方法和设备与流程

1.本发明涉及一种用于处理进料水的方法和设备。具体地，本发明包括从进料水中去除硝酸根并将从进料水中所去除的硝酸根转化成氮气。


背景技术：

2.饮用水和废水处理设施正面临对饮用水源中和排放至环境中的流出物中的硝酸根水平的严重问题。硝酸根是饮用水中的健康问题，并且当废水流出物的硝酸根含量高时导致水体富营养化。
3.传统上已经使用离子交换控制饮用水源中的硝酸根。已经开发了硝酸根专用树脂，其通常以氯化物作为交换来捕获和浓缩硝酸根。这些树脂使用盐再生，并且废再生剂通常被排放至下水道。近来在世界许多地区制定了限制允许排放至下水道的盐负荷的法规。这已导致许多离子交换设备停止运行并随后关闭许多饮用水源。
4.废水中的硝酸根传统上通过反硝化的生物学方法来控制。在废水处理设备中，设备的特定部分专用于直接从废水中去除硝酸根。再有，关于允许排放至环境中的硝酸根的水平的法规正在严格化。在许多情况下，废水处理设备不能满足这些严格的规范，尤其是在被低温降低生物学活性的寒冷气候中的设备。
5.本发明旨在缓解这些问题。


技术实现要素：

6.本发明涉及一种处理含有硝酸根的进料水流的方法，该方法包括以下步骤：i)使该进料水流中的硝酸根吸附到离子交换树脂上，这将该离子交换树脂转变成负载的离子交换树脂并产生硝酸根贫化的经处理的水流；ii)通过使用包括盐的再生流使硝酸根从该负载的树脂解吸附来再生该负载的树脂，这将该负载的离子交换树脂转变成再生的离子交换树脂用于在步骤i)中再使用，并产生高硝酸根的盐水流；iii)在生物活性剂的帮助下将该盐水流中的硝酸根转化成分子氮气，该氮气从该盐水流中分离，并且从而形成提供再循环流的盐水；以及iv)将该再循环流的至少一部分添加至该再生流中。
7.换言之，生物活性剂用于降低盐水流的硝酸根含量，这允许盐水流用作可以用于形成再生流的至少一部分的再循环流。本发明还基于这样的实现，即生物活性剂可以用于将盐水流中的硝酸根转化为氮气，而盐水流的盐相对高。
8.该方法的优点是盐水流的盐含量可以保留在再循环流中，然后可以将再循环流添加至再生流中。这进而使将高盐的盐水排放至环境中的需要最小化，这对常规离子交换方法是典型的。
9.另外，生物活性剂帮助将盐水流中的硝酸根转化成分子氮，该分子氮是惰性的并且可以被释放至大气。此外，在转化步骤之后，盐水中的任何残余硝酸根不太可能干扰离子
交换树脂的再生，这使得盐水能够用作再循环流。如果硝酸根未根据转化步骤被转化，则盐水不可以用作再循环流，因为硝酸根干扰离子交换树脂的再生。
10.该再生的离子交换树脂可以在吸附硝酸根的步骤中被再使用。
11.可以将大部分该再循环流添加至该再生流中。
12.可以将所有该再循环流添加至该再生流中。
13.使硝酸根吸附到该树脂上的步骤也可以使硫酸根吸附到该树脂上。
14.该方法还可以包括从该盐水流和该再循环流的至少一种或其组合中取出清洗流，并向其中添加补充流以控制该盐水流和/或该再循环流中硫酸根的浓度。这将进而又控制再生步骤和转化步骤中的硫酸根浓度。
15.取出清洗流并添加补充流可以将该盐水流和/或该再循环流中累积的硫酸根离子控制在低于以下浓度：例如低于10,000mg/l的硫酸根浓度；在另一实例中，低于8,000mg/l的硫酸根浓度；在另一实例中，低于6,000mg/l的硫酸根浓度；在另一实例中，低于4,000mg/l的硫酸根浓度；在另一实例中，低于2,000mg/l的硫酸根浓度；在另一实例中，低于1,000mg/l的硫酸根浓度；在另一实例中，低于500mg/l的硫酸根浓度；或者在另一实例中，低于200mg/l的硫酸根浓度。硫酸根浓缩物可以允许达到的浓度将取决于处理清洗流的经济性，包括例如在污水中处置清洗流。
16.用于该方法的进料水可以同时或分别来自许多来源，并且包括但不限于地下水、地表水、市政和工业废水以及市政和工业经处理的流出物。如此，该进料水流可以具有任何硝酸根(以n计)浓度，甚至高达数百mgs/l。在一个实例中，该进料水流可以具有在1mg/l至1000mg/l的范围内的硝酸根(以n计)浓度，并且该经处理的水流可以具有在0.1mg/l至0.9mg/l的范围内的硝酸根(以n计)浓度。在另一实例中，该进料水流中的硝酸根(以n计)浓度可以在50mg/l至600mg/l的范围内，并且该经处理的水流可以具有在8mg/l至20mg/l的范围内、并且合适地在10mg/l至15mg/l的范围内的硝酸根(以n计)浓度。
17.在另一实例中，该进料水流可以具有在6mg/l至20mg/l的范围内的硝酸根(以n计)浓度，并且该经处理的水流可以具有在0.1mg/l至5mg/l的范围内的硝酸根(以n计)浓度。在另一实例中，该进料水流可以具有在8mg/l至12mg/l的范围内的硝酸根(以n计)浓度，并且该经处理的水流可以具有在0.5mg/l至2mg/l的范围内的硝酸根(以n计)浓度。在另一实例中，该进料水流可以具有10mg/l的硝化浓度，并且该经处理的水流可以具有大约1mg/l的硝酸根(以n计)浓度。
18.将该盐水流中的硝酸根转化成分子氮的步骤可以包括控制ph，使得该再循环流的ph在5至10的范围内、并且更理想地在6至8的范围内。
19.例如，转化该盐水流中的硝酸根的步骤可以包括添加酸，以将从转化器步骤排出的该再循环流的ph降低至5至9的范围内的ph、并且更理想地降低至6至8的范围内的ph。
20.盐水中硝酸根的反硝化具有许多竞争影响，包括高盐度、高硝酸根(以n计)浓度和缺乏营养物，这限制了生物活性剂的生物学反应的有效性。不希望受理论的限制，该生物活性剂可以通过将硝酸根(no
3-)还原为亚硝酸根(no
2-)而使该盐水流反硝化，这产生碱性条件，并且亚硝酸根在控制ph(诸如添加酸)的帮助下被进一步还原为分子氮。
21.转化该盐水溶液中的该硝酸根的步骤还可以包括将电子供体添加至该盐水流。该电子供体可以是任何合适的供体，诸如碳质材料。
22.在一个实例中，碳质材料可以是任何合适的有机材料，诸如乙酸，其可以单独使用或与以下中的一种或多种组合使用：乙醇、葡萄糖或蔗糖。使用乙酸的一个优点是其可以充当电子供体以及帮助控制该盐水流的ph。通过控制ph并将电子供体添加至盐水溶液，该生物活性剂能够根据以下等式将硝酸根转化为分子氮：等式1：
23.该方法还可以包括在转化步骤中将营养物添加至盐水流以帮助支持该生物活性剂的寿命。这些营养物可以包括磷酸盐和一些痕量金属和矿物质。
24.生物活性剂可以是任何合适的反硝化细菌。实例是脱氮副球菌(parracoccus denitrificans)。
25.可以该生物活性剂包封在惰性体中。惰性体可以由任何合适的材料制成，盐水流可以通过材料扩散和截留生物活性剂。理想地，惰性体具有含有生物活性剂的多孔内部区域和将该生物活性剂保留在内部区域中的外皮。
26.该惰性体的多孔内部区域和外皮可以具有任何聚合物结构，诸如pva(聚乙烯醇)。
27.该方法还可以包括在将再循环流添加至再生流之前过滤该再循环流以去除固体材料的过滤步骤。固体材料可以包括有机材料、无机材料、合成材料和溶解的成分。
28.该过滤步骤可以包括用于从该再循环流中去除颗粒的物理过滤(诸如砂滤、筒式过滤、筛)以及用于去除溶解的有机物和矿物质的化学过滤中的任一种或组合。可以用作化学过滤器的过滤器的实例是活性炭。该过滤步骤可以产生固相，诸如从该再循环流中分离的污泥。
29.该离子交换树脂可以是任何合适的树脂。理想地，该树脂将是对硝酸根交换具有良好选择性的强碱性阴离子树脂。该阴离子树脂可以呈氯化物形式。这些树脂可以基于具有凝胶或大孔结构的聚苯乙烯或聚丙烯酸基体。合适的树脂的实例是目前可商购的ii型树脂。
30.使硝酸根吸附到该交换树脂上的步骤包括将硝酸根负载到该树脂上以交换阴离子，例如，氯离子。其他阴离子诸如硫酸根也可以在该吸附步骤期间被负载到该树脂上。
31.使硝酸根吸附到该交换树脂上的步骤包括使该进料水流与该离子交换树脂接触。优选地，该进料水流和该离子交换树脂以逆流模式移动同时吸附该硝酸根。
32.理想地，再生该负载的离子交换树脂的该再生流的盐具有从该离子交换树脂置换该硝酸根以形成该再生的离子交换树脂的阴离子。该阴离子可以是任何合适的阴离子。合适的阴离子的实例是氯离子。
33.该再生的离子交换树脂可以在吸附步骤(即，步骤i))中被再使用。
34.该方法可以包括将补充流添加至再生流。术语“补充(make-up)”指示将另外的阴离子第一次引入该方法中。
35.补充流可以包括合适的碱金属盐。
36.用于再生负载的交换树脂的碱金属盐可以是氯化物盐，诸如氯化钠。
37.添加补充阴离子的步骤可以包括将氯化钠添加至再生流，使得再生步骤具有1wt％至12wt％的范围内的氯化钠浓度。合适地，氯化钠浓度在2wt％至8wt％的范围内。
38.再生步骤可以包括使大部分硫酸根从负载的树脂解吸附的第一再生步骤和在第一再生步骤之后使大部分硝酸根和任何剩余的硫酸根从树脂解吸附的第二再生步骤。
39.当例如盐水流具有大于10,000mg/l的硫酸根离子浓度时，再生步骤可以包括第一和第二再生步骤。合适地，当盐水流具有大于5,000mg/l的硫酸根离子浓度时，再生步骤可以包括第一和第二再生步骤。甚至更合适地，当盐水流具有大于2,000mg/l的硫酸根离子浓度时，再生步骤可以包括第一和第二再生步骤。此外，当盐水流中的硝酸根被生物活性剂去除时，盐水流中的硫酸根具有在再循环流中累积的可能性，即使伴随一些来自该方法的清洗。在某一时刻，硫酸根的浓度，例如以大于2,000mg/l的浓度，可能抑制生物活性剂将硝酸根还原为氮气的能力，并且具有影响树脂再生的可能性。当硫酸根的浓度低于该浓度时，再生步骤可以作为使硝酸根和硫酸根两者一起解吸附的单一再生步骤进行。
40.该第一再生步骤可以包括使该负载的树脂与在该第一再生步骤开始时具有第一阴离子浓度的第一再生流接触以形成部分再生的树脂，并且该第二再生步骤可以包括使该部分再生的树脂与在该第二再生步骤开始时具有第二阴离子浓度的第二再生流接触以完全再生该树脂，其中该第一阴离子浓度小于该第二阴离子浓度。硫酸根对树脂具有更小的亲和力，并且大部分硫酸根可以在第一再生步骤中选择性地从该树脂解吸附而不使大部分硝酸根解吸附。
41.置换硫酸根和硝酸根的第一再生流和第二再生流的阴离子的类型理想地是相同的。合适的是氯阴离子。
42.第一再生步骤可以包括稀释第一再生流，使得该第一再生流的阴离子是该再循环流中该阴离子的浓度的大约35％、并且合适地25％。
43.该方法可以包括将该再循环流分成第一分流和第二分流，并且将该第一分流稀释以降低该阴离子的浓度以形成第一再生流，并且该第一再生步骤包括使该第一再生流与该负载的树脂接触以使大部分该硫酸根从该树脂选择性地解吸附，并形成部分再生的树脂。第一再生步骤可以选择性地使大部分硫酸根解吸附而不有效地使硝酸根解吸附。
44.第二再生流可以包括使第二分流与部分再生的树脂接触以完全再生树脂。在该情况下，第二分流可以是再循环流的分流而不被稀释。
45.第一再生流可以具有小于或等于2wt％的碱盐浓度，并且第二再生流可以具有大于2wt％的碱盐浓度。
46.合适地，第一再生流具有大约1wt％的碱盐浓度。合适地，第二再生流具有大约4wt％的碱盐浓度。
47.碱性盐可以是任何碱金属氯化物，诸如氯化钠。
48.吸附步骤、再生步骤和转化步骤中的一个或多个可以作为连续流动级或作为间歇操作级进行。
49.理想地，吸附步骤连续地、或至少半连续地进行时，离子交换树脂和进料水在移动床中逆流移动。
50.例如，离子交换树脂可以从吸附器容器的底部区域排出(作为负载的交换树脂)，并且再生树脂供应至吸附器容器的顶部区域，因此该交换树脂向下移动到该吸附器容器中。进料水流可以以与该树脂的运动方向逆流的方式流动。具体地，将进料水供应至吸附器容器的底部区域，并将经处理的水流从吸附器容器的顶部区域排出。
51.负载的树脂可以从吸附器容器的底部区域气提至再生器容器的顶部区域并向下移动，使得再生的离子交换树脂从再生器容器的底部区域排出。可以将再生流以与交换树
脂的移动方向逆流的方式进料，换言之，再生流可以在再生器容器中向上流动。
52.转化步骤可以在其中生物活性材料基本上被保留的连续搅拌的转化器容器中进行，并且负载有硝酸根的盐水被供应至该转化器容器中，并且将低硝酸根的再循环流从该转化器容器中排出。如果需要的话，则可以根据需要将补足的生物活性剂添加至该转化器容器。
53.吸附、再生和转化步骤也能够在其中这些流或交换树脂中的至少一种的流动暂时停止一段时间的半连续流动级中进行。
54.吸附、再生和转化步骤也可以作为间歇级或卡鲁塞尔(carrousel)级操作。然而，逆流连续流动级优选用于吸附和再生步骤，因为这允许连续循环并使这些树脂珠粒的清洁量最小化。例如，间歇和卡鲁塞尔级通常需要在吸附硝酸根之前从进料水流中去除颗粒，并且类似地，通常需要从用于解吸附步骤的再生流中去除颗粒。颗粒的去除可以使用合适的过滤来进行，然而，当进料水和离子交换树脂在吸附步骤中以逆流方式移动时，该吸附步骤具有可以将颗粒与树脂分离的清洁功能，从而避免对于单独的初步过滤步骤的需要。类似地，当再生流和离子交换树脂以逆流方式移动时，再生步骤具有可以将这些颗粒与树脂分离的清洁功能，从而避免对于单独的过滤步骤的需要。
55.在如以上所描述的任何情况下，理想地，该方法包括过滤再循环流以去除所夹带的颗粒和一些溶解的矿物质，以降低该再循环流污染该再生级的机会。
56.本发明的实施例还涉及一种用于处理含有硝酸根的进料水的设备，该设备包括：吸附器容器，用于使进料水流中的硝酸根吸附到离子交换树脂上，这将该离子交换树脂转变成负载的离子交换树脂并产生硝酸根贫化的经处理的水流；再生器容器，用于通过使用包括盐的再生流使硝酸根从该负载的树脂解吸附来再生该负载的树脂，这将该负载的离子交换树脂转变成再生的离子交换树脂用于在步骤i)中再使用，并产生高硝酸根的盐水流；转化器容器，用于在生物活性剂的帮助下将该盐水流中的硝酸根转化成分子氮气，该氮气从该盐水流中分离，并且从而形成能够提供再循环流的盐水；以及在其中将该再循环流的至少一部分直接地或间接地进料回该再生器级的再循环管线。
57.该设备还可以包括本文所描述的方法的特征中的任一个或组合。例如，该设备可以包括过滤器，用于在使用再循环流作为再生流的一部分、或全部之前从该再循环流中过滤颗粒和一些溶解的矿物质或营养物。类似地，该方法可以包括本文所描述的设备的特征中的任一个或组合。
58.本发明的另一实施例涉及一种用于处理含有硝酸根的进料水的方法，该方法包括以下步骤：使进料水流与离子交换树脂接触，以吸附硝酸根并形成负载的离子交换树脂并产生硝酸根贫化的经处理的水流；使用包括盐的再生流使硝酸根从该负载的离子交换树脂解吸附，这将该负载的离子交换树脂转变成再生的离子交换树脂用于在步骤i)中再使用，并产生高硝酸根的盐水流；在生物活性剂的帮助下将该盐水流中的硝酸根转化成分子氮气，该氮气分离以形
成再循环流；以及将该再循环流的至少一部分添加至该再生流中。
附图说明
59.现在将参照附图描述本发明的优选实施例，这些附图可以概括如下。
60.图1是根据优选实施例用于在单个吸收器容器中处理进料水流以产生经处理的水流的方法和设备的框图，并且是其中再生步骤在单个再生器容器中进行的实例。表1包括根据一个实例的如图1中所示出的流10至22的组成数据。
61.图2是根据另一实施例的方法和设备的框图，在该实施例中本发明在单个吸收器容器中处理进料水流以产生经处理的水流并且再生步骤在两个再生器容器中进行。表2包括根据另一实例的图2中所示出的流10至28的组成数据。
具体实施方式
62.该方法包括将进料水流10供应到吸附器容器的底部，用于使进料水流10与阴离子交换树脂的移动床接触。可以使用任何合适类型的离子交换树脂，诸如ii型强碱性阴离子交换树脂。这些树脂可商购自(i)漂莱特公司(purolite corporation)，例如，以商品名a520e出售的树脂，以及(ii)苏州博杰树脂科技有限公司(suzhou bojie resin technology co.ltd)，例如以商品名bestion bdx01出售的树脂。
63.参考图1，该方法包括吸附步骤30，其中硝酸根阴离子(no
3-)被吸附到树脂上以形成负载的离子交换树脂。尽管未在图1中示出，但理想地，离子交换树脂向下移动通过吸附器容器，并且进料水流10以与离子交换树脂逆流的方式在连续过程中向上流动通过吸附器容器。优选实施例的优点之一在于，根据表1中所示出的实例，供应至吸附步骤30的以大约250m3/h的流量具有10mg/l的硝酸根(以n计)浓度的进料水流10，可以产生具有小于或等于1mg/l的硝酸根(以n计)浓度的以250m3/h的流量的经处理的水流11。进料水流10的硝酸根(以n计)浓度理想地是低的，例如，在5mg/l至30mg/l的范围内并且理想地大约10mg/l或更低。在其他流程图中，硝酸根(以n计)浓度可以是每升数百毫克。
64.将负载的交换树脂流21从吸附步骤30排出。可以将流21借助于气提从吸附器容器的底部转移至在其中进行再生步骤31的再生器容器的顶部区域。该方法包括当离子交换树脂在再生容器中向下移动时，通过使硝酸根从离子交换树脂解吸附或汽提来再生树脂。然后将再生的离子交换树脂流22气提回吸附器容器的顶部，用于在吸附步骤30中再使用。将包括过滤的再循环流18的至少一部分的再生流在再生器中以与树脂流逆流的方式向上输送。如果需要的话，则还可以将含有氯离子并且理想地呈碱性盐诸如氯化钠的形式的另外的补充盐流15直接地或间接地供应到再生器容器中并且形成再生流的一部分。尽管未在图1中示出，但可以将过滤的再循环流18和补充盐流15在被进料到再生器容器31中之前混合。换言之，如果并且当使用补充盐流15时，再生流可以包含所有过滤的再循环流18和一些补充盐流15。
65.尽管未在图1中或表1中示出，但该方法可以包括用于洗涤负载的树脂流21和/或再生的树脂流22的洗涤步骤。然而，如以上所描述的，理想地，吸附器容器中的吸附步骤30和再生器容器中的再生步骤31作为流化床连续操作。在该情况下，被负载的树脂在吸附步
骤30中(在吸收器容器中)以与进料水流10逆流的方式向下流动。再生的树脂流22在再生步骤31中(在再生器容器中)以与包含再循环流18和补充流15(当使用后者时)的再生流逆流的方式向下流动。在该情形下，如果不能完全避免洗涤步骤，也可以尽量减少。
66.当进料水流10具有大约250m3/h的流量时，吸附器容器30将具有适当的体积，诸如具有大约2.4m的直径和大约7m的高度的圆柱形塔。类似地，再生容器可以是具有大约1.2m的直径和大约7m的高度的圆柱形塔。因此，在再生步骤31中离子交换树脂的停留时间大约是在吸附步骤30中树脂的停留时间的一半。
67.将盐水流12从再生步骤31中排出并进料至使用呈称为脱氮副球菌的细菌的形式的生物活性剂用于使盐水流12反硝化的转化步骤32中。生物活性剂被包封在聚乙烯醇(pva)的惰性体中。理想地，惰性体具有大约3mm至4mm的外径和范围从200μm至400μm的最大厚度。惰性体具有细菌被捕获在其中的内部多孔基体和对于溶解的盐、硝酸根、营养物、矿物质、以及其他溶解的材料是多孔的外壳，这些其他溶解的材料包括供电子材料，诸如碳质材料。生物活性剂的胶囊可以例如根据以lentikat’s.,a.s.的名义的国际专利申请号pct/cz 2007/000015(wo 2007104268)中所描述的方法制造，其全部内容并入本说明书中。合适的胶囊也以商品名bioclens
tm
可商购自clean teq water公司。
68.该方法包括通过生物活性剂将盐水流12中的硝酸根转化成气态氮。氮气由离开转化步骤32的气流20表示。出乎我们的意料，尽管转化步骤32的盐条件，但生物活性剂仍展现出高的硝酸根降解活性和寿命。我们已经发现，添加呈碳质材料的形式的电子供体(其由流13表示并且可以包括乙醇或乙酸)，以帮助生物活性剂将硝酸根还原成氮气。另外，我们已经发现，通过添加由流14表示的酸控制转化步骤的ph以将转化步骤的ph维持在6至8的范围内有利于硝酸根的还原。不希望受理论的限制，根据以上等式1，生物活性剂可以通过将硝酸根(no
3-)还原为亚硝酸根(no
2-)而使盐水流反硝化，并且亚硝酸盐被进一步还原为分子氮，这产生碱性条件。此外，我们已经发现，通过将营养物添加至转化步骤32中可以进一步提高生物活性剂的寿命。合适的营养物包括磷酸盐和矿物质。单独的营养物流未图1中描绘。如果需要的话，则可以将生物活性剂的补充流16进料至转化步骤32。生物活性剂的胶囊在转化步骤中由具有容纳生物活性剂的格栅或等同物的转化器容器保持。
69.当进料水流10中的硫酸根离子浓度等于或小于10mg/l时，盐水流12中的硫酸根离子浓度在1,000至2,000gm/l的范围内。我们已经发现，在这些条件下，可以将盐水流12中的硫酸根离子浓度经由从盐水流12分流的流34、或污泥流19从方法中清洗。可以将流34和污泥流19两者周期性地、可变地、或甚至恒定地以缓慢速率排出。
70.如表1中所示出的，生物活性剂将以2.5m3/h的流量具有1140mg/l的硝酸根(以n计)浓度的盐水流12转化为以大约2.625m3/h的流量具有10mg/l的硝酸根(以n计)浓度的粗再循环流17。可以使用任何合适的酸控制转化步骤32的ph。在其中酸还具有氯离子的情形下，补充盐流15可以被最小化，并可能完全避免。
71.然后可以在过滤步骤33中通过穿过过滤器来处理粗再循环流17。过滤步骤33可以包括以下中的任一个或组合：i)用于分离颗粒的物理过滤，例如通过穿过砂滤器；或ii)用于通过穿过活性炭床去除矿物质、营养物、以及其他生物活性成分的化学过滤。过滤步骤33可以分离可能对再生步骤31具有不利影响的夹带材料。当根据表1中所示出的组成操作该方法时，可以通过过滤步骤33产生具有大约0.125m3/h的流量的污泥流19。
72.可以的是，可以将分流34(包括盐水流12的至少一部分)返回该方法的开始处，并与进料流10和/或经处理的水流11中的任一种或组合混合，而不经过转化步骤32。这样做的原因之一可能是在经处理的水流11中提供最低水平的硝酸根、或者控制经处理的水流11的盐度。另一原因可能是暂时减少生物活性剂上的负荷。分流34可以是具有恒定或可变流量的连续流，或者分流可以是在其中它可以在不流动至流动之间波动的非连续流。
73.当硫酸根离子的浓度不在盐水流12、经过滤的再循环流18的粗再循环流18中累积时，图1中所示出的方法是特别合适的。此外，该方法包括取出清洗流诸如图1中的污泥流19或流34，并将补充流添加至再循环回路中，例如添加至盐水流、再循环流、再生步骤或转化步骤中的至少一者或组合中，以控制硫酸根的浓度。可控制的硫酸根浓度将取决于处理清洗流的经济性和策略，包括用于处置清洗流的成本和硫酸根浓度对生物活性剂活性的影响。取决于进料水流10中硫酸根的浓度和树脂对硫酸根的亲和力，我们还认识到可以通过使用另一再生步骤从方法中去除硫酸根。
74.具体地，图2是其中使硫酸根和硝酸根在单独的再生步骤中从负载的树脂解吸附的方法的实例。设想当盐水流12中的硫酸根离子浓度等于或超过2,000mg/l时，图2中的方法将是合适的。根据我们的经验，当盐水流12中的硫酸根浓度是大约2,000mg/l或更高时，硫酸根离子浓度可能变得对生物活性剂的性能有害。通过实施两级再生步骤，可以容易地将硫酸根的浓度从这些水平降低至一定浓度，例如在800mg/l至200mg/l的范围内、并且合适地500mg/l。除了使用单独的再生步骤之外，该方法还可以包括通过取出清洗流诸如图2中的污泥流19或流34来控制硫酸根的浓度，并将补充流添加至再循环回路中，例如添加至盐水流、再循环流、再生步骤或转化步骤中的至少一者或组合中，以控制硫酸根的浓度。换言之，盐水流中硫酸根浓度的浓度将取决于许多因素，包括污泥流、流34、补充流15的流量以及再生步骤的操作。
75.如图2中所示出的，该方法包括将进料水流10供应到吸附器容器的底部，用于使进料水流10与阴离子交换树脂的移动床接触。离子交换树脂和进料水流10在连续过程中以逆流方式移动。可以使用任何合适类型的离子交换树脂，诸如ii型强碱性阴离子交换树脂。这些树脂的实例在第[0057]段中提供。
[0076]
在吸附器容器内，该方法包括将硝酸根阴离子(no
3-)和硫酸根阴离子吸附到树脂上以形成负载的离子交换树脂的吸附步骤30。如表2中所示出的，将进料水流10以大约250m3/h的流量供应至吸附步骤30。进料水流10中硝酸根(以n计)的浓度将自然波动，但作为实例，水进料流10可以具有10mg/l的硝酸根(以n计)浓度和大于10gm/l(例如180mg/l)的硫酸根离子浓度。将经处理的水流11以250m3/h的流量从吸附步骤30中排出，其具有大约1mg/l的硝酸根(以n计)浓度。
[0077]
将负载的交换树脂流21从吸附步骤30排出。将流21借助于气提从吸附器容器的底部转移至在其中进行第一再生步骤31a的再生器容器的顶部区域。第一再生步骤31a包括通过使用包含合适的碱金属盐(诸如1wt％氯化钠溶液，即，6g/l的氯化物)的第一汽提流25在离子交换树脂在再生容器中向下移动时使大部分硫酸根从离子交换树脂解吸附来部分地再生树脂。然后将树脂的部分再生流26进料至第二再生步骤31b中，在第二再生步骤中，当离子交换树脂在再生容器中以与第二再生流逆流的方式向下移动时，使大部分硝酸根从离子交换树脂解吸附或汽提。然后将再生的离子交换树脂流22气提回吸附器容器的顶部，用
于在吸附步骤30中再使用。第二再生流包含经过滤的再循环流18的分流28，以及(如果需要的话)含有碱金属盐诸如氯化钠的另外的补充盐流15。还可以将补充流直接地或间接地供应到再生器容器中并形成第二再生流31b的一部分。尽管未在图2中示出，但可以将分流28和补充盐流15在被进料到再生器容器31中之前混合。
[0078]
另外，尽管未在图2中或表2中示出，但该方法可以包括用于洗涤负载的树脂流21、部分再生流26和/或再生的树脂流22的洗涤步骤。然而，如以上所描述的，理想地，吸附器容器中的吸附步骤30以及再生器容器中的第一和第二再生步骤31a和31b作为流化床连续操作。第一和第二再生步骤31a和31b中的树脂以与第一和第二再生流逆流的方式流动的优点在于，如果不能完全避免洗涤步骤，也可以尽量减少。
[0079]
吸附器容器具有适用于处理具有大约250m3/h的流量的进料水流10的体积。例如，吸附器容器可以是具有大约2.4m的直径和大约7m的高度的圆柱形塔。类似地，再生容器可以包括各自具有大约1.2m的直径和大约7m的高度的两个圆柱形塔。因此，在再生步骤31a和31b中离子交换树脂的停留时间与在吸附步骤30中树脂的停留时间大致相同。
[0080]
将盐水流12从再生步骤31b中排出并进料至使用呈称为脱氮副球菌的细菌的形式的生物活性剂用于使盐水流12反硝化的转化步骤32中。生物活性剂被包封在聚乙烯醇(pva)的惰性体中。理想地，惰性体具有大约3mm至4mm的外径和范围从200μm至400μm的最大厚度。惰性体具有细菌被捕获在其中的内部多孔基体和对于溶解的盐、硝酸根、营养物、矿物质、以及其他溶解的材料是多孔的外壳，这些其他溶解的材料包括供电子材料，诸如碳质材料。如以上所提及的，生物活性剂的胶囊可以例如根据以lentikat’s.,a.s.的名义的国际专利申请pct/cz 2007/000015(wo 2007104268)中所描述的方法制造，其被并入本说明书中。另外，合适的胶囊也以商品名bioclens
tm
可商购自clean teq water公司。
[0081]
该方法包括通过生物活性剂将盐水流12中的硝酸根转化成气态氮。氮气由离开转化步骤32的气流20表示。出乎我们的意料，尽管转化步骤32的盐条件，但生物活性剂仍展现出高的硝酸根降解活性和寿命。我们已经发现，添加呈碳质材料的形式的电子供体(其由流13表示并且可以包括乙醇或乙酸)，可以帮助生物活性剂将硝酸根还原成氮气。另外，我们已经发现，通过添加由流14表示的酸控制转化步骤的ph以将转化步骤的ph维持在6至8的范围内有利于硝酸根的还原。不希望受理论的限制，根据等式1，生物活性剂可以通过将硝酸根(no
3-)还原为亚硝酸根(no
2-)而使盐水流反硝化，并且亚硝酸盐可以被进一步还原为分子氮，这产生碱性条件。此外，我们已经发现，通过将营养物添加至转化步骤32中可以进一步提高生物活性剂的寿命。合适的营养物包括磷酸盐和其他矿物质。单独的营养物流未图2中描绘。如果需要的话，则可以将生物活性剂的补充流16不时地进料至转化步骤32。生物活性剂的胶囊在转化步骤中由具有容纳生物活性剂的格栅或等同物的转化器容器保持。
[0082]
如表2中所示出的，生物活性剂将以2.5m3/h的流量具有1140mg/l的硝酸根(以n计)浓度的盐水流12转化为以大约2.625m3/h的流量具有10mg/l的硝酸根(以n计)浓度的粗再循环流17。可以使用任何合适的酸控制转化步骤32的ph。在其中酸还具有氯离子的情形下，补充盐流15可以被最小化，并可能完全避免。
[0083]
在过滤步骤33中通过穿过过滤器来处理粗再循环流17。过滤步骤33可以包括以下中的任一个或组合：i)用于分离颗粒的物理过滤，例如通过穿过砂滤器；或ii)用于通过穿过活性炭床去除矿物质、营养物、以及其他生物活性成分的化学过滤。过滤步骤33可以分离
可能对再生步骤31具有不利影响的夹带材料。当根据表2中所示出的组成操作该方法时，通过过滤步骤33产生具有大约0.125m3/h的流量的污泥流19。然后将经过滤的流18任选地与流15一起用于形成第二再生流28的一部分，用于在第二再生步骤中使硝酸根解吸附。
[0084]
经过滤的流18在s1处被分成第一分流23和第二再生流28。将第一分流23在m1处用水流24稀释以形成第一再生流25，其具有为经过滤的再循环流18的浓度的四分之一的碱盐浓度。换言之，当经过滤的再循环流18和28具有4wt％的氯化钠时，而第一再生流25具有大约1wt％的氯化钠的浓度。如以上所描述的，将第一再生流25用于在第一再生步骤31a中使硫酸根从负载的树脂解吸附，以产生部分再生的树脂流26。在第一再生步骤31a中使大部分硫酸根选择性地解吸附，并且在第二再生步骤31b中使大部分硝酸根选择性地解吸附。第一再生步骤31a还产生包含以8mg/l的浓度的硫酸根离子的以1m3/h的流量的解吸剂溶液27，然后其可以根据需要处置。
[0085]
与图1中所描述的方法类似，图2的方法还可以包括分流34(包括盐水流12的至少一部分)，可以将其返回该方法的开始并与进料流10和/或经处理的水流11中的任一种或组合混合，而不经过转化步骤32。
[0086]
本发明领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所描述的优选实施例作出许多变化和修改。
[0087]
在以下权利要求中，以及在之前说明书中，除了上下文另有要求之外，由于表达语言或必然含意，如本文披露的设备和方法的各种实施例中的术语“包括”以及变体(如“包括了”或“包括着”)以包容性含义来进行解释，例如指定所述特征的存在而不排除其他特征的存在或添加。