CN114315029A - 一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水中硝态氮去除的技术领域，具体涉及一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法。本发明通过一级磁性树脂吸附处理、二级磁性树脂吸附处理、三级磁性树脂吸附处理及后续的旋流分离处理、反硝化处理，形成一套完整的磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的流程和***，同时使用梯度温度控制和梯度处理时间控制的控制参数，具有缩短污水在反应器中的停留时间、降低反应器体积、提高污水中硝态氮去除效果的特点。
Description
技术领域
本发明属于水中硝态氮去除的技术领域，具体涉及一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法。
背景技术
硝态氮广泛存在于天然水体中，在正常的自然界物质循环作用下，硝态氮浓度处于较低的水平，但随着工农业的迅速发展，人口剧增，使得排放进入水体的含氨废水量不断增大，超出了自然界的自净能力，引发了全球范围内的水源水硝态氮污染问题，欧洲的地下水中已经显现了硝态氮超标的情况，有研究表明，我国的地下水有60％的井水属于劣质水，其中，淮河流域浅层地下水有67.78％的比例超标，硝酸氮浓度过高是主要的超标因子，过高的硝态氮摄入，会直接导致腹痛，腹泻，高血压等病症，而且有可能诱发蓝婴症，严重影响了人类的身体健康。
现有技术存在以下问题：针对硝态氦超标水源，必须经过适当的处理才能供给饮用，传统的处理方法有物理分离法、化学还原法、生物反硝化脱氮、渗透反应墙等，上述技术均存在自身的优势与不足，其中，使用树脂的离子交换法是一种简单、高效的物理去除方法，已经广泛应用于水处理行业，急需一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法来缩短污水在反应器中的停留时间，同时降低反应器体积，提高污水中硝态氮的去除效果。
发明内容
1.要解决的问题
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，通过一级磁性树脂吸附处理、二级磁性树脂吸附处理、三级磁性树脂吸附处理及后续的旋流分离处理、反硝化处理，形成一套完整的磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的流程和***，同时使用梯度温度控制和梯度处理时间控制的控制参数，具有缩短污水在反应器中的停留时间、降低反应器体积、提高污水中硝态氮去除效果的特点。
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：
本发明提供一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，包括对污水依次进行多级磁性树脂吸附处理、旋流分离处理以及反硝化处理；多级磁性树脂吸附处理包括依次进行的一级磁性树脂吸附处理、二级磁性树脂吸附处理以及三级磁性树脂吸附处理；
其中：一级磁性树脂吸附处理的处理池温度为25-35℃，处理时间为1.5-2.5h；
二级磁性树脂吸附处理的处理池温度为30-40℃，处理时间为1-1.5h；以及
三级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35-45℃，处理时间为0.5-1h。
优选地，多级磁性树脂吸附处理中使用的磁性树脂为NDM-2磁性阴离子交换微球树脂。
优选地，多级磁性树脂吸附处理的处理池中均设置有曝气管。
优选地，反硝化处理具体包括向反硝化反应池中加入电子供体；
反硝化处理的处理温度为25-35℃，水力停留时间为1-1.5h。
优选地，一级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M1，二级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M2，则M1＜M2。
优选地，二级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M2，三级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M3，则M2＜M3。
优选地，磁性树脂的合成方法为，将y-Fe2O3与丙烯酸甲酯、二乙烯苯、偶联剂等混合于三颈烧瓶中，投入水相，通过悬浮聚合法，制得对硝态氮具有选择性的磁性阴离子交换微球树脂，再经过胺化、烷基化过程，得到成品NDM-2磁性阴离子交换微球树脂，经过甲醇、蒸馏水多次洗涤后，烘干待用。
优选地，电子供体为甲醇、乙酸钠、葡萄糖、淀粉、乳酸、乳酸盐、硫、二价铁盐、硫化亚铁中的一种或几种。
优选地，反硝化处理中的反硝化反应池中加有活性污泥、反硝化菌剂或厌氧污泥中的一种或几种。
优选地，还包括树脂再利用，树脂再利用的具体步骤为：通过自然沉降的方式将反硝化反应池底部的树脂排回一级磁性树脂吸附处理的处理池中，进行循环再利用。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过一级磁性树脂吸附处理、二级磁性树脂吸附处理、三级磁性树脂吸附处理及后续的旋流分离处理、反硝化处理，形成一套完整的磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的流程和***，同时使用梯度温度控制和梯度处理时间控制的控制参数，进一步提高硝态氮处理效果。
(2)本发明公开了一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，使用NDM-2磁性阴离子交换微球树脂或MIEX磁性阴离子交换树脂与污水接触混合，通过NDM-2磁性阴离子交换微球树脂或MIEX磁性阴离子交换树脂与污水中的硝态氮发生离子交换和反硝化双重作用，实现污水中硝态氮的快速高效去除，同时通过微生物反硝化作用实现NDM-2磁性阴离子交换微球树脂或MIEX磁性阴离子交换树脂的再利用。
(3)本发明通过多级磁性树脂吸附处理，可以实现一级处理的同时结合另外两级的同步吸附处理，降低每一级的磁性树脂吸附处理时间，同时保证每一级的磁性树脂吸附处理效果，避免影响后续的流程，进而保证数据的准确性，进一步验证本发明去除水中硝态氮工艺流程的可靠性和有效性。不仅如此，多级处理只要保证树脂添加量就行，无需严格进行投加量控制，降低投加量控制模型开发成本。
附图说明
图1为本发明的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮工艺的流程图。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例，其中本发明的特征由附图标记标识。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，如图1所示，包括对污水依次进行多级磁性树脂吸附处理、旋流分离处理以及反硝化处理；多级磁性树脂吸附处理包括依次进行的一级磁性树脂吸附处理、二级磁性树脂吸附处理以及三级磁性树脂吸附处理。其中：
一级磁性树脂吸附处理的处理池温度为25-35℃，处理时间为1.5-2.5h；
二级磁性树脂吸附处理的处理池温度为30-40℃，处理时间为1-1.5h；作为优选实施方式，一级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M1，二级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M2，则M1＜M2；以及
三级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35-45℃，处理时间为0.5-1h；作为进一步优选的实施方式，二级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M2，三级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M3，则M2＜M3，或者更进一步地，M1＜M2＜M3。进一步说明，多级磁性树脂吸附处理的处理池中均设置有曝气管，吸附处理过程中，保证曝气管一直运行。
作为具体实施的优选方案，本发明的多级磁性树脂吸附处理中使用的磁性树脂为NDM-2磁性阴离子交换微球树脂或MIEX磁性阴离子交换树脂中的至少一种。进一步优选NDM-2磁性阴离子交换微球树脂，其阴离子基团具有三乙胺的长烷基链结构，疏水性更强，倾向于吸收水化能比硫酸根小的硝酸根。使用NDM-2磁性阴离子交换微球树脂与污水接触混合，通过NDM-2磁性阴离子交换微球树脂与污水中的硝态氮发生离子交换和反硝化双重作用，实现污水中硝态氮的快速高效去除。进一步地，本发明提供一种磁性树脂的合成方法，将y-Fe2O3与丙烯酸甲酯、二乙烯苯、偶联剂等混合于三颈烧瓶中，投入水相，通过悬浮聚合法，制得对硝态氮具有选择性的磁性阴离子交换微球树脂，再经过胺化、烷基化过程，得到成品NDM-2磁性阴离子交换微球树脂，经过甲醇、蒸馏水多次洗涤后，烘干待用。
在本发明中，反硝化处理具体包括向反硝化反应池中加入电子供体，反硝化处理的处理温度为25-35℃，水力停留时间为1-1.5h。，电子供体为甲醇、乙酸钠、葡萄糖、淀粉、乳酸、乳酸盐、硫、二价铁盐、硫化亚铁中的一种或几种。反硝化处理中的反硝化反应池中加有活性污泥、反硝化菌剂或厌氧污泥中的一种或几种。
本发明还包括树脂再利用工序，树脂再利用的具体步骤为：通过自然沉降的方式将反硝化反应池底部的树脂排回一级磁性树脂吸附处理的处理池中，进行循环再利用，降低本发明的水处理成本。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
在本实施例中，污水处理的具体步骤为：
S100、先在一级磁性树脂吸附处理池中放入定池容的1/3的NDM-2磁性阴离子交换微球树脂，然后将含有硝态氮的水放入一级磁性树脂吸附处理池中，一级磁性树脂吸附处理池内部温度控制在25℃，对水中硝态氮的吸附处理时间控制在2h，一级磁性树脂吸附处理池中底部设置有曝气管，吸附处理过程中，保证曝气管一直运行；
S200、将在一级磁性树脂吸附处理池中的含硝态氮水排入二级磁性树脂吸附处理池中(装填有1/2池容的磁性树脂)，二级磁性树脂吸附处理池内部温度控制在35℃，对水中硝态氮的吸附处理时间控制在1h，二级磁性树脂吸附处理池中底部设置有曝气管，吸附处理过程中，保证曝气管一直运行；
S300、将在二级磁性树脂吸附处理池中的含硝态氮水排入三级磁性树脂吸附处理池中(磁性树脂装填体积比二级磁性树脂吸附处理池高17％)，三级磁性树脂吸附处理池内部温度控制在45℃，对水中硝态氮的吸附处理时间控制在30min，三级磁性树脂吸附处理池中底部设置有曝气管，吸附处理过程中，保证曝气管一直运行；
S400、将三级磁性树脂吸附处理池中的含硝态氮水排入旋流分离器中，分离出的NDM-2磁性阴离子交换微球树脂进入反硝化反应池中；
S500、向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为甲醇、乙酸钠，反硝化反应池中加有活性污泥，NDM-2磁性阴离子交换微球树脂在反硝化反应池中的停留时间为1h，并维持温度在25-35℃；
S600、通过自然沉降的方式将反硝化反应池底部的NDM-2磁性阴离子交换微球树脂排回一级磁性树脂吸附处理池中，进行循环再利用，污水通过NDM-2磁性阴离子交换微球树脂接触混合，最终装置出水中，硝态氮去除率达到96±3％。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，本实施例向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为葡萄糖、淀粉，反硝化反应池中加有反硝化菌剂(购至湖北水之国公司的BioPower100PLUS自养硝化细菌)。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到93±5％。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，本实施例向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为乳酸、乳酸盐，反硝化反应池中加有厌氧污泥。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到91±3％。
实施例4
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，本实施例向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为硫、二价铁盐，反硝化反应池中加有厌氧污泥。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到94±2％。
实施例5
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，本实施例向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为硫化亚铁，反硝化反应池中加有反硝化菌剂和厌氧污泥。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到95±2％。
实施例6
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，本实施例所使用的树脂为MIEX磁性阴离子交换树脂。同时，在本实施例中，向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为甲醇、乙酸钠，反硝化反应池中加有反硝化菌剂。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到92±3％。
实施例7
本实施例的基本内容同实施例6，其不同之处在于，在本实施例中，向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为硫化亚铁，反硝化反应池中加有厌氧污泥。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到92±3％。
实施例8
本实施例的基本内容同实施例6，其不同之处在于，在本实施例中，向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为葡萄糖、淀粉，反硝化反应池中加有活性污泥。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到94±3％。
实施例9
本实施例的基本内容同实施例6，其不同之处在于，在本实施例中，向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为硫、二价铁盐，反硝化反应池中加有活性污泥。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到93±4％。
实施例10
本实施例的基本内容同实施例6，其不同之处在于，在本实施例中，向反硝化反应池中加入电子供体，电子供体为甲醇、乙酸钠，反硝化反应池中加反硝化菌剂和厌氧污泥。经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率达到92±3％。
实施例11
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，在本实施例中：
一级磁性树脂吸附处理的处理池温度为25℃，处理时间为1.5h；
二级磁性树脂吸附处理的处理池温度为30℃，处理时间为1h；以及
三级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35℃，处理时间为0.5h。
经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率与实施例1基本相同。
实施例12
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，在本实施例中：
一级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35℃，处理时间为2.5h；
二级磁性树脂吸附处理的处理池温度为40℃，处理时间为1.5h；以及
三级磁性树脂吸附处理的处理池温度为45℃，处理时间为1h。
经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率与实施例1基本相同。
对比例1
本对比例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，在本实施例中：
一级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35℃，处理时间为1h；
二级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35℃，处理时间为1h；以及
三级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35℃，处理时间为1h。
经检测，最终装置出水中，硝态氮去除率为92±3％。
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。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。质量、浓度、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10。
Claims (10)
1.一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于，包括对污水依次进行多级磁性树脂吸附处理、旋流分离处理以及反硝化处理；所述多级磁性树脂吸附处理包括依次进行的一级磁性树脂吸附处理、二级磁性树脂吸附处理以及三级磁性树脂吸附处理；
其中：所述一级磁性树脂吸附处理的处理池温度为25-35℃，处理时间为1.5-2.5h；
所述二级磁性树脂吸附处理的处理池温度为30-40℃，处理时间为1-1.5h；以及
所述三级磁性树脂吸附处理的处理池温度为35-45℃，处理时间为0.5-1h。
2.根据权利要求1所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述多级磁性树脂吸附处理中使用的磁性树脂为NDM-2磁性阴离子交换微球树脂或MIEX磁性阴离子交换树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述多级磁性树脂吸附处理的处理池中均设置有曝气管。
4.根据权利要求1所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述反硝化处理具体包括向反硝化反应池中加入电子供体；
所述反硝化处理的处理温度为25-35℃，水力停留时间为1-1.5h。
5.根据权利要求1所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述一级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M1，所述二级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M2，则M1＜M2。
6.根据权利要求1或5所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述二级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M2，所述三级磁性树脂吸附处理的树脂加入量为M3，则M2＜M3。
7.根据权利要求2所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述磁性树脂的合成方法为，将y-Fe2O3与丙烯酸甲酯、二乙烯苯、偶联剂等混合于三颈烧瓶中，投入水相，通过悬浮聚合法，制得对硝态氮具有选择性的磁性阴离子交换微球树脂，再经过胺化、烷基化过程，得到成品NDM-2磁性阴离子交换微球树脂，经过甲醇、蒸馏水多次洗涤后，烘干待用。
8.根据权利要求4所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述电子供体为甲醇、乙酸钠、葡萄糖、淀粉、乳酸、乳酸盐、硫、二价铁盐、硫化亚铁中的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于：所述反硝化处理中的反硝化反应池中加有活性污泥、反硝化菌剂或厌氧污泥中的一种或几种。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种磁性树脂促进反硝化去除水中硝态氮的方法，其特征在于，还包括树脂再利用，所述树脂再利用的具体步骤为：通过自然沉降的方式将反硝化反应池底部的树脂排回一级磁性树脂吸附处理的处理池中，进行循环再利用。
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