含氟和表成活性剂的污水和/或废气的处理装置和方法

专利名称：含氟和表成活性剂的污水和/或废气的处理装置和方法
技术领域：
本发明涉及污水处理装置和方法，特别是涉及到处理含氟和有机物质的污水，同时又能处理含氟和有机物质的废气的装置和方法。
迄今为止，对于从各种工业部门，半导体厂等排放出的含氟及有机物质的污水(以下称其为污水)和含氟及有机物质的废气(以下称其为废气)的处理都是由污水处理装置和废气处理装置分别进行的。
除去污水中氟的方法之一是向污水中加入大量的熟石灰，以便形成稳定的氟化钙而将氟沉淀出去。污水中任何有机物质，像表面活性剂或有机溶剂，都是在上面所描述的氟处理之后，采用生物方法进行处理，处理过程是在一个与氟处理分开的罐或类似的容器中进行，同时要加入营养剂，或者当有机质的浓度低的情况下，可以通过活性碳吸附方法进行处理。
废气中的氟是用废气处理装置，或者典型地是用酸气洗涤器进行处理的，废气中的有机质，像有机溶剂，是用装有活性碳的废气处理装置(更具体讲是活性碳吸附装置)进行处理的。废气中有机质的典型实例包括丙酮，异丙醇，和其它有机溶剂。通常情况下有机溶剂能够被活性碳吸附装置吸附处理。
一般情况下，一个活性碳吸附装置包括两个或更多的活性碳吸附柱，被用来交替反复吸附和解吸，从而使有机溶剂的吸附处理能够连续进行。然而，活性碳吸附装置不能分解有机溶剂，因此有机溶剂的总量本身将保持不变。
现有的半导体和液晶厂通过设备现代化而进行的再发展项目是如此的频繁，以致于废气处理厂房的原设计能力不能满足现在的能力要求。造成这种处理能力不足的理由之一是，现在的生产设备所包括的生产单元比最初设计的多。另一个理由是新生产单元的引入导致了废气排放量的增加，按照生产设备的规范排放废气需要被处理。
然而，传统废气处理装置所存在的问题是该装置一旦安装就位之后，就不能通过改造同一设备而提高其处理能力。因此，为了增大废气处理能力，就必须安装新的废气处理设备。
但是，从初始花费和空间要求观点考虑，计划重新安装废气处理装置是不可行的。所以，废气处理能力的不足就妨碍了半导体和液晶厂平稳的设备更新计划。
为了能在激烈竞争的工业企业中站稳脚跟，不时地积极引进当今技术革新所发展的生产设备是绝对必要的。因此，对于前述的任何这样的工厂来说部需要做好能使工厂很容易增强废气处理能力的准备，以便能够符合新的生产设备能力的要求。
近来出现的避免使用含氯氟烃的趋势对水处理设备也有影响。特别是在半导体和液晶厂，各种表面活性剂和有机溶剂，如乙醇，或其它有机物质，经常被用来取代洗涤用的含氯氟烃以便满足不再使用含氯氟烃的时代要求。
具体而言，将超纯水和表面活性剂结合使用的清洗方法有希望成为一种能够完全避免使用含氯氟烃的主要清洗方法，这种方法清洗效果好并且减少了对元器件损坏的可能性。
然而，实践中将超纯水与表面活性剂结合起来使用的清洗方法又产生了一个问题，即在前述的工厂中，氟的处理将产生极其大量的固体废料。另一问题涉及表面活性剂对被处理水的影响。表面活性剂给水处理带来困难，特别是因为它们对在污水处理中使用的微生物具有杀菌效应。
照此看来，到目前为止还没有开发出一种污水处理装置既能产生较少的固体废料，又能提供高质量的处理水，并且合理又经济。所以，有必要发展一种污水处理装置，它能够以合理且经济的方式处理含氟和有机质或表面活性剂的污水处理装置。
下面，通过参照图5和图6来看看传统的污水处理方法。
一般而言，半导体厂含氟的污水自然也含有硫酸。特别是半导体厂，就处理含氟污水来讲，污水中氟的含量通常在30到300ppm之间。对于氟含量若此的污水迄今为止都是按照氟含量的多少通过加入熟石灰，多铝氯化物，和一种聚合物凝结剂之类的化学物质来进行处理的，首先产生细小的氟化钙和氟化铝絮状沉淀，进而通过凝结剂形成大的团块。然后使团块沉淀分离。
图5概要说明了一种传统的两阶段凝结沉淀污水处理装置。
如图5所示，首先将污水引进原始污水箱51，在这里对污水的质和量进行一定的调节。然后通过一个污水泵将污水送入一级反应箱52。
然后，向一级反应箱52加入熟石灰，并由搅拌器63搅拌与污水反应。在反应箱52内生成了氟化钙，从而将氟从污水中移走。接着，污水被送到一个二级反应箱53，在那里污水再次遭受搅拌反应。在二级反应箱53中，污水中未反应的氟与铝发生反应生成氟化铝。这样，又有一部分氟从污水中带走。
接着，污水被送到一级凝结箱54，并加入一种聚合物凝结剂。其结果，在一级反应箱中产生的细粒氟化钙絮状沉淀和在二级反应箱53中产生的细粒氟化铝絮状沉淀聚合成较大的团块。然后，在一级沉淀箱55中污水发生固一液分离。在这一点上，应当注意到在一级沉淀箱55中经过固—液分离产生的泥浆，包括生成的沉淀，其很大一部分是由过量的熟石灰产生的氢氧化物，而反应产物，如氟化钙和氟化铝在泥浆中的比例则相对较少。
仅仅经过上述步骤，无法使氟浓度达到15ppm或更低的质量指标要求。因此，接着污水还要依次被送到三级反应箱56，二级凝结箱57，和二级沉淀箱58，然后污水经过pH调节箱59，以便使污水的pH值达到污水排放标准规定的范围。污水经过如此处理之后被排放。
同时，将从一级沉淀箱55和二级沉淀箱58收集的泥浆在泥浆浓缩箱60中进行浓缩，浓缩了的泥浆经过压滤机脱水，制成水含量符合规定的泥饼。
下面参见图6，在此展示了一种配有生物处理单元的污水处理装置，用来处理含氟和表面活性剂的污水。如图6所示，这种污水处理装置是，在图5所示的污水处理装置的一级沉淀箱55和三级反应箱66之间，安装了一个接触氧化反应箱66。在接触氧化反应箱66中充填了氯乙烯做的和/或塑料做的互楞状过滤介质67 。接触氧化反应箱66通过箱中存在的喜氧微生物的作用，能有效地氧化分解有机质，比如表面活性剂。
接着，图7显示的是一种传统的废气处理装置。这种废气处理装置73的工作原理，是通过一个循环水泵将循环水从下部抽上去，喷洒到塑料填料72上。例如，作为传统废气处理装置代表的洗涤器就被设计成用物理方法处理废气，通过以循环水方式向塑料填料上洒水或碱水溶液的方法除去目标物质，采用这种方法可以增加气体(废气)与液体(循环水)之间的接触。术语“目标物质”一词特指废气中的氟，“物理上的处理”一词意味着将氟气体溶解在碱水溶液中。所以，上述处理方法没有包括像氟与钙相互作用生成氟化钙之类的化学反应。
通过活性碳吸附的处理方法，通常被认为是从废气中除去有机质，如表面活性剂的有效方法。这种活性碳处理方法只是基于物理吸附原理。因此，当活性碳吸附达到饱和时，就必须从活性碳上除去所吸附的有机质，此外，还必须用污水处理装置对除下来的有机质进行再处理。换句话说，传统的废气处理装置仅仅被设计成吸附处理，而不具备通过生物作用从生物学上分解有机质的功能。
近来，由于对工矿企业环境状况的要求日趋严格，为了应付这种局面就要求半导体和液晶厂要少生产废物。还有，从当今激烈的工业竞争角度考虑，也迫使这些工厂朝着降低处理设备成本的方向努力。进一步讲，这样一些工厂都面临着污水和废气处理的问题，特别是那些可能对环境状况有着严重影响的污水和废气。
因此，目前有必要对污水处理设备和废气处理设备加以改进，使其不仅能少产生固体废物，而且也只需要少量的初始成本。
首先来看污水，最近几年规范对污水中氟含量的要求越来越严格，在许多情况下，按照较为严格的管理标准，要求今天的工厂将污水中的氟保持控制在一位数，也就是几个ppm的水平。然而，对于传统的污水处理系统，即两阶段沉淀系统来说，为了把污水中氟的浓度保持在一位数，除非在系统的第二阶段所加入的反应剂铝超过其与氟反应所需理论值的10倍，否则不可能将氟的浓度降低到指定的水平。
在通过加入熟石灰等传统的氟处理方法(两阶段沉淀系统)中，与氟相关所需要的熟石灰的量，为其化学反应理论值的3倍多(在第一段)，因为污水的pH值低，在2-3之间，并且氟的浓度总是在30-300ppm很宽的范围内浮动。这就带来了大量的泥浆产生(氢氧化物等)。此外，由于泥浆中水的含量在65％左右，经过脱水器脱水之后，又会产生大量的以脱水饼形式存在的固体废物。这又需要增加费用来处理这些脱水泥饼。带来的另一个问题是难以保证潜在处理场所的安全。
熟石灰的加入量是化学反应理论值的3倍多的原因，在于污水与加入的熟石灰之间反应的时间通常须控制在30分钟以内。换句话说，没有过量的熟石灰，在设定的时间内氟就不能被充分地除去。这样也就不能使氟的含量达到指定的水平(通常为20-30ppm)。如果将反应时间设置大于30分钟，以便有足够的时间进行反应，那么将可能减少熟石灰的用量。然而，那样一来，反应箱的容量则需要增大3倍多，并且搅拌器也要相应地增大。这样不但要增加场所的面积，而且还要增加建设费用。
最近，发展了一种利用碳酸钙矿石来处理含氟污水的方法。在这种方法中，装填碳酸钙矿石的箱是一个封闭箱，这就要求在反应后要不断地将反应产物从封闭箱中移走。移走反应产物又要牵涉大量的人力，实际上还提出了一个关于维护的大问题。
近来半导体装置越来越微型化，在这种情况下，半导体和液晶厂都面临着这样的困难，即用超纯水清洗不能使微型元件得到充分的清洗。因此，有一种清洗方法正在得到普及，那就是将有机物质比如像表面活性剂或乙醇(例如，一种像含有表面活化剂的缓冲氟酸一样的化学物质)混入超纯水中，以降低与清洗操作有关的表面张力。在这种情况下，有机质，像表面活性剂和乙醇等，就被含在含氟的污水中。这就使得在除去氟的同时处理这些有机质成为必须的事情。
然而，在表面活性剂处理的过程中，表面活性剂的分子式，结构式，杀菌特征以及漂浮性质，使得通过使用微生物来处理表面活性剂变得极为困难，纵使加入能够为微生物有利生长条件的营养物质等，情况也是这样。
本发明的目的是提供一种合理并且经济的污水处理装置和方法，它能够同时处理含有氟和表面活性剂的污水和废气，并且能够减少成本和运行费用。
为实现上述目的，本发明提供一种污水处理装置，它包括装有碳酸钙矿石的下部，矿石被引入到其中的污水所浸泡，以及利用通风使污水得到搅拌的通风设备；位于下部之上的上部，其位置高于引入下部污水的水面，上部也装有碳酸钙矿石和塑料填料，这些物质按照一定方式装填于其中以便让污水从中通过；污水循环装置，可将污水从下部抽到上部并将抽上去的污水喷洒到上部的物质上；以及废气导入装置，将废气导入位于下部与上部之间的空间。
在本发明的污水处理装置中，在下部污水被空气搅拌，以便使污水与碳酸钙矿石反应而生成氟化钙。其结果，污水中氟的含量被减少。这样，污水中就含有结晶的氟化钙，即晶种。
源于污水中的微生物在下部的碳酸钙矿石表面进行繁殖，这样含在污水中的表面活性剂就从生物学上被微生物所处理掉了。
含有前面所讲的晶种的污水通过污水循环泵被抽到上部，并被喷洒在上部的物质上。污水在与上部的碳酸钙和塑料填料发生接触的同时，将通过重力逐渐下渗。
废气导入装置将把废气导入到上部与下部之间的空间位置。废气向上流动，在上部与向下运动的污水进行接触，这样就可以除去其中的氟。在上部的碳酸钙矿石和塑料物质表面繁殖的微生物，将从生物学上把含在废气和污水中的表面活性剂处理掉。
由于污水含有结晶氟化钙固体物质，所以当废气与污水接触并发生反应时，废气将会被中和。
因此，根据本发明，污水在下部被处理，而在上部污水和废气同时被处理。此外，在污水处理的过程中，污水本身还可以处理废气。
所以，根据本发明，提供了一种合理并且经济的污水处理装置，它不仅能够同时处理含有氟和表面活性剂的污水和废气，而且还降低了初始成本和运行费用。
本发明提供了一种污水处理装置，包括第一箱包括第一下部，其中被碳酸钙矿石所充填，以便被引入第一下部的污水所浸泡，和利用通风来搅拌污水的通风装置；位于第一下部之上的第一上部，基位置高于导入到第一下部中的污水的水面，第一上部装有碳酸钙矿石和塑料填料，这些物质按一定方式装填于其中，以便使污水由此通过下渗。
污水循环装置，可将污水从第一下部泵到第一上部，并将抽上去的污水喷洒在第一上部；以及第一废气导入装置，将废气引入到位于第一下部和第一上部之间的第一空间；第二箱，包括第二下部，其中装有碳酸钙矿石和木炭，将这些物质装填于其中以便被从第一下部导入的污水所浸泡，还有利用通风来搅拌污水的通风装置；第二上部，位于第二下部之上，并且高于被引到第二下部中的污水的水面，第二上部也装有木炭和塑性填料，将它们装填于其中污水由此通过下渗；污水循环装置，将污水从第二下部抽到第二上部，并将抽上去的污水喷洒到第二上部；以及第二废气导入装置，将废气从第一箱导入到位于第二下部与第二上部之间的第二空间。
根据本发明，安排让污水在第一箱的第一下部与碳酸钙矿石反应，这样污水中氟的浓度被减少。含在污水中的表面活性剂从生物学上被在碳酸钙矿石表面上繁殖的微生物所处理。然后，将含有氟化钙晶种的污水抽上去并喷洒到第一上部，这样被喷洒的污水2，从生物学上被在第一上部中的碳酸钙矿石和塑性填料表面上繁殖的微生物所处理。
与此同时，废气导入装置将废气导入位于第一下部与第一上部之间的第一空间。废气向上流动进入到第一上部，与第一上部中的污水进行接触并在那里进行反应，这样含在废气中的氟就被除去。含在废气中的表面活性剂也从生物学上被在第一上部中的碳酸钙矿石和塑性填料表面上的微生物所处理。废气通过与污水反应而被中和。
此外，根据本发明，污水将被从第一箱的第一下部引入到第二箱的第二下部。被引入到第二下部的污水与充填在第二下部中的碳酸钙矿石和木炭进行接触。这样起源于污水中的微生物就能在碳酸钙矿石和木炭的表面进行繁殖，而污水就从生物学上被那些微生物所处理。通过这种生物处理作用，污水中的有机质含量就被减少。
第二下部在通风装置作用下被搅动，因此，过了预定的时间间隔之后，在木炭和碳酸钙矿石表面繁殖的微生物就从表面上分离下来。含有分离下来的微生物的污水从第二下部被抽到第二上部，并被喷洒到第二上部。然后污水在重力作用下向下运动，并与充填在第二上部中的木炭及塑性填料进行接触。此时，将前面所讲的废气从第二箱引入到位于第二下部与第二上部之间的空间。然后，废气进入到第二上部，在那里废气与污水接触并发生反应。这样废气中的有机质就从生物学上再次被处理。在这种情况下，废气中的有机质(有机溶剂)就充当了污水中存在的微生物的一种营养剂。这样一来，污水又从生物学上被在第二上部中的木炭和塑性填料表面上繁殖的微生物所处理，从而有机质，像表面活性剂等，也相应地得到处理。
根据本发明，含在污水中的氟和表面活性剂在第一箱的第一下部被处理一次，在第一箱的第一上部再次被处理。接下来，在第二箱的第二下部和上部又针对污水中的氟和表面活性剂进行了两次处理。也就是说，污水在第一箱经过了两步处理，此外在第二箱又经过了两步处理。这为污水中所含的氟和表面活性剂提供了异常好的处理方法。
此外，通过第一箱的第一上部与第二箱的第二上部结合，前面所讲的废气由污水也经过了两步处理。这样，含在废气中的氟和表面活性剂也能得到极好的处理。
因此，根据本发明，推出了一种合理且经济的污水处理装置，它能同时处理含有氟和表面活性剂的污水和废气，其效果极其令人满意。
按照本发明的污水处理装置，其中污水循环装置包含着一个空气提升泵，该空气提升泵能有效地为污水供给空气，这样空气就使污水向上提升，同时也毁坏了含在污水中的氟化钙晶种。
在一个实施例中，该污水处理装置还进一步包括一个第三箱，用来接受来自第二箱中的污水，第三箱包含用来搅拌引入到第三箱中的污水的搅拌装置，和用来固结泥浆的固化装置，第三箱适合用来填充铝反应剂和聚合物凝结剂。
第四箱用来接收来自第三箱中的污水，在这里污水经受固液分离，分离产生的上清液从第四箱中被排出。
第五箱用来接收由第四箱中的沉淀而形成的泥浆，在此泥浆经沉积而被浓缩。
脱水装置用来接收在第五箱中浓缩的泥浆，使泥浆脱水；以及泥浆返回装置，用来将在第四箱中产生的泥浆至少返回到第一箱的第一上部，第二箱的第二上部，和第三箱的泥浆固化装置其中至少之一。
在该实施例中，污水从第二箱放导入依次充填有铝反应剂和聚合物凝结剂的第三箱。然后，含在污水中的氟与铝反应剂发生反应生成氟化铝。剩余的铝将迅速转变成氢氧化铝，而氢氧化铝反过来又将氟化铝吸收。吸附了氟化铝的氢氧化铝沉淀又被聚合物凝结剂吸附形成大块。
含有大团块的污水被送入第四箱，在那里污水经受固—液分离。这样，上清液就作为最后处理好的水被排出。
在第四箱中由固—液分离所产生的泥浆，将被送到第五箱，在那里被浓缩，浓缩后的泥浆再经脱水装置而脱水。
所以，按照这一实施方案，污水中的氟将从污水中被分离出来，最后它能以脱水泥浆的形式被排放。
此外，按照这一实施方案，在第四箱中固一液分离所产生的泥浆将被送回到第一箱的第一上部，或第二箱的第二上部，或第三箱的泥浆固化装置的至少其中之一。泥浆包括前面所讲的沉淀，还包括含有微生物的生物泥浆。因此，向第一上部，第二上部和第三箱的泥浆固化装置其中至少之一提供这种泥浆，都能促进气—液接触并因此而增加废气处理的效率，此外，通过前面所讲的生物泥浆还能提高对污水和废气的生物处理能力。也就是说，按照这一实施方案，污水和废气处理能力能够得到进一步的增强。
再者，本发明提供了一种污水处理方法，它包括将污水引入下部，使装填在下部的碳酸钙矿石被污水所浸泡，并且用通风来搅拌污水；将污水从下部抽上去并喷洒到位于下部上方的上部的顶上，其中上部被碳酸钙矿石和塑性填料所充填；将废气导入位于下部和上部之间的空间；在重力作用下让污水通过碳酸钙矿石和塑性填料；在重力作用下让污水通过存有废气的空间，以及在重力作用下，使污水返回下部。
此外，本发明提供的一种污水处理方法，它包括将污水引入到第一箱的第一下部，使装填在第一下部中的碳酸钙矿石被污水所浸泡，并用通风来搅拌污水。
将污水从第一下部抽上去，并将污水喷洒到位于第一下部之上并被碳酸钙矿石和塑性填料所充填的第一上部的顶上；将废气导入到位于第一下部与第一上部之间的第一空间；使污水由于重力从第一上部中的碳酸钙矿石和塑性填料中通过；使污水在重力作用下从存在废气的第一空间通过；使污水在重力作用下返回到第一下部；将污水从第一箱的第一下部引到第二箱的第二下部，使装填在第二下部中的碳酸钙矿石被污水所浸泡，并用通风来搅拌污水；将污水从第二下部抽上去，并喷洒到位于第二下部之上并被木炭和塑性填料所充填的第二上部之上；将废气从第一空间送到位于第二下部和第二上部之间的第二空间；使污水在重力作用下从存有废气的第二空间通过；并且使污水通过重力作用返回到第二下部。
在一个实施方案中，污水处理方法还进一步包括，将污水从第二箱引到第三箱，向第三箱的污水中加入铝反应剂和聚合物凝结剂，搅拌污水，并通过第三箱提供的泥浆固化装置将泥浆固化；将污水从第三葙引到第四箱，使污水经受固—液分离，将分离出来的清液从第四箱中排出；在第四箱中通过沉淀作用使泥浆与污水分开，将泥浆送到第五箱，在第五箱中通过淀积使泥浆浓缩。
将在第四箱中分离出来的泥浆返回到第一箱的第一上部，第二箱的第二上部，和第三箱中的泥浆固化装置其中至少之一；并且通过脱水装置使在第五箱浓缩的泥浆脱水。
本发明的特点概括为以下(1)到(6)点
(1)该污水处理装置包含着一个废气处理单元，它被设置在该装置的上部。该装置所提供的空气提升泵能给废气处理单元供给空气，所以能毁坏其中的晶种，并使溶解氧的浓度增大，这样，就能促进微生物的繁殖。通过如此安排，污水处理装置中的循环水就能够被废气处理装置共同利用。空气提升泵是一种极节能的泵。
(2)在第一箱，装填着用来处理氟的碳酸钙矿石，当空气供给量改变时便开始搅动，从而就可以毁坏在碳酸钙矿石表面所形成的晶体(称为晶种)。随着这种过程的进行，污水就得到处理。
(3)在第二箱中，交替装填着木炭和碳酸钙矿石层，能使各种类型的微生物在其上面繁殖，以达到污水处理的目的。
在第一箱中氟在一定程度上被除去之后，通过利用微生物形成的生物膜，污水将进一步在更深的程度上经受处理(氟，COD，BOD等的处理)。利用氟集中在生物体中的原理也可能将氟除去，因为生物体最终要从体系中分离出去。
与水处理的同时，利用空气提升泵将其中有微生物繁殖的循环水喷洒到上部的喷水单元上。更具体而言，装填在第二箱上部喷水单元中的木炭和塑性填料上密集地繁殖着微生物，塑性填料是一种传统的废气处理填料，并且在木炭和塑性填料上这样形成的微生物层(生物层)被用来处理废气。也就是说，通过利用在两种填料上繁殖的微生物，污水和废气两者都能得到有效地处理，废气中的任何有机物质(有机溶剂)都能成为微生物的营养剂。到目前为止，从微生物学角度来处理工厂设施所产生的含有无机酸(无机氟酸，硫酸等)和有机质的混合性废气一直都存在着困难，因为这类气体都是酸性的。通过本发明这一困难可以提到克服。尤其是，按照本发明，在第一箱通过与碳酸钙矿石发生化学反应，任何无机废气经处理后都将变成中性废气，中性废气接着又与有机质混合，含有机质的废气一旦成为中性，就容易进行微生物处理，所以通过利用含有微生物的循环水，废气将得到进一步的处理，而其中的微生物则是从在上部填料上形成的生物膜分离出来的。
(4)在第一箱的第一上部和第一下部污水和废气能够同时被处理。由于在第一上部装填了碳酸钙矿石，所以污水中的氟在第一下部和第一上部都能够处理。因此，第一上部同时具有污水和废气两种处理功能。这样一来就能大大地节省建筑和工厂设备投资。
(5)在第一箱中形成的氟也钙晶体与循环水一起从第一上部的中部喷出来，这样能使循环水的供给量更大，从而也能有效地促进气—液接触。空气提升泵能够以低能耗运行，从而也降低了运行费用。
能够进入循环的循环水有两种，既来自空气提升泵的循环水和来自回灌泥浆泵的循环水。
(6)将来自用以进行水处理的沉淀箱的合适浓度的泥浆喷到第一和第二上部，由凝结剂所形成的氢氧化铝团块的泥浆特性，能够进一步增加气-液接触的效率。这样，废气中需要处理的那些成分就能有效地被剔除。
最近，发展了多种利用碳酸钙矿石进行氟处理的新技术。例如，日本专利申请公开No.60-48191介绍了利用碳酸钙矿物处理含氟污水的方法。然而，该出版物没有给出污水和废气同时处理的方法。
日本专利申请公开No.63-28429介绍了含氟的污水和废气的处理。碳酸钙的利用则见于日本专利请公开Nos.5-253575；5-253576；和5-253577。然而，这些公开的内容仅涉及含氟的污水处理，而并没有介绍关于与污水处理同时的废气处理方法。
与现有的技术比较，本发明具有如下面所指出的显明特征。
本发明提供了一种能够同时处理污水和废气的污水处理装置。根据本发明，污水被引入到一个装有碳酸钙矿石的箱中，当污水经通风搅动时反应就会受到影响；而含有晶种和微生物的污水被用来进行废气处理。
在第二箱中，污水和废气在一定程度上被中和，箱中繁殖的微生物被用来处理低浓度的氟。特别是微生物能将氟吸收于体内，然后微生物与处理过的水在沉淀箱中经受分离。
例如，对于半导俸厂排放的含氟污水来说，那些污水中通常都含硫酸，这将会促进含有氟化钙的晶种的形成。这一事实可以作为有利条件加以利用。一般地，硫酸分离装置在半导体厂使用很广，所以从这样一个工厂排出的含氟污水中通常也都含有硫酸。
在第二箱中，利用污水和废气中存在的有机质与微生物结合同时处理污水和废气。
在含有碳酸钙的反应箱中，空气中的生物也能够被利用，因为反应箱是上开口型的，并且处在强烈的通风搅拌之中。
再者，根据本发明，大量含铝反应剂的泥浆要被返回到含碳酸钙的反应箱(在第一和第二上部，也被送到第一和第二下部)。
在日本专利申请公开的No.5-253578；5-254829；5-293475；和5-301092文献中，介绍了以循环方式向装填着碳酸钙颗粒的反应箱中供给含氟氯水，以使在该箱中生成氟化钙，这样可以以氟化钙的方式将氟收集起来。
与此相反，本发明不仅能够处理污水中的氟，而且也能处理废气中的氟，此外，还提供了一种利用污水和废气中存在的微生物来同时处理污水和废气中氟的更有效的处理方法(二次处理方法)。
本发明的处理方法，第一步仅在于从碳酸钙矿物中滤出钙，从而产生钙与氟之间的化学反应。第二步，在第二箱中通过利用微生物使氟得到更进一步的处理，从而污水和废气中的少量的氟能够以微生物学方法得到处理。本发明所使用的是碳酸钙矿石，并且填入的碳酸钙矿石—有减少就需要进行补充。但是，却不需要对氟化钙进行收集。
在此，要说明的是碳酸钙矿石与碳酸钙是有区别的。碳酸钙是通过化学式CaCO3表示的一种纯物质。作为化工产品的碳酸钙是一特例。
举例来说，碳酸钙矿石包括，大理石、石灰岩，珊瑚和牡蛎壳，所有这些都是自然界存在的物质。一般说来，自然界存在的碳酸钙矿石主要由碳酸钙组成，此处还包括约1％的杂质，像SiO2和MgO。本发明利用在日本Hiroshima地区大量生产且价格便宜碳酸钙矿石的优势进行系统建造。本发明利用自然界存在的碳酸钙矿石而不是作为化工产品的碳酸钙。与作为也工产品的碳酸钙不同，天然的碳酸钙矿石不会引起偶然事故或伤害，用来进行氟处理非常安全。
使用熟石灰的优点在于它是粉末化工产品，溶解于水中的熟石灰泥能与溶解在水中的氟快速发生反应。也就是说，熟石灰与氟快速反应行为能使反应箱设计得更小。特别是，反应箱通常被设计成所允许的滞留时间小于30分钟。本发明所使用的是上面所讲的自然界存在的物质，因此，在与污水中的氟反应之前需要一定的时间。实验表明所需要的时间为几个小时。
然而，从给出的图8A和图8B的比较可以清楚地看出，本发明的一个特点是有效地利用了一个传统的调节箱，该箱是专门为几小时的反应滞留时间而设计的，其目的就是调节水质和水量。更具体而言，调节箱预先装填了碳酸钙矿石，这样该箱不仅具有调节水质和水量的功能，而且具备对氟进行物化处理的新功能，即通过通风进行反应处理。
因此，第一箱的下部就起到了反应箱的功能。
如图8B所示，现有技术实践是在污水进入反应箱之前先将其引入调节箱，这样可使污水的浓度变化在调节箱中被调节均匀，以便能预先计算提供给反应箱的污水量。在调节箱中的滞留时间为几小时。
如图8A所示，根据本发明，在下部(第一反应/调节箱)污水经历几个小时的处理，它不仅起到了传统调节箱的作用，而且还充当了反应箱。因此，虽然碳酸钙矿石比熟石灰的反应速度慢，但碳酸钙矿石的使用并不比图8B所示的现有技术需要更多的处理时间。在本发明中，下部(第一反应/调节箱)具有调节箱平和反应箱的双重功能，从而减少了反应箱的数目。
按照本发明，充当传统调节箱的部分和充当反应箱的部分合并为一个箱，或者说合并为第一反应/调节箱，所允许的滞留时间为几小时。这样一来既不需要使用熟石灰，而且还能少产生固体废料，并且可以使用异常便宜的碳酸钙矿石与氟进行反应。
到目前为止，废气处理装置与污水处理装置都是分开安装的。然而将废气处理装置与污水处理装置彼此分开安装需要一个宽阔的空间，并且不能满足合理性要求。
在传统上，通常采用使废气中的氟与装在废气处理中的水或碱水溶液进行接触，这样氟就可以被吸附或溶解在水或碱水溶液中。随后，将吸收了氟的水溶液送入污水处理装置，在那里通过加入化学药品，比如熟石灰，而使氟得到处理，换句活说，用现有处理技术，废气中的氟是用两阶段进行处理的，即与溶液进行接触，并被溶液吸附或溶解阶段，和在污水处理装置中引起氟化钙形成阶段。
与此相反，按照本发明，废气中的氟可以直接与碳酸钙矿石发生反应，或者让其在短时间内与碳酸钙矿石进行反应。在这方面，本发明与现有的技术完全不同。
正如已经说过的，到目前为止，废气中的有机质，像有机溶剂，通常是通过活性碳吸附，接着进行解吸，然后在污水处理装置中进行处理。因此，这些现有的技术装置与本发明的装置完全不同，后者利用污水处理过程中生长的微生物对有机质直接进行微生物分解。
按照本发明，在污水处理过程中，对于含有机质，像氟和表面活性剂的污水，有可能降低其处理的成本，并能形成脱水饼。同时，还可能利用循环水来处理废气中的有机物质，在循环水中，一种被称做“晶种”的反应产物结晶氟化钙，与从生物膜上分离下来的生物泥浆混合；能用来处理有机质的还有能与氟发生反应的碳酸钙矿石；能够吸附有机质的木炭，以及生长在木炭表面上的生物膜。此外，在传统废气处理装置中形成的像粘泥和固体物质等无用的东西，通过采用本发明污水处理装置的沉淀箱和脱水装置能够自动地进行脱水并被移去。这样，本发明也为容易操作和维护方面提供了良好的改进。
从下面的详细描述和相应的附图，本发明将变得更加通俗易懂，附图仅作为说明用，并非用于限制本发明。其中

图1是按本发明所设计的污水处理装置实施方案的构想图解；图2是—污水处理装置的构想图，用来解释按本发明所建立的污水处理方法的实施方案；
图3是图1所示实施方案的修改形式的构想图；图4所示的是图2中污水处理装置的修改形式；图5所示的是一传统的污水处理装置。
图6所示的是一包括生物处理单元的传统污水处理装置；图7所示的是一传统的废气处理装置；图8A所示的是本发明中的第一下部；图8B所示的是传统污水处理装置的一部分。
现在将参照附图对本发明的污水处理装置和方法的实施方案进行详细描述。
参见图1，其中所展示的是根据本发明设计的污水处理装置的第一个实施方案。这一最初方案的目的是处理含氟和有机质的污水，同时也包括含氟和有机质废气的处理。
图1中，数字1指示反应/调节箱，反应/调节箱1的第一下部1a被放置在一个固定的筐10A中的碳酸钙矿石9A充填。第一反应/调节箱1包含一个鼓风机17，从鼓风机伸出的通风管20A，和一个与通风管20A的一端相连的扩散管11A。扩散管11A被放置在第一反应调节箱1的第一下部1a的底部。鼓风机17，通风管20A，和扩散管11A构成了通风装置。
从半导体厂和液晶厂生产过程排放出来的含氟和有机质的污水首先被导入第一反应/调节箱1。含氟的污水也含有硫酸。只需调节污水的pH值就可以将硫酸处理掉。
调节第一反应/调节箱1中污水的水面，以便使碳酸钙矿石9A被污水浸没。利用包括鼓风机17和扩散管11A在内的通风装置，使污水得到剧烈的搅拌。通过搅拌，在过了一定的时间间隔之后在污水中的氟与碳酸钙矿石中的钙之间就会发生反应。由于污水中有硫酸存在，所以污水具酸性特征。这将促使钙从碳酸钙矿石9A中分解出来。因此，通过上述反应，很容易生成结晶的氟化钙(晶体种子)。
在第一反应/调节箱l的第一上部lb中，设置了第一反应喷洒装置3，其中被碳酸钙矿石9A和塑性填料13A所充填。在第一反应喷洒单元3之下提供了导入废气的空间Sl，并且从空间S1的侧面伸出了一个与空间s1连通的导管29。在导管29的远端安装了一个废气扇，这样，从半导体厂和液晶厂排放的含氟和有机质的废气，就能通过位于第一反应喷洒单元3之下的废气扇l2送入空间S1。
在第一反应喷洒单元3的最下部设置了一个栅格板l5A。如图1所示，栅格板l5A具有竖向伸展的格子，并且它的竖向投影面积远比它的横向投影面积小。这就可以使来自导管29的废气容易地通过栅格板15A进入到第一反应喷洒单元3。要求栅格板15A具有比较高的强度，以便能够支撑比较重的塑性填料13A和碳酸钙矿石9A。
在第一反应喷洒单元3中装填的用作为塑性填料13A之类的物质特别包括拉希环，Bellel saddle，interlock saddle，Terralet和球形环，他们或许是合适的选择。这些物质在传统的废气处理装置中都被使用，并且不易受到空气腐蚀。
在第一反应喷洒单元竖向上中间硝高的地方，安装了一个喷水管14A，它横穿第一反应喷洒单元3，并与一个空气提升泵16A相连结。空气提升泵16A包括着一根向下伸展的管子，一直延伸到其下端到达第一反应/调节箱1的下部1a的底部附近。在空气提升泵的下端l6a稍高一些的地方，与空气提升泵l6A相连结的是一个从鼓风机l9伸出的管，它为操作空气提升泵l6A提供空气。当空气提升泵16A开动时，在第一反应/调节箱的第一下部1a的底部存在的污水沿着空气提升泵的内部上升，这样污水就由喷水管14A喷洒到第一反应喷洒单元3之中。
可以用传统的带有粉碎机的水泵来代替空气提升泵16A。然而，选择空气提升泵16A的优点在于它能以比较少的花费传送较多的污水。当使用空气提升泵16A时，正如下面所要描述的，也能有效地破坏结晶的氟化钙(晶种)。除了空气提升泵，使用任何类型的泵都有可能使泵堵塞。
第一反应/调节箱1可优选设计成，当污水在第一反应/调节箱1中处理时，能使污水的pH成为中性。
具体而言当含氟和有机质污水的pH为3或更低时，最好将其在第一反应/调节箱1中的滞留时间设置为几小时或更长，尽管也可能会随着搅拌程度的不同而变化。
当通风的空气以超过每天每立方米第一反应/调节箱1 100立方米的容量的速率供给时，第一反应/调节箱中的污水能够得以充分的搅拌；污水中的氟与碳酸钙矿石之间的反应能够平稳地进行；并且能防止反应生成的任何结晶氟化钙(晶种)粘在碳酸钙填料9A的表面。
第一反应/调节箱1底部的表面1C向着空气提升泵16A的下端16a倾斜。由于底面1C以这种方式倾斜，反应过程中形成的氟化钙晶体可以很容易地移向空气提升泵16A的下端16a。这将有利于氟化钙晶体向上部1b的第一反应喷洒单元3的输送。
依靠空气提升泵16在第一反应/调节箱1的第一下部1a和第一上部1b之间循环的污水，即经受过氟处理的水，被引入到第二反应/调节箱2。具体而言，在第一反应/调节箱1中被处理过的污水，经一根溢流管道(没有标出)被输送到第二反应/调节箱2，该溢流管道的位置设在第一反应/调节箱1的下部1a之上但低于空间S1的位置上。
废气，即待处理气垂直向上经过第一反应喷洒单元3，使其中的氟已得到处理，经过处理的废气经由一个连在第一反应/调节箱最顶部的导管21，被送入废气引导空间S2，空间S2位于装在第二反应/调节箱2的第二上部2b中的第二喷洒单元4之下。
在第二反应/调节箱2中装填的填料包括碳酸钙矿石9B和木炭23。为了用空气搅拌反应箱内的污水，在第二反应/调节箱2的第二下部2b的底部安放了一个扩散管11B。第二反应/调节箱2的底面向空气提升泵16的底端开口处16a倾斜，以便利用空气提升泵将产生的氟化钙晶体(晶种)送入第二反应喷洒单元。
填在第二反应/调节箱2中的碳酸钙矿石9B和木炭23是微生物的生物固结基质，所以过一定时间后在碳酸钙矿石9B和木炭23的表面上能生成一层生物膜。如果在另外一生物处理装置中形成的多余的泥浆或活性泥浆被引入到第二反应/调节箱2中，可以期望生物膜会迅速沉积在生物固结基质上。通过有规律地将活性泥浆引入到第二反应/调节箱2，也有可能保证目标生物膜的稳定。污水中的任何有机质通过利用在碳酸钙矿石9B和木炭23表面上形成的生物膜中的微生物而得到处理。
由于作为填料的木炭23选择的是比重大于1的“Bitchotan”，所以它能浸没在水下，任何吸附在木炭23或“Bitchotan”之上的有机质都被木炭内部繁殖的微生物所处理。
内部有微生物繁殖的木炭通常可以被称之为“活性木炭”。由于碳酸钙矿石9B是用的天然石灰石的粉末产品，这种磨碎产品在商业上称为“重型碳酸钙”或“Kansuiseki”。在自然界存在的碳酸钙矿石中，天然石灰石是一种特别安全的化学物质，就是小鱼也能够在放有这种矿物碎块的水箱中进行养殖。天然石灰石粉末的表面粗糙，生物在其上容易繁殖并形成生物膜。
由于污水的pH值为了或更低而呈酸性，所以装填在第一反应/调节箱1中的碳酸钙矿石9A的粒径应当粗一些，最好大于装填在第二反应/调节箱2中的碳酸钙矿石9B的粒径。比如，第一反应/调节箱1中的碳酸钙矿石9A的粒径最好为5-7cm，而第2反应/调节箱2中碳酸钙矿石9B的颗粒直径大约为2cm。
经过第二反应/调节葙2处理过的污水经由一个未标出的装在第二下部2a顶端附近的溢流管道输送到第三箱5。
在第三箱5中加入凝结剂，即铝试剂和聚合物凝结剂。如果氟的浓度低于20ppm，那未被处理污水越接近于中性，就越能有效地将氟从污水中除去。因此，最初在第一反应/调节箱1中，依靠碳酸钙矿石9A的作用，污水中氟的浓度被降到低于20ppm的水平，并使其pH值接近于7。其次，为了更有效地除去污水中的氟，在第二反应/调节箱2中，污水中的氟不仅与碳酸钙矿石9B反应，而且还受到微生物的生物处理，这样一来污水氟的浓度就被降低到小于15ppm。最后，在第三箱5的各分箱中注入铝试剂，如多铝氯化物，和聚合物凝结剂。更具体而言，铝试剂被加在第三箱5的两个分箱中的第二分箱5a中，而聚合物凝结剂则加在第二分箱5b中。这样，被处理的水就能被处理成氟的浓度小于5ppm的目标水。在第三箱5中经过了处理的水，然后又被输送到第四箱6之中。第四箱6的安排与传统的第一沉淀箱相同。
第五箱7相应于传统的泥浆凝结箱，其中来自第一和第二反应/调节箱的大量泥浆在此箱被凝结。凝结的泥浆又被送往压滤机8，它的作用相当于脱水器。
在上面描述的实施方案中，第一反应/调节箱1的第一上部1b和第二反应/调节箱2的第二上部2b构成了一个废气处理装置。
在这一实施方案中，碳酸钙矿石9A和9B分别装填在第一和第二下部1a和1b，通过运行通风搅拌装置，被处理的污水被调节为中性，并使其中的氟与碳酸钙矿石9A和9B发生反应，从而被处理水中氟的浓度就能被合理地减小。因此，这一实施方案的装置的整体大小要比现有的污水和废气处理装置加起来的体积要小。
上面设计的污水处理装置，由于污水在刚进入第一反应/调节箱1后的pH为3或更低，也就是说呈酸性，所以碳酸钙矿石会发生溶解，同时它的钙组分被电离，所以含在污水中的氟就能形成氟化钙细晶或晶种。这一处理的结果，就形成了碳酸气体和水。在这一实施方案中，仅按照化学反应式，就能使氟与第一反应/调节箱1中的碳酸钙矿石9A发生反应。其理由是，由于第一反应/调节箱具备了传统调节箱和反应箱的双重作用，故而可将在第一反应/调节箱中的反应时间设置的比在传统的反应葙中的反应时间更长些。
更具体而言，到目前为止都是向反应箱中加入过量的熟石灰(Ca(OH)2)，由此便导致了氢氧化物的大量生成。与此相反，按照本实施方案，利用充足的反应时间，使与氟发生反应的碳酸钙矿石完全按化学反应式进行。因此，由于避免了像现有技术那样生成大量的氢氧化物，所以有可能比现有的技术水平少产生一些脱水泥饼并能有效地除去含在污水中的氟。这样，在第一反应/调节箱1中，含在污水中的氟(污水中氟的浓度50ppm)去除率超过60％。
其次，氟浓度被减少到20ppm并被调节至近中性的污水，被输送到第二反应/调节箱2中。在第二反应/调节箱2中，处理污水滞留的时间最好为几小时或更长些。在第二反应/调节箱2的第二下部2a中一层一层地交替装填碳酸钙矿石9B和木炭23。在碳酸钙矿石9B和木炭23的表面上始终都有生物膜形成。这些生物膜用来处理污水中的有机质。
装填在第二反应/调节葙2中的碳酸钙矿石9B与污水中的氟发生反应，并使氟的浓度减少。然而，值得注意的是在第二反应/调节箱2中氟的去除速率要小于第一反应/调节箱1中的去除速率。其理由是，在第二反应/调节箱2中的碳酸钙矿石9B的量比第一反应/调节箱1中的少。这样，在第二反应/调节箱中，含在污水中的氟能够被除去30％以上。当有机质，像表面活性剂，按照COD(氧的化学需求量)被除去后，除去率可望超过40％。
在第二反应/调节箱2中经过处理的污水又被送往第三箱5中。在第三箱5中，一种无机凝结剂(没有示出)，即一种铝试剂(无机凝结剂)，比如多铝氯化物，和一种聚合物凝结剂分别被加入到第一分箱和第二分箱5a和5b之中。在这一第三箱5中，铝试剂与含在污水中的氟反应，形成氟化铝，并且多余的铝试剂迅速转变成氢氧化铝沉淀，这些沉淀反过来又吸附氟化铝。经过这一过程，有可能使污水中氟的浓度降低到5ppm左右的水平。众所周知，前面所讲的氢氧化铝沉淀能在中性附近形成。在第三箱5中的反应时间大约为15分钟。
下一步，污水被引到第四箱6中，它的功能是作为一个沉淀箱。在这第四箱6中；为实现固-液分离，收集器24A以几分钟—转的速度进行运转。污水的上清液作为处理过的水被排出，而沉淀形成的泥浆则被送到泥浆浓缩箱第五箱7中。在这第五箱7中，泥浆团块被收集器24B收集起来，收集的泥浆经过3小时或更长时间的沉积而被浓缩。然后，经沉积而浓缩的泥浆被输送到压滤机8进行脱水，压滤机3的作用就象一个脱水器。这样，就产生了最终的固体废料，脱水饼。
在第四箱6，即沉淀箱中分离出来的泥浆，通过一个泥装回送泵25送到第一喷洒单元3和第二喷洒单元4或其中之一。回送的泥浆在第一反应/调节箱1或第二反应/调节箱2中对于废气处理以及污水处理都是有用的。
第二反应喷洒单元4被木炭23和塑性填料13B所充填。在第二反应喷洒单元4中，塑性填料13B与木炭23在竖向上交互分层排放。这样安排的目的是尽可能地使第二反应喷洒单元中总体抗损耗能力相等。
在木炭23的表面始终都将会有生物膜生成，它将促进废气中有机质的处理。此外，由返回泥浆泵25返回的化学泥浆和生物泥浆被喷洒到第二反应喷洒单元4上。用这种方法，化学泥浆和生物泥浆可以被用来对废气中的微量氟和有机质进行处理。
至于泥浆的返回置，应加以控制，以不引起第二喷洒单元4或第二反应/调节箱2的填料充填部分堵塞为宜。具体而言，在操作过程中，对由返回泥浆泵25送回到第二反应喷洒单元4和第二反应调节箱2中的泥浆量，以及SS浓度都要加以控制，以便避免堵塞。更具体而言，回送的泥装量是以保证第二反应喷洒单元4不发生堵塞，和通过测定第二反应调节箱2中的SS浓度并使其保持在一个合适的水平而被控制的。
因此，当由返回泥浆泵25返回第二反应喷洒单元4的泥浆量被减少时，泥浆就从第四箱6抽到第五箱7中。抽到第五箱7中的泥浆量，和由返回泥浆泵25送回的泥浆量，都是由一个装在第五箱(浓缩箱)7下部的泥浆测量盒进行控制的。这种操作控制方法完全类似于在传统污水处理过程中，通过一个泥浆测量盒控制活性泥浆的返回泥浆控制方法。
作为防止泥浆可能堵塞的措施，可以提及的有下面两种方法(1)、(2)。
(1)对于塑性填料13A和13B来说，应选择不易于造成泥浆堵塞，即其直径为100mm或更大的那些类型的填料，从而有可能完全防止由于泥浆造成的堵塞。直径为100mm或更大的塑性填料在市场上是可以得到的。
(2)正如从图3和图4可以看到的，应当小心避免将塑性填料13A装到横过第一反应喷洒单元3的喷水管14A上，同时也要避免将塑性填料13B装到横过第二反应喷洒单元4内的喷水管14B上。通过这样做，就有可能防止泥浆在第一和第二反应喷洒单元3和4形成堵塞。
在本实施方案中，有两种类型的循环水喷在了第一和第二反应喷洒单元3和4上，这样在第一和第二反应/调节箱1和2中就能提高污水和废气的处理效率。“两类循环水”指的是第一和第二反应/调节箱1和2中，通过空气提升泵16A，16B而循环的水，和含在由返回泥浆泵25送到第一和第二反应/调节箱1和2的泥浆中的水。
下面，将通过参照图2，对本发明的污水处理方法的一个实施方案进行解释。
图2所示的污水处理装置与图1所示的污水处理装置不同，其差别仅在于，在图1所示装置的第三箱5的第一分箱5a之前，装了一个具有泥浆固结部分30的泥浆固结箱26。因此，与图1所示装置相同的那些部分，也用相同的数字和/或字母注释，并且也因此而将详细的描述省略。
例如，泥浆固结部分30含有偏二氯乙烯。
在这个实施方案中，污水首先被引入到第一反应/调节箱1中，含在污水中的氟被装填在一反应/调节箱1的第一下部1a中的碳酸钙矿石9A所除去，并使污水被中和。例如，在第一反应/调节箱中，从用来通风的扩散装置11A排出的空气量，对每立方米该箱容积来说为100m3/天，如果将pH为2.5，氟的浓度为50ppm的污水引到第一反应/调节箱1，那么在第一反应/调节箱1的出口处污水的pH可能是4-5，氟的浓度会降到20ppm或更低。
氟的浓度为20ppm或更低的污水，从第一反应/调节箱1中被排出后又被输送到第二反应/调节箱2中。在这里污水中的氟含量被降低为15ppm或更低，而pH值则被调节为5-7。
接着，处理的污水又从第二反应/调节箱2输送到泥浆固结箱26，也就是第三沉淀箱5的初段。
在泥浆固结箱26中，氟的浓度已经降低到15ppm和COD浓度也降低到15ppm的污水，又被从对其中的氟和有机质进行生物化学处理。在这一生物化学处理过程中，“bio”意味着用生物泥浆处理，“Chemical”意味着用凝结成团的泥浆处理。明确讲，就是用在泥浆固结箱26中所含的偏二氯乙烯形成的生物泥浆和化学泥浆来处理污水中的氟和有机质。不用说，偏二氯乙烯具有固结生物泥浆和化学泥浆的能力。由于有机质，像表面活性剂和有机溶剂，被视为COD，故在泥浆固结箱26中，15ppm COD的污水被处理成3ppm COD或更低的水平。同时，氟的浓度在泥浆固结箱26中也被降低。在第四箱6中，在污水经过了固液分离之后，污水中的氟的含量已经达到3ppm或更低的水平。
在通过泥浆固结箱26之后，处理的污水被输送到第三箱(凝结箱)5的第一分箱5a和第二分箱5b之中。在这第三箱(凝结箱)5中，加入无机的和聚合物的凝结剂，在它们的作用下，在第一和第二反应/调节箱1和2中，生成的细小的絮状沉淀长大。
处理的污水被引到第三箱5之后，首先在第三箱5的第一分箱5a中加入无机凝结剂，如多铝氯化物和硫酸铝，一种被称为含硫夹层(Sulfuric band)的化学试剂，然后在第三箱5的第二阶段箱5b中加入聚合物凝结剂，以便使沉淀物长大。
处理的污水，接着又被输送到第四箱(淀积箱)6中。收集器24A以每几分钟一转的速度进行旋转，以便使处理中的污水发生固-液分离，所产生的上清液作为处理过的水被排出。而通过沉淀形成的含有未反应的铝、钙和氟的泥浆，经过返回泥浆泵25又被送回到泥浆固结箱26。泥浆固结箱26为偏二氯乙烯所充填，通过它泥浆被固化。
在第四箱26中形成的混合泥浆，包括含有未反应的铝和作为反应产物的钙的化学泥浆和从生物膜分离下来的生物泥浆，经返送泥浆泵被送回到第一喷洒单元3和/或第二喷洒单元4。如此送回的混合泥浆又自然地被用来进行废气处理，此外它还能向第一和第二反应/调节箱1和2各自的下部1a和1b流动，放用来进行污水处理。
在图1的实施方案中，返送泥浆泵的泥浆返送效率在试验运行的初始阶段为100％，但是当第一和第二反应/调节箱1和2中泥浆的浓度超过1000ppm时，泥浆的回送率被设置成小于100％。这样做的理由在于，如果在100％的泥浆回送效率下连续运行，由混合泥浆引起的泥浆堵塞可能会分别在第一和第二反应/调节箱1和2，以及在第一和第二喷洒单元3和4中装填的填料包上发生。换句话说，通过控制泥浆的返送效率可以不使泥浆堵塞发生。
简言之，为了防止由于泥浆导致的堵塞事件发生，有必要对第一和第二反应/调节箱1和2，以及第一和第二喷洒单元3和4中的泥浆的浓度加以控制。
在使用图2所示的污水处理装置的污水处理方法中，对返送泥浆泵25的泥浆返送效率加以控制，以便使在第三箱5的初段的泥浆固结箱26中的泥浆浓度达到3000ppm以上，因而与利用图1所示的污水处理装置的污水处理方法相比，此方法对处理污水中的氟和有机质可能更加有效。
对于泥浆固结箱26中所含的泥浆固结材料来说，除了前面所讲的偏二氯乙烯之外，各种其它类型的固结物质也是可用的。然而，就固结化学泥浆和生物泥浆来说，偏二氯乙烯则更为有效。
作为泥浆处理的后段，泥浆从第四箱4输送到第五箱7而被浓缩，然后又被送到作为脱水器的压滤机8，经压滤机8脱水之后被制成脱水的泥饼。
通过下面的说明，给出了一个具体的试验实例。在污水处理时，使用的污水处理装置与图1所示的结构相同。在该装置中，第一反应/调节箱1的容积约1立方米；第二反应/调节箱的容积约1立方米，第一喷洒单元的容积约0.5立方米；第二喷洒单元4的容积也在0.5立方米左右；第三箱和第四箱的容积分别为0.1和0.3立方米。含氟和表面活性剂的待处理污水在处理前pH为2.2，氟的浓度为52ppm；COD为52ppm、处理之后，污水的pH为7.5，氟的浓度为5.1ppm，COD为5.2ppm。此外，所产生的泥浆比现有技术大约能减少20％。
此外，还用与图2所示结构相同的污水处理装置进行了污水处理试验，其中的泥浆固结箱36的容积为0.5立方米，其它水箱的容积分别与前述实验中的相同。在这一实例中，含氟及表面活性剂的污水处理前的pH为2.2，氟的浓度为52ppm，COD也是52ppm。处理后，污水的pH为7.4，氟的浓度为3.1ppm，COD为3.3ppm。而且，所产生的泥浆比现有技术也减少了大约20％。也就是说，基于图2所示装置的实验所达到的氟的浓度和COD水平都比基于图1装置的实验减少了2ppm。
在上述的两个实验实例中，当废气中所含的HF气体浓度在通向第一喷洒单元3的废气入口处为2mg/Nm3(标准立方米)时，在第二喷洒单元4最上部的废气出口E处HF气体的浓度能被减少到小于0.25mg/(Nm3)。换句话说，HF气体能被减少到原来的八分之一。此外还测定了丙酮的浓度，它是废气中一种具有代表性的有机物质。当通向第一喷洒单元4的入口管21处丙酮的浓度为1mg/(Nm3)时，在第二喷洒单元4的废气出口E处丙酮的浓度则小于0.2mg/(Nm3)。换句话说，丙酮的浓度也被减少了五分之四。
上面的描述表明，按照本发明，含氟及有机质的污水经处理后形成的结晶脱水泥饼比现有技术减少很多。
例如，从一个半导体厂排出的污水和废气分别都含有氟和有机质(有机溶剂)，处理它们时，本发明的装置的下部用来处理污水中的氟和有机质；装置的上部可以同时对废气中的氟和有机质进行处理。换句话，本发明所提供的装置能够同时处理来自晶体管厂的，物理性质完全不同的污水和废气。该装置是一种既合理又经济的污水处理装置，并能减少固体废物的产生。
与现有技术相比，本发明是很有优势的，因为传统的污水箱只是用来调节水质和水量，然而根据本发明，通过在类似箱中碳酸钙的作用，既可以去除氟，以能使污水中和。这还能使污水处理设备的体积减小。此外，在反应箱内的反应时间允许充分延长，面无需使用过量的化学试剂。因此，可以极大地节约运行花费，比如化学试剂开销，并且不可能产生像过去的那样大量的占生成泥浆的很大部分的氢氧化物。故此，本发明不仅减小了设备的体积，而且还减少了泥浆的产量。
在从污水中除去氟的同时，碳酸钙矿石和木炭还允许微生物繁殖。因此，像表面活性剂等有机质能从生物学上得到处理，而无须提供任何专门的生物处理装置，生物处理装置本身需要另外给微生物提供营养。这在很大程度上减少了固体废料的产生。
氟和丙酮在半导体厂使用很广，从这些工厂排出的以含HF为代表的废气中含的有机物也能得到令人满意的处理效果。
与传统方法比较，本发明所提供方法的一个优点在于所需要的反应箱数目减少，从而使操作步骤得到简化。此外与这些反应箱相关部件的数目也相应减少，这意味着降低了初始成本。污水处理部分上面的空间用来作为废气处理部分是很方便的，废气处理所需要的空间比污水处理小。这将很容易适应生产设备规格的变化。
所以，根据本发明，由于污水处理部分所需要的空间一般比废气处理部分大(有些情况下可能会大10倍)，所以污水处理部分之上的一个大的空间可以很容易地被用来进行度气处理。从而能在每个污水处理部分之上提供一个废气处理部分，既方便又经济。
从上面的描述可以清楚地看出，从当今全球环境保护的需要出发，本发明提供了一种节能又省料的污水处理装置和方法，它不仅利于环境，从工厂管理角度考虑也是合理的。
以上的描述清楚地表明，本发明在许多方面是可变的。这些变化是指不脱离开本发明的精神和范围的变化，对于本领域的专业技术人员来说这些变化是显而易见的，它们将全部被包含在下面的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种污水处理装置包括装有碳酸钙矿石的下部，矿石被引入到其中的污水所浸泡，以及利用通风使污水得到搅拌的通风设备；位于下部之上的上部，其位置高于引入下部污水的水面，上部也装有碳酸钙矿石和塑料填料，这些物质按照一定方式装填于其中以便让污水从中通过；污水循环装置，可将污水从下部抽到上部并将抽上去的的污水喷洒到上部的物质上；以及废气导入装置，将废气导入位于下部与上部之间的空间。
2.一种污水处理装置包括第一箱包括第一下部，其中被碳酸钙矿石所充填，以便被引入第一下部的污水所浸泡，和利用通风来搅拌污水的通风装置；位于第一下部之上的第一上部，基位置高于导入到第一下部中的污水的水面，第一上部装有碳酸钙矿石和塑料填料，这些物质按一定方式装填于其中，以便使污水由此通过下渗。污水循环装置，可将污水从第一下部泵到第一上部，并将抽上去的污水喷洒在第一上部；以及第一废气导入装置，将废气引入到位于第一下部和第一上部之间的第一空间；第二箱，包括第二下部其中装有碳酸钙矿石和木炭，将这些物质装填于其中以便被从第一下部导入的污水所浸泡，还有利用通风来搅拌污水的通风装置；第二上部，位于第二下部之上，并且高于被引到第二下部中的污水的水面，第二上部也装有木炭和塑性填料，将它们装填于其中污水由此通过下渗；污水循环装置，将污水从第二下部抽到第二上部，并将抽上去的污水喷洒到第二上部；以及第二废气导入装置，将废气从第一箱导入到位于第二下部与第三个上部之间的第二空间。
3.权利要求2所述的污水处理装置，进而还包括第三箱，用来接受来自第二箱中的污水，第三箱包含用来搅拌引入到第三箱中的污水的搅拌装置，和用来固结泥浆的固化装置，第三箱适合用来填充铝反应剂和聚合物凝结剂。第四个箱用来接收来自第三箱中的污水，在这里污水经受固液分离，分离产生的上清液从第四箱中被排出。第五箱用来接收由第四箱中的沉淀而形成的泥浆，在此泥浆经沉积而被浓缩。脱水装置用来接收在第五箱中浓缩的泥浆，使泥浆脱水；以及泥浆返回装置，用来将在第四箱中产生的泥浆至少返回到第一箱的第一上部，第二箱的第二上部，和第三箱的泥浆固化装置其中至少之一。
4.一种污水处理方法，包括将污水引入下部，使装填在下部的碳酸钙矿石被污水所浸泡，并且用通风来搅拌污水；将污水从下部抽上去并喷洒到位于下部上方的上部的顶上，其中上部被碳酸钙矿石和塑性填料所充填；将废气导入位于下部和上部之间的空间；在重力作用下让污水通过碳酸钙矿石和塑性填料；在重力作用下让污水通过存有废气的空间，以及在重力作用下，使污水返回下部。
5.一种水处理方法，包括将污水引入到第一箱的第一下部，使装填在第一下部中的碳酸钙矿石被污水所浸泡，并用通风来搅拌污水。将污水从第一下部抽上去，并将污水喷洒到位于第一下部之上并被碳酸钙矿石和塑性填料所充填的第一上部的顶上；将废气导入到位于第一下部与第一上部之间的第一空间；使污水由于重力从第一上部中的碳酸钙矿石和塑性填料中通过；污水在重力作用下从存在废气的第一空间通过；使污水在重力作用下返回到第一下部；将污水从第一箱的第一下部引到第二箱的第二下部，使装填在第二下部中的碳酸钙矿石被污水所浸泡，并用通风来搅拌污水；将污水从第二下部抽上去，并喷洒到位于第二下部之上并被木炭和塑性填料所充填的第二上部之上；将废气从第一空间送到位于第二下部和第二上部之间的第二空间；使污水在重力作用下从存有废气的第二空间通过；并且使污水通过重力作用返回到第二下部。
6.权利要求5所述的污水处理方法，进而还包括将污水从第二箱引到第三箱，向第三箱污水中加入铝试剂和聚合物凝结剂，搅拌污水，并利用第三箱中所提供的泥浆固结装置使泥浆固化；将污水从第三箱引到第四箱中，使污水受到固一液分离，并将分离的上清液从第四箱中排出；在第四箱中，通过沉淀使泥浆与污水分离，将泥浆引到第五箱，在第五箱中，通过沉积作用使泥浆浓缩；将第四箱分离出来的泥浆返回到第一箱的第一上部，第二箱的第二上部，或第三箱的泥浆固结装置其中的至少之一；和利用脱水装置将在第五箱中浓缩的泥浆脱水。
全文摘要
第一反应/调节箱的下部装有碳酸钙矿石，上部装有碳酸钙矿石和塑性填料，空气提升泵负责从下部到上部的污水循环。废气被引入到一个位于上下部之间的空间。第二反应/调节箱的下部装有碳酸钙矿石和木炭，上部填有木炭和塑料填料。污水通过第一反应/调节箱的下部和上部，和第二反应/调节箱的下部和上部连续地进行循环。废气则通过第一反应/调节箱的上部和第二反应/调节箱的上部进行连续循环。
文档编号C02F1/56GK1122774SQ9511662
公开日1996年5月22日 申请日期1995年8月25日 优先权日1994年8月26日
发明者山崎和幸, 片冈正纪, 坂田和之, 今津史郎 申请人:夏普公司