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傳統污水處理的脫氮工藝基于微生物作用,在去除有機污染物的同時,通過硝化-反硝化耦合過程將氨氮氧化為硝酸根,再還原為氮氣去除。 該工藝過程雖然可以滿足污水的脫氮要求,但一方面面臨消耗有機碳源、工藝能耗較高、污泥產生量大、停留時間長、構筑物占地面積大、受溫度波動限制等缺點,另一方面,其技術原理的本質是氮元素的去除、而非資源化回收利用。 近年來,以污水資源化為核心的新型水處理概念和工藝被不斷提出。 MCCARTY 等討論了城市污水廠作為能源輸出的可能。VERSTRAETE等提出了“ zero-wastewater”概念的上游濃縮工藝,通過有機物厭氧消化zui大可能實現生活污水中的能源回收。 BATSTONE 等提出“源分離-釋放-回收”工藝實現生活污水中 C、N 和 P 的回收。
一種潛在的可持續的“上游濃縮”污水處理思路是用膜將污水中有機物分離濃縮,高 COD 濃縮液進行厭氧消化回收能源,另一端含氨氮的出水利用離子交換過程實現氮素的富集回收。 由于膜組件的預處理可以避免固體懸浮物、有機物等造成的堵塞等問題,因此該資源化處理思路可以zui大限度的發揮離子交換柱的吸收能力,實現氮素的回收利用。
前期研究表明,生活污水經過超濾膜濃縮處理后,出水氨氮相對較低、存在雜質離子,是限制氮素回收利用的主要因素。 為了盡可能回收利用污水中蘊含的資源(氮素) ,本研究探索基于離子交換法去除、回收利用生活污水中的氨氮,旨在促進水回用同時實現氨氮的富集回收,通過對離子交換富集回收氨氮方法的經濟性進行初步分析,為新的污水處理方式選擇提供參考。
沸石和陽離子交換樹脂是常見的氨氮吸收劑(考慮到本研究過程同時發生物理吸附和化學離子交換,本文統一使用吸收) 。研究表明,氨氮吸收的影響因素包括 pH、初始濃度、其他陽離子及吸收劑用量等。針對吸收飽和后吸收劑的再生回用,有研究者通過動態吸收柱實驗研究氨氮穿透曲線和吸收性能,并探究其解吸特性。相關研究表明,不同解吸液、物料流速等因素會對再生液中氨氮的富集效果產生影響。
本研究首先通過靜態批式實驗篩選較優離子吸收劑,并分析 pH 波動等因素對氨氮回收利用的影響。之后,通過動態吸收柱實驗研究水中鈣和鎂離子對離子交換吸收過程、以及解吸后富集效果的影響,探索討論超濾膜濃縮后出水中低濃度氨氮回收利用的技術路線。
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