一種離子交換與反硝化集成去除水中硝態(tài)氮的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種離子交換與反硝化集成去除水中硝態(tài)氮的方法，更具體的說是一 種通過離子交換樹脂高效富集硝態(tài)氮，再對富集有硝態(tài)氮的離子交換樹脂進(jìn)行反硝化處理 得以再生利用去除硝態(tài)氮的集成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硝態(tài)氮在自然界的各種水體中廣泛存在。近年來，隨著我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展 和人類生產(chǎn)生活活動(dòng)的頻繁，工業(yè)廢水、農(nóng)村和城市污水來源的硝態(tài)氮不斷排放進(jìn)入自然 界，水中硝態(tài)氮濃度也急劇增大。地表水、地下水均受到了嚴(yán)重的硝態(tài)氮污染，其在飲用水 中的存在危害人體健康。
[0003]目前，各種水處理方法中，以反硝化反應(yīng)最為經(jīng)濟(jì)有效，該方法是反硝化微生物利 用有機(jī)碳源作為電子供體，利用硝態(tài)氮作為電子受體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將硝態(tài)氮還原為 氮?dú)獾倪^程。許多水處理工藝在設(shè)計(jì)中采用了各種反硝化工藝作為脫氮的重要工段，但許 多水體以及廢水的生化尾水中含有的生物可利用有機(jī)碳源含量較低，無法完全將硝態(tài)氮轉(zhuǎn) 化為氮?dú)猓斐伤腥院幸欢ê康南鯌B(tài)氮。常規(guī)的物理化學(xué)方法中，混凝法可去除膠體 及大分子有機(jī)物、磷酸鹽、部分重金屬和微污染物等，活性炭吸附法去除疏水性有機(jī)物、微 污染物、部分重金屬、納濾法和反滲透法對高價(jià)鹽和有機(jī)物有較好的去除，氧化法主要針對 還原性污染物如有機(jī)物等。這些物理化學(xué)方法對硝態(tài)氮的去除效果均不佳，而且納濾法和 反滲透法投資和運(yùn)行成本較高。專利CN104649420A所公開的一種去除水體中硝態(tài)氮的方 法，是直接將改性后的生物質(zhì)炭與反硝化菌混合，利用"固定化"反硝化菌通過反硝化作用， 直接去除硝態(tài)氮。專利CN104163479A公開的水中硝態(tài)氮去除的方法是利用電極的氧化還 原反應(yīng)去除水中硝態(tài)氮。專利CN102225807A所公開的一種簡易去除水中硝態(tài)氮的方法，是 通過向水中投加含有有機(jī)碳源的固態(tài)或塑性物料，達(dá)到提供碳源和降低溶解氧的效果，從 而使水中進(jìn)行反硝化反應(yīng)去除硝態(tài)氮的目的。
[0004] 離子交換法是一種常見的離子型污染物去除的方法之一，而使用陰離子交換樹脂 去除水中的硝態(tài)氮是常見的方法。然而，陰離子交換樹脂要使用大量高濃度鹽或堿進(jìn)行再 生，產(chǎn)生的脫附液中含有大量的目標(biāo)污染物、鹽或堿，難以再進(jìn)行生物法進(jìn)行處理。因此， 脫附液處理和處置的問題一直是離子交換法水處理實(shí)際應(yīng)用的瓶頸。專利CN104261596A 公開的一種樹脂脫污水廠出水硝酸鹽氮及樹脂再生液處理的方法，其技術(shù)流程為：離子交 換一5%鹽水（氯化鈉溶液）再生樹脂一樹脂脫附液反硝化，該技術(shù)采用了大量的低濃度 的氯化鈉溶液進(jìn)行再生，該專利技術(shù)的關(guān)鍵在于其含鹽脫附液采用自主研發(fā)的耐鹽反硝化 反應(yīng)器進(jìn)行高鹽脫附液的處理，該專利成本較高。而專利CN103435236A公開的一種離子交 換-零價(jià)鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，其將離子交換樹脂、零價(jià)鐵、自養(yǎng)反硝化菌及待處理 的水置于同一體系中進(jìn)行系列反應(yīng)：離子交換、零價(jià)鐵厭氧腐蝕、自養(yǎng)反硝化等，其技術(shù)關(guān) 鍵在于零價(jià)鐵因發(fā)生厭氧所釋放的氫氣充當(dāng)了自養(yǎng)反硝化菌的電子供體，而自養(yǎng)反硝化菌 同時(shí)利用硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化作用消耗硝酸鹽，降低硝態(tài)氮的濃度。該技術(shù)不 需要碳源，但需要使用零價(jià)鐵厭氧腐蝕產(chǎn)氫，在長期使用中對零價(jià)鐵需要更新處理或補(bǔ)充 新的零價(jià)鐵維持反應(yīng)。該專利針對"零價(jià)鐵自養(yǎng)反硝化"中硝酸鹽去除速率過低的缺陷，采 用了增加離子交換樹脂進(jìn)行快速處理，而且零價(jià)鐵腐蝕中產(chǎn)生的大量0H-離子，對離子交 換樹脂也具有再生作用，但再生出的硝酸鹽仍然需要通過零價(jià)鐵自養(yǎng)反硝化過程轉(zhuǎn)化為氮 氣，因此從本質(zhì)上看，該處理過程在長期使用中受到關(guān)鍵步驟-零價(jià)鐵自養(yǎng)反硝化反應(yīng)的 控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種離子交換與反硝化集成去除水中硝態(tài)氮 的方法，以高效去除水或廢水中硝態(tài)氮，同時(shí)降低處理成本。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種離子交換與反硝化集成去除水中硝態(tài)氮的方法，它包括以下步驟：
[0008] (1)離子交換：將含有硝態(tài)氮的水或含有硝態(tài)氮廢水通過裝有陰離子交換樹脂的 吸附塔進(jìn)行硝態(tài)氮的離子交換吸附；
[0009] (2)轉(zhuǎn)移：當(dāng)吸附塔出水中硝態(tài)氮的濃度為未吸附初始液中硝態(tài)氮濃度的5%~ 80%時(shí)，將吸附塔中30%~100%￥八的樹脂打入反應(yīng)釜，升溫至再生溫度30°(：~37°(：;
[0010] ⑶初次再生：向步驟⑵得到的體系中加入微生物菌劑和碳源，反應(yīng)釜保持所述 再生溫度及密封狀態(tài)，在攪拌條件下，反應(yīng)4~15小時(shí)后，經(jīng)固液分離保留樹脂，初次再生 過程即完成；
[0011] (4)樹脂初次回用：將步驟（3)初次再生得到的樹脂全部打回吸附塔進(jìn)行步驟（1) 的離子交換吸附過程；
[0012] (5)再生液培養(yǎng)：將再生后移出樹脂的反應(yīng)體系解除密封，停止攪拌，將溫度調(diào)整 為比再生溫度降低2~3°C，保持該溫度，每8~20小時(shí)補(bǔ)充加入碳源；
[0013] (6)再生：當(dāng)吸附塔出水中硝態(tài)氮的濃度為未吸附初始液中硝態(tài)氮濃度的5%~ 80%時(shí)，將吸附塔中30%~60%v/v的樹脂打入步驟（5)得到的含有再生液的反應(yīng)釜，升 高溫度至所述再生溫度，加入碳源，反應(yīng)釜保持所述再生溫度及密封狀態(tài)，在攪拌條件下， 反應(yīng)3~10小時(shí)后，經(jīng)固液分離保留樹脂，再生過程即完成；
[0014] (7)樹脂回用：將步驟（6)再生后的樹脂打回吸附塔進(jìn)行步驟（1)的離子交換吸 附過程；
[0015] ⑶重復(fù)步驟⑶~⑵。
[0016] 步驟（1)中，所述的含有硝態(tài)氮的水為自然界含硝態(tài)氮的水，如地表水、地下水； 所述的含硝態(tài)氮的廢水為人為干擾導(dǎo)致含有污染物的水。
[0017] 步驟（1)中，所述的含有硝態(tài)氮廢水在進(jìn)入吸附塔之前需要進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理以去 除廢水中的大分子有機(jī)物、色素等雜質(zhì)，防止對吸附塔造成堵塞，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)其所 掌握的現(xiàn)有技術(shù)和廢水的具體情況很容易選擇適合的預(yù)處理手段，例如過濾、絮凝等。
[0018] 步驟（1)中，含有硝態(tài)氮的水或含有硝態(tài)氮廢水中，硝態(tài)氮的濃度為5~2000mg/ L〇
[0019] 步驟（1)中，所述的離子交換樹脂，是指以下六種化學(xué)結(jié)構(gòu)中任意一種的離子交 換樹脂：
[0020]
[0021] 其中，n為 1 ~10000。
[0022] 所述的離子交換樹脂，優(yōu)選為Purolite?A-520E、PuroliteSA-850、：MIEXS.、:D201、 201、D202、202、D205、205、AmberliU、￡IR/\-9()l、Amberiite?IRA-900、SybronIonacSR-6、 SybronIonacSR-7樹脂，以及中國發(fā)明專利ZL201110327637. 8所公開的選擇性去除硝態(tài) 氮的磁性微球樹脂。
[0023] 步驟（1)中，所述的離子交換吸附的具體工藝條件，例如流速、吸附溫度等，本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以根據(jù)待吸附原料的情況、樹脂的情況以及現(xiàn)有技術(shù)很容易摸索出最佳的吸 附條件。
[0024] 步驟（2)中，優(yōu)選的是，樹脂打入反應(yīng)爸，加入礦質(zhì)元素溶液，在機(jī)械攪拌或水 力下，升溫至再生溫度30°C~37°C;所述的礦質(zhì)元素溶液，是指含有無機(jī)鹽總濃度為 0. 5wt%~5wt%的水溶液，其中，所述的無機(jī)鹽為氯化鈉、氯化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫 鈉、碳酸氫鉀、硫酸鈉和硫酸鉀中的任意一種或幾種的混合物。
[0025] 步驟⑵中，所述的礦質(zhì)元素溶液的體積用量為待再生樹脂體積的1~3倍。
[0026] 步驟（2)中，所述的礦質(zhì)元素溶液的主要功能是為再生樹脂的微生物提供營養(yǎng)成 分，如果待處理的水或廢水中就含有少量的鈉鹽或鉀鹽，即可無需添加礦質(zhì)元素溶液。即使 待處理的水或廢水中不含鈉鹽或鉀鹽，也可以不添加礦質(zhì)元素溶液，只是不添加礦質(zhì)元素 溶液的情況比添加礦質(zhì)元素溶液的情況略差。礦質(zhì)元素溶液的添加量也不宜過多，更優(yōu)選 的方案是，所述的礦質(zhì)元素溶液，是指含有無機(jī)鹽總濃度為〇. 5wt%~2wt%的水溶液。所 述的礦質(zhì)元素溶液，最優(yōu)選lwt%氯化鈉水溶液、或者lwt%氯化鈉與0. 5wt%的碳酸氫鈉 的混合水溶液。
[0027] 步驟（2)中，升溫速率為0? 1~3°C/分鐘，優(yōu)選為0? 5°C/分鐘。
[0028] 步驟（3)中，所述的微生物菌劑，是指好氧污泥和/或反硝化細(xì)菌，其中，所述的反 硝化細(xì)菌單獨(dú)使用菌體本身或者將反硝化細(xì)菌生長于固定載體上形成生物膜后再使用，優(yōu) 選使用好氧污泥。
[0029] 其中，對于好氧污泥以及反硝化細(xì)菌的制備方法、種類和來源，本發(fā)明沒有特別 限定，只要其可以利用碳源消耗本發(fā)明所述的硝態(tài)氮的所有微生物都可以作為本發(fā)明的 微生物菌