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。