一种吸附处理系统及方法与流程

本发明涉及吸附处理技术领域，特别是涉及一种吸附处理系统及方法。

背景技术：

环境问题日益成为产业发展中不可忽视的问题，环保标准逐步提高，公众环境意识的不断增强使得在工业生产过程中，人们对三废排放的控制越来越严格，控制手段与时俱进。其中对废水的关注度尤其强，不同工业生产过程产生的废水千差万别，成分复杂而多变，浓度范围宽。目前针对废水的处理思路主要包括降解和分离两种，降解的方式包括生物降解如微生物的作用、植物的代谢，化学氧化如芬顿氧化、臭氧氧化等；分离的方式包括沉淀、气浮、吹脱、萃取、吸附等。

通常在一个工业废水处理工艺中，降解和分离是结合使用的，对于高浓度的有机废水，需要采用一些手段降低其有机负荷以达到生物处理的事宜范围，而对于一些低浓度有机废水，有时也需要采取分离的手段对废水进一步处理以达标排放。此外，某些工艺过程本身也兼具着降解和分离两种功能，如活性污泥法处理有机废水过程中，一部分有机物被微生物降解，另一部分有机物吸附在微生物形成的胶团表面沉淀排出。

对于众多的工业废水，经过生化处理通常难以达到排放标准，如焦化行业废水、造纸行业废水等等。这些废水成分复杂，包含众多难以被生物降解的物质，经过微生物处理之后需要再进行深度处理以达标排放。这一阶段可采用的工艺包括氧化降解、吸附、投加药剂沉淀等方法，其中氧化降解、沉淀的方法都需要在废水中投加大量药剂，增加了排水的生态风险。吸附的方法基本不需要额外向废水中添加物质，随着合成吸附剂的开发，使得这一方法得到了更广泛的应用。

合成吸附剂在医药、食品、化工等领域已有广泛的应用，但将其应用在废水处理领域时，由于废水中所含成分复杂，很难保证其稳定运行，需要进行频繁的反洗再生过程，操作难度大，要求高。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种吸附处理系统及方法，用于解决现有技术中树脂空置时间长、排水水质波动大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种吸附处理系统，包括用于对待处理液进行过滤处理的过滤单元、至少两个用于吸附处理待处理液的树脂柱，各树脂柱并联连接，各树脂柱独立地连通至进液管道和出液管道，完成吸附、洗脱和反冲洗过程。

在本发明的一些实施例中，还包括用于存储碱液、酸液的存储单元，存储单元独立连通至各树脂柱，实现碱液、酸液的输送。

在本发明的一些实施例中，还包括用于控制树脂柱进液、出液的自动控制单元，通过PLC程序实现自动化控制，有效提高效率，降低人力成本。

在本发明的一些实施例中，进液管道包括进液管、洗脱进碱管、洗脱进酸管、进水管，出液管道包括反洗出水管、出液管、洗脱出碱管、洗脱出酸管，完成相应的吸附、碱液洗脱、酸液洗脱、反冲洗过程，待处理液从进液管进入过滤单元，经系统处理后，从出液管排出，冲洗水从进水管进入，从反洗出水管排出。

在本发明的一些实施例中，过滤单元独立地连通至各树脂柱。

在本发明的一些实施例中，各树脂柱独立地连通至出液管。

在本发明的一些实施例中，进水管独立地连通至存储单元以及各树脂柱。

在本发明的一些实施例中，各树脂柱独立地连通至反洗出水管。

在本发明的一些实施例中，洗脱进碱管、洗脱进酸管独立地连通至各树脂柱，各树脂柱独立地连通至洗脱出碱管、洗脱出酸管，洗脱出碱管、洗脱出酸管的液体均从洗脱液排出管排出。

在本发明的一些实施例中，树脂柱的数量≥5个。

在本发明的一些实施例中，树脂柱的数量为5～20个，包括边界值。

本发明第二方面提供一种吸附处理方法，系统中各树脂柱独立地进行吸附、洗脱再生、反冲洗处理，保持数量比例为4/5～19/20的树脂柱处于吸附状态，形成吸附组，其余树脂柱处于非吸附状态，非吸附状态即再生状态，包括碱洗、反冲洗、酸洗、反冲洗等。

在本发明的一些实施例中，系统启动时，当处于吸附状态的树脂柱进液总体积达到饱和吸附总体积的60％～95％时，空置的树脂柱进入吸附状态，同等数量的处于吸附状态的树脂柱进入非吸附状态。

在本发明的一些实施例中，运行过程中，非吸附状态的树脂柱进入吸附状态后，形成新的吸附组，吸附组的树脂柱数量保持不变，当吸附组树脂柱的进液总体积增加量达到吸附组树脂柱饱和吸附总体积的5～20％时，同等数量处于吸附状态的树脂柱进入非吸附状态，如此循环。使得树脂柱要么处于吸附状态，要么处于再生状态(非吸附状态)，不存在空置，得到充分利用。先前处于非吸附状态的树脂柱进入吸附状态时，可以是同时进入，也可以是陆续进入，原则是使处于吸附状态的树脂柱数量保持不变。

饱和吸附体积是指树脂柱的最大吸附体积。

非吸附状态即再生状态，包括洗脱、反冲洗状态。吸附结束后的树脂柱经过碱洗、酸洗和反冲洗，进入下一次吸附，依次循环，运行过程中不存在空置。

在本发明的一些实施例中，洗脱包括碱液洗脱和酸液洗脱，洗脱时，碱液或酸液从树脂柱的上部进入树脂柱，从树脂柱的下部流出。

在本发明的一些实施例中，反冲洗时，冲洗液从树脂柱下部进入、上部流出。

在本发明的一些实施例中，反冲洗时，冲洗液流入树脂柱的流速为50BV/h～500BV/h。

在本发明的一些实施例中，待处理液进入树脂柱吸附之前，先进行过滤处理。

在本发明的一些实施例中，系统的吸附处理量为20～500m³/h。

在本发明的一些实施例中，进入系统的冲洗水流量为1～25m³/h。

在本发明的一些实施例中，系统中洗脱液的流量为0.5～12.5m³/h

在本发明的一些实施例中，系统中反冲洗的排水流量为0.6～15m³/h。

在本发明的一些实施例中，树脂柱的数量≥5个。

在本发明的一些实施例中，树脂柱的数量为5～20个，包括边界值。

如上所述，本发明的一种吸附处理系统及方法，具有以下有益效果：本发明提供一种集成的吸附系统及方法，通过连续吸附洗脱再生过程，提高吸附过程的稳定性，有效提高吸附效率，明显降低树脂柱的空置率，降低操作难度，提高生产效率。

附图说明

图1显示为本发明实施例的系统结构示意图。

图2显示为图1的侧视图。

图3显示为本发明实施例的树脂柱管路连接关系示意图。

标号说明

1—第一树脂柱

2—第二树脂柱

3—第三树脂柱

4—第四树脂柱

5—第五树脂柱

6—第六树脂柱

7—第七树脂柱

8—第八树脂柱

9—第九树脂柱

10—第十树脂柱

11—过滤单元

12—存储单元

13—自动控制单元

14—待处理液进口

15—洗水进口

16—处理液出口

17—洗水出口

18—进水管

19—进液管

20—出液管

21—反洗出水管

22—洗脱液排出管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

传统的树脂吸附应用在提纯、浓缩工艺上，如制药、食品、化工等等领域中时面对的是成分较为单一的液体，当应用在废水处理领域时，由于废水的成分复杂且不确定的成分多，树脂运行过程中的管理成了整个树脂处理工程成败的关键。

由于树脂吸附过程是一个逐渐饱和的过程，出水水质会随着吸附进行而逐渐恶化，当采用序批式的吸附再生处理工艺时，出水会在一个较大的范围内波动，不利于标准控制。本发明采用次序循环再生的方式使得吸附和再生过程都连续进行，消除树脂的空置时间的同时，使排水水质波动范围缩小，系统趋于稳定地排水。设备启动时有一个(或一组)树脂柱空置，当空置的树脂柱进入吸附状态后，运行中不再有树脂柱空置。

在针对废水成分复杂污染树脂的问题上，采用反洗水冲洗树脂同时自动排出树脂碎屑及相关杂质颗粒物以提高树脂寿命和出水稳定性。在碱洗和酸洗过程中增加大流量反洗水冲洗树脂，使树脂膨胀流化，较轻质的树脂碎屑通过反洗水出水管排出。

实施例1

本实施例以废水作为待处理液进行说明，当然，待处理液也可以是其他需要吸附处理的液体，如果汁浓缩、药液除杂等。

如图1～图3所示，本实施例的吸附处理系统包括过滤单元11、存储单元12、自动控制单元13、并联连接的树脂柱，自动控制单元13由带信号反馈的自动阀、COD在线监测仪以及电子控制系统等组成，本实施例的树脂柱数量为10个，包括第一树脂柱1、第二树脂柱2、第三树脂柱3、第四树脂柱4、第五树脂柱5、第六树脂柱6、第七树脂柱7、第八树脂柱8、第九树脂柱9、第十树脂柱10，废水等待处理液从进液管19的待处理液进口14进入过滤单元11，过滤单元11独立地连通至各树脂柱，过滤后，在自动控制单元13的控制下，相应的阀门完成打开或关闭动作，使得废水进入对应的树脂柱，自动控制单元13通过PLC控制系统控制各树脂柱的吸附、洗脱再生、反冲洗等过程，各树脂柱独立地连通至出液管20，经过树脂吸附后的废水从出液管20的处理液出口16流出，可以在处理液出口16设置COD在线监测仪等电子器件，以监控水质，并将信息反馈至自动控制单元13，进而调整相应的吸附、洗脱再生、反冲洗等过程，进而使得处理液出口16排出的废水水质达到所需要求。存储单元12至少为两个储液罐，分别存放浓碱液和浓酸液，不需频繁地补充，当然，也可以只设置一个储液罐，内部设置两个隔离腔室，也能实现碱液和酸液的隔离存储，存储单元12独立连通至各树脂柱，实现碱液、酸液的独立输入，进水管18独立地连通至存储单元12以及各树脂柱，软水从进水管18的洗水进口15进入，进水管18上设有三通管，形成三个出路，进水管18中的软水可与相应的碱液或酸液在管道中混合稀释后，实现对树脂的碱洗或酸洗，洗脱出碱管的碱洗脱液、洗脱出酸管的酸洗脱液均进入洗脱液排出管22混合，从洗脱液排出管22排出，碱液储罐、酸液储罐的进水管道上设有阀门，可控制软水的通断以及进入量，进而调节酸碱浓度，各树脂柱独立地连通至反洗出水管21，当需要对树脂柱进行反冲洗时，软水不再与碱液、酸液混合，而是单独进入树脂柱，进行反向冲洗，再从反洗出水管21的洗水出口17排出。

存储单元12包括储液罐、泵、输送辊管路等，实现碱液、酸液的储存和输送。

当然，在不设置自动控制单元13的情况下，该系统通过人为调整的方式也能正常运行，为了提高效率，优选采用自动控制单元13对液体流动进行自动控制。

树脂柱的运行过程如下：

1)系统启动时，进液管19开始进废水，第一树脂柱1的所有进口阀门均关闭；第二树脂柱2～第十树脂柱10的进水管阀门打开，出水管阀门打开，其余阀门均关闭。

2)系统运行至进入第二树脂柱2～第十树脂柱10的废水总体积达到这9个树脂柱饱和吸附总体积的80％(可控制在80％～95％)时，打开第一树脂柱1的进水管阀门和出水管阀门，关闭第二树脂柱2的进水管阀门和出水管阀门，同时打开第二树脂柱2的进碱管阀门和出碱管阀门，碱洗完毕后关闭进碱管和出碱管阀门，打开冲洗水阀门，冲洗完毕后关闭冲洗水阀门，打开进酸管阀门和出酸管阀门，酸洗完毕后，关闭进酸管和出酸管阀门，打开冲洗水阀门，冲洗完毕后完成第二树脂柱2的洗脱再生过程，即第一树脂柱1进入吸附状态时，第二树脂柱2进入非吸附状态。

3)完成第二树脂柱2的洗脱再生过程后，第二树脂柱2进入吸附过程，第二吸附柱进入吸附状态后与其余吸附柱组成新吸附组，新吸附组仍为9个树脂柱(新吸附组包括第一树脂柱1、第二树脂柱2以及第四树脂柱4～第十树脂柱10，第三树脂柱3从吸附组中排除，不计入新吸附组，准备进入再生状态)，该吸附组的进液总体积增加量达到吸附组饱和吸附总体积的20％时，开启第三树脂柱3的洗脱再生过程，其余树脂柱的洗脱和再生依次循环进行，使得系统始终保持9个树脂柱处于吸附状态，余下的一个树脂柱处于非吸附状态。

本系统的处理水量为20m³/h，相应的，工业软水从洗水进口15进入，其流量为1m³/h，处理出水流量为20m³/h，洗脱液流量为0.5m³/h，反冲洗排渣水流量为0.6m³/h。

本系统及方法实现废水从待处理液进口14进入，工业软水从洗水进口15进入，在自动控制单元13的控制器中设置反洗周期，系统自动计算运行和反洗的树脂比例，得到最优控制方式。处理后的出水从系统一侧的处理液出口16排出，而洗脱液经过混合后从另一侧的洗水出口17排出，可以对洗脱液进行进一步处理。

上述系统的树脂柱在首次启动时，有树脂处于空置，正常运行期间所有树脂都在运行，无空置时间。

关于水质：本系统只去除COD，出水COD可通过吸附时间的控制而控制，出水COD控制在30～50mg/L(不包括50mg/L)，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准对COD的要求，小于50mg/L。

实施例2

本实施例以20个树脂柱为例进行说明，系统其余结构与实施例相同，对树脂柱依次编号1-20，运行情况如下：

1)系统启动时，进液管19开始进废水，第1～4支树脂柱关闭，第5～20支树脂柱组成吸附组。

2)吸附组(即第5～20个树脂柱)进入吸附状态，当进入树脂柱的废水体积达到饱和吸附总体积的80％时(可控制在60％～80％)，让第20个树脂柱结束吸附并进入碱洗状态，第4个树脂柱替补进入吸附状态，形成新吸附组(新吸附组包括第4个树脂柱以及第5～19个树脂柱，第20个树脂柱从吸附组中排除，不计入新吸附组，准备进入再生状态)，进入碱洗状态的树脂柱在碱洗完成后进入反冲洗状态，同时第19个树脂柱进入碱洗状态，此时，吸附组的进液总体积达到吸附组饱和吸附总体积的5％，第3个树脂柱替补进入吸附状态，依次类推，使得吸附、碱洗、反冲洗、酸洗、反冲洗五种状态在不同的树脂柱同时进行，系统中保持16个树脂柱处于吸附状态，其余树脂柱处于非吸附状态(即再生状态)，使得废水持续进入系统进行处理，不会出现废水滞留，吸附处理后排出的废水COD稳定在50mg/L以下，通常在30～50mg/L(不包括50mg/L)，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准关于COD的要求。

本实施例系统的处理水量为100m³/h，相应的，工业软水从洗水进口15进入，其流量为5m³/h，处理出水流量为100m³/h，洗脱液流量为2.5m³/h，反冲洗排渣水流量为2.5m³/h。

综上所述，本发明的吸附系统及方法主要有以下效果：1、实现树脂柱连续循环的吸附再生过程；2、将树脂再生的三个环节分离并行运行，提高系统运行的效率，使得部分树脂柱处于非吸附状态，包括碱液洗脱、酸液洗脱、反洗过程，而其余树脂柱处于吸附状态，交替循环，保证出水COD稳定，有效避免树脂柱空置；3、各单体树脂柱相对较独立地运行，使得系统更加稳定，在不影响其他树脂柱运行的情况下，实现在线的更换更新其余树脂柱。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。