一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，提供一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法。通過碳酸氫根型離子交換樹脂的離子交換作用，吸附去除淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)廢水中的硝酸鹽，所獲得的離子交換出水安全用于淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；采用碳酸氫鹽配制的樹脂再生鹽水，再生硝酸根吸附飽和的樹脂；以生化手段轉(zhuǎn)化樹脂再生廢鹽水中的硝酸鹽為碳酸氫鹽，實(shí)現(xiàn)再生鹽的內(nèi)源補(bǔ)充和樹脂再生廢鹽水的資源化再利用。本發(fā)明采用碳酸氫根型陰離子交換樹脂，將含硝酸鹽的廢水轉(zhuǎn)化為含碳酸氫鹽的離子交換出水，提高淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的pH穩(wěn)定性。生物反硝化處理富含硝酸鹽的樹脂再生廢鹽水，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽，實(shí)現(xiàn)樹脂再生鹽的內(nèi)源補(bǔ)充和樹脂再生廢鹽水的資源化再利用。
【專利說明】一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，提供一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在水資源缺乏或環(huán)境質(zhì)量要求高的地方，用循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)替代常規(guī)水產(chǎn)養(yǎng)殖，可以大大消減水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水外排所引起的環(huán)境污染。
[0003]循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)處于富氧環(huán)境，利于氨氮的硝化作用，不斷產(chǎn)生硝酸鹽和酸度，但不利于硝酸鹽的繼續(xù)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致硝酸鹽累積。高濃度的硝酸鹽對魚類生長和發(fā)育不利。因此，去除循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的硝酸鹽，使其濃度處于安全范圍之內(nèi)，可以增強(qiáng)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的吸引力和競爭力。
[0004]去除水中硝酸鹽的方法包括物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物反硝化法。其中，以有機(jī)碳源為電子供體的異養(yǎng)生物反硝化法，除硝速率較快，常用于去除養(yǎng)殖廢水中的硝酸鹽。不過，異養(yǎng)生物反硝化除硝對碳源添加控制要求高，過量會殘留，降低養(yǎng)殖廢水處理后的再利用難度，投加不足則容易導(dǎo)致出水中亞硝酸鹽累積。
[0005]對于淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的硝酸鹽，為了提高生化除硝效率，可以考慮采用離子交換法將養(yǎng)殖水體中的硝酸鹽轉(zhuǎn)移濃縮至體積減小多倍的樹脂再生廢鹽水中，然后讓后者接受生化除硝處理和后續(xù)處理，循環(huán)用于樹脂再生。當(dāng)然，在這種情況下的離子交換-生化法聯(lián)合除硝，還需要考慮一些因素的影響，比如，在樹脂再生環(huán)節(jié)，再生鹽不適合選擇常用的氯化鈉，因?yàn)檫@樣會較快地提高淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的鹽度，降低水的循環(huán)利用率；在循環(huán)利用樹脂過程中，需要盡量降低樹脂對養(yǎng)殖廢水和離子交換鹽水中有機(jī)物的吸附，否則不利于樹脂的離子交換和再生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:通過碳酸氫根型離子交換樹脂的離子交換作用，吸附去除淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)廢水中的硝酸鹽，所獲得的離子交換出水安全用于淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；采用碳酸氫鹽配制的再生鹽水，再生硝酸根吸附飽和的樹脂；以生化手段轉(zhuǎn)化樹脂再生廢鹽水中的硝酸鹽為碳酸氫鹽，實(shí)現(xiàn)再生鹽的內(nèi)源補(bǔ)充和樹脂再生廢鹽水的資源化再利用。
[0009]所述淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽去除方法的裝置構(gòu)造:原水池(1)出水口、樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)進(jìn)水口、樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)進(jìn)水口和樹脂清洗出水收集池(12)進(jìn)水口分別通過帶有閥門的管路與離子交換樹脂柱(2)的一端并聯(lián)式連通；離子交換出水收集池⑶進(jìn)水口、樹脂再生鹽水池⑷出水口和樹脂清洗用水池(11)出水口分別通過帶有閥門的管路與離子交換樹脂柱(2)的另一端并聯(lián)式連通；樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)與樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)各自通過管路與樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)相連；樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)、反硝化反應(yīng)器(8)、過濾器(9)、消毒器(10)和樹脂再生鹽水池(4)依次通過管路相連。
[0010]所述離子交換出水中的硝酸鹽濃度<3mmol/L。
[0011]所述樹脂再生鹽水中碳酸氫根濃度0.5-1.5mol/Lo
[0012]所述樹脂再生廢鹽水分前后兩個階段收集，前段樹脂再生廢鹽水與所述樹脂再生后段廢鹽水的體積比為1/10-1/5。
[0013]所述樹脂再生前段廢鹽水中添加甲酸，調(diào)節(jié)其pH至4.0-6.0，然后添加甲酸鈣，以形成硫酸鈣沉淀方式去除部分硫酸鹽，硫酸根殘余濃度〈200mmol/L。
[0014]所述樹脂再生前段廢鹽水經(jīng)過部分除硫處理后，與所述樹脂再生后段廢鹽水混合，以二氧化碳調(diào)節(jié)混合廢鹽水pH至7.0-8.5。
[0015]所述樹脂再生前后階段混合廢鹽水，在生物反硝化除硝過程中，繼續(xù)以二氧化碳作為pH調(diào)節(jié)劑，pH控制在7.0-9.0，實(shí)現(xiàn)硝酸鹽到碳酸氫鹽的生化轉(zhuǎn)化。
[0016]所述樹脂再生前后階段混合廢鹽水經(jīng)過反硝化除硝后，通過過濾和消毒處理，再次用于樹脂再生，實(shí)現(xiàn)樹脂再生廢鹽水的資源化再利用。
[0017]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]1.本發(fā)明采用碳酸氫根型陰離子交換樹脂，將含硝酸鹽的廢水轉(zhuǎn)化為含碳酸氫鹽的離子交換出水，提高淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的pH穩(wěn)定性。
[0019]2.生物反硝化處理富含硝酸鹽的樹脂再生廢鹽水，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽，實(shí)現(xiàn)樹脂再生鹽的內(nèi)源補(bǔ)充和樹脂再生廢鹽水的資源化再利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例所用的淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽去除方法的裝置。
[0021]其中，1.原水池、2.離子交換樹脂柱、3.離子交換出水收集池、4.樹脂再生鹽水池、5.樹脂再生前段廢鹽水收集池、6.樹脂再生后段廢鹽水收集池、7.樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池、8、反硝化反應(yīng)器、9、過濾器、10、消毒器。11.樹脂清洗用水池、12樹脂清洗出水收集池。

【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
[0023]圖1所示，原水池(1)出水口、樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)進(jìn)水口、樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)進(jìn)水口和樹脂清洗出水收集池(12)進(jìn)水口分別通過帶有閥門的管路與離子交換樹脂柱(2)的一端并聯(lián)式連通；離子交換出水收集池(3)進(jìn)水口、樹脂再生鹽水池(4)出水口和樹脂清洗用水池(11)出水口分別通過帶有閥門的管路與離子交換樹脂柱(2)的另一端并聯(lián)式連通；樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)與樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)各自通過管路與樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)相連；樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)、反硝化反應(yīng)器(8)、過濾器(9)、消毒器(10)和樹脂再生鹽水池(4)依次通過管路相連。
[0024]上述裝置中，離子交換樹脂柱⑵高100cm，內(nèi)填再生好的717型陰離子交換樹脂；反硝化處理器(8)由長100mL內(nèi)徑10cm的柱式反應(yīng)器(有效體積6500mL)構(gòu)成，內(nèi)填有采用常規(guī)方式馴化好的反硝化活性污泥。
[0025]原水池(1)內(nèi)為有機(jī)物已經(jīng)過濾去除的模擬淡水養(yǎng)殖含硝廢水，pH值為7.4，硝酸鹽濃度為6mmol/L，硫酸根濃度為2mmol/L，氯離子濃度為6mmol/L，碳酸氫根濃度2mmol/L。
[0026]樹脂再生鹽水池(4)中的樹脂再生鹽水為0.7mol/L的碳酸氫鈉溶液。
[0027]樹脂清洗用水池(11)內(nèi)的水來自離子交換出水收集池(3)。
[0028]離子交換處理含硝原水:開啟原水池⑴出水口和離子交換出水收集池(3)進(jìn)水口的閥門，原水以12BV/h的流速通過離子交換樹脂柱(2)，進(jìn)入離子交換出水收集池(3)。運(yùn)行至6.5小時，出水硝酸鹽濃度為2.lmmol/L,此時關(guān)閉上述兩個閥門。
[0029]離子交換樹脂的再生:開啟樹脂再生鹽水池(4)和樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)進(jìn)出水閥門，以4.0BV/h的流速進(jìn)行30分鐘的樹脂再生；關(guān)閉樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)的進(jìn)水閥門，開啟樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)的進(jìn)水閥門，以4.0BV/h的流速進(jìn)行2.5小時的樹脂再生，然后關(guān)閉樹脂再生鹽水池(4)和樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)的進(jìn)出水閥門。
[0030]離子交換樹脂再生后的清洗:開啟樹脂清洗用水池(11)的出水閥門和樹脂清洗出水收集池(12)的進(jìn)水閥門，以6BV/h的流速對離子交換樹脂柱(2)進(jìn)行45分鐘的清洗，然后關(guān)閉上述兩個閥門。清洗后的離子交換樹脂，可以再次用于含硝原水的處理。
[0031]部分去除樹脂再生前段廢鹽水中的硫酸鹽:用甲酸調(diào)節(jié)樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)內(nèi)廢鹽水pH至5.5-6.0，然后添加甲酸鈣，形成硫酸鈣沉淀，使硫酸根殘余濃度降至
100mmol/Lo
[0032]樹脂再生前后階段廢鹽水的混合與pH調(diào)節(jié):樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)內(nèi)的廢鹽水接受上述硫酸鹽沉淀處理后，和樹脂再生后段廢鹽水收集池出)內(nèi)的廢鹽水在樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)混合，并通入二氧化碳，將混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)至
7.8—8.0 ο
[0033]樹脂再生廢鹽水的生化處理:樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)內(nèi)pH調(diào)節(jié)好的混合廢鹽水通入反硝化反應(yīng)器(8)。反硝化反應(yīng)器(8)內(nèi)，以乙酸為碳源，以二氧化碳為pH的調(diào)節(jié)劑，反硝化活性污泥生化去除樹脂再生廢鹽水中的硝酸鹽，處理過程中，pH控制在7.8-8.3之間。
[0034]除硝樹脂再生廢鹽水的后處理與資源化再利用:除硝后的樹脂再生鹽水經(jīng)過過濾器(9)和消毒器(10)處理之后，再次進(jìn)入樹脂再生鹽水池(4)，實(shí)現(xiàn)樹脂再生鹽水的資源化再利用。
[0035]實(shí)施例2
[0036]實(shí)施例2的離子交換系統(tǒng)和反硝化反應(yīng)器的構(gòu)造與實(shí)施1相同。
[0037]離子交換樹脂處理含硝原水:原水為有機(jī)物已經(jīng)過濾去除的模擬淡水養(yǎng)殖含硝廢水，pH值為7.4，硝酸鹽濃度為8mmol/L，硫酸根濃度為2.5mmol/L，氯離子濃度為15mmol/L，碳酸氫根濃度2mmol/L。
[0038]樹脂再生鹽水池(4)中的樹脂再生鹽水為0.8mol/L的碳酸氫鈉溶液。
[0039]樹脂清洗用水池(11)內(nèi)的水來自離子交換出水收集池(3)。
[0040]離子交換處理含硝原水:開啟原水池⑴出水口和離子交換出水收集池(3)進(jìn)水口的閥門，原水以12BV/h的流速通過離子交換樹脂柱(2)，進(jìn)入離子交換出水收集池(3)。運(yùn)行至4.5小時，出水硝酸鹽濃度為2.3mmol/L,此時關(guān)閉上述兩個閥門。
[0041]離子交換樹脂的再生:開啟樹脂再生鹽水池(4)和樹脂再生前段廢鹽水收集池
(5)進(jìn)出水閥門，以4.0BV/h的流速進(jìn)行30分鐘的樹脂再生；關(guān)閉樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)的進(jìn)水閥門，開啟樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)的進(jìn)水閥門，以4.0BV/h的流速進(jìn)行2.5小時的樹脂再生，然后關(guān)閉樹脂再生鹽水池(4)和樹脂再生后段廢鹽水收集池(6)的進(jìn)出水閥門。
[0042]離子交換樹脂再生后的清洗:開啟樹脂清洗用水池(11)的出水閥門和樹脂清洗出水收集池(12)的進(jìn)水閥門，以6BV/h的流速對離子交換樹脂柱(2)進(jìn)行45分鐘的清洗，然后關(guān)閉上述兩個閥門。清洗后的離子交換樹脂，可以再次用于含硝原水的處理。
[0043]部分去除樹脂再生前段廢鹽水中的硫酸鹽:用甲酸調(diào)節(jié)樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)內(nèi)的廢鹽水pH至5.0-5.5，然后添加甲酸鈣，形成硫酸鈣沉淀，使硫酸根殘余濃度降至 120mmol/L。
[0044]樹脂再生前后階段廢鹽水的混合與pH調(diào)節(jié):樹脂再生前段廢鹽水收集池(5)內(nèi)的廢鹽水接受上述硫酸鹽沉淀處理后，和樹脂再生后段廢鹽水收集池出)內(nèi)的廢鹽水在樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)混合，并通入二氧化碳，將混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)至
8.0—8.2 ο
[0045]樹脂再生廢鹽水的生化處理:樹脂再生前后階段混合廢鹽水pH調(diào)節(jié)池(7)內(nèi)pH調(diào)節(jié)好的混合廢鹽水通入反硝化反應(yīng)器(8)。反硝化反應(yīng)器(8)內(nèi)，以乙酸為碳源，以二氧化碳為pH的調(diào)節(jié)劑，反硝化活性污泥生化去除樹脂再生廢鹽水中的硝酸鹽，處理過程中，pH控制在8.0-8.5之間。
[0046]除硝樹脂再生廢鹽水的后處理與資源化再利用:除硝后的樹脂再生鹽水經(jīng)過過濾器(9)和消毒器(10)處理之后，再次進(jìn)入樹脂再生鹽水池(4)，實(shí)現(xiàn)樹脂再生鹽水的資源化再利用。
【權(quán)利要求】
1.一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:通過碳酸氫根型離子交換樹脂的離子交換作用，吸附去除淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)廢水中的硝酸鹽，所獲得的離子交換出水安全用于淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；采用碳酸氫鹽配制的樹脂再生鹽水，再生硝酸根吸附飽和的樹脂；以生化手段轉(zhuǎn)化樹脂再生廢鹽水中的硝酸鹽為碳酸氫鹽，實(shí)現(xiàn)再生鹽的內(nèi)源補(bǔ)充和樹脂再生廢鹽水的資源化再利用。
2.按權(quán)利要求1所述一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:所述離子交換出水中的硝酸鹽濃度<3mmol/L。
3.按權(quán)利要求1所述一種淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:所述再生鹽水中碳酸氫根濃度0.5-1.5mol/Lo
4.按權(quán)利要求1所述的淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:所述樹脂再生廢鹽水分前后兩個階段收集，其中樹脂再生前段廢鹽水與樹脂再生后段廢鹽水的體積比為1/10-1/5。
5.按權(quán)利要求4所述的淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:所述樹脂再生前段廢鹽水中添加甲酸，調(diào)節(jié)其PH至4.0-6.0，然后添加甲酸鈣，以硫酸鈣沉淀方式去除部分硫酸鹽，硫酸根殘余濃度〈200mmol/L。
6.按權(quán)利要求4和5所述的淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:所述樹脂再生前段廢鹽水經(jīng)過部分除硫處理后，與所述樹脂再生后段廢鹽水混合，以二氧化碳調(diào)節(jié)混合廢鹽水pH至7.0-8.5。
7.按權(quán)利要求6所述的淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:所述樹脂再生前后階段混合廢鹽水，在生物反硝化除硝過程中，繼續(xù)以二氧化碳作為PH調(diào)節(jié)劑，pH控制在7.0-9.0，實(shí)現(xiàn)硝酸鹽到碳酸氫鹽的生化轉(zhuǎn)化。
8.按權(quán)利要求7所述的淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的去除方法，其特征在于:所述樹脂再生前后階段混合廢鹽水經(jīng)過反硝化除硝后，通過過濾和消毒處理，再次用于樹脂再生，實(shí)現(xiàn)樹脂再生廢鹽水的資源化再利用。
【文檔編號】C02F9/14GK104445808SQ201410624015
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】黃斌, 宋鳳冉, 史奕, 陳欣 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所