專利名稱：處理酸性廢水的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及酸性工業(yè)廢水的處理，具體而言，涉及使得用以處理廢水的反滲透系統(tǒng)中的沉淀最小化。
2.相關(guān)技術(shù)的內(nèi)容伴隨磷酸鹽生產(chǎn)操作的廢水通常為酸性，并且通常帶有氟化物、氨、二氧化硅、硫酸鹽、鈣、重金屬和磷酸鹽物質(zhì)。已經(jīng)將多種技術(shù)用以在廢水可以排放之前降低這類污染物的含量。例如，雙浸灰法以及隨后氣提是一種常用技術(shù)。該方法采用在兩個(gè)階段中添加石灰來促進(jìn)氟化物物質(zhì)和磷酸鹽物質(zhì)的沉淀，隨后經(jīng)高pH空氣汽提來除去氨。在另一種技術(shù)中，用包含化學(xué)沉淀后反滲透的技術(shù)處理廢水。與雙浸灰法類似，這種技術(shù)提高流入廢水的pH以在反滲透步驟之前促進(jìn)沉淀和固體分離。通常伴隨升高廢水pH值的高化學(xué)成本使這類方法在經(jīng)濟(jì)上無吸引力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一種或多種實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種廢水處理系統(tǒng)，包含流入液源，該流入液源包含pH低于約3.5的待處理廢水；與流入液源流體連接的第一反滲透系統(tǒng)；設(shè)置成在第一反滲透系統(tǒng)下游引入堿的堿源；與第一反滲透系統(tǒng)的下游以及堿源流體連接的第二反滲透系統(tǒng)。
根據(jù)一種或多種實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種處理pH低于約3.5的廢水的方法。該方法包含以下步驟在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分各種污染物；在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分各種污染物之后，將第一分離系統(tǒng)流出物的pH調(diào)節(jié)為至少約6或更高；以及將第一分離系統(tǒng)流出物的pH調(diào)節(jié)為至少約6或更高之后，在第二分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分各種污染物。
根據(jù)一種或多種實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種處理廢水的方法。該方法包含以下步驟抑制在廢水中促進(jìn)氟化物離子和硅酸鹽離子至少一種形成的條件；在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去各種污染物；促進(jìn)氟化物離子和硅酸鹽離子至少一種形成；在促進(jìn)氟化物離子和硅酸鹽離子至少一種形成之后，從廢水除去任何污染物來生產(chǎn)經(jīng)處理的流出物。
根據(jù)一種或多種實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種處理廢水的方法。該方法包含以下步驟保持廢水中任何沉淀污染物的平衡條件；從廢水除去磷酸鹽、溶解的固體、氨、有機(jī)的及膠態(tài)材料中任一種；在從廢水除去溶解的固體、氨、有機(jī)的及膠態(tài)材料中任一種之后，調(diào)節(jié)廢水中至少一種沉淀污染物的平衡條件；調(diào)節(jié)廢水中至少一種沉淀污染物的平衡條件之后，從廢水除去任何殘存的氟化物、氨或溶解的固體來生產(chǎn)經(jīng)處理的流出物。
本發(fā)明提供一種用反滲透系統(tǒng)從廢水除去氟化物和二氧化硅的方法，該方法降低反滲透系統(tǒng)中結(jié)垢的趨勢。在本發(fā)明這種方式的情形中，該方法能夠促進(jìn)廢水中利于氟硅酸形成的條件并將含有氟硅酸的廢水引向反滲透系統(tǒng)。當(dāng)廢水穿過反滲透系統(tǒng)時(shí)，從廢水中除去氟硅酸形式的氟化物和二氧化硅。第二階段反滲透系統(tǒng)可用于除去另外的氟化物和二氧化硅。這種情形中，保持第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物中利于氟化物和硅酸鹽離子形成的條件。由此，當(dāng)廢水穿過第二反滲透系統(tǒng)時(shí)，氟化物和硅酸鹽離子形式的另外的氟化物和二氧化硅被除去。
此外，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)從廢水除去藻類。在一種具體實(shí)施方案中，廢水為酸性。為從廢水除去藻類，將氯或氯副產(chǎn)物添加到廢水中以殺死藻類。另外，在經(jīng)歷了用氯或氯副產(chǎn)品處理之后，添加膨潤土，藻類被膨潤土吸附和或失穩(wěn)。然后可用常規(guī)處理方法除去藻類。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過壓載式(ballasted)絮凝分離系統(tǒng)除去藻類和/或懸浮物。在這種方法中，被吸附的藻類和膨潤土在廢水中形成固體。在壓載式絮凝方法中，將絮凝劑和不溶顆粒物添加到廢水中以形成絮凝混合物。絮凝混合物構(gòu)成從廢水沉淀的包括被吸附藻類和膨潤土的絮狀物。
當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、新特征和目標(biāo)將從以下本發(fā)明的詳細(xì)描述變得明顯，附圖中的一些是示意性的，并不意在按比例繪制。圖中，多幅圖中圖解的每個(gè)相同或幾乎相同的組件用單一的數(shù)字表示。為清楚起見，當(dāng)不需要圖解來使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明時(shí)，既未在每幅圖中標(biāo)注每個(gè)組件，也未標(biāo)注本發(fā)明每種實(shí)施方案所示的每個(gè)組件。
附圖簡述參照附圖借助實(shí)施例描述本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案，其中

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方案的廢水處理系統(tǒng)的工藝流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方案的壓載式分離系統(tǒng)的示意圖；圖3是一幅表示根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方案作為pH函數(shù)的硫酸鹽與硫酸氫鹽物質(zhì)的平衡相對組成的圖；圖4是一幅表示根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方案作為pH函數(shù)的氫氟酸與氟化物物質(zhì)的平衡相對組成的圖；圖5是一幅表示作為pH函數(shù)的銨與氨物質(zhì)的平衡相對組成的圖；圖6是一幅表示作為pH函數(shù)的磷酸與磷酸鹽物質(zhì)的平衡相對組成的圖表。
發(fā)明詳述含有二氧化硅、硫酸鈣、磷酸鈣、氟化鈣以及任何其它會(huì)在中性或近中性pH條件下沉淀的物質(zhì)的廢水處理存在結(jié)垢的問題。例如，當(dāng)這類廢水從中通過時(shí)，反滲透單元操作或系統(tǒng)形成結(jié)垢。其它潛在的污垢問題包括那些伴隨可溶有機(jī)化合物的以及來自有機(jī)物質(zhì)的問題。因此，這類系統(tǒng)面臨很大的運(yùn)轉(zhuǎn)成本，例如但不限于膜清洗和/或置換以及高化學(xué)消耗。因而，本發(fā)明提供處理廢水的系統(tǒng)和方法，分階段利用化學(xué)平衡性質(zhì)來生產(chǎn)適于在規(guī)定的排水道中排放的流出物。例如，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠生產(chǎn)流出物，即經(jīng)處理的廢水，該流出物具有能滿足排水要求的低濃度的溶解固體、氟化物、氨、磷酸鹽和硫酸鹽物質(zhì)。由此，根據(jù)一種或多種實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種廢水處理系統(tǒng)，包含流入液源，該流入液源包含pH低于約3.5的待處理廢水；與流入液源流體連接的第一反滲透系統(tǒng)；設(shè)置成在第一反滲透系統(tǒng)下游引入堿的堿源；與第一反滲透系統(tǒng)下游與堿源流體連接的第二反滲透系統(tǒng)。該廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步包含流體連接在流入液源與第一反滲透系統(tǒng)之間的澄清器。該廢水處理系統(tǒng)可進(jìn)一步包含流體連接在流入液源與第一反滲透系統(tǒng)之間的多種介質(zhì)型或其它類型的過濾器。該廢水處理系統(tǒng)還可進(jìn)一步包括設(shè)置成在第一反滲透系統(tǒng)廢水上游加入酸的酸源。該廢水處理系統(tǒng)還可包括流體連接第二反滲透25系統(tǒng)的下游的混合床脫鹽器。根據(jù)另一種實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種處理pH低于約3.5的廢水的方法。該方法可以包含以下步驟在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分任何不期望的物質(zhì)；在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分任何不期望的物質(zhì)之后，將第一分離系統(tǒng)流出物的pH調(diào)節(jié)為至少約6；以及將第一分離系統(tǒng)流出物的pH調(diào)節(jié)為至少約6之后，在第二系統(tǒng)中從廢水除去至少部分各種不期望的物質(zhì)。該方法可進(jìn)一步包含在進(jìn)行在第一分離單元操作中除去至少部分任何不期望物質(zhì)的步驟之前，澄清廢水的步驟。該方法可進(jìn)一步包含在進(jìn)行在第一分離系統(tǒng)中除去至少部分任何不期望物質(zhì)的步驟之前，從廢水除去各種有機(jī)物的步驟。除去任何有機(jī)物的步驟可以包含向廢水添加殺菌劑、凝結(jié)劑和絮凝劑。該方法可進(jìn)一步包含在進(jìn)行在第一分離系統(tǒng)中除去至少部分任何不期望物質(zhì)的步驟之前，從廢水除去各種細(xì)微固體的步驟。該方法可進(jìn)一步包含在進(jìn)行在第一分離系統(tǒng)中除去至少部分任何不期望物質(zhì)的步驟之前，調(diào)節(jié)廢水的pH約為3的步驟。該方法可進(jìn)一步包含將來自第二分離系統(tǒng)的經(jīng)處理廢水中氨和磷酸鹽中任一種減少至遵從所設(shè)立的EPA要求的水平的步驟。
根據(jù)再一種實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種處理廢水的方法。該方法包含以下步驟抑制在廢水中促進(jìn)氟化物離子和硅酸鹽離子至少一種形成的條件；促進(jìn)廢水中形成或保持二氧化硅與氟化物的絡(luò)合物質(zhì)的條件；在促進(jìn)形成或保持二氧化硅與氟化物的絡(luò)合物質(zhì)的條件的同時(shí)從廢水中除去至少一種不期望的物質(zhì)；在從廢水中除去至少一種不期望的物質(zhì)之后，調(diào)節(jié)廢水的條件以抑制絡(luò)合物質(zhì)的形成。該方法可進(jìn)一步包含在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去任何不期望物質(zhì)之前，除去至少部分任何有機(jī)物的步驟。
根據(jù)其它實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種處理廢水的方法。該方法包含以下步驟保持廢水中任何沉淀物質(zhì)的平衡條件；從廢水除去溶解的固體、氨、有機(jī)的及膠態(tài)材料中任一種；在從廢水除去溶解的固體、氨、有機(jī)的及膠態(tài)材料中任一種之后，調(diào)節(jié)廢水中至少一種沉淀物質(zhì)的平衡條件；調(diào)節(jié)廢水中至少一種沉淀物質(zhì)的平衡條件之后，從廢水除去任何殘存的氟化物、氨或溶解的固體材料來生產(chǎn)經(jīng)處理的流出物。從廢水除去溶解的固體、氨、有機(jī)的及膠態(tài)材料中任一種的步驟可以在保持廢水中任何沉淀物質(zhì)的平衡條件的同時(shí)進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種處理廢水的方法。該方法可以包含以下步驟促進(jìn)廢水中形成或保持二氧化硅與氟化物的絡(luò)合物質(zhì)的條件；在促進(jìn)形成或保持二氧化硅與氟化物的絡(luò)合物質(zhì)的條件的同時(shí)從廢水中除去至少一種不期望的物質(zhì)；在從廢水中除去至少一種不期望的物質(zhì)之后，調(diào)節(jié)條件以抑制氧化硅與氟化物的絡(luò)合物質(zhì)的形成；以及在調(diào)節(jié)條件抑制絡(luò)合物質(zhì)形成之后，從廢水除去任何殘存的不期望的物質(zhì)來生產(chǎn)經(jīng)處理的流出物。根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案，圖1表示廢水處理系統(tǒng)10，該系統(tǒng)可以包含與廢水源14中的廢水流入液流體連接的第一預(yù)處理系統(tǒng)12。廢水處理系統(tǒng)10可進(jìn)一步包含與第一預(yù)處理系統(tǒng)12流體連接的第二預(yù)處理系統(tǒng)16。第一分離系統(tǒng)18和第二分離系統(tǒng)20通常流體連接到第一和/或第二預(yù)處理系統(tǒng)12和16下游。經(jīng)處理的廢水流出物通常在送去排放24之前，在終處理系統(tǒng)22中經(jīng)歷進(jìn)一步的處理。
流入液可以是適于按照本發(fā)明處理的任何來源的廢水。例如，適宜的流入液廢水可以是所收集的具有偏酸pH的廢水，例如來自磷酸鹽生產(chǎn)操作的那些廢水。
第一預(yù)處理系統(tǒng)可以包含一個(gè)或多個(gè)單元操作，所述操作除去諸如藻類的有機(jī)物并且降低流入液廢水流在其pH值下的濁度。適宜的預(yù)處理系統(tǒng)可以包含具有壓載式絮凝子系統(tǒng)的澄清器。圖2表示一種此類的示例單元，具有凝結(jié)段、熟化段、沉降段和水力漩流段。澄清器30可以使用殺菌劑，如次氯酸鈉，使廢水流中的任何微生物或有機(jī)物失活；凝結(jié)劑，例如但不限于膨潤土、硫酸鋁和氯化鐵，來促進(jìn)失活物質(zhì)的凝結(jié)；以及絮凝劑，例如但不限于非離子型、陽離子型和陰離子型聚合物或其組合，來促進(jìn)失活的、凝結(jié)的物質(zhì)的絮凝。該澄清器可以采用細(xì)沙增強(qiáng)沉降和水力漩流技術(shù)來從富液流中分離淤漿或固體。這類系統(tǒng)優(yōu)選將廢水流的濁度降至低于約3NTU。
第二預(yù)處理系統(tǒng)包含一個(gè)或多個(gè)單元操作，所述操作除去細(xì)微固體和/或改善廢水流的濁度。適宜的系統(tǒng)可以包含采用無煙煤、砂和石榴石中任一種的多種介質(zhì)過濾器。這類系統(tǒng)優(yōu)選將廢水的濁度降至低于約2NTU并將SDI降至低于約4，以降低下游污垢的可能性。
第一和第二分離系統(tǒng)從廢水中除去污染物或不期望的物質(zhì)，使它適于排放入水體。如文中所用，短語“適于排放”是指經(jīng)處理的廢水具有符合或超過United States EPA排放要求的污染物濃度。例如，第一和第二分離系統(tǒng)可以包含一個(gè)或多個(gè)適于在廢水條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的反滲透設(shè)備。經(jīng)處理的廢水流出物通常具有如表1中所列的污染物濃度。
表1流出物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(mg/l)

因而，根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案，第一分離系統(tǒng)l8可以包含一個(gè)或多個(gè)具有分離膜(未示出)的反滲透裝置，適于提供廢水處理，例如pH低于約3且流速約6-約12GFD的含鹽水，因?yàn)閾?jù)信大于約12GFD的高流速會(huì)引起污垢而小于約6GFD的流速會(huì)導(dǎo)致滲透質(zhì)量低。類似地，第二分離系統(tǒng)20可以包含一個(gè)或多個(gè)具有分離膜(未示出)的反滲透裝置20，適于提供廢水處理，例如pH約6-約7且流速約15-約20GFD的含鹽水。和第一分離系統(tǒng)的反滲透系統(tǒng)一樣，較高的流速會(huì)引起不能接受的污垢，而較低的流量會(huì)使?jié)B透質(zhì)量變劣。任何反滲透裝置都可用在第一或第二分離系統(tǒng)中。適宜的例子包括那些可從United States Filter Corporation，Milton，Ontario，Canada商業(yè)獲得的裝置。適于用在根據(jù)本發(fā)明的反滲透裝置中的膜包括可從FiimTec獲得的FILMTEC BW30-365膜，F(xiàn)ilmTec是The DowTMChemical Corporation，Midland，Michigan的一個(gè)子公司。可使第一分離系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH低于約3.5的廢水，以促進(jìn)硫酸氫鹽物質(zhì)的形成和/或除去，以抑制硫酸鹽物質(zhì)的形成并降低硫酸鈣結(jié)垢的趨勢。還可使第一分離系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH低于約3.5的廢水，以促進(jìn)氟硅酸物質(zhì)的形成和/或去除，以降低氧化硅和氟化鈣或二者結(jié)垢的趨勢。還可使第一分離系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH低于約3.5的廢水，以促進(jìn)磷酸物質(zhì)的形成和/或去除，以降低磷酸鈣結(jié)垢的趨勢。還可使第一分離系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH低于約3.5的廢水，以降低金屬結(jié)垢的趨勢。還可使第一分離系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH低于約3.5的廢水，以促進(jìn)銨物質(zhì)的形成和/或去除，以提高氨的逃逸速度?？墒沟诙蛛x系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH約6-約7的廢水，來促進(jìn)氟化物物質(zhì)的形成和/或除去，以促進(jìn)這類物質(zhì)的去除?？墒沟诙蛛x系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH約6-約7的廢水，來促進(jìn)硅酸鹽物質(zhì)的形成和/或除去，以促進(jìn)這類物質(zhì)的去除?？墒沟诙蛛x系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH約6-約7的廢水，來促進(jìn)磷酸鹽物質(zhì)的形成和/或除去，以促進(jìn)這類物質(zhì)的去除?？墒沟诙蛛x系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來處理pH約6-約7的廢水，來促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的形成和/或除去，以促進(jìn)這類物質(zhì)的去除。在第一和第二分離系統(tǒng)中可以采用其它技術(shù)來除去污染物或者其它不期望的物質(zhì)，包括但不限于電滲析、電消電離、微濾和蒸發(fā)/濃縮。一些情形中，廢水處理系統(tǒng)可以進(jìn)一步包含被設(shè)置以在預(yù)處理系統(tǒng)或任一個(gè)分離系統(tǒng)的上游的廢水中引入防垢劑和/或凝結(jié)劑的防垢劑和/或凝結(jié)劑源。在根據(jù)本發(fā)明的各種單元操作中抑制結(jié)垢形成的任何適宜防垢劑都可以使用。防垢劑可以以各制造商推薦的使用，但是通常以約3-約4ppm的濃度使用。終處理系統(tǒng)22可以包含一個(gè)或多個(gè)單元操作，所述操作進(jìn)一步從經(jīng)處理的廢水降低任何污染物或不期望的物質(zhì)并使它適于排放。例如，終處理系統(tǒng)22可以包含一個(gè)或多個(gè)混合床脫鹽器，將氨含量降至低于約1mg/l。混合床15通?？梢园环N或多種陰離子和陽離子交換樹脂，吸引并結(jié)合經(jīng)處理的廢水中的殘存的帶電物質(zhì)。離子交換樹脂可以以任何適宜的排列存在于混合床中，以進(jìn)一步凈化經(jīng)處理的廢水。適宜的離子交換樹脂的例子包括可從TheDowTMChemical Corporation，Midland，Michigan獲得的DOWEXTMMARATHONTM樹脂系列以及可從Rohm and Hass Company，Philadelphia，Pennsylvania獲得的AMBERLITETM樹脂系列。廢水處理系統(tǒng)10通常進(jìn)一步包含酸源26和堿源28。酸源26通常與第一分離系統(tǒng)18的入口流連接，堿源28通常與第二分離系統(tǒng)20的入口流連接。在這種排列中，來自酸源26的酸可以調(diào)節(jié)第一分離系統(tǒng)18中待處理廢水的一種或多種化學(xué)性質(zhì)。例如，可以調(diào)節(jié)第一分離系統(tǒng)18入口30中待處理廢水的pH以控制和/或保持一種或多種化學(xué)物質(zhì)的溶解度或平衡，包括例如通過例如提高這類物質(zhì)的溶解度和/或促進(jìn)包含這類不然就會(huì)沉淀的物質(zhì)的絡(luò)合物質(zhì)的形成來抑制沉淀物質(zhì)的形成。
根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案，可將酸引入入口30并與待處理的廢水混合以促進(jìn)、保持亦或變更平衡條件，來抑制任何硫酸鹽(SO42-)物質(zhì)的形成和/或促進(jìn)任何硫酸氫鹽(HSO4)物質(zhì)的形成。如圖3中所示，硫酸鹽和硫酸氫鹽物質(zhì)的平衡相對組成作為pH的函數(shù)變化。較低的pH條件能促進(jìn)硫酸氫鹽物質(zhì)的形成，而較高的pH條件能促進(jìn)硫酸鹽物質(zhì)的形成。因此，控制pH能影響硫酸鹽物質(zhì)的可得性，該物質(zhì)通常易于在本發(fā)明的分離系統(tǒng)中沉淀。
在另外的實(shí)施方案中，采用添加酸來促進(jìn)、保持亦或變更平衡條件，以促進(jìn)氟硅酸的形成和/或抑制氧化硅與氟化物物質(zhì)的沉淀。如圖4中所示，氫氟酸和氟化物物質(zhì)的平衡相對組成作為pH的函數(shù)變化。較低的pH條件能促進(jìn)氫氟酸物質(zhì)的形成，而較高的pH條件能促進(jìn)氟化物物質(zhì)的形成。因此，控制pH能影響氫氟酸物質(zhì)的可得性，這進(jìn)而影響氟硅酸物質(zhì)的形成并降低沉淀氧化硅或硅酸鹽物質(zhì)的可得性。
在再一些實(shí)施方案中，采用添加酸來促進(jìn)、保持亦或變更平衡條件，以提高磷酸鹽物質(zhì)例如但不限于磷酸鈣的溶解度。例如可將待引入第一分離系統(tǒng)18的入口30中的廢水的pH保持在或調(diào)節(jié)至低于約3，通常低于約2.8，某些情形下低于約2.5，另有一些情形中至約2。
根據(jù)本發(fā)明，可以使用能將流的pH降低至或保持在期望的pH范圍的任何酸。適宜的例子包括鹽酸、硫酸或其混合物。具體酸的選擇取決于若干固素，包括但不限于可供性和成本以及其它處理要考慮的因素。例如，鹽酸可能比硫酸優(yōu)選，來避免任何硫酸鹽物質(zhì)濃度的升高。
同樣的，來自堿源28的堿可用以調(diào)節(jié)第二分離系統(tǒng)20中待處理廢水的一種或多種化學(xué)性質(zhì)。如同采用酸添加的情形，可將添加堿有利地用以控制和/或保持一種或多種化學(xué)物質(zhì)的溶解度或平衡。例如，可以調(diào)節(jié)來自第一分離系統(tǒng)18的經(jīng)處理的廢水的pH來促進(jìn)硅酸鹽或氟化物物質(zhì)或二者的形成，以利于在第二分離系統(tǒng)20中將其從廢水流中除去。類似地，可以調(diào)節(jié)該pH以促成磷酸鹽和氨物質(zhì)的形成，以利于在第二分離系統(tǒng)20中將其從廢水流中除去。因此，根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案，可將第二分離系統(tǒng)20的入口32中廢水的pH提升至至少約6，在某些情形中至少約6.5，另外一些情形中在約6與約7之間。pH升高也能促進(jìn)有機(jī)鹽的形成以及它們在第二分離系統(tǒng)20中的去除，以改善流出物的TOC質(zhì)量。如圖5中所示，銨和氨物質(zhì)的平衡相對組成作為pH的函數(shù)變化。較低的pH條件能促進(jìn)氨物質(zhì)的形成，這會(huì)促進(jìn)其在第一分離系統(tǒng)中的去除。此外，如圖6中所示，磷酸和磷酸鹽物質(zhì)的平衡相對組成作為pH的函數(shù)變化?？梢钥刂苝H條件來促進(jìn)H2PO4-物質(zhì)的形成，這會(huì)促進(jìn)其在第二分離系統(tǒng)中的去除。根據(jù)本發(fā)明，可以使用能將流的pH提升至期望的pH范圍的任何堿。適于用作堿的例子包括苛性鈉或氫氧化鈉、苛性鉀或氫氧化鉀。優(yōu)選地，酸和堿包含適于排放到水體的物質(zhì)。如文中所用，術(shù)語“污染物”和“不期望的物質(zhì)”是指廢水中或經(jīng)處理的廢水中具有限定的濃度限度的物質(zhì)。污染物包括例如包含鈣、鎂、鈉、鉀、鋁、鋇、銨、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽、硝酸鹽、氟化物、氧化硅、鐵和錳的物質(zhì)。如文中所用，術(shù)語有機(jī)物可以包括細(xì)菌、微生物、藻類以及包含這類物質(zhì)的懸浮固體。還如文中所用，術(shù)語“使…失活”是指使有機(jī)物適于凝結(jié)和/或絮凝。本發(fā)明這些和其它實(shí)施方案的功能和優(yōu)點(diǎn)將從以下實(shí)施例更為充分地理解。以下實(shí)施例想要舉例說明本發(fā)明的利處，但不例示本發(fā)明的全部范圍。
實(shí)施例這個(gè)實(shí)施例表示根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方案的廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。具體而言，圖l中示意性示出的廢水處理系統(tǒng)10帶有分別包括澄清器和多種介質(zhì)型過濾器的預(yù)處理系統(tǒng)14和16。該廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步包含包括第一反滲透裝置的第一分離系統(tǒng)18和包括第二反滲透裝置的第二分離系統(tǒng)20。該處理系統(tǒng)還包括包括混合床脫鹽器的終處理系統(tǒng)22。
澄清器包括可從OTV SA獲得的ACTIFLO處理系統(tǒng)，用NaOCl使至少部分任一種有機(jī)物質(zhì)失活。澄清器也可用約80-約250mg/l的膨潤土來促進(jìn)失活有機(jī)物的凝結(jié)，取決于使有機(jī)物凝結(jié)所需的量。也可將來自Betz Dearborn，Downers Grove，Illinois的高分子量聚合物P1142，即一種非離子型聚合劑，用于澄清器中以促進(jìn)凝結(jié)的失活有機(jī)物的絮凝。該絮凝劑以約1mg/l的濃度引入。澄清器的流出物具有低于約3NTU的濁度。使澄清器的淤漿和其它半固體廢料返回聚集池，或另做處理。
多種介質(zhì)型過濾器采用包括無煙煤、砂和石榴石的介質(zhì)，以將廢水的濁度降至低于約2NTU并將SDI降至低于約4。
混合床脫鹽器采用DOWEXTMMARATHONTMA和DOWEXTMMARATHONTMC離子交換樹脂的混合床，每種都可以從The DowTMChemical Corporation，Midland，Michigan獲得?；旌洗裁擕}器用于進(jìn)一步將NH3的濃度控制在低于約1mg/l，將PO4物質(zhì)的濃度降至低于約0.5mg/l。
第一反滲透裝置采用從FilmTec公司獲得的FILMTECTMBW30-365膜，F(xiàn)ilmTec是The DowTMChemical Corporation，Midland，Michigan的一個(gè)子公司。它在約250-300psig的操作壓力及約10GFD的平均流速下運(yùn)轉(zhuǎn)。第二反滲透裝置也采用FILMTECTMBW30-365膜。它在約8GFD的平均流速下操作。如果需要，在第一反滲透裝置中處理之前從酸源將酸(鹽酸)添加到流入液廢水流中，以控制pH低于約3。在第一反滲透裝置之后及引入第二反滲透裝置之前，將堿即氫氧化鈉，添加到廢水流中，以將pH提升至約6-約7之間。從磷酸鹽生產(chǎn)廠的聚集池補(bǔ)充流入液廢水。該廢水通常含有如表2中所列的污染物濃度。將進(jìn)入第一反滲透裝置的廢水流入液的pH調(diào)節(jié)或保持在約2-2.8之間，以保持或促進(jìn)氧化硅與氟化物絡(luò)合形成氟硅酸物質(zhì)，由此降低隨氧化硅和氟化鈣而來的結(jié)垢的趨勢。該pH條件還有助于平衡移動(dòng)來促進(jìn)磷酸、硫酸氫鈣以及銨物質(zhì)的形成，從而在促進(jìn)氨的去除的同時(shí)降低隨磷酸鈣和硫酸鈣而來的結(jié)垢趨勢。表2列出了來自第一反滲透裝置的滲透流的包括污染物濃度的性質(zhì)(第一道滲透組成)。表2還列出了來自第二反滲透裝置的滲透流的性質(zhì)和污染物濃度(第二道滲透組成)。數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于處理廢水，生產(chǎn)符合或超出EPA排水要求的適于排放的流出物。這個(gè)實(shí)施例還例證了廢水處理系統(tǒng)的用途，該系統(tǒng)具有相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)較低的成本，同時(shí)避免了對石灰淤漿和其它預(yù)處理化學(xué)品的處置。
表2廢水組成(單位mg/l，除非另有說明)

盡管文中描述和例舉了本發(fā)明的若個(gè)實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將易于預(yù)見實(shí)施文中所述功能和/或獲得所述結(jié)果或優(yōu)點(diǎn)的各種其它系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，每種這類改變或變化注定在本發(fā)明的范圍內(nèi)。一般地說，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)易于理解文中所述所有參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)造是示例性的，實(shí)際參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)造取決于使用本發(fā)明教導(dǎo)的具體應(yīng)用。因而，每種單元操作的尺寸和生產(chǎn)量將取決于于具體安裝的若干因素變化。而且，構(gòu)建本發(fā)明系統(tǒng)的容器、泵和其它構(gòu)件的特定材料也將取決于特定的具體安裝因素，但是這類構(gòu)件和系統(tǒng)的選擇、構(gòu)造和設(shè)計(jì)將在本發(fā)明技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)不銹鋼應(yīng)當(dāng)用作構(gòu)造單元操作的材料，該單元操作用于不適合采用碳鋼的使用或應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員僅采用常規(guī)實(shí)驗(yàn)就能認(rèn)識到或確定文中所述本發(fā)明具體實(shí)施方案的等同物。因而，可以理解文中所述實(shí)施方案僅以實(shí)施例方式提出，在附錄的權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以異于具體描述而實(shí)施。本發(fā)明涉及文中所述的每個(gè)單獨(dú)特征、系統(tǒng)、材料和/或方法。此外，如果這類特征、系統(tǒng)、材料和/或方法不相互矛盾的話，兩個(gè)或多個(gè)這類特征、系統(tǒng)、材料和/或方法的任意組合也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如文中所用，所有過渡性的短語如“包含”、“包括”、“帶有”、“含有”、“包含”及類似短語是開放式的，即意味著包括但不限于，僅有過渡性的短語“由…構(gòu)成”、“基本上由…構(gòu)成”分別才是封閉或半封閉的過渡性的短語，如美國專利局專利審查指南的§2111.03所設(shè)定。
權(quán)利要求
1.一種從廢水除去污染物的方法，包含a.將廢水引入第一反滲透系統(tǒng)，從廢水除去污染物；b.在將廢水引入第一反滲透系統(tǒng)之前，控制水的pH以使廢水的pH保持在選定范圍內(nèi)；c.將來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水引入第二反滲透系統(tǒng)，從廢水除去污染物；以及d.在廢水經(jīng)歷了第一反滲透系統(tǒng)中的處理之后而在第二反滲透系統(tǒng)中處理之前，將其pH調(diào)高。
2.權(quán)利要求1的方法，包括在將廢水引入第一反滲透系統(tǒng)之前，調(diào)節(jié)廢水的pH至低于約3.5。
3.權(quán)利要求2的方法，包括在將廢水引導(dǎo)通過第二反滲透系統(tǒng)之前，調(diào)節(jié)廢水的pH到至少約6或更高。
4.權(quán)利要求3的方法，包括在引導(dǎo)廢水通過第二反滲透系統(tǒng)之前，將來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物保持在約6或更高。
5.權(quán)利要求1的方法，其中待處理廢水包含氟化物、氧化硅、磷酸鹽、金屬、鈣和硫酸鹽；并且其中該方法能夠在廢水進(jìn)入第一反滲透系統(tǒng)之前調(diào)節(jié)其pH，從而將廢水調(diào)整至利于形成氧化硅與氟化物的絡(luò)合物質(zhì)，其進(jìn)一步利于形成硫酸氫鹽，從而降低第一反滲透系統(tǒng)中因氧化硅、氟化鈣、硫酸鈣、磷酸鈣或金屬而結(jié)垢的趨勢。
6.權(quán)利要求5的方法，其中來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物pH的調(diào)高在廢水中形成利于氟化物和硅酸鹽離子形成的條件，或者將各種弱電離酸轉(zhuǎn)化為鹽的形式。
7.權(quán)利要求6的方法，其中正在處理的廢水還包含氨、磷酸鹽或金屬；并且其中在廢水進(jìn)入第一反滲透系統(tǒng)之前對其pH的控制將廢水調(diào)整至利于形成磷酸和銨離子，該形成降低第一反滲透系統(tǒng)中因磷酸鈣而結(jié)垢的趨勢，并且改善第一反滲透系統(tǒng)中氨的去除；并且其中來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物pH的提高將廢水調(diào)整至利于形成磷酸鹽離子，其利于第二反滲透系統(tǒng)中磷酸鹽的去除，并進(jìn)一步將廢水調(diào)整至通常提高有機(jī)物的溶解度，從而利于第二反滲透系統(tǒng)中有機(jī)物的去除。
8.權(quán)利要求1的方法，包括在第一反滲透系統(tǒng)之前，通過引導(dǎo)廢水通過壓載式絮凝系統(tǒng)將廢水澄清。
9.權(quán)利要求8的方法，包括在將廢水引入第一反滲透系統(tǒng)之前，引導(dǎo)來自壓載式絮凝系統(tǒng)的廢水流出物通過多種介質(zhì)型過濾器。
10.權(quán)利要求1的方法，其中廢水包含藻類，并且其中該方法使氯或氯副產(chǎn)物與廢水混合來殺死藻類，并使膨潤土與廢水混合來吸附或使藻類失穩(wěn)。
11.權(quán)利要求10的方法，其中藻類在設(shè)置于第一反滲透系統(tǒng)上游的壓載式絮凝系統(tǒng)中除去。
12.權(quán)利要求1的方法，其中在廢水進(jìn)入第一反滲透系統(tǒng)之前控制其pH包括向廢水選擇性地添加酸；并且其中將來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物的pH調(diào)高包括向廢水選擇性地添加堿。
13.一種包含至少一個(gè)反滲透系統(tǒng)的從廢水除去氟化物和氧化硅的方法，包含a.在將廢水引入反滲透系統(tǒng)之前將廢水的pH保持在低于約3.5；b.其中保持pH低于約3.5使得至少一些氟化物和氧化硅呈現(xiàn)氟硅酸的形式；以及c.引導(dǎo)帶有氟硅酸的廢水通過反滲透系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中氟化物和硅酸鹽以氟硅酸形式被除去。
14.權(quán)利要求13的方法，包括向廢水選擇性地添加酸來保持其pH低于約3.5。
15.權(quán)利要求14的方法，其中廢水包含鈣，并且該方法包括通過降低形成氟化鈣、磷酸鈣或碳酸鈣的趨勢來降低反滲透系統(tǒng)中的結(jié)垢，并進(jìn)一步降低因氧化硅的結(jié)垢趨勢而導(dǎo)致的結(jié)垢。
16.權(quán)利要求15的方法，包括a.將來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物的pH調(diào)高并將該具有調(diào)高pH的廢水引向第二反滲透系統(tǒng)；以及b.其中調(diào)高的pH使得氟化物和氧化硅采取氟化物和硅酸鹽離子的形式，其在第二反滲透系統(tǒng)中從廢水中除去。
17.權(quán)利要求16的方法，其中在第一反滲透系統(tǒng)中處理前后控制廢水的pH水平利于在較低pH水平下硫酸氫鹽、磷酸和銨離子的形成；并且其中較高的pH水平利于磷酸鹽離子的形成并且通常提高有些有機(jī)物的溶解度，其利于磷酸鹽和氨從廢水中的去除。
18.一種從廢水中除去藻類的方法，包含a.向廢水添加氯或氯副產(chǎn)物，殺死藻類；b.向廢水添加膨潤土，用膨潤土吸收或使藻類失穩(wěn)；以及c.從廢水除去藻類。
19.權(quán)利要求18的方法，包括用壓載式絮凝工藝處理廢水，和其中通過壓載式絮凝工藝從廢水除去吸收的藻類和膨潤土。
20.權(quán)利要求19的方法，包括使絮凝劑和不溶微粒材料與廢水混合來形成絮凝混合物，從而在微粒材料上形成包含吸收的藻類和膨潤土的絮凝物并從廢水中沉降。
21.權(quán)利要求18的方法，其中包含藻類的廢水為酸性。
22.一種從pH低于約3的廢水除去諸如氟化物、氧化硅、硫酸鹽、氨和磷酸鹽的污染物的方法，包含a.在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分各種污染物；b.在引向第一分離系統(tǒng)之前將廢水的pH保持在低于約3；c.在第一分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分各種污染物之后，將來自第一分離系統(tǒng)的流出物的pH調(diào)節(jié)至至少約6或更高；以及d.在將來自第一分離系統(tǒng)的流出物的pH調(diào)節(jié)至至少約6后，在第二分離系統(tǒng)中從廢水除去至少部分各種污染物。
23.權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包含在將廢水引向第一分離系統(tǒng)之前澄清廢水的步驟。
24.權(quán)利要求23的方法，包括在壓載式絮凝系統(tǒng)中澄清廢水。
25.權(quán)利要求22的方法，包含在將廢水引向第一分離系統(tǒng)之前從廢水除去有機(jī)物。
26.權(quán)利要求25的方法，包含通過向廢水中添加殺菌劑、凝結(jié)劑或絮凝劑除去有機(jī)物的步驟。
27.權(quán)利要求22的方法，包括在將廢水引向第一分離系統(tǒng)之前將廢水中的氟化物和氧化硅轉(zhuǎn)化為氟硅酸，以及通過第一分離系統(tǒng)除去氟硅酸形式的氟化物和氧化硅。
28.權(quán)利要求27的方法，其中第一分離系統(tǒng)為反滲透系統(tǒng)。
29.權(quán)利要求27的方法，包括通過在廢水進(jìn)入第一分離系統(tǒng)之前將廢水的pH保持在低于約3從而廢水中的硫酸鹽呈現(xiàn)硫酸氫鹽的形式并從而抑制硫酸鈣的形成來從廢水除去硫酸鹽。
30.權(quán)利要求29的方法，其中通過在進(jìn)入第一分離系統(tǒng)之前將廢水的pH保持在低于約3，廢水中的磷酸鹽傾向于呈現(xiàn)磷酸的形式，氨傾向于呈現(xiàn)銨離子的形式；其中硫酸氫鹽、氟硅酸、磷酸和銨離子可在第一分離系統(tǒng)中高效地除去。
31.權(quán)利要求30的方法，其中將pH調(diào)至至少約6在廢水中建立了這樣的條件利于氟化物和氧化硅呈現(xiàn)氟化物和硅酸鹽離子的形式，進(jìn)一步利于磷酸鹽呈現(xiàn)磷酸鹽離子的形式，并且提高了廢水中有機(jī)物的溶解度，所有這些污染物都將在第二分離系統(tǒng)中經(jīng)歷除去。
32.一種處理廢水并從廢水除去氟化物和氧化硅的方法，包含a.抑制廢水中促進(jìn)氟化物離子或硅酸鹽離子至少之一形成的條件；b.促進(jìn)廢水中利于氟硅酸形成的條件；c.通過引導(dǎo)廢水通過第一分離系統(tǒng)而從廢水除去氟硅酸形式的氟化物和氧化硅；d.在將廢水在第一分離系統(tǒng)中處理了之后，促進(jìn)利于氟化物和硅酸鹽離子形成的條件；以及e.引導(dǎo)包含氟化物和硅酸鹽離子的廢水通過第二分離系統(tǒng)，和從廢水中除去氟化物和硅酸鹽離子。
33.權(quán)利要求32的方法，其中第一和第二分離系統(tǒng)包括第一和第二反滲透系統(tǒng)。
34.權(quán)利要求32的方法，其中在第一反滲透系統(tǒng)前后通過控制廢水pH來控制廢水中的條件。
35.權(quán)利要求34的方法，其中在廢水進(jìn)入第一反滲透系統(tǒng)之前將廢水的pH控制為低于約3；以及其中將來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物的pH控制為至少約6或更高。
36.權(quán)利要求33的方法，其中廢水包含氨、磷酸鹽和硫酸鹽的其它污染物；以及其中通過在進(jìn)入第一反滲透系統(tǒng)之前控制廢水的pH，磷酸鹽傾向于呈現(xiàn)磷酸的形式，由此降低因磷酸鈣而起的結(jié)垢趨勢，氨傾向于呈現(xiàn)銨離子的形式，該形式可通過第一反滲透系統(tǒng)高效地除去。
37.權(quán)利要求36的方法，其中提高來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物的pH致使磷酸鹽呈現(xiàn)磷酸鹽離子的形式，并且一般提高廢水中有機(jī)物的溶解度，以及其中磷酸鹽離子和有機(jī)物都能在第二反滲透系統(tǒng)中除去。
38.一種廢水處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)用以除去諸如氟化物、氧化硅、磷酸鹽、硫酸鹽、氨的污染物并且不生成結(jié)垢地除去這些污染物，該系統(tǒng)包含a.第一反滲透系統(tǒng)；b.第二反滲透系統(tǒng)，設(shè)置在第一反滲透系統(tǒng)的下游；c.酸注入口，設(shè)置在第一反滲透系統(tǒng)的上游并用于與酸源可操作地連接以在廢水到達(dá)第一反滲透系統(tǒng)之前選擇性地將酸注入廢水中，從而能夠控制進(jìn)入第一反滲透系統(tǒng)的廢水的pH；以及d.堿注入口，設(shè)置在第一和第二反滲透系統(tǒng)之間并與堿源可操作地連接以在廢水進(jìn)入第二反滲透系統(tǒng)之前選擇性地將堿注入來自第一反滲透系統(tǒng)的廢水流出物中，以控制廢水的pH。
39.權(quán)利要求38的廢水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包含設(shè)置在第一反滲透系統(tǒng)上游的澄清器。
40.權(quán)利要求39的廢水處理系統(tǒng)，其中澄清器構(gòu)成壓載式絮凝系統(tǒng)的部件。
41.權(quán)利要求39的廢水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包含設(shè)置在第一反滲透系統(tǒng)上游的多種介質(zhì)型過濾器。
42.權(quán)利要求38的廢水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包含設(shè)置在第二反滲透系統(tǒng)下游的混合床脫鹽器。
全文摘要
一種包含分離單元操作的廢水處理系統(tǒng)，通過控制進(jìn)入分離單元操作的待處理廢水的pH來抑制或促進(jìn)物質(zhì)的形成和沉淀。分離單元操作包含第一和第二反滲透設(shè)備。第一反滲透設(shè)備處理pH低于約3.5的廢水，第二反滲透設(shè)備處理來自第一反滲透裝置的pH約為6或更高的廢水。
文檔編號C02F1/60GK1856448SQ200480027830
公開日2006年11月1日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
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