申请日2014.05.14
公开(公告)日2014.07.23
IPC分类号C02F1/28; C02F9/04
摘要
本发明公开了一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，属于废水深度处理与回用领域。步骤为：(a)将污水生化处理系统二沉池出水通过浅层砂滤器，去除水中悬浮颗粒物;(b)滤液通过填充有复合材料HFO-802的吸附塔;(c)当出水COD或总磷浓度达到穿透点时停止吸附，并利用NaOH-NaCl混合溶液对吸附塔内的纳米复合材料进行脱附再生，再生后供循环使用。本发明是用特殊吸附材料，有机结合了聚合物载体对废水中有机物的吸附性能和纳米水合氧化铁的选择性除磷性能，实现了生化尾水中有机物与磷的同步去除。本发明操作工艺简单，成本低廉，可为污水生化尾水的深度处理与综合利用提供重要保障。
权利要求书
1.一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其步骤为：
(A)将污水生化处理系统二沉池出水流入浅层砂滤器，去除水中非溶解性污染物;
(B)将步骤(A)中的滤液，通过装填有负载水合氧化铁纳米颗粒的复合材料HFO-802的吸附塔，使生化尾水中难以生物降解的溶解性有机物和磷被有效吸附，吸附出水COD和总磷浓度大幅降低;
(C)当吸附达到穿透点时停止吸附，用NaOH-NaCl混合溶液作为脱附剂，对上述纳米复合材料进行脱附再生，供循环使用;
(D)将步骤(C)得到的高浓度脱附液经浓缩后，外送焚烧或者用于生产水煤浆等其他产品，低浓度脱附液用于配制NaOH-NaCl溶液套用于下一批脱附操作。
2.根据权利要求1所述的一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其特征在于步骤(A)中浅层砂滤器选用石英砂或石榴石作为过滤介质，滤料粒径为0.2-0.8mm，滤料层高度为30-60cm，过滤面积为2-4m2。
3.根据权利要求2中任一项所述的一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其特征在步骤(A)中浅层砂滤器的滤速为8-15m/h，砂滤器出水悬浮颗粒物(SS)浓度小于5mg/L。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其特征在于步骤(A)中浅层砂滤器的进、出口压力差达到0.1MPa时，需要进行反冲洗，反冲洗水流速控制为30-60m/h，反冲洗时间为2-4min。
5.根据权利要求4中所述的一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其特征在于步骤(B)中是在5-35℃条件下，将步骤(A)所得滤液以每小时4-15床层体积的流速通过装填有复合材料的吸附塔。
6.根据权利要求4中所述的一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其特征在于所述的复合材料的载体平均孔径为0.5-5nm，水合氧化铁纳米颗粒粒径为1-5nm，水合氧化铁重量百分比含量控制为2-20%(以Fe计)。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其特征在于复合材料再生的脱附剂是浓度为1-10%的NaOH-NaCl混合溶液，在20-65℃温度下以每小时0.5-2床层体积的流速进行脱附再生。
8.根据权利要求5或6中任一项所述的一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其特征在于复合材料HFO-802为江苏南大环保科技有限公司研制生产，其载体为叔胺化的超高交联纳米孔聚苯乙烯球体，平均孔径分布为0.5-5nm，孔内均匀分布有粒径为1-5nm的水合氧化铁纳米颗粒，水合氧化铁的重量百分比含量控制在2-20%(以Fe计)。
说明书
一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法
技术领域
本发明属于污水生化尾水处理领域，具体的说，是一种利用特殊的环境功能纳 米复合材料同步去除污水生化尾水中有机物(EfOM)和磷的方法。
背景技术
污水二级生化处理出水中剩余的有机物通常被称为生化出水有机物(Effluent organic matter,EfOM)。EfOM的组成非常复杂，通常以溶解态有机物(DOM)为 主，其含量占出水总有机物的80%以上(以COD计)。EfOM会对污水的深度处理产 生诸多不利影响，例如，增加深度处理工艺的药剂投加量，在氯化消毒的过程中会 生成大量消毒副产物，在膜处理中导致严重的膜污染。为了满足日益严格的污水排 放标准，EfOM的去除已成为污水深度处理中非常重要且具有挑战性的工作。磷是 地球系统中维系生命的主要元素之一，同时也是引起水体富营养化的限制性营养物 质。我国现有的污水处理工艺，虽然能有效降低污水中的COD、BOD等污染指标， 但对磷的去除效率不高，因此高效除磷也是污水深度处理的重要目标。
目前，高级氧化、膜分离和吸附是广泛使用的污水深度处理技术，然而，除了 膜分离，其余的技术并不能在单一反应器内实现EfOM和磷的同步去除。例如，高 级氧化技术通过产生羟基自由基(·HO)与有机物反应，将其矿化为CO2和H2O，从 而将大部分有机污染物分解去除，但自由基(·HO)无法氧化分解磷酸盐，因而不 能有效去除磷。膜分离技术尽管能够在单一反应器内实现有机物和磷的同步去除， 但较高的投资和运行成本、EfOM导致的膜污染等问题限制了该技术的推广应用。 活性炭是污水深度处理中应用最为广泛的吸附剂，但一方面它对磷的去除效果较差， 另一方面较高的再生费用和较低的机械强度也限制了它的应用空间。因此，寻找低 耗高效的同步去除生化尾水中有机物(EfOM)和磷的方法，成为本领域的技术难 题。
水合氧化铁(Hydrated Ferric Oxide,HFO)对溶液中的磷酸根离子具有很强的 选择性吸附性能，这在国内外很多文献及专利中已有记载。但水合氧化铁颗粒粒径 极小，直接应用于柱吸附等流态处理系统中将引起很大压降，且HFO并不具备去除 有机物的能力，无法实现有机物和磷的同步去除。目前，具有高比表面积、优良孔 结构和多功能基团的吸附树脂在有机废水处理领域得到了广泛的应用(ZL 01134143.2;ZL00112387.4;ZL02138466.5;ZL201210039460.6)，但该类吸附树 脂对磷的吸附性能较差，不能有效实现有机物和磷的同步去除。对生化尾水处理后 CDO和总磷的达标排放仍是本领域技术所面对的难题。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，针对目前广泛使用的吸附法污水深度处理技术不 能在单一反应器内实现有机物和磷的同步去除的现状，本发明提供一种同步去除污 水生化尾水中有机物和磷的方法，在单一反应器内实现污水生化尾水中有机物 (EfOM)和磷的同步去除，使处理后出水COD稳定降至50mg/L以下，总磷稳定降 至0.5mg/L以下，为污水的深度处理与综合利用提供重要保障，从而实现环境效益 和社会效益的统一。
2、技术方案
本发明的原理：将负载有纳米水合氧化铁(HFO)颗粒的多功能吸附树脂用于 吸附处理，实现生化尾水中有机物和磷的同步去除。
一种同步去除污水生化尾水中有机物和磷的方法，其步骤为：
(A)将污水生化处理系统二沉池出水流入浅层砂滤器，去除水中悬浮物、胶 质颗粒、微生物等非溶解性污染物;
(B)将步骤(A)中的滤液，通过装填有负载水合氧化铁纳米颗粒的复合材料 HFO-802的吸附塔，使生化尾水中难以生物降解的溶解性有机物和磷被有效吸附， 吸附出水COD和总磷浓度大幅降低;
(C)当吸附达到穿透点时停止吸附，用NaOH-NaCl混合溶液作为脱附剂，对 上述纳米复合材料进行脱附再生，供循环使用;
(D)将步骤(C)得到的高浓度脱附液经浓缩后，外送焚烧或者用于生产水煤 浆等其他产品，低浓度脱附液用于配制NaOH-NaCl溶液套用于下一批脱附操作。
其中步骤(A)将污水生化处理系统二沉池出水流入浅层砂滤器，该砂滤器优 选石英砂或石榴石作为过滤介质，滤料粒径为0.2-0.8mm，滤料层高度为30-60cm， 过滤面积为2-4m2，滤速控制为8-15m/h，通过吸附、接触絮凝、重力沉降和阻力截 留等物理化学作用，去除水中悬浮物、胶质颗粒、微生物等非溶解性污染物，使得 出水悬浮颗粒物(SS)浓度小于5mg/L。当砂滤器的进、出口压力差达到0.1MPa时， 进行反冲洗。反冲洗水流速控制为30-60m/h(滤层膨胀10-20%)，反冲洗时间为2-4 min。
步骤(B)将步骤(A)所得滤液，在5-35℃条件下，以4-15BV/h(BV为床层 体积)的流速通过装填有环境功能纳米复合材料的吸附塔，使废水中难以生物降解 的溶解性有机物和磷被有效吸附在纳米复合材料上;每批次废水处理量为1000-1500 BV。吸附出水的COD小于50mg/L，总磷浓度小于0.5mg/L。
本发明中所述的负载水合氧化铁(HFO)纳米颗粒的复合材料HFO-802(江苏 南大环保科技有限公司研制生产)，其载体为叔胺化的超高交联纳米孔聚苯乙烯球 体，平均孔径分布为0.5-5nm，孔内均匀分布有粒径为1-5nm的水合氧化铁(HFO) 纳米颗粒，水合氧化铁(HFO)的含量控制在2-20%(以Fe计)。
步骤(C)当吸附达到穿透点时(COD超过50mg/L或总磷浓度超过0.5mg/L) 时停止吸附，用浓度为1-10%的NaOH-NaCl混合溶液作为脱附剂，在20-65℃温度 下以0.5-2BV/h的流速进行脱附再生。
3、有益效果
针对现有技术，本发明的有益效果为：一般的污水生化尾水深度处理方法，无 法实现在单一反应器内有机物(EfOM)和磷的同步去除，且能耗高、稳定性较差。 本方法由于氨基功能超高交联吸附树脂载体对天然有机物、生物难降解有机物、人 工合成有机物等污染物的高效吸附性能，水合氧化铁(HFO)纳米颗粒对磷酸根的 选择性吸附性能以及树脂基的Donnas膜效应，表现出优异的有机物和磷的同步去除 效果。
(1)对生化处理后的污水进行深度处理后，在进水COD为60-100mg/L，磷浓 度为1.0-2.0mg/L的条件下，出水COD稳定降至50mg/L以下，总磷稳定降至0.5mg/L 以下，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准和《污 水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准;
(2)处理量大，在保证上述处理效果的条件下，可处理800-1500床层体积的生 化尾水;
(3)环境功能纳米复合材料(HFO-802)再生性能良好，机械强度高，可重复 使用
综上所述，本发明操作工艺简单，成本低廉，在产生环境效益的同时又产生经 济效益。