申请日2014.10.23
公开(公告)日2015.01.07
IPC分类号C02F9/04; C02F1/42; C02F3/28
摘要
本发明公开了一种树脂脱除污水厂出水硝酸盐氮及树脂再生液处理的方法，通过多个离子交换树脂罐交替串联的方式，提高了单位体积树脂的利用率，从而有效去除污水中的硝酸盐氮，该工艺设备简单易操作，可降低投资成本和运行成本。采用一种自制耐盐反硝化反应器，通过控制溶解氧、pH值和投加适量的碳源，可有效地去除再生液中的硝酸盐氮，处理后的再生液回流至污水厂的厌氧或缺氧池，由于再生液量小，对于整个污水厂处理工艺不会产生明显影响。整个处理工艺及方法对环境不造成任何污染物的外排。
权利要求书
1.一种树脂脱污水厂出水硝酸盐氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：来水首先通过多介质过滤器，去除水质中绝大部分的悬浮物、胶体和颗粒物，出水水质悬浮物控制在10mg/L以下;
步骤2：出水直接进入离子交换树脂罐，采用多个树脂罐交替串联的方式进行硝酸盐氮的脱除。
2.根据权利要求1所述的树脂脱污水厂出水硝酸盐氮的方法，其特征在于：步骤2中所述的采用多个树脂罐交替串联的方式处理污水，其具体实现过程为：将3组树脂罐串联，污水首先通过1、2号树脂罐，当2号树脂罐出水达到标准的临界值时，将污水的流路改为通过2、3号树脂罐，此时的1号树脂罐树脂进行在线再生;当3号树脂罐出水达到标准的临界值时，将污水的流路改为通过3、1号树脂罐，此时的2号树脂罐树脂进行在线再生;当1号树脂罐出水达到标准的临界值时，将污水的流路改为通过1、2号树脂罐，此时的3号树脂罐树脂进行在线再生;后续过程依据前述过程循环进行。
3.根据权利要求2所述的树脂脱污水厂出水硝酸盐氮的方法，其特征在于：所述的树脂进行在线再生，其具体实现过程是采用5%的食盐水进行再生，之后用去离子水淋洗整个树脂层。
4.根据权利要求3所述的树脂脱污水厂出水硝酸盐氮的方法，其特征在于：采用5%食盐水再生树脂的流速为4BV/h，再生时间为1.5~2h。
5.根据权利要求3所述的树脂脱污水厂出水硝酸盐氮的方法，其特征在于：采用5%食盐水再生树脂后用流速20BV/h的去离子水淋洗树脂层1h。
6.一种树脂脱污水厂出水硝酸盐氮后的树脂再生液处理的方法，其特征在于：首先培养驯化耐盐反硝化反应器，将离子交换树脂再生液输送至已培养驯化好的耐盐反硝化反应器中，同时投加相应比例的碳源，处理离子交换树脂再生液，反硝化处理后的再生液直接回流至污水厂的厌氧或缺氧池。
7.根据权利要求6所述的树脂再生液处理的方法，其特征在于：所述的培养驯化耐盐反硝化反应器，其具体过程是将城市污水处理厂的活性污泥加入至耐盐反硝化反应器，同时加入硝酸盐氮和碳源，其中碳源的BOD绝对量为进水再生液中硝酸盐氮绝对量的4倍，控制溶解氧在0.1~0.5mg/L、pH至在6~8，进行反硝化细菌的富集培养;后续逐步提高硝酸钾和氯化钠投加量，从而提高耐盐反硝化反应器的硝酸盐氮含量和含盐量，直至系统硝酸盐氮含量在600mg/L，含盐量在2%左右。
8.根据权利要求6所述的树脂再生液处理的方法，其特征在于：将离子交换树脂再生液输送至已培养驯化好的耐盐反硝化反应器中，同时投加相应比例的碳源，控制溶解氧在0.1~0.5mg/L，反应20h后，出水的硝酸盐氮可达到30mg/L以内。
说明书
一种树脂脱污水厂出水硝酸盐氮及树脂再生液处理的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种硝酸盐氮处理方法，特别涉及一种树脂脱除污水厂出水硝酸盐氮及树脂再生液处理的方法，适用于污水处理厂尾端排放水硝酸盐氮超标的处理。
背景技术
生活污水和工业污水是当今社会不可避免产生的产物，为了达到资源的可持续化发展，保证这些污水排入至海洋、河流、湖泊等水体不产生污染，因此，需要将这些污水处理至无害化程度，方可将其排入至海洋、河流、湖泊等水体，有些污水处理后甚至要求直接排入饮用水源。而可排放污水中硝酸盐氮的含量要求较低，部分常规工艺很难保证排放水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 11.3 mg/L， 美国EPA 的限值为 10 mg/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 10 mg/L(水源受限地区为 20 mg/L)。
目前，硝酸盐氮去除技术大体分为物理化学、化学、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，由于存在处理费用比较高、 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 Fe0、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、条件较难控制且存在二次污染。
采用离子交换法处理硝酸盐氮超标的污水，饱和的离子交换树脂一般用质量百分浓度为 3～5% 的氯化钠水溶液进行再生。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，但又很难处置。如果无法有效地解决离子交换树脂再生废液的处置难题，具有技术成熟、设备简单、运行管理方便、硝酸盐去除程度高和运行费用相对较低等特点的离子交换法就很难在我国污水脱硝酸盐氮领域推广及应用。
发明内容
本发明需要解决的第一个技术问题是常规离子交换树脂吸附污水的利用率不高，提供一种有效利用离子交换树脂吸附污水中的硝酸盐氮，制定合理、经济、且可行的处理工艺。
本发明需要解决的第二个技术问题是离子交换树脂再生液较难处置，提供一种环保、方便、且经济的离子交换树脂再生液的处理方法。
本发明所采用的技术方案是：一种树脂脱污水厂出水硝酸盐氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：来水首先通过多介质过滤器，去除水质中绝大部分的悬浮物、胶体和颗粒物，出水水质悬浮物控制在10mg/L以下;可有效地防止离子交换树脂罐的堵塞问题;
步骤2：出水直接进入离子交换树脂罐，采用多个树脂罐交替串联的方式进行硝酸盐氮的脱除;可大大提高树脂的利用率，节约投资成本，降低运行费用。
作为优选，步骤2中所述的采用多个树脂罐交替串联的方式处理污水，其具体实现过程为：将3组树脂罐串联，污水首先通过1、2号树脂罐，当2号树脂罐出水达到标准的临界值时，将污水的流路改为通过2、3号树脂罐，此时的1号树脂罐树脂进行在线再生;当3号树脂罐出水达到标准的临界值时，将污水的流路改为通过3、1号树脂罐，此时的2号树脂罐树脂进行在线再生;当1号树脂罐出水达到标准的临界值时，将污水的流路改为通过1、2号树脂罐，此时的3号树脂罐树脂进行在线再生;后续过程依据前述过程循环进行。
作为优选，所述的树脂进行在线再生，其具体实现过程是采用5%的食盐水进行再生，之后用去离子水淋洗整个树脂层。
作为优选，采用5%食盐水再生树脂的流速为4BV/h，再生时间为1.5~2h。
作为优选，采用5%食盐水再生树脂后用流速20BV/h的去离子水淋洗树脂层1h。
一种树脂脱污水厂出水硝酸盐氮后的树脂再生液处理的方法，其特征在于：首先培养驯化耐盐反硝化反应器，将离子交换树脂再生液(约15L)输送至已培养驯化好的耐盐反硝化反应器中，同时投加相应比例的碳源，处理离子交换树脂再生液，反硝化处理后的再生液直接回流至污水厂的厌氧或缺氧池。
作为优选，所述的培养驯化耐盐反硝化反应器，其具体过程是将城市污水处理厂的活性污泥加入至耐盐反硝化反应器，同时加入硝酸盐氮和碳源，其中碳源的BOD绝对量为进水再生液中硝酸盐氮绝对量的4倍，控制溶解氧在0.1~0.5mg/L、pH至在6~8，进行反硝化细菌的富集培养;后续逐步提高硝酸钾和氯化钠投加量，从而提高耐盐反硝化反应器的硝酸盐氮含量和含盐量，直至系统硝酸盐氮含量在600mg/L，含盐量在2%左右。
作为优选，将离子交换树脂再生液输送至已培养驯化好的耐盐反硝化反应器中，同时投加相应比例的碳源，控制溶解氧在0.1~0.5mg/L，反应20h后，出水的硝酸盐氮可达到30mg/L以内。
本发明先采用多介质过滤器处理水质中悬浮物，再通过多个离子交换树脂罐交替串联的方式，提高了单位体积树脂的利用率，从而有效去除污水中的硝酸盐氮，该工艺设备简单易操作，可降低投资成本和运行成本。采用专门驯化的UASB耐盐反硝化反应器，有效地去除了再生液中的硝酸盐氮，处理后的再生液回流至污水厂的厌氧或缺氧池，整个处理过程不产生任何污染物质，且对原有污水处理工艺及体系无任何明显影响。硝酸盐氮反硝化转化产物氮气可以直接排放至大气，整个处理工艺过程不造成任何污染物排放至环境中。整个处理工艺及方法对环境不造成任何污染物的外排。
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发明，下面结合附图及实施例对本发明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发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
取武汉某生活污水处理厂A的现有出水作为实验进水，常用水质指标如下表1：
表1 污水处理厂A出水指标
COD(mg/L) 氨氮(mg/L) 硝酸盐氮(mg/L) 总磷(mg/L) A污水厂出水 30 0.28 10.4 0.60
实验步骤一：将专用除硝酸根树脂制成三个内径40mm，填充高度为400mm的树脂柱，先将1、2号树脂柱串联，采用蠕动泵将污水输送至树脂柱顶部，在一定的动力下使污水自上而下的通过树脂柱。控制流速在40BV/h。
实验步骤二：分析每次串联的第二根树脂的出水硝酸盐氮浓度，当出水硝酸盐氮浓度超过2mg/L时，认为第一根树脂已完全吸附饱和，此时可切换为2、3号树脂柱串联，继续进水。通过离子交换树脂的出水水质指标为表2：
表2 流经树脂出水指标
COD(mg/L) 氨氮(mg/L) 硝酸盐氮(mg/L) 总磷(mg/L) 流经树脂出水 18 0.21 2.0以内 0.41
实验步骤三：与此同时，1号树脂柱可采用5%食盐水进行离子交换树脂的再生。再生的操作同离子交换的过程基本一致，只需将进水改为5%的食盐水即可，再生时的流速应改为4BV/h，再生时间为2h。再生后的树脂柱需要用去离子水淋洗整个树脂柱。整个再生液过程产生的废水混合后统称为离子交换树脂的再生液。
实验步骤四：离子交换树脂再生液的处理。首先是培养耐盐反硝化反应器：将城市污水处理厂的活性污泥加入至耐盐反硝化反应器，同时加入浓度为100mg/L的硝酸盐氮和400mg/L的BOD，控制溶解氧在0.1~0.5mg/L、pH至在6~8，进行反硝化细菌的富集培养。后续将逐步提高硝酸钾和氯化钠投加量，从而提高耐盐反硝化反应器的硝酸盐氮含量和含盐量。直至系统硝酸盐氮含量在600mg/L，含盐量在2%左右。
实验步骤五：将离子交换树脂再生液(约15L)输送至已培养驯化好的耐盐反硝化反应器中，同时投加相应比例的碳源，控制溶解氧在0.1~0.5mg/L，反应20h后，出水的硝酸盐氮可达到30mg/L以内。
将脱氮后的再生液直接回流至污水厂的厌氧或缺氧池，由于再生液量相对于整个污水厂水量来说微乎其微，其对整个污水进水不会产生明显的变化。再生液可全部回流至污水处理系统，因此对环境不会造成二次污染。
该结果表明耐盐反硝化反应器对高浓度硝酸盐氮也可以有较快、较高的去除效果。硝酸盐氮反硝化转化产物氮气可以直接排放至大气，整个处理工艺过程不造成任何污染物排放至环境中。
实施例2：
取武汉某污水处理厂B的现有出水作为实验进水，常用水质指标如下表3：
表 3 污水处理厂B出水指标
COD(mg/L) 氨氮(mg/L) 硝酸盐氮(mg/L) 总磷(mg/L) A污水厂出水 36 0.50 17.9 0.37
实验步骤一：将专用除硝酸根树脂制成三个内径40mm，填充高度为400mm的树脂柱，先将1、2号树脂柱串联，采用蠕动泵将污水输送至树脂柱顶部，在一定的动力下使污水自上而下的通过树脂柱。控制流速在20BV/h。
实验步骤二：分析每次串联的第二根树脂的出水硝酸盐氮浓度，当出水硝酸盐氮浓度超过2mg/L时，认为第一根树脂已完全吸附饱和，此时可切换为2、3号树脂柱串联，继续进水。通过离子交换树脂的出水水质指标为表4：
表4 流经树脂出水指标
COD(mg/L) 氨氮(mg/L) 硝酸盐氮(mg/L) 总磷(mg/L) 流经树脂出水 22 0.35 2.0以内 0.22
实验步骤三：与此同时，1号树脂柱可采用5%食盐水进行离子交换树脂的再生。再生的操作同离子交换的过程基本一致，只需将进水改为5%的食盐水即可，再生时的流速应改为4BV/h，再生时间为1.5h。再生后的树脂柱需要用去离子水淋洗整个树脂柱。整个再生液过程产生的废水混合后统称为离子交换树脂的再生液。
实验步骤四：离子交换树脂再生液的处理。该处理方法同实施例1的实验步骤四和实验步骤五。
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。
