申請(qǐng)日2013.10.28
公開(kāi)(公告)日2017.05.17
IPC分類(lèi)號(hào)C02F1/00; C02F1/72; C02F7/00; C02F1/74; C02F11/06
摘要
一種用于處理水的方法，包括：在調(diào)節(jié)模塊中使用含氧氣體氧化處理用水的步驟，其中所述氧化過(guò)程在形成反應(yīng)性金屬自由基和羥基自由基的氧化性條件和pH條件下通過(guò)投放到所述調(diào)節(jié)模塊中的至少一種金屬鹽進(jìn)行催化。該氧化過(guò)程不需要使用過(guò)氧化氫或臭氧，并且可以在環(huán)境溫度和環(huán)境壓力下進(jìn)行。還公開(kāi)了一種用于執(zhí)行該方法的設(shè)備(700)。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種用于處理水的方法，包括：在調(diào)節(jié)模塊中使用含氧氣體氧化處理用水的步驟，其中所述氧化過(guò)程在形成反應(yīng)性金屬自由基和羥基自由基的氧化性條件和pH條件下通過(guò)投放到所述調(diào)節(jié)模塊中的至少一種金屬鹽進(jìn)行催化，其中所述至少一種金屬鹽為選自水溶性鐵鹽、水溶性鋁鹽和水溶性錳鹽中的金屬鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述pH條件為堿性條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述方法在環(huán)境溫度和環(huán)境壓力下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中從水溶性鐵鹽、水溶性鋁鹽和水溶性錳鹽中選擇多種金屬鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述反應(yīng)性金屬自由基包括鐵�；杂苫湾i�；杂苫械闹辽僦�。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中向所述調(diào)節(jié)模塊中引入聚合物絮凝劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括另外的催化氧化和過(guò)濾的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述另外的步驟在單個(gè)模塊內(nèi)進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中待處理的水包含重金屬。
10.一種用于處理水的設(shè)備，包括調(diào)節(jié)模塊，所述調(diào)節(jié)模塊具有：含氧氣體供應(yīng)裝置，以使得能夠使用含氧氣體來(lái)使水氧化;以及金屬鹽投放裝置，用于向所述調(diào)節(jié)模塊供應(yīng)至少一種金屬鹽以在形成反應(yīng)性金屬自由基和羥基自由基的氧化性條件和pH條件下對(duì)水氧化過(guò)程進(jìn)行催化，其中所述至少一種金屬鹽為選自水溶性鐵鹽、水溶性鋁鹽和水溶性錳鹽中的金屬鹽。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，包括至少一個(gè)另外的用于執(zhí)行另外的催化氧化和過(guò)濾的步驟的模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述另外的催化氧化和過(guò)濾的步驟在單個(gè)集成模塊中進(jìn)行。
說(shuō)明書(shū)
用于水處理的方法和設(shè)備
本發(fā)明涉及用于水處理的方法和設(shè)備，所述水處理包括至少一個(gè)催化氧化步驟。
缺水是日益增長(zhǎng)的全球威脅問(wèn)題，其具有比最近的金融危機(jī)更大的經(jīng)濟(jì)影響。在20世紀(jì)，世界人口增加了4倍，而耗水量增加了9倍。超過(guò)70個(gè)國(guó)家經(jīng)歷了限制用水和缺水。這種情況并不限于發(fā)展中國(guó)家。地球上可利用的約97%的水是鹽水。海水淡化正在迅速擴(kuò)大。然而，可用的將海水處理成飲用水品質(zhì)的淡化技術(shù)需要大量能量并且越來(lái)越多的海水淡化廠能夠?qū)夂蜃兓a(chǎn)生相當(dāng)大影響。
雖然海水淡化可以為沿海城市提供水保障，但是為小型社區(qū)和遠(yuǎn)離沿海地區(qū)的水處理遇到了重大困難。水組成因地方不同而變化很大并且隨著時(shí)間的推移可能也顯著改變。這使得當(dāng)使用膜分離和紫外線消毒時(shí)難以實(shí)現(xiàn)所需的給水品質(zhì)。膜系統(tǒng)的操作和維護(hù)復(fù)雜并且不太適合于在沒(méi)有高度熟練的操作員的情況下的遠(yuǎn)程應(yīng)用中。
對(duì)于水處理而言最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用之一是在源頭處的工業(yè)廢水處理。工業(yè)廢水組成通常顯示出大的組分形態(tài)差異，可能包含高的金屬濃度和/或有機(jī)物。來(lái)自同一工廠，通常有多個(gè)需要處理的不同組分的廢水流。這些流通�；旌铣蓡蝹�(gè)流，被引導(dǎo)至水處理，即便在不混合這些流的情況下不同流或許可以更有效地被處理時(shí)也是如此，因此增加了污染的復(fù)雜性。在水處理技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)下，經(jīng)濟(jì)地處理分開(kāi)的少量廢水流一般是不實(shí)際的。因此，經(jīng)常頒布將具有超過(guò)建立的安全標(biāo)準(zhǔn)的污染物的廢水釋放到環(huán)境和市政下水道的遵守例外許可證。這使得更難以通過(guò)市政設(shè)施設(shè)備處理廢水并且更難以避免淤泥的污染，所述淤泥可以被處理成土壤改良劑。
僅需要最少處理以實(shí)現(xiàn)飲用水品質(zhì)的可利用的清潔原水源越來(lái)越有限。待處理供人類(lèi)消費(fèi)的水日益受到無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)和病原體的嚴(yán)重污染。例如，在飲用水中過(guò)量的砷和氟化物正影響著超過(guò)一億人。由于飲用受病原體污染的水而導(dǎo)致嚴(yán)重疾病和死亡的案例每年超過(guò)十億。研究預(yù)測(cè)表明，即使通過(guò)實(shí)現(xiàn)將從根本上改善獲取安全飲用水的現(xiàn)狀的千年發(fā)展目標(biāo)，在2020年死于水傳疾病的最小數(shù)目也將為約3千萬(wàn)人。
對(duì)于用于再利用的廢水的飲用水處理已經(jīng)采用消毒水平和標(biāo)準(zhǔn)。水的濁度基于穿過(guò)處理系統(tǒng)進(jìn)入經(jīng)處理的水中的懸浮性固體可以包庇和保護(hù)病原體免于被滅活和破壞而與消毒水平相關(guān)聯(lián)。飲用水應(yīng)無(wú)危險(xiǎn)的細(xì)菌和病毒。當(dāng)人與經(jīng)處理的水接觸有高風(fēng)險(xiǎn)的情況下，每100毫升水大腸桿菌數(shù)必須小于10個(gè)。據(jù)認(rèn)為，在這樣的情況下，在消毒之前水的濁度應(yīng)小于2NTU以實(shí)現(xiàn)消毒目的。這也適用于使用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行水消毒以生產(chǎn)高品質(zhì)的水。所使用的技術(shù)是膜過(guò)濾以及臭氧和紫外線輻射的結(jié)合，這些技術(shù)為潛在地昂貴方法。對(duì)于來(lái)自食品生產(chǎn)、屠宰、紙漿和造紙廠和雨水的工業(yè)廢水再利用，遇到類(lèi)似處理挑戰(zhàn)和消毒要求。具有高的有機(jī)載荷的市政廢水和工業(yè)廢水的最后處理階段(其中包括消毒)稱為三級(jí)處理。
串聯(lián)雙混合介質(zhì)過(guò)濾器可以去除高濃度懸浮固體。其中每個(gè)過(guò)濾器利用給水被反沖洗至特定過(guò)濾器并且被確定尺寸至以恒定流量來(lái)操作的布置在實(shí)現(xiàn)高澄清度的同時(shí)也非常經(jīng)濟(jì)。這樣的過(guò)濾器可以產(chǎn)生濁度小于4NTU的水。雖然這是良好的性能，但是所產(chǎn)生的水的品質(zhì)不適合消毒以產(chǎn)生安全的高品質(zhì)水。還需要一個(gè)過(guò)濾階段，并且膜過(guò)濾通常是附加的最后階段。微濾膜和超濾膜實(shí)現(xiàn)在消毒之前所需要的澄清水平。與混合介質(zhì)過(guò)濾器相比，膜的一些缺點(diǎn)是由于更頻繁的反沖洗而引起的較高成本、較高的操作壓力和較低的水效率。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種適于解決如上所述的水污染和缺水的各方面的能量有效且成本有效的可替代水凈化方法。
考慮到這一目的，在第一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于處理水的方法，所述方法包括：在調(diào)節(jié)模塊中使用含氧氣體氧化處理用水的步驟，其中所述氧化過(guò)程在形成反應(yīng)性金屬自由基和羥基自由基的氧化性條件和pH條件下通過(guò)投放到所述調(diào)節(jié)模塊中的至少一種金屬鹽進(jìn)行催化。
在第二個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于處理水的設(shè)備，所述設(shè)備包括調(diào)節(jié)模塊，所述調(diào)節(jié)模塊具有：含氧氣體供應(yīng)裝置，以使得能夠使用含氧氣體來(lái)使水氧化;以及金屬鹽投放裝置，其用于向所述調(diào)節(jié)模塊供應(yīng)至少一種金屬鹽以在形成反應(yīng)性金屬自由基和羥基自由基的氧化性條件和pH條件下對(duì)水氧化過(guò)程進(jìn)行催化。
含氧氣體可以包括空氣。氧可以通過(guò)基于吸附或膜的合適的氧發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生。雖然不需要?dú)怏w供應(yīng)裝置在高壓下傳遞氣體，但是控制氣體流量是有利的。根據(jù)本發(fā)明所使用的主要氧化劑源是含氧氣體。這樣的氣體通常不如氧化劑例如過(guò)氧化氫和臭氧昂貴。操作通常也更安全。
申請(qǐng)人已經(jīng)注意到，上述方法不需要在高壓下進(jìn)行，比方說(shuō)大于兩個(gè)大氣壓。實(shí)際上，有利的操作壓力包括大氣壓并且不超過(guò)0.2MPa。也不需要水加熱設(shè)備。上述催化氧化過(guò)程在所述模塊的地理位置處、在用于水處理的可接受的速率下并且在環(huán)境溫度下(預(yù)計(jì)總是低于50℃)下進(jìn)行。因此，該過(guò)程可以在環(huán)境溫度、和環(huán)境壓力或如上述的有利的近環(huán)境壓力范圍下有利地進(jìn)行。這提高了安全性、能源效率并且降低了工廠資金和運(yùn)營(yíng)成本。因此，本說(shuō)明書(shū)中所述的金屬催化氧化過(guò)程區(qū)別于先前的加壓氧化過(guò)程。
金屬鹽可以有利地選自：水溶性鐵鹽、水溶性鋁鹽和水溶性錳鹽。這些金屬的氯化物和硫酸鹽(例如氯化鐵、氯化錳、氯化鋁和硫酸鋁)特別適合，不僅僅是因?yàn)樗x的可溶性金屬鹽——其作為在氧化性條件下溶液中的反應(yīng)性金屬自由基的來(lái)源——是催化氧化反應(yīng)過(guò)程的最佳選擇。任意這些金屬鹽均可以作為單一鹽被引入調(diào)節(jié)模塊中的水。鐵鹽是特別有利的實(shí)例，這是因?yàn)樵谘趸詶l件下，高度反應(yīng)性的金屬自由基(如鐵�；�(ferryl)離子)可以根據(jù)芬頓反應(yīng)型方案生成，但是不完全相同，這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明一般不需要過(guò)氧化氫(以及其他強(qiáng)氧化劑)和酸性pH條件。反應(yīng)性金屬自由基例如鐵�；杂苫邦�(lèi)似自由基(如錳�；�(manganyl)自由基)在中性到堿性條件下最穩(wěn)定。
更有利地是，選自上述鹽中的多種金屬鹽被組合引入到調(diào)節(jié)模塊中，以優(yōu)化形成共沉淀物或絮狀物的催化氧化，所述共沉淀物或絮狀物使得能夠從處理中的水去除有毒元素和有機(jī)化合物。有用組合的一個(gè)非限制性實(shí)例為鐵的氯化物、錳的氯化物或鋁的氯化物中的任意兩種或更多種的組合。這樣的金屬鹽與水形成酸性溶液，從而調(diào)節(jié)模塊處需要pH控制以確保用于元素(特別是與鐵、錳和鋁一起的重金屬和類(lèi)金屬)的氧化和共沉淀的有利的堿性條件得到保障(support)和維持。應(yīng)該或必須避免酸性條件。催化氧化反應(yīng)應(yīng)該至足夠的程度以降低水中元素和有機(jī)物的濃度，從而符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。不希望受理論約束，這樣的金屬鹽的引入促進(jìn)類(lèi)芬頓反應(yīng)，這種類(lèi)芬頓反應(yīng)生成高度反應(yīng)性自由基，如具有與臭氧可比的氧化能力的羥基和鐵酰基(涉及鐵的)自由基。這使得調(diào)節(jié)模塊中水的氧化速率最大化。
在調(diào)節(jié)模塊中水的溶解氧水平顯著增加。溶解氧水平自身的這種增加增強(qiáng)了調(diào)節(jié)模塊內(nèi)的催化氧化反應(yīng)，特別是在根據(jù)本發(fā)明的水處理通常所需的堿性條件下。這些反應(yīng)產(chǎn)生了對(duì)于金屬和有機(jī)物去除或去污所必需的大量且有效的氧化，而不需要在大多數(shù)情況下要引入的強(qiáng)氧化劑。
此外，引入所述至少一種金屬鹽(但更優(yōu)選為兩種或更多種金屬鹽)有助于通過(guò)氧化(礦化)、共沉淀、絮凝和/或凝結(jié)過(guò)程去除有機(jī)物和其他元素，這些過(guò)程本身通過(guò)催化氧化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的方法和設(shè)備中所使用的金屬鹽以及有利于礦化、氧化以及共沉淀物和絮狀物的形成的金屬鹽的最有效組合可以針對(duì)其絮凝劑特性進(jìn)行選擇。氯化鐵又是針對(duì)催化特性和絮凝劑特性進(jìn)行選擇的合適的金屬鹽實(shí)例。然而，聚合物絮凝劑更方便被投放到調(diào)節(jié)模塊中。聚合物絮凝劑(方便的是具有兩性特性的那些，如基于丙烯酸和丙烯酰胺的那些)在水為pH高于約9的強(qiáng)堿性時(shí)是特別有價(jià)值的。在那樣的pH范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的絮凝劑如明礬和氯化鐵可能失效。還可以使用陰離子型或陽(yáng)離子型絮凝劑。
除了水氧化以外，調(diào)節(jié)模塊還執(zhí)行另外的潛在功能。在調(diào)節(jié)模塊中可能會(huì)發(fā)生部分絮狀物和沉淀物的沉降，調(diào)節(jié)模塊可以包括用于去除這部分絮狀物和共沉淀物的固體去除裝置。因此，水處理在調(diào)節(jié)模塊中經(jīng)歷了相當(dāng)大程度的澄清。
由于調(diào)節(jié)模塊內(nèi)的所需單元操作(包括氧化、凝結(jié)、沉淀、絮凝以及消毒)依賴于pH，所以調(diào)節(jié)模塊有利地包括：pH調(diào)節(jié)裝置，用于根據(jù)需要投放酸或堿(更典型，因?yàn)樾枰獕A性條件)以提供通常在堿性范圍中的目標(biāo)pH。pH校正化學(xué)品有利地可以包括氫氧化鈉和熟石灰。通常較少地，可能需要pH校正化學(xué)品如硫酸和鹽酸。所有這些提到的化學(xué)品都是相對(duì)便宜的試劑。另外，可以規(guī)定，為了消毒在適當(dāng)pH條件下引入消毒劑(例如方便地呈二氧化氯形式的氯)以防止所述的方法和設(shè)備中的細(xì)菌生長(zhǎng)和礦泥的形成。
有時(shí)可能需要將附加化學(xué)品引入到調(diào)節(jié)模塊中。這樣的化學(xué)品可以包括常見(jiàn)水處理化學(xué)品：混凝劑金屬鹽、聚合物和其他絮凝劑、消毒劑(例如次氯酸鈉和二氧化氯)。所使用的化學(xué)品的范圍以及所使用的化學(xué)品投放單元的數(shù)目(一些單元可以投放與另一化學(xué)品混合的多于一種的化學(xué)品)隨待處理的水的總體過(guò)程執(zhí)行以及物化形態(tài)而改變。即，如果待被處理的水的形態(tài)或性質(zhì)需要，則可以只需要一些試劑。例如，具有低懸浮固體含量的水可能不需引入復(fù)雜的絮凝劑。
然而，實(shí)現(xiàn)飲用水標(biāo)準(zhǔn)所必需的氧化過(guò)程和澄清過(guò)程不在調(diào)節(jié)模塊中完成。預(yù)計(jì)必需使水在經(jīng)由水輸送線連接的適當(dāng)模塊中經(jīng)受進(jìn)一步大量氧化和澄清或者過(guò)濾。
為此，所述方法和設(shè)備應(yīng)包括另外的催化氧化模塊和過(guò)濾模塊。催化氧化模塊和過(guò)濾模塊雖然相互連接，但是在所述方法和設(shè)備中可以形成單獨(dú)的模塊。更方便地，所述方法和設(shè)備包括使氧化過(guò)程和過(guò)濾過(guò)程集成的單個(gè)模塊。這簡(jiǎn)化了工藝流程并且降低了根據(jù)上述水處理方法操作的水處理廠的資本成本和運(yùn)營(yíng)成本。
催化氧化和過(guò)濾模塊(該術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為結(jié)合了催化氧化和過(guò)濾功能二者的單個(gè)這樣的模塊，或者針對(duì)每個(gè)單元操作的單獨(dú)的催化氧化模塊和過(guò)濾模塊)包括粒料的床，通常為固定床的形式。選擇粒料(其可以包括粒料的混合物)來(lái)提供催化氧化和過(guò)濾功能。實(shí)際上，粒料形成催化過(guò)濾器。優(yōu)選的粒料是金屬氧化物催化劑，例如，特別優(yōu)選的是錳氧化物催化劑，其具有促進(jìn)元素與在調(diào)節(jié)模塊中所使用的鐵鹽、鋁鹽和錳鹽進(jìn)行氧化和共沉淀的功能。這樣的金屬氧化物方便地沉積在不同載體上，即，被不同載體所負(fù)載，所述載體包括硅砂、石榴石和沸石。另一類(lèi)催化粒料通過(guò)在具有大表面積的各種顆�；纳铣练e貴金屬來(lái)獲得。例如，金或鉑可以沉積在粒狀碳上。粒料的選擇可以取決于所需的催化效率，即，處理具有特定物理和化學(xué)特性的水流所必需的催化活性和氧化的程度。
粒料的粒徑應(yīng)該被優(yōu)化從而為促進(jìn)催化氧化反應(yīng)以及過(guò)濾能力提供表面積。重要的是，在氧化和過(guò)濾模塊中形成的共沉淀物以及來(lái)自調(diào)節(jié)模塊中的任何攜帶沉淀物或絮狀物在所述方法和設(shè)備的這一階段被去除。
可以選擇床深度和縱橫比(在圓形槽的情況下，為高度比直徑，或者高度比寬度、高度比其他橫向維度)來(lái)實(shí)現(xiàn)必要程度的催化氧化和過(guò)濾。
如果只是偶爾需要，可以向催化氧化和過(guò)濾模塊引入氧化劑，特別是強(qiáng)氧化劑如過(guò)氧化氫，以促進(jìn)特別是有機(jī)物以及在水中仍然存在的任何元素的催化高級(jí)氧化和沉淀。通過(guò)任意這樣的氧化劑的氧化是由如上所述的粒料催化劑催化的。使用多種金屬鹽可以觀察到芬頓反應(yīng)和芬頓類(lèi)反應(yīng)。如果存在鐵鹽，則這樣的反應(yīng)可以根據(jù)以下芬頓反應(yīng)方案進(jìn)行，所述芬頓反應(yīng)方案說(shuō)明了參與催化氧化和催化高級(jí)氧化的反應(yīng)性自由基的生成：
Fe2++H2O2->Fe3++OH0+OH-
OH0+H2O2->HO20+H2O
Fe3++HO20->Fe2++H++O2
Fe2++HO20->Fe3++HO2-
Fe2++HO0->Fe3++OH-
一些其他金屬可以提供類(lèi)似的反應(yīng)性自由基生成。錳是一個(gè)實(shí)例。對(duì)于這樣的合適金屬，可以用Mn或M來(lái)替換以上方案中的Fe。
高度反應(yīng)性羥基(比臭氧強(qiáng)的氧化劑)和鐵�；蚱渌饘僮杂苫诖呋呒�(jí)氧化中特別起作用以將有機(jī)材料降解或礦化。在礦化的情況下，有機(jī)材料被降解成二氧化碳、鹽和無(wú)機(jī)酸。病原體的礦化也會(huì)致使消毒，但是通常仍需要消毒劑。這樣的催化高級(jí)氧化通常不必去除金屬。
根據(jù)需要，如上所述的這類(lèi)氧化劑也可以與另外任意所需試劑(特別是金屬鹽催化劑或pH校正化學(xué)品)一起投放到調(diào)節(jié)模塊中或使調(diào)節(jié)模塊與催化氧化和過(guò)濾模塊互連的線路中，如果不需要也可以潛在地替代消毒劑。
所述方法和設(shè)備需要水輸送裝置以將水從調(diào)節(jié)模塊傳送至催化氧化模塊。雖然這可能會(huì)通過(guò)重力進(jìn)行，但可能需要至少一個(gè)泵來(lái)用于調(diào)節(jié)模塊與催化氧化模塊之間的水輸送。泵的選擇應(yīng)該避免絮狀物和共沉淀物的剪切干擾到必需的過(guò)濾的程度以使來(lái)自催化氧化和過(guò)濾模塊中的水的這些絮狀物/共沉淀物滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。螺桿泵(progressivecavity pump)可能是特別合適的。
有利地將來(lái)自調(diào)節(jié)模塊的水以受控速率泵送通過(guò)催化氧化和過(guò)濾模塊。這允許更有效的催化氧化和過(guò)濾。
調(diào)節(jié)模塊或催化氧化和過(guò)濾模塊均可以執(zhí)行除上述之外的單元操作。例如，調(diào)節(jié)模塊可以被配置成進(jìn)行水軟化。
在所述方法和設(shè)備中處理的原水可以來(lái)自初級(jí)源(例如地下水)或已經(jīng)經(jīng)由初級(jí)處理去除大型固體、油脂和重質(zhì)石油烴的經(jīng)處理過(guò)的水，為了這些目的，使用本領(lǐng)域那些技術(shù)人員已知的專業(yè)設(shè)備用于上述去除處理。原水可以含有高水平的重金屬。
經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)模塊以及催化氧化和過(guò)濾模塊兩者中的水處理之后，可獲得產(chǎn)品飲用水以供應(yīng)給用戶�？梢詫⑦@樣的水儲(chǔ)存在產(chǎn)品水儲(chǔ)存容器中。
調(diào)節(jié)模塊以及催化氧化和過(guò)濾模塊中的每一模塊均需要使單元操作在包括于各模塊內(nèi)的容器(典型地，槽)中進(jìn)行。應(yīng)該使用盡可能少的槽以降低成本。
對(duì)于許多應(yīng)用，在各模塊中有單個(gè)容器(方便地，槽)便足夠了。一些應(yīng)用可能在各模塊中需要兩個(gè)容器。
如果調(diào)節(jié)模塊包括多個(gè)容器或槽，則可以使一個(gè)槽經(jīng)受通風(fēng)(通過(guò)空氣或另外氣體)并且使第二槽經(jīng)受充氧(通過(guò)氧氣或富氧氣體)以使得能夠進(jìn)行更復(fù)雜的處理方案。
催化氧化和過(guò)濾模塊可以包括多個(gè)容器或槽以用于在原水中存在高的懸浮固體含量(或者由于催化氧化而引起)的應(yīng)用。在這樣的情況下，第一過(guò)濾槽可以包括僅執(zhí)行過(guò)濾的過(guò)濾床，第二槽或后續(xù)槽還執(zhí)行催化氧化�；蛘撸诖呋趸瓦^(guò)濾模塊中的所有槽都可以執(zhí)行催化氧化和過(guò)濾兩者。槽之間粒料可以具有不同的精度(resolution)(即，粒徑分布，中值粒度)。如果使用兩個(gè)或更多個(gè)槽，則第一槽可以具有精度比在第二槽和任何后續(xù)槽中使用的粒料更粗的過(guò)濾床。
可以采用模塊構(gòu)造法用于本發(fā)明的水處理設(shè)備，在水處理能力放大時(shí)以串聯(lián)或并聯(lián)的方式添加另外的容器。申請(qǐng)人的研究表明：使用一個(gè)或兩個(gè)容器可以將水處理至飲用標(biāo)準(zhǔn)，雖然這將具體取決于處理能力和將金屬鹽和另外試劑投入調(diào)節(jié)模塊中的速率。對(duì)于給定的水處理能力，所使用的容器越少，根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備所構(gòu)造和運(yùn)行的水處理廠將越成本有效。
容器(典型地，槽)可以設(shè)置為用于再循環(huán)至本身或再循環(huán)至同一模塊或不同模塊中的另外槽中。也就是說(shuō)，容器可以以間歇或者以連續(xù)模式操作。可以監(jiān)控槽水位并且所實(shí)施的處理方法取決于槽水位，一些過(guò)程僅在槽基本充滿的情況下進(jìn)行。
調(diào)節(jié)模塊中所使用的一個(gè)或更多個(gè)槽可以被設(shè)置有用于將水導(dǎo)向催化氧化和過(guò)濾模塊的溢流布置。
出于衛(wèi)生的原因，可以將一個(gè)或更多個(gè)調(diào)節(jié)槽包封，但這不像需要用于加壓氧化的加壓的情況那樣是強(qiáng)制性的。催化氧化和過(guò)濾模塊中所使用的一個(gè)或更多個(gè)槽是包封的并且通常在催化過(guò)濾床上方包封出頂部空間�？梢园ǚ峙淦饕詫⑺峙湓诖呋^(guò)濾床的表面上以使串槽的可能性或空隙度(voidage)最小化。
預(yù)期所述方法和設(shè)備不適用于脫鹽操作(即，去除待處理的水中的可溶鹽——如果存在的話)。脫鹽包括例如去除氯化物，尤其是從鹽水(通常是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)中僅有的永久水源)去除氯化鈉。如果需要，可以在調(diào)節(jié)模塊以及催化氧化和過(guò)濾模塊的下游進(jìn)行水的脫鹽。膜法最可能適用于脫鹽應(yīng)用。
考慮到脫鹽和另外可能的下游污染物去除過(guò)程(尤其是離子交換)，可以通過(guò)在先前的調(diào)節(jié)模塊以及催化氧化和過(guò)濾模塊中產(chǎn)生沒(méi)有重金屬和有機(jī)物的完全澄清水來(lái)使這樣的方法更為經(jīng)濟(jì)有效。
應(yīng)該使調(diào)節(jié)和過(guò)濾模塊以規(guī)則間隔經(jīng)受反沖洗以防止催化過(guò)濾床被沉淀物和其他污染物堵塞。在常規(guī)的自來(lái)水廠，用于反沖洗過(guò)濾器的水通常存儲(chǔ)在單獨(dú)的槽中。還需要專門(mén)的泵和管件(plumbing)。對(duì)于壓力過(guò)濾，常用的解決方案是使用三個(gè)或更多個(gè)過(guò)濾器并且通過(guò)如下方式一次反沖洗一個(gè)過(guò)濾器：將離開(kāi)其他過(guò)濾器的水反向引導(dǎo)穿過(guò)待反沖洗的過(guò)濾器的床。通過(guò)免去用于反沖洗的水存儲(chǔ)使這樣的工廠相對(duì)緊湊。然而，可能需要許多過(guò)濾單元和閥。本發(fā)明的方法和設(shè)備不需要用于反沖洗的水存儲(chǔ)或復(fù)雜的過(guò)濾單元/閥/泵布置。沉淀物和其他固體可以通過(guò)任何常規(guī)方式分離。將反沖洗水再循環(huán)至調(diào)節(jié)模塊或者甚至原水存儲(chǔ)處也可以是方便且成本有效的。
在需要反沖洗一個(gè)或更多個(gè)催化過(guò)濾器的情況下，在關(guān)閉原水供應(yīng)的情況下將所述方法和設(shè)備方便地切換至間歇模式。然后以閉合回路的方式將來(lái)自調(diào)節(jié)模塊的水泵送穿過(guò)催化氧化和過(guò)濾模塊并且返回調(diào)節(jié)模塊。在水具有適用于反沖洗的品質(zhì)的情況下，則執(zhí)行反沖洗。反沖洗水不一定具有與成品水相同的品質(zhì)。
在原水品質(zhì)由于自然災(zāi)害引起的洪水或源自人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的意外污染而嚴(yán)重劣化的情況下，將工廠切換至間歇模式處理也可以是有用的。然而，在這種情況下，將離開(kāi)催化氧化模塊的水優(yōu)選地導(dǎo)向產(chǎn)品水存儲(chǔ)處，而非將其導(dǎo)向調(diào)節(jié)模塊中的槽。雖然工廠的能力比連續(xù)模式下的能力低，但是與在連續(xù)模式下相比，單個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間靈活并且工廠可以處理較高程度的水污染。
細(xì)顆粒可能不時(shí)地從催化過(guò)濾床漏出，如果有必要，可以包括細(xì)過(guò)濾器以攔截這樣的顆粒，防止夾帶在通過(guò)本發(fā)明的方法和設(shè)備所制造的飲用水中并且防止導(dǎo)向用戶或作為產(chǎn)品水存儲(chǔ)。
本發(fā)明的方法和設(shè)備可適用于處理來(lái)自初級(jí)源(例如地下水)的水、處理廢水用于再利用或安全處置以及處理用于污染地點(diǎn)的治理的水。該方法尤其可適用于經(jīng)重金屬污染的水和需要進(jìn)行處理以降低溶解金屬和酸度的酸性礦物排水的處理。
根據(jù)下面的本發(fā)明的水處理設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案的非限制性描述可以更全面理解所述水處理方法和設(shè)備。
