離子交換工藝處理微污染黑臭水的性能研究

肖嬌媚，李丹霓，周金艷，王 靜，黃 聰，佘 健，江雨晴，任曉玲

(1.武漢理工大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070；2.中南安全環境技術研究院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

1 引言

我國水環境現狀嚴峻，目前國內295座地級及以上城市共排查出黑臭水體1811個[1]。隨著《水污染防治行動計劃》等政策的出臺，黑臭水體治理取得一定成效，但仍有大部分水體呈微污染狀態[2]。而現有的黑臭水體處理技術對氮、磷等污染物去除效果并不理想[3]。此外，我國除磷主要使用化學除磷，該技成本高，且污泥處理過程中會影響硝化反應[4]。因此，急需研究一種微污染黑臭水處理技術，實現經濟高效脫氮除磷。

綜上，本文采用基于樹脂吸附能力的離子交換技術進行實驗，以靜態實驗研究樹脂投加量和吸附時間對樹脂脫氮除磷性能的影響，確定最佳運行參數；以動態實驗考察同步脫氮除磷效果；以再生實驗確定樹脂最優再生次數及再生時間，為離子交換樹脂系統的運行提供參數基礎。

2 材料及方法

2.1 實驗用水及水質

2.2 實驗裝置

本文離子交換樹脂柱進行動態實驗和再生實驗。樹脂柱為有機玻璃材質，直徑25 mm，高度200 mm，交換樹脂填充體積20 mL。進水方式為蠕動泵進水，微污染黑臭水或再生液自下而上流出離子交換柱，同時設置布水設施以減少樹脂損失、保證布水均勻。靜態實驗主要采用多個250mL錐形瓶，材質為有機玻璃，瓶中加入離子交換樹脂及待處理模擬黑臭水。

2.3 實驗材料

本實驗選用樹脂為D296離子交換樹脂，購自廊坊森特化工有限公司，其為大孔強堿性樹脂，外觀呈白色不透明狀，功能基為-N(CH3)3OH，含水量55%左右，濕視密度和濕真密度分別約0.7 g/mL和1.08 g/mL，粒徑在0.315～1.25 mm之間。

2.4 實驗方法

2.4.1 預處理實驗

為避免新樹脂柱中雜質影響水質，對其進行預處理。預處理順序為：食鹽水處理、稀NaOH溶液處理和稀HCl溶液處理、堿洗。清洗溶液質量濃度分別為10%、4%和5%，處理時間分別為20 h、4～8 h和4～8 h[18]。樹脂浸泡處理結束后，置于60 ℃烘箱烘干。

2.4.2 靜態實驗

為了評估樹脂投加量和吸附時間對離子交換樹脂系統脫氮除磷效果的影響，在250 mL的錐形瓶中進行批次實驗，作為后續實驗的條件基礎。對樹脂進行預處理后將樹脂、溶液依次加入錐形瓶中，再將所有錐形瓶置于恒溫振蕩器中，控制溫度25 ℃，轉速120 r/min。靜態實驗具體設計如下。

2.4.2.1 單一離子影響因素實驗

2.4.2.2 氮磷共存吸附實驗

2.4.3 動態實驗

2.4.4 再生實驗

2.5 分析方法

3 結果與討論

3.1 靜態實驗

3.1.1 單一離子影響因素實驗

圖和TP的去除率隨樹脂投加量變化曲線

3.1.2 氮磷共存吸附實驗

圖4 樹脂對和TP的去除率隨時間變化曲線

3.2 動態實驗

利用離子交換樹脂柱進行實驗，研究D296樹脂的動態吸附效果，產水量與出水污染物濃度變化情況如圖5所示。

圖5 樹脂動態脫氮除磷效果

3.3 再生實驗

圖6 出水污染物隨時間變化曲線

樹脂再生三次的水處理效果如圖7所示，不同再生次數后樹脂吸附氮磷元素的穿透體積和再生率如表1所示。

圖7 再生次數對樹脂脫氮除磷的影響

表1 不同再生次數下樹脂脫氮除磷的穿透體積和再生率

4 結論

(1)單一離子影響因素實驗和離子共存吸附實驗的最佳運行參數均為：投加量=0.5 g/L、吸附時間=150 min。隨著投加量和吸附時間的增加吸附競爭逐漸減弱，最優條件下存在競爭吸附現象，但對污染物去除影響不大。