天地人視角-離子交換工藝在滲濾液處理中的應用

2017-09-06

在工業給水處理中,離子交換法主要是用于軟化、脫堿、除鹽和制高純水等;在工業廢水處理中,主要是用于回收貴金屬離子。在污水回用深度處理中,主要用于處理用其他方法難于去除的重金屬離子或強毒性陰離子等,達到污水回用的目的。本文簡述介紹了離子交換工藝原理,主要用來解決DTRO膜出水的氨氮和總氮超標問題,作為滲濾液處理達標排放的一種應急備用方案。

1. 離子交換工藝介紹

離子交換過程包括運行-反洗--再生-慢速清洗-快速清洗(正洗)。

離子交換法具有去除率高,選擇性好,設備較簡單、容易實現自控操作、樹脂再生后可重復使用、節約成本等優點。

離子交換工藝不足包括應用范圍受到離子交換樹脂品種、性能、成本的限制;離子交換樹脂的再生和再生液的處理有時也是一個難題;離子交換樹脂被污水中的膠體和有機物污染,特別是懸浮性有機物,會導致樹脂結塊問題。

2. 離子交換樹脂的選擇性

離子交換樹脂對不同離子的親和力有一定的差別。一般來說親和力大的離子容易被樹脂所吸附,但是在再生時置換洗脫下來比較困難;親和力小的離子不容易被樹脂所吸附,但是再生時容易被置換洗脫下來。離子交換樹脂的這種性能稱為選擇性。

 

圖1 離子交換樹脂

離子交換樹脂的選擇性如下:

強酸性陽離子交換樹脂的選擇性順序為:

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

弱酸性陽離子交換樹脂的選擇性順序為:

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

強堿性陰離交換樹脂的選擇性順序為:

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

弱堿性陰離子交換樹脂的選擇性順序為:

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

位于順序前列的離子可以交換位于順序后列的離子。

3. 離子交換工藝在滲濾液項目中的應用

在排水水質為《生活垃圾填埋場污染物控制標準》(GB16889-2008)(表3)該排放標準中NH4+-N為8mg/L,總氮為20mg/L。雖然DTRO對各項污染物質均有極高的去除率,對氨氮、總氮的去除率也高,但是考慮到當填埋場到了晚期,生化無法運行時,為了保證出水氨氮、總氮穩定達標,增設離子交換系統保證工程的最終出水各項指標均能達標排放。

3.1 生化+MBR+DTRO工藝

在DTRO后設置對NO3-和NO2-離子有很強吸附去除能力的陰離子交換器。清液中如果總氮超標,其總氮主要以NO3-和NO2-離子存在,含NO3--N和NO2--N的清液經過陰離子交換柱,水中的陰離子NO3-和NO2-取代樹脂中的OH-離子,去除了水中的硝態氮和亞硝態氮,從而達到去除總氮的目的。

樹脂罐運行一段時間后,由于樹脂吸咐交換了一定量的NO3--N和NO2--N后,使得樹脂交換能力降低甚至樹脂達到飽和,需要進行再生處理。利用NaOH中的OH-離子吸附樹脂中的陰離子,通過離子置換進行再生。樹脂吸附和再生如下所示:

樹脂吸附:

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

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

樹脂再生:

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

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

3.2 兩級DTRO工藝

在DTRO后設置對NH4+離子有很強吸附去除能力的陽離子交換器。清液中如果總氮超標,其總氮主要以NH4+-N存在,含NH4+-N的清液經過陽離子交換柱,水中的陽離子NH4+取代樹脂中的H+離子,去除了水中的NH4+-N和總氮。

樹脂罐運行一段時間后,由于樹脂吸咐交換了一定量的NH4+后,使得樹脂交換能力降低甚至樹脂達到飽和,需要進行再生處理。利用H2SO4中的H+吸附樹脂中的陽離子,通過離子置換進行再生。樹脂吸附和再生如下所示:

樹脂吸附:

NH4++ R-H ?NH4-R +H+

樹脂再生:

NH4-R +H+-? NH4++ R-H

 

圖2 離子交換成套設備圖

4. 離子交換工藝主要設備配置

序號

設備

數量

單位

備注

1

離子交換罐

2

串聯,玻璃鋼材質

2

陽(或陰)離子交換樹脂

1


3

酸(或堿)液箱

1

配攪拌器

4

原水泵

1


5

正反洗泵

1


6

防腐化工泵

1

加酸(或堿)

7

pH傳感器

1


8

電控柜

1


9

閥門

1


5. 成本分析

以150t/d進水計,成套離子交換設備占地約3.5m×1.5m,投資為14萬左右。運行成本為電費和樹脂更換費用。其中設備運行功率約為3kW,樹脂更換費用約6000元/套,更換周期為2年。


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