CN2018109391259重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备及方法公开号108706

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201810939125.9(22)申请日2018.08.17(71)申请人谢绍舜地址215031江苏省苏州市姑苏区人民路北万达广场4幢701室(72)发明人谢绍舜　谢奕民　谢奕斌　(74)专利代理机构苏州创元专利商标事务所有限公司32103代理人马明渡　陈昊宇(51)Int.Cl.C02F9/04(2006.01)C02F9/14(2006.01)C02F101/16(2006.01)(54)发明名称重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备及方法(57)摘要一种重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备及方法，其设备包括池体，由从下至上通水的进水区、反应区和出水区构成，并通过下滤网隔板和上滤网隔板分区；进水区具有进水口，用于接入污水；反应区中设有水流整流装置及离子交换树脂层，前者设于下滤网隔板上方，用于将进水整流成层流态水流，后者由若干离子交换树脂颗粒构成，用于进行离子交换除氮；污水经除氮处理之后在出水区的顶部出水。本发明为污水处理的高效低耗末端除氮方案，可显著降低出水中总氮含量；采用重力式离子交换法，使高效的离子交换法可适用于不同规模除氮需求；采用水流整流装置提高离子交换树脂层的利用率，避免运行或再生过程中因离子交换树脂乱层而影响离子交换反应的效果。权利要求书3页说明书9页附图6页CN108706788A2018.10.26CN108706788A1.一种重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备，其特征在于：包括至少一个污水处理单元，所述污水处理单元包括一池体，该池体由从下至上互通水流的进水区、反应区和出水区构成；其中，所述进水区及所述反应区之间设有一下滤网隔板，所述反应区及所述出水区之间设有一上滤网隔板，所述上滤网隔板以及所述下滤网隔板上均设有数个通水孔；所述进水区具有一进水口，该进水口用于接入待处理的污水；所述反应区中设有水流整流装置以及离子交换树脂层；所述水流整流装置设于所述下滤网隔板的上方，用于将进水整流成层流态水流；所述离子交换树脂层由若干离子交换树脂颗粒构成，各离子交换树脂颗粒的粒径大于所述通水孔的孔径；污水经除氮处理之后经由所述出水区的顶部出水。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述水流整流装置的高度占所述反应区高度的20~95%，水流整流装置中设有若干紧密排列的整流孔，各所述整流孔的横截面形状为蜂窝形或矩形；所述离子交换树脂层的体积占所述反应区体积的90~95%；所述离子交换树脂颗粒为Cl-型强碱性阴离子交换树脂颗粒。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述池体的横截面呈矩形；且当所述水处理单元为多个时，各所述水处理单元沿水平方向并列设置；各所述池体还包括污水进水阀及第一流量计，两者均设于一进水管上，该进水管连通所述进水口。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述进水区的底部沿水平方向开设有至少一条倒梯形槽道；所述进水管包括一第一进水管以及至少一根第二进水管，各所述第二进水管均与所述第一进水管连通；所述第一进水管与所述进水口连通设置，用以将待处理的污水引入所述进水区；各所述第二进水管水平设置于各所述倒梯形槽道的底部，两者一一对应；其中，各所述第二进水管的管体上沿其长度方向间隔开设有数个透水孔，且各所述透水孔呈斜向下设置，构成各所述透水孔的出水水流冲击所述倒梯形槽道的侧壁；所述第一进水管的设置位置高于各所述第二进水管的设置位置；各所述第二进水管平行间隔布置，所述第一进水管与各所述第二进水管的连接处位于所述进水区水平方向的中心位置。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：还包括出水管路系统，所述出水管路系统包括多根出水穿孔管、多根出水支管、一出水阀以及一出水总管；各所述出水穿孔管与各所述出水支管一一对应连通，各所述出水支管均与所述出水总管连通，所述出水阀连设于所述出水总管上；各所述出水穿孔管沿水平方向平行并间隔设置；各所述出水穿孔管上均沿其长度方向间隔开设有数个入水孔，各所述入水孔的孔口呈斜向上设置。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：还包括用于进行离子再生、离子置换和清洗的管路系统，所述管路系统包括多根进液穿孔管、多根进液支管、一进液阀以及一进液总管；各所述进液穿孔管与各所述进液支管一一对应连通，各所述进液支管均与所述进液总管连通，所述进液阀连设于所述进液总管上；还包括一排液管，所述排液管通过一排液阀与所述进水区的进水口连通，并且该排液管上还连设有第二流量计；各所述进液穿孔管沿水平方向平行并间隔设置；各所述进液穿孔管上均沿其长度方向间隔开设有数个出液孔，各所述出液孔的孔口呈斜向下设置。7.一种重力整流式离子交换法污水处理末端除氮方法，其特征在于：通过权利要求1所权　利　要　求　书1/3页2CN108706788A2述的设备实现，所述方法包括以下步骤：步骤一、预处理首先，通过好氧生化处理将污水中的氮化合物氧化、硝化为硝酸盐（NO3-类）；其次，向水中投入絮凝剂，经混凝沉淀与过滤处理后出水水质清晰；步骤二、除氮处理首先，所述设备的反应区中离子交换树脂层选用Cl-型强碱性阴离子交换树脂颗粒构成；其次，将预处理后的含NO3-的污水从所述设备的进水区送入设备中，并由下向上运行，流入所述反应区中进行除氮的离子交换反应，该反应的化学式如下：RCl-+NaNO3→RNO3-+NaCl其中，R Cl-表示Cl-型强碱性阴离子交换树脂，RNO3-表示反应后的Cl-被NO3-交换了的离子交换树脂；然后，除氮后的水经由所述设备的出水区通过出水管路流出，当检测到出水中的总氮值达到预设值时停止污水流入设备，完成污水的一个除氮处理周期；步骤三、再生处理首先，选用NaCl作为再生剂，用水配制成浓度为6~10%的再生液；其次，将所述再生液通过进液管路由上至下流入所述反应区中，对离子交换树脂层进行离子交换反应，该反应的化学式如下：RNO3-+NaCl→RCl-+NaNO3；再生处理完成后，重复步骤二，进入下一个除氮处理周期。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤二中，在完成污水的一个除氮处理周期后，此时所述离子交换树脂层包括下部的饱和区、中部的工作区以及上部的保护区；所述饱和区中的RCl-均已被交换为RNO3-，所述工作区中的RCl-处于交换过程中，所述保护区中的RCl-仅部分被交换为RNO3-。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤二中，先关闭设备的排液阀及进液阀，再打开设备的污水进水阀及出水阀，含NO3-的污水通过进水口进入设备的进水区，水流经进水的穿孔管均布流出后继续向上流动；水流向上通过下滤网隔板流入反应区中，在离子交换树脂层的下部通过水流整流装置进行整流，整流后的水流成为层流态水流，同时离子交换树脂层也被水流推升至其顶部位于上滤网隔板下方；水流经离子交换反应后，进入设备的出水区；水流上升至出水区上部时，通过出水管路出水；当出水中总氮值达到预期指标时，完成了一个除氮处理周期；关污水进水阀及出水阀停止进水，开排液阀使水位下降至上滤网隔板处，关闭排液阀，同时离子交换树脂层随向下水流回落到运行前状态。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤三中，所述再生处理包括再生、置换和清洗三步；再生时，先开进液阀将配制好的NaCl再生液通过进液管路均匀送入所述出水区，此时出水区作为再生液储备区；在送入一次再生处理所需的再生液后，开排液阀，再生液以慢速小流量等压均匀向下流入反应区的离子交换树脂层，使液位降至上滤网隔板处；置换时，关排液阀、开进液阀，将洁净水通过进液管路均匀送入储备区，直至水位到达权　利　要　求　书2/3页3CN108706788A3设定上限；然后打开排液阀，按与再生液相同的慢速小流量逆流向下进行置换，直至水位降至上滤网隔板；清洗时，开大排液阀，用大流量快速向下清洗离子交换树脂层，直至设定的清洗流量或/和清洗时间时，关排液阀、进液阀，此时再生处理步骤结束，可重复步骤二。权　利　要　求　书3/3页4CN108706788A4重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备及方法技术领域[0001]本发明涉及城镇污水处理领域，具体涉及一种重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备及方法。背景技术[0002]城镇生活污水处理工程，在国家经济飞速发展、人民生活水平不断提高的现状下，国家领导反复强调优化生态环境，强化污染防治多项指示，国家和地方也建立了水污染防治严格的督察机制，并已常态化。[0003]城镇生活污水处理后排放水水质指标按现行国家标准（GB18918-2012），基本控制项目最高允许排放浓度（日平均）为：COD 50mg/L、BOD5 10mg/L、SS 10mg/L、TN 15mg/L、NH3-N 5（8）mg/L、TP 0.5mg/L、PH值6~9等。[0004]现有处理工艺中以生化处理为主，其方法有：氧化沟法、SBR法、CASS法、活性污泥法等，因工艺过程有局限性或有操作频繁等问题，要全面达标有一定难度，其中TP、TN指标有超标风险，即便加用物化法除磷后，也仅能在一定程度上降低TP超标的风险。[0005]近20~30年来，国内引进了国外的A-A-O法同步脱氮除磷工艺，在部分工程实施后与上述处理工艺相比有所改善，但T P达标还要靠物化法除磷，而TN指标中主要成份是NO3-，若厌氧生化反硝化效果不理想时，靠一般物化法是除不掉的，所以还是有TN升高的因素存在，尤其在有少量工业污水突然进入引起冲击负荷时，或是在冬季突发爆冷影响生化处理池内微生物的正常功能时。另外，随着国家对生态环境越来越重视，排放标准再提标的可能性也存在。[0006]离子交换法在水处理领域应用广泛，如锅炉用水软化处理、工业用水除盐处理、纯水制备、工业废水除重金属等方面处理效果很好。但是，固定床顺流运行逆流再生离子交换法若在城镇污水处理末端用于脱氮有以下问题：1．压力容器限用于微小型污水处理，在大中型污水处理过程中难以应用；2．固定床逆流再生法存在交换树脂层引发乱层的因素：2-1．再生剂（NaCl）溶液比重与Cl-型强碱性阴离子交换树脂相当，再生剂用泵压送入设备上升水流对交换树脂有向上的推力作用；2-2．再生液上升水流雷诺数Re大大超过临界雷诺数Rek2000~2300，处于紊流状态；3．再生过程包括：小反洗—放水—顶压—再生—反洗—正洗共六步，操作较麻烦；4．设备内存放离子交换树脂的空间有效利用率仅70%左右。[0007]因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。发明内容[0008]本发明的目的是提供一种重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备及方法。[0009]为达到上述目的，本发明于设备层面采用的技术方案是：一种重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备，包括至少一个污水处理单元，所说　明　书1/9页5CN108706788A5述污水处理单元包括一池体，该池体由从下至上互通水流的进水区、反应区和出水区构成；其中，所述进水区及所述反应区之间设有一下滤网隔板，所述反应区及所述出水区之间设有一上滤网隔板，所述上滤网隔板以及所述下滤网隔板上均设有数个通水孔；所述进水区具有一进水口，该进水口用于接入待处理的污水；所述反应区中设有水流整流装置以及离子交换树脂层；所述水流整流装置设于所述下滤网隔板的上方，用于将进水整流成层流态水流；所述离子交换树脂层由若干离子交换树脂颗粒构成，各离子交换树脂颗粒的粒径大于所述通水孔的孔径；污水经除氮处理之后经由所述出水区的顶部出水。[0010]上述技术方案中的有关内容解释如下：1．上述方案中，所述水流整流装置通过控制下部进水，可使雷诺数Re大大小于临界雷诺数Rek，而保证随水流上升的离子交换树脂层不乱层。[0011]2．上述方案中，所述上滤网隔板及所述下滤网隔板均包括两网格板，两所述网格板一上一下设置，两网格板的中间夹设一层孔径小于所述离子交换树脂颗粒的高强度纤维网（如尼龙网等）或不锈钢网。[0012]所述网格板可以是塑料材质或玻璃钢材质，网格板上的网格直径可大于离