处理水流的方法和设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2008年12月22日，申请号为200880131345. 3,发明名称为"处 理水流的方法和设备"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于处理包含溶解有机碳（dissolved organic carbon)和溶解 盐（dissolved salt)的水流的方法（工艺或过程，process)和设备（工厂或装置，plant)。
【背景技术】
[0003] 许多水流包含可充当着色剂的化合物形式的溶解有机碳，使得水不适合使用、再 循环或处理。重点关注的水流是制浆和造纸厂产生的废水（污水，effluent)。制浆和造纸 工业产生大量的废水，会引起操作成本并且潜在地，如果得不到妥善处理会造成环境代价。 因此，来自这种工业的废水的处理已经受到极大关注和研宄。
[0004] 通常，制浆和造纸厂废水是高度着色的，并且通常是褐色着色。美国专利 No. 6896806评述到，褐色废水本质上主要是有机的，其主要归属于在各种制浆和漂白操作 期间形成的木质素降解产物形式的溶解有机碳。其他颜色赋予剂是木提取物、鞣酸类、树脂 类以及（可能的）合成染料。这样的废水的硫酸根离子浓度也能很高。
[0005] 对于这样的废水，已经提出了一些可能的处理方案，尽管不可能容易地确定最有 效的处理技术，特别是由于大多数提出的技术具有重大经济影响。
[0006] US 5529697考察了大量用于处理制浆和造纸厂废水的选择方案，考虑了，尤其是， 使用氧化剂如臭氧和过氧化氢。过氧化氢需要非常长的接触时间以有效除去颜色。也已经 考虑了臭氧，但需要高的成本和能量强度。
[0007] US 5529697还评述到，已经研宄了反渗透和电渗析法的方法（或工艺），作为除去 来自制浆厂运行的废液的颜色的潜在技术。然而，反渗透已经主要用于生产饮用水的脱盐。 已经发现，通过反渗透去除的有机污染物倾向于几种类型的污垢，使其对于去除有机物是 无效的。进一步的问题，如US 5529697中确定的，包括膜的易碎性，以及与操作能够处理大 量水的过滤系统相关联的成本引起的可能问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种用于处理水流的方法，其能够从废水流中符合要求地去 除溶解有机碳和颜色，该废水流不必局限于制浆和造纸工业废水。
[0009] 鉴于该目的，本发明提供了一种用于处理包含溶解有机碳和溶解盐的水流的方 法，包括使该水流经受反渗透处理步骤以产生经过处理的水流，其中，在反渗透步骤中处理 水之前，该水流在至少一个预处理步骤中进行处理以减少送到（引导至，direct to)反渗 透步骤的水中的溶解有机碳的量。
[0010] 预处理步骤的目的是降低送到反渗透步骤的水流中的溶解有机碳（"D0C"）的浓 度，特别是以木质素化合物或木质素衍生化合物形式的有机碳（"D0C"）的浓度，其引起在 该反渗透步骤中所使用的膜的有机和微生物污垢。尤其是，强着色的木质素化合物还具有 高的需氯量（chlorine demand)(每lmg DOC需要大约l-2mg氯），这在实践中，阻碍利用正 常的反渗透生物污垢防护措施，如用氯胺进行处理。因此，实质性地或完全地减少污垢的风 险，对利用主要用于除去溶解盐（脱盐）的水的最终处理的反渗透方法是重要的。在预处 理步骤中可使用一组可能的方法，包括氧化，各种各样的离子交换方法包括磁性离子交换， 以及使用凝结剂。然而，经过研宄，已经确定了它们中的几种的局限性。发现使用臭氧、过 氧化氢和其他氧化剂进行氧化的成本对于大量水来说是禁止性的。使用凝结剂导致产生大 量过量的污泥，造成整理和抛弃问题。
[0011] 因此，优选的预处理步骤是反直觉（counter intuitive)的，而另外介入的膜处理 步骤有利地包括（或涉及）纳米过滤。虽然纳米过滤与反渗透（"R0"）是相似的方法，但 存在差异。主要差异在于纳米过滤膜稍微比R0膜更"开放"。这意味着，小的单价离子（例 如钠和氯）不会被纳米过滤膜很好地滤除，而多价离子（例如，硫酸盐）被适度地滤除。纳 米过滤膜还可具有允许选择性分离某些物种的专化表面物理效应。可实现高达99%的D0C 滤除（去除，rejection)。来自制浆和造纸废水的D0C回收可能局限于85%，高于其可能 会发生不可接受的膜的有机污垢（污染，fouling)。可以在许多阶段进行纳米过滤。
[0012] 进一步预处理方法可以包括厌氧过程（厌氧处理或厌氧方法，anaerobic process)，但特别地，包括膜反应器，例如膜生物反应器（"MBR"）的厌氧过程，其允许仅除 去一小部分的D0C，因为D0C的去除对于厌氧和好氧微生物消化过程（溶出过程，digestion process)是主要难处理的。这样的DOC可被称为滞留性抗生物活性（biorefractory) DOC ( "rDOC"），并且通常包括低分子量化合物。因此，来自MBR的滤液或渗透液，包含这样 的抗生物D0C，由于上面讨论的实践中难以克服的污垢问题而不适合于直接送到R0脱盐处 理阶段。然而，除了纳米过滤或其他中间处理步骤之外，可以使用这样的方法。确实，厌氧 消化过程、MBR、中间处理和反渗透的组合允许处理一组可能的废水流，并且允许运行本发 明的水处理方法的设备利用先进的水处理方案，处理生活废水流（如具有浅的难处理颜色 的污水流）、工业废水流、以及生活废水流和工业废水流的组合。工业水流可以是来自制浆 或造纸厂的水流。
[0013] 来自纳米过滤和反渗透步骤的浓缩物（浓缩液，concentrate)可以经受用凝结剂 或氧化剂的处理，因为对于处理浓缩物的大量污泥和成本从管理和经济角度看在可接受的 范围内。其他浓缩物处理方法也是可行的，包括另一个膜处理步骤，如纳米过滤步骤，或广 泛的离子交换方法，包括磁性离子交换。
[0014] 除去溶解有机碳和颜色的预处理步骤的利用可以使得能够有效地去除颜色，并且 有可能将脱盐、脱色的水再循环到工厂，如制浆厂或造纸厂，或者具有经济效益的其他应 用。
[0015] 在进一步的方面中，本发明提供一种用于处理包含溶解有机碳和溶解盐的水流的 水处理设备（water treatment plant)，包括：
[0016] (a)反渗透段；和
[0017] (b)用于预处理要送到该反渗透段的水的至少一个预处理段，
[0018] 其中，预处理段降低送到反渗透段的水中的溶解有机碳的浓度。
[0019] 本发明的水处理方法和设备的优点包括以下：
[0020] (a)在除去大量抗生物的溶解有机碳之后，反渗透段可用于水的最终脱盐处理，而 无需采取过度的措施以避免污垢或将污染等级降低到可接受的水平。尤其是，可采用常规 的防垢处理。
[0021] (b)以能够将经过处理的水再循环到需要它的应用中的经济方式，可以降低抗生 物的溶解有机碳浓度和颜色。
[0022] (c)所述方法可适于处理组合的工业/生活废水流，即使与生活废水的特性相比， 在工业废水具有高溶解有机碳浓度和高颜色的情况下。
【附图说明】
[0023] 根据以下参考附图描述的优选实施方式，可以更充分地理解本发明的水处理方法 和设备，其中：
[0024] 图1是根据本发明的方法的一个实施方式进行操作（运行）的水处理设备的示意 性方法流程图；和
[0025] 图2是示出了在图1的方法流程图中涉及的处理装置的方框图。
【具体实施方式】
[0026] 现在参考图1，示出了水处理设备100,其包括两个厌氧反应器（AR1和AR2