專利名稱：一種離子交換樹脂再生廢液的處理與回用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種離子交換樹脂再生廢液的處理與回用技術(shù)。
背景技術(shù)：
地下水是我國北方地區(qū)重要的飲用水水源，特別是在北方農(nóng)村地區(qū)，生活飲用水幾乎全部來自地下水。然而，在大多數(shù)地區(qū)，作為飲用水水源的地下水已不同程度地受到硝酸鹽污染，并且有逐年加重的趨勢(shì)。硝酸鹽攝入人體后，容易還原成亞硝酸鹽，導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥，三個(gè)月以下的嬰兒受此危害最大；此外，亞硝酸鹽還有使人體致癌的風(fēng)險(xiǎn)。因此，許多國家和國際組織都對(duì)飲用水中硝酸鹽的濃度設(shè)定了最高限值，如歐盟和世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定飲用水中的硝酸鹽氮含量不得超過11.3 mg/L，美國EPA的限值為10 mg/L，我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)規(guī)定硝酸鹽氮最高限值為10 mg/L (水源受限地區(qū)為20 mg/L)。可用于脫除地下水中脫硝酸鹽的方法有很多，如離子交換、生物反硝化、反滲透等方法。生物反硝化被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的地下水脫氮技術(shù)，但是在常規(guī)地下水異養(yǎng)反硝化脫氮過程中，地下水不可避免地會(huì)受到殘留反硝化碳源、反硝化菌及其代謝產(chǎn)物的污染。即用生物反硝化法處理地下水，易導(dǎo)致二次污染。反滲透法具有脫硝效果好，且透過反滲透膜的水基本不需要后處理。但是，用反滲透法處 理地下水時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量濃縮水，必須妥善處置。此夕卜，反滲透法沒有選擇性，即反滲透在去除有害離子的同時(shí)也去除對(duì)人體健康有益的離子，故長期飲用經(jīng)反滲透裝置處理過的地下水也不利于人體健康。離子交換法具有技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便、硝酸鹽去除程度高、出水水質(zhì)好、投資和運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低等特點(diǎn)，且飽和的離子交換樹脂經(jīng)再生后可重復(fù)使用，因此該方法在美國應(yīng)用較為普遍。用離子交換法處理受硝酸鹽污染的地下水，飽和的離子交換樹脂一般用質(zhì)量百分濃度為f 3%的氯化鈉水溶液進(jìn)行再生。再生過程中排出的再生廢液因含有較高濃度的氯化鈉和硝酸鹽，很難處置。在國外，這種離子交換樹脂再生廢液一般直接排入城鎮(zhèn)下水道，與大量的市政污水混合后一并送城鎮(zhèn)污水處理廠處理。但國內(nèi)城鎮(zhèn)生活污水處理率很低，特別是在廣大的農(nóng)村和小城鎮(zhèn)，基本沒有生活污水處理設(shè)施。因此，不可能像國外那樣，把離子交換樹脂再生廢液與生活污水混在一起送城鎮(zhèn)污水處理廠處理。如果無法有效地解決離子交換樹脂再生廢液的處置難題，具有技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便、硝酸鹽去除程度高、出水水質(zhì)好、投資和運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低等特點(diǎn)的離子交換法就很難在我國地下水脫硝酸鹽領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種飽和離子交換樹脂再生廢液的處理與回用方法。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是，提供一種環(huán)保、方便，解決離子交換樹脂再生廢液處置難題的離子交換脫除地下水中硝酸鹽的方法。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種離子交換樹脂再生廢液的處理與回用方法，利用陰離子交換膜生物反應(yīng)器脫除掉離子交換樹脂再生廢液中的硝酸鹽，所述陰離子交換膜一側(cè)是反硝化脫氮介質(zhì)，另一側(cè)是離子交換樹脂再生廢液，然后將脫除掉硝酸鹽的離子交換樹脂再生廢液回用于飽和離子交換樹脂的再生，實(shí)現(xiàn)離子交換樹脂再生廢液的資源化利用。作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述反硝化脫氮介質(zhì)含有耐鹽反硝化菌、反硝化碳源和氯化鈉，其中氯離子的濃度比所述離子交換樹脂再生廢液中的氯離子濃度高200(T4000mg/L。為了解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種包括再生廢液處理與回用的離子交換脫除地下水中硝酸鹽的方法，包括(I)離子交換，脫除地下水中硝酸鹽，至樹脂接近飽和；(2)飽和離子交換樹脂用氯化鈉溶液進(jìn)行再生，產(chǎn)生離子交換樹脂再生廢液，再生后的樹脂循環(huán)用于步驟(I )，其特征在于，還包括步驟(3)離子交換樹脂再生廢液的處理與回用，用陰離子交換膜生物反應(yīng)器脫除掉離子交換樹脂再生廢液中的硝酸鹽，所述陰離子交換膜一側(cè)是反硝化脫氮介質(zhì)，另一側(cè)是離子交換樹脂再生廢液，然后將脫除掉硝酸鹽的離子交換樹脂再生廢液回用于飽和離子交換樹脂的再生。作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述反硝化脫氮介質(zhì)含有耐鹽反硝化菌、反硝化碳源和氯化鈉，其中氯離子的濃度比所述離子交換樹脂再生廢液中的氯離子濃度高200(T4000mg/L。反硝化介質(zhì)中的氯離子通過陰離子交換膜與再生廢液中的硝酸根離子進(jìn)行離子交換，氯離子進(jìn)入再生廢液中，而硝酸根離子則進(jìn)入反硝化介質(zhì)中。進(jìn)入反硝化介質(zhì)中的硝酸根離子被其中的反硝化菌還原成氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)生物脫氮。由于離子交換膜生物反應(yīng)器中的陰離子交換膜是無孔膜，除陰離子外，其他離子或分子都不能通過該膜，故不會(huì)有其他雜質(zhì)進(jìn)入再生廢液中。因此，用離子交換膜生物反應(yīng)器脫除掉再生廢液中的硝酸鹽之后，該再生廢液可重新用于飽和離子交換樹脂的再生，從而實(shí)現(xiàn)再生廢液的循環(huán)利用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明不僅解決了離子交換樹脂再生廢液的處理難題，為離子交換法在我國地下水脫硝酸鹽工程中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也實(shí)現(xiàn)了離子交換樹脂再生廢液的資源化利用，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為離子交換膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1.離子交換法脫除地下水中的硝酸鹽及離子交換樹脂再生廢液的處理 步驟一:離子交換。將IOOmL A520E樹脂裝填在內(nèi)徑為26mm的離子交換柱中，充填高 度約200_。因這種樹脂是以Cr型出售，所以用少量去離子水淋洗后即可使用。用恒流泵把受硝酸鹽污染的地下水輸送至離子交換柱的頂部，使水自上而下通過樹脂床層，收集樹脂床層中流出的水，分析其中的硝酸鹽氮的濃度。當(dāng)出水中Ν03_-Ν濃度達(dá)到10 mg/L時(shí)，認(rèn)為樹脂床層被穿透，樹脂接近飽和，此時(shí)關(guān)閉恒流泵，終止離子交換。步驟二:離子交換樹脂的再生。吸附飽和的離子交換樹脂用3%的氯化鈉溶液進(jìn)行再生。再生過程的操作方式與離子交換過程基本相同，只要將地下水置換成3%氯化鈉溶液即可。收集并分析再生廢液中Ν03_-Ν的濃度，當(dāng)吸附在樹脂上的Ν03_-Ν有95%被再生下來，即認(rèn)為再生完全。然后用去離子水淋洗樹脂床層，供下一循環(huán)使用。經(jīng)檢測(cè)，再生廢液中 N(V_N=550mg/L，Cr=18000mg/L。步驟三:用離子交換膜生物反應(yīng)器處理步驟二產(chǎn)生的再生廢液
O耐鹽反硝化菌的馴化培養(yǎng):在每升蒸餾水中分別加入硝酸鉀2000mg/L，乙醇1500mg/L,氯化鈣 350mg/L，硫酸鎂 300mg/L, pH 7.2 的 0.2 mol/L 磷酸鹽緩沖液 0.5mL,構(gòu)成反硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)液。把取自城市生活污水處理廠的活性污泥加入到反硝化細(xì)菌培養(yǎng)液中，進(jìn)行反硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)。培養(yǎng)反硝化細(xì)菌的反應(yīng)器每天攪拌反應(yīng)20h，靜止沉淀4h，用虹吸法排出上清液，然后再加入新鮮的反硝化細(xì)菌培養(yǎng)液進(jìn)行下一輪操作。持續(xù)運(yùn)行70d后，在反硝化細(xì)菌培養(yǎng)液中增加氯化鈉，其濃度為2000mg/L，然后每隔15d增加2000mg/L的氯化鈉，逐漸馴化出耐鹽的反硝化細(xì)菌。耐鹽反硝化菌培養(yǎng)基中氯化鈉的最終濃度取決于需要處理的離子交換樹脂再生廢液中氯化鈉的濃度，前者氯離子濃度比后者高200(T4000mg/L。2)離子交換膜生物反應(yīng)器:本發(fā)明所述的離子交換膜生物反應(yīng)器是一個(gè)雙室反應(yīng)器(參見圖1)，其中的一個(gè)腔室內(nèi)是待處理的離子交換樹脂再生廢液，另一個(gè)腔室中是生物反硝化介質(zhì)(包括耐鹽反硝化細(xì)菌、反硝化碳源、氯化鈉等)，兩個(gè)腔室之間用陰離子交換膜(AMV膜)隔開，兩個(gè)腔室的大小均為5cmX 12.5cmX 18cm。

3)在圖1所示的離子交換膜生物反應(yīng)器陰離子交換膜的兩側(cè)分別加入離子交換樹脂再生廢液和反硝化介質(zhì)(MLSS 6000^8000mg/L, CF濃度比再生廢液高200(T4000mg/L, C/N>4，pH 71)，打開機(jī)械攪拌，開始再生廢液的處理。反應(yīng)40h后，離子交換樹脂再生廢液一側(cè)的N03--N=39.0mg/L,反硝化介質(zhì)一側(cè)的N03__N=4.6mg/L。表明用離子交換膜生物反應(yīng)器處理離子交換樹脂再生廢液是完全可行的。此外，檢測(cè)結(jié)果還表明，生物反硝化的碳源(乙醇)沒有從反硝化介質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入離子交換樹脂再生廢液中，即離子交換樹脂再生廢液沒有被反硝化碳源所污染，這對(duì)其回用極為有利。實(shí)施例2.離子交換樹脂再生廢液的回用 步驟一:同實(shí)施例1步驟一。步驟二:再生廢液的回用。用實(shí)施例1步驟三處理過的再生廢液代替氯化鈉溶液作為飽和離子交換樹脂的再生劑，再生步驟一中飽和的離子交換樹脂，具體操作同實(shí)施例1步驟二。經(jīng)檢測(cè)新產(chǎn)生的再生廢液中N03—N=566mg/L，Cl_=18720mg/L。步驟三:用離子交換膜生物反應(yīng)器處理步驟二產(chǎn)生的再生廢液，具體操作同實(shí)施例I步驟三。反應(yīng)48h后，離子交換樹脂再生廢液一側(cè)的N03--N=37.5mg/L,反硝化介質(zhì)一側(cè)的 N<V_N=3.9mg/L。說明用離子交換膜生物反應(yīng)器處理過的離子交換樹脂再生廢液可以循環(huán)利用。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種離子交換樹脂再生廢液的處理與回用方法，其特征在于，利用陰離子交換膜生物反應(yīng)器脫除掉離子交換樹脂再生廢液中的硝酸鹽，所述陰離子交換膜一側(cè)是反硝化脫氮介質(zhì)，另一側(cè)是離子交換樹脂再生廢液，然后將脫除掉硝酸鹽的離子交換樹脂再生廢液回用于飽和離子交換樹脂的再生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子交換樹脂再生廢液的處理與回用方法，其特征在于，所述反硝化脫氮介質(zhì)含有耐鹽反硝化菌、反硝化碳源和氯化鈉，其中氯離子的濃度比所述離子交換樹脂再生廢液中的氯離子濃度高200(T4000mg/L。
3.一種包括再生廢液處理與回用的離子交換脫除地下水中硝酸鹽的方法，包括(I)離子交換，脫除地下水中硝酸鹽，至樹脂接近飽和；(2)飽和離子交換樹脂用氯化鈉溶液進(jìn)行再生，產(chǎn)生離子交換樹脂再生廢液，再生后的樹脂循環(huán)用于步驟(I )，其特征在于，還包括步驟(3)離子交換樹脂再生廢液的處理與回用，用陰離子交換膜生物反應(yīng)器脫除掉離子交換樹脂再生廢液中的硝酸鹽，所述陰離子交換膜一側(cè)是反硝化脫氮介質(zhì)，另一側(cè)是離子交換樹脂再生廢液，然后將脫除掉硝酸鹽的離子交換樹脂再生廢液回用于飽和離子交換樹脂的再生。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種包括再生廢液處理與回用的離子交換脫除地下水中硝酸鹽的方法，其特征在于，所述反硝化脫氮介質(zhì)含有耐鹽反硝化菌、反硝化碳源和氯化鈉，其中氯離子的濃度比所述 離子交換樹脂再生廢液中的氯離子濃度高200(T4000mg/L。
全文摘要
一種離子交換樹脂再生廢液的處理與回用方法，利用陰離子交換膜生物反應(yīng)器脫除掉離子交換樹脂再生廢液中的硝酸鹽，所述陰離子交換膜一側(cè)是反硝化脫氮介質(zhì)，另一側(cè)是離子交換樹脂再生廢液，然后將脫除掉硝酸鹽的離子交換樹脂再生廢液回用于飽和離子交換樹脂的再生。本發(fā)明不僅解決了離子交換樹脂再生廢液的處理難題，為離子交換法在我國地下水脫硝酸鹽工程中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也實(shí)現(xiàn)了離子交換樹脂再生廢液的資源化利用，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J49/00GK103145231SQ20131006359
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者曹國民, 盛梅, 郝圣楠, 雷于葭, 唐琪瑋, 王若飛, 郁一村, 方彬 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)