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城镇污水处理厂二级处理出水中氮磷的超标排放会导致自然水体的富营养化,自然环境的恶化,并最终危害人类健康。近年来,我国的污水处理厂的提标改造工作越来越受到社会各界的重视。同时,磷作为一种不可再生、不可替代的自然资源,虽然储量极为有限,却并没有在污水处理过程中得到充分的回收利用。 本文利用离子交换技术,建立了离子交换动态交换系统,利用常见的商品化的阴离子交换树脂在去除城镇污水处理厂的二级处理出水中氮磷,在进一步增强出水水质的同时,对磷资源以磷酸钙的形式回收。本文从离子交换树脂的筛选以及不同因素对除磷效果的影响,实现动态脱氮除磷的最佳工艺条件,以及离子交换再生废液中进行磷和其他物质回收等方面进行了系统的研究。 研究结果表明,不同的离子交换树脂对实际二级处理出水的除磷效果存在显著差异。凝胶型交换树脂除磷能力普遍强于大孔型交换树脂,当击穿条件为总磷>0.3mg/L时,201×7树脂击穿体积为280BV,D201树脂为220BV(BV为通过水量与树脂体积的比值)。两种离子交换树脂对磷的吸附交换方式均符合弗莱德里希等温吸附式。静态间歇实验表明,二级处理出水中的主要离子Cl-、NO3-和SO42-均会对树脂的除磷效果产生较大的影响,影响大小排序依次为NO3--N>SO42->Cl-,且D201树脂受影响较大。 201×7树脂可同时实现二级处理出水氮磷的去除。动态实验结果表明,产水流速和再生流速的增加会导致氮磷去除效果的下降;较高浓度的NaCl再生液浓度有助于树脂的再生以及再生废液的重复利用。当选择产水阶段流速为50BV/h,再生液为5％NaCl溶液,再生流速为15BV/h,通过再生废液的重复利用,可在一个周期中产水1175BV,总操作时间共17.5小时,水质标准满足总磷浓度<0.3mg/L,总氮浓度<10.0mg/L。 离子交换再生废液中含有较高浓度的Cl-,SO42-,NO3-以及PO43-等离子,通过蒸发结晶的方式能够在再生废液中回收出纯度为95%以上的NaCl晶体;通过投加CaCl2溶液的方式可将磷以磷酸钙的形式回收,且在Ca/P=1.6,pH=10.5的条件下可回收92%以上的磷。回收的磷产品中摩尔钙磷比为1.59,表明产品主要为为羟基磷酸钙。