申请日2014.08.20
公开(公告)日2014.11.12
IPC分类号C02F1/42; C02F9/06
摘要
本发明公开了一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，属于城市生活污水深度处理领域。其步骤为：(1)将污水处理厂二级生化处理后的城市污水与磁性阴离子交换树脂在深度处理反应器中接触反应;(2)对出水进行固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反应器，分离后的树脂部分回流至上述深度处理反应器，其余送入再生池再生，失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂，再生好的树脂送回深度处理反应器;(3)深度处理反应器出水在电催化氧化反应器中进行电催化氧化处理，处理完的出水直接排放或回用。本发明通过磁性阴离子交换树脂和电催化氧化的联合应用，可以高效地去除水中的溶解性有机质，降低出水的盐度。
权利要求书
1.一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其步骤为：
(1)将污水处理厂二级生化处理后的城市污水与磁性阴离子交换树脂在深度处理反应器 中接触反应，该深度处理反应器能够实现液固混合，通水倍数为100-3000倍，污水在反应器 中的水力停留时间为10-60min;
(2)对步骤(1)中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反 应器，分离后的树脂部分回流至步骤(1)中的深度处理反应器，其余送入再生池;在该再生 池中对树脂进行再生，失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂加以循环利 用，再生好的树脂送回该深度处理反应器;
(3)所述的深度处理反应器出水在电催化氧化反应器中进行电催化氧化处理，电流密度 为2-10mA/cm2，反应时间为1560min，电极间距为2cm，处理完的出水直接排放或回用。
2.根据权利要求1所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其特征在 于，步骤(1)中所述的磁性阴离子交换树脂为磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂。
3.根据权利要求1所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其特征在 于，步骤(1)中的液固混合方式包括机械搅拌、气力搅拌或水力搅拌。
4.根据权利要求1或2所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其特 征在于，步骤(2)所述的再生剂是以无机盐为主的复合再生剂，在复合再生剂中无机盐质量 浓度为15%至饱和浓度，再生时间为30-60min。
5.根据权利要求1或3所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其特 征在于，步骤(3)中的电催化氧化反应器所用的阴极为以下三种之一：石墨板，钛板，负载 钌氧化物或铱氧化物的钛板;所用的阳极为钛基形稳电极，涂层为钌氧化物或铱氧化物。
说明书
一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法
技术领域
本发明属于城市生活污水深度处理领域，具体而言，是一种以磁性树脂离子交换和电催 化氧化为核心的生化尾水深度处理方法。
背景技术
我国是一个水资源匮乏的国家，人均水资源量仅为2240立方米，约为世界人均水平的 1/4。另一方面，城市生活污水是我国水体污染的重要来源之一，据统计2003年我国污水总 排放量达460亿立方米，城市生活污水占其中的53.8%。对城市生活污水进行深度处理和回 用，既能减小潜在的二次污染，又能缓解我国水资源匮乏的现状，是实现循环经济和发展生 态文明行之有效的途径。
目前常用的深度处理技术有混凝沉淀、过滤、膜分离、吸附、离子交换、电化学、消毒 等方法，但其中某种单一的方法都难以达到预期的处理效果，或者达到处理效果需要较高的 处理成本。
离子交换树脂技术在工业废水处理、饮用水处理领域已经有较为广泛的应用。随着生活 污水回用的水质和需求量不断上升，离子交换树脂技术也开始应用于城市生活污水的深度处 理之中。
NDMP树脂是南京大学自行开发的新型磁性丙烯酸系阴离子交换树脂，该树脂可以大量 减少水中溶解性有机物的含量。然而，一方面，在树脂吸附有机物的同时，会释放出氯离子， 使得水中的盐度上升。另一方面，如果单独使用离子交换技术进行污水的深度处理，要将污 水处理达标，树脂再生将比较频繁，需要较高的成本。
电催化氧化法是一种“环境友好型”技术，具有环境兼容性高、无二次污染、便于实现工 业自动化等优势。目前，电化学法已广泛应用在染料、造纸、纺织、化工、皮革、生物制药 等有机废水的处理方面。近年来，电催化氧化法也开始被用于污水深度处理过程中。单独使 用电催化氧化技术存在运行成本较高，电极易受污染等缺点。
如果将离子交换技术与电催化氧化技术联用，离子交换过程中释放出的氯离子通过电催 化氧化生成氯气，氯气与水反应生成自由氯，可有效杀死细菌和大肠杆菌，并进一步去除水 中的有机物含量，同时降低了离子交换过程中升高的盐度。不仅可以减少树脂再生频次、减 缓电极受污染的时间，还可以降低整体的成本。其他的高级氧化方法，如芬顿氧化、臭氧氧 化等虽然也可以起到去除有机物的作用，但无法像电催化氧化一样利用树脂出水中的氯离子， 起到对生化出水消毒的效果，也无法降低出水的氯离子含量。将离子交换技术与电催化氧化 技术联用，对生化出水进行深度处理，在本领域还未见报道。本发明中使用的树脂为南京大 学自主研发，对其使用的条件的控制对树脂出水的效果非常重要。
发明内容
1.发明需要解决的技术问题
针对城市生活污水二级出水中的溶解性有机质用单一的深度处理工艺难以有效去除且成 本较高的问题，本发明提供了一种城市生活污水深度处理工艺。它通过磁性阴离子交换树脂 和电催化氧化的联合应用，不仅可以高效地去除水中的溶解性有机质，降低出水的盐度，还 能同时起到消毒作用，消毒效果稳定且持久。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其步骤为：
(1)将污水处理厂二级生化处理后的城市污水与磁性阴离子交换树脂在深度处理反应器 中接触反应，该深度处理反应器能够实现液固混合，通水倍数为100-3000倍，污水在反应器 中的水力停留时间为10-60min;
(2)对步骤(1)中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反 应器，分离后的树脂部分回流至步骤(1)中的深度处理反应器，其余送入再生池;在该再生 池中对树脂进行再生，失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂加以循环利 用，再生好的树脂送回该深度处理反应器;
(3)所述的深度处理反应器出水在电催化氧化反应器中进行电催化氧化处理，电流密度 为2-10mA/cm2，反应时间为15-60min，电极间距为2cm，处理完的出水直接排放或回用。
优选地，步骤(1)中所述的磁性阴离子交换树脂为磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂。 此处所采用的树脂为南京大学的发明专利申请(申请号：201010017687.1)中公开的树脂结 构。
优选地，步骤(1)中的液固混合方式包括机械搅拌、气力搅拌或水力搅拌。
优选地，步骤(2)所述的再生剂是以无机盐为主的复合再生剂，在复合再生剂中无机盐 质量浓度为15%至饱和浓度，再生时间为30-60min。
优选地，步骤(3)中的电催化氧化反应器所用的阴极为以下三种之一：石墨板，钛板， 负载钌氧化物或铱氧化物的钛板;所用的阳极为钛基形稳电极，涂层为钌氧化物或铱氧化物。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明的方法以电催化氧化的方法解决了树脂出水盐度升高的问题，电催化过程利 用树脂离子交换过程中增加的氯离子生成氯气、次氯酸等氧化剂，进一步去除污水中的有机 物，并起到消毒作用，消毒效果持续且稳定。通过两种工艺的联用，降低了树脂再生频次、 延长了电极寿命、降低了整体的处理成本，处理后的出水可直接回用，极大地缓解了水资源 短缺的问题;
(2)本发明中使用的磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂相比传统的苯乙烯系强碱性阴 离子交换树脂，由于其亲水性骨架结构，较小的颗粒粒径，在吸附容量、吸附速率、脱附速 率上都具有显著优势;
(3)本发明使用无机盐为主的复合再生剂，在保证良好的树脂再生效果的同时，不引入 酸、碱，使得树脂脱附液的处置较为简单;
(4)本发明采用的阴极和阳极都是工业上应用较为广泛的电极，电极寿命较长，使用效 果稳定，价格较低，性价比高;
(5)采用本发明的方法，处理后的出水可直接回用，极大地缓解了水资源短缺的问题， 本方法工艺简单、可实现自动化运行，适用于大规模污水处理;
(6)本发明与常规深度处理工艺相比，具有工艺简单、操作方便、无药剂投加、无二次 污染、处理效果好等优点。可实现城市生活污水深度处理的连续化、自动化运行;
(7)本方法工艺简单，规避了单一深度处理技术各自存在的缺点，降低了整体的处理成 本，能应用于大规模城市生活污水深度处理再生回用工艺中。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步地描述。
实施例1
某十五万吨污水处理厂二级生化出水指标：COD≈60-80mg/L，色度≈55-60度(铂钴比色 法)，NH3-N≈15-20mg/L，Cl-≈50-60mg/L。
采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处理，其步 骤为：
(1)在上流式气力搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂(南京 大学研制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687.1内容)接触反应，该深度 处理反应器能够实现液固混合，通水倍数100倍，水力停留时间60min;
(2)将树脂和水进行固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反应器;分离后的树脂90% 回流至深度处理反应器，10%通入再生池，在该再生池中对树脂进行再生，用15%NaCl溶液 再生30min，再生后送入深度处理反应器;失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配 制再生剂加以循环利用;
(3)分离后的出水通入电催化氧化反应器中进行处理，电流密度10mA/cm2，反应时间 60min，电极间距2cm，阳极采用钌氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用钛板。
上述出水水质：COD<40mg/L，色度<5度(铂钴比色法)，NH3-N<5mg/L，Cl-<20mg/L。
实施例2
某五万吨污水处理厂二级生化出水指标：COD≈60-70mg/L，色度≈50-55度(铂钴比色法)， NH3-N≈10-12mg/L，Cl-≈45-50mg/L。
采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处理，其步 骤为：
(1)在钢制机械搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂(南京大 学研制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687.1内容)接触反应，通水倍数 1000倍，水力停留时间10min;
(2)对步骤(1)中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反 应器，分离后的树脂90%回流至步骤(1)中的深度处理反应器，10%通入再生池用15%NaCl 溶液再生30min，再生后送入深度处理反应器;失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用 于配制再生剂加以循环利用;
(3)分离后的出水通入电催化氧化反应器中进行处理，电流密度5mA/cm2，反应时间 20min，电极间距2cm，阳极采用铱氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用石墨板。
出水水质：COD<30mg/L，色度<5度(铂钴比色法)，NH3-N<5mg/L，Cl-<25mg/L。
实施例3
某三十万吨污水处理厂二级生化出水指标：COD≈40-50mg/L，色度≈55-60度(铂钴比色 法)，NH3-N≈15-20mg/L，Cl-≈180-200mg/L。
采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处理，其步 骤为：
(1)在水力搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂(南京大学研 制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687.1内容)接触反应，通水倍数3000 倍，水力停留时间15min;
(2)对步骤(1)中的出水进行固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反应器，分离 后的树脂90%回流至深度处理反应器，10%通入再生池用15%NaCl溶液再生60min，再生后 送入深度处理反应器;失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂加以循环利 用，再生好的树脂送回该深度处理反应器;
(3)分离后的出水通入电催化氧化装置处理，电流密度2mA/cm2，反应时间30min，电 极间距2cm，阳极采用铱氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用负载钌氧化物的钛板。
出水水质：COD<30mg/L，色度<10度(铂钴比色法)，NH3-N<5mg/L，Cl-<60mg/L。
实施例4
某二十万吨污水处理厂二级生化出水指标：COD≈30-35mg/L，色度≈35-45度(铂钴比色 法)，NH3-N≈10-12mg/L，Cl-≈80-100mg/L。
采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处理，其步 骤为：
(1)在钢制机械搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂(南京大 学研制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687.1内容)接触反应，通水倍数 2000倍，水力停留时间40min;
(2)对步骤(1)中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反 应器，分离后的树脂90%回流至深度处理反应器，10%通入再生池用15%NaCl溶液再生 40min，再生后送入深度处理反应器;失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生 剂加以循环利用，再生好的树脂送回该深度处理反应器;
(3)分离后的出水通入电催化氧化装置处理，电流密度6mA/cm2，反应时间15min，电 极间距2cm，阳极采用铱氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用负载铱氧化物的钛板。
出水水质：COD<20mg/L，色度<5度(铂钴比色法)，NH3-N<5mg/L，Cl-<40mg/L。
实施例5
将实施例4中的强碱树脂换成澳大利亚ORICA公司产品MIEX(Cl)磁性粉体树脂，其 余条件相同。出水水质：COD<25mg/L，色度<5度(铂钴比色法)，NH3-N<8mg/L，Cl-< 45mg/L。
实施例6
将实施例3中的通水倍数减小为1000倍，水力停留时间加长为25min，其余条件相同。 出水水质：COD<20mg/L，色度<5度(铂钴比色法)，NH3-N<5mg/L，Cl-<60mg/L。
实施例7
将实施例3中电流密度增强为5mA/cm2，其余条件相同。出水水质：COD<25mg/L，色 度<5度(铂钴比色法)，NH3-N<5mg/L，Cl-<50mg/L。
实施例8
将实施例2中电流密度增强为10mA/cm2，反应时间加长为30min，其余条件相同。出水 水质：COD<20mg/L，色度<5度(铂钴比色法)，NH3-N<5mg/L，Cl-<15mg/L。
