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  • 天地人视角-离子交换工艺在渗滤液处理中的应用

    2017-09-06

    在工业给水处理中,离子交换法主要是用于软化、脱碱、除盐和制高纯水等;在工业废水处理中,主要是用于回收贵金属离子。在污水回用深度处理中,主要用于处理用其他方法难于去除的重金属离子或强毒性阴离子等,达到污水回用的目的。本文简述介绍了离子交换工艺原理,主要用来解决DTRO膜出水的氨氮和总氮超标问题,作为渗滤液处理达标排放的一种应急备用方案。

    1. 离子交换工艺介绍

    离子交换过程包括运行-反洗--再生-慢速清洗-快速清洗(正洗)。

    离子交换法具有去除率高,选择性好,设备较简单、容易实现自控操作、树脂再生后可重复使用、节约成本等优点。

    离子交换工艺不足包括应用范围受到离子交换树脂品种、性能、成本的限制;离子交换树脂的再生和再生液的处理有时也是一个难题;离子交换树脂被污水中的胶体和有机物污染,特别是悬浮性有机物,会导致树脂结块问题。

    2. 离子交换树脂的选择性

    离子交换树脂对不同离子的亲和力有一定的差别。一般来说亲和力大的离子容易被树脂所吸附,但是在再生时置换洗脱下来比较困难;亲和力小的离子不容易被树脂所吸附,但是再生时容易被置换洗脱下来。离子交换树脂的这种性能称为选择性。

     

    图1 离子交换树脂

    离子交换树脂的选择性如下:

    强酸性阳离子交换树脂的选择性顺序为:

    Fe3+>Cr3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+>H+>Li+

    弱酸性阳离子交换树脂的选择性顺序为:

    H+>Fe3+>Cr3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+>Li+

    强碱性阴离交换树脂的选择性顺序为:

    Cr2O72->SO42->CrO42->NO3->Cl->OH->F->HCO3->HSiO3-

    弱碱性阴离子交换树脂的选择性顺序为:

    OH->Cr2O72->SO42->CrO42->NO3->Cl ->HCO3-

    位于顺序前列的离子可以交换位于顺序后列的离子。

    3. 离子交换工艺在渗滤液项目中的应用

    在排水水质为《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)(表3)该排放标准中NH4+-N为8mg/L,总氮为20mg/L。虽然DTRO对各项污染物质均有极高的去除率,对氨氮、总氮的去除率也高,但是考虑到当填埋场到了晚期,生化无法运行时,为了保证出水氨氮、总氮稳定达标,增设离子交换系统保证工程的最终出水各项指标均能达标排放。

    3.1 生化+MBR+DTRO工艺

    在DTRO后设置对NO3-和NO2-离子有很强吸附去除能力的阴离子交换器。清液中如果总氮超标,其总氮主要以NO3-和NO2-离子存在,含NO3--N和NO2--N的清液经过阴离子交换柱,水中的阴离子NO3-和NO2-取代树脂中的OH-离子,去除了水中的硝态氮和亚硝态氮,从而达到去除总氮的目的。

    树脂罐运行一段时间后,由于树脂吸咐交换了一定量的NO3--N和NO2--N后,使得树脂交换能力降低甚至树脂达到饱和,需要进行再生处理。利用NaOH中的OH-离子吸附树脂中的阴离子,通过离子置换进行再生。树脂吸附和再生如下所示:

    树脂吸附:

    NO3-+R-OH?R-NO3+OH-

    NO2-+R-OH?R-NO2+OH-

    树脂再生:

    OH-+ R-NO3?NO3-+R-OH

    OH-+ R-NO2?NO2-+R-OH

    3.2 两级DTRO工艺

    在DTRO后设置对NH4+离子有很强吸附去除能力的阳离子交换器。清液中如果总氮超标,其总氮主要以NH4+-N存在,含NH4+-N的清液经过阳离子交换柱,水中的阳离子NH4+取代树脂中的H+离子,去除了水中的NH4+-N和总氮。

    树脂罐运行一段时间后,由于树脂吸咐交换了一定量的NH4+后,使得树脂交换能力降低甚至树脂达到饱和,需要进行再生处理。利用H2SO4中的H+吸附树脂中的阳离子,通过离子置换进行再生。树脂吸附和再生如下所示:

    树脂吸附:

    NH4++ R-H ?NH4-R +H+

    树脂再生:

    NH4-R +H+-? NH4++ R-H

     

    图2 离子交换成套设备图

    4. 离子交换工艺主要设备配置

    序号

    设备

    数量

    单位

    备注

    1

    离子交换罐

    2

    串联,玻璃钢材质

    2

    阳(或阴)离子交换树脂

    1


    3

    酸(或碱)液箱

    1

    配搅拌器

    4

    原水泵

    1


    5

    正反洗泵

    1


    6

    防腐化工泵

    1

    加酸(或碱)

    7

    pH传感器

    1


    8

    电控柜

    1


    9

    阀门

    1


    5. 成本分析

    以150t/d进水计,成套离子交换设备占地约3.5m×1.5m,投资为14万左右。运行成本为电费和树脂更换费用。其中设备运行功率约为3kW,树脂更换费用约6000元/套,更换周期为2年。


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