專利名稱：用于凈化水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于凈化污水和公用工程用水(utility water)的方法且涉及水凈化系統(tǒng)。發(fā)明背景 在世界各地，水是越來越重要的物質(zhì)。盡管清潔水的資源減少了，但水的使用卻在增加且天然的水越來越多地受到污染。因此，越來越需要開發(fā)用于凈化污水和原水的新的有效且經(jīng)濟(jì)的方法。還存在在凈化家庭用水和污水中減少氯及其衍生物的使用的需要，原因是它們形成致癌的化合物。目前的水處理化學(xué)品和方法包含幾個(gè)問題。氯和氯化合物可以形成毒性化合物、異臭味化合物，且造成生物腐蝕。而且，氯和氯化合物還可以形成致癌的鹵代有機(jī)化合物。臭氧是昂貴且有毒的氣體，其參與由腐殖質(zhì)形成毒性物質(zhì)，且臭氧的生產(chǎn)是能量S集的?；诹蛩猁}的沉淀化學(xué)品增加硫負(fù)荷，且通過微生物活性在無氧空間中的作用，形成有毒的硫化氫?；诰酆衔锏某恋砘瘜W(xué)品分解緩慢，可以轉(zhuǎn)移重金屬，具有差的效果且不影響微生物學(xué)或氣味。用于沉淀鐵和錳的高錳酸鉀是有毒的、昂貴的且著色的。紫外線是一種能量密集型凈化方式。此外，微生物因紫外線處理而恢復(fù)，紫外線不提供用于調(diào)節(jié)的許多可能性；其是打開的或關(guān)閉的。紫外線燈泡包含危害大自然的水銀。對(duì)于沙濾，問題是過濾器的堵塞和成本。此外，沙濾不能消除所有的微生物。對(duì)于石灰的應(yīng)用，問題是管道的堵塞和對(duì)生物膜的保護(hù)。如果不能定期維護(hù)，活性炭被堵塞。活性炭的再生通常是昂貴的。需氧的曝氣池產(chǎn)生二氧化碳且是能量密集的且產(chǎn)生大量的生物污泥。厭氧方法是昂貴的且需要稠密的起始產(chǎn)品。厭氧方法產(chǎn)生不衛(wèi)生的污泥和有臭味的廢水。脫氮減少肥料值且需要載體化學(xué)品并產(chǎn)生膨脹的污泥。通過硝酸鹽除臭帶來營(yíng)養(yǎng)物，且在后面的階段，臭味可能增加。通過硫酸鹽除臭使水著色且將硫帶至可以在后面的階段中形成硫化氫的過程中。生物膜是昂貴的且逐漸被堵塞，且它們通常需要連接增壓泵，這增加了成本和能量消耗(例如，在反滲透、納米過濾、微米過濾和超過濾中)。過乙酸的使用包含了定量供應(yīng)過多或定量供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)。通過使用過多的化學(xué)品，成本和碳足跡增加。高濃度的過乙酸是有毒的，而定量供應(yīng)不足導(dǎo)致衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)。盡管幾個(gè)出版物論述了過乙酸的凈化效果，但過乙酸的使用沒有被推廣，因?yàn)檫^乙酸的定量供應(yīng)是困難的且其相對(duì)昂貴。通常使用的方法中沒有一種恰當(dāng)?shù)爻ゼに?、除藻劑、殘余的抗生素、重金屬和其它環(huán)境毒素。
例如，從公布WO 2009/130397中已知過乙酸在凈化公用工程用水中的應(yīng)用。公布US 2004/0154965公開了過乙酸用于給洪水消毒的應(yīng)用。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是公開一種用于連續(xù)凈化污水和公用工程用水的新的有效方法。本發(fā)明的一個(gè)特定目的是解決上文所提到的問題。本發(fā)明的目的是公開用于將過乙酸定量供應(yīng)到待凈化的污水和/或原水中的新的且有成本效益的方法，以用少量的過乙酸獲得最佳的消毒結(jié)果。換言之，本發(fā)明的目的是公開一種過乙酸可以被有成本效益地用于給水消毒，使得水中的過乙酸殘余量能夠最少和/或能夠符合規(guī)格的方法。然而以通過過乙酸的消毒是充分有效的方式來實(shí)現(xiàn)此目的。本發(fā)明的一個(gè)目的是公開一種能夠減少公用工程用水中鹵素比如氯的添加量且能夠有效地減少由氯形成的致癌物的形成的方法。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的用于凈化污水的方法的特征在于由權(quán)利要求1所陳述的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的用于凈化公用工程用水的方法的特征在于由權(quán)利要求7所陳述的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的用于凈化水的系統(tǒng)的特征在于由權(quán)利要求13所陳述的內(nèi)容。本發(fā)明基于為改善水的連續(xù)凈化而進(jìn)行的研究工作。在這一點(diǎn)上，意外地發(fā)現(xiàn)，氧化還原電位非常適合于分析與水的凈化相關(guān)的過乙酸的定量供應(yīng)。在本申請(qǐng)中，污水是指包含微生物和/或有機(jī)物質(zhì)的廢水或其它這樣的水。在本文中，公用工程用水是指意 在被人和/或家畜使用或用作灌溉水的自來水或其它這樣的水。原水是指通過水?dāng)z取裝置被用來產(chǎn)生公用工程用水的水。原水可以從地下水、表面水或其它水源中得到。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)的污水凈化方法包括:測(cè)量水的流量、水中殘余的過乙酸和水的氧化還原電位，且基于此來調(diào)節(jié)待定量供應(yīng)的過乙酸的量，以便用少量的過乙酸來獲得最佳的消毒效果。僅在添加的幾分鐘內(nèi)，過乙酸就有效地氧化大腸桿菌。過乙酸的水溶液還氧化很多其它細(xì)菌和不期望的微生物比如沙門氏菌和軍團(tuán)桿菌及賈第蟲屬寄生蟲，且通過氧化和PH作用，促進(jìn)重金屬及鐵和錳的沉淀。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以使用任意濃度的過乙酸。優(yōu)選地，待使用的過乙酸是5-15 -%，更優(yōu)選12w-%的過乙酸溶液。供給到污水中的過乙酸的體積為在凈化廢水的常規(guī)水凈化裝置中的流出水的量的l-3ppm。優(yōu)選地，添加1.5-2ppm的過乙酸。待添加的過乙酸的量還可以根據(jù)待處理的水的純度而更大或更小。本發(fā)明的方法包括測(cè)量水的流量。測(cè)量與過乙酸的定量供應(yīng)相關(guān)的流量，過乙酸的定量供應(yīng)的附近與過乙酸的混合相關(guān)或定量供應(yīng)的下游，例如與測(cè)量過乙酸的濃度相關(guān)。優(yōu)選地測(cè)量與過乙酸的定量供應(yīng)相關(guān)的流量。相應(yīng)于流量的變化，調(diào)節(jié)過乙酸的定量供應(yīng)，例如由于流量加倍，使過乙酸的定量供應(yīng)量加倍。過乙酸是強(qiáng)氧化劑且隨著其氧化被消耗。因此，過乙酸隨著時(shí)間被消耗。根據(jù)本發(fā)明，在添加過乙酸后4-10分鐘，測(cè)量過乙酸的殘余濃度。在連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，這是指測(cè)量是在過乙酸添加位置的下游，一般來說，約4-10分鐘的流動(dòng)距離的位置處進(jìn)行。這對(duì)于添加的過乙酸與水的混合及與不期望的微生物的反應(yīng)是足夠的。另一方面，此時(shí)間段對(duì)于有效地調(diào)節(jié)過乙酸的定量供應(yīng)也不是太長(zhǎng)。優(yōu)選地，測(cè)量在添加過乙酸后約5分鐘進(jìn)行。過乙酸的定量供應(yīng)以實(shí)現(xiàn)盡可能立即混合的方式進(jìn)行。例如，通過噴灑、注入、漏滴(draining)進(jìn)行定量供應(yīng)，且其可以在包括劇烈混合流的位置比如當(dāng)水從一級(jí)沉降槽中流出時(shí)進(jìn)行。可以通過混合改善定量供應(yīng)。如果在添加過乙酸后過早地進(jìn)行測(cè)量，那么可能將得到過高的濃度，因?yàn)檫^乙酸還沒有時(shí)間來完全反應(yīng)，而是將繼續(xù)反應(yīng)且氧化微生物和其它物質(zhì)。另一方面，如果過遲地進(jìn)行測(cè)量，過乙酸可能已經(jīng)被分解，這可導(dǎo)致比給水消毒實(shí)際需要的濃度過低的濃度。此夕卜，在連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，測(cè)量位置離添加位置越遠(yuǎn)，則控制定量供應(yīng)的延遲變得越長(zhǎng)且定量供應(yīng)可能越不準(zhǔn)確地被調(diào)節(jié)。這樣不準(zhǔn)確的定量供應(yīng)容易導(dǎo)致暫時(shí)過高或過低的定量供應(yīng)，在這種情況下，水的質(zhì)量被暫時(shí)地?fù)p害，而另一方面，增大了定量供應(yīng)的量且因此增加成本。在本發(fā)明的方法中，通過調(diào)節(jié)定量供應(yīng)，過乙酸的濃度被保持在0.8ppm以下，優(yōu)選地在0.5ppm以下且最優(yōu)選地在0.05-2ppm。如果濃度超過預(yù)設(shè)值或明顯地開始增加,那么減少定量供應(yīng)，且如果值明顯地開始下降，那么增加定量供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的方法包括測(cè)量水的氧化還原電位。作為定量供應(yīng)過乙酸的參數(shù)的氧化還原電位是清楚且起作用的分析方法。氧化還原電位對(duì)小的過乙酸濃度下的過乙酸定量供應(yīng)作出強(qiáng)烈反應(yīng)。過乙酸的定量供應(yīng)后立即進(jìn)行測(cè)量或靠近與過乙酸的混合相關(guān)的過乙酸的添加時(shí)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量還可以與過乙酸的濃度測(cè)量一起進(jìn)行。優(yōu)選地，測(cè)量是在過乙酸的定量供應(yīng)后立即進(jìn)行或接近過乙酸的定量供應(yīng)時(shí)進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明，過乙酸的定量供應(yīng)被調(diào)節(jié)，以便具有50-250mV，優(yōu)選地80-120mV且更優(yōu)選地約IOOmV的氧化還原電位。如果氧化還原電位超過預(yù)設(shè)值,則減少過乙酸的定量供應(yīng)，且如果電位低于預(yù)設(shè)值，則增加定量供應(yīng)。通常，過乙酸的添加極大地增加氧化還原電位。另一方面，電位巨大下降指示微生物活性的濃度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧化還原電位是指示影響對(duì)過乙酸的需求變化的水質(zhì)量變化的非常靈敏的測(cè)量計(jì)(meter)。因此，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)電位突然改變時(shí)，過乙酸的定量供應(yīng)被迅速改變。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，定量供應(yīng)是通過使用模糊邏輯編程的計(jì)算機(jī)來控制的，以使氧化還原電位保持在50-250mV，優(yōu)選地80_120mV且更優(yōu)選地約IOOmV,且殘余的過乙酸被保持在平均低于0.8ppm,優(yōu)選地低于0.5ppm且最優(yōu)選地0.05_2。計(jì)算機(jī)的編程可以用常規(guī)的過程控制程序和方法來進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，可以首先允許污水，比如廢水，沉淀，以從水中除去固體顆粒。之后，如果需要，過濾水以從水中除去較小的顆粒。之后,添加過乙酸且根據(jù)本發(fā)明凈化水。如果需要，可以過濾水，以除去沉淀的微生物、重金屬和/或其它雜質(zhì)，且在過濾后引向排出導(dǎo)管。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施 方式，在將水引向排出導(dǎo)管之前，通過紫外光處理水。在凈化的這個(gè)階段，水已經(jīng)是相當(dāng)澄清的，這促進(jìn)紫外光在水中的滲透且因此增強(qiáng)其效果。另一方面，過乙酸在紫外光下分解，且因此甚至是痕量的過乙酸也可以被有效地從水中消除，同時(shí)紫外光殺滅通過之前的凈化步驟沒有被消除的水中的那些微生物。通過根據(jù)本發(fā)明的前述方法，可以以合理的成本凈化污水，且以可控的方式避免了對(duì)水循環(huán)和/或自然引入一定程度上有害的重金屬和微生物，在所述水循環(huán)和/或自然中，重金屬和微生物可以污染如水?dāng)z取裝置、自然或干擾休養(yǎng)用途(recreational use)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，已經(jīng)通過上述方法凈化的污水直接或經(jīng)由水凈化裝置被引向水分配系統(tǒng)。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，可以實(shí)現(xiàn)污水以能夠直接或幾乎直接地被用作原水或公用工程用水的方式被凈化的這種程度的消毒效果。過乙酸不僅在分解微生物和微觀有機(jī)體方面是有效的，而且還促進(jìn)鐵和錳從水中沉淀出來且分解殘余的化學(xué)品比如激素和藥物殘余物及硫化氫和產(chǎn)生硫化氫的細(xì)菌。根據(jù)本發(fā)明的公用工程用水連續(xù)凈化方法包括:將過乙酸定量供應(yīng)到原水中，測(cè)量原水的流量和氧化還原電位，且在定量供應(yīng)的下游測(cè)量過乙酸的濃度，以及首先直接根據(jù)流量且其次為了具有小于0.8ppm的過乙酸的濃度和50-250mV的氧化還原電位，來調(diào)節(jié)過乙酸的定量供應(yīng)。根據(jù)公用工程用水連續(xù)凈化方法的一個(gè)實(shí)施方式，其次調(diào)節(jié)過乙酸的定量供應(yīng)，以便具有小于0.5ppm且優(yōu)選地0.05-0.2ppm的過乙酸的濃度和80_120mV且優(yōu)選地約IOOmV的氧化還原電位。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，可以首先允許原水，比如湖水或地下水，沉淀，以從水中除去固體顆粒。之后，如果需要，過濾水以從水中除去較小的顆粒。如果需要，在凈化原水之后，如果期望，可以過濾水，以除去沉淀的微生物和重金屬。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在將水引入水管之前，通過紫外光處理水。在凈化的這個(gè)階段，水已經(jīng)是相當(dāng)澄清的，這促進(jìn)紫外光在水中的滲透且因此增強(qiáng)其效果。另一方面，過乙酸在紫外光下分解，且因此甚至是痕量的過乙酸也可以被有效地從水中消除，同時(shí)紫外光殺滅通過之前的凈化步驟沒有被消除的水中的那些微生物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在測(cè)量過乙酸的濃度之后且在可能的紫外線處理之后，水被氯化處理。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式，與傳統(tǒng)的水凈化裝置相比，待氯化處理的水幾乎不含微生物和有機(jī)物質(zhì)。在根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方法中，如果期望，氯的量可以從用于傳統(tǒng)的水凈化裝置的量中被大量減少。優(yōu)選地，氯的量被減少用于傳統(tǒng)的水凈化裝置的量的70 %，更優(yōu)選地30%。與通過傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的公用工程用水相比，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方法使得能夠以相當(dāng)小量的致癌物和其它的氯反應(yīng)化合物生產(chǎn)公用工程用水。在水凈化系統(tǒng)中，過乙酸的添加可以在不是上文所示的那些位置的其它位置中進(jìn)行，且水凈化系統(tǒng)可以包括比上文所示的那些更少或更多的凈化步驟，或其可以僅包括過乙酸處理。
根據(jù)本發(fā)明的用于凈化水的系統(tǒng)包括:過乙酸定量供應(yīng)設(shè)備，用于測(cè)量水的流量的流量計(jì)，用于測(cè)量氧化還原電位的傳感器，用于測(cè)量過乙酸的濃度的分析儀和用于調(diào)節(jié)定量供應(yīng)設(shè)備的裝置。適合用于測(cè)量水的流量的任何已知的測(cè)量計(jì)可以被用作流量計(jì)。適合用于測(cè)量氧化還原電位的任何已知的傳感器比如鉬或金電極可以被用作氧化還原電位傳感器。適合用于測(cè)量小于IOppm的濃度的任何已知的測(cè)量計(jì)可以被用作過乙酸濃度分析儀。依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)是這樣的解決方案:安裝簡(jiǎn)單、便宜且是輕的，且可以容易地安裝在水凈化裝置中作為連續(xù)操作的部件或用于緊急情況。根據(jù)本發(fā)明的方法改進(jìn)污水凈化，減少氣味且產(chǎn)生質(zhì)量較好的水。附圖列表

圖1闡述了用于調(diào)節(jié)根據(jù)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)。圖2闡述了用于調(diào)節(jié)根據(jù)本發(fā)明的方法的水凈化裝置的系統(tǒng)。圖3顯示了在根據(jù)本發(fā)明的方法中的排放、PAA供給泵的沖數(shù)(stroke rate)、氧化還原電位及殘余的PAA。發(fā)明詳述實(shí)施例1圖1闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括過乙酸定量供應(yīng)容器
(I)、過乙酸定量供應(yīng)設(shè)備(2)和過乙酸被添加到其內(nèi)的水凈化系統(tǒng)(3)。根據(jù)圖1的方法包括測(cè)量水凈化系統(tǒng)的流量(4)和氧化還原電位及過乙酸濃度
(5)。根據(jù)圖調(diào)節(jié)過乙酸定量供應(yīng)設(shè)備(2)，以首先相應(yīng)于流量的變化調(diào)節(jié)(7)定量供應(yīng)PI。然而，定量供應(yīng)設(shè)備PV也同時(shí)被調(diào)節(jié)￠)，以具有50-250mV且優(yōu)選地80-120mV且最優(yōu)選地約IOOmV的氧化還原電位,及小于0.5ppm且優(yōu)選地0.05-0.2ppm的過乙酸的殘余量。測(cè)量可以連續(xù)地進(jìn)行或以特定的間隔進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，以I分鐘的間隔進(jìn)行測(cè)量。例如，測(cè)量還可以以I小時(shí)或更長(zhǎng)或更短的間隔進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，根據(jù)表I調(diào)節(jié)過乙酸的定量供應(yīng)，其中‘定量供應(yīng)’表示過乙酸的定量供應(yīng)的變化，‘氧化還原’表示所測(cè)得的氧化還原電位的變化，且‘PPA’表示過乙酸的濃度的變化。此外，可以根據(jù)所測(cè)得的流量調(diào)節(jié)定量供應(yīng)。表I
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)凈化污水的方法，其特征在于，將過乙酸定量供應(yīng)到污水中，測(cè)量所述污水的流量和氧化還原電位，且在所述定量供應(yīng)的下游測(cè)量過乙酸的濃度， 首先直接相應(yīng)于所述流量的變化且其次為了具有小于0.Sppm的過乙酸的濃度和50到250mV的氧化還原電位,來調(diào)節(jié)過乙酸的所述定量供應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其次調(diào)節(jié)過乙酸的所述定量供應(yīng)，以便具有小于0.5ppm且優(yōu)選地0.05到2ppm的過乙酸的濃度和80到120mV且優(yōu)選地約IOOmV的氧化還原電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述定量供應(yīng)的下游4到10分鐘，優(yōu)選地約5分鐘，測(cè)量所述過乙酸的濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述定量供應(yīng)在最后的沉降之后進(jìn)行或正好在最后的沉降結(jié)束時(shí)進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在測(cè)量所述濃度之后，進(jìn)行紫外線消毒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述水引向用于公用工程用水的管道系統(tǒng)。
7.一種用于連續(xù)凈化公 用工程用水的方法，其特征在于，將過乙酸定量供應(yīng)到原水中，測(cè)量所述原水的流量和氧化還原電位，且在所述定量供應(yīng)的下游測(cè)量過乙酸的濃度， 首先直接相應(yīng)于所述流量且其次為了具有小于0.8ppm的過乙酸的濃度和50到250mV的氧化還原電位，來調(diào)節(jié)過乙酸的所述定量供應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，其次調(diào)節(jié)過乙酸的所述定量供應(yīng)，以便具有小于0.5ppm且優(yōu)選地0.05到2ppm的過乙酸的濃度和80到120mV且優(yōu)選地約IOOmV的氧化還原電位。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述定量供應(yīng)的下游4-10分鐘，優(yōu)選地約5分鐘，測(cè)量所述過乙酸的濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述定量供應(yīng)在最后的沉降之后進(jìn)行或正好在最后的沉降結(jié)束時(shí)進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在測(cè)量所述濃度之后，進(jìn)行紫外線消毒。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，氯或其衍生物沒有被添加到所述水中，直到測(cè)量所述過乙酸的濃度之后或在所述可能的紫外線消毒之后。
13.一種用于凈化水的系統(tǒng)，包括 -過乙酸定量供應(yīng)設(shè)備， -用于測(cè)量所述水的流量的流量計(jì)， -用于測(cè)量氧化還原電位的傳感器， -用于測(cè)量所述過乙酸的濃度的分析儀，及 -用于調(diào)節(jié)所述定量供應(yīng)設(shè)備的裝置。
全文摘要
一種用于連續(xù)凈化污水和/或公用工程用水的方法和系統(tǒng)，其中過乙酸被定量供應(yīng)到污水中，測(cè)量污水的流量、氧化還原電位和過乙酸的濃度，且相應(yīng)于流量的變化并基于過乙酸的濃度和氧化還原電位來調(diào)節(jié)過乙酸的定量供應(yīng)。
文檔編號(hào)C02F1/72GK103097304SQ201180041865
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者T·凱科, P·朗科維斯特, 帕西·馬科寧, 杰里·毛努克塞拉 申請(qǐng)人:派克解決方案公司