CN111056586A - 一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附吸附、脱附装置及方法，属于水处理领域。本发明的装置包括内处理容器和外处理容器，所述内处理容器设置于外处理容器的内部；之间形成容纳区，内处理容器的底部在容纳区内设置有内容器出水口，且位于容纳区的底部；本发明的方法为内处理容器内放置有除氮吸附树脂，内处理容器与外处理容器之间的容纳区内放置有机物吸附树脂；污水或再生液进入至内容器容纳腔(101)内，再通过内容器出水口由进入至外容器底部容纳区内。本发明使得污水或再生液可以进行连续化处理，并且利用水力强化处理效果，处理效率高并且效果较好。

Description

一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地说，涉及一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置及方法。

背景技术

随着人类活动的日益频繁，全球范围内的饮用水水源地，如地下水，江河水，湖泊水及其他地表水均受到了严重的硝态氮污染，其中地下水尤为严重。长期饮用硝酸盐含量超标的饮用水将会对人类健康产生不良影响。硝酸盐被摄入人体后，于肠胃中被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐可直接把血液中血红蛋白里富含的亚铁离子氧化成三价铁离子，降低了血液的载氧容量，从而引发各种疾病，如高铁血红蛋白症，肝损害以及癌症等，抵抗力不及成人的婴儿更易得高铁血红蛋白症，医学上俗称“蓝婴症”。此外，农业径流和城市污水处理厂尾水中经常含有高浓度的硝酸盐，这些高浓度含氮化合物向环境中的排放，加剧了湖泊河流的富营养化进程,引起水质恶化,对生物的生存环境构成潜在威胁，如生物多样性减少、生态系统退化等。因此，控制水体中的硝态氮浓度十分必要。

并且目前有机污染物的水体污染形势也十分严峻，饮水中有机物污染的来源主要有3个方面：工业废水和生活污水排放、大气污染、城市与农田径流。我国污水处理率很低,加上现有处理系统运行效率不高,使约80％的污水未经妥善处理即被排放到附近水体。1993年的资料表明,全国532条河流中有436条受到不同程度的污染,约占河流总数的82％。在自然界的水体中,存在种类众多的有机污染物,如酚类化合物、苯类化合物、卤烃类化合物以及各种油类,特别是大分子天然有机物,它们是动植物自然循环代谢过程中形成的中间产物,其中主要是腐殖质。通常根据腐殖质在酸和碱溶液中的溶解度将其分为3个组分：腐殖酸、富里酸和胡敏素。对于一些水库和湖泊，由于大量含氮、磷的废水排入，致使水体富营养化,藻类过量繁殖,一些藻类(如蓝藻)在代谢过程中产生藻毒素,可引起肝炎、肝癌等。以上所述的藻类和腐殖质都是典型的消毒副产物前体物质,在后续消毒过程中与消毒剂如氯等作用生成三氯甲烷等多种有害副产物，增加水的诱变活性。

目前市场上在处理废水时，对于废水中的硝态氮以及有机污染物难以进行结合处理，导致废水中污染物处理效率低下，对环境也不能达到绿色环保。已有相关报道如中国专利CN207375912U公开了一种硝态氮废水处理装置，但是该装置只能对硝态氮进行处理，因此提供一个装置既能去除废水中的有机杂质又能去除其中的硝态氮，从而使得整个再生过程可以选用同种再生剂并且实现再生过程的连续化。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对现有水处理装置硝态氮以及有机污染物难以连续处理的技术问题，提供了一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置及方法，该装置实现了废水中有机杂质及硝态氮的连续吸附和脱附，处理效率高。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附吸附、脱附装置，包括内处理容器和外处理容器，所述内处理容器设置于外处理容器的内部；内处理容器的内容器侧壁与外容器侧壁之间形成外容器侧部容纳区，内容器底壁与外容器底壁之间形成外容器底部容纳区，外容器底部容纳区的上端与外容器侧部容纳区的底端相连通；内处理容器的上部设置有内容器进水口，内处理容器的底部设置有内容器出水口，内容器出水口的出水喷头设置于外容器底部容纳区内，且位于外容器底部容纳区的底部；外容器底部容纳区的底部设置有外容器出水口。

优选地，所述内容器出水口上的出水喷头包括第一出水喷头和第二出水喷头，其中第一出水喷头喷射方向朝下，第二出水喷头喷射方向朝上。

优选地，内容器出水口上连通设置有内容器出水泵，内容器出水泵用于将内处理容器中的液体抽入至外处理容器中。

优选地，外容器底壁为倒锥形，外容器底壁的最低处与内容器出水口上的出水喷头对应设置。

优选地，所述第二出水喷头至少设置有3个，且第二出水喷头沿圆周方向均匀分布；或第二出水喷头的喷射方向与对应外容器底壁之间的夹角为α，其中0°＜α≤30°。

优选地，外容器侧部容纳区内设置有阻挡网板，所述阻挡网板向下倾斜设置，倾斜角度为β，其中30°≤β≤75°；或所述阻挡网板包括第一外容器阻挡网板和第二外容器阻挡网板，在外容器侧部容纳区内，其中第一外容器阻挡网板设置于外容器侧壁上，第二外容器阻挡网板设置于内容器侧壁上，第一外容器阻挡网板和第二外容器阻挡网板相对错布置。

优选地，所述内处理容器和外处理容器的横截面为圆形，其中外处理容器与内处理容器直径的比值为1.2～3。

本发明的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附方法，所述方法使用的装置为前面所述的多级吸附、脱附装置，在内处理容器的内容器容纳腔内装填除氮吸附树脂，在外处理容器与内处理容器之间形成的容纳腔内装填除氮有机物吸附树脂；污水或再生液由内处理容器上方进入至内容器容纳腔内，污水或再生液再通过内处理容器下方的内容器出水口由外容器底部容纳区的底部进入至外容器底部容纳区内。

优选地，除氮吸附树脂为结构中具有三甲胺、三乙胺、三丙胺基团的季铵盐型阴离子交换树脂；和/或有机物吸附树脂为苯乙烯系超高交联树脂或功能基化的苯乙烯系超高交联树脂。

优选地，对污水进行吸附时污水在装置中的流速为10BV/h～25BV/h；和/或使用再生液脱附时再生液在装置中的流速为0.5～5BV/h。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附吸附、脱附装置，包括内处理容器和外处理容器，所述内处理容器设置于外处理容器的内部；内处理容器的内容器侧壁与外容器侧壁之间形成外容器侧部容纳区，内容器底壁与外容器底壁之间形成外容器底部容纳区，外容器底部容纳区的上端与外容器侧部容纳区的底端相连通；内处理容器的上部设置有内容器进水口，内处理容器的底部设置有内容器出水口，内容器出水口的出水喷头设置于外容器底部容纳区内，且位于外容器底部容纳区的底部；外容器底部容纳区的底部设置有外容器出水口；在吸附以及脱附过程中，污水或再生液可以依次通过内处理容器和外处理容器进行处理，实现连续化处理，另外借助水力作用内容器出水口出水对外容器底部容纳区内的树脂形成冲击，提高接触处理程度，从而改善处理效果。

(2)本发明中外容器底壁为倒锥形，并且进一步地内容器出水口上连通设置有内容器出水泵，内容器出水口上也设置有喷射方向朝上的第二出水喷头，使得内容器出水口出水可以借助水力向上运动，进一步促进液体与树脂的接触，进而改善处理效果。

(3)本发明中外容器侧部容纳区内设置有向下倾斜的阻挡网板，该阻挡网板的设置可以对向上运动的树脂形成阻挡，促进污水或再生液经过树脂进行处理，有效提高处理效果。

(4)本发明的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附方法，在内处理容器的内容器容纳腔内装填除氮吸附树脂，在外处理容器与内处理容器之间形成的容纳腔内装填除氮有机物吸附树脂；污水或再生液由内处理容器上方进入至内容器容纳腔内，污水或再生液再通过内处理容器下方的内容器出水口由外容器底部容纳区的底部进入至外容器底部容纳区内；该方法使得污水或再生液可以进行连续化处理，并且再生过程中使用一种再生液即可，处理效率高并且效果较好。

附图说明

图1为本发明一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置的结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、内处理容器；101、内容器容纳腔；102、内容器侧壁；103、内容器底壁；110、内容器进水口；120、内容器出水口；121、内容器出水泵；122、第一出水喷头；123、第二出水喷头；

200、外处理容器；210、外容器侧壁；211、外容器侧部容纳区；212、第一外容器阻挡网板；213、第二外容器阻挡网板；220、外容器底壁；221、外容器出水口；222、过滤网板；223、外容器底部容纳区。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附吸附、脱附装置，其特征在于，包括内处理容器100和外处理容器200，所述内处理容器100设置于外处理容器200的内部；本实施例中，所述内处理容器100和外处理容器200的横截面为圆形，并且外处理容器200的外容器侧壁210所形成圆直径与内处理容器100直径的比值为1.2～3，本实施例中为2；本实施例中外处理容器200的外容器侧壁210形成圆筒状，内处理容器100也为圆筒状，另外内处理容器100和外处理容器200等高。

同为圆筒状的外处理容器200和内处理容器100同轴线布置，内处理容器100在外处理容器200的内部，因此内处理容器100的内容器侧壁102与外容器侧壁210之间形成外容器侧部容纳区211；另外内容器底壁103与外容器底壁220之间形成外容器底部容纳区223，外容器底部容纳区223的上端与外容器侧部容纳区211的底端相连通。

内处理容器100的上部设置有内容器进水口110，该内容器进水口110用于外部向内处理容器100的内容器容纳腔101内输入污水或再生液；内容器进水口110上设置有阀门控制开启或闭合。内处理容器100的底部设置有内容器出水口120，内容器出水口120的出水喷头设置于外容器底部容纳区223内，且位于外容器底部容纳区223的底部。内容器出水口120上连通设置有内容器出水泵121，内容器出水泵121用于将内处理容器100中的液体抽入至外处理容器200中。

需要说明的是，本实施例中外容器底壁220为倒锥形，该倒锥形所形成的的最低处设置有外容器出水口221，该外容器出水口221用于将外处理容器200中的污水或再生液排出，其上也设置有阀门控制开启或闭合，外容器出水口221的上方设置有过滤网板222，该过滤网板222可以在外容器出水口221的出水过程中对树脂进行阻挡。并且所述外容器底壁220的最低处与内容器出水口120上的出水喷头对应设置，内处理容器100中的液体抽出后由外容器底壁220的最低处向上流动，与外处理容器200中放置的树脂充分接触，该种接触方式相比较于由上到下的接触方式，具有冲击力的液体与树脂接触更为充分，水处理效果更佳。

值得说明的是，本实施例中所述内容器出水口120上的出水喷头包括第一出水喷头122和第二出水喷头123，其中第一出水喷头122喷射方向朝下，第二出水喷头123喷射方向朝上；通过第一出水喷头122朝下喷射与第二出水喷头123朝上喷射的配合，充分利用水力使得通过容器出水口120上出水喷头喷出来的水可以与树脂充分接触，进一步地改善处理效果。本实施例中，为了配合外容器底壁220的形状实现更好的冲击效果，所述第二出水喷头123至少设置有3个，且第二出水喷头123沿圆周方向均匀分布；或第二出水喷头123的喷射方向与对应外容器底壁220之间的夹角为α，其中0°＜α≤30°，本实施例中α＝15°。

另外，本实施例中内容器侧壁102与内容器底壁103的过渡处为弧形，外容器侧壁210与外容器底壁220的过渡处也为弧形，即外容器底部容纳区223的上端与外容器侧部容纳区211的底端连通处为弧形；上述弧形的设置促进了污水或再生液与树脂一起通过该连通处由外容器底部容纳区223顺利进入至外容器侧部容纳区211。

而在污水或再生液与树脂一起进入至外容器侧部容纳区211后，本实施例中在外容器侧部容纳区211内设置有阻挡网板，所述阻挡网板向下倾斜设置，倾斜角度为β，其中30°≤β≤75°，本实施例中为50°，具体的所述阻挡网板包括第一外容器阻挡网板212和第二外容器阻挡网板213，在外容器侧部容纳区211内，其中第一外容器阻挡网板212设置于外容器侧壁210上，第二外容器阻挡网板213设置于内容器侧壁102上，第一外容器阻挡网板212和第二外容器阻挡网板213相对错布置。该阻挡网板可以对树脂进行阻挡，污水或再生液可以经过树脂进行充分处理。

在上述装置的基础上，本发明的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附方法，在内处理容器100的内容器容纳腔101内装填除氮吸附树脂，在外处理容器200与内处理容器100之间形成的容纳腔内装填除氮有机物吸附树脂；污水或再生液由内处理容器100上方进入至内容器容纳腔101内，污水或再生液再通过内处理容器100下方的内容器出水口120由外容器底部容纳区223的底部进入至外容器底部容纳区223内。

其中除氮吸附树脂为结构中具有三甲胺、三乙胺、三丙胺基团的季铵盐型阴离子交换树脂；有机物吸附树脂为苯乙烯系超高交联树脂或功能基化的苯乙烯系超高交联树脂。并且对污水进行吸附时污水在装置中的流速为10BV/h～25BV/h；和/或使用再生液脱附时再生液在装置中的流速为0.5～5BV/h。

实施例2

本实施例的废水是来自于生化处理工艺后的废水，该废水处理的步骤为：

(1)内层树脂吸附：首先使废水以15BV/h的流速流过季铵盐型阴离子交换树脂进行吸附处理，进水量为50BV；通常将树脂装于吸附柱中，溶液连续地通过；树脂柱内装载树脂的体积称为床容积，简写为BV,因此代表废水体积为树脂床容积的50倍；溶液通过树脂柱的流量速度为15BV/h，即每小时通过废水的体积为树脂床容积的15倍。

在一级树脂吸附中所述的树脂为季铵盐型强碱阴离子交换树脂，来自于江苏苏青水处理工程集团有限公司，其在内层吸附柱中的填充的树脂量为15mL，填充的高径比为1:3.5。

废水经过内层吸附处理过程中，季铵盐型碱性阴离子交换树脂可有效吸附去除水中的硝态氮。

(2)外层树脂吸附：外层树脂装有量为30ml,经过步骤(1)处理后的废水以15BV/h的流速流出到外层结构的底部树脂中进一步进行吸附处理；借助于水力作用，树脂实现与废水的充分接触，有效降低了废水的CODcr。

(3)树脂再生：选用量为2BV再生液以1BV/h的流速先流过内层树脂进行洗脱，得到首次脱附液，洗脱温度为45℃，首次脱附液以10BV/h的流速流出到外层树脂中再次进行洗脱，进液洗脱温度为50℃；其中，再生液为质量浓度15％的氯化钠和质量浓度为4％的氢氧化钠混合溶液，同时混合溶液中氯化钠与氢氧化钠溶液的体积比为1:2。

(4)稳定性实验：将上述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)分别进行重复性实验，共进行200批次试验,出水的水质达到预期的要求，该生化出水的原水CODcr为105mg/L,硝态氮为146mg/L,经过两层树脂吸附后出水CODcr为20mg/L，硝态氮为15mg/L。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附吸附、脱附装置，其特征在于，包括内处理容器(100)和外处理容器(200)，所述内处理容器(100)设置于外处理容器(200)的内部；内处理容器(100)的内容器侧壁(102)与外容器侧壁(210)之间形成外容器侧部容纳区(211)，内容器底壁(103)与外容器底壁(220)之间形成外容器底部容纳区(223)，外容器底部容纳区(223)的上端与外容器侧部容纳区(211)的底端相连通；

内处理容器(100)的上部设置有内容器进水口(110)，内处理容器(100)的底部设置有内容器出水口(120)，内容器出水口(120)的出水喷头设置于外容器底部容纳区(223)内，且位于外容器底部容纳区(223)的底部；外容器底部容纳区(223)的底部设置有外容器出水口(221)。

2.根据权利要求1所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置，其特征在于，所述内容器出水口(120)上的出水喷头包括第一出水喷头(122)和第二出水喷头(123)，其中第一出水喷头(122)喷射方向朝下，第二出水喷头(123)喷射方向朝上。

3.根据权利要求1所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置，其特征在于，内容器出水口(120)上连通设置有内容器出水泵(121)，内容器出水泵(121)用于将内处理容器(100)中的液体抽入至外处理容器(200)中。

4.根据权利要求1或2所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置，其特征在于，外容器底壁(220)为倒锥形，外容器底壁(220)的最低处与内容器出水口(120)上的出水喷头对应设置。

5.根据权利要求2所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置，其特征在于，所述第二出水喷头(123)至少设置有3个，且第二出水喷头(123)沿圆周方向均匀分布；或第二出水喷头(123)的喷射方向与对应外容器底壁(220)之间的夹角为α，其中0°＜α≤30°。

6.根据权利要求1所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置，其特征在于，外容器侧部容纳区(211)内设置有阻挡网板，所述阻挡网板向下倾斜设置，倾斜角度为β，其中30°≤β≤75°；或所述阻挡网板包括第一外容器阻挡网板(212)和第二外容器阻挡网板(213)，在外容器侧部容纳区(211)内，其中第一外容器阻挡网板(212)设置于外容器侧壁(210)上，第二外容器阻挡网板(213)设置于内容器侧壁(102)上，第一外容器阻挡网板(212)和第二外容器阻挡网板(213)相对错布置。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附装置，其特征在于，所述内处理容器(100)和外处理容器(200)的横截面为圆形，其中外容器侧壁(210)所形成圆的直径与内处理容器(100)直径的比值为1.5～3。

8.一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附方法，其特征在于，所述方法使用的装置为权利要求1～7任一项所述的多级吸附、脱附装置，在内处理容器(100)的内容器容纳腔(101)内装填除氮吸附树脂，在外处理容器(200)与内处理容器(100)之间形成的容纳腔内装填除氮有机物吸附树脂；污水或再生液由内处理容器(100)上方进入至内容器容纳腔(101)内，污水或再生液再通过内处理容器(100)下方的内容器出水口(120)由外容器底部容纳区(223)的底部进入至外容器底部容纳区(223)内。

9.根据权利要求8所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附方法，其特征在于，除氮吸附树脂为结构中具有三甲胺、三乙胺、三丙胺基团的季铵盐型阴离子交换树脂；和/或有机物吸附树脂为苯乙烯系超高交联树脂或功能基化的苯乙烯系超高交联树脂。

10.根据权利要求8所述的一种去除废水中有机杂质及硝态氮的多级吸附、脱附方法，其特征在于，对污水进行吸附时污水在装置中的流速为10BV/h～25BV/h；和/或使用再生液脱附时再生液在装置中的流速为0.5～5BV/h。

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