[發明專利]一種離子交換與反硝化集成去除水中硝態氮的方法

有效

• 申請號: 201510571917.1
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105036495B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 雙陳冬;羅堃;李愛民;梁英;劉福強;周偉偉;宋海鷗
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京大學鹽城環保技術與工程研究院
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F101/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明涉及一種離子交換與反硝化集成去除水中硝態氮的方法，更具體的說是一種通過離子交換樹脂高效富集硝態氮，再對富集有硝態氮的離子交換樹脂進行反硝化處理得以再生利用去除硝態氮的集成方法。

背景技術

硝態氮在自然界的各種水體中廣泛存在。近年來，隨著我國工業、農業的快速發展和人類生產生活活動的頻繁，工業廢水、農村和城市污水來源的硝態氮不斷排放進入自然界，水中硝態氮濃度也急劇增大。地表水、地下水均受到了嚴重的硝態氮污染，其在飲用水中的存在危害人體健康。

目前，各種水處理方法中，以反硝化反應最為經濟有效，該方法是反硝化微生物利用有機碳源作為電子供體，利用硝態氮作為電子受體發生氧化還原反應，將硝態氮還原為氮氣的過程。許多水處理工藝在設計中采用了各種反硝化工藝作為脫氮的重要工段，但許多水體以及廢水的生化尾水中含有的生物可利用有機碳源含量較低，無法完全將硝態氮轉化為氮氣，造成水中仍含有一定含量的硝態氮。常規的物理化學方法中，混凝法可去除膠體及大分子有機物、磷酸鹽、部分重金屬和微污染物等，活性炭吸附法去除疏水性有機物、微污染物、部分重金屬、納濾法和反滲透法對高價鹽和有機物有較好的去除，氧化法主要針對還原性污染物如有機物等。這些物理化學方法對硝態氮的去除效果均不佳，而且納濾法和反滲透法投資和運行成本較高。專利CN104649420A所公開的一種去除水體中硝態氮的方法，是直接將改性后的生物質炭與反硝化菌混合，利用“固定化”反硝化菌通過反硝化作用，直接去除硝態氮。專利CN104163479A公開的水中硝態氮去除的方法是利用電極的氧化還原反應去除水中硝態氮。專利CN102225807A所公開的一種簡易去除水中硝態氮的方法，是通過向水中投加含有有機碳源的固態或塑性物料，達到提供碳源和降低溶解氧的效果，從而使水中進行反硝化反應去除硝態氮的目的。

離子交換法是一種常見的離子型污染物去除的方法之一，而使用陰離子交換樹脂去除水中的硝態氮是常見的方法。然而，陰離子交換樹脂要使用大量高濃度鹽或堿進行再生，產生的脫附液中含有大量的目標污染物、鹽或堿，難以再進行生物法進行處理。因此，脫附液處理和處置的問題一直是離子交換法水處理實際應用的瓶頸。專利CN104261596A公開的一種樹脂脫污水廠出水硝酸鹽氮及樹脂再生液處理的方法，其技術流程為：離子交換—5％鹽水(氯化鈉溶液)再生樹脂—樹脂脫附液反硝化，該技術采用了大量的低濃度的氯化鈉溶液進行再生，該專利技術的關鍵在于其含鹽脫附液采用自主研發的耐鹽反硝化反應器進行高鹽脫附液的處理，該專利成本較高。而專利CN103435236A公開的一種離子交換-零價鐵-反硝化菌耦合脫氮方法，其將離子交換樹脂、零價鐵、自養反硝化菌及待處理的水置于同一體系中進行系列反應：離子交換、零價鐵厭氧腐蝕、自養反硝化等，其技術關鍵在于零價鐵因發生厭氧所釋放的氫氣充當了自養反硝化菌的電子供體，而自養反硝化菌同時利用硝酸鹽作為電子受體進行反硝化作用消耗硝酸鹽，降低硝態氮的濃度。該技術不需要碳源，但需要使用零價鐵厭氧腐蝕產氫，在長期使用中對零價鐵需要更新處理或補充新的零價鐵維持反應。該專利針對“零價鐵自養反硝化”中硝酸鹽去除速率過低的缺陷，采用了增加離子交換樹脂進行快速處理，而且零價鐵腐蝕中產生的大量OH-離子，對離子交換樹脂也具有再生作用，但再生出的硝酸鹽仍然需要通過零價鐵自養反硝化過程轉化為氮氣，因此從本質上看，該處理過程在長期使用中受到關鍵步驟-零價鐵自養反硝化反應的控制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種離子交換與反硝化集成去除水中硝態氮的方法，以高效去除水或廢水中硝態氮，同時降低處理成本。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種離子交換與反硝化集成去除水中硝態氮的方法，它包括以下步驟：

(1)離子交換：將含有硝態氮的水或含有硝態氮廢水通過裝有陰離子交換樹脂的吸附塔進行硝態氮的離子交換吸附；

(2)轉移：當吸附塔出水中硝態氮的濃度為未吸附初始液中硝態氮濃度的5％～80％時，將吸附塔中30％～100％v/v的樹脂打入反應釜，升溫至再生溫度30℃～37℃；

(3)初次再生：向步驟(2)得到的體系中加入微生物菌劑和碳源，反應釜保持所述再生溫度及密封狀態，在攪拌條件下，反應4～15小時后，經固液分離保留樹脂，初次再生過程即完成；

(4)樹脂初次回用：將步驟(3)初次再生得到的樹脂全部打回吸附塔進行步驟(1)的離子交換吸附過程；