专利名称：一种电化学再生厌氧生化-吸附氨氮后的沸石的方法
技术领域：
本发明属环保技术领域，涉及一种电化学再生厌氧生化-吸附氨氮后的沸石的方法，具体涉及利用电化学再生的方法使得厌氧生化-吸附氨氮后的沸石再生达到重复利用能源、节约能源的目的。
背景技术：
城镇污水处理常采用厌氧生物处理的方法。厌氧生物处理具有如下特点(1)建造、运行和操作简单，基建和运行的费用低；(2)能量需求低，可节约能源；(3)处理规模弹性范围大，使分散处理成为可能；(4)剩余污泥的产生量少、稳定性好、脱水性能好、后处理容易等，从而在高浓度有机废水处理方面得到广泛应用。厌氧生物处理的优点符合城镇污水处理所需新技术的要求，但其尚存在如下不足之处在厌氧过程中除微生物合成细胞需少量氮外，几乎不能去除氮；且由于城镇污水中通常含有蛋白质，在厌氧菌的作用下，可以转化为氨氮，因此城镇污水经过厌氧处理有时氨氮浓度还有所上升。由于一般的厌氧处理， 根本不具备去除氨氮的功能，出水氨氮能否达标，完全决定于进水氨氮浓度和蛋白质含量。 为了克服上述缺陷，保证氨氮也能达标排放，曾有研究利用沸石吸附经生化处理后废水中的氨氮，吸附去除率可达90%。但是吸附饱和后的沸石如何再生的问题仍然存在有技术问题。目前针对沸石的再生有以下几种方法。(一 )化学再生法主要是利用NaCl、KCl、HCl或NaOH等单一溶液或其中两者的组合。在某些情况下，单独使用钠盐做再生剂效果并非最好，特别是多次反复交换，使得沸石骨架结构遭到一定程度的破坏，再生效果明显降低。其再生过程一般经过洗涤、过滤后再经再生液浸泡或冲洗，然后用纯水清洗，最后烘干。化学溶液再生沸石反复再生后对NH4+ 的吸附交换能力影响不大，但由于污水中共存阳离子如Ca2+会使沸石的交换能力呈不可逆性降低。有研究对斜发沸石进行了 NaCl、KC1、NaHC03> HC1、NaCl+NaOH的再生研究，发现 NaCl+NaOH的再生液再生效果比较好，其再生时间分别是单独使用NaCl、KCl、NaHCO3、HCl 再生所需时间的33. 9%、42. 9%、37. 9%与；35. 0%。质量比为3 7的NaCl+NaOH混合液的再生效果最好。此方法产生含有氨氮的高盐碱性废液，易对环境造成二次污染。( 二)物理方法再生吸附氨氮后的沸石，可通过在500°C -600°C的高温条件下灼烧，将沸石中的NH4+转变为NH3气体，然后用惰性气体反向吹扫来实现再生。有研究曾将吸附氨氮饱和后的多孔质沸石颗粒干燥后置于立式窑内，于650°C下煅烧20min，除去被吸附的氨氮，恢复其多孔结构。此类灼烧方法费用高，且会对对环境造成二次污染。(三)吸附-生物再生法两段法=Murphy等人在1978年提出沸石“生物再生法”， 他在浸没沸石的溶液中加入一定量的硝化细菌，观察到15d的转化效果相当于不加菌种时的^d的效果，生物再生后的沸石可恢复80%的氨氮吸附容量。生物再生法成本低廉，但再生速率慢、效率低，所以实际应用价值似乎不大，这方面的研究曾一度处于停滞状态。随着环境问题的日益复杂，沸石的生物再生问题重新被认识，并且得到深入研究。Green和 Lahav等设计了生物-离子交换工艺(biological-ion exchange process)去除二级处理出水中的氨氮，在一个反应器里，沸石首先吸附去除水中的氨氮，再依靠沸石表面生长的硝化菌除去沸石富集的氨氮，实现沸石生物再生。他们还进行了“离子交换-生物再生”工艺(ion-exchange and biological regeneration)实验研究，将装填菱沸石的滤柱分吸附和生物再生两阶段运行，取得95%以上的氨氮去除率，并指出生物硝化作用可以不断促进沸石解吸氨氮，从而使沸石逐渐再生；此后他们报道了 “生物再生的离子交换工艺” (bioregenerated ion-exchange process)可对实际二级和一级处理出水中的氨氮稳定去除。但此方法再生速率慢，占地面积大，操作管理麻烦。且硝化菌的活性强烈地受到温度影响，低温时效率差，同时反硝化需要外加碳源，也增大了一部分费用。(四)吸附-生物再生法一段法目前，有一些工艺在传统的Α/0、Α/Α/0或SBR工艺的基础上投加沸石粉进行强化生物脱氮，吸附饱和的沸石粉利用微生物进行再生，形成了沸石强化生物脱氮工艺。这些工艺在脱氮时，还能实现沸石的生物再生。麦穗海等在A/0 池中投加沸石进行强化生物脱氮的研究结果表明，沸石粉在生物池中累积达到一定的平衡浓度，在常温下相比原工艺而言，沸石粉对氨氮的选择性吸附的优势无法发挥，但是在低温时可以保证处理出水中氨氮浓度达标。常温时，曝气他，氨氮的浓度小于5mg/L ；在低温时，曝气他，氨氮浓度接近15mg/L。但此种方法沸石粉会随着剩余污泥排放，难以再生循环利用，产生二次污染。沸石的吸附能力是和出水氨氮浓度平衡，不能有效利用沸石的吸附能力，去除单位氨氮的沸石用量大。目前，在沸石除氨氮的长期研究和应用过程中，沸石的再生问题是其推广应用的关键，也是沸石应用研究的热点。化学和物理再生法方便、快速，但是成本高，且会产生大量需处理的废液和废气；吸附-生物再生法两段法，运行费用较低，但是速度慢，占地面积大， 且操作管理麻烦，效率易受温度影响；吸附-生物再生法一段法，沸石用量大，难以再生循环利用，产生二次污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电化学再生厌氧生化-吸附氨氮后的沸石的方法。本发明方法作简单、高效，用电化学再生的方法将厌氧生化-吸附氨氮后的沸石再生，达到节约能源的目的。本发明基于最近的研究发现，沸石可以有效的吸附经厌氧生化处理后废水中的氨氮，去除率达到90%，能明显降低外排水中氨氮的浓度。但是该方法需要耗费大量的沸石， 若不能有效的将沸石再生，将抬升污水处理厂废水处理的成本。本发明采用城镇污水经预处理后与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，由厌氧污泥中种微生物将污水中的有机污染物降解为CH4、CO2、H2O等最终产物，再进行电化学再生。本发明中，采用污水经预处理装置，包括电源、电化学反应器、吸附柱、蠕动泵及其连接管道，所述的电化学反应器、储水箱、蠕动泵、吸附柱依次串联并形成回路，电化学反应器的循环水，可控制流速。储水箱的管道经过蠕动泵与吸附柱的下端连接，吸附柱的上端出口管与电化学反应器的下端连接。电化学反应器的上端出口管道与储水箱连接。由此，循环水的流向为储水箱一蠕动泵一吸附柱一电化学反应器一储水箱。本发明所述的吸附柱采用可拆卸结构，方便装入和倒出沸石。所述电化学反应器的电极阳极为表面涂覆IiO2的Ir02/Ti电极，阴极为不锈钢。
所述电化学反应器的槽电流为0 2A，槽电压为0 10V。本发明所述的再生装置还可以包括其他常规的部件，如起到显示压强和水流、减速、加速、防止导流等功能的部件。本发明中，可以根据沸石吸附杂质和再生设备的实验要求设计，以便沸石直接在吸附柱中进行再生，无需将沸石取出另外放入容器中，节省了人力、物力，再生完毕后可将吸附柱直接取下并连接于吸附装置中，过程极为简单。本发明所述的再生装置还可以包括其他常规的部件，如起到显示压强和水流、减速、加速、防止导流等功能的部件。具体而言，本发明提供的一种电化学再生厌氧生化-吸附氨氮后的沸石的方法， 其特征在于，其包括步骤(1)将城镇污水经格栅、沉砂等必要的预处理后通过布水器进入旋流式EGSB反应器，自下而上与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，所述的厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，通过厌氧污泥中的微生物将城镇污水中的有机污染物降解为ch4、CO2、H2O等最终产物；本发明中，厌氧反应器水力停留时间2 12小时均可，最佳水力停留时间是3小时。(2)自污水处理装置中上部气、液、固三相分离器出流的上清夜以1 1的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌，提高传质速率，从而提高反应器的去除效率。(3)经上述三相分离器将处理后的出水与产生的气体以及厌氧污泥进行有效的分
1 O(4)根据需要设计吸附柱，吸附柱中的沸石量及进水流量均根据实际条件而定，将废水泵入吸附柱中，进水方式采用下进上出。采取合适的流速，废水中的氨氮与沸石充分接触，使氨氮最大程度的被吸附到沸石上面。(5)当吸附柱中的沸石达到90%的穿透后即进行电化学再生，电化学再生的条件如下实验循环用水氯离子浓度为300mg/L的NaCl溶液，2. (^86g硫酸钠；吸气装置 采用两步，第一步采用lmol/L的硼酸50mL，第二步采用lmol/L的氢氧化钠50mL，分别进行对废气吸收；再生时间为池。本发明与一般的离子交换法再生相比，采用电化学再生历时较短，一般采用NaCl 作再生液同等浓度的氨氮溶液需要历时1 左右，而采用NaCl+NaOH(重量比为3 7)为再生液也需要3. 5h，而此电化学再生仅需3h，并且由于电化学过程将氨氮氧化成氮气等形式，解决了使用过的再生液处理的困难，实现无氨氮排放。另外，电化学再生相对于生物再生等方法占地小，运行简单，具有较大的发展空间。表1是本发明与化学法、生物法再生的比较。表 权利要求
1.一种电化学再生厌氧生化-吸附氨氮后的沸石的方法，其特征在于，其包括步骤(1)将城镇污水经格栅或沉砂预处理后，通过布水器进入旋流式EGSB反应器，自下而上与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，厌氧污泥中的微生物将城镇污水中的有机污染物降解为CH4、CO2或H2O最终产物；(2)自污水处理装置中上部气、液、固三相分离器出流的上清夜以1 1的比例回流至反应器底部，使增加上升流速和搅拌，提高传质速率；(3)经上述三相分离器将处理后的出水与产生的气体以及厌氧污泥进行有效的分离；(4)根据需要设计吸附柱，吸附柱中的沸石量及进水流量根据实际条件而定，将废水泵入吸附柱中，采用适合的流速，使废水中的氨氮与沸石充分接触，使氨氮最大程度的被吸附到沸石上面；(5)当吸附柱中的沸石达到90%的穿透后进行电化学再生，电化学再生的条件是实验循环用水氯离子浓度为300mg/L的NaCl溶液，2. (^86g硫酸钠；吸气装置采用两步，第一步采用lmol/L的硼酸50mL，第二步采用lmol/L的氢氧化钠50mL，分别进行对废气吸收；再生时间为池。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌和硫酸还原菌组成。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的厌氧反应器水力停留时间是2 12 小时。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的厌氧反应器水力停留时间是3小时。 2 12小时。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的废水泵入吸附柱中的进水方式采用下进上出。
全文摘要
本发明属环保技术领域，涉及一种电化学再生厌氧生化-吸附氨氮后的沸石的方法，本发明利用城镇污水经预处理后与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，由厌氧污泥中种微生物将污水中的有机污染物降解为CH4、CO2、H2O等最终产物，再进行电化学再生，本发明再生沸石时间短，并且由于电化学过程将氨氮氧化成氮气等形式，解决了使用过的再生液处理的困难，实现无氨氮排放。本发明相对于生物再生等方法占地小，运行简单，具有较大的发展空间。能达到重复利用能源、节约能源的目的。
文档编号B01J20/34GK102190399SQ20101012443
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者代瑞华, 刘燕, 刘翔, 彭彬, 朱文君, 李亮, 李怀正, 金伟 申请人:复旦大学