CN113860431A

CN113860431A - 一种缓解离子交换剂污染的装置与工艺

Info

Publication number: CN113860431A
Application number: CN202111330464.5A
Authority: CN
Inventors: 周振; 覃阳洁; 王凯冲; 朱峰; 徐向东; 余司颀; 赵晓丹; 张茂楠; 夏庆
Original assignee: Shanghai University of Electric Power; Shanghai Chengtou Waste Water Treatment Co Ltd
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; Shanghai Chengtou Waste Water Treatment Co Ltd
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2021-12-31

Abstract

本发明涉及一种缓解离子交换剂污染的装置与工艺，该装置包括氨氮离子交换单元、再生液储备单元、除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元，所述的氨氮离子交换单元接入氨氮废水管路中，所述的再生液储备单元通过反冲洗管路连接所述氨氮离子交换单元并构成循环，所述再生液储备单元还依次连接所述除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元。与现有技术相比，本发明不仅可以有效实现污水处理厂污染物的稳定达标，还可以解决氨氮离子交换过程中有机物污染和钙镁离子竞争而造成的离子交换剂效率低下的问题。

Description

一种缓解离子交换剂污染的装置与工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种缓解离子交换剂污染的装置与工艺。

背景技术

活性氮是作物生长的关键养分，其来源为Haber-Bosch工艺人工合成的氮肥和少量能被微生物矿化的有机氮。在过去的60年中，随着经济社会的发展，人工活性氮产量增加了近5倍。其中，人体新陈代谢与农田氮排放的增加、有机废物回收的缺少，造成每年最终进入污水中的氮素约为35万吨。自20世纪60年代起，控制氮污染的政策层出不穷，但出水氨氮和总氮长期超标仍是普遍现象，造成水体富营养化、河流季节性缺氧等全球水环境问题，严重影响生物多样性。

传统硝化-反硝化工艺能大幅度削减生活污水中氮污染物的含量，但仍然存在一定弊端。传统脱氮工艺通过将活性氮转化为大气氮(N₂)而散失，是一种线性氮素转化过程，其运行过程中将产生大量一氧化二氮(N₂O)，可能造成温室效应和平流层臭氧层的变化。另一方面，传统的反硝化需要提供大量外部有机物以有效地将硝酸根还原为氮，这将增加污水处理厂中化学药剂成本。污水处理厂脱氮效率一般为50-75％，考虑地理条件的差异，如污水特性和温度等，实际脱氮效果通常更低。

在氮回收问题亟待解决、传统硝化-反硝化存在一定弊端的情况下，氨氮离子交换技术以其经济投入低、操作简便、工艺简单等优点得到了广泛关注。与传统硝化-反硝化工艺相比，离子交换工艺不产生污泥，节省了处理处置费用；不需大量外加药剂调控反应环境，大幅度降低药剂成本；反应单元体积小且构造简单，可降低基建费用；工艺流程简单，反应条件易控；后续运行维护无需消耗大量资源，具有广阔的工程应用前景。

离子交换技术基于交换剂离子与溶液中待处理离子的交换作用，达到净化溶液的目的。在离子交换剂接近吸附饱和状态时，采用化学药剂将吸附离子洗脱进行再生。再生效率受到交换剂表面有机物及竞争离子影响，长期运行后离子交换剂的可重复利用性变差。因此，开展离子交换剂表面有机物和竞争离子污染控制研究，是提高再生效率的有效途径。

中国专利CN107321337A公开了一种吸附剂再生系统以及吸附剂再生的方法。其通过真空泵使整个系统处于负压状态，让吸附剂中的有机物气化进入冷凝器中冷凝，得到的气液混合相在气液分离器中分离，从而达到去除吸附剂中有机物污染的目的。该吸附剂再生系统具有再生效率高、操作方便、安全性高等特点。但是该再生系统处理目的单一，只能去除吸附剂受到的有机物污染，针对以氨氮为目标吸附质的吸附剂，缓解无机物污染(如钙镁等竞争离子)的能力有限。

中国专利CN104159672A公开了用于离子交换树脂的集成酸再生的方法和系统，用于其清洁应用。根据该发明，离子交换树脂耗竭时，使用酸再生剂再生。酸再生剂将质子提供到树脂上以恢复离子交换位点，同时能充当灭菌剂，减少离子交换剂表面的斑点、成膜和结垢，缓解离子交换剂的污染。但该发明再生过程发生于离子交换剂耗竭时，再生之前污染物累积，对离子交换剂的吸附效果有一定影响，且再生液不重复利用，经济成本投入较大。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种缓解离子交换剂污染的装置与工艺，不仅可以有效实现污水处理厂污染物的稳定达标，还可以解决氨氮离子交换过程中有机物污染和钙镁离子竞争而造成的离子交换剂效率低下的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种缓解离子交换剂污染的装置，包括氨氮离子交换单元、再生液储备单元、除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元，所述的氨氮离子交换单元接入氨氮废水管路中，所述的再生液储备单元通过反冲洗管路连接所述氨氮离子交换单元并构成循环，所述再生液储备单元还依次连接所述除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元。

进一步地，所述的氨氮离子交换单元中所用的离子交换剂选自天然沸石、改性沸石、分子筛、粉煤灰、树脂等氨氮离子交换材料中的一种或多种。

进一步的，所述的再生液储备单元由并联设置的第一再生液储备箱和第二再生液储备箱组成，所述第一再生液储备箱和第二再生液储备箱分别通过反冲洗管路连接所述氨氮离子交换单元，且所述第一再生液储备箱还依次连接所述除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元，其中，第一再生液储备箱中装有再生液一，第二再生液储备箱中装有再生液二。

更进一步的，所述的再生液一为硝酸钠、硝酸钾、氯化钾或氯化钠中的一种或几种的混合溶液，其浓度可选为0.01～100g/L。

更进一步的，所述的再生液二为强酸、强碱或强氧化剂等中的一种，其质量分数可为1％-10％。具体的，可以为盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠等中的一种。

进一步的，所述的再生液储备单元还连接加热管路并构成循环，在加热管路上还设有污水源热泵。通过污水源热泵可以将再生液储备单元(具体为第一再生液储备箱)中的再生液加热至15～50℃，实现快速高效再生。

进一步的，所述的除镁沉淀池上还设有用于投加除镁沉淀剂的除镁加药器；所述的除钙沉淀池上还设有用于投加除钙沉淀剂的除钙加药器。具体的，除镁沉淀剂可以为氢氧化钠、石灰、氢氧化钙、碳酸盐和碳酸氢盐中的一种或几种，其投加量可以为除镁沉淀剂与待处理再生液一中镁离子的摩尔比1.1～1.4:1，并控制体系pH值为9～10。而除钙沉淀剂优选为碳酸盐、碳酸氢盐中的一种或两种，其投加量可以控制为除钙沉淀剂与待处理再生液一中钙离子的摩尔比为1.1～1.4:1，并控制体系pH值为10～11。

进一步的，所述的氮处理单元用于对废水进行脱氮处理，且氮处理单元的出水口还返回连接所述再生液储备单元。

本发明的技术方案之二提供了一种缓解离子交换剂污染的工艺，其采用如上任一所述的装置实施，该工艺包括以下步骤：

(1)将待处理的氨氮废水泵入氨氮离子交换单元中，以去除氨氮废水中的氨氮，运行结束后，对氨氮离子交换单元进行反冲洗；

(2)氨氮离子交换单元在进行新的吸附循环之前，先从再生液储备单元中输出再生液一并泵入氨氮离子交换单元中，进行再生处理，处理好的再生液再返回再生液储备单元，实现循环再生；

(3)氨氮离子交换单元再生结束后，再生液储备单元中的再生液一依次进入除镁沉淀池、除钙沉淀池中进行硬度离子去除，接着进入氮处理单元进行脱氮，所得净化后的再生液一再返回再生液储备单元；

(4)当氨氮离子交换单元使用设定时间后，采用再生液储备单元中的再生液二进行再生处理，处理好的再生液二也返回再生液储备单元中。

进一步的，步骤(3)中，除镁沉淀池中投加的除镁沉淀剂为氢氧化钠、石灰、氢氧化钙、碳酸盐和碳酸氢盐中的一种或几种，其投加量为除镁沉淀剂与待处理再生液一中镁离子的摩尔比1.1～1.4:1，并控制体系pH值为9～10。

进一步的，步骤(3)中，除钙沉淀池中投加的除钙沉淀剂为碳酸盐、碳酸氢盐中的一种或两种，其投加量为除钙沉淀剂与待处理再生液一中钙离子的摩尔比为1.1～1.4:1，并控制体系pH值为10～11。

进一步的，步骤(3)中，所述氮处理单元用于采用部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN-ANAMMOX)、短程硝化-厌氧氨氧化(SHARON-ANAMMOX)、全程自养脱氮(CANON)、电解、吹脱、磷酸铵镁沉淀法中的一种或几种技术的组合进行脱氮/氮回收处理。(具体可参考专利CN211734093 U等)

进一步的，所述的再生液一为硝酸钠、硝酸钾、氯化钾或氯化钠中的一种或几种的混合溶液，其浓度可选为0.01～100g/L。所述的再生液二为强酸、强碱或强氧化剂等中的一种，其质量分数可为1％-10％。具体的，可以为盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠等中的一种。

进一步的，步骤(1)中，待处理的氨氮废水在氨氮离子交换单元中的空柱停留时间(EBCT)为1-300min。同时，待处理的氨氮废水在进行氨氮吸附前还经过了预处理，具体为采用混凝沉淀、混凝过滤、高负荷活性污泥工艺、厌氧生物处理等工艺处理后的污水，也包括污水处理厂生物处理后氨氮浓度高于1.0mg/L的出水。

进一步的，氨氮离子交换单元的氨氮离子交换柱的再生方式可以为顺流再生或逆流再生。且再生液一对氨氮离子交换单元的再生处理时间可以为0.1～72h。

本发明的处理过程中，涉及的反应原理如下：

氨氮离子交换单元：固态氨氮离子交换剂通过离子交换机理去除污水中的铵根离子(NH₄ ⁺)，其反应见式(1)。

其中，A⁺为氨氮离子交换剂表面可交换离子，Z^-为氨氮离子交换剂结构。

氨氮离子再生单元：利用再生液中的金属阳离子将氨氮离子交换剂表面的NH₄ ⁺交换到溶液中，实现氨氮离子交换剂的再生，再生反应见式(2)。

其中，B⁺为再生液中的金属阳离子。

此反应为吸热反应，加热再生液有利于氨氮离子交换剂解吸，实现快速高效再生。

使用特殊再生液为强氧化剂(如次氯酸钠)时，吸附在离子交换剂表面的氨氮和生物膜被氧化从而实现氨氮离子交换剂的强效再生与清洁，其反应见式(3)。

硬度离子去除单元：对于含有一定硬度离子的污水，氨氮离子交换的过程会造成硬度离子的离子交换和解吸。硬度离子的存在会影响再生液后续的再生效果，因此在多次离子交换-再生循环后，再生液应依次通入除镁沉淀池和除钙沉淀池。沉淀除镁和除钙反应见式(3)和(4)。

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂↓ (4)

再生液氮处理单元：微生物可在一定盐浓度下实现高效脱氮，因此含有氨氮的再生液可通过侧流PN-ANAMMOX、SHARON-ANAMMOX、CANON实现再生液脱氮。

部分亚硝化(PN)：部分亚硝化是利用亚硝化菌将55-60％的NH₄ ⁺转化成NO₂ ^-使其出水满足ANAMMOX反应器进水基质比例要求，即NO₂ ^-:NH₄ ⁺＝1.32，具体反应见式(6)。

短程硝化(SHARON)：通过将待处理再生液分流，实现部分再生液短程硝化反应，使ANAMMOX脱氮单元进水满足基质比例(NH₄ ⁺:NO₂ ^-＝1:1.32)，具体反应见式(7)。

厌氧氨氧化(ANAMMOX)：利用ANAMMOX菌在缺氧条件下以NO₂ ^-为电子受体将NH₄ ⁺转化为N₂，具体反应见式(8)。

全程自养脱氮(CANON)：CANON工艺为短程硝化与厌氧氨氧化反应在同一反应器中进行，通过氨氧化菌(AOB)与ANAMMOX菌在低溶解氧(DO)含量条件下，AOB以O₂为电子受体将NH₄ ⁺-N氧化为NO₂ ^--N，ANAMMOX菌以AOB产生的NO₂ ^--N为电子受体，与剩余NH₄ ⁺-N反应，生成N₂，达到脱氮目的，具体反应式见(9)。

相较于生物系统，物化法具有占地面积小、处理效果稳定的特点，因此含有氨氮的再生液还可通过电解、吹脱或磷酸铵镁沉淀法实现脱氮，反应式见式(10)-(12)。

NH₄ ⁺+OH^-→NH₃+H₂O (11)

Mg²⁺+H_nPO₄ ^3-n+NH₄ ⁺+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O+nH⁺ (12)

式中n＝0或1或2。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明所述的离子交换法与污水厂现有工艺单元结合，在低占地和短水力停留时间(HRT)下实现出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准，并接近《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的IV类标准；

(2)按照本发明所述的方法，能有效防止悬浮物或生物膜在离子交换剂表面附着；而再生液硬度离子去除，具有重复释放离子交换剂上被硬度离子占据的离子交换位点的能力，有效解决了有机物与硬度离子污染问题。

(3)本发明所述的流程可按照污水实际处理需求调整再生液氮净化工艺，可以是成本较低的脱氮工艺，也可以是符合循环经济需求的氮回收工艺。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图中标记说明：

1-氨氮离子交换柱，2-第二再生液储备箱，3-第一再生液储备箱，4-除镁沉淀池，5-除钙沉淀池，6-氮处理单元，7-污水进水泵，8-再生单元进水泵，9-氮处理单元出水泵，10-污水源热泵，11-除镁加药器，12-除钙加药器，13-污水进水阀，14-再生液进水阀二，15-再生液进水阀一，16-反冲洗阀，17-除镁沉淀池进水阀，18-除钙沉淀池进水阀，19-氮处理单元进水阀，20-氮处理单元出水阀，21-再生液出水阀二，22-再生液出水阀一，23-污水出水阀。

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。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施例中，如无特别说明的原料试剂或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。

为解决氨氮离子交换过程中有机物污染和钙镁离子竞争而造成的离子交换剂效率低下等问题，本发明提供了一种缓解离子交换剂污染的装置，其结构参见图1所示，包括氨氮离子交换单元、再生液储备单元、除镁沉淀池4、除钙沉淀池5和氮处理单元6，所述的氨氮离子交换单元接入氨氮废水管路中，所述的再生液储备单元通过反冲洗管路连接所述氨氮离子交换单元并构成循环，所述再生液储备单元还依次连接所述除镁沉淀池4、除钙沉淀池5和氮处理单元6。

在一些具体的实施方式中，所述的氨氮离子交换单元中所用的离子交换剂选自天然沸石、改性沸石、分子筛、粉煤灰、树脂等氨氮离子交换材料中的一种或多种。

在一些具体的实施方式中，所述的再生液储备单元由并联设置的第一再生液储备箱3和第二再生液储备箱2组成，所述第一再生液储备箱3和第二再生液储备箱2分别通过反冲洗管路连接所述氨氮离子交换单元，且所述第一再生液储备箱3还依次连接所述除镁沉淀池4、除钙沉淀池5和氮处理单元6，其中，第一再生液储备箱3中装有再生液一，第二再生液储备箱2中装有再生液二。

更具体的实施方式中，所述的再生液一为硝酸钠、硝酸钾、氯化钾或氯化钠中的一种或几种的混合溶液，其浓度可选为0.01～100g/L。

更具体的实施方式中，所述的再生液二为强酸、强碱或强氧化剂等中的一种，其质量分数可为1％-10％。具体的，可以为盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠等中的一种。

在一些具体的实施方式中，所述的再生液储备单元还连接加热管路并构成循环，在加热管路上还设有污水源热泵10。通过污水源热泵10可以将再生液储备单元(具体为第一再生液储备箱3)中的再生液加热至15～50℃，实现快速高效再生。

在一些具体的实施方式中，所述的除镁沉淀池4上还设有用于投加除镁沉淀剂的除镁加药器11；所述的除钙沉淀池5上还设有用于投加除钙沉淀剂的除钙加药器12。具体的，除镁沉淀剂可以为氢氧化钠、石灰、氢氧化钙、碳酸盐和碳酸氢盐中的一种或几种，其投加量可以为除镁沉淀剂与待处理再生液一中镁离子的摩尔比1.1～1.4:1，并控制体系pH值为9～10。而除钙沉淀剂优选为碳酸盐、碳酸氢盐中的一种或两种，其投加量可以控制为除钙沉淀剂与待处理再生液一中钙离子的摩尔比为1.1～1.4:1，并控制体系pH值为10～11。

在一些具体的实施方式中，所述的氮处理单元6用于对废水进行脱氮处理，且氮处理单元6的出水口还返回连接所述再生液储备单元。

另外，基于上述任一实施方式中的装置，本发明还提供了一种缓解离子交换剂污染的工艺，其采用如上任一所述的装置实施，该工艺也参见图1所示，包括以下步骤：

(3)氨氮离子交换单元再生结束后，再生液储备单元中的再生液一依次进入除镁沉淀池4、除钙沉淀池5中进行硬度离子去除，接着进入氮处理单元6进行脱氮，所得净化后的再生液一再返回再生液储备单元；

在一些具体的实施方式中，步骤(3)中，除镁沉淀池4中投加的除镁沉淀剂为氢氧化钠、石灰、氢氧化钙、碳酸盐和碳酸氢盐中的一种或几种，其投加量为除镁沉淀剂与待处理再生液一中镁离子的摩尔比1.1～1.4:1，并控制体系pH值为9～10。

在一些具体的实施方式中，步骤(3)中，除钙沉淀池5中投加的除钙沉淀剂为碳酸盐、碳酸氢盐中的一种或两种，其投加量为除钙沉淀剂与待处理再生液一中钙离子的摩尔比为1.1～1.4:1，并控制体系pH值为10～11。

在一些具体的实施方式中，步骤(3)中，所述氮处理单元6用于采用部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN-ANAMMOX)、短程硝化-厌氧氨氧化(SHARON-ANAMMOX)、全程自养脱氮(CANON)、电解、吹脱、磷酸铵镁沉淀法中的一种或几种技术的组合进行脱氮/氮回收处理。(具体可参见专利CN211734093U等)

在一些具体的实施方式中，所述的再生液一为硝酸钠、硝酸钾、氯化钾或氯化钠中的一种或几种的混合溶液，其浓度可选为0.01～100g/L。所述的再生液二为强酸、强碱或强氧化剂等中的一种，其质量分数可为1％-10％。具体的，可以为盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠等中的一种。

在一些具体的实施方式中，步骤(1)中，待处理的氨氮废水在氨氮离子交换单元中的空柱停留时间(EBCT)为1～300min。同时，待处理的氨氮废水在进行氨氮吸附前还经过了预处理，具体为采用混凝沉淀、混凝过滤、高负荷活性污泥工艺、厌氧生物处理等工艺处理后的污水，也包括污水处理厂生物处理后氨氮浓度高于1.0mg/L的出水。

在一些具体的实施方式中，氨氮离子交换单元的氨氮离子交换柱1的再生方式可以为顺流再生或逆流再生。且再生液一对氨氮离子交换单元的再生处理时间可以为0.1～72h。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

一种缓解离子交换剂污染的方法，其工艺如图1所示，包括氨氮离子交换单元、氨氮离子再生单元、硬度离子去除单元和再生液氮处理单元四个部分，其中，氨氮离子交换单元包括依次连接的污水进水阀13、污水进水泵7、氨氮离子交换柱1、污水出水阀23(构成氨氮废水处理管路)，同时，采用用反冲洗阀16连接污水出水阀23与污水进水阀13之间的管路。氨氮离子再生单元包括两条再生支路，第一支路包括依次连接的第一再生液储备箱3、再生液进水阀一15、再生单元进水泵8、氨氮离子交换柱1和再生液出水阀一22，第一再生液储备箱3连接有污水源热泵10；第二支路包括依次连接的第二再生液储备箱2、再生液进水阀二14、再生单元进水泵8、氨氮离子交换柱1和再生液出水阀二21。硬度离子去除单元包括依次连接的除镁沉淀池进水阀17、除镁沉淀池4、除钙沉淀池进水阀18和除钙沉淀池5，除镁沉淀池4连接除镁加药器11，除钙沉淀池5连接除钙加药器12。再生液氮处理单元包括氮处理单元进水阀19和氮处理单元6，采用氮处理单元出水阀20、氮处理单元出水泵9连接氮处理单元6和第一再生液储备箱3之间的管路。

具体步骤如下：吸附过程中，关闭再生液进水阀二14、再生液进水阀一15、再生液出水阀二21、再生液出水阀一22和反冲洗阀16，打开污水进水阀13和污水出水阀23。待处理的污水由污水进水阀13经由污水进水泵7打入氨氮离子交换柱1，经由污水出水阀23排出氨氮离子交换柱1。氨氮离子交换剂迅速捕获污水中的氨氮后，关闭污水进水阀13，打开反冲洗阀16，用氨氮离子交换柱1的出水经由污水进水泵7对氨氮离子交换柱1进行反冲，反冲液经由污水出水阀23排出。待反冲液澄清时，关闭污水进水泵7、污水出水阀23、反冲洗阀16和除镁沉淀池进水阀17，打开再生液进水阀一15、再生液出水阀一22，再生液经污水源热泵10加热后，由再生单元进水泵8经由再生液进水阀一15从第一再生液储备箱3将再生液泵入氨氮离子交换柱1。

当再生液充满氨氮离子交换柱1后，经再生液出水阀一22回流到第一再生液储备箱3，形成循环再生处理系统，再生结束后关闭再生单元进水泵8和再生液进水阀15，让再生液完全回流至第一再生液储备箱3，完成再生，静置氨氮离子交换柱1直至下一次运行。当离子交换剂使用较长时间后(出水超过限值)，先用第一再生液储备箱3中的再生液再生，然后关闭再生液进水阀一15和再生液出水阀一22，打开再生液进水阀二14和再生液出水阀二21，由再生单元进水泵8经由再生液进水阀二14从第二再生液储备箱2将再生液泵入氨氮离子交换柱1，当再生液充满氨氮离子交换柱1后，经再生液出水阀二21回流到第二再生液储备箱2，再生结束后关闭再生单元进水泵8和再生液进水阀二14，让再生液完全回流至第二再生液储备箱2，完成二次再生。

再生液从第一再生液储备箱3流出，经由除镁沉淀池进水阀17进入除镁沉淀池4。通过除镁加药器11向除镁沉淀池4中投加除镁沉淀剂并搅拌，充分反应后沉降，最后沉淀物经泥斗排出。上清液从除镁沉淀池4流出，经由除钙沉淀池进水阀18进入除钙沉淀池5。通过除钙加药器12向除钙沉淀池5中投加除钙沉淀剂并搅拌，充分反应后沉降，最后沉淀物经泥斗排出。再生液去除硬度离子后经由氮处理单元进水阀19进入氮处理单元6，完成脱氮/氮回收后，得到脱氮产物(如氮气)或氮回收产物(如硝酸钠)，净化后的再生液经由氮处理单元出水阀20和氮处理单元出水泵9回流到第一再生液储备箱3。

实施例2

某污水处理厂厌氧生物反应器出水NH₄ ⁺-N平均浓度为27.5mg/L，处理后需达到GB18918-2002中的一级A排放标准。基于上述实施例1的装置，采用氨氮离子交换法进行中试研究，中试处理水量为2m³/d，时长30天。

污水经污水进水阀13由污水进水泵7进入氨氮离子交换柱1，氨氮离子交换柱1体积为50L，内部填充天然沸石，EBCT为30min，离子交换运行时间为20h，一次运行可处理水量2000L，每小时可处理水量为100L/h，采用1根氨氮离子交换柱单独运行，1根备用。运行期间的平均出水NH₄ ⁺-N<1mg/L符合GB18918-2002的一级A排放标准，接近GB3838-2002中IV类水排放标准。氨氮离子交换柱1达到预设运行时间后，放空反冲洗。反冲洗使用氨氮离子交换柱1出水，反冲洗时，关闭污水进水阀13，打开氨氮离子交换柱出水反冲洗阀16，反冲洗时间10min，强度3BV/h，达到预设时间后，放空再生。

再生药剂采用硝酸钠溶液，钠离子浓度7.5g/L，再生时，关闭污水进水泵7、污水出水阀23、氨氮离子交换柱出水反冲洗阀16和除镁沉淀池进水阀17，打开再生液进水阀一15、再生液出水阀一22，由再生单元进水泵8经由再生液进水阀一15从第一再生液储备箱3将再生液泵入氨氮离子交换柱1，再生液体积为200L。再生过程中，再生液以EBCT＝30min经再生液出水阀一22回流到第一再生液储备箱3，再生4h后，关闭再生单元进水泵8和再生液进水阀一15，让再生液完全回流至第一再生液储备箱3，完成再生，静置氨氮离子交换柱1直至下一次运行。当离子交换剂使用较长时间后(出水超过限值)，采用硝酸钠溶液复合次氯酸钠溶液的二次再生策略。一次再生结束后，关闭再生液进水阀一15和再生液出水阀一22，打开再生液进水阀二14和再生液出水阀二21，由再生单元进水泵8经由再生液进水阀二14从第二再生液储备箱2将次氯酸钠溶液泵入氨氮离子交换柱1，次氯酸钠溶液质量分数为5％。当再生液充满氨氮离子交换柱1后，经再生液出水阀二21回流到第二再生液储备箱2，再生结束后关闭再生单元进水泵8和再生液进水阀二14，让再生液完全回流至第二再生液储备箱2，完成二次再生。

再生结束后，硝酸钠再生液中NH₄ ⁺-N浓度达251.4mg/L，处理再生液流入硬度离子去除单元。氢氧化钠和碳酸钠分别作为除镁沉淀剂和除钙沉淀剂加入除镁沉淀池4和除钙沉淀池5，除镁沉淀池4出水中Mg²⁺浓度小于2mg/L，除钙沉淀池4出水中Ca²⁺浓度小于5mg/L。氮处理单元采用CANON-电渗析工艺进行再生液脱氮，可获得硝酸钠产物。其中CANON反应器为浸没式MBR，体积为670L，水力停留时间HRT＝8h，污泥停留时间SRT＝100d，DO控制在4～5mg/L，pH为8.0～9.0，进水温度控制在32℃。5％的CANON反应器出水进入电渗析反应器，电渗析采用离子交换膜，总有效膜面积7.2m²，内部设有30个阳离子交换膜和30个阴离子交换膜，温度控制在32℃，电渗析浓水进入蒸发结晶单元回收硝酸钠。其余净化后的再生液经由氮处理单元出水阀20和氮处理单元出水泵9回流到第一再生液储备箱3。

与专利CN 202010945044.7相比，本发明在氨氮离子交换单元后增加了反冲洗和次氯酸钠二次再生步骤，实现了对离子交换剂表面颗粒物的去除，并有效防止了生物膜的形成。同时本技术实现了高效污染物去除和硝酸钠回收，符合循环经济和可持续发展的理念。

实施例3

某污水处理厂的雨污混合水经高效沉淀池处理后NH₄ ⁺-N浓度为18.2mg/L，处理后需符合GB18918-2002中的一级A标准。采用氨氮离子交换法进行中试研究，中试处理水量为5m³/d，时长60天。

本实施例与实施例2大致相同，本实施例中，选用氯化钠作为常规再生液，钠离子浓度为5g/L，选用5％的次氯酸钠作为特殊再生液，在再生液中质量分数为6.25％，再生液体积均为150L。雨污混合水先经过高效沉淀池，然后泵入氨氮离子交换单元。氨氮离子交换柱1的氨氮离子交换材料为钠型改性沸石，采用6组氨氮离子交换单元并联运行，2组备用，EBCT控制为40min。运行期间的平均出水NH₄ ⁺-N<0.5mg/L。反冲洗时间10min，强度3BV/h。再生液流经硬度离子去除单元后，进入氮处理单元6进行脱氮，氮处理单元采用SHARON-ANAMMOX工艺。分流50％的再生液，通过pH调节器加入碳酸氢钠和碳酸钠混合溶液，SHARON反应器体积20L，HRT＝8h，SRT＝4d，DO控制在1.0mg/L，温度控制在32℃。ANAMMOX反应器体积30L，内部填有厌氧污泥，HRT＝8h，温度控制在32℃，控制ANAMMOX反应器进水接近理论值NH₄ ⁺:NO₂ ^-＝1:1.32。处理完的再生液经由氮处理单元出水阀20和氮处理单元出水泵9回流到第一再生液储备箱3。

与现行工艺相比，本工艺具有污染物去除效率高、占地面积小的特点，可以快速有效处理雨污混合水，避免雨污混合水溢流现象的产生，遏止雨天黑臭。同时再生液持续除镁除钙为离子交换剂上的钙镁提供了再生空间，离子交换剂上的钙镁交换位点鲜有减少，使离子交换过程起到了雨水软化的作用。

实施例4

针对NH₄ ⁺-N浓度为15mg/L的某黑臭水体，需要处理后达到GB3838-2002中的IV类水标准(1.5mg/L)的要求。前段采用混凝沉淀法进行预处理，然后采用氨氮离子交换法进行中试研究，中试处理水量为1m³/d，时长30天。

本实施例与实施例2大致相同，本实施例中，氨氮离子交换柱1中的氨氮离子交换剂为阳离子树脂，采用5组氨氮离子交换柱并联运行，2组备用，EBCT控制为15min。运行期间氨氮离子交换柱平均出水0.8mg/L，符合IV类水标准。所用常规再生液为氯化钠，钠离子浓度为5g/L，特殊再生液为盐酸，质量分数为5％，体积均为100L，氮处理单元选用CANON-电渗析工艺。

与现行处理工艺相比，本工艺具有NH₄ ⁺-N去除效率高，占地面积小的优点，对黑臭水体的治理有显著的效果。同时盐酸能进一步交换离子交换剂表面的氨氮，并抑制离子交换剂表面的微生物生长，有效缓解离子交换剂的污染。

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使用发明。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，本发明不限于上述实施例，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

1.一种缓解离子交换剂污染的装置，其特征在于，包括氨氮离子交换单元、再生液储备单元、除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元，所述的氨氮离子交换单元接入氨氮废水管路中，所述的再生液储备单元通过反冲洗管路连接所述氨氮离子交换单元并构成循环，所述再生液储备单元还依次连接所述除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种缓解离子交换剂污染的装置，其特征在于，所述的再生液储备单元由并联设置的第一再生液储备箱和第二再生液储备箱组成，所述第一再生液储备箱和第二再生液储备箱分别通过反冲洗管路连接所述氨氮离子交换单元，且所述第一再生液储备箱还依次连接所述除镁沉淀池、除钙沉淀池和氮处理单元，其中，第一再生液储备箱中装有再生液一，第二再生液储备箱中装有再生液二。

3.根据权利要求2所述的一种缓解离子交换剂污染的装置，其特征在于，所述的再生液一为硝酸钠、硝酸钾、氯化钾或氯化钠中的一种或几种的混合溶液，其浓度为0.01～100g/L。

4.根据权利要求2所述的一种缓解离子交换剂污染的装置，其特征在于，所述的再生液二为强酸、强碱或强氧化剂中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种缓解离子交换剂污染的装置，其特征在于，所述的再生液储备单元还连接加热管路并构成循环，在加热管路上还设有污水源热泵。

6.根据权利要求1所述的一种缓解离子交换剂污染的装置，其特征在于，所述的除镁沉淀池上还设有用于投加除镁沉淀剂的除镁加药器；

所述的除钙沉淀池上还设有用于投加除钙沉淀剂的除钙加药器。

7.根据权利要求1所述的一种缓解离子交换剂污染的装置，其特征在于，所述的氮处理单元用于对废水进行脱氮处理，且氮处理单元的出水口还返回连接所述再生液储备单元。

8.一种缓解离子交换剂污染的工艺，其采用如权利要求1-7任一所述的装置实施，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种缓解离子交换剂污染的工艺，其特征在于，步骤(3)中，除镁沉淀池中投加的除镁沉淀剂为氢氧化钠、石灰、氢氧化钙、碳酸盐和碳酸氢盐中的一种或几种，其投加量为除镁沉淀剂与待处理再生液一中镁离子的摩尔比1.1～1.4:1，并控制体系pH值为9～10；

除钙沉淀池中投加的除钙沉淀剂为碳酸盐、碳酸氢盐中的一种或两种，其投加量为除钙沉淀剂与待处理再生液一中钙离子的摩尔比为1.1～1.4:1，并控制体系pH值为10～11。

10.根据权利要求8所述的一种缓解离子交换剂污染的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述氮处理单元用于采用部分亚硝化-厌氧氨氧化、短程硝化-厌氧氨氧化、全程自养脱氮、电解、吹脱、磷酸铵镁沉淀法中的一种或几种技术的组合进行脱氮/氮回收处理。