本发明涉及的是一种高度去除再生水中尿素的系统及方法，属于水处理技术领域，具体属于超纯水制造技术领域。
背景技术：
中国人均水资源占有量低，城市缺水问题突出。水资源短缺是制约我国社会经济发展的一个重要因素，而将城市污水处理，制备再生水回用是解决目前问题的有效途径，尤其是北方城市，再生水应用更广。
目前，中国的半导体/液晶面板厂超纯水制备系统原水基本来自市政用水，通过预处理系统、制成系统、抛光系统可以制造出符合业主水质要求的超纯水。但中国正在推动节水技术进步，提高用水效率和效益，促进水资源的可持续利用，用再生水代替部分市政用水是大趋势，也是每个半导体/液晶面板厂不可避免的课题。
但再生水中尿素(小分子有机物)含量有季节性变化，可高达5ppm，超纯水制备系统对尿素的去除能力有限，会造成终端供水toc超标。因此亟需寻找有效方法去除再生水中的尿素，对水资源有效利用的同时，保证半导体/液晶面板厂的终端供水水质。
目前常采用生物活性炭或化学加药法去除再生水中的尿素。生物活性炭是采用固定床的形式，将微生物负载到活性炭上形成生物膜，生物降解尿素；化学加药法是通过添加一定浓度的nabr和naclo，调节ph值，把尿素氧化成氮气。
中国专利201180012482.7《水处理方法和超纯水制造方法》通过先添加水溶性溴化物盐和氧化剂，再用生物处理设备进行生物处理的方法来实现尿素的高度分解。但在原水尿素浓度较大时，添加过多药剂会增大后续处理设备的离子负荷；而且经过化学加药法处理的原水里会有氧化剂，需添加还原剂保证后续的生物处理设备正常运行。
中国专利201180050274.6《超纯水制造方法》通过两级生物处理装置实现尿素的高度分解，生物处理装置后添加菌体分离装置避免污泥进入纯水系统。但生物处理尿素缺乏抗冲击能力，还需多级添加碳源和氮源培养污泥，费时费力。
由上述内容可知，现有技术存在以下问题：在原水中添加大量药剂的化学处理，存在对超纯水制造工艺中离子交换装置的负荷无益地增加的问题，导致离子交换树脂量、再生频率增加。另外，生物处理尿素缺乏抗冲击能力，需培养污泥，多级添加碳源和氮源，耗时长，运行不便。
技术实现要素：
本发明提出的是一种高度去除再生水中尿素的系统及方法，其目的旨在克服现有技术存在的上述缺陷，利用物理吸附和化学氧化原理，高度分解去除再生水中的尿素，最终进入纯水制备系统的预处理系统，保证纯水制备系统稳定运行，供水toc达标。
本发明的技术解决方案：高度去除再生水中尿素的系统，其结构包括热交换器、尿素吸收塔和氧化反应槽，其中热交换器的上下两端分别设置有热水进水口和热水出水口，热交换器邻近于所述尿素吸收塔的一侧设置有热交换器出水口且远离所述尿素吸收塔的一侧设置有热交换器进水口，热交换器进水口连接再生水管，热交换器出水口通过中间连接管件连接尿素吸收塔顶部，尿素吸收塔部通过尿素吸收塔出水管连接管道混合器，尿素吸收塔出水管上设加药口，管道混合器通过氧化反应槽进水管连接氧化反应槽，氧化反应槽下部通过氧化反应槽出水管连接纯水制备系统。
优选的，所述的热交换器为板式热交换器。
优选的，所述的尿素吸收塔上部设布水器、下部设集水口、中间填装吸附剂。
优选的，所述的管道混合器为静态螺旋片式管道混合器。
优选的，所述的氧化反应槽内设微孔曝气盘，微孔曝气盘为三元乙丙曝气头，微孔曝气盘通过空气管路外接鼓风机。
高度去除再生水中尿素的方法，包括以下工艺步骤：
第一步：热交换：再生水进入热交换器进行换热，热交换器出水设定温度为20～30℃；
第二步：物理吸附：热交换器出水进入尿素吸收塔进行尿素吸附，尿素吸收塔内填装15～25bv吸附剂，线性流速取20～30m/h，吸附剂为特征吸附容量350～500mg-urea/g的改性活性炭；
第三步：化学氧化：尿素吸收塔出水添加主氧化剂，经管道混合器后进入氧化反应槽，添加辅助氧化剂，在氧化反应槽内去除尿素，反应停留时间3～6h。
优选的，所述第一步的热交换中，热交换器出水设定温度为23～25℃。
优选的，所述第一步的热交换中，热交换器采用35℃以上热水热源。
优选的，所述第二步的物理吸附中，尿素吸收塔内填装18～20bv吸附剂，线性流速取24～26m/h，改性活性炭的改性由3～5％的硫酸、硝酸或磷酸活化普通颗粒活性炭24～48h。
优选的，所述第三步的化学氧化中，所述主氧化剂为氯/溴基氧化剂，所述辅助氧化剂为气体性氧化剂。
优选的，所述主氧化剂为naclo、nabr和naoh的混合物，naclo的投加浓度为2～8ppm，nabr的投加浓度为1～5ppm，naoh控制ph为8～10，辅助氧化剂为空气、氧气或臭氧，辅助氧化剂曝气强度按氧化反应槽有效容积计算、取8～18l/(m3·s)，反应停留时间4～6h。
优选的，所述naclo的投加浓度为4～6ppm，nabr的投加浓度为2～3ppm，naoh控制ph为9～9.5，辅助氧化剂曝气强度取10～15l/(m3·s)。
本发明的优点：根据本发明的水处理方法，可以将再生水中的尿素高度分解，最终产水尿素含量为25～40ppb，保证再生水进入纯水制备系统的预处理系统不会引起终端供水toc超标，且该方法具有如下优点：
一、加药量少，离子负荷低。利用高吸附容量的吸附剂先处理再生水，可有效提高系统的抗冲击能力，同时较一般化学加药法降低后续化学加药量60～80％，不会过度增加纯水制备系统离子交换装置的负荷；
二、再生简单，无额外费用。当吸附剂吸附接近饱和后，可以通过有效的再生手段(水反洗)恢复吸附剂吸附容量，再生废水可以进入厂区废水系统进行处理，再生废水处理方便，无额外处理费用；
三、效果稳定高效。利用化学加药氧化和反应槽曝气搅拌可以保证再生水中的尿素高度去除，保证进入纯水制备系统的尿素不会引起终端toc超标；
四、调试方便。整套系统装置设置紧凑，整体工艺运行方便，效果稳定，调试时间短，可有效帮助工程按时完工。
附图说明
图1是本发明高度去除再生水中尿素的系统的结构示意图。
图2是本发明高度去除再生水中尿素的方法的流程图。
图中的1是热交换器进水口、2是热交换器、3是热水进水口、4是热水出水口、5是中间连接管件、6是尿素吸收塔、7是布水器、8是集水口、9是尿素吸收塔出水管、10是加药口、11是管道混合器、12是氧化反应槽进水管、13是氧化反应槽、14是鼓风机、15是空气管路、16是微孔曝气盘、17是氧化反应槽出水管、18是纯水制备系统。
具体实施方式
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，高度去除再生水中尿素的系统，其结构包括热交换器2、尿素吸收塔6和氧化反应槽13，其中热交换器2的上下两端分别设置有热水进水口3和热水出水口4，热交换器2邻近于尿素吸收塔6的一侧设置有热交换器出水口且远离尿素吸收塔6的一侧设置有热交换器进水口1，热交换器进水口1连接再生水管，热交换器出水口通过中间连接管件5连接尿素吸收塔6顶部，尿素吸收塔6底部通过尿素吸收塔出水管9连接管道混合器11，尿素吸收塔出水管9上设加药口10，管道混合器11通过氧化反应槽进水管12连接氧化反应槽13，氧化反应槽13下部通过氧化反应槽出水管17连接纯水制备系统18。
工作时，再生水经再生水管连接到热交换器进水口1，热交换器2为板式热交换器，35℃以上热水从热水进水口3进，从热水出水口4回。热源35℃以上可保证热交换器2效果，由于后续反应效果与水温影响较大，热交换器2不可省略。
再生水从热交换器出水口经中间连接管件5流至尿素吸收塔6，中间连接管件5材质优选为ss304，尿素吸收塔6材质优选为cs/rl，尿素吸收塔6内上部设布水器7、下部设集水口8、中间填装吸附剂，线性流速取24～26m/h，吸附剂为18～20bv，是用3～5％的无机酸活化过的改性活性炭，特征吸附容量为350～500mg-urea/g。
通过尿素吸收塔出水管9上的加药口10，添加4～6ppm(有效氯浓度)的naclo，2～3ppm的nabr，经pi调节投加量的naoh，ph设定为9.0～9.5。管道混合器11为静态螺旋片式管道混合器，材质优选为ss304。
再生水加药混合后经氧化反应槽进水管12进入氧化反应槽13，反应槽13材质优选为frp，氧化反应槽13内设微孔曝气盘16，微孔曝气盘16为三元乙丙曝气头，微孔曝气盘16通过空气管路15外接鼓风机14，作为气源，曝气强度按氧化反应槽13有效容积计算，取10～15l/(m3·s)，反应停留时间为4～6h。
如图2所示，高度去除再生水中尿素的方法，该方法包括以下工艺步骤：再生水先通过热交换器，达到设定温度后，进入尿素吸收塔进行尿素吸附；尿素吸收塔出水经过一次加药后进入氧化反应槽进行化学反应，反应槽内同时还进行二次加药辅助反应进行；在反应槽内停留反应一定时间后，出水输送至纯水制备系统的预处理系统。
具体步骤如下：
第一步：热交换：再生水进入热交换器进行换热，尿素化学式是co(nh2)2，再生水中的尿素浓度可达2～5ppm，ph＝6～8，温度19～22℃，温度受天气影响较大，不利于后续工艺单元的稳定运行，需用热交换器控制再生水温度。采用35℃以上热水热源的热交换器出水设定温度优选为20～30℃，进一步优选为23～25℃。
第二步：物理吸附：热交换器出水进入尿素吸收塔进行尿素吸附，尿素吸收塔内填装15～25bv吸附剂，进一步优选为18～20bv；线性流速取20～30m/h，进一步优选为24～26m/h。吸附剂是改性活性炭，改性活性炭的特征吸附容量为350～500mg-urea/g，改性可通过用3～5％的无机酸活化普通颗粒活性炭24～48h的方法实现，无机酸进一步优选为硫酸、硝酸或磷酸。
第三步：化学氧化：尿素吸收塔出水通过第一供给器(经加药口10)添加主氧化剂，经管道混合器后进入氧化反应槽，由第二供给器(微孔曝气盘16)添加辅助氧化剂，在氧化反应槽内去除尿素。优选地，主氧化剂为氯/溴基氧化剂，辅助氧化剂为气体性氧化剂，辅助氧化剂兼有搅拌作用，使反应充分进行。更优选地，主氧化剂为naclo、nabr和naoh的混合物，辅助氧化剂为空气/氧气/臭氧。naclo的投加浓度为2～8ppm(有效氯浓度)，nabr的投加浓度为1～5ppm，naoh控制ph为8～10，更优选地，naclo的投加浓度为4～6ppm(有效氯浓度)，nabr的投加浓度为2～3ppm，naoh控制ph为9～9.5。空气/氧气/臭氧的曝气强度按氧化反应槽有效容积计算，取8～18l/(m3·s)，更优选地，取10～15l/(m3·s)。反应停留时间3～6h，更优选地，为4～6h。
实施例1
某液晶面板厂，原水中再生水比例55％，6～8月份尿素含量高达4～5ppm。本案例实施包括以下步骤：
第一步：再生水温度20℃，流量450m3/h，通过热换热器把水温调节到24℃，热源温度36℃，回水温度30℃。
第二步：再生水加温后进入尿素吸收塔，五用一备，吸收塔材质cs/rl，直筒高2800mm，直径2200mm，带布水器和集水装置，线性流速23m/h。改性活性炭用3％硫酸活化48h，装填量20bv，出水尿素含量稳定达0.1～0.2ppm，再生周期5d/cycle，再生方式为纯水制备系统一级ro浓水反洗，流量200m3/h，时间30min。
第三步：在尿素吸收塔出水管中加入5ppm(有效氯)naclo、4ppmnabr，naoh投加量采用pi控制，ph值设定为9.0。尿素吸收塔出水加完药进入纯水制备系统原水池(氧化反应槽)，原水池内用空气曝气，曝气强度为15l/(m3·s)，原水池体积3000m3，停留时间3.6h。在原水输送泵取样口取样检测，尿素含量30～40ppb。
实施例2
某电子厂，原水中再生水比例40％，6～8月份尿素含量高达3～3.5ppm。本案例实施包括以下步骤：
第一步：再生水温度20℃，流量80m3/h，通过热换热器把水温调节到25℃，热源温度38℃，回水温度30℃。
第二步：再生水加温后进入尿素吸收塔，吸收塔材质cs/rl，直筒高2500mm，直径2000mm，带布水器和集水装置，线性流速25m/h。改性活性炭用5％硫酸活化24h，装填量22bv，出水尿素含量稳定达0.08～0.1ppm，再生周期14d/cycle，再生方式为纯水制备系统活性炭过滤器过滤水反洗，流量180m3/h，时间20min。
第三步：在尿素吸收塔出水管中加入3ppm(有效氯)naclo、2ppmnabr，naoh投加量采用pi控制，ph值设定为9.5。尿素吸收塔出水加完药进入纯水制备系统原水池(氧化反应槽)，原水池内用空气曝气，曝气强度为10l/(m3·s)，原水池体积800m3，停留时间4.0h。在原水输送泵取样口取样检测，尿素含量25～30ppb。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术代替，以及投加药剂量、反应时间等参数上的变化，或略超出此范围，等等非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。
1.高度去除再生水中尿素的系统，其特征在于，包括热交换器(2)、尿素吸收塔(6)和氧化反应槽(13)，其中热交换器(2)的上下两端分别设置有热水进水口(3)和热水出水口(4)，热交换器(2)邻近于所述尿素吸收塔(6)的一侧设置有热交换器出水口且远离所述尿素吸收塔(6)的一侧设置有热交换器进水口(1)，热交换器进水口(1)连接再生水管，热交换器出水口通过中间连接管件(5)连接尿素吸收塔(6)顶部，尿素吸收塔(6)底部通过尿素吸收塔出水管(9)连接管道混合器(11)，尿素吸收塔出水管(9)上设加药口(10)，管道混合器(11)通过氧化反应槽进水管(12)连接氧化反应槽(13)，氧化反应槽(13)下部通过氧化反应槽出水管(17)连接纯水制备系统(18)。
2.如权利要求1所述的高度去除再生水中尿素的系统，其特征在于，所述的热交换器(2)为板式热交换器。
3.如权利要求1所述的高度去除再生水中尿素的系统，其特征在于，所述的尿素吸收塔(6)内上部设布水器(7)、下部设集水口(8)、中间填装吸附剂。
4.如权利要求1所述的高度去除再生水中尿素的系统，其特征在于，所述的管道混合器(11)为静态螺旋片式管道混合器。
5.如权利要求1所述的高度去除再生水中尿素的系统，其特征在于，所述的氧化反应槽(13)内设微孔曝气盘(16)，微孔曝气盘(16)为三元乙丙曝气头，微孔曝气盘(16)通过空气管路(15)外接鼓风机(14)。
6.高度去除再生水中尿素的方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步骤：
第一步：热交换：再生水进入热交换器进行换热，热交换器出水设定温度为20～30℃；
第二步：物理吸附：热交换器出水进入尿素吸收塔进行尿素吸附，尿素吸收塔内填装15～25bv吸附剂，线性流速取20～30m/h，吸附剂为特征吸附容量350～500mg-urea/g的改性活性炭；
第三步：化学氧化：尿素吸收塔出水添加主氧化剂，经管道混合器后进入氧化反应槽，添加辅助氧化剂，在氧化反应槽内去除尿素，反应停留时间3～6h。
7.如权利要求6所述的高度去除再生水中尿素的方法，其特征在于，所述第一步的热交换中，热交换器出水设定温度为23～25℃。
8.如权利要求6所述的高度去除再生水中尿素的方法，其特征在于，所述第一步的热交换中，热交换器采用35℃以上热水热源。
9.如权利要求6所述的高度去除再生水中尿素的方法，其特征在于，所述第二步的物理吸附中，尿素吸收塔内填装18～20bv吸附剂，线性流速取24～26m/h，改性活性炭的改性由3～5％的硫酸、硝酸或磷酸活化普通颗粒活性炭24～48h。
10.如权利要求6所述的高度去除再生水中尿素的方法，其特征在于，所述第三步的化学氧化中，所述主氧化剂为氯/溴基氧化剂，所述辅助氧化剂为气体性氧化剂。
11.如权利要求10所述的高度去除再生水中尿素的方法，其特征在于，所述主氧化剂为naclo、nabr和naoh的混合物，naclo的投加浓度为2～8ppm，nabr的投加浓度为1～5ppm，naoh控制ph为8～10，辅助氧化剂为空气、氧气或臭氧，辅助氧化剂曝气强度按氧化反应槽有效容积计算、取8～18l/(m3·s)，反应停留时间4～6h。
12.如权利要求11所述的高度去除再生水中尿素的方法，其特征在于，所述naclo的投加浓度为4～6ppm，nabr的投加浓度为2～3ppm，naoh控制ph为9～9.5，辅助氧化剂曝气强度取10～15l/(m3·s)。
技术总结