專利名稱：一種氨氮飽和后的沸石的再生裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用沸石吸附處理城市污水中的氨氮后使沸石 再生可以重復(fù)利用的電化學(xué)裝置和應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，沸石可以有效的吸附廢水中的氨氮，去除率達(dá)到90%，可以大大降低 外出水中氨氮的濃度。但是此方法需要耗費(fèi)大量的沸石，若不能有效的將沸石再生，會(huì)造成 二次污染，增加污水處理廠廢水處理的成本。目前針對(duì)吸附氨氮飽和后沸石的再生有以下 幾種方法。(一 )化學(xué)再生法主要是利用NaCl、KC1、HCl或NaOH等單一溶液或其中兩者的組合。在某些情況 下，單獨(dú)使用鈉鹽做再生劑效果并非最好，特別是多次反復(fù)交換，使得沸石骨架結(jié)構(gòu)遭到一 定程度的破壞，再生效果明顯降低。其再生過程一般經(jīng)過洗滌、過濾后再經(jīng)再生液浸泡或沖 洗，然后用純水清洗，最后烘干?；瘜W(xué)溶液再生沸石反復(fù)再生后對(duì)NH4+的吸附交換能力影響 不大，但由于污水中共存陽離子如Ca2+會(huì)使沸石的交換能力呈不可逆性降低。有研究對(duì)斜 發(fā)沸石進(jìn)行了 NaCl、KCl、NaHC03、HC1、NaCl+NaOH的再生研究，發(fā)現(xiàn)NaCl+NaOH的再生液再 生效果比較好，其再生時(shí)間分別是單獨(dú)使用NaCl、KCl、NaHC03、HCl再生所需時(shí)間的33.9%、 42.9%、37.9%與35.0%。質(zhì)量比為3 7的NaCl+NaOH混合液的再生效果最好。此方法 產(chǎn)生含有氨氮的高鹽堿性廢液，易對(duì)環(huán)境造成二次污染。( 二)物理方法再生吸附氨氮后的沸石，可通過在500°C _600°C的高溫條件下灼燒，將沸石中的NH4+轉(zhuǎn) 變?yōu)镹H3氣體，然后用惰性氣體反向吹掃來實(shí)現(xiàn)再生。有研究曾將吸附氨氮飽和后的多孔 質(zhì)沸石顆粒干燥后置于立式窯內(nèi)，于650°C下煅燒20min，除去被吸附的氨氮，恢復(fù)其多孔 結(jié)構(gòu)。此類灼燒方法費(fèi)用高，且會(huì)對(duì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。(三)吸附-生物再生法兩段法Murphy等人在1978年提出沸石“生物再生法”，他在浸沒沸石的溶液中加入一定 量的硝化細(xì)菌，觀察到15d的轉(zhuǎn)化效果相當(dāng)于不加菌種時(shí)的28d的效果，生物再生后的沸石 可恢復(fù)80%的氨氮吸附容量。生物再生法成本低廉，但再生速率慢、效率低，所以實(shí)際應(yīng)用 價(jià)值似乎不大，這方面的研究曾一度處于停滯狀態(tài)。隨著環(huán)境問題的日益復(fù)雜，沸石的生 物再生問題重新被認(rèn)識(shí)，并且得到深入研究。Green和Lahav等設(shè)計(jì)了生物-離子交換工 藝(biological-ion exchange process)去除二級(jí)處理出水中的氨氮，在一個(gè)反應(yīng)器里，沸 石首先吸附去除水中的氨氮，再依靠沸石表面生長的硝化菌除去沸石富集的氨氮，實(shí)現(xiàn)沸 石生物再生。他們還進(jìn)行了“離子交換-生物再生”工藝(ion-exchange and biological regeneration)實(shí)驗(yàn)研究，將裝填菱沸石的濾柱分吸附和生物再生兩階段運(yùn)行，取得95% 以上的氨氮去除率，并指出生物硝化作用可以不斷促進(jìn)沸石解吸氨氮，從而使沸石逐漸 再生；此后他們報(bào)道了“生物再生的離子交換工藝”(bioregenerated ion-exchangeprocess)可對(duì)實(shí)際二級(jí)和一級(jí)處理出水中的氨氮穩(wěn)定去除。但此方法再生速率慢，占地面 積大，操作管理麻煩。且硝化菌的活性強(qiáng)烈地受到溫度影響，低溫時(shí)效率差，同時(shí)反硝化需 要外加碳源，也增大了一部分費(fèi)用。(四)吸附-生物再生法一段法目前，有一些工藝在傳統(tǒng)的Α/0、Α/Α/0或SBR工藝的基礎(chǔ)上投加沸石粉進(jìn)行強(qiáng)化 生物脫氮，吸附飽和的沸石粉利用微生物進(jìn)行再生，形成了沸石強(qiáng)化生物脫氮工藝。這些工 藝在脫氮時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)沸石的生物再生。麥穗海等在A/0池中投加沸石進(jìn)行強(qiáng)化生物脫氮 的研究結(jié)果表明，沸石粉在生物池中累積達(dá)到一定的平衡濃度，在常溫下相比原工藝而言， 沸石粉對(duì)氨氮的選擇性吸附的優(yōu)勢(shì)無法發(fā)揮，但是在低溫時(shí)可以保證處理出水中氨氮濃度 達(dá)標(biāo)。常溫時(shí)，曝氣他，氨氮的濃度小于5mg/L ；在低溫時(shí)，曝氣他，氨氮濃度接近15mg/L。 但此種方法沸石粉會(huì)隨著剩余污泥排放，難以再生循環(huán)利用，產(chǎn)生二次污染。沸石的吸附能 力是和出水氨氮濃度平衡，不能有效利用沸石的吸附能力，去除單位氨氮的沸石用量大。目前，在沸石除氨氮的長期研究和應(yīng)用過程中，沸石的再生問題是其推廣應(yīng)用的 關(guān)鍵，也是沸石應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。化學(xué)和物理再生法方便、快速，但是成本高，且會(huì)產(chǎn)生大量 需處理的廢液和廢氣；吸附-生物再生法兩段法，運(yùn)行費(fèi)用較低，但是速度慢，占地面積大， 且操作管理麻煩，效率易受溫度影響；吸附-生物再生法一段法，沸石用量大，難以再生循 環(huán)利用，產(chǎn)生二次污染。因此，尋找更為合適的裝置及再生方法，對(duì)于沸石應(yīng)用的推廣具有 重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種處理效率高、占地面積小、操作簡單、費(fèi)用較低、無二 次污染的將吸附氨氮后的沸石再生的裝置。本發(fā)明的另一目的在于提出上述裝置的應(yīng)用方法。在本發(fā)明中，利用電化學(xué)的方法再生沸石，不僅再生后的沸石吸附效果比原沸石 吸附效果好，并且再生時(shí)間僅需3h，與單純采用氯化鈉再生時(shí)間為15h、以氯化鈉和氫氧化 鈉為再生液的時(shí)間為3. 5h有較大的提高，同時(shí)電化學(xué)過程將氨氮氧化成氮?dú)獾刃问剑鉀Q 了再生液的處理問題，可實(shí)現(xiàn)無氨氮排放，此外電化學(xué)再生相對(duì)于生物再生等方法占地小， 運(yùn)行簡單，具有較大的發(fā)展空間。本發(fā)明提供了一種氨氮飽和后的沸石的再生裝置，包括電源(1)、電化學(xué)反應(yīng)器 (2)、吸附柱C3)、蠕動(dòng)泵( 及其連接管道，該再生裝置還包括儲(chǔ)水箱(6)，所述的電化學(xué)反 應(yīng)器、儲(chǔ)水箱、蠕動(dòng)泵、吸附柱依次串聯(lián)并形成回路。所述的電源與電化學(xué)反應(yīng)器連接。也可以同時(shí)為蠕動(dòng)泵、儲(chǔ)水箱的攪拌器等提供 動(dòng)力。電化學(xué)反應(yīng)器循環(huán)水是含氯離子的鹽溶液，例如NaCl、KCl、HCl等。流速控制在 0.98 3. 92ml/min。本發(fā)明裝置中，儲(chǔ)水箱的管道經(jīng)過蠕動(dòng)泵與吸附柱的下端連接，吸附柱的上端出 口管與電化學(xué)反應(yīng)器的下端連接。電化學(xué)反應(yīng)器的上端出口管道與儲(chǔ)水箱連接。由此，循 環(huán)水的流向?yàn)閮?chǔ)水箱一蠕動(dòng)泵一吸附柱一電化學(xué)反應(yīng)器一儲(chǔ)水箱。吸附柱采用可拆卸結(jié)構(gòu)，方便裝入和倒出沸石。
可以在吸附柱和儲(chǔ)水池之間的管道上安裝取樣口 G)，檢測循環(huán)水。所述電化學(xué)反應(yīng)器的電極陽極為表面涂覆IiO2的Ir02/Ti電極，陰極為不銹鋼。所述電化學(xué)反應(yīng)器的電極為平板型，由一塊陽極和兩塊陰極組成，陽極處于兩塊 陰極之間。所述電化學(xué)反應(yīng)器的槽電流為0 2A，槽電壓為0 10V。所述電極的尺寸為172*38*lmm，陰陽兩極相距10mm。所述儲(chǔ)水箱附有攪拌裝置(7)。儲(chǔ)水箱可采用機(jī)械攪拌，配合攪拌裝置，采用圓柱 形或方形等形狀。攪拌裝置可以安置在儲(chǔ)水箱內(nèi)部或者外部，以能夠攪拌儲(chǔ)水箱內(nèi)循環(huán)液 為目的。該再生裝置還可以包括洗氣裝置(8)和集氣裝置(9)，所述的集氣裝置、洗氣裝置 和儲(chǔ)水箱依次連接?？梢栽趶碾娀瘜W(xué)反應(yīng)器出口管安裝三通管，氣體通入洗氣裝置，液體回 流到儲(chǔ)水池。由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體回到通過管道進(jìn)入洗氣裝置，然后再進(jìn)入集氣裝置， 最后排出的氣體將不再造成空氣污染。洗氣裝置裝有酸性溶液，集氣裝置裝有堿性溶液。例如，洗氣裝置裝有硼酸。例如， 集氣裝置裝有氫氧化鈉、碳酸氫鈉，等等。本發(fā)明的再生裝置還可以包括其他常規(guī)的部件，如起到顯示壓強(qiáng)和水流、減速、加 速、防止導(dǎo)流等功能的部件。本發(fā)明還提供了一種吸附氨氮后的沸石的再生方法，即將沸石裝入權(quán)利要求1所 述再生裝置的吸附柱中，開啟再生裝置，反應(yīng)2-12小時(shí)即可。本發(fā)明可用于再生處理污水后氨氮飽和的沸石。其具體步驟如下1.處理后的污水收集后進(jìn)入貯水池；2.根據(jù)需要設(shè)計(jì)吸附柱，吸附柱中的沸石量及進(jìn)水流量均根據(jù)實(shí)際條件而定，將 廢水泵入吸附柱中，進(jìn)水方式采用下進(jìn)上出。采取合適的流速，廢水中的氨氮與沸石充分接 觸，使氨氮最大程度的被吸附到沸石上面；3.當(dāng)吸附柱中的沸石達(dá)到90%的穿透后，取出沸石進(jìn)行電化學(xué)再生。吸附柱中的沸石穿透后，即將吸附柱接于此再生裝置中，并且在反應(yīng)器、管路、吸 附柱及儲(chǔ)水箱中充滿循環(huán)液。啟動(dòng)電源和蠕動(dòng)泵，水流由蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)，水流從儲(chǔ)水箱經(jīng)蠕動(dòng) 泵進(jìn)入吸附柱中，然后進(jìn)入電化學(xué)反應(yīng)器，再流回至水箱中，形成循環(huán)。再生時(shí)間為池，流速 控制在0. 98 3. 92ml/min。循環(huán)液不停的經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)器，循環(huán)液中的Cl_被電化學(xué)反 應(yīng)器氧化成Cl2,生成的Cl2溶于水溶液形成H0C1，H0C1被循環(huán)液帶回到吸附柱中與沸石上 的氨氮進(jìn)行類似折點(diǎn)反應(yīng)，將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而氧化沸石上的氨氮。?shí)驗(yàn)循環(huán)用水比例可以為氯離子濃度為300mg/L的NaCl溶液4L，2. 0286g硫酸 鈉。吸收產(chǎn)生的氣體采用兩步第一步采用lmol/L的硼酸50mL，第二步采用lmol/L 的氫氧化鈉50mL，分別進(jìn)行對(duì)廢氣吸收。吸附質(zhì)從流出物中出現(xiàn)的時(shí)間稱穿透時(shí)間，此時(shí)穿透曲線的相應(yīng)點(diǎn)稱為穿透點(diǎn)。 穿透曲線是出水中殘留污染物濃度C與吸附柱過水量V之間的關(guān)系曲線。本發(fā)明中，可以根據(jù)沸石吸附雜質(zhì)和再生設(shè)備的實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)，以便沸石直接在 吸附柱中進(jìn)行再生，無需將沸石取出另外放入容器中，節(jié)省了人力、物力，再生完畢后可將吸附柱直接取下并連接于吸附裝置中，過程極為簡單。本發(fā)明將電化學(xué)反應(yīng)過程與沸石再生過程分開，利用循環(huán)液將電化學(xué)生成的Cl2 帶入到吸附柱中，進(jìn)行氧化再生過程，避免了將沸石與電化學(xué)反應(yīng)同置于一個(gè)容器中，從而 提高再生效率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是大大提高了沸石的再生效率將電化學(xué)反應(yīng)過程與氧化去除氨氮的過程分開，避 免了將沸石置于電化學(xué)反應(yīng)器中所造成的工藝弊端，如沸石在電極上沉積，影響電化學(xué)效率等。本發(fā)明能將沸石吸附的氨氮直接氧化成氮?dú)獾刃问剑鉀Q了再生液處理的難題， 實(shí)現(xiàn)無氨氮排放。操作簡單、成本低廉本發(fā)明吸附柱中進(jìn)行再生，無需將沸石取出另外放入容器 中，節(jié)省了人力、物力，再生完畢后可將吸附柱直接取下并連接于吸附裝置中，操作過程極 為簡單，并降低了成本。本發(fā)明與一般的離子交換法再生相比，采用電化學(xué)再生歷時(shí)較短，一般采用NaCl 作為再生液再生同等濃度的氨氮溶液需要?dú)v時(shí)1 左右，而采用NaCl+NaOH(重量比為 3 7)為再生液也需要3. 5h，而此電化學(xué)再生僅需池，并且由于電化學(xué)過程將氨氮氧化成 氮?dú)獾刃问?，解決了使用過的再生液處理的困難，實(shí)現(xiàn)無氨氮排放。另外，電化學(xué)再生相對(duì) 于生物再生等方法占地小，運(yùn)行簡單，具有較大的發(fā)展空間。本發(fā)明不僅效率高，而且操作簡單、節(jié)省投資。與其它化學(xué)法或者生物法相比再生 效果好，再生效率高，再生時(shí)間短；與生物法相比，占地面積較小，可節(jié)省20 50%的土地； 與化學(xué)法相比，同樣可以節(jié)省能耗，并且沒有再生液，無需再生液的進(jìn)一步處理。表1中列 舉了本發(fā)明與化學(xué)法、生物法再生的比較。表1本發(fā)明與化學(xué)再生法、生物再生法的比較
權(quán)利要求
1.一種氨氮飽和后的沸石的再生裝置，包括電源(1)、電化學(xué)反應(yīng)器O)、吸附柱(3)、 蠕動(dòng)泵( 及其連接管道，其特征在于，該再生裝置還包括儲(chǔ)水箱(6)，所述的電化學(xué)反應(yīng) 器、儲(chǔ)水箱、蠕動(dòng)泵、吸附柱依次串聯(lián)并形成回路，電源與電化學(xué)反應(yīng)器連接；電化學(xué)反應(yīng)器 的循環(huán)水是含氯離子的鹽溶液，流速控制在0. 98 3. 92ml/min。
2.如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其特征在于，電化學(xué)反應(yīng)器的電極陽極為表面涂覆 IrO2的Ir02/Ti電極，陰極為不銹鋼。
3.如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其特征在于，電化學(xué)反應(yīng)器的電極為平板型，由一塊 陽極和兩塊陰極組成，陽極處于兩塊陰極之間。
4.如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其特征在于，電化學(xué)反應(yīng)器的槽電流為0 2A，槽電 壓為0 10V。
5.如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其特征在于，電極的尺寸為172*38*lmm，陰陽兩極相 距 IOmm0
6.如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其特征在于，儲(chǔ)水箱附有攪拌裝置(7)。
7.如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其特征在于，該再生裝置還包括洗氣裝置(8)和集氣 裝置(9)，集氣裝置與洗氣裝置串聯(lián)，洗氣裝置和儲(chǔ)水箱或者電化學(xué)反應(yīng)器出口管相連，洗 氣裝置裝有酸性溶液，集氣裝置裝有堿性溶液。
8.如權(quán)利要求7所述的再生裝置，其特征在于，洗氣裝置裝有硼酸。
9.如權(quán)利要求7所述的再生裝置，其特征在于，集氣裝置裝有氫氧化鈉。
10.一種吸附氨氮后的沸石的再生方法，其特征在于，將沸石裝入權(quán)利要求1所述再生 裝置的吸附柱中，開啟再生裝置，反應(yīng)2-12小時(shí)即可。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種吸附氨氮后的沸石的再生裝置及其應(yīng)用方法。該氨氮飽和后的沸石的再生裝置，包括電源、電化學(xué)反應(yīng)器、吸附柱、蠕動(dòng)泵及其連接管道，還包括儲(chǔ)水箱，電化學(xué)反應(yīng)器、儲(chǔ)水箱、蠕動(dòng)泵、吸附柱依次串聯(lián)并形成回路，電源與電化學(xué)反應(yīng)器連接；電化學(xué)反應(yīng)器循環(huán)水是含氯離子的鹽溶液，流速控制在0.98～3.92ml/min。本發(fā)明再生沸石時(shí)間短，并且由于電化學(xué)過程將氨氮氧化成氮?dú)獾刃问?，解決了使用過的再生液處理的困難，實(shí)現(xiàn)無氨氮排放。另外，本發(fā)明相對(duì)于生物再生等方法占地小，運(yùn)行簡單，具有較大的發(fā)展空間。
文檔編號(hào)B01J20/34GK102078803SQ20091019964
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者代瑞華, 劉燕, 劉翔, 彭彬, 朱文君, 李亮, 李懷正, 金偉 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)