用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法技术

本发明专利技术公开了用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法，属于废水处理技术领域。所述处理方法包括以下步骤：1)制备不同孔径分布的碳干凝胶吸附材料；2)测定尾水中溶解性有机氮的分子量分布；3)根据步骤2)测定数据选择不同方案构建序列式吸附系统；4)运行序列式吸附系统去除尾水中溶解性有机氮以降低毒性。本方法通过构建大孔

【技术实现步骤摘要】
用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法


[0001]本专利技术涉及废水处理
，具体是涉及用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法。

技术介绍

[0002]有机氮工业废水是制药、印染、焦化等化学工业生产过程中产生的一类典型工业废水，具有有机污染浓度高、组成复杂、可生化性差、生态风险高等显著特征。有机氮工业废水中存在着大量的氮元素，主要以无机氮、颗粒有机氮、胶体有机氮和溶解性有机氮的形式存在。目前，生化法是处理有机氮工业废水的主要工艺形式，包括厌氧
‑
缺氧
‑
好氧法(A2/O)生物工艺等。传统生物处理系统通过硝化
‑
反硝化作用可去除大部分无机氮，而颗粒有机氮和胶体有机氮则可通过固液分离过程去除，因此溶解性有机氮成为有机氮工业生化尾水中氮元素的主要组成。相关研究表明，相较于其他类型的溶解性有机物，溶解性有机氮浓度与有机氮工业生化尾水毒性具有显著的相关性，是导致生化尾水高毒性的主要因素。因此，深度处理有机氮工业生化尾水中的溶解性有机氮以降低尾水毒性，对实现有机氮工业废水的达标排放及回用具有重要意义。
[0003]近年来，已有多种处理技术应用于生化出水中溶解性有机氮的深度处理，包括吸附、混凝、膜分离和高级氧化等。其中，吸附法工艺简单、易于再生和资源回收，受到了广泛关注。然而，在实际应用中，溶解性有机氮吸附技术的推广仍然存在着一些阻碍。废水中的溶解性有机氮是一类成分复杂、非均质的有机混合物，其分子量分布广泛，范围从几百到数十万道尔顿不等。在吸附过程中，不同分子量溶解性有机氮会产生强烈的竞争效应导致吸附材料的处理能力下降。例如，大分子溶解性有机氮容易堵塞吸附剂的孔道结构，阻碍小分子溶解性有机氮在孔道内的吸附，且这种堵塞通常是不可逆的，会导致吸附剂的再生效率显著下降。中国专利申请号201310481572.1公开了一种去除城市污水处理厂二级出水中溶解性有机氮的方法，该专利技术方法在废水进入活性炭吸附滤床前投加臭氧，通过臭氧氧化作用将大分子溶解性有机氮分解为小分子，进而缓解大分子溶解性有机氮对活性炭的孔道堵塞效应。然而，该方法需投加大量臭氧，增加了废水处理的能源消耗和运行成本。此外，该方法的应用仅局限于溶解性有机氮浓度较低的市政废水，推广应用到高浓度工业废水中势必将影响其处理效果。因此，对于实际废水中溶解性有机氮的吸附处理，亟需开发一种能有效降低不同分子量溶解性有机氮竞争吸附效应且满足有机氮工业生化尾水毒性削减需求的新型处理方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：针对现有吸附处理工艺无法缓解不同分子量溶解性有机氮在吸附过程中的竞争效应以及不能满足有机氮工业生化尾水毒性削减需求的问题，本专利技术提供一种用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法，该方法根据吸附剂孔径对溶解性有机氮吸附特性的影响规律，策略性构建大孔
‑
中孔
‑
微孔碳干凝胶序列式
吸附系统，实现对不同分子量溶解性有机氮的分级去除，提高吸附系统的毒性削减能力和再生能力。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法，主要包括以下步骤：
[0007]1)制备不同孔径分布的碳干凝胶吸附材料
[0008]制备过程采用溶胶
‑
凝胶法，并通过控制凝胶化反应pH调控凝胶颗粒尺寸，分别获得大孔、中孔和微孔碳干凝胶吸附材料；
[0009]2)测定尾水中溶解性有机氮的分子量分布
[0010]用1KDa和5KDa的超滤膜分离采集的有机氮工业生化尾水，测定原始废水和不同膜处理透过液中溶解性有机氮的浓度，分别记为C
原始
、C
1 K透过
和C
5K透过
；根据测定结果，计算分子量为<1KDa、1
‑
5KDa和>5KDa的溶解性有机氮分子占比，分别记为W
<1KDa
、W1‑
5KDa
和W
>5KDa
；
[0011]3)构建序列式吸附系统
[0012]根据步骤2)测定数据选择不同方案构建序列式吸附系统：
[0013]所述序列式吸附系统由步骤1)制备的大孔、中孔和微孔碳干凝胶依次装填至三个串联吸附柱组成；
[0014]大孔、中孔和微孔碳干凝胶装填床体积(BV)分别记为BV
大孔
、BV
中孔
和BV
微孔
；
[0015]方案Ⅰ：大孔、中孔和微孔碳干凝胶的床体积按BV
大孔
：BV
中孔
：BV
微孔
＝1:1.5～2:1的比例装填；
[0016]方案Ⅱ：大孔、中孔和微孔碳干凝胶的床体积按BV
大孔
：BV
中孔
：BV
微孔
＝1:2～3:1的比例装填；
[0017]当W
<1KDa
+W
>5KDa
‑
W1‑
5KDa
≥0时，选择方案Ⅰ；
[0018]当W
<1KDa
+W
>5KDa
‑
W1‑
5KDa
＜0时，选择方案Ⅱ；
[0019]说明：由于比表面积和孔体积最大，中孔碳干凝胶在序列式吸附过程中的吸附能力最强，所以在序列式吸附系统中的装填比重也应最大。根据实验结果，中孔碳干凝胶对分子量分布在1
‑
5KDa的溶解性有机氮吸附能力最强(其他碳干凝胶对这部分溶解性有机氮吸附能力较弱)，因此当1
‑
5KDa的溶解性有机氮在总浓度中占比较高时，需适当提高中孔碳干凝胶比例以增强序列式吸附系统的处理能力。
[0020]4)运行碳干凝胶序列式吸附系统
[0021]序列式吸附系统的吸附和再生过程按以下步骤进行：
[0022]S1：将有机氮工业生化尾水以20～40BV/h的流速通入序列式吸附系统，使废水依次经大孔、中孔和微孔碳干凝胶吸附处理后排出；
[0023]S2：当吸附达到穿透点时，停止通入废水，依次使用0.5M NaOH溶液，0.1M HCl溶液和自来水三种再生液对序列式吸附系统进行脱附再生，流速控制为5～10BV/h。
[0024]进一步地，在上述方案中，步骤1)中所述大孔碳干凝胶的孔径分布范围主要为16～65nm；中孔碳干凝胶的孔径分布范围主要为8～21nm；微孔碳干凝胶的孔径分布范围为主要1.7～14nm。
[0025]进一步地，在上述方案中，步骤1)中所述碳干凝胶由以下步骤制备：
[0026]a)将间二苯酚溶于超纯水中，调节pH至预定值，加入甲醛溶液，保持中间二苯酚和甲醛的摩尔比为0.4～0.6：1，再次调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)制备不同孔径分布的碳干凝胶吸附材料制备过程采用溶胶
‑
凝胶法，并通过控制凝胶化反应pH调控凝胶颗粒尺寸，分别获得大孔、中孔和微孔碳干凝胶吸附材料；2)测定尾水中溶解性有机氮的分子量分布用1KDa和5KDa的超滤膜分离采集的有机氮工业生化尾水，测定原始废水和不同膜处理透过液中溶解性有机氮的浓度，分别记为C
原始
、C
1K透过
和C
5K透过
；根据测定结果，计算分子量为<1KDa、1
‑
5KDa和>5KDa的溶解性有机氮分子占比，分别记为W
<1KDa
、W1‑
5KDa
和W
>5KDa
；3)构建序列式吸附系统根据步骤2)测定数据选择不同方案构建序列式吸附系统：所述序列式吸附系统由步骤1)制备的大孔、中孔和微孔碳干凝胶依次装填至三个串联吸附柱组成；大孔、中孔和微孔碳干凝胶装填床体积分别记为BV
大孔
、BV
中孔
和BV
微孔
；方案Ⅰ：大孔、中孔和微孔碳干凝胶的床体积按BV
大孔
：BV
中孔
：BV
微孔
＝1:1.5～2:1的比例装填；方案Ⅱ：大孔、中孔和微孔碳干凝胶的床体积按BV
大孔
：BV
中孔
：BV
微孔
＝1:2～3:1的比例装填；当W
<1KDa
+W
>5KDa
‑
W1‑
5KDa
≥0时，选择方案Ⅰ；当W
<1KDa
+W
>5KDa
‑
W1‑
5KDa
＜0时，选择方案Ⅱ；4)运行碳干凝胶序列式吸附系统序列式吸附系统的吸附和再生过程按以下步骤进行：S1：将有机氮工业生化尾水以20～40BV/h的流速通入序列式吸附系统，使废水依次经大孔、中孔和微孔碳干凝胶吸附处理后排出；S2：当吸附达到穿透点时，停止通入废水，依次使用0.5MNaOH溶液，0.1MHCl溶液和自来水三种再生液对序列式吸附系统进行脱附再生，流速控制为5～10BV/h。2.根据权利要求1所述的用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法，其特征在于，步骤1)中所述大孔碳干凝胶的孔径分布范围主要为16～65nm；中孔碳干凝胶的孔径分布范围主要为8～21nm；微孔碳干凝胶的孔径分布范围为主要1.7～14nm。3.根据权利要求1所述的用于有机氮工业生化尾水毒性削减的序列式吸附处理方法，其特征在于，步骤1)中所述碳干凝胶由以下步骤制备：a)将间二苯酚溶于超纯水中，调节pH至预定值，加入甲醛溶液，保持间二苯酚和甲醛...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海冬，施元基，任洪强，廖可薇，刘彩风，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：