申請日2014.01.29
公開(公告)日2017.09.08
IPC分類號C02F3/12
摘要
本發(fā)明涉及包含有機氮化合物的廢水的生物和化學(xué)處理的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)可以包括：有氧反應(yīng)器，用于分離所述廢水的液體和固體組分的第一分離模塊，用于從所述廢水去除有機物質(zhì)的氧化模塊，以及用于對所述廢水的至少一部分脫硝化的后‑無氧反應(yīng)器。系統(tǒng)可以包括第二分離模塊和所述組件之間的多個反饋再循環(huán)管線。方法可以包括：通過有氧反應(yīng)器將超過95%的有機化合物降解為氨，通過氧化模塊將所述氨的至少一部分氧化為硝酸鹽，以及通過后‑無氧反應(yīng)器將所述硝酸鹽的至少一部分降解為氮氣和水。系統(tǒng)和方法可以將所述廢水的總有機碳減少超過90%，并將所述廢水的總氮減少超過90%。
權(quán)利要求書
1.一種用于處理包含液體有機廢物和有毒化學(xué)物質(zhì)的廢水的生物和化學(xué)處理系統(tǒng)，所述廢水產(chǎn)生自薄膜晶體管液晶顯示器的生產(chǎn)，所述廢水包含四甲基氫氧化銨((CH3)4NOH，“TMAH”)，所述系統(tǒng)包括：
有氧反應(yīng)器，所述有氧反應(yīng)器接收包含待處理的廢水的流入物，所述有氧反應(yīng)器被配置成導(dǎo)致所述流入物中至少90%的TMAH降解為NH4-N(“氨”);
與所述有氧反應(yīng)器串聯(lián)的第一分離模塊，所述第一分離模塊接收所述有氧反應(yīng)器的輸出作為輸入，所述第一分離模塊分離所述廢水的液體和固體組分;
與所述第一分離模塊串聯(lián)的氧化模塊，所述氧化模塊接收所述第一分離模塊的輸出作為輸入，所述氧化模塊硝化任何游離氨并使用高級氧化工藝系統(tǒng)從所述廢水去除有機物質(zhì)，所述高級氧化工藝系統(tǒng)利用臭氧(O3)和過氧化氫(H2O2)的輸入來氧化從所述第一分離模塊接收的所述廢水;和
與所述氧化模塊串聯(lián)的后-無氧反應(yīng)器，所述后-無氧反應(yīng)器接收所述氧化模塊的輸出作為輸入，所述后-無氧反應(yīng)器對所述廢水的至少一部分脫硝化，并輸出流出物;
其中與所述流入物相比，所述流出物具有超過90%的總有機碳(“TOC”)和總氮(“TN”)的減少。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一分離模塊是澄清器，在其中發(fā)生污泥的沉淀。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一分離模塊是利用微濾或超濾膜分離所述液體和固體組分的膜生物反應(yīng)器。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一分離模塊輸出活性污泥，并且其中所述流入物還包含來自所述第一分離模塊的活性污泥。
5.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氧化模塊包括氨汽提塔。
6.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括：
與所述后-無氧反應(yīng)器串聯(lián)的第二分離模塊，所述第二分離模塊接收所述后-無氧反應(yīng)器的輸出作為輸入，所述第二分離模塊分離所述廢水的液體和固體組分。
7.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第二分離模塊是澄清器，在其中發(fā)生污泥的沉淀。
8.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第二分離模塊是利用微濾或超濾膜分離所述液體和固體組分的膜生物反應(yīng)器。
9.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第二分離模塊輸出活性污泥，并且其中將來自所述第二分離模塊的活性污泥的至少一部分作為輸入提供給所述后-無氧反應(yīng)器。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中到所述氧化模塊的輸入包含氨，并且其中所述氧化模塊導(dǎo)致所述氨的至少一些氧化為NO3-N(“硝酸鹽”)。
11.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述氧化模塊導(dǎo)致所述氨基本上完全氧化為硝酸鹽。
12.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中到所述后-無氧反應(yīng)器的輸入包含硝酸鹽，并且其中所述后-無氧反應(yīng)器導(dǎo)致所述硝酸鹽的至少一些降解為N2(“氮氣”)和H2O(“水”)。
13.權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述后-無氧反應(yīng)器導(dǎo)致硝酸鹽基本上完全降解為氮氣和水。
14.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述流出物具有超過95%的所述廢水的TOC的減少。
15.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述流出物具有超過95%的所述廢水的TN的減少。
16.一種用于處理包含液體有機廢物和有毒化學(xué)物質(zhì)的廢水的生物和化學(xué)處理方法，所述廢水產(chǎn)生自薄膜晶體管液晶顯示器的生產(chǎn)，所述廢水包含四甲基氫氧化銨((CH3)4NOH，“TMAH”)，所述方法包括：
在有氧反應(yīng)器中接收包含待處理的廢水的流入物;
生物處理所述流入物以轉(zhuǎn)化和降解所述有機廢物中的任何氮化合物并導(dǎo)致超過99%的TMAH降解為氨;
自所述有氧反應(yīng)器在第一分離模塊接收所述有氧反應(yīng)器的輸出，所述第一分離模塊包括通過微濾或超濾分離所述廢水的液體和固體組分的膜生物反應(yīng)器;
通過所述第一分離模塊分離所述廢水的任何固體組分;
自所述第一分離模塊在高級氧化工藝系統(tǒng)接收所述第一分離模塊的輸出，所述高級氧化工藝系統(tǒng)通過用臭氧(O3)和過氧化氫(H2O2)處理所述第一分離模塊的輸出而去除有機物質(zhì)，所述高級氧化工藝系統(tǒng)導(dǎo)致氨基本上完全氧化為NO3-N(“硝酸鹽”);
通過所述氧化模塊從所述廢水去除有機物質(zhì);
自所述氧化模塊在后-無氧反應(yīng)器接收所述氧化模塊的輸出;和
通過所述后-無氧反應(yīng)器對所述廢水的至少一部分脫硝化，并輸出流出物;
其中與所述流入物相比，所述流出物具有超過90%的總有機碳(“TOC”)和總氮(“TN”)的減少。
17.權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括：
通過所述第一分離模塊輸出活性污泥;和
將所述活性污泥的至少一部分加入至所述流入物。
18.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述有機物質(zhì)通過氨汽提而從所述廢水去除。
19.權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括：
自所述后-無氧反應(yīng)器在第二分離模塊接收所述后-無氧反應(yīng)器的輸出;
通過所述第二分離模塊分離所述廢水的液體和固體組分。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二分離模塊是澄清器，在其中發(fā)生污泥的沉淀。
21.權(quán)利要求19所述的方法，所述方法還包括：
通過所述第二分離模塊輸出活性污泥;和
將來自所述第二分離模塊的所述活性污泥的至少一部分加入至所述后-無氧反應(yīng)器的輸入。
22.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述后-無氧反應(yīng)器接收硝酸鹽并且將所述硝酸鹽的至少一些降解為N2(“氮氣”)和H2O(“水”)。
23.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述后-無氧反應(yīng)器基本上完全將所述硝酸鹽降解為氮氣和水。
24.權(quán)利要求16所述的方法，所述方法導(dǎo)致超過95%的所述廢水的TOC的減少。
25.權(quán)利要求16所述的方法，所述方法導(dǎo)致超過95%的所述廢水的TN的減少。
說明書
液體有機廢水的生物-化學(xué)處理
發(fā)明背景
一般而言，本發(fā)明涉及處理由用于制造電子部件的制造工藝產(chǎn)生的廢水的系統(tǒng)和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及用于去除來自由光電子部件如薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)的制造產(chǎn)生的廢水的各種組分如但不限于四甲基氫氧化銨((CH3)4NOH，TMAH)的系統(tǒng)和方法。
隨著光電子和半導(dǎo)體工業(yè)中的制造工藝發(fā)展，由這樣的工藝產(chǎn)生的廢水的組成也變得更加復(fù)雜。例如，這樣的廢水可能同時包含有機碳化合物和有機含氮化合物，其可能是有毒的、腐蝕性的和對環(huán)境富營養(yǎng)的。
薄膜晶體管液晶顯示器是LCD的一種類型，其使用薄膜晶體管技術(shù)來提供有源矩陣LCD。TFT-LCD用于多種消費產(chǎn)品，如電視機、電腦顯示器、移動電話、導(dǎo)航系統(tǒng)等。
特別地，TFT-LCD的生產(chǎn)產(chǎn)生大量的含高強度有機氮的廢水。這樣的廢水可以包含多種污染物如TMAH-用作TFT-LCD生產(chǎn)中的顯像劑，單乙醇胺(C2H5ONH2，MEA)和二甲基亞砜((CH3)2SO，DMSO)-用作生產(chǎn)中的汽提劑，以及螯合劑。在TFT-LCD制造的光刻工藝中，TMAH經(jīng)常用作正光致抗蝕劑顯像劑的組分。TMAH、MEA和DMSO通常被視為緩慢可生物降解的有機化合物，其在降解期間典型地釋放氨，導(dǎo)致在所處理的廢水中的高氨濃度和潛在的硝化。
從歷史角度看，半導(dǎo)體和電子部件制造工廠將其廢水排放至當?shù)毓姄碛械奶幚砉S(POTW)系統(tǒng)。然而，由于半導(dǎo)體工業(yè)近期發(fā)展所致增加的負荷連同對用于從廢水去除有機和氮化合物的POTW施加的更嚴格排放規(guī)章限制了任何這樣的POTW充分地處理這樣的排放物的能力。
現(xiàn)有技術(shù)中已顯示，多種微生物在一定條件下能夠降解DMSO。例如，大腸桿菌(Escherichi coli)、克雷白桿菌屬(Klebsiella)、沙雷菌屬(Serratia)、布氏枸櫞酸桿菌(Citrobacter braakii)、土生隱球酵母(Cyptococcus humicolus)、生絲微菌屬物種(Hyphomicrobium speices)和莢膜紅假單胞菌(Rhodobacter capsulatus)已經(jīng)展示了在降解DMSO中的積極結(jié)果。此外，經(jīng)常通過寬泛的多種常見反應(yīng)將MEA降解為胺和醇，并且可以將其與水合為氨和乙酸鹽(酯)。TMAH的降解已經(jīng)特別地具有問題，因為TMAH的存在對硝化活性具有不利和抑制影響。
很少有現(xiàn)有技術(shù)致力于用于處理這樣的廢水的生物營養(yǎng)素去除工藝的應(yīng)用，并且做出這樣的提議的現(xiàn)有技術(shù)在性能方面存在不可接受的缺陷。例如，在Chen等人的標題為Nitrification-Denitrification of Opto-electronic Industrial Wastewater byAnoxic/Aerobic Process(通過無氧/有氧工藝的光電子工業(yè)廢水的硝化-脫硝)并在Journal of Environmental Science and Health，Part A：Toxic/Hazardous Substancesand Environmental Engineering，Vol.38，Issue 10，(2003)(環(huán)境科學(xué)與健康雜志，第一部分：有毒/有害物質(zhì)和環(huán)境工程，第38卷，第10期(2003年))上出版的文章中，報道了通過使用兩階段無氧-有氧工藝從廢水的92-98%COD去除，但總氮去除效率僅為70%。此外，如上所述，若干研究記錄了TMAH的存在抑制生物工藝。參見例如Han-Lin Lin等的在Sustainable Environment Research Journal，Volumne 21(3)，(2011)(可持續(xù)環(huán)境研究雜志，第21(3)卷，(2011年))上出版的Use of Two-Stage Biological Process inTreating Thin Film Transistor Liquid Crystal Display Wastewater ofTetramethylammonium Hydroxide(兩階段生物工藝在處理四甲基氫氧化銨的薄膜電子管液晶顯示器廢水中的用途);TH Hu等的在Bioresource Technology Journal，(2012)(生物資源技術(shù)雜志，(2012年))上出版的Biological Treatment of TMAH(tetra-methylammonium hydroxide)In a Full Scale TFT-LCD Wastewater Treatment Plant(全規(guī)模TFT-LCD廢水處理工廠中的TMAH(四甲基氫氧化銨)的生物處理”。
因此，需要有效地去除TMAH以及COD和總氮的用于處理由于TFT-LCD生產(chǎn)導(dǎo)致的廢水的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，多個方面可以包括一種用于處理包含液體和固體組分的廢水的生物和化學(xué)處理系統(tǒng)，包括：有氧反應(yīng)器(需氧或好氧反應(yīng)器，aerobicreactor)，其接收包含待處理的廢水的流入物(influent);與所述有氧反應(yīng)器串聯(lián)的第一分離模塊(first separation module)，所述第一分離模塊接收所述有氧反應(yīng)器的輸出(輸出，output)作為輸入(輸入，input)，所述第一分離模塊將所述廢水的液體和固體組分分離;與所述第一分離模塊串聯(lián)的氧化模塊(oxidation module)，所述氧化模塊接收所述第一分離模塊的輸出作為輸入，所述氧化模塊從所述廢水去除有機物質(zhì);以及與所述氧化模塊串聯(lián)的后-無氧反應(yīng)器(后缺氧或厭氧反應(yīng)器，post-anoxic reactor)，所述后-無氧反應(yīng)器接收所述氧化模塊的輸出作為輸入，所述后-無氧反應(yīng)器將所述廢水的至少一部分脫硝化(denitrify)，并輸出流出物(effluent)。
根據(jù)本發(fā)明一些實施方案的其他方面，可以包括一種用于處理包含液體和固體組分的廢水的生物和化學(xué)處理系統(tǒng)，包括：有氧反應(yīng)器，其接收包含待處理的廢水的流入物;接收所述有氧反應(yīng)器的輸出作為輸入的膜過濾系統(tǒng)，所述膜過濾系統(tǒng)將所述廢水的液體和固體組分分離;與所述第一分離模塊串聯(lián)的氧化模塊，所述氧化模塊接收所述第一分離模塊的輸出作為輸入，所述氧化模塊從所述廢水去除有機物質(zhì)并硝化氨;與所述氧化模塊串聯(lián)的后-無氧反應(yīng)器，所述后-無氧反應(yīng)器接收所述氧化模塊的輸出作為輸入，所述后-無氧反應(yīng)器將所述廢水的至少一部分脫硝化，并輸出流出物;和接收所述后-無氧反應(yīng)器的輸出作為輸入的用于污泥分離的重力澄清器(重力沉降器，gravity clarifier)。
根據(jù)本發(fā)明一些實施方案的其他方面可以包括一種用于處理包含液體和固體組分以及有機氮化合物的廢水的生物和化學(xué)處理方法，包括：在有氧反應(yīng)器中接收包含待處理的廢水的流入物;生物處理所述流入物以轉(zhuǎn)化和降解有機氮化合物;自所述有氧反應(yīng)器在第一分離模塊接收的所述有氧反應(yīng)器的輸出;通過所述第一分離模塊分離所述廢水的液體和固體組分;自所述第一分離模塊在氧化模塊接收所述第一分離模塊的輸出;通過所述氧化模塊從所述廢水去除有機物質(zhì)并硝化氨;自所述氧化模塊在后-無氧反應(yīng)器接收所述氧化模塊的輸出;和通過所述后-無氧反應(yīng)器對所述廢水的至少一部分脫硝，并輸出流出物。
根據(jù)結(jié)合以下附圖進行的本發(fā)明的以下描述，這些和其他方面將變得明顯，盡管在不脫離本發(fā)明的新穎構(gòu)思的精神和范圍的情況下可以實現(xiàn)多種變化和更改。
