专利名称：处理地下水和废水的方法
技术领域：
本发明涉及处理水的方法，尤其是处理地下水的方法，以生产待用作 饮用水、灌溉水或其它通常使用处理的地下水的水。本方法也可以用于处 理废水，比如源于工业的水和选矿的水等，以循环4吏用或将其安全地排放 到环境中。本处理系统实质上基于加压流体回路，最小化处理的水的体积 和所得固体废物的体积。在之后的步骤中除去污染物和氧化物，最小化或 消除注入强氧化剂的需要，并且通过该方法最小化了处理成本。本方法对 各种能源依赖性很小，但是不排除它们的使用。同时还记载了用于实现本 方法的水处理设备。
背景技术：
传统的水处理系统在多级水处理中采用池塘、水槽、反应器和过滤器，其中未加压的水处理阶段是主要部分。这些水处理系统有许多缺点 总的处理时间很长，在处理用作饮用水的井水时这是一个主要问题；占 地面积很大；大量的水通过蒸发损失而不是被重新使用；经常无法控制 池塘和开放式水槽的气味，难闻气味蔓延到居民区； 一旦发生泄漏于地 面、溢出或者溢流，大量的未处理水或各个处理阶段中的水存在于系统 中并会对环境造成威胁。过去由于污染的处理水和废水的泄漏和溢出，造成了许多环境灾 难。使用这些安全性较低的系统是成本压力的后果。但是，我们发现污 染的长期成本可能非常高，而且环境保护当局对安全标准、排放水质和 对违法行为及事故的处罚也日益严格。的时候，遇到困难。 一个实^^是保持船体的W洁。污一染物的含i;类型非常复杂，而且随情况而变化。因为处理过程复杂和传统处理设备庞大， 传统的水处理系统在满足所需的处理时具有很大的困难。与水的存储、 用于岸上处理的水的运输、岸上处理的成本以及操作引起的船只延误相 关的成本也非常高。并不令人奇怪的是常常有未完全符合安全环境标准 的或甚至完全没有处理的清洗水被排放到海洋中。处理待用作饮用水和用于灌溉的地下水具有的首要问题与废水处 理类似，且是复杂的。在处理地下水情况下的这种复杂性主要是由于地 下水分析中的巨大变化。来自相距仅几百米的井中的水可能差别4艮大。 通常来讲，来自同一口井的水的成分具有很大的季节性变化。因此，初 始用于一口井的处理方法，在后来或对仅相距很短距离的另一口井可能 不能令人满意地起作用。在许多情况下，在除去铁和锰时，成功地使用了多孔矿物磷酸盐、 硅酸盐和铝-硅酸盐。这些天然的或者合成的矿物与氧化剂协同作用。 所用氧化剂的例子为高锰酸钾和次氯酸钠。然而，许多系统由于没有在 综合处理过程的水平上解决水分析变化的问题，所以不能达到必需的性 能。通常来讲，这种变化源于铁和锰的浓度、其它元素和化合物的存在 以及酸度变化。使用太阳光的光催化处理需要长的曝光时间和大的曝光面积。紫外 线辐射处理和光催化氧化受存在时的浊度的限制，以及膝光时间和成本 的限制。在任何形式的处理中使用臭氧是昂贵的。当只用臭氧进行氧化时， 总的处理时间会是不可接受地长。臭氧的稳定性差，并且不能有效地单独用于基于催化氧化的水处理系统中。臭氧可成功地用作最终的氧化 剂，并且可在其它氧化剂不适合或者无效时使用。用于农业灌溉的常用井水的处理标准非常低，其主要原因可能在于 可用的科技服务信息和辅助有限。尽管世界上有宝贵知识指出具体种类 的农作物的理想水和土壤条件，但是很少从经济角度处理地下水。植物 是生物，有问题的灌溉水质会降低它们的抗病能力，并减緩它们的生长。 还有一些建议是，在灌溉果园时，如果把水洒到树干上，而不是洒到树 叶上，可用含铁量多至7mg/l的地下水。土壤中铁的累积会影响植物可 利用的营养的平衡。首先，铁的累积会通过降低磷酸盐的可利用性，因 为作为磷酸铁锁住了磷酸盐。在一些情况下，由于存在过量的铁量，所 需的肥料量是正常量的三倍以上。增加磷酸盐的量会减少钾肥的可利用 性。对其他元素的可利用性存在多米诺效应。从经济的角度讲，其后果
是更高的肥料成本，而长期后果是土壤恶化。当铁含量高的水被喷洒到植物的叶子上时，由于形成粘液并阻塞树 叶的气孔，光合作用明显降低。土壤中营养的不平衡和树叶的污染，会导致植物对疾病敏感并降低 农作物的生产水平。灌溉系统的另外一个问题是经常存在的铁细菌加重管道和喷洒器 的阻塞。铁会引起洗衣房、陶瓷和家用水管配件上出现红棕色锈斑。锰会引 起棕黑色锈斑。铁锈斑和锰锈斑难以除掉。去污剂除不掉这种锈斑，而 采用比如氯的氧化剂漂白则会让锈斑更牢固。尽管饮用水中含铁量过高 并不认为是有害的，但是过量的铁会影响体内其它金属和化合物的平 衡，长期来看也会引起健康问题。发明内容根据本发明的一个实施方案，提供了一种处理水的方法，其包括以下步骤a) 用惰性气体汽提水中溶解的气体；b) 对水进行氧化处理，以沉淀金属；c) 从水中除去沉淀；其中，氧化处理为包括如下阶段的多级氧化处理(1) 在压力下使氧化剂和水接触以从水中沉淀金属；(2) 用氧化剂对水进行催化氧化，氧化通过催化剂比如沸石催化剂在 催化反应器比如床式反应器、柱式反应器或过滤器中进行催化。该处理方法可以包括静压水处理系统，用于对氧化处理阶段(1) 的氧化剂加压以增加水中溶解的氧气含量。阶段(1)和(2)可包括多 个反应器。在氧化处理阶段(1)和(2)之间，可以用合适的固/液分离器比如 斜板分离器或旋风分离器除去沉淀。在这种情况下，也可将氧化性强于 次氯酸钠的氧化剂注入催化氧化阶段(2)之前的中间氧化阶段。氯可 用作氧化剂。该氧化剂的性质需要根据水中溶解的金属而变化。除锰可 需要比除铁所需氧化剂更强的氧化剂。在本发明的另 一个实施方案中， 催化氧化阶段(2)可以在装填有颗粒状介质比如沙粒或其它介质的床 式反应器中进行。根据水中存在的金属的成分，可以代替沸石催化剂以 进行催化氧化。金属沉淀也可起催化作用。在地下水、井水和含水层水中的铁和锰通常分别以溶解的碳酸氢盐 Fe(HC03)2和Mn(HC03)2存在。尤其是锰可以以过量形式存在于水中， 比如在表面或河水中，例如在干旱一段时间后下雨时。下面将示出铁的 化学反应，但是类似的反应路线同样适用于锰和其它金属。在常压下， 碳酸氢亚铁转化成氢氧化亚铁，释放出二氧化碳。Fe(HC03)2 — Fe(OH)2+2C02氢氧化亚铁仍是可溶的。在溶解氧气的存在下，氢氧化亚铁转化成 氢氧化铁并沉淀。4Fe(OH)2+02+H20 ~* 4Fe(OH)3在只含有很少量铁的水井里形成铁细菌。阔值水平为0.1 mg/L。形 成铁细菌的最佳溶解氧气水平为0.5-4 mg/L。大多数水井都满足这些条 件。除了通过形成的沉淀限制水流的直接问题之外，铁细菌还易于形成 硫酸盐还原细菌。硫酸盐还原细菌产生具有非常难闻味道的硫化氲。可 能存在于地下水比如井水中的其它不希望气体是挥发性有机化合物、氨 和氡。本发明的水处理方法包括在加入空气或氧气进行氧化之前，除去 或汽提气体及挥发性有机化合物(如果存在)，作为第一步。可以分几 个阶段进行的所述第一处理步骤目的是防止处理系统中铁细菌的生长 和系统中某处的铁沉淀，其中不优选发生铁细菌的生长和铁沉淀，从而 使得使用氮气或其它惰性或非氧化性气体的汽提过程更有效。二氧化碳 和氮气的混合物也有很好的汽提效果，而且二氧化碳已经作为铁或者锰 的碳酸氢盐转化为氢氧化亚铁或氢氧化亚锰的副产品存在。井水可方便 的泵入如所需地以逆流模式操作的脱气容器或脱气槽内，其中水以一个 方向移动，主要是对着容器底部的出口向下，而氮气或其它惰性气体则 以向上的相反方向移动。该容器配置具有狭窄开口的盖子，以便在容器内水面以上形成几乎100%的氮气和二氧化碳。釆用的第一定律为亨利 定律(Henry's Law ),其表示溶液中溶质气体的浓度直接正比于溶液上 方该气体的分压。调节氮气的注入速率，可以把其它气体的浓度稀释到 所需水平。该方法也可以包括浮选步骤，其例如基于氮气注入。空气浮选的缺 点是气泡外的氧气被消耗掉，部分铁沉淀，并干扰处理过程。氮气源可 以简单地为膜分离器类型的氮气发生器。生成氮气所需的压缩空气也可 用于启动阀；并且除去部分可进一步处理，并存贮用作氧气源。水的氮 气鼓泡导致汽提掉挥发性有机化合物。因此，不需专门的氧化步骤来除 掉这些污染物。二氧化碳的存在尽管不是必须的，但有利于汽提效果。 在将铁保持在溶液中的同时，该脱气方法的进一步改进是用氮气吹扫水 井，使用氮气使井内水面以上区域保持轻度正压。该压力可低至10kPa， 其可使井内水面降低1米。由于泵吸可用相对于大气压相同的压力加压， 所以在水泵系统中没有随后的能量损失。依据亨利定律，氮气会扩散到 水中，即使氧气以显著的水平存在于含水层水中，也会向着井形成递减 的氧气浓度梯度，这是因为氮气取代了氧气。该轻度正压进一步有助于 在井区内将铁保持在溶液中。同时，如果没有氧气，铁不会被氧化并沉 淀，并且不会产生铁细菌。在小生产量的工厂中，可以有利地在单个柱式反应器中联合加压空 气氧化(或者氧气氧化)和汽提。空气可以在反应器的下部引入，而原 水可以在上部引入。部分空气溶解，在引入气体点和工艺下游参与氧化 反应。上行气泡参与第一阶段氧化，工艺中气泡的氧气含量降低，而氮 气富集。当气体到达反应器上部进入或引入待处理原水处时，气体基本上为惰性的，并可用于从进入的原水中的汽提溶解的气体。如氧化所需 的，气泡与水的接触时间随pH变化，并由于高度需氧化合物的存在而 降低。这种化合物的一个例子是硫化氢。经过汽提和可能的使用氮气的浮选之后，下一个处理阶段是用空
气、氧气或者富氧气空气进行加压氧化处理。加压氧化反应器有利地第一个串联于泵后，使得反应器内的静压在系统中最高。这是因为气体在 液体中的溶解度随压力增加而增大。高水平的溶解氧气增加下一步中的氧化效率，并且降低催化氧化所需的氧化剂注入量。由于除去了大量的 但是浓度波动的高需氧化合物比如氨和硫化氢，所以该方法的脱气步骤 产生了更可预期的更稳定的水质。将氧气注入该加压反应器中，在短时 间内将铁浓度降至每升几个毫克。该氧气通过逆向垂直流注入。例如在 加压反应器顶部自动释放的气体中的氧气含量的感测，可用来控制氧气 的注入速率。尽管原水中的铁水平波动，但是可以控制从氧化反应器排出的水具有精确的铁水平，优选不超过5毫克/升。对于一些水处理应 用，这可能为所需的氧化处理的最终水平。然而，许多试图预先除去铁 和锰的水处理工厂失败的原因在于除去最后少量浓度的铁和锰的部分 处理过程，受铁、锰和其它需氧化合物的不可预期的波动水平的影响。 根据本发明的方法，期望催化氧化是有效的。在用于包括氧化剂注入的 催化氧化的、基于沸石过滤介质的过滤器中，铁和锰将被氧化并沉淀， 从而促进具有类似电负性元素的共同沉淀。这些元素为铜、铅、镉、 铬、钴、镍、锌和砷。可以使用其它的过滤介质，只要它们具有催化作 用。便利地，注入的氧化剂为在水溶液中稳定性更好的氧化剂次氯酸 钠、高锰酸钾和二氧化氯。然而，使用其它的氧化剂及氧化剂的混合物 也是可能的。也可釆用后催化氧化或者其它处理阶段。例如可以注入臭 氧；例如可以将少量臭氧注入过滤器下游，所述过滤器具有其它性能中 的生物杀灭性能。可以根据需实现的水质标准和处理水随后的应用，来 改变氧化剂的性质和加入方法。为此，后催化处理可采用反渗透或其它 处理步骤，以使水质好到所需的饮用或使用标准。在原水中的盐度高时， 反向渗透可降低盐的含量。本发明的处理方法可构成处理复杂污染的更 大处理方法的一部分或一个模块。依据本发明，当重点是处理地下水中 的铁和锰时，可引入模块来处理其它污染物，例如可能从汽油站、汽油 箱或其他源头泄漏进入含水层的烃类。肥料和营养浸出液以及高盐度， 可采用进一步的包括沉淀、反向渗透等的处理阶段解决。在处理污水或 可能其它有机污染物污染的水时，生物处理最有效。在这种情况下，生 物处理也可引入本本发明的水处理方法中。依据本发明的处理方法，可以实现较短的总处理过程时间，比传统
系统低的成本，且使用的方法处理厂可易于对于大幅变化的水分析进行 调节。该方法可以在环境温度下进行。同时，在处理井水的情况下，如 希望地避免了在井内的铁沉淀和形成铁细菌。形成铁细菌粘液对水井的 生产能力和水井的维护成本具有严重的影响。
本发明优选实施方案的以下说明有助于深入理解本本发明的原理。图1是依据本发明实施方案的中等到大流量处理能力的井水处理 系统的工艺流程图。图2是依据本发明第二实施方案的小流量处理能力的井水处理系 统的工艺流程图。图3是显示依据本发明第三实施方案的方法的一部分的井水处理 系统的部分工艺流程图。图4是显示依据本发明第四实施方案的方法的一部分的井水处理 系统的部分工艺流程图。
具体实施方式
依据本发明制备的水处理系统的关鍵构件为脱气单元，其使用比如 氮气的惰性气体进行脱气和非氧化浮选；预催化氧化反应器，其减少催 化阶段的氧气的需求，并降低需氧化合物的浓度变化；催化氧化过滤器； 气体制备和注入系统；以及监控系统。本发明与常规设计的显著差别在于惰性气体脱气、惰性气体保护水井，及其与以后步骤中氧化的联合以 更有效地利用氧化剂。可以理解，此处描述的本发明所有实施方案可以 整合于更大的水处理系统中，后者基于水处理产品的最终用途或应用而 变化。图l显示的是水井9，其具有在这种应用的常规性能中具有低透气 性材料制成的外壳14。水井9具有低透气性的合适材料的井盖13，井 盖13具有充分的紧固件和密封件，使得水井被密封并可在井内维持轻 度正压。井盖13可方便地配置有压力表用于肉眼检查压力的存在。在 特殊应用中，如果认为合适且成本上可以接受，可添加更多的装置。例
如，压力传感器能够监测井中的压力，并将压力信号传送给电子控制单元IOOO。此外，可安装氧传感器，以检测井中的氧气水平，并将信号传 送至电子控制单元1000。装置和控制的许多改变都是可能的，但是它们的目的在于防止井内的氧气渗透，并在发生渗透时引发某种警报，并且这些装置和控制的改变也认为在本发明的范围之内。压缩空气源400提 供压缩空气，用于氮气和氧气发生器单元401，也为使用空气的中间氧 化阶段提供压缩空气以及用于启动岡。来自氮气和氧气发生器单元401 的氮气经管道402和减压岡15提供到井中，优选管道末端在井中的水 面以下。使氮气供给管的末端在水面以下有助于清除安装阶段的氧气以 及在氧气渗透到井内的任何情况下的氧气。氧气比氮气重，为了清除氧 气，所需氮气的体积约为井内水面以上体积的4倍。用氮气吹扫井之后， 只消耗了少量氮气。水面以上的氮气溶解于水中，并进一步通过水井过 滤器16扩散到水泵附近的含水层中。缺氧避免形成铁细菌和井内设备 的腐蚀。缺氧和存在压力将铁保留在溶液中。因此，消除了铁细菌粘液 和铁沉淀堵塞水井。另一个优点是如果含水层中存在其它不希望的气 体，其在井中及附近的浓度将被氮气降低。减压阀15为可调节的，维 持井内设定的气压。井内的原水经井泵IO通过管线11泵入具有盖101 的脱气槽IOO，盖101的构造允许气体溢出，但是限制空气中的氧气进 入脱气槽100。原水可以沿切线方向进入脱气槽100中以引起水的旋转， 或者可以将喷头阵列安装在控制水面的上方。氮气通过置于脱气槽底部 附近的扩散器注入。氮气的流量用流量计404监测，并任选根据原水的 化学分析用流动控制阀403进行设定。注入氮气的装置和控制的其它改 变也是可能的，但这些改变认为在本发明的范围之内。氮气和水在脱气 槽100内的流动是逆向流动。氮气泡向上通过水，而水经由水泵103向 下输送。通过氮气吹扫和汽提，清除了气体比如氡、硫化氢、氨、挥发 性有机化合物和二氧化碳。二氧化碳也有效参与汽提过程，尤其是挥发 性有机化合物的汽提。在气体浓度在周围环境产生令人不快的气味或其 它问题的情况下，部分氧气可用于在臭氧发生器407中产生臭氧，所述 气体在洗涤塔408中氧化和汽提。在许多井水处理应用中，不需要臭氧 发生器407和洗涤塔408。在浮选过程中，如果大量固体物料漂浮在脱 气槽表面，可以撇去这些固体物料，导入第二过滤和处理系统中。脱气 槽100底部的抽吸管线102连接至泵103，所述泵是该水处理系统的氧 化和过滤部分的主要工作泵。离心泵103优选通过变频器驱动。在水进入预催化氧化反应器200之前，计量加料系统203将絮凝剂注入水中， 以辅助絮凝悬浮的固体和通过氧化产生的不可溶化合物。该絮凝剂可以 是简单的化合物或混合物，其性质可随原水的化学成分和处理水的用途 而变化。在去除高毒性金属和准金属时，可以不使用絮凝剂，使得待处理污 染物的量保持最低。可以理解，与使用絮凝剂相比，金属氢氧化物泥渣 可能不会迅速地被压实，必须通过过滤器202过滤的体积更大。然而， 与使用絮凝剂相比，过滤器202产生的脱水滤饼量会更少，且污染物的 复杂性也较低。预催化氧化反应器200是加压容器，顶部具有自动排气阀204,在 靠近底部位置具有氧气注入系统。氧气可使用可变流量压缩机405泵入 反应器内，氧气的流量可通过流量计406进4亍监测。可安装氧传感器以 测量通过阀204排出气体中的氧气水平。由于该反应器第一个串联于泵 后，所以预催化氧化反应器内的静态压力相对较高。溶解在液体中的气 体量随压力增加而增大。同时，在向上通过水中的特定尺寸气泡中的氧 气含量也大于环境压力下的氧气含量。因此，在尺寸相对较小的反应器 中也可能产生强的氧化作用。溶解的大量氧气将降低阶段(2)中催化 氧化所需的氧化剂的量。通过氧化化合物，高水平的溶解氧可确保催化 相中的过程更加稳定，否则，这些化合物可能加重用于催化阶段的氧化 剂注入的需要，并使得过程难于控制和复杂。泵201将泥渣从预催化氧 化反应器的底部输送至加压过滤器单元202中。过滤器单元202由两个 平行过滤器构成，其使用布袋或筛网容器来容留固体。 一次使用一个过 滤器。当通过过滤器的压降达到设定值时，泥渣被引导通过另一过滤器。 然后除去之前使用过滤器的布袋，进行清洁或置换。来自过滤器202的 过滤的水被返回脱气单元IOO中，或者返回到预催化氧化反应器200中， 这取决于在脱气槽100中是否进行浮选。如果不在脱气槽100中进行浮 选，那么水不应该返回到脱气槽100中。泵201为正排量型泵，优选螺 杆泵。如果需要，对离开预催化氧化反应器的水进行酸度调节。计量加 料单元301注入调节pH所需的酸或碱。在高度酸性水的情况下，pH 补偿在工艺的早期进行，以保护工艺设备不受腐蚀，同时促进中和反应 的平衡。在较低的酸度下，计量加料单元301可置于泵103的抽吸管线 上。计量加料单元302为催化阶段注入氧化剂。注入的氧化剂为比氧气
更强的氧化剂。取决于原水分析和处理水的用途，其可以是次氯酸钠或 其它氧化剂或氧化剂混合物。除非有其它有关工艺副产物和氯残留量相 关的限制，通常使用次氯酸钠，这是因为其成本较低。用作催化氧化反应器的一个或多个过滤器300,填充有大约一半高度的沸石催化过滤介 质，其能促进金属和其它元素、以及之前阶段没有氧化的化合物的进一 步氧化。在井水的情况下，保留到该阶段进行氧化的最重要元素是部分 的铁、锰和砷。每个过滤器的入口具有隔离阀303， 304和305。每个过 滤器的出口具有隔离阀309， 310和311。此外，隔离阀312将催化过滤 器的边沿与该系统的下游部分隔离开。同时，反洗出口也具有隔离阀 306， 307和308。如果没有下游过滤器313,那么在多数情况下必需安 装阀，以提供图1未显示的特殊漂洗模式。过滤器300的操作模式为工 作模式和反洗模式。在工作模式中，水向下通过沸石材料床。大部分的 铁会在过滤器床300的上部氧化。当水通过沸石床时，其它材料和每种 元素或化合物的残留浓度随之降低。同时，沸石床还用作机械过滤介质， 以除去类似于沙粒的沉积物和沉淀物。过滤器313的作用是保留可从过 滤器中漏出的沸石颗粒；它还进一步用于过滤目的，尽管沸石不够细而 不能截留细菌。通常情况下，如果处理的水用作饮用水，过滤器313可 为活性碳过滤器。在工作模式下，入口阀303、 304和305以及出口阀 309、 310和311打开。阀312也打开。而位于反洗出口的阀306、 307 和308关闭。随着固体沉积物或沉淀物的累积，过滤器的压降增加，并 到预定的压降时，必须对过滤器进行反洗，以除去沉淀。进行反洗时， 每次反洗一个过滤器，通常其水流速度为工作模式下流速的二倍。如果 有三个过滤器在运行，那么两个过滤器将以工作模式运行， 一个过滤器 将使用另外两个过滤器中的水进行反洗。在反洗过程中，阀312关闭。 关闭以工作模式运行的过滤器的反洗线路上的阀。反洗运行模式的过滤 器的入口阀关闭，出口阀打开，并且反洗出口阀打开。因此，来自另外 两个过滤器中的水被向上引导通过反洗过滤器的过滤床，并除去沉积 物。用于过滤反洗水的过滤器314可以类似于过滤器202。参考图2，其显示的是较小处理能力的井水处理系统的工艺流程， 其中固定设备的投资比大处理能力的设备更为严格。水井9的特征与之 前所述的图1中实施方案的特征相同。其脱气和氧化所用的气体发生器 简化于前述实施方案。只生成氮气用于脱气，而不产生氧气和臭氧。因
此，压缩空气源400提供压缩空气，用于氮气发生器单元450、用于使 用空气的中间氧化阶段和用于启动阀。该简化的水处理系统基本上以分 批模式运行。预催化氧化反应器200可以首先用氮气吹扫，然后从水井 9中注入水，同时持续注入氮气。当预催化氧化反应器注满水时，水源 关闭，预催化氧化反应器200中的水通过闭合回路中的泵103、打开的 阀334和过滤器314进行循环。阀331， 332和333闭合。计量加料单 元203注入少量絮凝剂以辅助过滤原水中存在的悬浮固体。过滤装置 314可具有专门用于该处理阶段的过滤器。在下一个处理阶段中，将压 缩空气注入预催化氧化反应器200，水通过泵103循环限定的时间。该 水可以通过过滤单元314的不同过滤器部分过滤。在氧化初始进行一段 时间后，通过计量加料单元203注入絮凝剂。可中断水循环，同时可以 持续注入压缩空气。最后，必需重新开始循环以除去氧化的固体物质， 并且完成该批次的水的预催化氧化处理。在催化氧化阶段，阀331和334 关闭，以便将来自泵103的水导入过滤器300的入口。当反洗出口阀关 闭时，阀330开启。必要时计量加料单元301注入化合物以校正酸度， 计量加料单元302注入氧化剂比如次氯酸钠用于催化氧化。水通过过滤 器中的沸石床，然后通过打开的阀312、最终的过滤器313，并存储于 加压罐500中。对于过滤器300的反洗循环，不绝对必要使用清洁的水。 清洁、完全处理的水可以用于短时间的漂洗循环，未显示在图2中实现。 在准备反洗时，预催化氧化反应器中的水可用氧气处理更长的时间。当 关闭反洗阀330、 312、 332和334时，打开阀331和333。来自泵103 的水被引导通过打开的岡331到达过滤器的底部，并向上通过过滤器中 的沸石床。携带沉积物的水从阀333流出。然后反洗水通过过滤单元 314，返回反应器200而在闭合回路中循环。在反洗期间，可注入少量 空气，以辅助除去催化过滤器300中的沉积物。参考图3，其图示的是作为部分处理工艺或其模块的相同的在连续 的步骤中除去污染物和氧化的方法，该方法应用于含有复杂污染物的井 水的处理或废水的处理。从根据图3的实施方案的废水中除去金属的主 要步骤为通过不同于传统的方式使用沸石过滤介质的催化氧化和共沉 淀，所述传统的方式比如为选择性化学沉淀、臭氧浮选以及通过升高 pH值的金属的氧化和沉淀。共沉淀本身可对过程具有催化作用，这是 因为保留在沸石(或其它介质如沙粒)床中的金属氢氧化物沉淀对溶液
中的金属具有催化氧化作用。与图1所示的工艺的差别在于没有水井部 分，添加了后催化氧化反应器，尽管其可能不总是必要的。另外，高度污染的废水常常以分批模式处理，而不是连续处理。废水向着脱气槽100 的顶部进入脱气槽。采用氮气进行脱气，可以处理废气以消除洗涤塔408 的气味和毒性。直到将水排出催化过滤器，该方法和井水处理的步骤完 全相同。进行另外的处理步骤主要是为了降低非金属无机污染物的含 量。后催化氧化反应器467的结构和预催化氧化反应器200的结构相似。 实质性区别在于后催化氧化反应器使用臭氧而不是氧气来处理水。计量 加料装置466将絮凝剂注入进入后催化氧化反应器的水中。关闭反应器 467到下游处理的出口，并通过打开的阀462、泵201和过滤单元202 将水送回脱气装置，可以用分批模式来运行整个工艺部分。通过阀463 控制臭氧从发生器407到反应器467的流动，并用流量计464监测。过 滤器的反洗和所有其它工艺与图l所示实施方案相同。图3所示的处理 废水的实施方案和方法尤其适合于最成本有效地处理污染物水平超出 生物处理可接受限制的高度污染的水。图4显示的是图3所示水处理方法的可替代实施方案，其中在预催 化氧化反应器200和催化过滤器300之间使用分离器500以除去沉淀。 这样可以减少反洗频率和耗水量。分离器500可包含一个或多个分离器， 其可为斜板式分离器、旋风分离器或其他分离器。优选采用斜板式分离 器。容器520收集反洗液和泥渣。过滤器530可用于除去固体。引入分 离器500能在该工艺中在过滤器300之前包括另外的或者中间的氧化阶 段。在这种情况下，可在过滤器300之前注入比次氯酸钠强的氧化剂。根据本发明的方法处理含砷的水时，砷的水平被降低至检测限以 下。有利地，本方法也可用于从地下水中除去砷。本领域的技术人员可以对本发明的水处理方法和工艺图进行修改和变 化。这些修改和变化将视为在本发明的范围之内。尤其是实施在此描述的 本处理方法所用的装置和控制，并不意图具体地局限于所记栽的内容。也 能对装置和控制设备以及自动化水平进行许多修改。所有这些修改都在本 发明的范围之内，除非其引入全新的关键的处理原理。
权利要求
1. 一种水处理方法，包括以下步骤a) 在脱气阶段，通过惰性气体汽提水中溶解的气体；b) 对水进行氧化处理，以沉淀金属；和c) 从水中除去沉淀；其中，氧化处理为包括以下阶段的多级氧化处理(1) 在压力下使水和氧化剂接触，以从水中沉淀金属；和(2) 在催化反应器中，用氧化剂对水进行催化氧化。
2. 权利要求l所述的方法，其中在氧化处理阶段(1)和(2)之间 除去沉淀。
3. 权利要求2所述的方法，其中在催化氧化阶段(2)之前的中间 氧化阶段注入氧化剂。
4. 前述权利要求任一项所述的方法，其中催化氧化阶段(2)在装 填有颗粒状介质的床式反应器中进行。
5. 权利要求4所述的方法，其中基于为处理提供的原水中存在的 金属的分析，所述床式反应器装填有用于催化氧化的沸石催化剂。
6. 权利要求l所述的方法，其中所述惰性气体选自氮气、二氧化 碳及这些气体的混合物。
7. 权利要求6所述的方法，其中在脱气容器中进行水中溶解气体 的汽提，所述脱气容器以逆流模式运行，在所述逆流模式中水以一个方 向移动而惰性气体以相反的方向移动。
8. 权利要求6所述的方法，还包括浮选步骤。
9. 权利要求6所述的方法，其中所述待处理的水源自井，且使用 所述惰性气体将所述井的水面以上区域维持在轻度正压。
10. 前述权利要求任一项所述的方法，其中氧气是用于加压氧化阶 段(l)的氧化剂，和作为在所述加压氧化反应器内感测的氧气含量的 函数，来控制氧气注入反应器用于加压氧化的速率。
11. 权利要求4或5所述的方法，其中催化氧化阶段(2)使用比氧 气更强的氧化剂进行。
12. 权利要求11所述的方法，其中基于为处理提供的原水的分析选 择所述氧化剂。
13. 权利要求12所述的方法，其中所述氧化剂为次氯酸钠。
14. 前述权利要求任一项所述的方法，还包括后催化处理阶段。
15. 权利要求14所述的方法，其中所述后催化处理阶段包括氧化， 优选使用臭氧进行氧化。
16. 权利要求14所述的方法，其中所述后催化处理阶段包括反向渗透。
17. 权利要求l所述的方法，其中在单个反应器或反应器系统中， 进行通过惰性气体的水中溶解气体的汽提和加压氧化。
18. —种水处理方法，包括金属的氧化，其中在氧化之前，在脱气 步骤中，通过惰性非氧化性气体汽提为处理提供的原水中的溶解气体和 挥发性有机化合物。
19. 一种根据权利要求1 ~ 18任一项的方法运行的水处理系统。
20. —种从权利要求19的水处理系统中生产的水产品。
全文摘要
一种水处理方法，包括下列步骤a)用惰性气体汽提水或溶解的气体；b)对水进行氧化处理，以沉淀金属；以及c)从水中除去沉淀。氧化处理为包括以下级的多级氧化处理(1)在压力下使氧化剂和水接触，以从水中沉淀金属；以及(2)用氧化剂对水进行催化氧化，氧化通过催化剂比如沸石催化剂在床式反应器或过滤器中进行催化。采用惰性气体汽提的目的是防止处理系统中生成铁细菌。加压氧化可降低催化氧化所需的氧化剂注入量。本方法尤其适用于除去地下水中的污染物比如铁、锰和砷等。
文档编号C02F9/08GK101146747SQ200580047397
公开日2008年3月19日 申请日期2005年12月22日 优先权日2004年12月30日
发明者格奥尔·埃米尔·杜塔 申请人:Aw技术有限公司