用于測量添加劑濃度的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于測量添加劑濃度的裝置和方法。該裝置包括：處理流（1）和計(jì)量流（2）。使用計(jì)量裝置（3）向計(jì)量流添加添加劑。在一些實(shí)施方式中，計(jì)量流在使用第一混合裝置（4）添加添加劑之后被混合。在計(jì)量裝置和混合裝置的下游，使用監(jiān)測流單元（5）測量計(jì)量流中的添加劑濃度。在一些實(shí)施方式中，計(jì)量流與處理流結(jié)合（6），并使用第二混合裝置（7）進(jìn)行混合。可以根據(jù)計(jì)量流與處理流的體積流率比和測量到的計(jì)量流中的添加劑濃度計(jì)算處理流中的添加劑濃度。
【專利說明】用于測量添加劑濃度的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體涉及用于監(jiān)測流動的處理流中的低濃度添加劑的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及用于監(jiān)測流動的處理流中的高鐵酸鹽的濃度。
【背景技術(shù)】
[0002]高鐵酸鹽是一種可以與多種無機(jī)或有機(jī)還原劑和基質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)的強(qiáng)氧化劑(R.L.Bartzatt, J.Carr, Trans.Met.Chem., Vol.11 (11), pp.414-416 (1986) ; T.J.Audette, J.Quail, P.Smith, J.Tetr.Lett., Vol.2, pp.279-282 (1971) ; D.Darling, V.Kumari, J.BeMiller, J.Tetr.Lett., Vol.40, p.4143 (1972) ; R.K.Murmann, H.J.Goff, J.Am.Chem.Soc, Vol.93，p.6058-6065(1971))。高鐵酸鹽可作為用于合成有機(jī)研究的選擇性氧化劑，并且能夠從水和非水介質(zhì)氧化/去除多種無機(jī)和有機(jī)化合物，并且能夠在水和非水介質(zhì)中摧毀許多雜質(zhì)。
[0003]因?yàn)楦哞F酸鹽提供從溶液中自行去除高鐵酸鹽的合適機(jī)制，所以高鐵酸鹽經(jīng)常用于水處理中。在所有氧化反應(yīng)中，鐵的最終產(chǎn)物為形成氫氧化低聚物的無毒的高鐵離子。最后，進(jìn)行絮凝和沉降以去除懸浮顆粒物質(zhì)。
[0004]因此，作為當(dāng)前的用于水、廢水和污泥的處理方法的替代，高鐵酸鹽的使用可以提供安全、便利、通用和成本效益。在這方面，高鐵酸鹽是環(huán)境友好型氧化劑，在環(huán)保的角度上，高鐵酸鹽是其他氧化劑(尤其是鉻酸鹽和氯)的可行性替代品。三氧化二鐵(通常被稱為鐵銹)為高鐵酸鹽還原的鐵產(chǎn)物。因此，高鐵酸鹽具有成為“環(huán)境安全型”氧化劑的特性。雖然與高鐵酸鹽的氧化反應(yīng)類似于用于Μη04_和Cr 042_的那些已知氧化反應(yīng),但是高鐵酸鹽在其氧化反應(yīng)中展現(xiàn)出具有更高反應(yīng)率的更大的官能團(tuán)選擇度，并且總體上反應(yīng)以產(chǎn)出更清潔的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0005]在此之前，在水處理中使用高鐵酸鹽因?yàn)槿狈Ψ€(wěn)定性而存在隱患。然而，最近的發(fā)現(xiàn)表明，高鐵酸鹽可以在靠近其生成位置處被使用，從而避免缺乏穩(wěn)定性的問題并開辟了新的應(yīng)用。例如，全文通過引用并入本文的在2004年9月14日公布的名為“合成氧化劑的方法及其應(yīng)用(Methods of Synthesizing an Oxidant and Applications Thereof)，，的第6，790，429號美國專利描述了在反應(yīng)室中連續(xù)合成高鐵酸鹽的方法并將高鐵酸鹽的至少一部分輸送至反應(yīng)室附近的使用位置。全文通過引用并入本文的在2005年12月13日公布的名為“合成氧化劑的方法及其應(yīng)用(Methods of Synthesizing an Oxidant andApplications Thereof )”的第6，974, 562號美國專利描述了連續(xù)合成高鐵酸鹽的裝置以輸送至使用位置，其中在使用位置遠(yuǎn)離輸出口，其中使用位置處的高鐵酸鹽的濃度大于或等于輸出口處的高鐵酸鹽的濃度的一半。全文通過引用并入本文的在2009年I月13日公布的名為“合成高鐵酸鹽氧化劑的方法及其在壓載水中的使用(Methods of Synthesizing aFerrate Oxidant and its Use in Ballast Water)”的第 7，476，324 號美國專利描述了處理壓載水的方法及在儲存壓載水的位置合成高鐵酸鹽的方法。期望提供涉及在水處理和其他處理中使用高鐵酸鹽和其他低濃度添加劑的裝置和方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]被高鐵酸鹽處理的水流的質(zhì)量會隨時(shí)間發(fā)生變化。這種變化可能增加或減少對高鐵酸鹽的需求，即，增加或減少處理該流所需的高鐵酸鹽的量。因此，需要實(shí)時(shí)測量加入到流中的高鐵酸鹽的濃度，以保證高鐵酸鹽劑量足以提供所需的處理水平。
[0007]以往，很難確定在處理流中的少量高鐵酸鹽的濃度。當(dāng)今的許多分析方法無法精確測量高鐵酸鹽強(qiáng)度。在一些情況下因?yàn)闇y量方法的不兼容，導(dǎo)致出現(xiàn)強(qiáng)于或弱于實(shí)際高鐵酸鹽的強(qiáng)度。一種測量高鐵酸鹽強(qiáng)度的流行的方法為通過分光光度法測量。高鐵酸鹽吸收波長在約500nm至約520nm范圍內(nèi)的光，例如510nm波長的光?？梢酝ㄟ^分光光度計(jì)測量吸收的光，由此確定在水樣中的高鐵酸鹽的濃度。分光計(jì)按照吸光單位(A.U.)顯示吸光度測量結(jié)果。
[0008]然而，因?yàn)楦哞F酸鹽是一種強(qiáng)大的化學(xué)處理劑且制造和使用的成本十分昂貴，因此，希望使用非常小的劑量來達(dá)到有效經(jīng)濟(jì)的水處理。因此在這種情況下使用典型的監(jiān)測方法測量的高鐵酸鹽的吸光水平非常低。因?yàn)楦咴胍羲?，所以以檢測器的下限測量吸光度將導(dǎo)致測量不準(zhǔn)。因此，直至今日，還無法在低濃度下精確地測量高鐵酸鹽的濃度。高濃度的高鐵酸鹽可以提高測量精確度。然而，在使用高濃度時(shí)，即過量高鐵酸鹽時(shí)，將極大程度地增加成本。
[0009]用于廢水處理的其他更加傳統(tǒng)的方法，如使用氯的處理無需監(jiān)測低劑量下的濃度。因?yàn)槁仁至畠r(jià)，故操作員可以使用大量或過量的氯，所以無需提供精確的低濃度測量。高鐵酸鹽遠(yuǎn)貴于氯并且使用與有效進(jìn)行廢水處理所需的高鐵酸鹽相比過量的高鐵酸鹽時(shí)將無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。因此，本【技術(shù)領(lǐng)域】需要一種有效地測量處理流中的低劑量高鐵酸鹽濃度的裝置。
[0010]本文中公開一種用于間接監(jiān)測流動的廢水流中的高鐵酸鹽的濃度的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:將流動的廢水流中的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流。流動的廢水流的體積流率與計(jì)量流的體積流率可以為固定比例。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:在高鐵酸鹽添加位置處向計(jì)量流添加高鐵酸鹽并在高鐵酸鹽添加位置的下游使用分光光度計(jì)監(jiān)測計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:結(jié)合包含高鐵酸鹽的計(jì)量流與廢水流，其中高鐵酸鹽進(jìn)入廢水流。
[0011]還公開一種用于監(jiān)測處理流中的低濃度高鐵酸鹽的裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，該裝置包括:處理流；以及從處理流轉(zhuǎn)移出的計(jì)量流。在一個(gè)實(shí)施方式中，計(jì)量流的體積流率小于處理流的體積流率。在一個(gè)實(shí)施方式中，沿計(jì)量流設(shè)置高鐵酸鹽計(jì)量泵；沿計(jì)量流在高鐵酸鹽計(jì)量泵的下游位置設(shè)置監(jiān)測流單元。監(jiān)測流單元用于測量計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，監(jiān)測流單元包括光度計(jì)。
[0012]還公開一種用于間接監(jiān)測流動的處理流中的低濃度添加劑濃度的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:將處理流中的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流，其中處理流的體積流率與計(jì)量流的體積流率為固定比例。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:向計(jì)量流添加添加劑，測量計(jì)量流中的添加劑濃度并使包含添加劑的計(jì)量流與處理流結(jié)合。
[0013]還公開一種用于向處理流添加低濃度添加劑的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:使處理流流動；以及將處理流中的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流，其中計(jì)量流的體積流率小于處理流的體積流率。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:向計(jì)量流添加初始濃度的添加齊U。之后，計(jì)量流中的添加劑可以與處理流結(jié)合，從而添加劑能夠以較低的測量的劑量用于處理流中。
[0014]還公開一種用于控制處理流中的添加劑濃度的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:將處理流中的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流，其中計(jì)量流的體積流率小于處理流的體積流率。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:使用光度計(jì)測量計(jì)量流中的添加劑的初始濃度，基于測量到的計(jì)量流中添加劑的初始濃度，調(diào)節(jié)添加至計(jì)量流的添加劑的量，并且使包含添加劑的計(jì)量流與處理流結(jié)合。
[0015]還公開一種用于向流動的處理流中添加高鐵酸鹽的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:在高鐵酸鹽添加點(diǎn)向處理流添加高鐵酸鹽并在高鐵酸鹽添加點(diǎn)的下游使用光度計(jì)監(jiān)測處理流中的高鐵酸鹽的濃度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1示出用于監(jiān)測低濃度添加劑的濃度的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1示出用于監(jiān)測處理流I中的低濃度添加劑的裝置裝置的一個(gè)實(shí)施方式。本文中使用的術(shù)語“處理流”或者“流動的處理流”是指任意水溶液的流。優(yōu)選地，該水溶液為被處理以用于凈化的水流。該水溶液可以包含:廢水、壓載水、飲用水、再生水、工藝用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它們的組合物。
[0018]在一些實(shí)施方式中，期望通過非常低濃度的添加劑處理處理流。事實(shí)上，添加劑的濃度可以非常低，以至于由于過量噪聲而無法精確測量。因此，可以采用監(jiān)測濃度的間接方法。添加劑可以為任意的氧化劑、非氧化劑、消毒劑、凝結(jié)劑、絮凝劑或者它們的組合物。氧化劑的一些有用示例包括高鐵酸鹽、臭氧、氟、氯、溴、碘、次氯酸鹽、氯酸鹽、硝酸、三氧化鉻、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、高猛酸鹽、猛酸鹽或者過氧化氫。在一個(gè)實(shí)施方式中，氧化劑為高鐵酸鹽。非氧化劑的一些示例包括亞鐵、零價(jià)鐵以及三價(jià)鐵諸如氯化鐵。
[0019]雖然在處理流中添加劑的所需濃度可能太低以至于無法測量，但是在具有較低體積流率的流中可以精確測量等量的添加劑。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，該裝置包括:從處理流轉(zhuǎn)移出的計(jì)量流2。術(shù)語“計(jì)量流(dosing stream)”是指從處理流分離出的流。在一些實(shí)施方式中，計(jì)量流為獨(dú)立的管，但是計(jì)量流也可以通過其它任何分割方式從處理流分離出來。計(jì)量流的長度可以變化。例如，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以根據(jù)容納待處理的水的系統(tǒng)的尺寸來改變計(jì)量流的長度。
[0020]如果計(jì)量流的體積流率小于處理流的體積流率，則需要更少量的添加劑來達(dá)到可以在計(jì)量流中精確測量的濃度?？梢栽跍y量計(jì)量流中的添加劑濃度之后使用處理流與計(jì)量流的體積流率的比來計(jì)算處理流中的添加劑濃度。例如，假設(shè)處理流中需要10PPM的添加齊U，但是無法在低于100PPM的情況下精確測量添加劑，此時(shí)可以將處理流與計(jì)量流的體積流率的比配置為約10:1。在該示例中還可以使用其他體積流率，比如15:1、20:1和25:1。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以根據(jù)其他因素例如成本、現(xiàn)成的管尺寸和可用空間確定體積流率比。如果體積流率為10:1，則在計(jì)量流中添加量為100PPM的添加劑將在處理流中產(chǎn)生IOPPM的添加。因?yàn)橛?jì)量流中的100PPM的濃度是能夠精確測量的，故這允許間接計(jì)算在兩個(gè)流重新結(jié)合的下游的處理流中的添加劑濃度。
[0021]在一些實(shí)施方式中，計(jì)量流的體積流率優(yōu)選為小于處理流的體積流率。處理流與計(jì)量流的體積流率比可以為固定比。在一個(gè)實(shí)施方式中，該固定比可以為約2:1至約100:1。優(yōu)選地，體積流率比為約3:1至約50:1。在一個(gè)實(shí)施方式中，體積流率比為約5:1至約20:1。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方式中，該裝置包括沿計(jì)量流設(shè)置的用于添加添加劑的計(jì)量供給裝置
3。在一些實(shí)施方式中，計(jì)量供給裝置為高鐵酸鹽計(jì)量泵。高鐵酸鹽計(jì)量泵可以通過已知的計(jì)算機(jī)輸入方式控制，并且可以被編程為響應(yīng)于該裝置的其他輸入。
[0023]在一些實(shí)施方式中，該裝置包括設(shè)置在計(jì)量供給裝置下游的監(jiān)測流單元5，監(jiān)測流單元5用于測量計(jì)量流中的添加劑濃度。監(jiān)測流單元可以包括光度計(jì)。在一些實(shí)施方式中，光度計(jì)可以包括分光光度計(jì)。當(dāng)高鐵酸鹽被用作添加劑時(shí)，分光光度計(jì)可以在約500nm至約520nm的波長下監(jiān)測高鐵酸鹽的濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在約5IOnm的波長下測量高鐵酸鹽的濃度。當(dāng)氯化亞鐵或氯化鐵被用作添加劑時(shí)，分光光度計(jì)可以在約310nm至約330nm的波長下監(jiān)測高鐵酸鹽的濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在約320nm的波長下測量亞鐵或三價(jià)鐵的濃度。
[0024]如果添加劑均勻地分布于計(jì)量流中，則可以更加精確地測量添加劑的濃度。可以通過使用任意數(shù)量的混合裝置來獲得添加劑的均勻分布。在一個(gè)實(shí)施方式中，該裝置包括設(shè)置在計(jì)量供給裝置下游并設(shè)置在監(jiān)測流單元上游的第一混合裝置4。該混合裝置可以選自由機(jī)械混合裝置、液壓混合裝置或者聲波混合裝置。機(jī)械混合裝置包括例如靜態(tài)混合器、泵、均質(zhì)器或靜態(tài)流(Statiflo)單元。液壓混合裝置包括例如噴射器或排泄器。聲波混合裝置包括例如超聲波粉碎機(jī)。
[0025]在一些實(shí)施方式中，計(jì)量流與處理流在監(jiān)測流單元下游的位置6處重新結(jié)合。計(jì)量流與處理流的重新結(jié)合允許添加劑對處理流進(jìn)行處理。在一些實(shí)施方式中，確保添加劑在處理流中均勻分布是有益的。由此，在一些實(shí)施方式中，該裝置包括設(shè)置在計(jì)量流與處理流重新結(jié)合的點(diǎn)的下游的第二混合裝置7以允許處理流的均勻混合。第二混合裝置可以與第一混合裝置相同或不同。
[0026]本文中還公開一種用于間接監(jiān)測流動的廢水流中的高鐵酸鹽的濃度的方法。如上文記載，高鐵酸鹽為強(qiáng)氧化劑。在一些廢水處理環(huán)境中，處理濃度太低以至于無法使用傳統(tǒng)的測量方法進(jìn)行檢測。然而，所需量的高鐵酸鹽可以添加至具有較小體積流率的流，以允許在較高的相對濃度下進(jìn)行精確測量。
[0027]在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括:將流動的廢水流中的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流，其中，流動的廢水流的體積流率與計(jì)量流的體積流率按固定比例配置。計(jì)量流為從處理流分離出的流。在一些實(shí)施方式中，計(jì)量流為獨(dú)立的管，但是計(jì)量流還可以通過分割這兩個(gè)流的其它任何方式從處理流分離。
[0028]計(jì)量流的體積流率優(yōu)選配置為小于廢水流的體積流率。因此，少量的高鐵酸鹽可以被添加至計(jì)量流以達(dá)到可以精確測量的濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，體積流率的固定比可以為約2:1至約100:1。優(yōu)選地，體積流率比為約3:1至約50:1。在一個(gè)實(shí)施方式中，體積流率比為約5:1至約20:1。[0029]在一些實(shí)施方式中，該方法包括:在高鐵酸鹽添加位置向計(jì)量流添加高鐵酸鹽?？梢酝ㄟ^任意方法添加高鐵酸鹽，這些方法包括使用高鐵酸鹽計(jì)量供給泵。在一些實(shí)施方式中，在高鐵酸鹽添加位置的下游點(diǎn)處測量計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度。可以通過任意方法測量高鐵酸鹽的濃度，這些方法包括使用分光計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，基本連續(xù)地測量計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度。通過基本連續(xù)地測量濃度，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)在高鐵酸鹽添加位置處添加的高鐵酸鹽的量以滿足不同需求。
[0030]在一些實(shí)施方式中，需要在高鐵酸鹽添加位置的下游混合計(jì)量流，以允許高鐵酸鹽更加均勻分布在計(jì)量流中。在高鐵酸鹽添加位置的下游與測量濃度的點(diǎn)的上游混合流，以在測量濃度之前均勻地混合流。可以通過使用任意的如上所述的混合裝置混合計(jì)量流。
[0031]在一個(gè)實(shí)施方式中，在測量完濃度之后，包含高鐵酸鹽的計(jì)量流與廢水流重新結(jié)合以允許高鐵酸鹽對流動的廢水流進(jìn)行處理。在獲得計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度之后，可以根據(jù)計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度和廢水流與計(jì)量流的體積流率的比間接計(jì)算廢水流中的高鐵酸鹽的濃度。相應(yīng)地，即使廢水流中的高鐵酸鹽的濃度低于直接精確測量的濃度，也可以計(jì)算廢水流中的高鐵酸鹽的濃度。在間接計(jì)算廢水流中的高鐵酸鹽的濃度之后，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)高鐵酸鹽的添加量以滿足當(dāng)前的需求。例如，監(jiān)測流單元可以測量計(jì)量流中的高鐵酸鹽或其他添加劑的量，并與管理添加劑的計(jì)量供給泵進(jìn)行通信以調(diào)節(jié)添加速率。
[0032]本文中還公開一種用于間接監(jiān)測流動的處理流中的低濃度添加劑濃度的方法。在一些實(shí)施方式中，添加劑濃度太低以至于無法使用傳統(tǒng)的測量方法進(jìn)行檢測。然而，所需量的高鐵酸鹽可以添加至具有較小體積流率的流，以允許在較高的相對濃度下進(jìn)行精確測量。在一些實(shí)施方式中，該方法包括:使處理流的至少一部分流入計(jì)量流并向計(jì)量流添加添加劑。
[0033]流動的處理劉可以為任意水溶液流。水溶液流可以包含:廢水、壓載水、飲用水、再生水、工藝用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它們的組合物。計(jì)量流為從處理流分離出的流。在一些實(shí)施方式中，計(jì)量流為獨(dú)立的管，但是計(jì)量流還可以通過其它任何分割方法從處理流分離。添加劑可以為氧化劑、非氧化劑、消毒劑、絮凝劑或凝結(jié)劑或者它們的組合物，但并不限定于此。有用氧化劑的一些示例包括:高鐵酸鹽、臭氧、氟、氯、溴、碘、次氯酸鹽、氯酸鹽、硝酸、三氧化鉻、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、高錳酸鹽、錳酸鹽或者過氧化氫。在一個(gè)實(shí)施方式中，氧化劑為高鐵酸鹽。非氧化劑的一些示例包括:亞鐵、零價(jià)鐵以及三價(jià)鐵，如氯化鐵。
[0034]在一些實(shí)施方式中，該方法包括:在向計(jì)量流添加添加劑的位置的下游處測量添加劑的濃度?？梢酝ㄟ^使用光度計(jì)測量濃度。在一些實(shí)施方式中，使用分光光度計(jì)執(zhí)行添加劑濃度的光度計(jì)測量。在一個(gè)實(shí)施方式中，分光光度計(jì)配置在與添加劑相對應(yīng)的波長下。優(yōu)選地，使用約290nm至約350nm或約480nm至約540nm波長下的分光光度計(jì)執(zhí)行測量。更優(yōu)選地，使用約310nm至約330nm或約500nm至約520nm波長下的分光光度計(jì)執(zhí)行測量。在一些實(shí)施方式中，基本連續(xù)地測量計(jì)量流中的添加劑濃度。
[0035]還公開一種用于控制處理流中的添加劑濃度的方法。當(dāng)所需濃度太低以至于無法精確測量時(shí)，很難控制添加劑的濃度。在一些實(shí)施方式中，該方法包括:將至少一部分處理流轉(zhuǎn)移至計(jì)量流。計(jì)量流允許用戶向計(jì)量流添加添加劑、精確測量添加劑的濃度以及在將計(jì)量流與處理流混合之前控制該濃度。之后，可以調(diào)節(jié)添加至計(jì)量流的添加劑的量以控制處理流中的添加劑的濃度。
[0036]在一個(gè)實(shí)施方式中，低濃度添加劑為高鐵酸鹽。在一些實(shí)施方式中，在高鐵酸鹽添加位置處向處理流添加高鐵酸鹽。在一些實(shí)施方式中，在高鐵酸鹽添加位置的下游使用光度計(jì)監(jiān)測處理流中的高鐵酸鹽的濃度。
[0037]如上所述的實(shí)施方式可以任意地與高鐵酸鹽的任何用途結(jié)合使用以增加測量效果，從而增加處理工藝的整體效果。下文中僅描述一些高鐵酸鹽的潛在用途和本發(fā)明增加所述用途的效果的方法。
[0038]高鐵酸鹽的用途
[0039]總體上，高鐵酸鹽可以與任意已知處理結(jié)合使用并且可以用于任意已知目的。高鐵酸鹽特別用作氧化劑、絮凝劑和/或凝結(jié)劑。尤其是，高鐵酸鹽的潛在用途包括以下內(nèi)容:去除工業(yè)電解槽中的顏色；制造用于費(fèi)-托(Fischer-Tropsch)工藝的催化劑以從一氧化碳和氫生成還原的碳?xì)浠衔?；半纖維素的提純；烯烴、烷基側(cè)鏈、有機(jī)硫化合物、硫醇亞磺酸、有機(jī)氮化合物、羧酸、鹵化物、醇和醛的選擇性氧化以及在氧化偶聯(lián)中；作為用于水、廢水和污水處理的一般氧化劑；作為殺菌劑或殺病毒劑進(jìn)行消毒；磷酸化酶滅活劑；防腐蝕涂料添加劑；廢氣的脫硝；用于電池的電極；來自廢水的氰化物和硫氰酸的解毒；氧氣需求測量；去除HNC和致癌分子的香煙過濾器；用于有害的廢棄物和其他廢棄物(例如來自紙漿產(chǎn)業(yè))的氧化劑；從低壓氣流中去除硫化氫以進(jìn)行污染控制；在不聯(lián)產(chǎn)有害產(chǎn)物的情況下從廢水和飲用水中去除具有致突變性和致癌性特征的污染物質(zhì)，如萘、硝基苯、二氯苯和三氯乙烯；添加至水泥的結(jié)構(gòu)固化劑；在去除細(xì)菌細(xì)胞的步驟中滅活大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌和其他糞大腸菌的消毒劑；去除鏈球菌和金黃色葡萄球菌；生物污染控制的非腐蝕性氧化劑，例如，在發(fā)電廠和艦載冷卻系統(tǒng)中去除由微生物形成的污泥膜；在氧化凝固處理工藝中去除飲用水中的細(xì)菌、重金屬和無機(jī)物；在“諾克斯(Knox)”處理中從酸性氣體去除硫化氫；對農(nóng)業(yè)殘余物進(jìn)行脫木質(zhì)化，以從小麥秸桿產(chǎn)出葡萄糖和乙醇；用于具有高聚合物粘結(jié)劑含量的柔性塑料的鋇和鍶高鐵酸鹽的磁性填料；支持其他氧化劑，如鉻(VI)和高錳酸鉀(KMnO4);燒結(jié)爐的尾氣脫硝；從供給至鋅廠的溶液中去除雜質(zhì)；凈化含有氰化物和硫氰酸的廢水；苯酚、亞硫酸鈉和硫代硫酸鈉的氧化破壞；在蒸汽氣化步驟中用作燃燒煤的催化劑以去除雜質(zhì)；砂輪的組成部分；用于蒸發(fā)膜的流體形式的蝕刻劑；以及用于需要鐵磁特性的電子器件中的陶瓷封裝稀土金屬的高鐵酸鹽。在全文通過引用并入本文的Deininger的第5，202，108,5, 217，584和5，370，857號美國專利中討論了上述應(yīng)用和其他的應(yīng)用。
[0040]將在下文中討論高鐵酸鹽的其它用途。
[0041]A.廢水的處理
[0042]如上述記載，當(dāng)前需要發(fā)展安全、廉價(jià)且“環(huán)境友好”的氧化劑，尤其是用于水和廢水處理的應(yīng)用。處理包含有害的有機(jī)和無機(jī)化合物的生產(chǎn)和市政污水為重要的致力點(diǎn)。目前，存在有許多去除污染物的方法，包括:吸附、混凝、生物降解、化學(xué)降解和光降解?；瘜W(xué)降解通常為用于水處理的最經(jīng)濟(jì)可行且最簡便的方法，并且通常涉及氯、次氯酸鹽或臭氧。雖然有效，但是這些氧化劑通常具有有害的副作用。氯和臭氧是具有毒性且腐蝕性很強(qiáng)的氣體。
[0043]次氯酸鹽總體上以固體或水溶液提供；然而，次氯酸鹽是通過使用氯氣生成并且在加熱或化學(xué)處理不當(dāng)時(shí)能夠迅速分解為氯。而且，盡管次氯酸鹽，0C1_，在較小操作中用作水處理的氯源，但是其成本昂貴。
[0044]此外，因?yàn)榫哂袆《?，氯或次氯酸鹽的處理對于工人而言具有潛在的危險(xiǎn)。氯和含氯氧化劑的主要缺點(diǎn)為，過量的氯可能產(chǎn)出氯化氧化產(chǎn)物(如:氯胺、氯化芳烴、氯化胺或碳?xì)浠衔?，這些產(chǎn)物中有許多是潛在的誘變劑或致癌物質(zhì)，并且可能比原污染物更具毒性和/或更難去除。因?yàn)檫@些化合物對公眾健康構(gòu)成潛在危害，所以需要擺脫氯的使用。
[0045]高鐵酸鹽可用于廢水、污水或污泥處理。高鐵酸鹽與有機(jī)或無機(jī)化合物以及如細(xì)胞、細(xì)菌、病毒等生物實(shí)體進(jìn)行反應(yīng)是本【技術(shù)領(lǐng)域】的公知常識。在這些反應(yīng)中，基質(zhì)被氧化成無生物活性的產(chǎn)物。高鐵酸鹽分子本身被還原為Fe (III)，F(xiàn)e(III)以Fe(OH)3或其他Fe(III)鹽形式從溶液中沉淀出來。含鐵鹽可被輕易過濾，并留下含有無害的副產(chǎn)品的無鐵水。
[0046]大腸桿菌(Escherichiacoli)、沙門氏菌(Salmonella)、志賀氏桿菌(Shigella)為腸桿菌科的所有成員。這些細(xì)菌以及一些在本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員已知的其他細(xì)菌具有相似生理特征，包括桿形革蘭氏陰性兼性厭氧生物體。大腸桿菌很久以來一直用作水系統(tǒng)中的糞便污染指標(biāo)，并且存在大量可用于這種特定生物體的殺菌文獻(xiàn)。高鐵酸鹽為抑制清潔系統(tǒng)中的懸浮細(xì)菌生長的有效的生物殺滅劑。高鐵酸鹽在相當(dāng)?shù)偷臐舛认掠心芰ρ杆贉缁疃鄠€(gè)已知病原體。
[0047]高鐵酸鹽還是對抗病毒(例如F2病毒)的有效的消毒劑。已對高鐵酸鹽的抗病毒活性進(jìn)行了研究，并已發(fā)現(xiàn)高鐵酸鹽可有效地使病毒失活(Kazama，Wat.Sc1.Tech.31(5-6)，165-168(1995))。高鐵酸鹽還在水系統(tǒng)中凝結(jié)渾濁，并且在水和污水處理設(shè)施中所使用的合理的高鐵酸鹽濃度下滅活大部分腸道致病菌。
[0048]還對高鐵酸鹽的生物殺滅特性進(jìn)行了研究(Y.Yamamoto, Mizu ShoriGijutsu, Vol.24, p, 929 (1983) )0高鐵酸鹽具有作為強(qiáng)效殺菌劑的能力，這是其應(yīng)用為水處理劑的重要特性。高鐵酸鹽已作為消毒劑使用于河水處理以及城市污水處理工藝中；在其使用中，大腸菌群的去除取決于PH值。其已被證明可有效地對抗大腸桿菌和球衣細(xì)菌屬(sphaerotilus) (F.Kazama, J.Ferment.Bioeng., Vol.67, p.369 (1989))。高鐵酸鹽還被用于從處理后的污水和河水中去除大腸細(xì)菌(F.Kazama和K.Kato, Hamanashi DaigakuKogakubu Kenkyu Hokoku, Vol.35, p.117(1984))。
[0049]此外，高鐵酸鹽可用于氧化污水處理廠的二級排水中的氨。主要氧化產(chǎn)物是氮，而且在該產(chǎn)物中還存在一些亞硝酸鹽。這些氧化產(chǎn)物都是環(huán)境友好的。
[0050]市政和工業(yè)污水處理廠可以利用高鐵酸鹽的上述特性?？梢栽谒幚碓O(shè)施附近設(shè)置高鐵酸鹽生產(chǎn)設(shè)備。在現(xiàn)場將新生產(chǎn)的高鐵酸鹽混入來自市政污水線或工業(yè)污水線的廢水。高鐵酸鹽生產(chǎn)設(shè)備根據(jù)與所有流出物中存在的廢物進(jìn)行反應(yīng)的需要生產(chǎn)適量的高鐵酸鹽。
[0051]因?yàn)楦哞F酸鹽為有效的消毒劑，故其具有替代廣泛使用的飲用水加氯消毒法的潛力。隨著污染的加劇，需要能夠由個(gè)人在“小”量飲用水的情況下以及在市政/工業(yè)廢水水平下安全使用的水凈化劑。例如在理想的情況下，凈化劑應(yīng)該能夠消毒，并通過絮凝去除懸浮微粒物、重金屬(包括放射性同位素)和一些有機(jī)物，從而通過氧化至少部分地破壞溶解的有機(jī)污染物，并且作為最后的步驟，從溶液中去除其本身。符合這些條件的一步式凈化試劑為Fe042_，即高鐵酸鹽。這種離子能夠成功地與現(xiàn)有的兩步式氯化/三價(jià)鐵硫酸、絮凝技術(shù)競爭，從而避免有毒或致癌的鹵化有機(jī)物的生成。
[0052]因?yàn)楦哞F酸鹽具有多用途的氧化劑-凝結(jié)劑特性，這非常有益于處理化學(xué)和制藥公司所產(chǎn)出的廢水。這些公司每年花費(fèi)著數(shù)百萬美元的清理成本以清理在它們的工藝中使用過的受污染的水或者產(chǎn)出的受污染的水。由這些公司產(chǎn)出的幾乎所有的污水都可被高鐵酸鹽氧化為相對無害的副產(chǎn)品，并且留下的水可以直接流入到市政污水處理系統(tǒng)中，并在沒有特殊治理的情況下進(jìn)行處理。因此，任何產(chǎn)出帶有機(jī)物、無機(jī)物或生物雜質(zhì)的廢水的公司都可以在它們的排水線末端設(shè)置高鐵酸鹽生產(chǎn)設(shè)備。
[0053]市政污水處理系統(tǒng)遭受著一種特殊負(fù)擔(dān)。市政污水處理系統(tǒng)超載有任意可想象到的廢物，其中大多數(shù)為有機(jī)物或生物。一旦過濾掉大型物體之后，下水道設(shè)施必需處理可溶于水中的殘余物。通常，廢水設(shè)施通過活性炭或其他與有機(jī)化合物有親和力的過濾器過濾廢水或通過生物方法處理廢水。這些處理緩慢且昂貴。因?yàn)檫@些設(shè)施對流入的廢水的緩慢反應(yīng)經(jīng)常導(dǎo)致暴雨期間下水道溢出。在沿海地區(qū)，這將導(dǎo)致原料和未經(jīng)處理的污水蔓延至附近的海洋或湖泊中，從而造成環(huán)境破壞。雖然可使用氧化劑方便地迅速去除無需的廢物，但是目前可在市面上買到的氧化劑要么成本過高，要么產(chǎn)生的副產(chǎn)物，這種副產(chǎn)物有時(shí)還比廢物本身更具環(huán)境危害性。
[0054]此外，非常需要一種用于在市政下水道系統(tǒng)和污水處理場和廢水處理設(shè)施中控制H2S的方法。廢水處理中的持續(xù)性主要問題之一為，設(shè)施結(jié)構(gòu)通過接觸硫化氫氣體(H2S)而嚴(yán)重腐蝕，或者設(shè)施結(jié)構(gòu)與空氣接觸后的氧化產(chǎn)物。同樣重要的是暴露于H2S氣體(即使是很短時(shí)間)而產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)；這種健康風(fēng)險(xiǎn)被報(bào)告為導(dǎo)致下水道工人死亡。另一個(gè)主要問題為H2S氣體具有惡臭，由此導(dǎo)致暴露在該氣體下的人感到不適。
[0055]已知，高鐵酸鹽非常有用于多種廢水處理應(yīng)用。已著眼于在一些工業(yè)應(yīng)用中使用高鐵酸鹽(尤其是通過一些有機(jī)和無機(jī)基質(zhì))對高鐵酸鹽的氧化和它們對于廢水處理的應(yīng)用進(jìn)行了研究(第1285-88(1985)號，水的氯化和化工環(huán)境對于身體健康的影響的石開討報(bào)告(Proceedings of the Conference on Water Chlorination and ChemicalEnvironmental Impact Health Effects) ；J.D.Carr, P.B.Kelter, A.Tabatabai, D.Spichal, J.Erickson和C.ff.McLaughlin著)。廢水處理中的高鐵酸鹽應(yīng)用不僅涉及其氧化能力，而且還涉及其他多用途的特性，如其絮凝體形成、消毒特性和總體修復(fù)功能。
[0056]已在試點(diǎn)水平下測試使用高鐵酸鹽的地下水直接過濾(T.Waite, Environ.Sc1.Technol.，Vol.17，ρ.123 (1983))。已調(diào)查生物污染控制(R.L.Bartzatt andD.Nagel, Arch.Env.Health, 1991，Vol.46 (5)，pp.313-14 (1991))。研究表明，高鐵酸鹽的混凝特性可用于除池(S.J.de Luca, C.N.1dle, A.C.Chao, Wat.Sc1.Tech.33 (3)，119-130 (1996))。研究表明，當(dāng)模型冷凝器被供給10_5M的高鐵酸鹽溶液(每天兩次、每次5分鐘)時(shí)，生物膜的生長被抑制(T.Waite, M.Gilbert,和C.Hare, Water Tech/Qual., pp.495-497(1976))。
[0057]已報(bào)告廢水中的作為強(qiáng)效致癌物質(zhì)的亞硝胺的高鐵酸鹽氧化破壞(D.Wi 11 iams和 J.Riley, Inorg.Chim.Acta, Vol.8, p.177 (1974))。
[0058]已發(fā)現(xiàn)較低劑量的高鐵酸鹽可減少國內(nèi)二級污水中的BOD (生物需氧量)和TOC(總有機(jī)碳)(F.Kazama 和 K.Kato, Kogabkubu Kenkyu Kokou, Vol.35, pp.117-22(1984))。[0059]可采用高鐵酸鹽處理來自市政源的工廠廢水和污泥。已發(fā)現(xiàn)在125-1000mg/L的K2FeO4劑量水平下的處理因?yàn)楦叻肿恿坑袡C(jī)物的部分氧化而顯著降低了對錳的化學(xué)需氧量(CODsfa)15在使用高鐵酸鹽進(jìn)行處理之后，UV光譜的減少已經(jīng)說明在高鐵酸鹽減少時(shí)產(chǎn)生的鐵(III)凝聚物內(nèi)的黃腐酸和腐殖酸被去除(F.Kazama和K.Kato, Kogabkubu KenkyuKokou, Vol.34，pp.100-4 (1984))。
[0060]聚氨基羧酸鹽例如二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、乙二胺四乙酸(EDTA)和次氮基三乙酸(NTA)是人工合成配體，該人工合成配體與大部分金屬形成穩(wěn)定復(fù)合物并且用于各種工業(yè)應(yīng)用，諸如照相顯像、造紙和紡織印染。乙烯二胺二琥珀酸(EDDS)與過渡金屬形成六齒配體螯合物并且用于消費(fèi)產(chǎn)品，例如洗衣粉。EDTA為用于核電反應(yīng)堆的主熱輸送系統(tǒng)的化學(xué)去污配方的組成部分。在許多美國能源部(DOE)站點(diǎn)報(bào)道過重金屬與聚氨基羧酸鹽共存。這些聚氨基羧酸鹽難以生物降解(例如EDTA)，與其他安全監(jiān)管問題相關(guān)聯(lián)(例如NTA)或者低效(例如檸檬酸鹽)。高鐵酸鹽能夠?qū)⒕郯被人猁}和金屬-聚氨基羧酸鹽降解為簡單的產(chǎn)物。
[0061]一些化合物已上榜EPA污染物候選名單(CCL)。這些化合物包括:二嗪農(nóng)、乙拌磷、地蟲磷、特丁磷、草凈津、撲草凈、1，2- 二苯肼、硝基苯、乙草胺、2，4，6-三氯苯酚和2，4- 二氯苯酚。高鐵酸鹽可以氧化這些化合物。
[0062]汽油添加劑甲基叔丁基醚(MTBE)是一種普遍存在的地下水污染物。美國地質(zhì)調(diào)查局國家水環(huán)境質(zhì)量評估項(xiàng)目通過在27%的被測試城市井中得出了該結(jié)論。最近的一個(gè)調(diào)查表明，在美國所有社區(qū)飲用水井中的5%至10%中檢測出甲基叔丁基醚(MTBE)污染。其堅(jiān)稱在含有石油的含水層中。地下水中的MTBE可以使用高鐵酸鹽氧化為相對無危害的化合物。
[0063]三氯乙烯(TCE)是工業(yè)中大量使用的非易燃溶劑，其是最常見的有機(jī)地下水污染物之一，并且被列為“可能的人類致癌物”。TCE依次被還原為二氯乙烯(DCE)異構(gòu)體、氯乙烯(CE)和乙烯。因?yàn)楸阌诂F(xiàn)場實(shí)施和較低成本，所以在整治被污染的地下水中使用高鐵酸鹽是非常具有吸引力的。
[0064]高氯化酚衍生物例如五氯苯酚(PCP)被美國環(huán)保局列為重點(diǎn)污染物。PCP主要用作木材防腐劑和一般的殺菌劑。PCP為疑似致癌物質(zhì)并且其熱解和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物比PCP本身更具毒性?？梢岳酶哞F酸鹽降解PCP。
[0065]高鐵酸鹽還可以應(yīng)用于農(nóng)藥行業(yè)的污水流中。作為農(nóng)業(yè)行業(yè)的普遍產(chǎn)物之一，除草劑氟樂靈(trifluaraline)是一個(gè)出現(xiàn)之前的、細(xì)胞和核分裂抑制劑。其對于人類具有劇毒。可以在含有如氟樂靈的化合物的農(nóng)藥行業(yè)的污水流中應(yīng)用高鐵酸鹽。
[0066]存在于源自紡織行業(yè)的廢水中的染料引起了特定的環(huán)境關(guān)注，因?yàn)檫@些染料會對水帶來不期望的顏色。它們通常也是有害的化合物并且能夠通過水解、部分氧化、或其他在廢物處理階段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)生成毒副產(chǎn)物。使用高鐵酸鹽可以實(shí)現(xiàn)來自紡織行業(yè)的不同類別的紡織染料的脫色和降解。
[0067]在制藥和精細(xì)化工制造中，有機(jī)轉(zhuǎn)換使用基于過渡金屬化合物的氧化劑按照常規(guī)進(jìn)行。合成方法學(xué)的最大問題之一為選擇性氧化。例如，通過Cr(VI)或Mn(VII)進(jìn)行的醇的氧化缺乏特異性和選擇性。在這些反應(yīng)中，高鐵酸鹽具有選擇性和特異性。Fe(III)副產(chǎn)物的無毒特性使高鐵酸鹽成為環(huán)境安全的氧化劑。在有機(jī)合成中可以利用高鐵酸鹽，由此減輕氧化過程對環(huán)境的影響以及降低其成本(“綠色化學(xué)”)。
[0068]硫脲及其衍生物是已知的腐蝕抑制劑并且被用作為化學(xué)絡(luò)合劑以清潔工業(yè)設(shè)備(如鍋爐和核反應(yīng)堆)中產(chǎn)生的水銹。因?yàn)榱螂鍖λ锏亩拘?，所以在排放鍋爐化學(xué)清洗廢物(BCCW)之前需要對其進(jìn)行處理。高鐵酸鹽可以輕易地從鍋爐化學(xué)清洗廢物(BCCW)去除硫脲及其衍生物。
[0069]煉油廠和焦炭加工廠生成含硫磺和氰化物的化合物。這些污染物具有毒性并且因?yàn)榫哂须y聞的氣味而對環(huán)境有著顯著影響。此外，因?yàn)槠涓哐跣枨?，所以很難接受其存在于環(huán)境中。高鐵酸鹽可用于石油工業(yè)廢水以去除與含硫磺和氰化物的化合物相關(guān)的異味。
[0070]飲用水供應(yīng)方有時(shí)會受到由錳(II)的存在導(dǎo)致的異味的困擾。錳(II)引起美觀的問題，如有色水、渾濁、污水、異味。錳(II)還可能加快生物生長，這進(jìn)一步加劇異味的問題。通過使用高鐵酸鹽將可溶Mn(II)氧化為難溶的氫氧化物和氧化物固相(即氧化為MnOOH 和 MnO2)以去除 Mn(II)。
[0071]在戰(zhàn)場上以及試點(diǎn)工廠和化學(xué)制劑的生產(chǎn)、儲存，銷毀地點(diǎn)?；瘜W(xué)戰(zhàn)劑都需要去污。高鐵酸鹽可以氧化化學(xué)戰(zhàn)劑，例如VX (O-乙基-S-(2-二異丙基氨乙基)-甲基硫代勝酸乙酯(O-ethyl-S- (2_di isopropyl amino) ethy lmethy lphosphono-thioate ) ) > GD (甲氟膦酸叔己酯(pinacolyl methylphosphonofIuoridate))> GB (甲氟膦酸異丙酯(2_propylmethylphosphonofIuridate))> 芥子氣(2，2，- 二氯二 乙硫醚(2，2，-dichlorodiethylsulfide))、HD (二氯二乙硫醚(bis (2-chloroethyl) sulfide))。高鐵酸鹽有許多應(yīng)用，例如在需要迅速且便捷地應(yīng)用去污劑的戰(zhàn)場上環(huán)境友好地“倉促”去污。
[0072]在源自海上和陸地上的生產(chǎn)作業(yè)中的天然氣的還原過程中，生成采出水，其含有有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的復(fù)合混合物。在美國，每年產(chǎn)出約有120億桶的采出水。這種大量的采出水造成了重大的環(huán)境問題。水的毒性和有機(jī)負(fù)荷成為了采出水對環(huán)境的主要影響。通過使用高鐵酸鹽的處理可以降低油田采出水的有機(jī)負(fù)荷和強(qiáng)烈毒性。
[0073]供水中含有砷化合物是一個(gè)世界性的健康問題。成千上萬的人們已經(jīng)表現(xiàn)出砷中毒的癥狀。由世界衛(wèi)生組織和歐共體推薦的水中含砷的最大閾值為10微克/升。當(dāng)前的去除程序不足以使供水中的砷含量達(dá)標(biāo)。在涉及氧化、吸附和沉淀的步驟中，可以通過高鐵酸鹽從水中除去砷。
[0074]近年來，存在于可飲用的地面和地下供水中的天然有機(jī)物(NOM)已經(jīng)受到了有越來越多的關(guān)注。關(guān)注的理由之一涉及通過氯化法進(jìn)行的水處理中形成的消毒副產(chǎn)物(DPB’ S)。通過氯化法氧化NOM生成氯化碳?xì)浠衔?，其中許多產(chǎn)物為已知或疑似致癌物。高鐵酸鹽具有作為環(huán)境友好整治處理以降低飲用水中的DPB’ s的水平的優(yōu)良潛力。這個(gè)過程將不會產(chǎn)生毒性氯化有機(jī)物并且還可以有效地將NOM礦化為二氧化碳，潛在地完全消除DPB’s的產(chǎn)生。
[0075]高鐵酸鹽溶液可用于開發(fā)一種用于保護(hù)鋼鐵鑄件免受腐蝕的方法。該程序基于在金屬上的高鐵酸鹽薄膜的腐朽而形成的三氧化二鐵。在這種程序中，使堿金屬高鐵酸鹽與包含還原劑的堿金屬溶液的混合物與金屬表面相接觸。
[0076]使用金屬鹽(例如明礬、三價(jià)鐵氯化物和硫酸亞鐵)從溶液中去除固體具有多個(gè)缺點(diǎn)。第一，水和金屬離子的結(jié)合生成一種具有高水含量以至于增加脫水成本的凝膠狀污泥。第二，在鹽的添加之后水變得更具酸性，導(dǎo)致鹽的凝結(jié)劑特性降低。第三，金屬磷酸鹽復(fù)合物的形成導(dǎo)致溶液中的磷酸鹽水平降低，以至于磷酸鹽很難用于殺菌。這攪亂了系統(tǒng)的生物功能。將合成有機(jī)聚合物用作常用的凝結(jié)劑和絮凝劑以替換金屬鹽。為了達(dá)成這個(gè)目的，需要大量的聚合物，這使得處理工藝成本很高。使用合成聚合物也具有多個(gè)缺點(diǎn)。由于聚合物的可溶性，導(dǎo)致合成聚合物向水中排放有毒物質(zhì)。此外，可溶性還極大程度地受環(huán)境因素例如溫度和PH值影響。聚合物對水質(zhì)非常敏感，并且?guī)缀鯇OD沒有效果。聚合物和高鐵酸鹽的組合物可以是有利的。這種組合物可需要少量凝結(jié)劑，由此成本不高。聚合物-高鐵酸鹽的復(fù)合物可以形成為從聚合物的可溶性中消除毒性。聚合物-高鐵酸鹽的復(fù)合物還可以具有多用途特性并且可以較不敏感于水質(zhì)。
[0077]如上文所述，需要低濃度的高鐵酸鹽以用于有效地處理如上文所述的類型的水。然而，無法使用傳統(tǒng)的方法可靠地監(jiān)測這種濃度。因?yàn)闆]有在如此低濃度下可靠地測量高鐵酸鹽的方法，操作員需要使用高于所需濃度的高鐵酸鹽，這導(dǎo)致成本劇增。在本文中公開的發(fā)明允許操作員在處理所需的低濃度下監(jiān)測高鐵酸鹽的濃度，從而極大地節(jié)約成本。
[0078]B.娛樂用水的處理
[0079]可以在泳池和水療應(yīng)用中使用高鐵酸鹽。眾所周知，泳池、按摩浴缸和水療設(shè)施中存在有機(jī)廢物污染。廢物從游泳者的身體進(jìn)入到水中或者通過風(fēng)或昆蟲進(jìn)入到水中。如果不及時(shí)處理，則使得水變得渾濁且難聞。常用的處理方法包括:添加氧化劑，如漂白劑和抗細(xì)菌或抗真菌劑。這些處理方法產(chǎn)生不必要的副作用。殘留在水中的氧化劑對于使用水的游泳者的皮膚產(chǎn)生不利影響。此外，氧化劑產(chǎn)生環(huán)境有害的副產(chǎn)物，如氯化碳?xì)浠衔铩?br> [0080]根據(jù)本文所公開的方法，可以使用高鐵酸鹽處理泳池水流，由此將所有的有機(jī)廢物氧化為無害的產(chǎn)物，過濾掉鐵鹽，并將干凈的水重新引入到泳池中。因?yàn)閺拈L遠(yuǎn)來看，高鐵酸鹽的成本低于需要用于處理泳池的許多購買的氧化劑和抗真菌化學(xué)品，所以這代表著凈化泳池水的高效且經(jīng)濟(jì)的方法?？稍谕ㄟ^高鐵酸鹽處理的任何泳池或按摩浴缸中安裝本發(fā)明的設(shè)備，從而可以在處理所需的低濃度下精確地實(shí)時(shí)監(jiān)測高鐵酸鹽的濃度。
[0081]C.在加工廠中的用途
[0082]許多加工廠生成包含例如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和油的生物固體的液體流，其中在流從工廠排出之前必需進(jìn)行處理以去除潛在有價(jià)值的生物固體產(chǎn)物。這些液體流通常源自食品加工廠，并且在以重量為基準(zhǔn)時(shí)具有約0.01%至5%的固體含量。通過使用高鐵酸鹽提供一種用于澄清這種流的處理工藝，從而使固體絮凝，并生物固體選擇性地從固體中分離。隨后可以使用生物固體，例如使用在動物飼料中。
[0083]如本文定義，“絮凝”是指從包含生物固體的流中分離懸浮的生物固體，其中生物固體凝聚并分離至生物固體之前懸浮的流的上部或底部。絮凝產(chǎn)出絮凝的物質(zhì)，其在需要時(shí)可以從流中物理分離。希望最大化絮凝物質(zhì)的尺寸以便于從流中去除該物質(zhì)。
[0084]待處理的液體流可來自任何產(chǎn)出包含生物固體的液體流的加工廠,如食品加工廠。例如，動物屠宰加工廠和其他食品加工廠可以產(chǎn)出包含蛋白質(zhì)、脂肪和油的液體流。動物屠宰加工廠包括:牛、豬、家禽和海鮮加工廠。其他食品加工廠包括:蔬菜、谷物加工廠和加工大豆、水稻、大麥、奶酪、乳清的乳品加工廠；濕式粉碎淀粉和谷物的工廠；以及啤酒廠、釀酒廠和葡萄酒廠。來自這些加工工藝的液體流中存在的生物固體可包括:糖、淀粉以及除蛋白質(zhì)、脂肪和油以外的碳水化合物。例如，加工大豆時(shí)，蛋白質(zhì)被提取到液體流中，在液體流，蛋白質(zhì)基本被回收。[0085]雖然本發(fā)明有用于產(chǎn)生生物固體的水懸浮液的傳統(tǒng)食品加工業(yè)務(wù)，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識至IJ，本發(fā)明還有用于源自非食用端用途的食品(動物或蔬菜)物質(zhì)的加工的生物固體的水懸浮液的處理。例如，當(dāng)分離和回收時(shí)，蛋白質(zhì)非常有用于一些化妝品和其他護(hù)膚配方中；淀粉有許多非食品用途，包括用于造紙。再者，本發(fā)明總體上有用于處理包含源自非食用加工操作的生物固體的任何水流。此外，如上文公開，雖然生物固體總體上懸浮于基本水流，但是溶解于該流中的生物固體的濃度取決于該流或生物固體的特性，例如取決于pH值、鹽度或其他參數(shù)。
[0086]該處理工藝涉及包含如蛋白質(zhì)的生物固體的液體流的處理，以減少懸浮固體(如通過渾濁測量)并且可選地分離生物固體。可以回收生物固體以便隨后使用。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這種處理工藝可以捕捉到懸浮的生物固體以及如存在于血和糖中的水溶性物質(zhì)。
[0087]可以通過傳統(tǒng)的分離工藝從處理流中選擇性地分離絮凝的生物固體，傳統(tǒng)的分離工藝?yán)绨?沉淀法、浮選法、過濾法、離心分離法、傾析法或這些工藝的組合。隨后可以回收分離的生物固體并進(jìn)行多種應(yīng)用。人們還驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)烘干時(shí)，相對于來自使用三價(jià)鐵氯化物作為絮凝系統(tǒng)的一部分的處理的那些回收物，從該工藝中回收的生物固體的異味減少?？赏ㄟ^已知的技術(shù)分離和回收絮凝的生物固體，例如通過上文中提到的那些方法。
[0088]可在通過高鐵酸鹽處理的任何包含生物固體的水流中安裝本發(fā)明的設(shè)備，從而可以在處理所需的低濃度下精確地實(shí)時(shí)監(jiān)測高鐵酸鹽的濃度并進(jìn)一步降低成本。
_9] E.在放射性清理中的用途
[0090]本發(fā)明還有用于溶解于水溶液中的放射性物質(zhì)的沉淀，尤其是鈾的沉淀。溶解的放射性物質(zhì)可能源自自然流水或鈾礦開采操作水處理廠。源自流的水注定要通過傳統(tǒng)的城市污水處理設(shè)施處理以用于飲用和家庭使用。
[0091]已提出將高鐵酸鹽用作從廢水中去除放射性核素(超鈾)的處理劑。到目前為止，核工業(yè)的焦點(diǎn)一直在于，使用高鐵酸鹽以從受污染的水中去除鈾和超鈾元素。此外，目前的興趣在于，使用高鐵酸鹽以從廢棄污水去除钚和镅。
[0092]Deininger的第4,983,306號美國專利公開了一種使用FeO廣從放射性廢水中精煉超鈾元素的方法，其涉及將包含超鈾元素的水源的PH值調(diào)節(jié)至6.5-14.0范圍。根據(jù)推測，通過共沉淀去除三價(jià)鐵氫氧化矩陣內(nèi)的超鈾的方法與其他重金屬相似。并且，與通用技術(shù)相比只需使用少量化學(xué)物質(zhì)?；诨┝浚褂迷摲椒ǖ姆派湫晕勰喈a(chǎn)生物根據(jù)懸浮固體在廢水供給中的含量，減少至3-20% (Deininger等人，Waste Manage (廢物管理).’ 90, vol.1, pp.789-795 (1990))。
[0093]可在通過高鐵酸鹽處理的任何包含有放射性物質(zhì)的流中安裝本發(fā)明的設(shè)備，從而可以在處理所需的低濃度下精確地實(shí)時(shí)監(jiān)測高鐵酸鹽的濃度并進(jìn)一步降低成本。
[0094]F.在處理船底污水中的用途
[0095]包括河流、溪流、湖泊和海洋的通航水道的化學(xué)、物理和生物完整性的恢復(fù)和維護(hù)得到了越來越多的關(guān)注。已頒布法律法規(guī)并且出臺了用于恢復(fù)和維護(hù)包括河流，溪流，湖泊和海洋的通航水道的化學(xué)、物理和生物完整性所需的一些程序和建立標(biāo)準(zhǔn)。其中，一條法規(guī)管制油和其他有害物質(zhì)向通航水域的排放。因?yàn)闈撛谥鴣碜源坏挠泻ξ镔|(zhì)的排放，尤其是因?yàn)闈撛谥廴镜膲狠d水排放，所以船民和海上維護(hù)服務(wù)中需要遵守該法規(guī)。
[0096]由于積水、異味、污染或其他臟水的收集，因此需要定期清理船只的艙底。這些積水、異味、污染或其他臟水通常包括:有可能造成危險(xiǎn)并且很難從壓載水中去除的油、汽油和/或柴油燃料。一些法律和法規(guī)可以禁止“排放”，“排放”包括:任何類型的油的任何滲透、溢出、滲漏或傾倒,這些油包括:燃料油、汽油、潤滑油和與船舶的艙底水混合的油。艙底水必須定期從船艙底泵出。艙底水可能會由各種各樣的污染物污染，這些污染物包括:機(jī)油、變速器、動力轉(zhuǎn)向裝置和液壓飾板流體、發(fā)動機(jī)燃料(天然氣或機(jī)油)、以及在維修和清洗過程中使用的溶劑和油漆。此外，艙底水可能被打算排出的、與水不相溶的細(xì)菌、植物群和/或動物群污染。
[0097]出于這種原因，艙底水通常被清洗或以其他方式凈化，之后在卸料站處從艙底去除處理的艙底水。液體清潔劑可被使用、添加至艙底水，并且在很短的一段時(shí)間之后船舶被帶至卸料站并泵出處理的艙底水。這種液體清潔劑無法有效地去除油或其他有機(jī)物質(zhì)，并且經(jīng)常在艙底留下油膜。當(dāng)液體清潔劑殘留下油、汽油或類似的殘留物時(shí)，在殘余殘留物的條件下將需要后續(xù)的清理并且可能加劇用于制造船舶的材料的腐蝕。此外，一些已知的液體清潔劑不可生物降解并且可能進(jìn)一步加劇污染問題。因此，雖然用于過濾和/或凈化艙底水的系統(tǒng)(如內(nèi)聯(lián)系統(tǒng))能夠在其向船外排放之前自動清潔和/或凈化艙底水，但仍不足以滿足當(dāng)前需求、十分復(fù)雜、成本過高或沒有得到產(chǎn)業(yè)或相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的廣泛接受。
[0098]所公開的方法可用于精確監(jiān)測高鐵酸鹽的濃度，并且所公開的裝置可設(shè)置為，例如，可在排放過程中通過低濃度的高鐵酸鹽持續(xù)地處理艙底水。艙底水可在船舶上處理或在從船舶中泵出后在陸地上的設(shè)施中處理。高鐵酸鹽，尤其是低濃度的高鐵酸鹽，成本低于許多能夠在市面上買到的氧化劑和處理艙底水的其它已知方法。這表示一種高效且經(jīng)濟(jì)的凈化艙底水的方法。
[0099]G.使用高鐵酸鹽的壓載水處理
[0100]由航運(yùn)業(yè)引入至海洋生態(tài)系統(tǒng)中的非本土物種成為了日益增加的問題。搭載于船體和壓載水中的物種進(jìn)入到新的海洋環(huán)境中，而造成了污染。通過防污劑的使用已經(jīng)最小化船體污染，然而在全球范圍內(nèi)，潛在于壓載水中的有害的浮游植物、微生物、病毒和無脊椎動物以及沉積物的運(yùn)輸威脅著海洋環(huán)境。在文獻(xiàn)中報(bào)道過水生滋擾物種(ANS)和有害后果的介紹文檔，并且其范圍從腰鞭毛蟲引起的麻痹性貝類中毒到蔓延于大湖中的歐洲斑馬貽貝。由此造成的生態(tài)影響和環(huán)境退化具有嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)影響。
[0101]壓載水通常用于在裝載和卸載貨物時(shí)穩(wěn)定船舶。船壓載水的量從100,000以下至14，000，000 加侖(USEPA，2001)或者大約為400至56，000m3。據(jù)估計(jì)，每年有超過21，000，000加侖的壓載水被排入到美國水域，包含多達(dá)10，000種的海洋物種。從歷史上看，控制ANS的最佳實(shí)踐方法為洋中替換，其因不完整的水去除而導(dǎo)致效果有限。一些研究中通過洋中替換的有機(jī)體去除效果低至25% (USEPA，2001)。此外，洋中替換可能存在有危險(xiǎn)，尤其是在暴風(fēng)條件下一些船舶的結(jié)構(gòu)并沒有設(shè)計(jì)為用于壓載水替換；其不適用于湖中航運(yùn)，并且很難驗(yàn)證其有效性。在國家研究委員會的報(bào)告和全球污染水管理計(jì)劃中都將船上處理工藝作為最可取的ANS管理辦法(NRC，1996;Globallast, GlobalBallast Water Management Program, 1st International Ballast Water TreatmentStandards Workshop Report (全球壓載水管理流程，第一國際壓載水處理標(biāo)準(zhǔn)工作報(bào)告)，ΙΜ0, London, March2001.)。這些處理工藝包括:物理分離、紫外線(UV)處理、化學(xué)殺菌齊U、加熱、超聲波、磁場和這些工藝的組合。將在下文中提供更加成熟的技術(shù)的簡要描述，這些技術(shù)包括:物理分離、UV處理和殺菌劑。
[0102]壓載水處理詵擇
[0103]已證實(shí)的物理性壓載水處理工藝包括:旋流分離和過濾。旋流分離已被證實(shí)可以非常有效地去除較大的顆粒和生物(Glosten-Herber-Hyde Marine, “Full-ScaleDesign Studies of Ballast Water Treatment Systems (壓載水處理系統(tǒng)的全面設(shè)計(jì)研究)，’^Prepared for the Great Lakes Ballast Technology Demonstration Project(準(zhǔn)備大湖壓載水技術(shù)不范工程)，Northeast-Midwest Institute, Washington, DC, Apri 12002; Sutherland, T.F.CD.Levings, C.C.Elliott, ff.ff.Hesse2001。壓載水處理系統(tǒng)對海洋浮游生物的自然群體的存活率的效果(Marine Ecology Progress Series, 210:139-148 (2001))。當(dāng)水以高速率通過渦流時(shí)，離心力被施加。較大的物質(zhì)被推向旋轉(zhuǎn)流體的周圍，并流入拒絕流(總流的約5-10%)中，并被排出船外。這種處理工藝的優(yōu)點(diǎn)在于，其涉及成熟的技術(shù)，能夠加裝在船上、能夠?qū)崿F(xiàn)自動化以及低的泵送需求。然而，其不能完全去除影響下游的處理工藝的渾濁；幾乎沒有微生物、病毒和浮游植物的去除能力；以及昂貴的安裝成本。
[0104]過濾單元經(jīng)常用于水處理并且可以設(shè)計(jì)為去除0.01 μ m大小的顆粒物。然而，能夠去除這些小物質(zhì)的過濾器非常昂貴且無法處理許多典型的大流量船舶。能夠去除大于50 μ m的顆粒的單元更適用于船上操作；然而，它們能夠有效地去除浮游動物和一些浮游植物，但是無法去除微生物?？梢宰詣踊^濾單元，但是用于去除夾帶物質(zhì)的回洗處理工藝對壓載水泵送產(chǎn)生不利影響。
[0105]已在實(shí)驗(yàn)室和試點(diǎn)范圍中評估壓載水的紫外線處理(Sutherland等人，2001和 Waite T.D.等人.“Removal of natural populations of marine plankton by alarge-scale ballast water treatment system (通過全面壓載水處理系統(tǒng)移除海洋浮游生物的自然群體)” Marine Ecology Progress Series, 258:51-63 (2003))。同樣，這種處理工藝在標(biāo)準(zhǔn)的水和污水應(yīng)用中具有良`好的歷史。在實(shí)驗(yàn)室研究中已發(fā)現(xiàn)，相比于移除浮游動物和浮游植物，旋流處理的壓載水的UV處理可以更有效地去除細(xì)菌和病毒。對于一些浮游植物，在存儲過程中觀察到DNA修復(fù)的證據(jù)，從而導(dǎo)致再生。旋流預(yù)處理對于減少渾濁是必要的，否則可能妨礙紫外線效果。
[0106]已動用多種化學(xué)殺菌劑，包括:氯、戊二醛、海水凈合劑(SeaKleen)和丙烯醛(USEPA, 2001)?？蓪⑦@些化學(xué)劑注入壓載水填充或排出管線，從而只需對設(shè)備進(jìn)行微小改造。然而，殺菌劑在控制微生物和小浮游動物非常有效，但是需要相當(dāng)大劑量以殺滅較大的水生物種，由此導(dǎo)致高成本和潛在的過量殘留物。如何排放包含殘余殺菌劑的壓載水成為了一個(gè)問題。因此，有必要將物理分離作為第一階段的處理以減少化學(xué)劑的劑量需求。
[0107]在所有情況下的成本估算表明，利用現(xiàn)有技術(shù)的船上處理需要遠(yuǎn)高于洋中替換的成本。需要識別一種低成本和高效的處理方法的以用于強(qiáng)制性地防止對全球航運(yùn)具有監(jiān)管和經(jīng)濟(jì)影響的ANS的擴(kuò)散。
[0108]全面實(shí)施
[0109]全球壓載水工作組(Globallast，2001)已確定用于實(shí)施船用壓載水污水處理設(shè)施的最低設(shè)計(jì)要求。其包括:(I)環(huán)境影響最?。?2)有效殺滅目標(biāo)生物物種；(3)不對船員和設(shè)施產(chǎn)生安全隱患；(4)兼容于船舶的需求和要求；以及(5)經(jīng)濟(jì)。此外，其他實(shí)施注意事項(xiàng)包括以下:(I)吸入或排出時(shí)的處理；(2)再生潛力(如果去除小于100%) ; (3)管道和/或水箱的交叉污染；(4)振動和船舶移動的影響；(5)鹽水環(huán)境下的腐蝕；以及(6)自動化和最小化操作人員注意的需求(Glosten-Herber-Hyde Marine, 2002)。壓載水處理方法的任何評估必需包括對這些需求的考慮。
[0110]高鐵酸鹽(VI)-—種環(huán)保型溶液
[0111]處于+6氧化態(tài)的鐵(高鐵酸鹽)能夠經(jīng)濟(jì)地滿足這些需求，因?yàn)槠鋸?qiáng)度可以在一個(gè)化學(xué)處理中作為氧化劑、消毒劑和凝結(jié)劑。最重要的是，其處理副產(chǎn)物是無毒的Fe(III)。
[0112]通過Fe (VI)的壓載水處理不會產(chǎn)生任何突變性/致癌性副產(chǎn)物，這使得高鐵酸鹽成為了環(huán)境友好型溶液。此外，從Fe(VI)產(chǎn)出的三氧化二鐵作為適于除去金屬、非金屬和腐植酸的強(qiáng)效凝結(jié)劑(Qu, J-H, H-J.Liu, S-X.Liu, P.J.Le1.2003Reduction of fulvicacid in drinking water by ferrate(通過高鐵酸鹽降低飲用水中的富里酸).J.Environ.Engg.129:17-24)。
[0113]在非常低的高鐵酸鹽劑量下，F(xiàn)e(VI)展現(xiàn)出顯著的消毒特性并且可以去除各種各樣的微生物。與UV技術(shù)不同，高鐵酸鹽的微生物滅活是不可逆的。
[0114]高鐵酸鹽可以干擾聚合酶和核酸酶活性，并且可降解脫氧核糖核苷(Reddy，G.V.B.Nandurij A.BasujM.J.Modal.1991ferrate oxidation murine leukemiavirusreverse transcriptase:1dentification of thetempIate-primer binding domain(高鐵酸鹽氧化鼠類白血病病毒逆轉(zhuǎn)錄酶:引物-模板結(jié)合域的識別).Biochemistry30:8195-8201;Stevenson C.J.H.Davies.1995Potassium ferrate as DNA sequencing reagent andprobe of secondary structure(高鐵酸鉀作為二級結(jié)構(gòu)的DNA測序試劑和探針).Biochem.Soc.Trans.23:387S)。這種機(jī)制主要負(fù)責(zé)高鐵酸鹽獨(dú)特的殺菌能力。
[0115]已測試使用高鐵酸鹽在廢水中去除總大腸菌群和糞大腸菌群(Kazama, F.1995Viral inactivation by potassium ferrate (通過高鐵酸鉀的病毒滅 活).Water Sc1.Technol.31:165-168;Kazama, F.1994Inactivation of coliphageQ β by potassium ferrate (通過高鐵酸鉀的大腸桿菌卩遼菌體Q β的滅活).J.Ferment.Bioeng.67:369-373 Jiang等人.2002)。通過從世界各地收集的水源的高鐵酸鹽處理，實(shí)現(xiàn)了總大腸菌群和糞大腸菌群的完全去除。使用高鐵酸鹽可輕易地處理抗氯性細(xì)菌。例如，有氧孢子成形器可以被還原為3-對數(shù)單元，然而Fe(VI)可有效地殺滅亞硫酸還原梭狀芽胞桿菌。在低濃度下Fe(VI)還可以在水中迅速地滅活病毒f2 (Schink, T.T.D.Waitel980Inactivation of f2virus with ferrate (VI)(通過高鐵酸鉀(VI)滅活f2病毒).Water Researchl4:1705-1717)。高鐵酸鹽處理結(jié)合明礬去除水中的藻類(Ma，J.ff.Liu.2002Effectiveness and mechanism of potassium ferrate (VI) preoxidation foralgae removal by coagulation (用于通過凝結(jié)滅藻的高鐵酸鉀(VI)預(yù)氧化的效力和機(jī)制).Water Research36:871-878)。
[0116]如第2009/0120802A1美國專利申請公開中的論述。首先，在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角港的兩個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了高鐵酸鹽在港區(qū)水域消毒實(shí)驗(yàn)。添加僅僅為0.5mg/L的非常小的高鐵酸鹽劑量即使得樣本A中的總大腸菌群減少至檢測不到的水平。還檢測了高鐵酸鹽在兩個(gè)樣本中對大腸桿菌的殺菌效果。再一次，高鐵酸鹽在非常低的劑量(0.5mg/L)下有效地殺滅了大腸桿菌。通過使用約2mg/L劑量的高鐵酸鹽，在樣本A和樣本B中的異養(yǎng)細(xì)菌的水平也減少至了檢測不到的值。[0117]添加僅僅為0.5mg/L的非常小的高鐵酸鹽劑量即使得樣本A中的總大腸菌群被減少至檢測不到的水平。還檢測了高鐵酸鹽在兩個(gè)樣本中對大腸埃希菌的殺菌效果。再一次，高鐵酸鹽在非常低的劑量(0.5mg/L)下有效地殺滅了大腸埃希氏菌。通過使用約2mg/L的劑量的高鐵酸鹽，在樣本A和樣本B中的異養(yǎng)細(xì)菌的水平也減少至了檢測不到的值。
[0118]通過設(shè)置本發(fā)明可以精確監(jiān)測壓載水中的低濃度高鐵酸鹽，并且通過使用最小量的高鐵酸鹽可以進(jìn)一步降低成本。
[0119]示例
[0120]下文中所述示例為非限定性示例并且僅僅為本公開的多種實(shí)施方式的代表性示例。
[0121]實(shí)施例1
[0122]以下是用于間接測量處理流中的高鐵酸鹽濃度的實(shí)驗(yàn)步驟的一個(gè)實(shí)施方式。制作計(jì)量流，并將處理流與計(jì)量流的體積流率比設(shè)為25:1。向計(jì)量流投入約250、125、62.5、30和12.5ppm劑量的高鐵酸鹽。當(dāng)重新結(jié)合為整體的處理流時(shí)，可計(jì)算出的高鐵酸鹽的濃度將分別為10、5、2.5、1.2和.5--111。合成高鐵酸鹽，之后在已知容量的高pH緩沖液中稀釋(以維持高鐵酸鹽強(qiáng)度)。之后將稀釋的高鐵酸鹽溶液倒入封閉的監(jiān)測流單元。之后監(jiān)測器被校準(zhǔn)至已知濃度的稀釋溶液并通過分析控制核對。使用緩沖液沖洗流動單元。之后，向監(jiān)測流單元倒入不同劑量的稀釋高鐵酸鹽，并在之后通過分析控制再次核對。在每種情況下，監(jiān)測流單元的目的為通過分析控制獲得盡可能相近的讀數(shù)。稀釋的高鐵酸鹽溶液是為了模擬高鐵酸鹽注入到處理流中。其結(jié)果示于表1和圖2。
[0123]表1
[0124]
【權(quán)利要求】
1.一種用于間接監(jiān)測流動的廢水流中的高鐵酸鹽的濃度的方法，包括: 將所述流動的廢水流的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流，其中所述流動的廢水流的體積流率與所述計(jì)量流的體積流率為固定比例； 在高鐵酸鹽添加位置處向所述計(jì)量流添加高鐵酸鹽； 在所述高鐵酸鹽添加位置的下游使用分光光度計(jì)監(jiān)測所述計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度；以及 使包含高鐵酸鹽的計(jì)量流與所述廢水流結(jié)合，其中所述高鐵酸鹽進(jìn)入所述廢水流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 根據(jù)(i)所述計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度和(ii)所述廢水流與所述計(jì)量流的體積流率的比，間接地確定所述廢水流中的高鐵酸鹽的濃度。
3.如權(quán)利要求1至2中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述廢水流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約3:1至約50:1的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1至2中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述廢水流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約5:1至約25:1的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基本連續(xù)地測量所述計(jì)量流中的高鐵酸鹽的濃度。
6.一種用于監(jiān)測處理流中的低濃度高鐵酸鹽的裝置，包括: 處理流； 計(jì)量流，從所述處理流轉(zhuǎn)移出，其中所述計(jì)量流的體積流率小于所述處理流的體積流率； 高鐵酸鹽計(jì)量泵，沿所述計(jì)量流設(shè)置；以及 監(jiān)測流單元，沿所述計(jì)量流定位于所述高鐵酸鹽計(jì)量泵下游的位置處，其中所述監(jiān)測流單元包括光度計(jì)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，進(jìn)一步包括混合設(shè)備，所述混合設(shè)備沿所述計(jì)量流定位于在所述高鐵酸鹽計(jì)量泵的下游并定位于在所述監(jiān)測流單元的上游。
8.如權(quán)利要求6至7中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述計(jì)量流在所述監(jiān)測流單元的下游與所述處理流重新連接。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括第二混合設(shè)備，所述第二混合設(shè)備沿所述處理流定位于所述計(jì)量流與所述處理流重新連接的點(diǎn)的下游。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一混合設(shè)備和第二混合設(shè)備分別獨(dú)立地包括混合器，所述混合器選自機(jī)械混合器、液壓混合器或者聲波混合器。
11.如權(quán)利要求6至10中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述光度計(jì)包括分光光度計(jì)。
12.如權(quán)利要求6至11中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約3:1至約50:1的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求6至11中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約5:1至約20:1的范圍內(nèi)。
14.一種用于間接監(jiān)測流動的處理流中的低濃度添加劑濃度的方法，包括: 使所述處理流的至少一部分流入計(jì)量流，其中所述處理流的體積流率與所述計(jì)量流的體積流率為固定比例；向所述計(jì)量流添加添加劑； 測量所述計(jì)量流中的所述添加劑的濃度；以及 使包含添加劑的計(jì)量流與所述處理流結(jié)合。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述添加劑為氧化劑、消毒劑、絮凝劑或凝結(jié)劑中的一種或多種。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述添加劑包括高鐵酸鹽。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述添加劑為非氧化劑。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述非氧化劑為三價(jià)鐵、亞鐵或零價(jià)鐵中的一種或多種。
19.如權(quán)利要求14至18中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約3:1至約50:1的范圍內(nèi)。
20.如權(quán)利要求14至18中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約5:1至約25:1的范圍內(nèi)。
21.如權(quán)利要求14至20中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 根據(jù)(i)所述計(jì)量流中的所述添加劑的濃度和(ii)所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比，間接地確定所述處理流中的所述添加劑的濃度。
22.如權(quán)利要求14至21中的任一項(xiàng)所述的方法，其中使用光度計(jì)執(zhí)行所述添加劑濃度的測量。`
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中使用分光光度計(jì)在約310nm至約330nm的波長或者約500nm至約520nm的波長下執(zhí)行所述添加劑濃度的光度測量。
24.如權(quán)利要求14至23中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基本連續(xù)地測量所述計(jì)量流中的所述添加劑的濃度。
25.如權(quán)利要求14至24中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理流包括選自廢水、壓載水、飲用水、再生水、工藝用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它們的組合物的流。
26.一種用于向處理流添加低濃度添加劑的方法，包括: 使所述處理流流動； 將所述處理流的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流，其中所述計(jì)量流的體積流率小于所述處理流的體積流率；以及 向所述計(jì)量流添加初始濃度的添加劑。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述添加劑為氧化劑、消毒劑、絮凝劑或凝結(jié)劑中的一種或多種。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述添加劑包括高鐵酸鹽。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述添加劑為非氧化劑。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述非氧化劑為三價(jià)鐵、亞鐵或零價(jià)鐵中的一種或多種。
31.如權(quán)利要求26至30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約3:1至約50:1的范圍內(nèi)。
32.如權(quán)利要求26至30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約5:1至約25:1的范圍內(nèi)。
33.如權(quán)利要求26至32中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理流包括選自廢水、壓載水、飲用水、再生水、工藝用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它們的組合物的流。
34.一種用于控制處理流中的添加劑濃度的方法，包括: 將所述處理流的至少一部分轉(zhuǎn)移至計(jì)量流，其中所述計(jì)量流的體積流率小于所述處理流的體積流率； 使用光度計(jì)測量所述計(jì)量流中的所述添加劑的初始濃度； 基于測量到的所述計(jì)量流中的所述添加劑的初始濃度調(diào)節(jié)添加至所述計(jì)量流的添加劑的量；以及 使包含添加劑的計(jì)量流與所述處理流結(jié)合。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述添加劑為氧化劑。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述氧化劑為高鐵酸鹽。
37.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述添加劑為非氧化劑。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述非氧化劑為三價(jià)鐵、亞鐵或零價(jià)鐵中的一種或多種。
39.如權(quán)利要求34至38中的任一項(xiàng)`所述的方法，其中在進(jìn)行所述添加劑的所述初始濃度的測量期間，所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約3:1至約50:1的范圍內(nèi)。
40.如權(quán)利要求34至38中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在進(jìn)行所述添加劑的所述初始濃度的測量期間，所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比位于約5:1至約25:1的范圍內(nèi)。
41.如權(quán)利要求34至40中的任一項(xiàng)所述的方法，其中， 根據(jù)(i)所述計(jì)量流中的所述添加劑的濃度和(ii)所述處理流與所述計(jì)量流的體積流率的比，確定添加至所述計(jì)量流的所述添加劑的量。
42.如權(quán)利要求34至41中的任一項(xiàng)所述的方法，其中， 使用分光光度計(jì)在位于約3IOnm至約330nm的范圍內(nèi)或位于約500nm至約520nm的的范圍內(nèi)的波長下執(zhí)行所述添加劑濃度的光度測量。
43.一種向流動的處理流添加高鐵酸鹽的方法，包括: 在高鐵酸鹽添加位置處向所述處理流添加高鐵酸鹽；以及 在所述高鐵酸鹽添加位置的下游使用光度計(jì)監(jiān)測所述處理流中的高鐵酸鹽的濃度。
【文檔編號】B01J49/00GK103501906SQ201180065779
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月15日
【發(fā)明者】盧克·J·戴利, 克雷格·S·艾利格 申請人:高鐵酸鹽處理技術(shù)有限責(zé)任公司