一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法
【专利摘要】本发明公开了一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，属于城市生活污水深度处理领域。其步骤为：(1)将污水处理厂二级生化处理后的城市污水与磁性阴离子交换树脂在深度处理反应器中接触反应；(2)对出水进行固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反应器，分离后的树脂部分回流至上述深度处理反应器，其余送入再生池再生，失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂，再生好的树脂送回深度处理反应器；(3)深度处理反应器出水在电催化氧化反应器中进行电催化氧化处理，处理完的出水直接排放或回用。本发明通过磁性阴离子交换树脂和电催化氧化的联合应用，可以高效地去除水中的溶解性有机质，降低出水的盐度。
【专利说明】-种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于城市生活污水深度处理领域，具体而言，是一种以磁性树脂离子交换 和电催化氧化为核心的生化尾水深度处理方法。
【背景技术】
[0002] 我国是一个水资源匮乏的国家，人均水资源量仅为2240立方米，约为世界人均水 平的1/4。另一方面，城市生活污水是我国水体污染的重要来源之一，据统计2003年我国污 水总排放量达460亿立方米，城市生活污水占其中的53. 8 %。对城市生活污水进行深度处 理和回用，既能减小潜在的二次污染，又能缓解我国水资源匮乏的现状，是实现循环经济和 发展生态文明行之有效的途径。
[0003] 目前常用的深度处理技术有混凝沉淀、过滤、膜分离、吸附、离子交换、电化学、消 毒等方法，但其中某种单一的方法都难以达到预期的处理效果，或者达到处理效果需要较 高的处理成本。
[0004] 离子交换树脂技术在工业废水处理、饮用水处理领域已经有较为广泛的应用。随 着生活污水回用的水质和需求量不断上升，离子交换树脂技术也开始应用于城市生活污水 的深度处理之中。
[0005] NDMP树脂是南京大学自行开发的新型磁性丙烯酸系阴离子交换树脂，该树脂可以 大量减少水中溶解性有机物的含量。然而，一方面，在树脂吸附有机物的同时，会释放出氯 离子，使得水中的盐度上升。另一方面，如果单独使用离子交换技术进行污水的深度处理， 要将污水处理达标，树脂再生将比较频繁，需要较高的成本。
[0006] 电催化氧化法是一种"环境友好型"技术，具有环境兼容性高、无二次污染、便于实 现工业自动化等优势。目前，电化学法已广泛应用在染料、造纸、纺织、化工、皮革、生物制药 等有机废水的处理方面。近年来，电催化氧化法也开始被用于污水深度处理过程中。单独 使用电催化氧化技术存在运行成本较高，电极易受污染等缺点。
[0007] 如果将离子交换技术与电催化氧化技术联用，离子交换过程中释放出的氯离子通 过电催化氧化生成氯气，氯气与水反应生成自由氯，可有效杀死细菌和大肠杆菌，并进一步 去除水中的有机物含量，同时降低了离子交换过程中升高的盐度。不仅可以减少树脂再生 频次、减缓电极受污染的时间，还可以降低整体的成本。其他的高级氧化方法，如芬顿氧化、 臭氧氧化等虽然也可以起到去除有机物的作用，但无法像电催化氧化一样利用树脂出水中 的氯离子，起到对生化出水消毒的效果，也无法降低出水的氯离子含量。将离子交换技术与 电催化氧化技术联用，对生化出水进行深度处理，在本领域还未见报道。本发明中使用的树 脂为南京大学自主研发，对其使用的条件的控制对树脂出水的效果非常重要。
【发明内容】
[0008] 1.发明需要解决的技术问题
[0009] 针对城市生活污水二级出水中的溶解性有机质用单一的深度处理工艺难以有效 去除且成本较高的问题，本发明提供了一种城市生活污水深度处理工艺。它通过磁性阴离 子交换树脂和电催化氧化的联合应用，不仅可以高效地去除水中的溶解性有机质，降低出 水的盐度，还能同时起到消毒作用，消毒效果稳定且持久。
[0010] 2.技术方案
[0011] 本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0012] 一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其步骤为：
[0013] (1)将污水处理厂二级生化处理后的城市污水与磁性阴离子交换树脂在深度处理 反应器中接触反应，该深度处理反应器能够实现液固混合，通水倍数为100-3000倍，污水 在反应器中的水力停留时间为10-60min ;
[0014] (2)对步骤（1)中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧 化反应器，分离后的树脂部分回流至步骤（1)中的深度处理反应器，其余送入再生池；在该 再生池中对树脂进行再生，失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂加以 循环利用，再生好的树脂送回该深度处理反应器；
[0015] (3)所述的深度处理反应器出水在电催化氧化反应器中进行电催化氧化处理，电 流密度为2-lOmA/cm 2,反应时间为15-60min，电极间距为2cm，处理完的出水直接排放或回 用。
[0016] 优选地，步骤（1)中所述的磁性阴离子交换树脂为磁性丙烯酸系强碱性阴离子交 换树脂。此处所采用的树脂为南京大学的发明专利申请（申请号：201010017687. 1)中公 开的树脂结构。
[0017] 优选地，步骤（1)中的液固混合方式包括机械搅拌、气力搅拌或水力搅拌。
[0018] 优选地，步骤（2)所述的再生剂是以无机盐为主的复合再生剂，在复合再生剂中 无机盐质量浓度为15%至饱和浓度，再生时间为30-60min。
[0019] 优选地，步骤（3)中的电催化氧化反应器所用的阴极为以下三种之一：石墨板，钛 板，负载钌氧化物或铱氧化物的钛板；所用的阳极为钛基形稳电极，涂层为钌氧化物或铱氧 化物。
[0020] 3.有益效果
[0021] 相比于现有技术，本发明的优点在于：
[0022] (1)本发明的方法以电催化氧化的方法解决了树脂出水盐度升高的问题，电催化 过程利用树脂离子交换过程中增加的氯离子生成氯气、次氯酸等氧化剂，进一步去除污水 中的有机物，并起到消毒作用，消毒效果持续且稳定。通过两种工艺的联用，降低了树脂再 生频次、延长了电极寿命、降低了整体的处理成本，处理后的出水可直接回用，极大地缓解 了水资源短缺的问题；
[0023] (2)本发明中使用的磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂相比传统的苯乙烯系强 碱性阴离子交换树脂，由于其亲水性骨架结构，较小的颗粒粒径，在吸附容量、吸附速率、脱 附速率上都具有显著优势；
[0024] (3)本发明使用无机盐为主的复合再生剂，在保证良好的树脂再生效果的同时，不 引入酸、碱，使得树脂脱附液的处置较为简单；
[0025] (4)本发明采用的阴极和阳极都是工业上应用较为广泛的电极，电极寿命较长，使 用效果稳定，价格较低，性价比高；
[0026] (5)采用本发明的方法，处理后的出水可直接回用，极大地缓解了水资源短缺的问 题，本方法工艺简单、可实现自动化运行，适用于大规模污水处理；
[0027] (6)本发明与常规深度处理工艺相比，具有工艺简单、操作方便、无药剂投加、无二 次污染、处理效果好等优点。可实现城市生活污水深度处理的连续化、自动化运行；
[0028] (7)本方法工艺简单，规避了单一深度处理技术各自存在的缺点，降低了整体的处 理成本，能应用于大规模城市生活污水深度处理再生回用工艺中。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步地描述。
[0030] 实施例1
[0031] 某十五万吨污水处理厂二级生化出水指标：C0D ~ 60-80mg/L，色度& 55-60度 (钼钴比色法），NH3-N ?15-20mg/L，cr ?50-60mg/L。
[0032] 采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处 理，其步骤为：
[0033] (1)在上流式气力搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂 (南京大学研制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687. 1内容）接触反应， 该深度处理反应器能够实现液固混合，通水倍数100倍，水力停留时间60min ;
[0034] (2)将树脂和水进行固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反应器；分离后 的树脂90%回流至深度处理反应器，10%通入再生池，在该再生池中对树脂进行再生，用 15% NaCl溶液再生30min，再生后送入深度处理反应器；失效后的再生液经膜处理或电化 学处理后用于配制再生剂加以循环利用；
[0035] (3)分离后的出水通入电催化氧化反应器中进行处理，电流密度lOmA/cm2,反应时 间60min，电极间距2cm，阳极采用钌氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用钛板。
[0036] 上述出水水质：C0D < 40mg/L，色度< 5度（钼钴比色法），NH3-N < 5mg/L， cr < 20mg/L。
[0037] 实施例2
[0038] 某五万吨污水处理厂二级生化出水指标：COD ~ 60-70mg/L，色度& 50-55度（钼 钴比色法），NH3-N ?10-12mg/L，cr ?45-50mg/L。
[0039] 采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处 理，其步骤为：
[0040] (1)在钢制机械搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂 (南京大学研制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687. 1内容）接触反应， 通水倍数1000倍，水力停留时间l〇min ;
[0041] (2)对步骤（1)中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧 化反应器，分离后的树脂90%回流至步骤（1)中的深度处理反应器，10%通入再生池用 15% NaCl溶液再生30min，再生后送入深度处理反应器；失效后的再生液经膜处理或电化 学处理后用于配制再生剂加以循环利用；
[0042] (3)分离后的出水通入电催化氧化反应器中进行处理，电流密度5mA/cm2,反应时 间20min，电极间距2cm，阳极采用铱氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用石墨板。
[0043] 出水水质：C0D<30mg/L，色度<5度（钼钴比色法），NH3-N<5mg/L，Cr<25mg/ L〇
[0044] 实施例3
[0045] 某三十万吨污水处理厂二级生化出水指标：C0D ~ 40-50mg/L，色度& 55-60度 (钼钴比色法），NH3-N ?15-20mg/L，cr ?180-200mg/L。
[0046] 采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处 理，其步骤为：
[0047] (1)在水力搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂（南京 大学研制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687. 1内容）接触反应，通水 倍数3000倍，水力停留时间15min ;
[0048] (2)对步骤⑴中的出水进行固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反应器，分 离后的树脂90%回流至深度处理反应器，10%通入再生池用15% NaCl溶液再生60min，再 生后送入深度处理反应器；失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂加以 循环利用，再生好的树脂送回该深度处理反应器；
[0049] (3)分离后的出水通入电催化氧化装置处理，电流密度2mA/cm2,反应时间30min， 电极间距2cm，阳极采用铱氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用负载钌氧化物的钛板。
[0050] 出水水质：C0D<30mg/L，色度< 10度（钼钴比色法），NH3-N<5mg/L，Cl_<60mg/ L〇
[0051] 实施例4
[0052] 某二十万吨污水处理厂二级生化出水指标：C0D ~ 30-35mg/L，色度& 35-45度 (钼钴比色法），NH3-N ?10-12mg/L，Cr ?80-100mg/L。
[0053] 采用本发明的城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法对上述污水进行处 理，其步骤为：
[0054] (1)在钢制机械搅拌深度处理反应器中与磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂 (南京大学研制，该树脂的性能和制备方法可见专利申请201010017687. 1内容）接触反应， 通水倍数2000倍，水力停留时间40min ;
[0055] (2)对步骤⑴中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧 化反应器，分离后的树脂90%回流至深度处理反应器，10%通入再生池用15% NaCl溶液再 生40min，再生后送入深度处理反应器；失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配 制再生剂加以循环利用，再生好的树脂送回该深度处理反应器；
[0056] (3)分离后的出水通入电催化氧化装置处理，电流密度6mA/cm2,反应时间15min， 电极间距2cm，阳极采用铱氧化物涂层钛基形稳电极，阴极采用负载铱氧化物的钛板。
[0057] 出水水质：C0D<20mg/L，色度<5度（钼钴比色法），NH3-N<5mg/L，Cr<40mg/ L〇
[0058] 实施例5
[0059] 将实施例4中的强碱树脂换成澳大利亚ORICA公司产品MIEX(Cl)磁性粉体树 月旨，其余条件相同。出水水质：COD < 25mg/L，色度< 5度（钼钴比色法），NH3-N < 8mg/L， Cl < 45mg/L。
[0060] 实施例6
[0061] 将实施例3中的通水倍数减小为1000倍，水力停留时间加长为25min，其余条件相 同。出水水质：COD < 20mg/L，色度< 5 度（钼钴比色法），NH3-N < 5mg/L，Cl_ < 60mg/L。
[0062] 实施例7
[0063] 将实施例3中电流密度增强为5mA/cm2,其余条件相同。出水水质：COD < 25mg/L， 色度< 5 度（钼钴比色法），NH3-N < 5mg/L，Cl- < 50mg/L。
[0064] 实施例8
[0065] 将实施例2中电流密度增强为lOmA/cm2,反应时间加长为30min，其余条件相同。 出水水质：COD < 20mg/L，色度< 5 度（钼钴比色法），NH3-N < 5mg/L，Cr < 15mg/L。
【权利要求】
1. 一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其步骤为： (1) 将污水处理厂二级生化处理后的城市污水与磁性阴离子交换树脂在深度处理反应 器中接触反应，该深度处理反应器能够实现液固混合，通水倍数为100-3000倍，污水在反 应器中的水力停留时间为10_60min ; (2) 对步骤（1)中的出水进行树脂和水的固液分离，分离后的出水通入电催化氧化反 应器，分离后的树脂部分回流至步骤（1)中的深度处理反应器，其余送入再生池；在该再生 池中对树脂进行再生，失效后的再生液经膜处理或电化学处理后用于配制再生剂加以循环 利用，再生好的树脂送回该深度处理反应器； (3) 所述的深度处理反应器出水在电催化氧化反应器中进行电催化氧化处理，电流密 度为2-10mA/cm2,反应时间为1560min，电极间距为2cm，处理完的出水直接排放或回用。
2. 根据权利要求1所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其特征 在于，步骤（1)中所述的磁性阴离子交换树脂为磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂。
3. 根据权利要求1所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其特征 在于，步骤（1)中的液固混合方式包括机械搅拌、气力搅拌或水力搅拌。
4. 根据权利要求1或2所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其 特征在于，步骤（2)所述的再生剂是以无机盐为主的复合再生剂，在复合再生剂中无机盐 质量浓度为15%至饱和浓度，再生时间为30-60min。
5. 根据权利要求1或3所述的一种城市生活污水生化出水的深度处理和回用方法，其 特征在于，步骤（3)中的电催化氧化反应器所用的阴极为以下三种之一：石墨板，钛板，负 载钌氧化物或铱氧化物的钛板；所用的阳极为钛基形稳电极，涂层为钌氧化物或铱氧化物。
【文档编号】C02F9/06GK104140175SQ201410413629
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】李爱民, 王柏俊, 王骏, 双陈冬, 王长明, 宋海欧, 陈讯 申请人:南京大学