申请日2018.12.25
公开(公告)日2019.03.29
IPC分类号C02F9/04; C02F101/16
摘要
本发明涉及低浓度氨氮废水的处理领域,具体涉及一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置及方法。其技术方案为，包括沉淀系统和过滤循环再生系统，将沸石粉和沸石颗粒配合使用，应用沸石粉的高离子交换能力和沸石颗粒的截留能力，通过投加沸石粉处理含氨氮废水，再通过沉淀过滤的方式将沸石粉从水中分离出来，最后将再生工艺应用于过滤过程中的反冲洗过程，通过投加再生液，配合吹脱工艺，实现滤料反冲洗的同时达到了去除氨氮的目的。通过三个过滤柱的交替使用，实现沸石粉的回收、再生、复投能力。极大的增加了沸石离子交换能力的利用率，解决了沸石粉分离再生的工艺难点。
权利要求书
1.一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置，其特征在于，包括沉淀系统和过滤循环再生系统，所述沉淀系统包括废水进水管、沸石粉投加管、斜管沉淀池和出水池，所述斜管沉淀池包括池壁、搅拌器、斜管区、刮泥板和穿孔排泥管;过滤循环再生系统包括三个沸石颗粒过滤柱、过滤柱反冲洗出水管道、出水池出水管道、斜管沉淀池排泥管道、空气泵、再生液药桶和再生液进水管道，所述沸石颗粒过滤柱顶部设有过滤柱放气口和过滤柱进泥口，所述沸石颗粒过滤柱底部设有过滤柱出水口、过滤柱反冲洗进气口和过滤柱反冲洗进水口，所述沸石颗粒过滤柱柱身一侧设有过滤柱进水口，另一侧设有过滤柱反冲洗出水口，所述沸石颗粒过滤柱内部放置沸石颗粒滤料;
所述斜管沉淀池的一端设置废水进水管，所述斜管沉淀池另一端设置出水池，所述废水进水管上设有沸石粉投加管;所述池壁内部按水流方向设有搅拌器和斜管区，所述池壁底部设有刮泥板，所述池壁最下方设置穿孔排泥管，所述穿孔排泥管通过所述斜管沉淀池排泥管道与所述过滤柱进泥口连接;所述沸石粉投加管通过所述过滤柱反冲洗出水管道与所述过滤柱反冲洗出水口连接，所述出水池通过所述出水池出水管道与所述过滤柱进水口连接，所述空气泵与所述过滤柱反冲洗进气口连接，所述再生液药桶通过所述再生液进水管道连接所述过滤柱反冲洗进水口。
2.根据权利要求1所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置，其特征在于，所述过滤柱出水口、过滤柱反冲洗进水口、再生液进水管、过滤柱反冲洗出水管道、斜管沉淀池排泥管道、斜管沉淀池出水池出水管道均设置电磁阀，所述电磁阀和所述空气泵均由PLC控制，在所述过滤柱出水口设置监控设备，用于监控出水氨氮浓度。
3.一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，其特征在于，通过如权利要求2所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置，包括以下过程：
(1)沉淀过程：将低浓度氨氮废水由所述废水进水管进入斜管沉淀池中，沸石粉通过沸石粉投加管随低浓度氨氮废水一同进入到斜管沉淀池中，沸石粉与低浓度氨氮废水在经搅拌器混合搅拌后，低浓度氨氮废水中大部分氨氮能够负载在沸石粉上，降低了低浓度氨氮废水中的氨氮含量，经由沉淀后，一部分沸石粉沉淀至所述池壁的底部，在所述刮泥板的作用下进入穿孔式排泥管，经由斜管沉淀池排泥管道通过过滤柱进泥口进入两个起再生作用的沸石颗粒过滤柱中;
(2)过滤过程：另一部分未沉淀的沸石粉随废水进入所述出水池，经由出水池出水管道通过过滤柱进水口进入一个起过滤作用的沸石颗粒过滤柱中;当废水进入起过滤作用的沸石颗粒过滤柱后，携带氨氮的沸石粉在起过滤作用的沸石颗粒过滤柱内被截留在所述沸石颗粒滤料上,氨氮含量降低的水通过所述过滤柱出水口外排;随着所述沸石颗粒滤料上截留的沸石粉含量的增加，使出水水头损失增加，当起过滤作用的沸石颗粒过滤柱不再向外排水时，停止起过滤作用的沸石颗粒过滤柱的进水，将其转变为起再生作用的沸石颗粒过滤柱;
(3)再生循环过程：再生液药桶内的再生液经由再生液进水管道进入其中一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱，同时开启所述空气泵进行曝气，当液面上升至所述过滤柱反冲洗出水口的高度时停止通入再生液，继续曝气5min后，再生液由沸石颗粒过滤柱底部的过滤柱出水口放空;将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次;一方面对沸石颗粒过滤柱进行气水反冲洗，另一方面再生液中含有的Na+对沸石颗粒进行再生，将铵根由沸石粉中交换出来进入水中，再生液中所含OH-能够与铵根NH4+形成NH3·H2O，沸石颗粒过滤柱底部进入的大量空气将NH3·H2O由液相转移至气相，氨随空气由所述过滤柱放气口排出沸石颗粒过滤柱，降低了再生液中的氨氮浓度;
其后，增大再生液流量，将沸石粉随再生液经过滤柱反冲洗出水管道进入另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱中;
再生液经由再生液进水管道进入另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱，同时开启所述空气泵进行曝气，当液面上升至所述过滤柱反冲洗出水口的高度时停止通入再生液，继续曝气5min后，再生液由沸石颗粒过滤柱底部的过滤柱出水口放空;将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次;
最后增大再生液流量，将再生后的沸石粉经由所述过滤柱反冲洗出水管道输送至所述沸石粉投加管，形成沸石粉在该工艺中的完整循环。
4.根据权利要求3所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，其特征在于，一个沸石颗粒过滤柱承担过滤作用时，另外两个沸石颗粒过滤柱完成再生循环过程。
5.根据权利要求3所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，其特征在于，PLC控制电磁阀：
通往起过滤作用的沸石颗粒过滤柱的出水池出水管道上电磁阀开启，通往起再生作用的沸石颗粒过滤柱的斜管沉淀池排泥管道的电磁阀关闭，出水池出水进入起过滤作用的沸石颗粒过滤柱，此时该过滤柱出水口电磁阀开启，使过滤柱出水由过滤柱出水口排出，同时该滤柱上的过滤柱反冲洗进气口、过滤柱反冲洗进水口的电磁阀关闭;
通往起再生作用的沸石颗粒过滤柱的出水池出水管道上电磁阀关闭，通往起再生作用的沸石颗粒过滤柱的斜管沉淀池排泥管道的电磁阀开启，刮泥板污泥进入再生作用的沸石颗粒过滤柱，该过滤柱出水口的电磁阀关闭，再生液进水管道和过滤柱反冲洗进气口交替开启，使再生液和空气由下端进入，当液面上升至过滤柱反冲洗出水口时再生液进水管道和过滤柱反冲洗进气口的电磁阀关闭，过滤柱出水口的电磁阀开启，将滤柱出水排出，将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次，最后，关闭过滤柱出水口的电磁阀，打开再生液进水管道和过滤柱反冲洗进气口的电磁阀，以及由该起再生作用的沸石颗粒过滤柱至另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱上的过滤柱反冲洗出水管道的电磁阀，将沸石粉通入另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱;
另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱的过滤柱出水口电磁阀开启，过滤柱反冲洗进气口电磁阀开启，过滤柱反冲洗进水口电磁阀关闭，将过滤系统的出水和气体由下至上通入该沸石颗粒过滤柱，当液面上升至该沸石颗粒过滤柱的过滤柱反冲洗出水口高度时，将水从该过滤柱出水口放出，将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次，最后，打开过滤柱出水口的电磁阀，由下至上增加水量，将该沸石颗粒过滤柱连接至沸石粉投加口的过滤柱反冲洗出水管道上的电磁阀开启，将沸石粉返回至沉淀池。
6.根据权利要求3所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，其特征在于，所述沸石粉的粒径为200目，在氨氮平衡浓度为5mg/L时，平衡吸附量为4-5mg/g;所述沸石颗粒滤料的粒径为3-5mm，在氨氮平衡浓度为5mg/L时，平衡吸附量为0.6-0.8mg/g。
7.根据权利要求3所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，其特征在于，所述再生液为质量分数为5-15%的NaCl和0.10-0.30mol/L的NaOH的混合溶液。
说明书
一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及低浓度氨氮废水的处理领域,具体涉及一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置及方法。
背景技术
针对含氨废水的处理，主要分为两个大类：物化法、生化法。物化法包括吹脱法、折点氯化法、沉淀法、膜法、离子交换法等，对低浓度氨氮废水，多数工艺受费用等限制，难以推广;生化法对低浓度氨氮废水的处理，常常需要增加碳源、且占地面积大，也不易于推广。而离子交换法具有费用相对较低，占地面积小等优点，更适用于低浓度氨氮废水的处理。
沸石本身的物理化学特性决定了其具有一定的对阳离子的离子交换能力，且交换速度快，比表面积大，十分适用于对氨氮废水的处理。由于粒径不同，沸石粉的离子交换容量和速度远大于沸石颗粒，但由于沸石粉粒径过小，在应用于传统离子交换柱时，极易发生“跑料”的现象，难以从水中分离，极大地增加了水中不溶物含量，对其再生也造成了困难。沸石颗粒虽然可以应用于离子交换柱，但其离子交换能力应用率低下，大量的离子交换能力被浪费。
沸石其特殊的物理化学构造，在其内部形成了大量的孔道，其内部孔道体积可以达到其总体积的50%。这为沸石提供了比表面积大、轻质的特点。使其可以作为滤料，截留水中的不溶性物质，在废水处理过程中，常常需要对废水进行过滤以去除水中不溶性物质。随着过滤时间增加，滤料上携带的不溶性物质增多，水头损失不断增加，此时需要对滤料进行反冲洗。常用的反冲洗方式包括水洗、气洗和气水反冲洗。
在沸石的再生工艺中，常常采用含Na+的高pH再生液对沸石进行再生，将氨氮从沸石中交换出来，使沸石再次具有对氨氮的离子交换能力。在对氨氮的废水处理中采用的吹脱法，是在高pH条件下，将空气通入水中，OH-能够与铵根NH4+形成NH3·H2O，空气将NH3·H2O由液相转移至气相，氨随空气排出液体。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置及方法，将沸石粉和沸石颗粒联合使用，将对沸石的再生工艺和过滤柱的反冲洗工艺耦合，有效的实现了沸石粉的循环利用。
本发明的技术方案如下：
一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置，其特征在于，包括沉淀系统和过滤循环再生系统，所述沉淀系统包括废水进水管、沸石粉投加管、斜管沉淀池和出水池，所述斜管沉淀池包括池壁、搅拌器、斜管区、刮泥板和穿孔排泥管;过滤循环再生系统包括三个沸石颗粒过滤柱、过滤柱反冲洗出水管道、出水池出水管道、斜管沉淀池排泥管道、空气泵、再生液药桶和再生液进水管道，所述沸石颗粒过滤柱顶部设有过滤柱放气口和过滤柱进泥口，所述沸石颗粒过滤柱底部设有过滤柱出水口、过滤柱反冲洗进气口和过滤柱反冲洗进水口，所述沸石颗粒过滤柱柱身一侧设有过滤柱进水口，另一侧设有过滤柱反冲洗出水口，所述沸石颗粒过滤柱内部放置沸石颗粒滤料;
所述斜管沉淀池的一端设置废水进水管，所述斜管沉淀池另一端设置出水池，所述废水进水管上设有沸石粉投加管;所述池壁内部按水流方向设有搅拌器和斜管区，所述池壁底部设有刮泥板，所述池壁最下方设置穿孔排泥管，所述穿孔排泥管通过所述斜管沉淀池排泥管道与所述过滤柱进泥口连接;所述沸石粉投加管通过所述过滤柱反冲洗出水管道与所述过滤柱反冲洗出水口连接，所述出水池通过所述出水池出水管道与所述过滤柱进水口连接，所述空气泵与所述过滤柱反冲洗进气口连接，所述再生液药桶通过所述再生液进水管道连接所述过滤柱反冲洗进水口。
所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置，优选方案为，所述过滤柱出水口、过滤柱反冲洗进水口、再生液进水管、过滤柱反冲洗出水管道、斜管沉淀池排泥管道、斜管沉淀池出水池出水管道均设置电磁阀，所述电磁阀和所述空气泵均由PLC控制，在所述过滤柱出水口设置监控设备，用于监控出水氨氮浓度。
一种利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，其特征在于，通过如上述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的装置，包括以下过程：
(1)沉淀过程：将低浓度氨氮废水由所述废水进水管进入斜管沉淀池中，沸石粉通过沸石粉投加管随低浓度氨氮废水一同进入到斜管沉淀池中，沸石粉与低浓度氨氮废水在经搅拌器混合搅拌后，低浓度氨氮废水中大部分氨氮能够负载在沸石粉上，降低了低浓度氨氮废水中的氨氮含量，经由沉淀后，一部分沸石粉沉淀至所述池壁的底部，在所述刮泥板的作用下进入穿孔式排泥管，经由斜管沉淀池排泥管道通过过滤柱进泥口进入两个起再生作用的沸石颗粒过滤柱中;
(2)过滤过程：另一部分未沉淀的沸石粉随废水进入所述出水池，经由出水池出水管道通过过滤柱进水口进入一个起过滤作用的沸石颗粒过滤柱中;当废水进入起过滤作用的沸石颗粒过滤柱后，携带氨氮的沸石粉在起过滤作用的沸石颗粒过滤柱内被截留在所述沸石颗粒滤料上,氨氮含量降低的水通过所述过滤柱出水口外排;随着所述沸石颗粒滤料上截留的沸石粉含量的增加，使出水水头损失增加，当起过滤作用的沸石颗粒过滤柱不再向外排水时，停止起过滤作用的沸石颗粒过滤柱的进水，将其转变为起再生作用的沸石颗粒过滤柱;
(3)再生循环过程：再生液药桶内的再生液经由再生液进水管道进入其中一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱，同时开启所述空气泵进行曝气，当液面上升至所述过滤柱反冲洗出水口的高度时停止通入再生液，继续曝气5min后，再生液由沸石颗粒过滤柱底部的过滤柱出水口放空;将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次;一方面对沸石颗粒过滤柱进行气水反冲洗，另一方面再生液中含有的Na+对沸石颗粒进行再生，将铵根由沸石粉中交换出来进入水中，再生液中所含OH-能够与铵根NH4+形成NH3·H2O，沸石颗粒过滤柱底部进入的大量空气将NH3·H2O由液相转移至气相，氨随空气由所述过滤柱放气口排出沸石颗粒过滤柱，降低了再生液中的氨氮浓度;
其后，增大再生液流量，将沸石粉随再生液经过滤柱反冲洗出水管道进入另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱中;
再生液经由再生液进水管道进入另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱，同时开启所述空气泵进行曝气，当液面上升至所述过滤柱反冲洗出水口的高度时停止通入再生液，继续曝气5min后，再生液由沸石颗粒过滤柱底部的过滤柱出水口放空;将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次;
最后增大再生液流量，将再生后的沸石粉经由所述过滤柱反冲洗出水管道输送至所述沸石粉投加管，形成沸石粉在该工艺中的完整循环。
所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，优选方案为，一个沸石颗粒过滤柱承担过滤作用时，另外两个沸石颗粒过滤柱完成再生循环过程。
所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，优选方案为，PLC控制电磁阀：
通往起过滤作用的沸石颗粒过滤柱的出水池出水管道上电磁阀开启，通往起再生作用的沸石颗粒过滤柱的斜管沉淀池排泥管道的电磁阀关闭，出水池出水进入起过滤作用的沸石颗粒过滤柱，此时该过滤柱出水口电磁阀开启，使过滤柱出水由过滤柱出水口排出，同时该滤柱上的过滤柱反冲洗进气口、过滤柱反冲洗进水口的电磁阀关闭;
通往起再生作用的沸石颗粒过滤柱的出水池出水管道上电磁阀关闭，通往起再生作用的沸石颗粒过滤柱的斜管沉淀池排泥管道的电磁阀开启，刮泥板污泥进入再生作用的沸石颗粒过滤柱，该过滤柱出水口的电磁阀关闭，再生液进水管道和过滤柱反冲洗进气口交替开启，使再生液和空气由下端进入，当液面上升至过滤柱反冲洗出水口时再生液进水管道和过滤柱反冲洗进气口的电磁阀关闭，过滤柱出水口的电磁阀开启，将滤柱出水排出，将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次，最后，关闭过滤柱出水口的电磁阀，打开再生液进水管道和过滤柱反冲洗进气口的电磁阀，以及由该起再生作用的沸石颗粒过滤柱至另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱上的过滤柱反冲洗出水管道的电磁阀，将沸石粉通入另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱;
另一个起再生作用的沸石颗粒过滤柱的过滤柱出水口电磁阀开启，过滤柱反冲洗进气口电磁阀开启，过滤柱反冲洗进水口电磁阀关闭，将过滤系统的出水和气体由下至上通入该沸石颗粒过滤柱，当液面上升至该沸石颗粒过滤柱的过滤柱反冲洗出水口高度时，将水从该过滤柱出水口放出，将上述通入再生液、曝气及放空过程反复进行5-6次，最后，打开过滤柱出水口的电磁阀，由下至上增加水量，将该沸石颗粒过滤柱连接至沸石粉投加口的过滤柱反冲洗出水管道上的电磁阀开启，将沸石粉返回至沉淀池。
所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，优选方案为，所述沸石粉的粒径为200目，在氨氮平衡浓度为5mg/L时，平衡吸附量为4-5mg/g;所述沸石颗粒滤料的粒径为3-5mm，在氨氮平衡浓度为5mg/L时，平衡吸附量为0.6-0.8mg/g。
所述的利用沸石粉循环处理低浓度氨氮废水的方法，优选方案为，所述再生液为质量分数为5-15%的NaCl和0.10-0.30mol/L的NaOH的混合溶液。
本发明的有益效果为：
本发明将沸石粉和沸石颗粒联合使用，实现了对沸石粉对氨氮的高离子交换能力和沸石颗粒作为滤料的截留不溶物质的能力的同时利用;
本发明将对沸石的再生工艺和过滤柱的反冲洗工艺耦合，配合吹脱法，在反冲洗过程中对沸石进行再生，对氨氮进行吹脱的效果，在对沸石离子交换能力的高效利用后，有效的对沸石粉进行回收再生，再次使用，极大的提高了离子交换效率，有效的实现了沸石粉的循环利用。