CN114634284A - 一种深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程。本发明所提供的工艺针对超低排放标准对总磷和总氮的苛刻要求，采用折点加氯法去除氨氮，连续流吸附树脂吸附硝酸根及磷酸根，同时采用流化床解析塔将饱和树脂中的硝酸根和磷酸根解吸，对解吸浓液采用化学混凝沉淀的方法去除磷酸盐，采用反硝化生化反应器去除硝酸根，最终将出水中的氮磷控制在一个极低的范围内。该工艺流程简单，但可以同时去除污水中的氨氮、总氮、磷酸盐及悬浮物，一套工艺即可解决其他多套工艺才能解决的问题，连续流树脂吸附可以使得出水更加稳定，摒弃了常规树脂吸附的间歇反洗的过程，使得操作更加便捷，系统更加简单。

Description

一种深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程。

背景技术

常规市政污水处理厂的出水达到一级A或一级B后可以排放，其氨氮在5~6mg/L，总氮在15~20mg/L，总磷在0.5~1mg/L，仍属于劣五类尾水。

上述尾水如需达到地表三类或四类废水排放标准，则需要进一步净化。现有的净化手段均为膜法，即采用膜截留的方式对目标污染物（氨氮、总氮、总磷）进行截留。

膜法效果虽较好，但投资大，且对氨氮等小分子截留能力差，运行费用高，管理复杂，而且不能实质上去除目标污染物，仅仅是对目标污染物进行浓缩或分离。

现有研究也有提出采用化学方法提高尾水水质，其投资相比膜法小，对氨氮等小分子处理效果也较好，但由于化学方法通常只能针对单一污染物进行处理，为去除多个污染物需要多套处理工艺联合使用，工艺流程相对过长，且易产生二次污染，操作难度大，运行成本极高。

树脂吸附离子交换脱氮法具有技术成熟、设备简单、运行管理方便、硝酸盐去除程度高、运行费用低等优点，但树脂吸附的间歇反洗过程操作复杂且易导致出水不稳定，同时再生废液中因含量高浓度的氯化钠和硝酸根，不能直接排放，难以处置，使得离子交换法很难在污水脱氮领域推广及应用。

为此，CN108585344A公开了一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统及方法，该方法是以污水厂一级A出水为处理对象，通过“物理过滤法”、“树脂吸附脱氮法”相结合的方式对污水深度脱氮处理，达到地表水排放标准；同时利用“反硝化脱氮法”、“高浓度Cl^-离子电解法”相结合的方式对再生废液进行脱氮处理及回用。该方法采用专性硝酸根树脂吸附，并采用高盐度培养驯化活性污泥实现了连续流树脂吸附脱氮，避免了常规树脂的间歇反洗带来的问题，并解决再生废液难处理的问题。

虽然该方法中的吸附过程是连续的，但是树脂的脱附过程是序批的，即吸附饱和后，需要停止吸附过程，进行脱附再生；而且，在实际操作过程中，一般会采用多个吸附罐来进行轮流操作（如6个罐体，5个用于吸附，1个用于脱附再生），系统会比较复杂，特别是在大型化处理时需要更多吸附罐进行组合，系统更为复杂；此外，由于吸附容量是逐步下降的，实际上出水水质变化会比较大，水质不稳定。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有树脂吸附水处理存在的吸附及脱附不连续、难以大规模处理、出水不稳定等问题，本发明提出一种新的利用树脂吸附深度处理污水的工艺。该工艺不仅能够同时去除污水中的氨氮、总氮、磷酸盐及悬浮物，满足地表三类或四类废水排放标准对总磷和总氮的苛刻要求，而且吸附及脱附稳定连续，工艺流程简单，操作更加便捷，出水更加稳定，投资及运行费用相对较低，一套工艺即可解决现有多套工艺才能解决的问题。

本发明提供了的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，以一级A或一级B排放标准出来的污水处理厂尾水为进水，包括：利用折点加氯法联合连续流吸附塔对尾水的离子交换处理；以及，利用流化床解吸塔、混凝沉淀槽、反硝化生化反应器对饱和树脂进行再生循环。

本发明针对超低排放标准对总磷和总氮的苛刻要求，采用折点加氯法去除尾水中氨氮，利用常规吸附树脂通过连续流方式吸附其中的硝酸根及磷酸根，最终将出水中的氮磷控制在一个极低的范围内，且出水更加稳定，满足地表水排放要求。

同时，本发明还采用流化床解析塔将饱和树脂中的硝酸根和磷酸根解吸，对解吸液采用化学混凝沉淀的方法去除磷酸盐，采用反硝化生化反应器去除硝酸根，不仅实现常规树脂、滤液、反洗水的再生循环，而且降低反硝化工艺的运行难度，大大降低了树脂成本，简化操作。

综上，本发明所述的水处理方法利用一套工艺解决现有多套工艺才能解决的问题，且操作更加便捷，系统更加简单，实现了以较低的成本获得较高处理效果的目的。

进一步地，所述折点加氯法中使用的氯系氧化剂为氯气、二氧化氯或次氯酸钠；以摩尔计，所述氯系氧化剂的投加量为7~12molCl/molNH₃。

进一步地，所述连续流吸附塔的结构为：上部为圆柱形，下部为倒锥形，圆柱部分高径比为4~10；且，所述连续流吸附塔的塔底设置气提树脂排出管，所述气提树脂排出管的直径为150~250mm；所述连续流吸附塔内，提升气水比为2~10，所述饱和树脂的排出周期为1~10d。研究表明，通过这一结构设计，起到布水均匀，树脂流动顺畅作用。

本发明所用树脂为本领域常规吸附树脂，如A-62 MP除硝酸盐树脂净水树脂、FERRIXA33E树脂；优选地，所述连续流吸附塔内填充的吸附树脂的粒径为3~8mm，填充高度为2~12m。研究表明，通过合理控制树脂的粒径及填充高度的关系，更有利于树脂与污水的接触，有利于物质扩散，并有效的防止堵塞。

进一步地，所述流化床解吸塔内，所述流化床解吸塔内，利用氯化钙溶液实现饱和树脂的再生，再生树脂返回至连续流吸附塔顶部进入塔内，而解吸液则进入混凝沉淀槽；所述氯化钙溶液的质量浓度为5~20%。本发明研究发现，相比现有解吸常用的NaCl溶液，选择此浓度的氯化钙溶液除了作为再生试剂外，钙离子的存在还可以和脱附的磷酸根形成磷酸钙沉淀，起到同步去除磷酸盐的作用。

进一步地，所述流化床解吸塔为圆柱形，高径比为4~10；所述流化床解吸塔内设置搅拌装置，搅拌强度为4~8Nm³/m²或5~15W/m³。通过优化解吸塔的高径比及搅拌强度，起到强化脱附过程的作用。

进一步地，所述解吸液进入混凝沉淀槽后沉淀分离，上清液进入所述反硝化生化反应器内，絮凝产生的含磷沉淀物被排放；所述混凝沉淀槽的表面负荷为0.6~2.4m/h；所述混凝沉淀槽内投加絮凝剂，所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺或其他高分子量絮凝剂，其投加量为3~10mg/L。相比现有方法中将解吸液直接进行反硝化生化反应，本发明在解吸液进行反硝化生化处理前先对其进行化学混凝沉淀处理，起到去除磷酸钙沉淀物，提高生化过程中的有效微生物量的作用。

进一步地，所述反硝化生化反应器内设置生物填料；所述生物填料选自编制填料、MBBR填料、海绵发泡填料等；所述生物填料的比表面积为1000~3000m²/m³，填充比为25~60%，研究表明，通过控制该填充比及比表面积的关系，可增大反硝化微生物量，减少生化反应器容积。

所述反硝化生化反应器内的反应条件为：温度20~30℃，DO≤0.8mg/L，ORP≤50mV，水力停留时间为8~60h，容积负荷为0.2~0.5kg/m³。在该控制条件下，生物膜可以快速高效的进行反硝化作用，比常规工艺的容积负荷高2~3倍。

在本发明所述的反硝化生化反应中需要投加碳源；所述碳源的投加量为3~6kgCOD/kgTN。

进一步地，所述反硝化生化反应器的出水经过滤后配制氯化钙溶液，进入所述流化床解吸塔循环使用；而过滤反洗水则进入所述混凝沉淀槽中处理。过滤器为盘片式过滤器或介质类过滤器。

作为本发明的具体实施方式之一，所述水处理具体包括如下：

S1、向尾水中投加氯系氧化剂去除氨氮，再从连续流吸附塔的塔底进入塔内，利用树脂吸附尾水中的硝酸根及磷酸根，最后从顶部溢流出水；

其中，所述氯系氧化剂为氯气、二氧化氯或次氯酸钠；以摩尔计，其投加量约为7~12molCl/molNH₃；

所述氯系氧化剂的投加方法为混合反应器投加、机械搅拌混合反应槽投加或射流器投加；

所述连续流吸附塔上部为圆柱形，下部为倒锥形，圆柱部分高径比为4~10，内部填充吸附树脂，树脂粒径为3~8mm，填充高度为2~12m；

其中，所述连续流吸附塔的塔底设置气提树脂排出管，用于将饱和树脂及部分排放液排放到流化床解吸塔内；所述气提树脂排出管的直径为150~250mm；

其中，所述连续流吸附塔内，提升气水比为2~10，所述饱和树脂的排出周期为1~10d，所述排放液的排放量为进水量的3~8%；

S2、含有饱和树脂的排放液进入流化床解析塔内，投加氯化钙溶液，其中氯离子与饱和树脂中硝酸根、磷酸盐发生离子交换，实现树脂的再生；同时钙离子与磷酸盐形成不溶物；再生后的树脂返回连续流吸附塔内循环利用，含有不溶物的解吸液进入混凝沉淀槽中；

其中，所述流化床解吸塔为圆柱形，高径比为4~10；所述流化床解吸塔为单级或多级串联；氯化钙溶液的质量浓度为5~20%；

S3、流化床解吸塔出来的解吸液进入到混凝沉淀槽，加入絮凝剂，沉淀分离，得到含磷沉淀物及上清液，所得上清液进入反硝化生化反应器，所得含磷沉淀物排除；

其中，混凝沉淀槽的表面负荷为0.6~2.4m/h；絮凝剂的投加量为3~10mg/L；

S4、上清液进入反硝化生化反应器，投加外部碳源，经生物填料处理，去除硝酸根；

其中，所述生物填料的填充比为25~60%，填料比表面积为1000~3000m²/m³；

碳源的投加量为3~6kgCOD/kgTN；碳源为低分子量的醇、酸或VFA的一种或混合物；

所述反硝化生化反应器内反应条件为：温度20~30℃，DO≤0.8mg/L，ORP≤50mV，水力停留时间为8~60h，反硝化容积负荷为0.2~0.5kg/m³；

S5、反硝化生化反应器的出水进入到过滤器内，去除部分悬浮物和胶体，滤液进入到氯化钙溶液配置系统作为循环水使用，配制得到的氯化钙溶液进入流化床解吸塔中，过滤反洗水则进入到混凝沉淀槽进行处理。

本发明的有益效果如下：

本发明针对超低排放标准对总磷和总氮的苛刻要求，对尾水采用折点加氯法去除氨氮，利用连续流吸附树脂吸附硝酸根及磷酸根，同时采用流化床解析塔将饱和树脂中的硝酸根和磷酸根解吸，对解吸液采用化学混凝沉淀的方法去除磷酸盐，采用反硝化生化反应器去除硝酸根，最终将出水中的氮磷控制在一个极低的范围内。

附图说明

图1为本发明所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程的流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

以某西南市政污水处理厂尾水深度处理为例，处理量为20000m³/d，其进水、出水水质如下表：

表1

所述深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程如图1所示，步骤如下：

尾水净化：

S1、折点加氯法

来水自流入二氧化氯机械混合反应槽，反应槽容积两组，单组有效容积为420m³，设置双曲面搅拌器各1台，功率为3kW，单池投加浓度为10%的次氯酸钠450L/h。

机械混合反应槽出水进入到中间水池，中间水池水力停留时间为30min，内设置泵送装置。

污水经过泵送进入到连续流吸附塔，吸附塔为两座，单座直径为2.4m，高15m，底部锥斗高度为3m，内填充树脂粒径为5mm，填充高度为12m，吸附塔底部设置气提树脂排出管，气提管直径为200mm；

提升气水比为5，树脂排出周期为3d，排放液的排放量为5%，为20m³/h；

S2、流化床解吸塔

气提将饱和树脂及部分排放液提升进入到流化床解吸塔内，流化床解吸塔为两座，单座解吸塔直径2.4m，高为15m，设置曝气搅拌系统，搅拌强度为6 Nm³/m²，配套空压机3台，2用1备，单台出气量为30 Nm³/h；

在流化床解吸塔内投加10%浓度的氯化钙溶液，投加量为2m³/h，流化床解吸塔内设置树脂拦截多孔板，孔径为4mm，将树脂拦截并回流到连续流吸附塔内，解吸液排出塔；

S3、混凝沉淀槽

流化床解吸塔排出的解吸液进入到混凝沉淀槽，沉淀槽两座，混凝沉淀槽采用兰美拉沉淀器形式，表面负荷为2m/h，在机械混合段投加絮凝药剂PAM，投加量为5mg/L，在兰美拉沉淀器底部形成磷酸钙沉淀，定期排出沉淀器，上清液从沉淀器顶部排出；

S4、上清液自流进入到反硝化生化反应器，反应器为两组，单组容积为960m³，有效尺寸为φ7.2×6m，反硝化生化反应器内投加聚氨酯发泡填料，填充比为50%，填料比表面积为2400m²/m³，设置机械搅拌器，搅拌强度为15 W/m³，功率为15Kw，投加碳源为甲醇，投加量为5 kgCOD/kgTN，每个反应器内投加量约为14kg/h；

反应器内反应温度为25±3℃，DO≤0.5mg/L，ORP≤-100Mv，水力停留时间为48h；

S5、反硝化生化反应器出水进入纤维转盘过滤器，纤维转盘过滤器滤速为5m/h，反洗水约为1m³/h，反洗水进入兰美拉沉淀器，滤后清水进入到氯化钙溶液配置系统作为循环水使用。

此外，本发明还提供了研究过程中一些效果不理想的试验例，通过比较不同条件下的处理结果，证明了本发明深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程的优势及部分关键技术点的作用。具体如下：

对比例1

本对比例提供一种尾水的处理方法，与实施例1的区别在于：将实施例1中折点加氯法提换为物理过滤法，用以去除尾水中的悬浮物。

结果显示：由于氨氮未有效去除，出现出水氨氮不能达到排放标准问题。

对比例2

本对比例提供一种尾水的处理方法，与实施例1的区别在于：将实施例1中混凝沉淀槽省略，解吸液直接进行反硝化生化反应。

结果显示：由于未能有效去除磷酸盐，导致反硝化生物填料上结垢严重，形成大量的磷酸钙无机物，堵塞生物填料空隙，使得生物填料板结，反硝化效率大大降低问题。

对比例3

本对比例提供一种尾水的处理方法，与实施例1的区别在于：将实施例1中两座连续流吸附塔条件替换为常规的吸附解吸罐；

结果显示：按照此处理规模，需要12座常规的吸附解吸罐才能代替两座连续流吸附塔，用地面积是连续流吸附塔的6~8倍，外部管线复杂，管理系统繁琐。

对比例4

本对比例提供一种尾水的处理方法，与实施例1的区别在于：将实施例1中反硝化生化反应器省略，混凝沉淀出水直接排放；

结果显示：混凝沉淀出水总氮超标，直接排放或回用回导致硝酸盐回到系统内，在系统内循环，无法达到有效去除硝酸盐的目的。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，以一级A或一级B排放标准出来的污水处理厂尾水为进水，所述深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程包括：

利用折点加氯法联合连续流吸附塔对尾水的离子交换处理；

以及，利用流化床解吸塔、混凝沉淀槽、反硝化生化反应器对饱和树脂进行再生循环。

2.根据权利要求1所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述折点加氯法中使用的氯系氧化剂为氯气、二氧化氯或次氯酸钠；

以摩尔计，所述氯系氧化剂的投加量为7~12molCl/molNH₃。

3.根据权利要求2所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述连续流吸附塔内，所述连续流吸附塔的结构为：上部为圆柱形，下部为倒锥形，圆柱部分高径比为4~10；

所述连续流吸附塔的塔底设置气提树脂排出管；所述气提树脂排出管的直径为150~250mm；

所述连续流吸附塔内，提升气水比为2~10，所述饱和树脂的排出周期为1~10d。

4.根据权利要求3所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述连续流吸附塔内填充的吸附树脂的粒径为3~8mm，填充高度为2~12m。

5.根据权利要求4所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述流化床解吸塔内，利用氯化钙溶液实现饱和树脂的再生，再生树脂返回至连续流吸附塔顶部进入塔内循环利用，而解吸液则进入混凝沉淀槽；

所述氯化钙溶液的质量浓度为5~20%。

6.根据权利要求5所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述流化床解吸塔为圆柱形，高径比为4~10；

所述流化床解吸塔内设置搅拌装置，搅拌强度为4~8Nm³/m²或5~15W/m³。

7.根据权利要求6所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述解吸液进入混凝沉淀槽后沉淀分离，上清液进入所述反硝化生化反应器内，絮凝产生的含磷沉淀物被排放；

所述混凝沉淀槽的表面负荷为0.6~2.4m/h；

所述混凝沉淀槽内投加絮凝剂，所述絮凝剂的投加量为3~10mg/L。

8.根据权利要求7所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述反硝化生化反应器内设置生物填料；所述生物填料的比表面积为1000~3000m²/m³；所述生物填料的填充比为25~60%；

所述反硝化生化反应器内的反应条件为：温度20~30℃，DO≤0.8mg/L，ORP≤50mV，水力停留时间为8~60h，容积负荷为0.2~0.5kg/m³；

所述反硝化生化反应器内投加碳源；所述碳源的投加量为3~6kgCOD/kgTN。

9.根据权利要求8所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，所述反硝化生化反应器的出水经过滤后配制氯化钙溶液，进入所述流化床解吸塔循环使用；而过滤反洗水则进入所述混凝沉淀槽中处理。

10.根据权利要求9所述的深度脱氮除磷的离子过滤及再生工艺流程，其特征在于，包括：

S1、向尾水中投加氯系氧化剂去除氨氮，再从连续流吸附塔的塔底进入塔内，利用树脂吸附尾水中的硝酸根及磷酸根，最后从顶部溢流出水；

其中，所述氯系氧化剂为氯气、二氧化氯或次氯酸钠；以摩尔计，其投加量约为7~12molCl/molNH₃；所述氯系氧化剂的投加方法为混合反应器投加、机械搅拌混合反应槽投加或射流器投加；

其中，所述连续流吸附塔上部为圆柱形，下部为倒锥形，圆柱部分高径比为4~10，内部填充吸附树脂，树脂粒径为3~8mm，填充高度为2~12m；

其中，所述连续流吸附塔的塔底设置气提树脂排出管，用于将饱和树脂及部分排放液排放到流化床解吸塔内；所述气提树脂排出管的直径为150~250mm；

其中，所述连续流吸附塔内，提升气水比为2~10，所述饱和树脂的排出周期为1~10d，所述排放液的排放量为进水量的3~8%；

S2、含有饱和树脂的排放液进入流化床解析塔内，投加氯化钙溶液，其中氯离子与饱和树脂中硝酸根、磷酸盐发生离子交换，实现树脂的再生；同时钙离子与磷酸盐形成不溶物；再生后的树脂返回连续流吸附塔内循环利用，含有不溶物的解吸液进入混凝沉淀槽中；

其中，所述流化床解吸塔为圆柱形，高径比为4~10；所述流化床解吸塔为单级或多级串联；

所述氯化钙溶液的质量浓度为5~20%；

S3、流化床解吸塔出来的解吸液进入到混凝沉淀槽，加入絮凝剂，沉淀分离，得到含磷沉淀物及上清液，所得上清液进入反硝化生化反应器，所得含磷沉淀物排除；

其中，混凝沉淀槽的表面负荷为0.6~2.4m/h；絮凝剂的投加量为3~10mg/L；

S4、上清液进入反硝化生化反应器，投加外部碳源，经生物填料处理，去除硝酸根；

其中，所述生物填料的填充比为25~60%，填料比表面积为1000~3000m²/m³；

碳源的投加量为3~6kgCOD/kgTN；碳源为低分子量的醇、酸或VFA的一种或混合物；

所述反硝化生化反应器内反应条件为：温度20~30℃，DO≤0.8mg/L，ORP≤50mV，水力停留时间为8~60h，反硝化容积负荷为0.2~0.5kg/m³；

S5、反硝化生化反应器的出水进入到过滤器内，去除部分悬浮物和胶体，滤液进入到氯化钙溶液配置系统作为循环水使用，配制得到的氯化钙溶液进入流化床解吸塔中，过滤反洗水则进入到混凝沉淀槽进行处理。

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