一种废水和污染水体中氨氮的去除装置及去除方法
【专利摘要】本发明涉及一种废水和污染水体中氨氮的去除装置及去除方法，所述的去除装置包括氨氮吸附单元和再生单元，所述的氨氮吸附单元包括依次连接的进水泵、进水阀、装填有吸附材料的滤床和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱和再生液泵，所述的再生液储备箱内装有再生液，所述的再生液泵还连接进水泵与进水阀之间管路，所述的再生液储备箱还连接滤床，并回收从滤床流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱与滤床之间还设有再生液回流阀。与现有技术相比，本发明具有污水处理效率高，运行成本低，再生简单等优点。
【专利说明】
一种废水和污染水体中氨氮的去除装置及去除方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种废水处理或污染水体修复方法，尤其是涉及一种废水和污染水体中氨氮的去除装置及去除方法。
【背景技术】
[0002]氨氮是一种营养物质，如果水体中氨氮的浓度过高时，就会导致水体富营养化，使得水体中的微生物和植物尤其是藻类大量繁殖，大大增加水体中溶解氧的消耗，从而导致鱼类死亡，水质变黑变臭。氨氮污染严重时会导致水域环境恶化，形成水华，对生态平衡和生物多样性产生不良影响。同时，氨氮也增加了水处理的成本和难度。水体中的氨氮能够和氯反应生成氯胺，因此，在对水体进行消毒处理时，水体中的氨氮会大量的消耗氯，增加消毒剂的用量。在水体中存在有机物的条件下，还可能产生消毒副产物氯化氰以及剧毒的氰化物，严重威胁人类的身体健康。
[0003]近10年来，国内外许多专家学者对含氨氮废水的处理方法进行了大量研究。主要方法包括生物法(硝化)、吹脱法、化学沉淀法、膜处理、折点氯化法和吸附法等。生物法通过亚硝化菌和硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，是目前应用最为广泛的处理方法。但生物法较适合于中浓度氨氮(10-100mg/L)氨氮废水的处理，且对反应条件要求较高，需要较长的反应时间。吹脱法较适用于高氨氮废水，需要较高的PH和温度，运行成本高，且存在二次污染问题;化学沉淀法同样适用于高氨氮废水，是将氨氮转化为磷酸铵镁沉淀去除。该方法同样需要较高的PH值，且需要污水中氮磷共存，对中低浓度氨氮去除效果并不明显;膜处理法比较适合处理含盐量较高、油性污染物含量较低的高浓度氨氮废水，但由于电耗及膜污染的问题，运行和维护成本较高，因此在一定程度上限制了其应用范围；折点氯化法是将氯气或次氯酸盐通入废水中使水中的氨氮被氧化为氮气，从而达到去除氨氮的目的。但废水和污染水体中含有的有机物通常会消耗氯气或次氯酸盐，产生有毒副产物氯胺和氯代有机物，造成原料的浪费和二次污染。与传统方法相比，吸附法具有工艺简单、处理效果好、电耗低，运行维护成本低的优势，对不同浓度的氨氮均具有很好的去除效果。
[0004]吸附法是利用多孔性固体吸附剂，通过物理吸附或化学吸附，将水体中的氨氮从水体中吸附到固体吸附剂表面，从而使氨氮与水体分离达到净化水体的作用。相较于其它氨氮去除技术，吸附法是最适用于低浓度氨氮废水处理的技术，但吸附法应用的关键是解决吸附剂的再生问题。固体吸附剂达到吸附饱和后，可通过再生使其恢复吸附容量，再循环使用。因此，吸附剂的再生是影响吸附法综合处理效果的关键因素。目前常用的再生方法有生物法、升温再生、湿法等。生物法再生主要是利用亚硝化菌和硝化菌将氨氮氧化而实现吸附剂再生，但该方法既需要解决氨氮由吸附剂扩散至微生物表面的传质问题，又需要足够的反应时间实现硝化，其再生效率往往偏低。升温再生的原理是基于吸附反应为放热反应，因此升高温度可以使吸附平衡向逆反应方向移动，促进解吸，从而使吸附剂的吸附能力得到恢复。湿法是目前应用最为广泛的再生方法，较常用的再生液为氢氧化钠和氯化钠的混合溶液。但该法涉及到再生液的处理问题，一般还需要更换再生液或者额外添加设备去除再生液中的氨氮，大大增加了工艺复杂程度和成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种废水和污染水体中氨氮的去除装置及去除方法。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]—种废水和污染水体中氨氮的去除装置，包括氨氮吸附单元和再生单元，所述的氨氮吸附单元包括依次连接的进水栗、进水阀、装填有吸附材料的滤床和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱和再生液栗，所述的再生液储备箱内装有再生液，所述的再生液栗还连接进水栗与进水阀之间管路，所述的再生液储备箱还连接滤床，并回收从滤床流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱与滤床之间还设有再生液回流阀。
[0008]所述的吸附材料选自分子筛、离子交换树脂、改性沸石、天然沸石、碳化稻壳、木炭、潮土、火山岩或陶粒中的至少一种。
[0009]所述的再生液为NaCl与次氯酸盐的混合溶液，其中，NaCl的浓度为l_20g/L，。
[0010]所述的放空阀门组包括依次连接滤床的放空阀门A和放空阀门B，所述的再生液储备箱连接放空阀门A与放空阀门B之间管路。
[0011]采用上述废水和污染水体中氨氮的去除装置的去除方法，包括以下步骤:
[0012](a)待处理污水由进水栗打入滤床，在滤床内吸附除去氨氮，然后再打开放空阀门组，污水排出至外部；
[0013](b)重复步骤(a)所述过程，直至滤床内吸附材料的吸附容量饱和，关闭放空阀门组，再生液经再生液栗送入滤床中，使滤床中的吸附材料充分浸泡在再生液中，再生处理，再回流至再生液储备箱中，即完成一个吸附再生的过程。
[0014]步骤(a)中，待处理污水在滤床中的水力停留时间为5_40min。
[0015]再生液送入滤床中的量满足:再生液中的次氯酸盐与吸附材料吸附的氨氮的摩尔比为1-5:1。
[0016]再生处理的时间为5_60min。
[0017]本发明在进行吸附材料的再生时，再生液中的Na+与沸石吸附的氨氮发生置换，使得被吸附的氨氮从吸附材料中释放到水体之中，然后再由次氯酸盐将其氧化成氮气，释放到空气之中，无二次污染。
[0018]Adsorbent-NH4++Na+^Adsorbent-Na++NH4+
[0019]2NH4++3NaC10—N2T+3H20+3NaCl+2H+。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0021](I)本发明通过氨氮吸附材料的吸附-再生单元交替，无需更换吸附材料与再生液，节省了相应工序，实现了废水或污染水体中氨氮的高效去除。
[0022](2)由氯化钠和次氯酸盐构成的再生液安全无污染，次氯酸盐与氨氮反应后转化为氯化物(如氯化钠或氯化钙)，再生液可以循环利用，因此没有冲洗水和再生液的处理问题，大大降低了运行成本和二次污染。
[0023](3)设备结构简单，运行维护方便。
[0024](4)再生液在对吸附材料进行再生时，还能同时对其进行一定的改性作用，从而增加吸附材料的吸附容量和速率，提高再生后的吸附材料对出水氨氮的去除率。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的去除方法的流程图；
[0026]图中，1-滤床，2-进水栗，3-进水阀，4-放空阀门A，5-放空阀门B，6_再生液储备箱，7-再生液栗，8-再生液回流阀。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0028]实施例1
[0029]含氨氮废水或污染水体的具体处理工艺
[0030]如图1所示，待处理水由进水栗2经由进水阀3打入滤床I，滤床I的水力停留时间为5-40min，滤床I中的吸附材料(分子筛)充分吸附水体中的氨氮。达到预设运行时间后，关闭进水栗2，打开放空阀门A4和放空阀门B5，排出所有已处理水后进行再生。再生时，关闭放空阀门A4和放空阀门B5，由再生液栗7将再生液从再生液储备箱6中打入滤床I，当滤床I充满再生液后，关闭再生液栗7，使吸附材料充分浸泡在再生液中。5-60min后，打开放空阀门A4、再生液回流阀8，让再生液回流至再生液储备箱6中，完成再生。再生完毕后，循环进入待处理水的氨氮吸附阶段。
[0031]实施例2
[0032]—种污染废水和污染水体中氨氮的去除装置，包括氨氮吸附单元和再生单元，氨氮吸附单元包括依次连接的进水栗2、进水阀、装填有吸附材料的滤床1、放空阀门A4和放空阀门B5，再生单元包括依次连接的再生液回流阀8、再生液储备箱6和再生液栗7，再生液储备箱6内装有再生液，再生液栗7还连接进水栗2与进水阀3之间管路，再生液回流阀8还连接放空阀门A4与放空阀门B5之间管路。吸附材料为离子交换树脂，再生液为NaCl与次氯酸盐的混合溶液，其中，NaCl的浓度为10g/L，再生时，再生液中的次氯酸盐与吸附材料吸附的氨氮的摩尔比为3:1。
[0033]实施例3
[0034]与实施例2相比，除了吸附材料为改性沸石与天然沸石按质量比1:1混合外，其余都一样。
[0035]实施例4
[0036]与实施例2相比，除了吸附材料为碳化稻壳和木炭按1:1混合外，其余都一样。
[0037]实施例5
[0038]与实施例2相比，除了吸附材料为潮土外，其余都一样。
[0039]实施例6
[0040]与实施例2相比，除了吸附材料为火山岩和陶粒按质量比1:3混合外，其余都一样。[0041 ] 实施例7
[0042]与实施例2相比，除了NaCl的浓度为lg/L，再生时，再生液中的次氯酸盐与吸附材料吸附的氨氮的摩尔比为4:1，其余都一样。
[0043]实施例8
[0044]与实施例2相比，除了NaCl的浓度为20g/L，再生时，再生液中的次氯酸盐与吸附材料吸附的氨氮的摩尔比为5:1，其余都一样。
[0045]实施例9
[0046]与实施例2相比，除了NaCl的浓度为5g/L，再生时，再生液中的次氯酸盐与吸附材料吸附的氨氮的摩尔比为1:1，其余都一样。
[0047]实施例10
[0048]与实施例2相比，除了NaCl的浓度为12g/L，再生时，再生液中的次氯酸盐与吸附材料吸附的氨氮的摩尔比为2:1，其余都一样。
[0049]实施例11
[OOM]利用实施例2的去除装置处理含氨氮和水，含氨氮河水的氨氮浓度为2.65mg/L。河水经过进水阀3进入滤床I，滤床I体积为2m3内部填满了 3.2t天然沸石。水力停留时间为2min，吸附运行时间为7h，一次运行可处理水量为160m3，每小时可处理水量为23m3/h，每天可处理水量为506m3/d(按22h计算)，达到预设运行时间后，关闭进水栗2，打开放空阀门A4、放空阀门B5，排出所有已处理水后进行再生。再生时，关闭放空阀门A4、放空阀门B5，由再生液栗7将再生液从再生液储备箱6中打入滤床I，当滤床I充满再生液后关闭再生液进水栗7，使吸附材料充分浸泡在再生液中。20min后，打开放空阀门4、再生液回流阀8，让再生液回流至再生液储备箱6中，完成再生。再生完毕后再进入氨氮吸附阶段。
[0051 ] 浓度为2.65mg/L的含氨氮河水经过滤床I的处理后，出水氨氮浓度为1.52mg/L，去除率为42.7%； 一次再生后，出水氨氮浓度为0.44mg/L，去除率为83.3%； 二次再生后，出水氨氮浓度为0.05mg/L，去除率为98.0 %。这是由于再生时，再生液中的氯化钠和次氯酸盐会对天然沸石产生一定的改性作用，增加天然沸石的吸附容量和速率，提高了出水氨氮的去除率。
[0052]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种废水和污染水体中氨氮的去除装置，其特征在于，包括氨氮吸附单元和再生单元，所述的氨氮吸附单元包括依次连接的进水栗(2)、进水阀(3)、装填有吸附材料的滤床(I)和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱(6)和再生液栗(7)，所述的再生液储备箱(6)内装有再生液，所述的再生液栗(7)还连接进水栗(2)与进水阀(3)之间管路，所述的再生液储备箱(6)还连接滤床(I)，并回收从滤床(I)流出的再生处理吸附材料后的再生液，在再生液储备箱(6)与滤床(I)之间还设有再生液回流阀(8)。2.根据权利要求1所述的一种废水和污染水体中氨氮的去除装置，其特征在于，所述的吸附材料选自分子筛、离子交换树脂、改性沸石、天然沸石、碳化稻壳、木炭、潮土、火山岩或陶粒中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种废水和污染水体中氨氮的去除装置，其特征在于，所述的再生液为NaCl与次氯酸盐的混合溶液，其中，NaCl的浓度为1-20g/L。4.根据权利要求1所述的一种废水和污染水体中氨氮的去除装置，其特征在于，所述的放空阀门组包括依次连接滤床(I)的放空阀门A(4)和放空阀门B(5)，所述的再生液储备箱(6)连接放空阀门A(4)与放空阀门B(5)之间管路。5.采用如权利要求1-4任一所述的废水和污染水体中氨氮的去除装置的去除方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)待处理污水由进水栗(2)打入滤床(I)，在滤床(I)内吸附除去氨氮，然后再打开放空阀门组，污水排出至外部； (b)重复步骤(a)所述过程，直至滤床(I)内吸附材料的吸附容量饱和，关闭放空阀门组，再生液经再生液栗(7)送入滤床(I)中，使滤床(I)中的吸附材料充分浸泡在再生液中，再生处理，再回流至再生液储备箱(6)中，即完成一个吸附再生的过程。6.根据权利要求5所述的去除方法，其特征在于，步骤(a)中，待处理污水在滤床(I)中的水力停留时间为5_40min。7.根据权利要求5所述的去除方法，其特征在于，再生液送入滤床(I)中的量满足:再生液中的次氯酸盐与吸附材料吸附的氨氮的摩尔比为1-5:1。8.根据权利要求5所述的去除方法，其特征在于，再生处理的时间为5-60min。
【文档编号】C02F1/42GK105836837SQ201610304219
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】周振, 张伟, 杨阳, 程成, 魏川淇
【申请人】上海电力学院