申请日2014.01.29
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明涉及包含有机氮化合物的废水的生物和化学处理的系统和方法。系统可以包括：有氧反应器，用于分离所述废水的液体和固体组分的第一分离模块，用于从所述废水去除有机物质的氧化模块，以及用于对所述废水的至少一部分脱硝化的后-无氧反应器。系统可以包括第二分离模块和所述组件之间的多个反馈再循环管线。方法可以包括：通过有氧反应器将超过95%的有机化合物降解为氨，通过氧化模块将所述氨的至少一部分氧化为硝酸盐，以及通过后-无氧反应器将所述硝酸盐的至少一部分降解为氮气和水。系统和方法可以将所述废水的总有机碳减少超过90%，并将所述废水的总氮减少超过90%。
权利要求书
1.一种用于处理包含液体有机废物和有毒化学物质的废水的生物和 化学处理系统，所述系统包括：
有氧反应器，所述有氧反应器接收包含待处理的废水的流入物;
与所述有氧反应器串联的第一分离模块，所述第一分离模块接收所述 有氧反应器的输出作为输入，所述第一分离模块分离所述废水的液体和固 体组分;
与所述第一分离模块串联的氧化模块，所述氧化模块接收所述第一分 离模块的输出作为输入，所述氧化模块硝化任何游离氨并从所述废水去除 有机物质;和
与所述氧化模块串联的后-无氧反应器，所述后-无氧反应器接收所述 氧化模块的输出作为输入，所述后-无氧反应器对所述废水的至少一部分 脱硝化，并输出流出物。
2.权利要求1所述的系统，其中所述第一分离模块是澄清器，在其 中发生污泥的沉淀。
3.权利要求1所述的系统，其中所述第一分离模块是利用微滤或超 滤膜分离所述液体和固体组分的膜生物反应器。
4.权利要求1所述的系统，其中所述第一分离模块输出活性污泥， 并且其中所述流入物还包含来自所述第一分离模块的活性污泥。
5.权利要求1所述的系统，其中所述氧化模块包括高级氧化工艺系 统。
6.权利要求5所述的系统，其中所述高级氧化模块利用臭氧(O3)和过 氧化氢(H2O2)的输入来氧化从所述第一分离模块接收的所述废水。
7.权利要求1所述的系统，其中所述氧化模块包括氨汽提塔。
8.权利要求1所述的系统，所述系统还包括：
与所述后-无氧反应器串联的第二分离模块，所述第二分离模块接收 所述后-无氧反应器的输出作为输入，所述第二分离模块分离所述废水的 液体和固体组分。
9.权利要求8所述的系统，其中所述第二分离模块是澄清器，在其 中发生污泥的沉淀。
10.权利要求8所述的系统，其中所述第二分离模块是利用微滤或超 滤膜分离所述液体和固体组分的膜生物反应器。
11.权利要求8所述的系统，其中所述第二分离模块输出活性污泥， 并且其中将来自所述第二分离模块的活性污泥的至少一部分作为输入提 供给所述后-无氧反应器。
12.权利要求1所述的系统，其中所述废水产生自薄膜晶体管液晶显 示器的生产。
13.权利要求1所述的系统，其中所述废水包含四甲基氢氧化铵 ((CH3)4NOH，“TMAH”)，并且其中有氧反应器导致所述TMAH的至少一 些降解为NH4-N(“氨”)。
14.权利要求13所述的系统，其中有氧反应器导致超过99%的所述 TMAH降解为氨。
15.权利要求13所述的系统，其中到所述氧化模块的输入包含氨， 并且其中所述氧化模块导致所述氨的至少一些氧化为NO3-N(“硝酸盐”)。
16.权利要求15所述的系统，其中所述氧化模块导致所述氨基本上 完全氧化为硝酸盐。
17.权利要求15所述的系统，其中到所述后-无氧反应器的输入包含 硝酸盐，并且其中所述后-无氧反应器导致所述硝酸盐的至少一些降解为 N2(“氮气”)和H2O(“水”)。
18.权利要求17所述的系统，其中所述后-无氧反应器导致硝酸盐基 本上完全降解为氮气和水。
19.权利要求1所述的系统，其中所述流出物具有超过90%的所述废 水的总有机碳(“TOC”)的减少。
20.权利要求19所述的系统，其中所述流出物具有超过95%的所述 废水的TOC的减少。
21.权利要求1所述的系统，其中所述流出物具有超过90%的所述废 水的总氮(“TN”)的减少。
22.权利要求20所述的系统，其中所述流出物具有超过95%的所述 废水的TN的减少。
23.一种用于处理包含液体有机废物和有毒化学物质的废水的生物 和化学处理方法，所述方法包括：
在有氧反应器中接收包含待处理的废水的流入物;
生物处理所述流入物以转化和降解所述有机废物中的任何氮化合物;
自所述有氧反应器在第一分离模块接收所述有氧反应器的输出;
通过所述第一分离模块分离所述废水的任何固体组分;
自所述第一分离模块在氧化模块接收所述第一分离模块的输出;
通过所述氧化模块从所述废水去除有机物质;
自所述氧化模块在后-无氧反应器接收所述氧化模块的输出;和
通过所述后-无氧反应器对所述废水的至少一部分脱硝化，并输出流 出物。
24.权利要求23所述的方法，其中所述第一分离模块是通过微滤或 超滤分离所述废水的液体和固体组分的膜生物反应器。
25.权利要求23所述的方法，所述方法还包括：
通过所述第一分离模块输出活性污泥;和
将所述活性污泥的至少一部分加入至所述流入物。
26.权利要求23所述的方法，其中所述氧化模块包括高级氧化工艺 系统，并且所述有机物质通过用臭氧(O3)和过氧化氢(H2O2)处理所述废水 而去除。
27.权利要求23所述的方法，其中所述有机物质通过氨汽提而从所 述废水去除。
28.权利要求23所述的方法，所述方法还包括：
自所述后-无氧反应器在第二分离模块接收所述后-无氧反应器的输 出;
通过所述第二分离模块分离所述废水的液体和固体组分。
29.权利要求28所述的方法，其中所述第二分离模块是澄清器，在 其中发生污泥的沉淀。
30.权利要求28所述的方法，所述方法还包括：
通过所述第二分离模块输出活性污泥;和
将来自所述第二分离模块的所述活性污泥的至少一部分加入至所述 后-无氧反应器的输入。
31.权利要求23所述的方法，其中所述废水包含四甲基氢氧化铵 ((CH3)4NOH，“TMAH”)，并且通过所述有氧反应器将所述TMAH的至少 一些降解为NH4-N(“氨”)。
32.权利要求31所述的方法，其中所述有氧反应器将超过99%的所述 TMAH降解为氨。
33.权利要求31所述的方法，其中所述氧化模块接收氨并将所述氨 的至少一些氧化为NO3-N(“硝酸盐”)。
34.权利要求33所述的方法，其中所述氧化模块基本上完全将所述氨 氧化为硝酸盐。
35.权利要求33所述的方法，其中所述后-无氧反应器接收硝酸盐并 且将所述硝酸盐的至少一些降解为N2(“氮气”)和H2O(“水”)。
36.权利要求35所述的方法，其中所述后-无氧反应器基本上完全将 所述硝酸盐降解为氮气和水。
37.权利要求23所述的方法，所述方法导致超过90%的所述废水的总 有机碳(“TOC”)的减少。
38.权利要求37所述的方法，所述方法导致超过95%的所述废水的 TOC的减少。
39.权利要求23所述的方法，所述方法导致超过90%的所述废水的 总氮(“TN”)的减少。
40.权利要求39所述的方法，所述方法导致超过95%的所述废水的 TN的减少。
说明书
液体有机废水的生物-化学处理
发明背景
一般而言，本发明涉及处理由用于制造电子部件的制造工艺产生的废 水的系统和方法。更具体而言，本发明涉及用于去除来自由光电子部件如 薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的制造产生的废水的各种组分如但不 限于四甲基氢氧化铵((CH3)4NOH，TMAH)的系统和方法。
随着光电子和半导体工业中的制造工艺发展，由这样的工艺产生的废 水的组成也变得更加复杂。例如，这样的废水可能同时包含有机碳化合物 和有机含氮化合物，其可能是有毒的、腐蚀性的和对环境富营养的。
薄膜晶体管液晶显示器是LCD的一种类型，其使用薄膜晶体管技术 来提供有源矩阵LCD。TFT-LCD用于多种消费产品，如电视机、电脑显 示器、移动电话、导航系统等。
特别地，TFT-LCD的生产产生大量的含高强度有机氮的废水。这样 的废水可以包含多种污染物如TMAH-用作TFT-LCD生产中的显像剂， 单乙醇胺(C2H5ONH2，MEA)和二甲基亚砜((CH3)2SO，DMSO)-用作生产 中的汽提剂，以及螯合剂。在TFT-LCD制造的光刻工艺中，TMAH经常 用作正光致抗蚀剂显像剂的组分。TMAH、MEA和DMSO通常被视为缓 慢可生物降解的有机化合物，其在降解期间典型地释放氨，导致在所处理 的废水中的高氨浓度和潜在的硝化。
从历史角度看，半导体和电子部件制造工厂将其废水排放至当地公众 拥有的处理工厂(POTW)系统。然而，由于半导体工业近期发展所致增加 的负荷连同对用于从废水去除有机和氮化合物的POTW施加的更严格排 放规章限制了任何这样的POTW充分地处理这样的排放物的能力。
现有技术中已显示，多种微生物在一定条件下能够降解DMSO。例 如，大肠杆菌(Escherichicoli)、克雷白杆菌属(Klebsiella)、沙雷菌属(Serratia)、 布氏枸橼酸杆菌(Citrobacterbraakii)、土生隐球酵母(Cyptococcushumicolus)、生 丝微菌属物种(Hyphomicrobiumspeices)和荚膜红假单胞菌(Rhodobacter capsulatus)已经展示了在降解DMSO中的积极结果。此外，经常通过宽泛 的多种常见反应将MEA降解为胺和醇，并且可以将其与水合为氨和乙酸 盐(酯)。TMAH的降解已经特别地具有问题，因为TMAH的存在对硝化 活性具有不利和抑制影响。
很少有现有技术致力于用于处理这样的废水的生物营养素去除工艺 的应用，并且做出这样的提议的现有技术在性能方面存在不可接受的缺 陷。例如，在Chen等人的标题为Nitrification-Denitrificationof Opto-electronicIndustrialWastewaterbyAnoxic/AerobicProcess(通过无氧/ 有氧工艺的光电子工业废水的硝化-脱硝)并在JournalofEnvironmental ScienceandHealth，PartA：Toxic/HazardousSubstancesandEnvironmental Engineering，Vol.38，Issue10，(2003)(环境科学与健康杂志，第一部分：有 毒/有害物质和环境工程，第38卷，第10期(2003年))上出版的文章中， 报道了通过使用两阶段无氧-有氧工艺从废水的92-98%COD去除，但总 氮去除效率仅为70%。此外，如上所述，若干研究记录了TMAH的存在 抑制生物工艺。参见例如Han-LinLin等的在SustainableEnvironment ResearchJournal，Volumne21(3)，(2011)(可持续环境研究杂志，第21(3)卷， (2011年))上出版的UseofTwo-StageBiologicalProcessinTreatingThin FilmTransistorLiquidCrystalDisplayWastewaterofTetramethylammonium Hydroxide(两阶段生物工艺在处理四甲基氢氧化铵的薄膜电子管液晶显 示器废水中的用途);THHu等的在BioresourceTechnologyJournal，(2012) (生物资源技术杂志，(2012年))上出版的BiologicalTreatmentofTMAH (tetra-methylammoniumhydroxide)InaFullScaleTFT-LCDWastewater TreatmentPlant(全规模TFT-LCD废水处理工厂中的TMAH(四甲基氢氧 化铵)的生物处理”。
因此，需要有效地去除TMAH以及COD和总氮的用于处理由于 TFT-LCD生产导致的废水的系统和方法。
发明概述
根据本发明的一些实施方案，多个方面可以包括一种用于处理包含液 体和固体组分的废水的生物和化学处理系统，包括：有氧反应器(需氧或 好氧反应器，aerobicreactor)，其接收包含待处理的废水的流入物 (influent);与所述有氧反应器串联的第一分离模块(firstseparation module)，所述第一分离模块接收所述有氧反应器的输出(输出，output)作 为输入(输入，input)，所述第一分离模块将所述废水的液体和固体组分分 离;与所述第一分离模块串联的氧化模块(oxidationmodule)，所述氧化模 块接收所述第一分离模块的输出作为输入，所述氧化模块从所述废水去除 有机物质;以及与所述氧化模块串联的后-无氧反应器(后缺氧或厌氧反应 器，post-anoxicreactor)，所述后-无氧反应器接收所述氧化模块的输出作 为输入，所述后-无氧反应器将所述废水的至少一部分脱硝化(denitrify)， 并输出流出物(effluent)。
根据本发明一些实施方案的其他方面，可以包括一种用于处理包含液 体和固体组分的废水的生物和化学处理系统，包括：有氧反应器，其接收 包含待处理的废水的流入物;接收所述有氧反应器的输出作为输入的膜过 滤系统，所述膜过滤系统将所述废水的液体和固体组分分离;与所述第一 分离模块串联的氧化模块，所述氧化模块接收所述第一分离模块的输出作 为输入，所述氧化模块从所述废水去除有机物质并硝化氨;与所述氧化模 块串联的后-无氧反应器，所述后-无氧反应器接收所述氧化模块的输出作 为输入，所述后-无氧反应器将所述废水的至少一部分脱硝化，并输出流 出物;和接收所述后-无氧反应器的输出作为输入的用于污泥分离的重力 澄清器(重力沉降器，gravityclarifier)。
根据本发明一些实施方案的其他方面可以包括一种用于处理包含液 体和固体组分以及有机氮化合物的废水的生物和化学处理方法，包括：在 有氧反应器中接收包含待处理的废水的流入物;生物处理所述流入物以转 化和降解有机氮化合物;自所述有氧反应器在第一分离模块接收的所述有 氧反应器的输出;通过所述第一分离模块分离所述废水的液体和固体组 分;自所述第一分离模块在氧化模块接收所述第一分离模块的输出;通过 所述氧化模块从所述废水去除有机物质并硝化氨;自所述氧化模块在后- 无氧反应器接收所述氧化模块的输出;和通过所述后-无氧反应器对所述 废水的至少一部分脱硝，并输出流出物。