CN208345974U - 一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，包括多介质过滤罐、树脂罐、清水池、NaCl溶液箱、再生废液池、耐盐型反硝化池、次氯酸钠发生器；以污水厂一级A出水为系统进水，进水送入多介质过滤罐中去除污水中的悬浮物、胶体，然后送入树脂罐，用于脱除污水中的硝酸盐氮，净水送入清水池储存；NaCl溶液箱与树脂罐连接，用于硝酸根选择性离子交换树脂吸附饱和后利用NaCl溶液进行脱附再生；再生废液送入再生废液池内后自流入耐盐型反硝化池处理，经反硝化后将再生废液中的总氮脱除；总氮脱除后的再生废液送入次氯酸钠发生器内对氯离子进行电解处理，生成含有高浓度的次氯酸钠溶液，最后送入清水池，进行消毒杀菌后排放。

Description

一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统

技术领域

本实用新型属于污水处理领域，具体涉及一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统。

背景技术

生活污水和工业污水是当今社会发展不可避免的产物，为了实现资源的可持续化发展，确保此类污水排入海洋、河流、湖泊等水体不产生污染，因此，需要将污水处理至无害化程度，方可将其排入海洋、河流、湖泊等水体，部分污水处理后甚至要求直接排入饮用水源。但是，相应的排放标准中对硝酸盐的含量要求严格，部分常规工艺很难保证排放水体中硝酸盐氮完全达标。

水体中过量的硝酸盐摄入人体后，容易还原成亚硝酸盐，导致高铁血红蛋白症，三个月以下的婴儿受此危害最大；此外，亚硝酸盐还有使人体致癌的风险。因此，许多国家和国际组织都对饮用水中硝酸盐的浓度设定了最高限值，如欧盟和世界卫生组织(WHO)规定饮用水中的硝酸盐氮含量不得超过11.3mg/L，美国EPA的限值为10mg/L，我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定硝酸盐氮最高限值为10mg/L(水源受限地区为20mg/L)。

目前，硝酸盐氮脱除技术主要分为物理化学法、化学法、生物技术等。物理化学法主要有蒸馏、电渗析、反渗透、离子交换法等，由于存在处理费用较高、前处理要求高、容易产生二次污染等问题在应用上受到一定的限制；化学法是利用一定的还原剂还原水中的硝酸盐从而去除硝酸盐，目前研究较多的还原剂有金属Fe、二价铁Fe²⁺等，由于反应条件的控制比较严格、副产物易造成二次污染等，使得化学法在应用中也受到一定的限制；利用反硝化菌将硝酸盐降解为氮气的生物过程，一般经历由NO₃ ^-→NO₂ ^-→NO→N₂O→N₂的过程，生物法的应用范围有限、工艺条件较难控制。

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、运行费用低等特点，采用离子交换法处理含有一定浓度硝酸盐氮的污水，饱和的离子交换树脂通常采用质量分数为3～5％的氯化钠溶液进行再生，再生过程中产生的再生废液因含有较高浓度的氯化钠和硝酸根，不能直接排放，却又很难处置。若无法有效地解决离子交换树脂再生废液的处置难题，离子交换法就很难在污水脱氮领域推广及应用。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：包括多介质过滤罐、树脂罐、清水池、NaCl溶液箱、再生废液池、耐盐型反硝化池、次氯酸钠发生器；

以污水厂一级A出水为系统进水，经一级提升泵送入所述多介质过滤罐中去除污水中的悬浮物、胶体，然后经二级提升泵送入所述树脂罐；所述树脂罐内填充一定比例的硝酸根选择性离子交换树脂，用于脱除污水中的硝酸盐氮，净水送入所述清水池储存；所述NaCl溶液箱与所述树脂罐连接，通过氯化钠加药泵将NaCl溶液送入所述树脂罐内，用于硝酸根选择性离子交换树脂吸附饱和后利用NaCl溶液进行脱附再生；再生废液送入所述再生废液池内后自流入所述耐盐型反硝化池处理，经反硝化后将再生废液中的总氮脱除；总氮脱除后的再生废液送入所述次氯酸钠发生器内对氯离子进行电解处理，生成含有高浓度的次氯酸钠溶液，最后经过回流泵送入所述清水池，进行消毒杀菌后排放。

本实用新型方法具有以下特点和有益效果：采用“物理过滤法”、“树脂吸附脱氮法”相结合的方式进行污水深度脱氮处理，有效降低水中悬浮物，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，与现有技术相比，本实用新型所采用的硝酸根选择性离子交换树脂，为专性硝酸根树脂，性能稳定，可以减少硫酸根离子的竞争吸附，耐有机物的污染，脱氮效率高,采用普通食盐水即可脱附再生并重复使用；采用“反硝化脱氮法”、“高浓度Cl-离子电解法”相结合的方式进行再生废液的脱氮处理及回用，高盐度培养驯化的反硝化池可承受不高于5％的含盐量，在此条件下反硝化菌仍可保证较高的脱氮效率，反硝化出水无需稀释或浓缩，可直接采用电解法电解生成次氯酸钠用于出水的杀菌消毒，既避免了二次污染，又合理利用了现有资源，同时，硝酸盐氮反硝化转化产物N₂可直接排放至大气，整个处理工艺过程不造成任何污染物的外排。整个系统具有出水水质稳定、占地面积小、脱氮效率高、出水悬浮物低、污泥量少等优点，出水可稳定达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类至Ⅳ类标准。

附图说明

图1：本实用新型实施例的系统结构图；

图2：本实用新型实施例的方法流程图。

图中，1.一级提升泵，2.多介质过滤罐，3.二级提升泵，4.树脂罐，5.清水池，6.NaCl溶液箱，7.氯化钠加药泵，8.再生废液池，9.耐盐型反硝化池，10.罗茨风机，11.碳源罐，12.碳源投加泵，13.次氯酸钠发生器，14.回流泵，15.微孔曝气装置。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请见图1，本实用新型提供的一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，包括一级提升泵1、多介质过滤罐2、二级提升泵3、树脂罐4、清水池5、NaCl溶液箱6、氯化钠加药泵7、再生废液池8、耐盐型反硝化池9、罗茨风机10、碳源罐11、碳源投加泵12、次氯酸钠发生器13、回流泵14、微孔曝气装置15；

以污水厂一级A出水为系统进水，进水经一级提升泵1提升至多介质过滤罐2，多介质过滤罐2内自下而上填充一定比例的均粒砾石、石英砂及无烟煤滤料，经处理后去除污水中的悬浮物、胶体，之后污水经二级提升泵3提升至树脂罐4，树脂罐4内填充一定比例的硝酸根选择性离子交换树脂，为大孔阴离子硝酸根离子树脂，经处理后脱除污水中的硝酸盐氮，出水硝酸根浓度低于1.0mg/L，处理水量约为树脂体积的400倍，净水自流入清水池5储存；硝酸根选择性离子交换树脂吸附饱和后利用质量分数3.5％～5.0％、2～4倍树脂体积的NaCl溶液对其进行脱附再生，再生时食盐水的平均流速为4BV/h，再生时间为1.5～2.0h，之后用去离子水淋洗整个树脂层，去离子水的平均流速为20BV/h，淋洗时间为1h，冲洗后形成再生废液的体积约为4～6倍的树脂体积，再生废液统一收集于再生废液池8内，再生废液中的含盐量为1.5％～3.0％，硝态氮含量为500～600mg/L，之后自流进入耐盐型反硝化池9处理，耐盐型反硝化池9内设置微孔曝气装置15，并投放浓度为3000～4000mg/L经高盐度成功驯化的活性污泥，能承受不高于5％的含盐量。利用罗茨风机10进行微量曝气，溶解氧DO控制在0.2～0.5mg/L，形成缺氧环境，碳源罐11通过碳源投加泵12向耐盐型反硝化池9内投放一定比例的葡萄糖为碳源，控制池内污水的碳氮比C/N为3～4，经反硝化后可将再生废液中的总氮脱除，此时再生废液中仍含有大量氯离子，利用组合式次氯酸钠发生器13通过硅整流器接通阴阳极直流电源对其进行电解处理，生成含有高浓度的次氯酸钠溶液，次氯酸钠发生过程为隔膜式自然循环形式，次氯酸钠发生器额定电压220V，频率50HZ，产生的有效氯含量为50～100g/h。经过回流泵14提升回流至清水池5，对系统出水进行杀菌消毒，同时实现再生废液的回用，净水消毒后直接排放，出水可达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类至Ⅳ类标准。

本实施例的多介质过滤罐2内自下而上分别填充一定比例的均粒砾石、石英砂及无烟煤滤料；所述均粒砾石粒径为0.8-4.0mm，填充高度为0.25～0.35m；所述石英砂粒径为0.6-1.8mm，填充高度为0.35～0.45m；所述无烟煤粒径为0.5-1.2mm，填充高度为0.35～0.45m。

本实施例的硝酸根选择性离子交换树脂，为大孔阴离子硝酸根离子树脂，外观形态为球状颗粒，骨架为聚乙烯-二乙烯基苯，官能团为季胺基，粒度范围为300～1200μm，全交换容量为900mol/m3氯型，含水量为50-56％氯型，装载密度为675-720g/l。

本实施例的次氯酸钠发生器13为组合形式，一般次氯酸钠发生器由电解槽、硅整流电控柜、盐溶解槽、冷却系统及配套PUVC管道、阀门、水射器、流量计等组成。

本实施例的系统可实现PLC全自动控制。

本实用新型采用了“物理过滤法”、“树脂吸附脱氮法”相结合的方式进行污水深度脱氮处理，采用“反硝化脱氮法”、“高浓度Cl^-离子电解法”相结合的方式进行再生废液的脱氮处理及回用，具体技术原理如下：

多介质过滤罐内装填一定比例的过滤填料，在一定的压力下把浊度较高的进水通过一定厚度的滤料，去除水中悬浮物和胶体使水澄清，出水悬浮物SS含量＜5mg/L，树脂罐内填充专性硝酸根树脂，通过离子交换法来吸附进水中的硝酸根离子，专性硝酸根树脂能减少硫酸根离子的竞争吸附，耐有机物的污染，脱氮效率高，出水硝酸盐氮的含量小于1mg/L，树脂吸附饱和后采用普通食盐水对其进行脱附再生，将树脂所吸附的硝酸根离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能；再生废液在耐盐型反硝化池进行反硝化处理，池内投放经过高盐度成功驯化的活性污泥，可承受不高于5％的盐度，在此条件下反硝化菌仍保持较高的活性，将污水中硝酸根转化为N₂直接排放至大气，反硝化池上清液仍含有1.5～3.0％的盐度，无需稀释直接进入次氯酸钠发生器电解，将进水计量投加入电解槽，通过硅整流器接通阴阳极直流电源电解生成次氯酸钠，对出水消毒后排放。电解反应方程式如下：

2NaCl+2H₂O→2NaOH+H₂↑+Cl₂；

2NaOH+Cl₂→NaClO+NaCl+H₂O；

请见图2，本实用新型的工作流程，包括以下步骤：

步骤1：以污水厂一级A出水为系统进水，启动一级提升泵1，将污水提升至多介质过滤罐2，去除水中悬浮物和胶体，使出水悬浮物含量＜5mg/L，多介质过滤罐2定期反洗，反洗频率为1天1次，反洗水源来自于清水池5；

步骤2：启动二级提升泵3，将多介质过滤罐2出水提升至树脂罐4，树脂填充体积为处理水量的1/300～1/400，通过硝酸根选择性离子交换树脂作用，吸附污水中的NO₃ ^-离子，实现总氮的去除，出水总氮小于1.0mg/L，经脱氮后的净水自流入清水池5，树脂罐出水管设置总氮在线自动监测仪，用于监测出水总氮值，当接近超标临界值时，自动切换至备用罐，已吸附饱和的树脂罐4进行自动再生；

步骤3：吸附饱和的树脂采用3.5％～5.0％的食盐水进行脱附再生，之后用去离子水淋洗整个树脂层，树脂再生废液自流入再生废液池8；

用于再生的NaCl溶液体积为2～4倍的树脂体积，冲洗后形成再生废液的体积约为4～6倍的树脂体积；NaCl溶液进行树脂再生时的平均流速为4BV/h，再生时间为1.5～2.0h，淋洗用去离子水的平均流速为20BV/h，淋洗时间为1h；再生废液中，含盐量为1.5％～3.0％，硝态氮含量为500～600mg/L。

步骤4：再生废液自流入耐盐型反硝化池9，投放经过高盐度成功驯化的活性污泥(浓度为3000～4000mg/L)，活性污泥能承受不高于5％的氯化钠含量；通过碳源投加、微量曝气等方式，控制耐盐型反硝化池9内污水的碳氮比C/N为3～4，溶解氧DO含量控制在0.2～0.5mg/L；在高盐度的条件下，发生反硝化反应，反硝化菌将再生废液中的NO₃ ^-离子还原为氮气，从而实现总氮的脱除；

本实施中高盐度成功驯化的活性污泥具体的培养驯化方式是：将取自污水厂生化池的活性污泥加入耐盐型反硝化池9，同时加入一定比例的硝酸钾和葡萄糖碳源，其中碳源的BOD绝对含量为进水硝态氮绝对含量的4倍，控制溶解氧范围0.2～0.5mg/L、pH范围6～8，在此条件下进行反硝化细菌的富集培养；之后每隔两日，呈一定阶梯性的增长幅度来提高硝酸钾和氯化钠的投加量，从而提高耐盐型反硝化池9内的硝态氮含量及含盐量，直至系统硝态氮含量稳定为600～650mg/L，含盐量稳定在3.0～3.5％，活性污泥中反硝化菌数量比例达到30％以上，满足反硝化脱氮速率提升至0.2kg/(kg MLSS.d)，经过25～30天的培养，得到高盐度成功驯化的活性污泥。

步骤5：耐盐型反硝化池9处理后的再生液经过泥水分离后清水自流入次氯酸钠发生器13，通过硅整流器接通阴阳极直流电源电解盐水生成次氯酸钠溶液，次氯酸钠发生器13中的污水无需稀释，可直接进行电解，采用计量泵循环系统，保持电解溶液组份始终处于动态平衡，产生的有效氯含量为50～100g/h，生成的次氯酸钠溶液通过回流泵14输送至清水池5，清水池5内污水有效氯含量稳定在5～6g/m³，消毒后排放。

污水厂一级A标尾水经树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用系统处理后可达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类至Ⅳ类标准。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：包括多介质过滤罐（2）、树脂罐（4）、清水池（5）、NaCl溶液箱（6）、再生废液池（8）、耐盐型反硝化池（9）、次氯酸钠发生器（13）；

外部进水管道与所述多介质过滤罐（2）连通，所述多介质过滤罐（2）通过管道与所述树脂罐（4）连通；所述树脂罐（4）通过管道与所述清水池（5）连通；所述NaCl溶液箱（6）通过管道与所述树脂罐（4）连接，所述树脂罐（4）通过管道与所述再生废液池（8）连通，所述再生废液池（8）通过管道与所述耐盐型反硝化池（9）连通，所述耐盐型反硝化池（9）通过管道与所述次氯酸钠发生器（13）连通，所述次氯酸钠发生器（13）通过管道与所述清水池（5）连通；所述清水池（5）设置有排水管。

2.根据权利要求1所述的树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述多介质过滤罐（2）内自下而上分别填充一定比例的均粒砾石、石英砂及无烟煤滤料；所述均粒砾石粒径为0.8-4.0mm，填充高度为0.25~0.35m；所述石英砂粒径为0.6-1.8mm，填充高度为0.35~0.45m；所述无烟煤粒径为0.5-1.2mm，填充高度为0.35~0.45m。

3.根据权利要求1所述的树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述树脂罐（4）内填充一定比例的硝酸根选择性离子交换树脂，所述硝酸根选择性离子交换树脂，为大孔阴离子硝酸根离子树脂，外观形态为球状颗粒，骨架为聚乙烯-二乙烯基苯，官能团为季胺基，粒度范围为300~1200μm，全交换容量为900mol/m3（氯型），含水量为50 - 56 %（氯型），装载密度为675 - 720 g/l。

4.根据权利要求1所述的树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述次氯酸钠发生器（13）为组合形式，进水含盐量为1.5%~3.0%，通过硅整流器接通阴阳极直流电源电解盐水生成次氯酸钠，所述次氯酸钠发生过程为隔膜式自然循环形式，额定电压220V，频率50HZ，产生的有效氯含量为50~100g/h。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的树脂吸附脱氮及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述系统还配置有碳源罐（11），用于通过碳源投加泵（12）向所述耐盐型反硝化池（9）内投放一定比例的碳源；所述耐盐型反硝化池（9）内还配置有经过高盐度成功驯化的活性污泥；所述耐盐型反硝化池（9）内设置有微孔曝气装置（15），利用罗茨风机（10）进行微量曝气，形成缺氧环境。