一種循環(huán)利用離子交換樹(shù)脂脫硝再生鹽水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)及水處理領(lǐng)域，提供一種循環(huán)利用離子交換樹(shù)脂脫硝再生鹽水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水在中國(guó)北方地區(qū)是重要的飲用水源，但其硝酸鹽污染較重。硝酸鹽進(jìn)入人體內(nèi)，可以改變腸道系統(tǒng)的生理微環(huán)境，不利于有益功能菌群的活動(dòng)；也可能轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽后與血紅蛋白結(jié)合，使其失去輸氧能力；或與有機(jī)胺類(lèi)物質(zhì)結(jié)合，生成有致癌作用的有害物質(zhì)。因此，飲用硝酸超標(biāo)飲用水，危害人體的健康。另外，水的硝酸鹽污染會(huì)降低蔬菜品質(zhì)，也不利于水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖中動(dòng)物的健康生長(zhǎng)。因此，在地表水比較缺乏的北方地區(qū)，地下水硝酸鹽污染對(duì)人類(lèi)的生活與生產(chǎn)都帶來(lái)了不利的影響，亟待治理。
[0003]水中硝酸鹽的去除方法主要有物理化學(xué)法、化學(xué)法和生化法。物理化學(xué)法主要有蒸餾、電滲析、反滲透、離子交換等。其中，前三者都不具有選擇性，除硝的同時(shí)也去除了水中其它對(duì)人體有益的元素；離子交換法快速，易于自動(dòng)化控制，但產(chǎn)生高硝高鹽廢水。其實(shí)，所有物理化學(xué)方法只是轉(zhuǎn)移和富集硝酸鹽，產(chǎn)生的硝酸鹽廢水需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)處理，方可進(jìn)入環(huán)境。
[0004]化學(xué)還原除硝法可以用鋁、鐵等活潑金屬單質(zhì)為還原劑，也可以用氫氣、甲酸等為還原劑，在催化劑作用下還原硝酸鹽。無(wú)論是活潑金屬還原法，還是催化還原法，均容易形成亞硝酸鹽或銨類(lèi)副產(chǎn)物，實(shí)際應(yīng)用中還有諸多限制。
[0005]生物脫硝是反硝化細(xì)菌將硝酸鹽還原為氮?dú)獾倪^(guò)程，包括自養(yǎng)和異養(yǎng)反硝化兩種類(lèi)型。其中，自養(yǎng)反硝化以氫氣、單質(zhì)硫等無(wú)機(jī)物作為電子供體，反硝化速率較慢，但出水質(zhì)較好。不過(guò)，氫自養(yǎng)反硝化由于氫氣溶解度低、易爆，大規(guī)模應(yīng)用有難度；硫自養(yǎng)反硝化會(huì)產(chǎn)生硫酸根和酸度，只適合處理硝酸鹽超標(biāo)不嚴(yán)重而且硫酸鹽濃度不高的原水。異養(yǎng)反硝化以有機(jī)碳源作為電子供體，反硝化速率較快，但碳源添加要求高，過(guò)量會(huì)殘留而增加后續(xù)處理難度，投加不足容易導(dǎo)致出水中亞硝酸鹽累積。
[0006]可以聯(lián)合發(fā)揮離子交換法和生化法的各自?xún)?yōu)勢(shì)，以離子交換法轉(zhuǎn)移富集原水中的硝酸鹽，然后以生化方式徹底去除離子交換樹(shù)脂再生鹽水中的高濃度硝酸鹽。不過(guò)，在地表徑流較少的內(nèi)陸地區(qū)，再生鹽水除硝后還是不能輕易外排，因?yàn)橥馀披}水不容易通過(guò)地表徑流帶走，而是大多最終進(jìn)入地下，從而促進(jìn)土壤和地下水鹽化。
[0007]因此，在內(nèi)陸地區(qū)，循環(huán)利用離子交換樹(shù)脂脫硝再生鹽水，才能最大限度地降低其對(duì)環(huán)境的不利影響。做到這一點(diǎn)，需要控制再生鹽水中硫酸鹽的累積；需要去除生物反硝化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物；需要去除再生鹽水中可能富集的其它有害物質(zhì)，比如砷酸鹽。只有這樣，循環(huán)利用再生鹽水才不會(huì)污染樹(shù)脂和降低樹(shù)脂除硝能力。
[0008]再生鹽水中的硫酸根去除方法基本上有三種:硫酸鹽生物還原、硫酸鈣沉淀和硫酸鋇沉淀。硫酸鹽還原法只適合再生鹽水中硫酸鹽濃度不高的情況；硫酸鈣沉淀去除硫酸鹽和鈣離子殘余之間是一個(gè)矛盾，而且要求PH中性甚至酸性；硫酸鋇沉淀去除硫酸根的效果好于硫酸鈣沉淀，但成本更高。
[0009]異養(yǎng)反硝化處理脫硝再生鹽水時(shí)，硝酸鹽濃度一般在30mmol/L以上，相應(yīng)的有機(jī)碳源需求也在1500mg B0D/L以上。這種情況下，出水中細(xì)菌代謝形成的有機(jī)副產(chǎn)物濃度也較高，用常用的活性碳吸附法來(lái)處理，效果并不理想，而且活性碳再生成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了降低離子交換樹(shù)脂除硝再生鹽水對(duì)環(huán)境的不利影響，本發(fā)明提供一種循環(huán)利用離子交換樹(shù)脂脫硝再生鹽水的方法。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0012]一種循環(huán)利用離子交換樹(shù)脂脫硝再生鹽水的方法:采用再生鹽水，對(duì)處理硝酸鹽污染原水后失效的陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行兩個(gè)階段的再生，分段收集再生廢鹽水，并去除其中的硫酸鹽和硝酸鹽，再次用于樹(shù)脂再生。
[0013]其中，再生鹽水中氯鹽的濃度為0.1-1.0mol/L，碳酸氫鹽的濃度為0.05-0.5mol/L，氯鹽和碳酸氫鹽的總鹽濃度為0.3-1.5mol/L0
[0014]所述，首先進(jìn)行第一階段樹(shù)脂再生處理，并當(dāng)再生廢鹽水中硫酸根的濃度在60-120mmol/L之間時(shí)結(jié)束，收集所得為第一階段再生廢鹽水；而后繼續(xù)進(jìn)行第二階段樹(shù)脂處理，當(dāng)再生廢鹽水中硝酸根的濃度2-lOmmol/L時(shí)停止，收集所得為第二階段再生廢鹽水。
[0015]所述，向所述第一階段再生廢鹽水中加入作為反硝化碳源的乙酸，使pH〈7.0，然后添加氯化鈣，使鈣離子殘余10-20mmol/L，以硫酸鈣沉淀形式去除部分硫酸根，然后第一階段再生廢鹽水與第二階段再生廢鹽水混合，利用第二階段廢水中的碳酸氫根堿度形成碳酸鈣沉淀，使再生廢鹽水鈣離子殘余濃度〈3mmol/L。
[0016]所述鈣離子殘余濃度〈3mmol/L的再生廢鹽水用于生物反硝化處理，反硝化過(guò)程中，有機(jī)碳源添加總量為去除鈣離子殘余濃度〈3mmol/L的再生廢鹽水所有硝酸鹽所需碳源的80-90%卿10-20%不足)，以降低生物處理過(guò)程中有機(jī)副產(chǎn)物的形成，并添加l-5mmo/L的硫化物，使反硝化處理結(jié)束后亞硝酸鹽殘余濃度〈1.0mmol/Lo
[0017]其中，經(jīng)生物反硝化處理后的再生廢鹽水中添加氯化鈣，其添加的摩爾當(dāng)量為反硝化過(guò)程硝酸鹽去除摩爾當(dāng)量的40-60%，形成的新生碳酸鈣沉淀吸附其中的有機(jī)物，而后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、消毒后，再次用于樹(shù)脂再生。
[0018]專(zhuān)用裝置:
[0019]裝置包括原水池(I)、離子交換樹(shù)脂柱(2)、離子交換出水池(3)、樹(shù)脂再生進(jìn)水池(4)、樹(shù)脂再生第一階段出水池(5)、硫酸鈣沉淀池(6)、樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)、碳酸鈣沉淀池(8)、生物反硝化反應(yīng)體系(9)、碳酸鈣沉淀吸附池(10)、過(guò)濾器(11)、消毒器
(12)、再生鹽水儲(chǔ)存池(13)、樹(shù)脂清洗進(jìn)水池(14)和樹(shù)脂清洗出水池(15)；
[0020]其中，原水池(I)出水口、樹(shù)脂再生第一階段出水池(5)進(jìn)水口、樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)進(jìn)水口和樹(shù)脂清洗出水池(15)進(jìn)水口分別通過(guò)帶有閥門(mén)的管路與離子交換樹(shù)脂柱(2)的一端并聯(lián)式連通；離子交換出水池(3)進(jìn)水口、樹(shù)脂再生進(jìn)水池(4)出水口和樹(shù)脂清洗進(jìn)水池(14)出水口分別通過(guò)帶有閥門(mén)的管路與離子交換樹(shù)脂柱(2)的另一端并聯(lián)式連通；
[0021]硫酸鈣沉淀池(6)、碳酸鈣沉淀池(8)、生物反硝化反應(yīng)體系(9)、碳酸鈣沉淀吸附池(10)、過(guò)濾器(11)、消毒器(12)、再生鹽水儲(chǔ)存池(13)和樹(shù)脂再生進(jìn)水池(4)依次通過(guò)管路相連；所述硫酸鈣沉淀池(6)通過(guò)管路與樹(shù)脂再生第一階段出水池(5)出水口相連，碳酸鈣沉淀池(8)與樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)出水口通過(guò)管路相連。
[0022]所述生物反硝化反應(yīng)體系(9 )包括反硝化反應(yīng)器、反硝化反應(yīng)器內(nèi)壓平衡裝置、液封池；反應(yīng)器內(nèi)壓平衡裝置的進(jìn)氣口通過(guò)管路與反硝化反應(yīng)器上端相通，其出氣口與通過(guò)管路與反硝化反應(yīng)器底部相通，其溢氣口連接有膠管，膠管的另一端浸入液封池內(nèi)液面下。
[0023]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)是:
[0024]1.本發(fā)明在去除樹(shù)脂再生廢鹽水中的硝酸鹽和硫酸鹽的同時(shí)，也大大降低了生物反硝化所產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物的不利影響，降低了循環(huán)利用樹(shù)脂再生鹽水的成本。
[0025]2.本發(fā)明利用作為碳源的乙酸來(lái)酸化第一階段再生廢鹽水，為沉淀去除硫酸根創(chuàng)造條件；第一、二階段再生廢鹽水混合后形成的碳酸鈣沉淀，降低鈣離子殘余，利于生物反硝化的運(yùn)行。
[0026]3.碳源有限的反硝化有利于提高碳源利用率，降低有機(jī)副產(chǎn)物的形成。
[0027]4.利用反硝化過(guò)程產(chǎn)生的堿度和外源添加的氯化鈣，生成新生碳酸鈣，絮凝沉淀去除反硝化過(guò)程產(chǎn)生的水溶性有機(jī)副產(chǎn)物，降低活性碳消耗。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的離子交換樹(shù)脂脫硝再生鹽水循環(huán)利用方法的裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例1
[0030]循環(huán)利用離子交換樹(shù)脂脫硝再生鹽水的裝置包括:原水池(I)、離子交換樹(shù)脂柱
(2)、離子交換出水池(3)、樹(shù)脂再生進(jìn)水池(4)、樹(shù)脂再生第一階段出水池(5)、硫酸鈣沉淀池(6)、樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)、碳酸鈣沉淀池(8)、生物反硝化反應(yīng)體系(9)、碳酸鈣沉淀吸附池(10)、過(guò)濾器(11)、消毒器(12)、再生鹽水儲(chǔ)存池(13)、樹(shù)脂清洗進(jìn)水池(14)和樹(shù)脂清洗出水池(15 )。其中，原水池(I)出水口、樹(shù)脂再生第一階段出水池(5 )進(jìn)水口、樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)進(jìn)水口和樹(shù)脂清洗出水池(15)進(jìn)水口分別通過(guò)帶有閥門(mén)的管路與離子交換樹(shù)脂柱(2)的一端并聯(lián)式連通；離子交換出水池(3)進(jìn)水口、樹(shù)脂再生進(jìn)水池(4)出水口和樹(shù)脂清洗進(jìn)水池(14)出水口分別通過(guò)帶有閥門(mén)的管路與離子交換樹(shù)脂柱(2)的另一端并聯(lián)式連通。硫酸鈣沉淀池(6)、碳酸鈣沉淀池(8)、生物反硝化反應(yīng)體系(9)、碳酸鈣沉淀吸附池(10)、過(guò)濾器(11)、消毒器(12)、再生鹽水儲(chǔ)存池(13)和樹(shù)脂再生進(jìn)水池(4)依次通過(guò)管路相連；所述硫酸鈣沉淀池(6)通過(guò)管路與樹(shù)脂再生第一階段出水池(5)出水口相連，碳酸鈣沉淀池(8)與樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)出水口通過(guò)管路相連。
[0031]離子交換樹(shù)脂處理原水:離子交換柱(2)高100cm，內(nèi)填再生好的717型陰離子交換樹(shù)脂。原水PH值為7.3，硝酸鹽濃度為3.2mmol/L，硫酸鹽濃度為2.lmmol/L，氯離子濃度為0.8mmol/L。開(kāi)啟連通原水池(I)出水口和離子交換出水池(3)進(jìn)水口的閥門(mén)，20_24°C條件下，以13.5BV/h的流速處理原水。運(yùn)行至14小時(shí)，出水中的硝酸根濃度超過(guò)0.7mmol/L，關(guān)閉上述兩個(gè)閥門(mén)，進(jìn)入樹(shù)脂再生階段。
[0032]離子交換樹(shù)脂再生與清洗:樹(shù)脂再生所用的再生鹽水含有0.5N的氯化鈉、0.07N的碳酸氫鈉和0.1N的硫酸鉀。首先開(kāi)啟連通樹(shù)脂再生進(jìn)水池(4)出水口和樹(shù)脂再生第一階段出水池(5)進(jìn)水口的閥門(mén)，以流速為4.5BV/h進(jìn)行第一階段樹(shù)脂再生。I小時(shí)后，再生廢鹽水中硫酸根濃度為llOmmol/L時(shí)，關(guān)閉連通樹(shù)脂再生第一階段出水池(5)進(jìn)水口的閥門(mén)，開(kāi)啟連通樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)進(jìn)水口的閥門(mén)，以4.5BV/h的流速進(jìn)行第二階段樹(shù)脂再生。2小時(shí)后，再生廢鹽水中的硝酸根濃度為6.5mmol/L,關(guān)閉連通樹(shù)脂再生進(jìn)水池
(4)出水口和樹(shù)脂再生第二階段出水池(7)進(jìn)水口的閥門(mén)。開(kāi)啟連通樹(shù)脂清洗進(jìn)水池(14)出水口和樹(shù)脂清洗出水池(15)進(jìn)水口的閥門(mén)，用離子交換樹(shù)脂處理后的原水，以6BV/h的流速，清洗樹(shù)脂I小時(shí)，然后關(guān)閉連通樹(shù)脂清洗進(jìn)水池(14)出水口和樹(shù)脂清洗出水池(15)進(jìn)水口的閥門(mén)，完成離子交換樹(shù)脂的再生與清洗。
[0033]再生廢鹽水生化處理前的預(yù)處理:樹(shù)脂再生第一階段出水池(5