效果
本发明公开了一种基于金属改性阴离子交换树脂的污水零排放磷去除系统和工艺，本发明的目的是克服现有离子交换树脂除磷或磷回收过程中存在的选择性不高和再生废液排放难题，以负载金属型强碱性阴离子交换树脂为载体，通过对工艺环节设计和运行参数优化，不仅实现水体磷酸盐的高效去除或回收，降低了工艺运行成本，还实现了再生液的循环利用和污水零排放。本发明可用于污水处理厂出水或由磷导致的富营养化水体深度处理。
附图说明
图1为本发明所述一种废水零排放的磷处理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1所述进、出水磷酸盐(以P计)浓度变化曲线图；
图3为本发明实施例1所述磷去除/回收后再生液再生过程磷酸盐(以P计)浓度变化曲线图；
图中，1：待处理原水源；2：产水泵；3：砂滤池；4：离子交换树脂罐；5：净化进水阀门；6：净化出水管道；7：净化出水阀门；8：再生液池；9：废液池；10：再生泵；11：再生进水阀门；12：再生出水阀门；13：再生废液处理系统。
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例1
如图1所示，一种废水零排放的磷处理系统，
包括预处理系统、离子交换树脂处理系统、离子交换树脂再生系统和再生废液处理系统。所述预处理系统为砂滤池。所述离子交换树脂处理系统包括离子交换树脂罐，所述离子交换树脂罐内填充有负载金属型强碱性阴离子交换树脂。
所述砂滤池3的进水口通过产水泵2与待处理原水源1连接，所述砂滤池的出水口通过管道与离子交换树脂罐4的进水口连接，且所述离子交换树脂罐的进水口与预处理系统之间的管道上设置有净化进水阀门5，所述离子交换树脂罐的出水口通过管道与净化出水管道6连接，且所述离子交换树脂处理系统的出水口与净化出水管道之间的管道上设置有净化出水阀门7；
所述离子交换树脂再生系统包括再生液池8和废液池9，所述再生液池的出水口通过再生泵10与离子交换树脂处理系统的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的进水口与再生泵之间的管道上设置有再生进水阀门11，所述离子交换树脂处理系统的出水口通过管道与废液池的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的出水口与废液池之间的管道上设置有再生出水阀门12；
所述再生废液处理系统的进水口通过管道与废液池的出水口连接，所述再生废液处理系统的出水口通过管道与再生液池的进水口连接。
去除/回收磷之后的再生废液通过pH调整后置于再生液池中，用于之后的树脂罐再生，整个过程没有废液外排。
所述再生液池内的再生液为pH大于10的盐溶液，且其质量浓度不低于2％。
所述再生废液处理系统包括磷去除系统和磷回收系统。
实施例2
一种废水零排放的磷处理方法，利用上述实施例1所述的废水零排放的磷处理系统进行处理，具体包括以下工艺步骤：对原水进行磷处理→离子交换树脂进行再生→对再生废液进行处理。
所述对原水进行磷处理工艺具体包括以下步骤：
(1)预处理：待处理原水经产水泵先进入预处理系统以除去粒径较大的悬浮物；
(2)离子交换树脂处理：打开净化进水阀门和净化出水阀门，关闭再生进水阀门和再生出水阀门，预处理后的水经过净化进水阀门进入离子交换树脂处理系统进行磷处理，然后净化后的水排出后经净化出水阀门进入净化出水管道进行出水。
当出水的磷浓度超过相关标准要求后，树脂罐进入再生过程，再生过程具体包括以下步骤：打开再生进水阀门和再生出水阀门，关闭净化进水阀门和净化出水阀门，在再生液池内配制pH大于10的盐溶液，之后利用再生泵按照由下向上的水流方向对树脂罐进行再生，再生废液进入废液池，待再生出水中磷酸盐浓度小于50ppm后，停止再生，再生后的树脂罐可继续用于产水。
所述对再生废液进行处理包括磷去除工艺和磷回收工艺。
所述磷去除工艺的具体步骤为：再生废液中投加质量浓度不低于1％的氯化钙溶液，投加量不低于再生废液总体积的10％(也可采用投加等量固体氯化钙的方式)，快速搅拌后将形成的含磷沉淀物静置后排出，该过程中形成的沉淀物对环境无害；
所述磷回收工艺的具体步骤为：再生废液中投加质量浓度不高于1％的氯化镁和氯化铵混合溶液，投加量不低于再生废液总体积的10％(也可采用投加等量固体混合物)，快速搅拌后将形成的含磷沉淀物静置后排出，该过程形成的沉淀物可以作为富含氮、磷的缓释肥加以利用；
去除/回收磷之后的再生废液通过pH调整后置于再生液池中，用于之后的树脂罐再生。整个过程没有废液外排。
实验例
为了验证本发明所述的一种废水零排放的磷处理系统及处理方法的效果，在某县级污水处理厂进行实验，该污水处理厂的二级出水磷酸盐含量为4.43mg/L，利用本发明实施例1所述的一种废水零排放的磷处理系统，按照本发明实施例2所述的处理方法，对该污水处理厂的二级出水进行深度除磷。
具体的实验步骤如下：取10ml改性树脂放入树脂柱内，利用流量可调蠕动泵按照流量3.3mL/min通过树脂柱，水流方向为由下至上，每200ml(20BV)接混合样品一次，采用磷钼蓝分光光度法测定进、出水磷酸盐(以P计)。
当出水磷酸盐浓度与进水接近，认为树脂穿透，丧失磷去除能力，之后配制再生液(或磷处理/回收后的溶液)对树脂进行再生，再生液方面为由下至上，再生过程流量不高于1.0ml/min(接触时间不低于10min)，每20ml(2BV)接混合样品一次，采用磷钼蓝分光光度法测定水磷酸盐(以P计)。
进、出水磷酸盐(以P计)浓度变化曲线如图2所示；
磷去除/回收后再生液再生过程磷酸盐(以P计)浓度变化曲线如图3所示。
本发明的目的是克服现有离子交换树脂除磷或磷回收过程中存在的选择性不高和再生废液排放难题，以负载金属型强碱性阴离子交换树脂为载体，通过对工艺环节设计和运行参数优化，不仅实现水体磷酸盐的高效去除或回收，降低了工艺运行成本，还实现了再生液的循环利用和污水零排放。本发明可用于污水处理厂出水或由磷导致的富营养化水体深度处理。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种废水零排放的磷处理系统，其特征在于：
包括预处理系统、离子交换树脂处理系统、离子交换树脂再生系统和再生废液处理系统；
所述预处理系统的进水口通过产水泵与待处理原水源连接，所述预处理系统的出水口通过管道与离子交换树脂处理系统的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的进水口与预处理系统之间的管道上设置有净化进水阀门，所述离子交换树脂处理系统的出水口通过管道与净化出水管道连接，且所述离子交换树脂处理系统的出水口与净化出水管道之间的管道上设置有净化出水阀门；
所述离子交换树脂再生系统包括再生液池和废液池，所述再生液池的出水口通过再生泵与离子交换树脂处理系统的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的进水口与再生泵之间的管道上设置有再生进水阀门，所述离子交换树脂处理系统的出水口通过管道与废液池的进水口连接，且所述离子交换树脂处理系统的出水口与废液池之间的管道上设置有再生出水阀门；
所述再生废液处理系统的进水口通过管道与废液池的出水口连接，所述再生废液处理系统的出水口通过管道与再生液池的进水口连接。
2.根据权利要求1所述的废水零排放的磷处理系统，其特征在于，所述离子交换树脂处理系统包括离子交换树脂罐，所述离子交换树脂罐内填充有负载金属型强碱性阴离子交换树脂。
3.根据权利要求2所述的废水零排放的磷处理系统，其特征在于，所述负载金属型强碱性阴离子交换树脂为常规阴离子树脂负载纳米级铁或钛氧化物。
4.根据权利要求1所述的废水零排放的磷处理系统，其特征在于，所述预处理系统为砂滤池。
5.根据权利要求1所述的废水零排放的磷处理系统，其特征在于，所述再生液池内的再生液为pH大于10的盐溶液，且其质量浓度不低于2％。
6.根据权利要求1所述的废水零排放的磷处理系统，其特征在于，所述再生废液处理系统包括磷去除系统和磷回收系统。
7.一种废水零排放的磷处理方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一所述的废水零排放的磷处理系统进行处理，具体包括以下工艺步骤：对原水进行磷处理→离子交换树脂进行再生→对再生废液进行处理。
8.根据权利要求7所述的废水零排放的磷处理方法，其特征在于，所述对原水进行磷处理工艺具体包括以下步骤：
(1)预处理：待处理原水经产水泵先进入预处理系统以除去粒径较大的悬浮物；
(2)离子交换树脂处理：打开净化进水阀门和净化出水阀门，关闭再生进水阀门和再生出水阀门，预处理后的水经过净化进水阀门进入离子交换树脂处理系统进行磷处理，然后净化后的水排出后经净化出水阀门进入净化出水管道进行出水。
9.根据权利要求7所述的废水零排放的磷处理方法，其特征在于，当出水的磷浓度超过相关标准要求后，树脂罐进入再生过程，再生过程具体包括以下步骤：打开再生进水阀门和再生出水阀门，关闭净化进水阀门和净化出水阀门，在再生液池内配制pH大于10的盐溶液，之后利用再生泵按照由下向上的水流方向对树脂罐进行再生，再生废液进入废液池，待再生出水中磷酸盐浓度小于50ppm后，停止再生，再生后的树脂罐可继续用于产水。
10.根据权利要求7所述的废水零排放的磷处理方法，其特征在于，所述对再生废液进行处理包括磷去除工艺和磷回收工艺；
所述磷去除工艺的具体步骤为：再生废液中投加质量浓度不低于1％的氯化钙溶液，投加量不低于再生废液总体积的10％，快速搅拌后将形成的含磷沉淀物静置后排出；
所述磷回收工艺的具体步骤为：再生废液中投加质量浓度不高于1％的氯化镁和氯化铵混合溶液，投加量不低于再生废液总体积的10％，快速搅拌后将形成的含磷沉淀物静置后排出；
去除/回收磷之后的再生废液通过pH调整后置于再生液池中，用于之后的树脂罐再生。
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