[发明专利]一种氨氮饱和后的沸石的再生装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属环保技术领域，具体涉及利用沸石吸附处理城市污水中的氨氮后使沸石再生可以重复利用的电化学装置和应用方法。

背景技术

经研究发现，沸石可以有效的吸附废水中的氨氮，去除率达到90％，可以大大降低外出水中氨氮的浓度。但是此方法需要耗费大量的沸石，若不能有效的将沸石再生，会造成二次污染，增加污水处理厂废水处理的成本。目前针对吸附氨氮饱和后沸石的再生有以下几种方法。

(一)化学再生法

主要是利用NaCl、KCl、HCl或NaOH等单一溶液或其中两者的组合。在某些情况下，单独使用钠盐做再生剂效果并非最好，特别是多次反复交换，使得沸石骨架结构遭到一定程度的破坏，再生效果明显降低。其再生过程一般经过洗涤、过滤后再经再生液浸泡或冲洗，然后用纯水清洗，最后烘干。化学溶液再生沸石反复再生后对NH₄⁺的吸附交换能力影响不大，但由于污水中共存阳离子如Ca²⁺会使沸石的交换能力呈不可逆性降低。有研究对斜发沸石进行了NaCl、KCl、NaHCO₃、HCl、NaCl+NaOH的再生研究，发现NaCl+NaOH的再生液再生效果比较好，其再生时间分别是单独使用NaCl、KCl、NaHCO₃、HCl再生所需时间的33.9％、42.9％、37.9％与35.0％。质量比为3∶7的NaCl+NaOH混合液的再生效果最好。此方法产生含有氨氮的高盐碱性废液，易对环境造成二次污染。

(二)物理方法再生

吸附氨氮后的沸石，可通过在500℃-600℃的高温条件下灼烧，将沸石中的NH₄⁺转变为NH₃气体，然后用惰性气体反向吹扫来实现再生。有研究曾将吸附氨氮饱和后的多孔质沸石颗粒干燥后置于立式窑内，于650℃下煅烧20min，除去被吸附的氨氮，恢复其多孔结构。此类灼烧方法费用高，且会对对环境造成二次污染。

(三)吸附-生物再生法两段法

Murphy等人在1978年提出沸石“生物再生法”，他在浸没沸石的溶液中加入一定量的硝化细菌，观察到15d的转化效果相当于不加菌种时的28d的效果，生物再生后的沸石可恢复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，所以实际应用价值似乎不大，这方面的研究曾一度处于停滞状态。随着环境问题的日益复杂，沸石的生物再生问题重新被认识，并且得到深入研究。Green和Lahav等设计了生物-离子交换工艺(biological-ion exchange process)去除二级处理出水中的氨氮，在一个反应器里，沸石首先吸附去除水中的氨氮，再依靠沸石表面生长的硝化菌除去沸石富集的氨氮，实现沸石生物再生。他们还进行了“离子交换-生物再生”工艺(ion-exchange and biological regeneration)实验研究，将装填菱沸石的滤柱分吸附和生物再生两阶段运行，取得95％以上的氨氮去除率，并指出生物硝化作用可以不断促进沸石解吸氨氮，从而使沸石逐渐再生；此后他们报道了“生物再生的离子交换工艺”(bioregenerated ion-exchange process)可对实际二级和一级处理出水中的氨氮稳定去除。但此方法再生速率慢，占地面积大，操作管理麻烦。且硝化菌的活性强烈地受到温度影响，低温时效率差，同时反硝化需要外加碳源，也增大了一部分费用。

(四)吸附-生物再生法一段法

目前，有一些工艺在传统的A/O、A/A/O或SBR工艺的基础上投加沸石粉进行强化生物脱氮，吸附饱和的沸石粉利用微生物进行再生，形成了沸石强化生物脱氮工艺。这些工艺在脱氮时，还能实现沸石的生物再生。麦穗海等在A/O池中投加沸石进行强化生物脱氮的研究结果表明，沸石粉在生物池中累积达到一定的平衡浓度，在常温下相比原工艺而言，沸石粉对氨氮的选择性吸附的优势无法发挥，但是在低温时可以保证处理出水中氨氮浓度达标。常温时，曝气6h，氨氮的浓度小于5mg/L；在低温时，曝气6h，氨氮浓度接近15mg/L。但此种方法沸石粉会随着剩余污泥排放，难以再生循环利用，产生二次污染。沸石的吸附能力是和出水氨氮浓度平衡，不能有效利用沸石的吸附能力，去除单位氨氮的沸石用量大。