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处理酸性的系统和方法

阅读:979发布:2024-01-30

专利汇可以提供处理酸性的系统和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种包含分离单元操作的废 水 处理 系统,通过控制进入分离单元操作的待处理 废水 的pH来抑制或促进物质的形成和沉淀。分离单元操作包含第一和第二 反渗透 设备。第一反渗透设备处理pH低于约3.5的废水,第二反渗透设备处理来自第一反渗透装置的pH约为6或更高的废水。,下面是处理酸性的系统和方法专利的具体信息内容。

1. 一种从流入液除去氟化物的方法,包含:
a.将废水引入第一反渗透系统,从废水除去氟化物;
b.在废水进入第一反渗透系统之前,调节或保持废水的pH 低于3.5,将废水的pH保持在3.5或之下,直至废水离 开第一反渗透系统;
c.将来自第一反渗透系统的废水引向第二反渗透系统,从废 水除去氟化物;
d.在废水经历了第一反渗透系统中的处理之后而在第二反渗 透系统中处理之前,将废水的pH调高;以及
e.用第一和第二反渗透系统从废水除去至少90%的氟化 物。
2. 权利要求1的方法,其中流入液废水还包含硫酸盐、磷 酸盐以及,并且其中至少90%的钙、硫酸盐磷酸盐以及氧化 硅通过第一和第二反渗透系统除去。
3. 权利要求1的方法,包括在将废水引向第一反渗透系统之前 将废水过滤。
4. 权利要求1的方法,包括在将废水引向第一反渗透系统之前 引导废水通过砂压载式絮凝系统。
5. 权利要求4的方法,其中砂压载式絮凝系统生成澄清的流出 物,并且该方法包括将来自砂压载式絮凝系统的澄清流出物过滤并将 来自压载式絮凝系统的经过滤流出物引向第一反渗透系统。
6. 权利要求1的方法,其中流入液废水包含pH为3.5或低于 3.5,并且其中该方法包括将废水的pH保持在或低于3.5,至少至废 水已被第一反渗透系统处理过了为止。
7. 权利要求1的方法,包括在引导废水通过第二反渗透系统之 前将废水的pH调高至至少6。
8. 权利要求1的方法,其中废水包含氧化硅、磷酸盐、钙和硫 酸盐;并且其中该方法包括在废水进入第一反渗透系统之前调节其 pH,从而将废水调整至利于形成氧化硅与氟化物的络合物,其进一步 利于形成硫酸氢盐,从而降低因氧化硅、氟化钙、酸钙、硫酸钙、 磷酸钙或金属结垢而在第一反渗透系统中结垢的趋势。
9. 权利要求8的方法,其中来自第一反渗透系统的废水流出物 pH的调高在废水中形成利于氟化物和硅酸盐离子形成的条件,或者 将各种弱电离酸转化为盐的形式。
10. 权利要求1的方法,其中废水包含钙、和磷酸盐或金属; 并且其中该方法包括在废水进入第一反渗透系统之前对其pH的控制 将废水调整至利于形成磷酸和铵离子,这降低第一反渗透系统中因磷 酸钙而结垢的趋势,并且改善第一反渗透系统中氨的去除;并且其中 来自第一反渗透系统的废水流出物pH的提高将废水调整至利于形成 磷酸盐离子,其利于第二反渗透系统中磷酸盐的去除,并进一步将废 水调整至提高有机物的溶解度,从而利于第二反渗透系统中有机物的 去除。
11. 权利要求1的方法,其中废水包含藻类,并且该方法包括使 氯或氯副产物与废水混合来杀死藻类,并使膨润土与废水混合来吸收 或使藻类失稳。
12. 权利要求1的方法,包括在将废水引向第一反渗透系统之前 引导废水通过砂压载式絮凝系统,并且其中废水包含藻类,并且该方 法使氯或氯副产物与废水混合来杀死藻类,以及其中在所述压载式絮 凝系统中去除所述藻类。
13. 权利要求1的方法,其中废水包含氧化硅,和该方法包括在 引导废水通过第一反渗透系统之前在废水中形成氟硅酸,并用第一反 渗透系统除去氟化物和硅酸盐。
14. 权利要求1的方法,其中废水包含钙、磷酸盐和硫酸盐,和 该方法包括通过降低形成氟化钙、磷酸钙、碳酸钙和硫酸钙的趋势来 降低反渗透系统中的结垢,并进一步降低因氧化硅的结垢趋势而导致 的结垢。
15. 权利要求13的方法,其中调高来自第一反渗透系统的废水流 出物的pH致使废水中的氟化物和氧化硅呈现氟化物和硅酸盐离子的 形式,其在第二反渗透系统中从废水中除去。
16. 权利要求13的方法,其中废水还包含硫酸盐、磷酸盐和氨, 其中在进入第一反渗透系统之前控制废水的pH水平利于在较低pH 水平下硫酸氢盐、磷酸和铵离子的形成,其中调高来自第一反渗透系 统的废水流出物的pH将废水调整至利于形成磷酸盐离子并提高一些 有机物的电离,这利于从废水中除去磷酸盐、有机物和氨。
17. 权利要求1的方法,其中废水pH的第一次调高在废水离开 第一反渗透系统之后进行。
18. 权利要求1的方法,其中将来自第一反渗透系统的废水流出 物的pH调高至6或更高。
19. 权利要求1的方法,其中所述废水源自具有3.5或更低的pH 的流入液废水流,其中废水经历一步或多步第一反渗透系统上游的预 处理,其中该方法包括当废水经过一步或多步预处理时以及在废水进 入第一反渗透系统之前将废水的pH保持在3.5或之下。
20. 权利要求19的方法,其中废水pH的第一次调高在废水离开 第一反渗透系统之后进行。
21. 一种用于除去污染物的废水处理系统,包含:
a.砂压载式絮凝系统,具有一个或多个用以将压载物与待处 理废水混合的的混合罐和设置在一个或多个混合罐下游的 沉降罐,该沉降罐生成澄清的流出物和淤浆;
b.第一反渗透系统,设置在砂压载式絮凝系统下游,用以处 理压载式絮凝系统生成的澄清流出物;
c.第二反渗透系统,设置在第一反渗透系统的下游,用以处 理来自第一反渗透的流出物;
d.酸注入口,设置在第一反渗透系统的上游并用于与酸源可 操作地连接以在废水到达第一反渗透系统之前选择性地将 酸注入废水中;以及
e.注入口,设置在第一和第二反渗透系统之间并用于与碱 源可操作地连接以选择性地将碱注入来自第一反渗透系统 的废水流出物中,以调节来自第一反渗透系统的废水流出 物的pH。
22. 权利要求21的废水处理系统,包括设置在砂压载式絮凝系 统与第一反渗透系统之间的过滤器,用以在澄清流出物进入第一反渗 透系统之前过滤来自砂压载式絮凝系统的澄清流出物。
23. 权利要求21的废水处理系统,进一步包含设置在第二反渗 透系统下游的混合床离子交换脱盐器。
24. 权利要求22的废水处理系统,其中过滤器是多种介质型过 滤器。
25. 权利要求21的废水处理系统,其中所述污染物选自氟化物、 氧化硅、磷酸盐、硫酸盐、氨和金属的污染物。

说明书全文

1.技术领域

发明总体上涉及酸性工业的处理,具体而言,涉及使得用以处 理废水的反渗透系统中的沉淀最小化。

2.相关技术的内容

伴随磷酸盐生产操作的废水通常为酸性,并且通常带有氟化物、硫酸盐、、重金属和磷酸盐物质。已经将多种技术用以在废 水可以排放之前降低这类污染物的含量。例如,双浸灰法以及随后气提是 一种常用技术。该方法采用在两个阶段中添加石灰来促进氟化物物质和磷 酸盐物质的沉淀,随后经高pH空气汽提来除去氨。在另一种技术中,用 包含化学沉淀后反渗透的技术处理废水。与双浸灰法类似,这种技术提高 流入废水的pH以在反渗透步骤之前促进沉淀和固体分离。通常伴随升高 废水pH值的高化学成本使这类方法在经济上无吸引

发明内容

本发明提供了一种从流入液废水除去氟化物的方法,包含:
a.将废水引入第一反渗透系统,从废水除去氟化物;
b.在废水进入第一反渗透系统之前,调节或保持废水的pH低于 3.5,将废水的pH保持在3.5或之下,直至废水离开第一反渗 透系统;
c.将来自第一反渗透系统的废水引向第二反渗透系统,从废水 除去氟化物;
d.在废水经历了第一反渗透系统中的处理之后而在第二反渗透 系统中处理之前,将废水的pH调高;以及
e.用第一和第二反渗透系统从废水除去至少90%的氟化物。
本发明还提供一种一种用于除去污染物的废水处理系统,包含:
a.砂压载式絮凝系统,具有一个或多个用以将压载物与待处理 废水混合的的混合罐和设置在一个或多个混合罐下游的沉降 罐,该沉降罐生成澄清的流出物和淤浆;
b.第一反渗透系统,设置在砂压载式絮凝系统下游,用以处理 压载式絮凝系统生成的澄清流出物;
c.第二反渗透系统,设置在第一反渗透系统的下游,用以处理 来自第一反渗透的流出物;
d.酸注入口,设置在第一反渗透系统的上游并用于与酸源可操 作地连接以在废水到达第一反渗透系统之前选择性地将酸注 入废水中;以及
e.注入口,设置在第一和第二反渗透系统之间并用于与碱源可 操作地连接以选择性地将碱注入来自第一反渗透系统的废水流出物中,以 调节来自第一反渗透系统的废水流出物的pH。
根据一种或多种实施方案,本发明提供一种废水处理系统,包含流入 液源,该流入液源包含pH低于约3.5的待处理废水;与流入液源流体连接 的第一反渗透系统;设置成在第一反渗透系统下游引入碱的碱源;与第一 反渗透系统的下游以及碱源流体连接的第二反渗透系统。
根据一种或多种实施方案,本发明提供一种处理pH低于约3.5的废水 的方法。该方法包含以下步骤:在第一分离系统中从废水除去至少部分各 种污染物;在第一分离系统中从废水除去至少部分各种污染物之后,将第 一分离系统流出物的pH调节为至少约6或更高;以及将第一分离系统流 出物的pH调节为至少约6或更高之后,在第二分离系统中从废水除去至 少部分各种污染物。
根据一种或多种实施方案,本发明提供一种处理废水的方法。该方法 包含以下步骤:抑制在废水中促进氟化物离子和硅酸盐离子至少一种形成 的条件;在第一分离系统中从废水除去各种污染物;促进氟化物离子和硅 酸盐离子至少一种形成;在促进氟化物离子和硅酸盐离子至少一种形成之 后,从废水除去任何污染物来生产经处理的流出物。
根据一种或多种实施方案,本发明提供一种处理废水的方法。该方法 包含以下步骤:保持废水中任何沉淀污染物的平衡条件;从废水除去磷酸 盐、溶解的固体、氨、有机的及胶态材料中任一种;在从废水除去溶解的 固体、氨、有机的及胶态材料中任一种之后,调节废水中至少一种沉淀污 染物的平衡条件;调节废水中至少一种沉淀污染物的平衡条件之后,从废 水除去任何残存的氟化物、氨或溶解的固体来生产经处理的流出物。
本发明提供一种用反渗透系统从废水除去氟化物和二氧化硅的方法, 该方法降低反渗透系统中结垢的趋势。在本发明这种方式的情形中,该方 法能够促进废水中利于氟硅酸形成的条件并将含有氟硅酸的废水引向反渗 透系统。当废水穿过反渗透系统时,从废水中除去氟硅酸形式的氟化物和 二氧化硅。第二阶段反渗透系统可用于除去另外的氟化物和二氧化硅。这 种情形中,保持第一反渗透系统的废水流出物中利于氟化物和硅酸盐离子 形成的条件。由此,当废水穿过第二反渗透系统时,氟化物和硅酸盐离子 形式的另外的氟化物和二氧化硅被除去。
此外,本发明能实现从废水除去藻类。在一种具体实施方案中,废水 为酸性。为从废水除去藻类,将氯或氯副产物添加到废水中以杀死藻类。 另外,在经历了用氯或氯副产品处理之后,添加膨润土,藻类被膨润土吸 附和或失稳。然后可用常规处理方法除去藻类。
在本发明的一个具体实施方案中,通过压载式(ballasted)絮凝分离 系统除去藻类和/或悬浮物。在这种方法中,被吸附的藻类和膨润 土在废水中形成固体。在压载式絮凝方法中,将絮凝剂和不溶颗粒物添加 到废水中以形成絮凝混合物。絮凝混合物构成从废水沉淀的包括被吸附藻 类和膨润土的絮状物。
当结合附图考虑时,本发明的其它优点、新特征和目标将从以下本发 明的详细描述变得明显,附图中的一些是示意性的,并不意在按比例绘制。 图中,多幅图中图解的每个相同或几乎相同的组件用单一的数字表示。为 清楚起见,当不需要图解来使本领域普通技术人员理解本发明时,既未在 每幅图中标注每个组件,也未标注本发明每种实施方案所示的每个组件。
附图简述
参照附图借助实施例描述本发明的非限制性实施方案,其中:
图1是表示根据本发明一种或多种实施方案的废水处理系统的工艺流 程图;
图2是根据本发明一种或多种实施方案的压载式分离系统的示意图;
图3是一幅表示根据本发明一种或多种实施方案作为pH函数的硫酸 盐与硫酸氢盐物质的平衡相对组成的图;
图4是一幅表示根据本发明一种或多种实施方案作为pH函数的氢氟 酸与氟化物物质的平衡相对组成的图;
图5是一幅表示作为pH函数的铵与氨物质的平衡相对组成的图;
图6是一幅表示作为pH函数的磷酸与磷酸盐物质的平衡相对组成的 图表。
发明详述
含有二氧化硅、硫酸钙、磷酸钙、氟化钙以及任何其它会在中性或近 中性pH条件下沉淀的物质的废水处理存在结垢的问题。例如,当这类废 水从中通过时,反渗透单元操作或系统形成结垢。其它潜在的污垢问题包 括那些伴随可溶有机化合物的以及来自有机物质的问题。因此,这类系统 面临很大的运转成本,例如但不限于膜清洗和/或置换以及高化学消耗。因 而,本发明提供处理废水的系统和方法,分阶段利用化学平衡性质来生产 适于在规定的排水道中排放的流出物。例如,根据本发明的系统和方法能 够生产流出物,即经处理的废水,该流出物具有能满足排水要求的低浓度 的溶解固体、氟化物、氨、磷酸盐和硫酸盐物质。由此,根据一种或多种 实施方案,本发明提供一种废水处理系统,包含流入液源,该流入液源包 含pH低于约3.5的待处理废水;与流入液源流体连接的第一反渗透系统; 设置成在第一反渗透系统下游引入碱的碱源;与第一反渗透系统下游与碱 源流体连接的第二反渗透系统。该废水处理系统进一步包含流体连接在流 入液源与第一反渗透系统之间的澄清器。该废水处理系统可进一步包含流 体连接在流入液源与第一反渗透系统之间的多种介质型或其它类型的过滤 器。该废水处理系统还可进一步包括设置成在第一反渗透系统废水上游加 入酸的酸源。该废水处理系统还可包括流体连接第二反渗透25系统的下游 的混合床脱盐器。根据另一种实施方案,本发明提供一种处理pH低于约3.5 的废水的方法。该方法可以包含以下步骤:在第一分离系统中从废水除去 至少部分任何不期望的物质;在第一分离系统中从废水除去至少部分任何 不期望的物质之后,将第一分离系统流出物的pH调节为至少约6;以及将 第一分离系统流出物的pH调节为至少约6之后,在第二系统中从废水除 去至少部分各种不期望的物质。该方法可进一步包含在进行在第一分离单 元操作中除去至少部分任何不期望物质的步骤之前,澄清废水的步骤。该 方法可进一步包含在进行在第一分离系统中除去至少部分任何不期望物质 的步骤之前,从废水除去各种有机物的步骤。除去任何有机物的步骤可以 包含向废水添加杀菌剂凝结剂和絮凝剂。该方法可进一步包含在进行在 第一分离系统中除去至少部分任何不期望物质的步骤之前,从废水除去各 种细微固体的步骤。该方法可进一步包含在进行在第一分离系统中除去至 少部分任何不期望物质的步骤之前,调节废水的pH约为3的步骤。该方 法可进一步包含将来自第二分离系统的经处理废水中氨和磷酸盐中任一种 减少至遵从所设立的EPA要求的水平的步骤。
根据再一种实施方案,本发明提供一种处理废水的方法。该方法包含 以下步骤:抑制在废水中促进氟化物离子和硅酸盐离子至少一种形成的条 件;促进废水中形成或保持二氧化硅与氟化物的络合物质的条件;在促进 形成或保持二氧化硅与氟化物的络合物质的条件的同时从废水中除去至少 一种不期望的物质;在从废水中除去至少一种不期望的物质之后,调节废 水的条件以抑制络合物质的形成。该方法可进一步包含在第一分离系统中 从废水除去任何不期望物质之前,除去至少部分任何有机物的步骤。
根据其它实施方案,本发明提供一种处理废水的方法。该方法包含以 下步骤:保持废水中任何沉淀物质的平衡条件;从废水除去溶解的固体、 氨、有机的及胶态材料中任一种;在从废水除去溶解的固体、氨、有机的 及胶态材料中任一种之后,调节废水中至少一种沉淀物质的平衡条件;调 节废水中至少一种沉淀物质的平衡条件之后,从废水除去任何残存的氟化 物、氨或溶解的固体材料来生产经处理的流出物。从废水除去溶解的固体、 氨、有机的及胶态材料中任一种的步骤可以在保持废水中任何沉淀物质的 平衡条件的同时进行。根据本发明的又一实施方案,本发明提供一种处理 废水的方法。该方法可以包含以下步骤:促进废水中形成或保持二氧化硅 与氟化物的络合物质的条件;在促进形成或保持二氧化硅与氟化物的络合 物质的条件的同时从废水中除去至少一种不期望的物质;在从废水中除去 至少一种不期望的物质之后,调节条件以抑制氧化硅与氟化物的络合物质 的形成;以及在调节条件抑制络合物质形成之后,从废水除去任何残存的 不期望的物质来生产经处理的流出物。根据本发明的一种或多种实施方案, 图1表示废水处理系统10,该系统可以包含与废水源14中的废水流入液流 体连接的第一预处理系统12。废水处理系统10可进一步包含与第一预处理 系统12流体连接的第二预处理系统16。第一分离系统18和第二分离系统 20通常流体连接到第一和/或第二预处理系统12和16下游。经处理的废水 流出物通常在送去排放24之前,在终处理系统22中经历进一步的处理。
流入液可以是适于按照本发明处理的任何来源的废水。例如,适宜的 流入液废水可以是所收集的具有偏酸pH的废水,例如来自磷酸盐生产操 作的那些废水。
第一预处理系统可以包含一个或多个单元操作,所述操作除去诸如藻 类的有机物并且降低流入液废水流在其pH值下的浊度。适宜的预处理系 统可以包含具有压载式絮凝子系统的澄清器。图2表示一种此类的示例单 元,具有凝结段、熟化段、沉降段和水力漩流段。澄清器30可以使用杀菌 剂,如次氯酸钠,使废水流中的任何生物或有机物失活;凝结剂,例如 但不限于膨润土、硫酸和氯化,来促进失活物质的凝结;以及絮凝剂, 例如但不限于非离子型、阳离子型和阴离子型聚合物或其组合,来促进失 活的、凝结的物质的絮凝。该澄清器可以采用细沙增强沉降和水力漩流技 术来从富液流中分离淤浆或固体。这类系统优选将废水流的浊度降至低于 约3NTU。
第二预处理系统包含一个或多个单元操作,所述操作除去细微固体和/ 或改善废水流的浊度。适宜的系统可以包含采用无烟、砂和石榴石中任 一种的多种介质过滤器。这类系统优选将废水的浊度降至低于约2NTU并 将SDI降至低于约4,以降低下游污垢的可能性。
第一和第二分离系统从废水中除去污染物或不期望的物质,使它适于 排放入水体。如文中所用,短语“适于排放”是指经处理的废水具有符合 或超过United States EPA排放要求的污染物浓度。例如,第一和第二分离 系统可以包含一个或多个适于在废水条件下运转的反渗透设备。经处理的 废水流出物通常具有如表1中所列的污染物浓度。
表1流出物质量标准(mg/l)
  组成   浓度   pH   6.5-8.5   氟化物   <5.0   氨   <1.0   总氮   <2.0   磷   <0.5   TDS   <50
因而,根据本发明的一种或多种实施方案,第一分离系统18可 以包含一个或多个具有分离膜(未示出)的反渗透装置,适于提供 废水处理,例如pH低于约3且流速约6-约12GFD的含盐水,因为 据信大于约12GFD的高流速会引起污垢而小于约6GFD的流速会 导致渗透质量低。类似地,第二分离系统20可以包含一个或多个具 有分离膜(未示出)的反渗透装置20,适于提供废水处理,例如pH 约6-约7且流速约15-约20GFD的含盐水。和第一分离系统的反渗 透系统一样,较高的流速会引起不能接受的污垢,而较低的流量会 使渗透质量变劣。任何反渗透装置都可用在第一或第二分离系统中。 适宜的例子包括那些可从United States Filter Corporation,Milton, Ontario,Canada商业获得的装置。适于用在根据本发明的反渗透装 置中的膜包括可从FilmTec获得的FILMTEC BW30-365膜,FilmTec 是The DowTM Chemical Corporation,Midland,Michigan的一个子 公司。可使第一分离系统运转来处理pH低于约3.5的废水,以促进 硫酸氢盐物质的形成和/或除去,以抑制硫酸盐物质的形成并降低硫 酸钙结垢的趋势。还可使第一分离系统运转来处理pH低于约3.5的 废水,以促进氟硅酸物质的形成和/或去除,以降低氧化硅和氟化钙 或二者结垢的趋势。还可使第一分离系统运转来处理pH低于约3.5 的废水,以促进磷酸物质的形成和/或去除,以降低磷酸钙结垢的趋 势。还可使第一分离系统运转来处理pH低于约3.5的废水,以降低 金属结垢的趋势。还可使第一分离系统运转来处理pH低于约3.5的 废水,以促进铵物质的形成和/或去除,以提高氨的逃逸速度。可使 第二分离系统运转来处理pH约6-约7的废水,来促进氟化物物质的 形成和/或除去,以促进这类物质的去除。可使第二分离系统运转来 处理pH约6-约7的废水,来促进硅酸盐物质的形成和/或除去,以 促进这类物质的去除。可使第二分离系统运转来处理pH约6-约7的 废水,来促进磷酸盐物质的形成和/或除去,以促进这类物质的去除。 可使第二分离系统运转来处理pH约6-约7的废水,来促进有机物质 的形成和/或除去,以促进这类物质的去除。在第一和第二分离系统 中可以采用其它技术来除去污染物或者其它不期望的物质,包括但 不限于电渗析、电消电离、微滤和蒸发/浓缩。一些情形中,废水处 理系统可以进一步包含被设置以在预处理系统或任一个分离系统的 上游的废水中引入防垢剂和/或凝结剂的防垢剂和/或凝结剂源。在根 据本发明的各种单元操作中抑制结垢形成的任何适宜防垢剂都可以 使用。防垢剂可以以各制造商推荐的使用,但是通常以约3-约4ppm 的浓度使用。终处理系统22可以包含一个或多个单元操作,所述操 作进一步从经处理的废水降低任何污染物或不期望的物质并使它适 于排放。例如,终处理系统22可以包含一个或多个混合床脱盐器, 将氨含量降至低于约1mg/l。混合床15通常可以包含一种或多种阴 离子和阳离子交换树脂,吸引并结合经处理的废水中的残存的带电 物质。离子交换树脂可以以任何适宜的排列存在于混合床中,以进 一步净化经处理的废水。适宜的离子交换树脂的例子包括可从The DowTM Chemical Corporation,Midland,Michigan获得的DOWEXTM MARATHONTM树脂系列以及可从Rohm and Hass Company, Philadelphia,Pennsylvania获得的AMBERLITETM树脂系列。废水 处理系统10通常进一步包含酸源26和碱源28。酸源26通常与第一 分离系统18的入口流连接,碱源28通常与第二分离系统20的入口 流连接。在这种排列中,来自酸源26的酸可以调节第一分离系统18 中待处理废水的一种或多种化学性质。例如,可以调节第一分离系 统18入口30中待处理废水的pH以控制和/或保持一种或多种化学 物质的溶解度或平衡,包括例如通过例如提高这类物质的溶解度和/ 或促进包含这类不然就会沉淀的物质的络合物质的形成来抑制沉淀 物质的形成。
根据本发明的一种或多种实施方案,可将酸引入入口30并与待 处理的废水混合以促进、保持亦或变更平衡条件,来抑制任何硫酸盐 (SO4 2-)物质的形成和/或促进任何硫酸氢盐(HSO4)物质的形成。 如图3中所示,硫酸盐和硫酸氢盐物质的平衡相对组成作为pH的函 数变化。较低的pH条件能促进硫酸氢盐物质的形成,而较高的pH 条件能促进硫酸盐物质的形成。因此,控制pH能影响硫酸盐物质的 可得性,该物质通常易于在本发明的分离系统中沉淀。
在另外的实施方案中,采用添加酸来促进、保持亦或变更平衡条 件,以促进氟硅酸的形成和/或抑制氧化硅与氟化物物质的沉淀。如图 4中所示,氢氟酸和氟化物物质的平衡相对组成作为pH的函数变化。 较低的pH条件能促进氢氟酸物质的形成,而较高的pH条件能促进 氟化物物质的形成。因此,控制pH能影响氢氟酸物质的可得性,这 进而影响氟硅酸物质的形成并降低沉淀氧化硅或硅酸盐物质的可得 性。
在再一些实施方案中,采用添加酸来促进、保持亦或变更平衡条 件,以提高磷酸盐物质例如但不限于磷酸钙的溶解度。例如可将待引 入第一分离系统18的入口30中的废水的pH保持在或调节至低于约 3,通常低于约2.8,某些情形下低于约2.5,另有一些情形中至约2。
根据本发明,可以使用能将流的pH降低至或保持在期望的pH 范围的任何酸。适宜的例子包括盐酸、硫酸或其混合物。具体酸的选 择取决于若干因素,包括但不限于可供性和成本以及其它处理要考虑 的因素。例如,盐酸可能比硫酸优选,来避免任何硫酸盐物质浓度的 升高。
同样的,来自碱源28的碱可用以调节第二分离系统20中待处理 废水的一种或多种化学性质。如同采用酸添加的情形,可将添加碱有 利地用以控制和/或保持一种或多种化学物质的溶解度或平衡。例如, 可以调节来自第一分离系统18的经处理的废水的pH来促进硅酸盐或 氟化物物质或二者的形成,以利于在第二分离系统20中将其从废水 流中除去。类似地,可以调节该pH以促成磷酸盐和氨物质的形成, 以利于在第二分离系统20中将其从废水流中除去。因此,根据本发 明的一种或多种实施方案,可将第二分离系统20的入口32中废水的 pH提升至至少约6,在某些情形中至少约6.5,另外一些情形中在约 6与约7之间。pH升高也能促进有机盐的形成以及它们在第二分离系 统20中的去除,以改善流出物的TOC质量。如图5中所示,铵和氨 物质的平衡相对组成作为pH的函数变化。较低的pH条件能促进氨 物质的形成,这会促进其在第一分离系统中的去除。此外,如图6中 所示,磷酸和磷酸盐物质的平衡相对组成作为pH的函数变化。可以 控制pH条件来促进H2PO4 -物质的形成,这会促进其在第二分离系统 中的去除。根据本发明,可以使用能将流的pH提升至期望的pH范 围的任何碱。适于用作碱的例子包括苛性钠或氢氧化钠、苛性或氢 氧化钾。优选地,酸和碱包含适于排放到水体的物质。如文中所用, 术语“污染物”和“不期望的物质”是指废水中或经处理的废水中具 有限定的浓度限度的物质。污染物包括例如包含钙、镁、钠、钾、铝、 钡、铵、酸氢盐、硫酸盐、氯化物、磷酸盐、硝酸盐、氟化物、氧 化硅、铁和锰的物质。如文中所用,术语有机物可以包括细菌、微生 物、藻类以及包含这类物质的悬浮固体。还如文中所用,术语“使... 失活”是指使有机物适于凝结和/或絮凝。本发明这些和其它实施方案 的功能和优点将从以下实施例更为充分地理解。以下实施例想要举例 说明本发明的利处,但不例示本发明的全部范围。
实施例
这个实施例表示根据本发明一种或多种实施方案的废水处理系统 的运转。具体而言,图1中示意性示出的废水处理系统10带有分别 包括澄清器和多种介质型过滤器的预处理系统14和16。该废水处理 系统进一步包含包括第一反渗透装置的第一分离系统18和包括第二 反渗透装置的第二分离系统20。该处理系统还包括包括混合床脱盐器 的终处理系统22。
澄清器包括可从OTV SA获得的处理系统,用NaOCl 使至少部分任一种有机物质失活。澄清器也可用约80-约250mg/l的 膨润土来促进失活有机物的凝结,取决于使有机物凝结所需的量。也 可将来自Betz Dearborn,Downers Grove,Illinois的高分子量聚合 物P1142,即一种非离子型聚合剂,用于澄清器中以促进凝结的失活 有机物的絮凝。该絮凝剂以约1mg/l的浓度引入。澄清器的流出物具 有低于约3NTU的浊度。使澄清器的淤浆和其它半固体废料返回聚集 池,或另做处理。
多种介质型过滤器采用包括烟煤、砂和石榴石的介质,以将废 水的浊度降至低于约2NTU并将SDI降至低于约4。
混合床脱盐器采用DOWEXTM MARATHONTM A和DOWEXTM MARATHONTM C离子交换树脂的混合床,每种都可以从The DowTM Chemical Corporation,Midland,Michigan获得。混合床脱盐器用 于进一步将NH3的浓度控制在低于约1mg/l,将PO4物质的浓度降至 低于约0.5mg/l。
第一反渗透装置采用从FilmTec公司获得的FILMTECTM BW30- 365膜,FilmTec是The DowTM Chemical Corporation,Midland, Michigan的一个子公司。它在约250-300psig的操作压力及约10GFD 的平均流速下运转。第二反渗透装置也采用FILMTECTM BW30-365 膜。它在约8GFD的平均流速下操作。如果需要,在第一反渗透装置 中处理之前从酸源将酸(盐酸)添加到流入液废水流中,以控制pH 低于约3。在第一反渗透装置之后及引入第二反渗透装置之前,将碱 即氢氧化钠,添加到废水流中,以将pH提升至约6-约7之间。从磷 酸盐生产厂的聚集池补充流入液废水。该废水通常含有如表2中所列 的污染物浓度。将进入第一反渗透装置的废水流入液的pH调节或保 持在约2-2.8之间,以保持或促进氧化硅与氟化物络合形成氟硅酸物 质,由此降低随氧化硅和氟化钙而来的结垢的趋势。该pH条件还有 助于平衡移动来促进磷酸、硫酸氢钙以及铵物质的形成,从而在促进 氨的去除的同时降低随磷酸钙和硫酸钙而来的结垢趋势。表2列出了 来自第一反渗透装置的渗透流的包括污染物浓度的性质(第一道渗透 组成)。表2还列出了来自第二反渗透装置的渗透流的性质和污染物 浓度(第二道渗透组成)。数据表明本发明的系统和方法可用于处理 废水,生产符合或超出EPA排水要求的适于排放的流出物。这个实 施例还例证了废水处理系统的用途,该系统具有相对于传统系统较低 的成本,同时避免了对石灰淤浆和其它预处理化学品的处置。
表2废水组成(单位mg/l,除非另有说明)
  组份   流入液组成   第一道渗透组成   第二道渗透组成   钙   551   0.25   0.1   镁   229   0.074   0.025   钠   1,290   50.7   1.4   钾   196   0.86   0.021   铝   8.4   0.05   0.05   钡   0.02   0.001   0.001   铵   600   5.2   0.27   碳酸氢盐   0.78   -   2.4   硫酸盐   5,200   5.5   0.2   氯化物   100   14   0.26   磷酸盐   1,600   1.1   0.004   硝酸盐   0.26   0.16   0.014   氟化物   150   35   0.54   氧化硅   200   0.61   0.3   铁   5.6   0.02   0.025   锰   2.9   0.006   0.005   TDS   11,500   111   15   TSS   24   4   -   BOD   17   0.74   0.2   TOC   66   1.0   0.55   TKN   650   5.9   1   pH   2.8   2.9   6.3   浊度(NTU)   14   0.25   0.05   色度(PCU)   110   5   5
尽管文中描述和例举了本发明的若个实施方案,但是本领域普通 技术人员将易于预见实施文中所述功能和/或获得所述结果或优点的各 种其它系统和结构,每种这类改变或变化注定在本发明的范围内。一 般地说,本领域技术人员会易于理解文中所述所有参数、尺寸、材料 和构造是示例性的,实际参数、尺寸、材料和构造取决于使用本发明 教导的具体应用。因而,每种单元操作的尺寸和生产量将取决于于具 体安装的若干因素变化。而且,构建本发明系统的容器、和其它构 件的特定材料也将取决于特定的具体安装因素,但是这类构件和系统 的选择、构造和设计将在本发明技术人员的能力范围内。例如,本领 域技术人员公认不锈应当用作构造单元操作的材料,该单元操作用 于不适合采用碳钢的使用或应用。本领域技术人员仅采用常规实验就 能认识到或确定文中所述本发明具体实施方案的等同物。因而,可以 理解文中所述实施方案仅以实施例方式提出,在附录的权利要求及其 等同物的范围内,本发明可以异于具体描述而实施。本发明涉及文中 所述的每个单独特征、系统、材料和/或方法。此外,如果这类特征、 系统、材料和/或方法不相互矛盾的话,两个或多个这类特征、系统、 材料和/或方法的任意组合也包含在本发明的范围内。如文中所用,所 有过渡性的短语如“包含”、“包括”、“带有”、“含有”、“包含”及类 似短语是开放式的,即意味着包括但不限于,仅有过渡性的短语“由... 构成”、“基本上由...构成”分别才是封闭或半封闭的过渡性的短语, 如美国专利局专利审查指南的§2111.03所设定。
相关申请的交叉引用
本申请依据U.S.C.§119(e)要求以下美国临时申请的优先权:2003年7 月24日提交的序号为60/489,853的申请。此处将该申请全文引入作为参考。

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