连续式高氨氮尾水的深度处理系统及处理方法

摘要

本发明公开了连续式高氨氮尾水的深度处理系统及处理方法，属于尾水深度处理领域。该系统包括混合反应罐、再生罐，混合反应罐连接斜板沉淀池，斜板沉淀池连接再生罐，再生罐与清洗罐和纳滤系统分别连通。处理方法的步骤为：预处理、用磁性阴离子交换树脂和人造沸石的混合反应罐吸附、出水与吸附剂的分离、固液分离、树脂输送至再生罐、树脂再生、清洗和树脂脱附液处置。本发明第一次将尾水与人造沸石和磁性阴离子交换树脂在同一个混合反应罐内搅拌，可以在较短的时间同时去除尾水中氨氮和天然有机酸；还可实现尾水高效治理与资源回收利用的统一。

说明书

技术领域：本发明涉及一种尾水深度处理设备及方法，更具体的说是一种连续式高氨氮尾水的深度处理系统及处理方法。

背景技术：废水经过生化处理后，尾水中所含水溶性天然有机酸和氨氮含量较高，未经深度处理直接排放到环境中会导致水体CODcr升高、水体富营养化。传统混凝法对水溶性天然有机酸的去除率较低，且产生的泥渣不易处置；虽然固定床树脂吸附柱对尾水中有机污染物有较好的吸附去除效果，但树脂床容易被尾水中的天然有机酸所堵塞，且树脂自身抗污染能力较弱，特别是固定床移动工艺存在着设备投资高、运行动力消耗大、处理速度较慢的不足。针对上述不足，如能实现不同吸附剂在同一个混合反应罐内对尾水中氨氮和天然有机酸进行快速吸附，采用连续进水/出水的运行模式，不仅可以极大的提高尾水的处理效率，还可以降低设备的投资和运行成本。

目前去除尾水中氨氮主要通过生物法和沸石吸附法，而去除尾水中的有机物则通过混凝法和树脂离子交换与吸附法，然而上述方法在实际应用研究过程中存在以下不足：1)生物法对尾水中的氨氮和有机物都有一定的去除效果，但是所需运行时间较长，且受环境条件影响较大；而目前沸石去除氨氮所采用的单级固定床吸附工艺，操作过程中动力消耗较大，且无法高效去除尾水中的有机质(特别是小分子溶解性有机酸)；2)混凝法对水中大分子疏水性有机质有较好的去除效果，但对高水溶性和亲水性的有机酸去除率较低，且无法去除氨氮；传统的阴离子交换树脂对水中溶解性有机酸有很好的去除效果，但是所采用的吸附柱式操作工艺不仅动力消耗大、设备和基建费用高、处理速度慢，同时也无法去除氨氮。

发明内容：发明要解决的技术问题：针对现有技术处理含有尾水中所含水溶性天然有机酸和氨氮存在的问题，本发明提供一种连续式高氨氮尾水的深度处理系统及处理方法，即分离回收废水中90％以上的天然有机酸、80％以上的氨氮。经过处理，尾水COD_Cr从150mg/L左右降至30mg/L以下，氨氮从20mg/L左右降至4mg/L以下。在对尾水进行有效净化的同时，该方法还可制得天然有机酸氨(主要是腐殖酸氨类)用于植物肥料，从而实现尾水高效治理与资源回收利用的统一。

技术方案本发明的原理：采用沸石和磁性阴离子交换树脂混合吸附尾水中的氨氮和天然有机酸，处理采用连续进水和连续出水模式，利用斜板沉降池对出水中的沸石和磁性阴离子交换树脂进行分离，并通过蠕动泵输送到再生罐再生后回到混合反应罐中重新用于尾水净化。

本发明的技术方案如下：连续式高氨氮尾水的深度处理系统，包括混合反应罐、再生罐，混合反应罐连接斜板沉淀池，斜板沉淀池连接再生罐，再生罐与清洗罐和纳滤系统分别连通。

所述的磁性阴离子交换树脂是澳大利亚奥利卡公司产的MIEX或者是南京大学MD-201树脂，优先选择MD-201树脂(专利申请号201010017687.1，一种磁性丙烯酸系强碱阴离子交换微球树脂及其制备方法，申请人：南京大学，申请日2010年1月12日)。

连续式高氨氮尾水的深度处理方法，由下列步骤组成：步骤1.预处理：用0.45um的滤膜对高氨氮尾水进行初滤；步骤2.吸附：室温下，将经过初滤的高氨氮尾水通过装有磁性阴离子交换树脂和人造沸石的混合反应罐(高径比为1.5∶1)，反应罐内置搅拌器(120r/min)，V_反应罐∶V_人造沸石∶V_{磁性阴离子交换树脂}＝50～100∶1∶1，采用连续进水和连续出水的运行模式，每小时进水量和出水量控制在1.5-2.0个V_反应罐；步骤3.出水：步骤2中出水携带着部分磁性阴离子交换树脂和沸石进入到斜板沉降池，经过处理净化的水由沉降池出水端的溢流口溢出，而磁性阴离子交换树脂和沸石则通过重力沉降在池底的漏斗口端由蠕动泵输送至再生罐脱附再生；步骤4.再生：将步骤3中树脂在再生罐(高径比为1∶1)中用15-30％的NaCl溶液(40℃)再生，再生罐内置搅拌器(120r/min)，间歇式搅拌(搅拌20分钟，静止10分钟)，沉降在罐底的阴离子交换树脂和沸石通过蠕动泵输送至清洗罐清洗；步骤5.清洗：用清水对清洗罐中的阴离子交换树脂和沸石进行清洗，清洗罐内置搅拌器(120r/min)，其高径比为1～1.5∶1，间歇式搅拌(搅拌20分钟，静止10分钟)，沉降在罐底的阴离子交换树脂和沸石通过蠕动泵输送至混合反应罐中；步骤6.脱附液处置：脱附液经过纳滤系统(纳滤膜(40Ba))，纳滤浓缩液经减压蒸馏后回收天然有机酸氨；膜滤液用于NaCl溶液的配制；步骤5中产生的清洗液回流到再生液配制槽，用于配制NaCl溶液。

有益效果：本发明相比现有技术，第一次将尾水与人造沸石和磁性阴离子交换树脂在同一个混合反应罐内搅拌，可以在较短的时间同时去除尾水中氨氮和天然有机酸；运行过程中利用斜板沉降池分离连续出水中吸附饱和的人造沸石和磁性阴离子交换树脂，并在同一个再生罐中对人造沸石和磁性阴离子交换树脂快速再生，经过清洗后的人造沸石和磁性阴离子交换树脂可以重新进入混合反应罐；而脱附液经过纳滤、减压蒸馏可以回收天然有机酸氨类物质用作植物肥料。采用本发明方法，尾水中90％以上的天然有机酸和80％以上的氨氮被去除。其处理效率明显优于传统的固定床分段吸附法，且脱附液中可回收有机酸氨。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明处理方法的流程示意图。

具体实施方式

以下实施例中尾水含有水溶性天然有机酸和氨氮。其中尾水的COD_Cr为220mg/L，pH为7.4，氨氮浓度为38mg/L。反应罐内中V_反应罐∶V_人造沸石∶V_{磁性阴离子交换树脂}＝50～100∶1∶1，采用连续进水和连续出水的运行模式，每小时进水量和出水量控制在1.5-2.0个V_反应罐。

下面实施例所使用的连续式高氨氮尾水的深度处理系统，包括混合反应罐、再生罐，其特征在于混合反应罐连接斜板沉淀池，斜板沉淀池连接再生罐，再生罐与清洗罐和纳滤系统分别连通。

实施例1：(1)预处理：用滤膜对尾水进行初滤；(2)将100mL磁性阴离子交换树脂MD-201(专利申请号201010017687.1，一种磁性丙烯酸系强碱阴离子交换微球树脂及其制备方法，申请人：南京大学，申请日2010年1月12日)与100mL人造沸石装入混合反应罐1中(混合反应罐直径0.2米，高0.3米)，内置搅拌器搅拌速率为120r/min，室温下尾水以5000mL/h的流量连续进水/出水，先后通过流量控制阀2和蠕动泵3；(3)步骤(2)中出水携带着磁性阴离子交换树脂和沸石进入到斜板沉降池4，以100mL/h的流量将沉降在斜板沉降池底的人造沸石和磁性阴离子交换树脂输送至再生罐5中(再生罐直径0.15米，高0.15米)，运行20min，间歇10min；溢流口出水COD_Cr降至38mg/L，氨氮为3.6mg/L；(4)用重量百分比为20％的NaCl溶液对再生罐5中的人造沸石和磁性阴离子交换树脂进行再生，以120r/min搅拌20min，静置10min后，沉降的人造沸石、磁性阴离交换树脂经蠕动泵输送至清洗罐6中；再生液进入纳滤系统7(纳滤膜压力40Ba)，纳滤出水回流入再生液配制槽9，纳滤浓缩液经减压蒸馏器8减压蒸馏制取天然有机酸氨类；(5)用清水对清洗罐中的人造沸石、磁性阴离子交换树脂进行清洗，以120r/min搅拌20min，静置10min后，清洗后的树脂恢复吸附能力，经蠕动泵输送至混合反应罐中；清洗液经可回用于再生液配制槽；(6)脱附液经过纳滤处理，纳滤浓缩液经减压蒸馏后回收天然有机酸氨；膜滤液用于NaCl溶液的配制；(7)清洗液处置：清洗液回流到再生液配制槽，用于配制NaCl溶液。

实施例2：其它操作条件不变，但将步骤(1)中尾水进水/出水流量降至7500mL/h，除吸附出水COD_Cr升至45mg/L、氨氮升至5.1mg/L外，其它结果与实施例1相同。

实施例3：步骤同实施例1，但将步骤(4)中的脱附剂改为重量百分比浓度为15％NaCl溶液，其它操作条件不变，其实施结果与实施例1基本相同。

实施例4：步骤同实施例1，但将步骤(2)中的MD-201树脂改为MIEX(澳大利亚奥利卡公司产)树脂，其它操作条件不变，除吸附出水COD_Cr降至32mg/L、氨氮浓度为4.1mg/L外，其实施结果与实施例1基本相同。

实施例5：步骤同实施例1，但将步骤(4)中的脱附剂改为重量百分比浓度为30％NaCl溶液，其它操作条件不变，其实施结果与实施例1基本相同。