CN207981193U - 一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，包括至少一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置、调节罐和盐浓缩装置；所述氨氮废水进水管连接至调节罐，所述调节罐连接至改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的进水口，盐浓缩装置的一侧下端设有水出口，盐浓缩装置的一侧上端通过浓盐水出水管连接至调节罐；改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的出水口连接至三通阀，三通阀的另外两端分别连接至调节罐、盐浓缩装置。本实用新型的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统设计合理，废水处理效果好，沸石利用率高、成本低并且可实现零排放。

Description

一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种氨氮废水处理系统，具体是一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统。

背景技术

随着现代社会对环境保护观念的重视，我国正逐步加强水体污染的防治工作，而在此过程中氨氮类污染物的整治已经刻不容缓。

氨氮可以引起水体的富营养化，对水生生物产生毒害作用，增加给水处理的困难，从而影响人类健康。目前我国地面水体和地下水体中的氨氮污染状况日益严峻，破坏了自然生态系统中正常的氮素迁移转化，对水环境和人类健康造成严重的影响和潜在的危害。

如何通过目前污水处理所使用的二级生化处理技术，达到去除氨氮污染的一级环保排放目标，是我国科技自主创新迫切要解决的问题。目前国内外常用的氨氮污染处理技术存在诸多问题：汽提氨氮吹脱工艺的效率较低，需要大量加碱和加热；化学氧化和沉淀法都需投加大量化学药剂，仅北京市每年为治理污水要投加的化学药剂就有上亿元；高浓度氨氮废水的生化处理，需大量加碱以提高碱度：硝化细菌的活性在低温条件下受到抑制，处理速率显著降低；增温又需大量能源。

目前，工业上处理低浓度氨氮废水比较常用的技术主要包括：吸附法、离子交换法、折点加氯法、生物法以及膜技术。其中，不少研究者将目光专注于比表面积大、对氨氮有离子交换功能的沸石研究上，例如：“沸石处理氨氮废水的研究”(《河南化工》，2003， 9：15-17，杜冬云，王伟)研究了静态、动态条件下，沸石对于氨氮废水的处理，确定了一系列因素对于氨氮去除效果的影响，同时还对比了人造沸石与天然沸石的吸附、再生效率。“用于氨氮处理的沸石的合成条件研究”(《江西理工大学学报报》，2012，33，1： 21-23，张大超，曾宪营)筛选出了用于氨氮处理的沸石最佳合成条件。“天然沸石处理氟氧废水的吸附性能及再生研究”(《能源与环境》，2011，1：12-13，崔天顺，周文剑) 研究了红辉沸石的最佳吸附与再生条件。

虽然目前已有的报道证明改性沸石能够快速通过物理和化学的吸附，提取出废水中的氨氮，让出水符合排放标准，但并没有从本质上处理氨氮，对沸石进行再生后废弃再生液中将含有高盐高氨氮成分，仍需要深度处理；电化学氧化法可从根本上降解氨氮，但耗时、耗电，使用成本高。为快速彻底的处理氨氮废水，实现一种能将两者协同的方法就十分必要。

现有技术中氨氮废水处理工艺存在：处理效果不佳，成本高、已有的吸附法处理工艺中的沸石利用率低、整个工艺过程中沸石的再生方案太复杂、耗时长，以及氨氮不能彻底去除等缺陷。因此，本实用新型提供一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，包括至少一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置、调节罐和盐浓缩装置；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置和调节罐连通形成循环再处理系统；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置和盐浓缩装置连通形成再生液回用系统；所述氨氮废水进水管连接至调节罐，且氨氮废水进水管上设有流量计和泵A，所述调节罐通过泵B连接至改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的进水口，盐浓缩装置的一侧下端设有水出口，盐浓缩装置的一侧上端通过浓盐水出水管连接至调节罐；改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的出水口连接至三通阀，三通阀的另外两端分别连接至调节罐、盐浓缩装置；且三通阀通过泵C连接至盐浓缩装置；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置包括同轴安装的位于外部的管状阳极、位于内部的管状或柱状阴极，阳极上设有正极接线，阴极上设有负极接线，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置内部通过阴极与阳极嵌套形成电化学腔体；所述的电化学腔体内部填充改性沸石填料；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的一侧下端设有进水口，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的另一侧上端设有一出水口。

作为本实用新型进一步的方案：将所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置拆卸，替换成改性沸石吸附与电化学氧化联用装置一。

作为本实用新型进一步的方案：所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的阴极与阳极之间的电压为5–6V。

作为本实用新型进一步的方案：所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的极板电流密度为80-120A/m²。

作为本实用新型进一步的方案：所述阴极与阳极之间的间距为1-10cm。

作为本实用新型进一步的方案：所述出水口与三通阀的连接管路上设有检测口或检测装置。

作为本实用新型进一步的方案：所述检测装置为检测计。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统设计合理，结构紧凑，将改性沸石吸附和电化学氧化联用，处理效果好，特别是针对与含中、低浓度氨氮废水的效果更佳，沸石利用率高、成本低并且可实现零排放。

附图说明

图1为改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统的结构示意图。

图2为改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统中改性沸石吸附与电化学氧化联用装置的结构示意图。

图3为改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统的原理结构示意图。

其中：1-出水口；2-正极接线；3-阴极；4-进水口；5-改性沸石填料；6-阳极；7-负极接线；8-调节罐；9-氨氮废水进水管；10-泵A；11-流量计；12-水出口；13-浓盐水出水管；14-泵B；15-盐浓缩装置；16-泵C；17-三通阀；18-检测计；19-改性沸石吸附与电化学氧化联用装置。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

请参阅图1-3，一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，包括至少一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19、调节罐8和盐浓缩装置15；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19和调节罐8连通形成循环再处理系统；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19和盐浓缩装置15连通形成再生液回用系统；

所述氨氮废水进水管9连接至调节罐8，且氨氮废水进水管9上设有流量计11和泵A10，氨氮废水通过泵A10泵入调节罐8；所述调节罐8通过泵B14连接至改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的进水口4，盐浓缩装置15的一侧下端设有水出口12，盐浓缩装置15的一侧上端通过浓盐水出水管13连接至调节罐8；改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的出水口1连接至检测计18，检测计18另一端连接至三通阀17，三通阀17的另外两端分别连接至调节罐8、盐浓缩装置15；且三通阀17通过泵C16连接至盐浓缩装置 15；

所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19包括同轴安装的位于外部的管状阳极6、位于内部的管状或柱状阴极3，阳极6上设有正极接线2，阴极3上设有负极接线7，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19内部通过阴极3与阳极6嵌套形成电化学腔体，所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的一侧下端设有进水口4，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的另一侧上端设有一出水口1；所述的电化学腔体内部直接或隔层填充改性沸石填料5，改性沸石作为填充物填充在阴阳极之间；所述出水口1还串联若干检测取样口或检测设备；所述检测设备为检测计18；所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用装置 19为柱状反应腔，采用隔层方式填入改性沸石时，腔内有设置隔层，隔层间的间距为200 mm；柱状反应腔的高度为2-5m，更佳地为3.5-4m；

其中，所述的改性沸石填料5为本领域常规的改性沸石，一般是将天然沸石在氯化钠溶液中浸泡得到；所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19中，所使用阳极6为管状的电极，其材料包括但不限于，石墨电极、玻碳电极、形稳电极等；所使用阴极3为管状或棒状电极嵌套入阳极，其材料包括但不限于铂、钛、不锈钢等；所述循环再处理系统包括连接于调节罐8与出水口1之间的管路以及安装于管路上的泵和节流阀；所述再生液回用系统包括连接于调节罐8与盐浓缩装置15的浓缩室之间的管路以及安装于管路上的泵以及节流阀。在实际使用中，处理较高浓度的氨氮废水时，可简单地串联或并联多个所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19，达到处理要求。氨氮废水的降解处理在填充改性沸石的改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19中进行；在电解的过程中改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的正极和负极之间的电压为5–6V，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的极板电流密度为80-120A/m²；正极和负极之间的间距为1-10cm；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的流体的流速≥0.2m/s，较佳地为 0.2-0.5m/s；如氨氮废水未在单次处理工艺后达到排放标准可通过侧管路回流至改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19继续处理；所述的再生液回用系统，是处理氨氮后的废水氯化钠经过浓缩工艺后，排放达标废水，高浓度盐水通过侧管路回流至改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19中，并在盐分低于再生要求后，适量补充。在实际情况中，根据具体工程的废水量以及氨氮负荷调整所述电化学装置的尺寸、电极的种类以及形状和改性沸石的填装量，处理量大的时候可将若干所述改性沸石吸附-电化学装置通过简单地串联或并联方式，组合起来处理废水，非常具有实用性，可操作性也强。亦可增加增压装置如增压泵，以及流量调节装置，来处理粘度较高的废水。

实施例2

与实施例1不同的是：将实施例中改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的拆卸。替换成本实施例的改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19，其采用以下结构：

所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19包括一改性沸石吸附塔，并串联一三维电极组成的电化学腔体；所述的三维电极电化学腔体包含一侧的底部侧线进水口以及另一侧的上部侧线出水口；所述的改性沸石吸附塔内部均匀填充改性沸石；所述改性沸石吸附塔的塔体为圆柱形，高度为3-5m，更佳的为3-4m，三维电极电化学氧化装置的腔体为长方体。

实施例3

一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理方法，氨氮废水为一般常规工农业氨氮废水，以中、低浓度的氨氮废水为佳，氨氮浓度为100-800mg/L；处理方法包括以下步骤：

一、改性沸石的制备：将天然丝光沸石在25℃温度下，在放入氯化钠浓度为15wt％的溶液中浸泡25小时，再用水循环清洗8小时后得到改性沸石成品；天然丝光沸石原产地为浙江缙云；

本实施例中，所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的结构可采用柱状不锈钢阴极3同轴嵌套安装管状的内表面负载二氧化铅电催化剂的陶瓷阳极6，两电极平均相距80mm；采用隔层方式填入改性沸石，隔层间的间距为200mm，填料的用量为1/8装置空室可容纳废水的重量(废水密度以1×10³kg/m³计)；

二、氨氮废水通过氨氮废水进水管9进入调节罐8中，然后在调节罐8中将1wt％的氯化钠直接加入废水中，然后通过泵A10从进水口4进入改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19中，水上升速率为4m/h，停留时间为30min；电解时，将阳极6和阴极3之间的电压调节为6V，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的极板电流密度为120A/m²；

三、经改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19处理后的废水从出水口1流出，经过检测口取样，检测计18检测达标后，废水进入盐浓缩装置15，从盐浓缩装置15的浓缩室回流盐水至调节罐8，从盐浓缩装置15的脱盐室出水排放，酸室与碱室回收酸碱液回用至生产工段，回收制取的盐酸浓度约为12％，碱浓度约为15％。

30d运行结果表明，在流量为5.0m³/h，进水量50m³/d，原水氨氮浓度为200～400mg/L 的条件下，每吨沸石的处理水量约为50m³(废水)/t(沸石)。单次处理废水氨氮浓度都可下降至5mg/L以下，氯离子浓度在3mg/L左右，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002中一级A标准，且无突发激增，无需进行废水回流在循环；双极膜装置处理盐水，对氯化钠消耗较大，在40％左右，需要在后续废水进入装置前，在调节罐中加入1.2wt％氯化钠。

实施例4

一、改性沸石的制备：将天然丝光沸石在26℃温度下，在放入氯化钠浓度为5wt％的溶液中浸泡20小时，再用水循环清洗9小时后得到改性沸石成品；天然丝光沸石原产地为浙江缙云；

本实施例中，所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的结构采用改性沸石吸附塔串联三维电极的结构，钛板阴极与石墨阳极交替排列，两电极平均相距20mm，设有单独的改性沸石吸附塔；在电化学装置一侧，分别设有一道底部侧线，安装了带有节流阀门以及流量计的PVC管道，作为进水管路；另一侧设有上部侧线，作为出水管路；在调节罐两侧留有回流口，并安装了带有节流阀门以及蠕动泵的PVC管道，分别作为盐水再生液回用管以及废水出水回流管；以隔层方式填入改性沸石，隔层间间距为200mm，填料的用量为1/8吸附塔空塔可容纳废水的重量(废水密度以1×10³kg/m³计)；

二、氨氮废水通过氨氮废水进水管9进入调节罐8中，然后在调节罐8中将5wt％的氯化钠直接加入废水中，然后通过泵A10从进水口4进入改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19中，水上升速率为8m/h，停留时间为15min；电解时，将阳极6和阴极3之间的电压调节为5V，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的极板电流密度为80A/m²；

三、经改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19处理后的废水从出水口1流出，经过检测口取样，检测计18检测达标后，废水进入盐浓缩装置15，从盐浓缩装置15的浓缩室回流盐水至调节罐8，从盐浓缩装置15的脱盐室出水排放，酸室与碱室回收酸碱液回用至生产工段。

10d运行结果表明，在流量为15.0m³/h，进水量120m³/d，原水氨氮浓度为500～600mg/L的条件下，每吨沸石的处理水量约为40m³(废水)/t(沸石)。单次处理废水氨氮浓度都可下降至5mg/L以下，氯离子浓度在3mg/L左右，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002中一级A标准，偶有出水氨氮超标情况，在二次循环后，均可达标；纳滤膜装置处理盐水，对氯化钠消耗较低，在5％左右。

实施例5

一、改性沸石的制备：将天然丝光沸石在室温温度下，在放入氯化钠浓度为10wt％的溶液中浸泡24小时，再用水循环清洗8.5小时后得到改性沸石成品；所述的天然沸石为本领域常规的天然沸石，较佳地为天然丝光沸石，更佳地为原产地为浙江缙云的天然丝光沸石；

采用改性沸石吸附塔串联三维电极的结构，钛板阴极与石墨阳极交替排列，两电极平均相距20mm，设有单独的改性沸石吸附塔；在电化学装置一侧，分别设有一道底部侧线，安装了带有节流阀门以及流量计的PVC管道，作为进水管路；另一侧设有上部侧线，作为出水管路；在调节罐两侧留有回流口，并安装了带有节流阀门以及蠕动泵的PVC管道，分别作为盐水再生液回用管以及废水出水回流管；以隔层方式填入改性沸石，隔层间间距为200mm，填料的用量为1/8吸附塔空塔可容纳废水的重量(废水密度以1×10³kg/m³计)；

本实施例中，使用两个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19进行串联后的结构；阳极为负载二氧化铅的陶瓷电极，阴极为钛板，两电极平均相距80mm；以隔层方式填入改性沸石，隔层间间距为200mm，填料的用量为1/6装置空室可容纳废水的重量(废水密度以1×10³kg/m³计)。一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的进水口连接调节罐8，一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的出水口直接通过管路连接另一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19进水口，且另一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的出水管路连接三通阀17。

二、氨氮废水通过氨氮废水进水管9进入调节罐8中，然后在调节罐8中将3wt％的氯化钠直接加入废水中，然后通过泵A10从进水口4进入一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19中，水上升速率为2m/h，停留时间为45min；电解时，将阳极6和阴极3之间的电压调节为6V，改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19的极板电流密度为100A/m²；

三、处理后废水从一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19上部流出后，进入另一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19中重复电氧化操作；

四、经另一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置19处理后的废水从出水口1流出，经过检测口取样，检测计18检测达标后，废水进入盐浓缩装置15，从盐浓缩装置15的浓缩室回流盐水至调节罐8，从盐浓缩装置15的脱盐室出水排放，酸室与碱室回收酸碱液回用至生产工段。

运行结果表明，在流量为4.0m³/h，进水量60m³/d，原水氨氮浓度为800～1000mg/L的条件下，每吨沸石的处理水量约为25m³(废水)/t(沸石)。单次处理或多次循环后废水氨氮浓度都可下降至5mg/L以下，氯离子浓度在3mg/L左右，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002中一级A标准；纳滤膜装置处理盐水，对氯化钠消耗较低，在5％左右。

本实用新型的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统设计合理，结构紧凑，将改性沸石吸附和电化学氧化联用，处理效果好，特别是针对与含中、低浓度氨氮废水的效果更佳，沸石利用率高、成本低并且可实现零排放。凭借改性沸石再生的连续操作，在脱氨氮过程中，不需要添加其他化学制剂，也可以氨氮直接转化为氮气，绿色环保，使用的改性沸石制备方法简单，对含中、低浓度氨氮废水中的氨氮进行吸附效率非常高。使用本处理方法在处理过程中可对改性沸石进行反复使用，同时解决了电化学氧化处理较慢的缺点，且所用的改性剂也都能够实现回收利用。本废水处理方法能在保证原有常规的污水处理工艺基本不变的条件下，通过增加相应步骤和常规的设备，使其能够稳定达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002中一级A标准：氨氮≦8mg/L，此标准为目前所有标准中最高标准。

在本改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理方法的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，其特征在于，包括至少一个改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）、调节罐（8）和盐浓缩装置（15）；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）和调节罐（8）连通形成循环再处理系统；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）和盐浓缩装置（15）连通形成再生液回用系统；氨氮废水进水管（9）连接至调节罐（8），且氨氮废水进水管（9）上设有流量计（11）和泵A（10），所述调节罐（8）通过泵B（14）连接至改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）的进水口（4），盐浓缩装置（15）的一侧下端设有水出口（12），盐浓缩装置（15）的一侧上端通过浓盐水出水管（13）连接至调节罐（8）；改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）的出水口（1）连接至三通阀（17），三通阀（17）的另外两端分别连接至调节罐（8）、盐浓缩装置（15）；且三通阀（17）通过泵C（16）连接至盐浓缩装置（15）；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）包括同轴安装的位于外部的管状阳极（6）、位于内部的管状或柱状阴极（3），阳极（6）上设有正极接线（2），阴极（3）上设有负极接线（7），改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）内部通过阴极（3）与阳极（6）嵌套形成电化学腔体；所述的电化学腔体内部填充改性沸石填料（5）；所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）的一侧下端设有进水口（4），改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）的另一侧上端设有一出水口（1）。

2.根据权利要求1所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，其特征在于，将所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）拆卸，替换成改性沸石吸附与电化学氧化联用装置一。

3.根据权利要求1所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，其特征在于，所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）的阴极（3）与阳极（6）之间的电压为5–6V。

4.根据权利要求1所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，其特征在于，所述改性沸石吸附与电化学氧化联用装置（19）的极板电流密度为80-120A/m²。

5.根据权利要求1所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，其特征在于，所述阴极（3）与阳极（6）之间的间距为1-10 cm。

6.根据权利要求1所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，其特征在于，所述出水口（1）与三通阀（17）的连接管路上设有检测口或检测装置。

7.根据权利要求6所述的改性沸石吸附与电化学氧化联用的氨氮废水处理系统，其特征在于，所述检测装置为检测计（18）。