申请日2009.11.11
公开(公告)日2012.07.18
IPC分类号B01D24/00; B01D24/46; B01D24/30
摘要
一种水或废水的处理方法和处理工厂，其中水或废水里具有杂质，通过顺序地操作移动床型的两粒状介质过滤阶段(1，2)过滤，其包括：所述水/废水作为第一流入水流进第一阶段粒状介质过滤器;在所述第一阶段粒状介质过滤器内过滤所述第一流入水以产生第一流出水;将所述第一流出水作为第二流入水供给第二阶段粒状介质过滤器;及在所述第二阶段粒状介质过滤器内过滤所述第二流入水以产生第二流出水;其中，所述第二阶段粒状介质过滤器(2)进行间歇性洗涤粒状过滤介质操作。
权利要求书
1.一种水或废水的处理方法，其中水或废水里具有杂质，通过顺序地操作 移动床型的两粒状介质过滤阶段过滤，其包括：
所述水/废水作为第一流入水流进第一阶段粒状介质过滤器;
在所述第一阶段粒状介质过滤器内过滤所述第一流入水以产生第一流出 水;
将所述第一流出水作为第二流入水供给第二阶段粒状介质过滤器;及
在所述第二阶段粒状介质过滤器内过滤所述第二流入水以产生第二流出 水;
其特征在于，间歇性洗涤所述第二阶段粒状介质过滤器的粒状过滤介质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阶段粒状介质过滤 器使用连续过滤操作。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阶段粒状介质过滤 器使用间歇过滤操作，且用于洗涤过滤介质的水用适当的清洁水代替。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述替代的水是由作为第二 流出水的水组成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段粒状介质过滤 器使用连续过滤和连续粒状介质洗涤操作。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段粒状介质过滤 器使用连续过滤和间歇粒状介质洗涤操作。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段粒状介质过滤 器使用间隙过滤和间隙粒状介质洗涤操作，且用于洗涤过滤介质的水用适当的 清洁水代替。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述替代的水是由作为第一 和/或第二流出水的水组成。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于，当产生含有污染 物的洗涤用水构成排出物时，通过从所述过滤器床的底部除去粒状过滤介质， 将所述粒状过滤介质运送到一介质清洗机，洗涤所述粒状过滤介质且将所述粒 状过滤介质运回到所述粒状过滤介质床，洗涤在所述粒状过滤介质过滤器内的 粒状过滤介质。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用气动升液泵将所述粒状 过滤介质从过滤床的底部输送到介质清洗机，洗过的过滤介质返回到粒状过滤 介质床的顶部，且排出物通过排出管排放。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在排出管内的阀门装置只 有在清洗过滤介质期间保持开启。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在开启所述气动升液泵之 前，在排出管内的阀门装置开启一段适当的时间，且在停止所述气动升液泵工 作之后，所述阀门装置关闭一段适当的时间。
13.根据权利要求11或者12所述的方法，其特征在于，在洗涤物之间保 持连续的水的分相流流过所述排出管。
14.一个水或废水处理工厂，其中水或废水 里具有杂质，用于实施根据权 利要求1所述方法，其包括：
至少一个所述移动床型的第一阶段独立式粒状介质过滤模块，或者至少一 个过滤单元(40a，b，c)，所述过滤单元(40a，b，c)包括至少一个移动床型 的第一阶段粒状介质过滤模块的(42a，b，c，d)，以及
至少一个所述移动床型的第二阶段独立式粒状介质过滤模块，或者至少一 个过滤单元(46a，b，c)，所述过滤单元(46a，b，c)包括至少一个移动床型 的第二阶段粒状介质过滤模块的(48a，b，c，d)，
所述至少一个所述移动床型的第一阶段独立式粒状介质过滤模块和所述至 少一个所述移动床型的第二阶段独立式粒状介质过滤模块连续地被操作，来自 第一阶段粒状介质过滤模块或者过滤单元的流出水是第二阶段粒状介质过滤模 块或者过滤单元的流入水，其特征在于，所述第二阶段粒状介质过滤模块(2; 48a，b，c，d)设置为间歇性洗涤且设有用以停止排出物在洗涤物之间流动的 可控阀门装置(4;33;59)。
15.根据权利要求14所述的工厂，其特征在于，所述第一阶段独立式粒状 介质过滤模块(1;42a，b，c，d)设置为间歇性洗涤且设有用以停止排出物在 洗涤物之间流动的可控阀门装置(60;33;58)。
16.根据权利要求14或1 5所述的工厂，其特征在于，所述阀门装置(33) 包括一个旁路装置(34，35)，所述旁路装置(34，35)在洗涤物之间具有水的 连续分相流。
说明书
水及废水处理方法
技术领域
本发明涉及水/废水的处理，尤其是指一种改进方法用以除去杂质/污染物， 例如颗粒、沉淀物、金属、乳液、藻类、细菌、病毒、原生动物和其卵囊以及 其他微生物及根据权利要求1的前序所述的相关物质。
背景技术
市政和/或工业用水，正常情况下需要净化，同时市政和/或工业产生的废水 在其再使用和/或排放前也需要进行处理。由于严格的饮水和环境法规，处理的 水/废水的质量要求日益严格。饮用水和工艺用水均需要使用新资源，如海水和 /或污染的地表水和/或处理过的废水，其带来了进一步的需求，即先进和可靠的 处理方法和/或系统生产合格的水。
新的方法和系统都需要完整独立的系统以及一系列处理步骤的具体处理步 骤，例如海水淡化膜前预处理。
另一个这样的系统可以是一个由海水和/或地表水生产饮用水或工业过程 水的水处理系统，以及另外的系统可能是一个污水处理系统，其中，废水需要 处理，以便于排放或工业、市政或灌溉中重新使用，作为饮用水和类似用途的 部分来源。另一个例子是湖水和/或河水和/或地表水生产饮用水和/或工艺用水 的处理。
这种方法和系统应该简单、工作可靠并且生产的处理水具有非常高的质量。 这种处理系统和/或步骤应该进一步节能、尽可能少的使用化学品、尽可能不产 生废弃物和/或处理中的污染性副产品。
为了使上述示例中的处理水可用，在许多实例中，颗粒、溶解物、藻类、 细菌、病毒、原生动物、有机物质、磷和其他营养物质、砷、金属和其他污染 物都应该从水/废水中高度除去。
此外，微生物，如隐性芽胞虫菌和贾第鞭毛虫属，以及其卵囊和/或囊胞， 均需要从水/废水中去除。许多系统具有一个或者多个步骤将不溶或胶体物质转 变为颗粒，从而通过使得固液分离技术分离。在这种纯化过程和/或该纯化过程 中的一个处理步骤中，水/废水需要接受沉淀和/或絮凝处理。溶解的物质，如腐 殖物质、金属、营养素，例如磷和/或有毒的物质，如砷和其化合物、氟和/或农 药转变为固体颗粒和/或吸附在固体颗粒上。
这种颗粒可以是胶体大小和/或通过沉淀创造，同时能够絮凝以生成更大的 颗粒。水/废水中的胶体物质和其他细小的颗粒同样需要接受沉淀和/或絮凝处 理，以生成更大的颗粒。
在这点上，传统的化学处理可以包括化学注入和急速混合/沉淀，随后通过 一个或者多个絮凝池，絮凝池中为了制备更大的颗粒，用搅拌机或搅拌器剧烈 搅拌水/废水，絮体通过一个或者多个沉淀池以用于颗粒和/或絮体的分离。
传统化学处理的其中一项缺点是，其过程需要絮凝池和沉淀池，从而面积 大和/或体积大。传统化学处理技术的另外一项缺点是其使得水/废水在絮凝池以 及沉淀池的滞留时间长。化学处理过程中仅仅使用化学添加剂、絮凝池和沉淀 池通常不能够获得足够高的纯度的水以适应多方面应用。
尽管合适致密的膜过滤可以获得更高层次的纯化，但这种膜过滤非常昂贵， 同时也具有其他缺点。另一方面，粒状介质过滤器，例如沙滤器，可以加入到 处理链中以提高待处理水的纯度。在这种粒状床过滤器中的粒状过滤介质必须 清洗。一些这样的过滤器的粒状过滤介质通过受到间歇性回冲和/或当滤床的压 降达到一个预定的水平来清洗。这就意味着当粒状床过滤器反冲时，过滤必须 关掉。此外，经过反冲这种粒状床过滤器制备的第一次滤液，由于质量低必须 丢弃，当经过一段时间，高质量的水才会产生。第一次滤液低质量的原因是经 过反冲粒状床过滤器是干净且无分离固体。然而，这样的分离固体有协助过滤 床的分离以及导致滤液质量低。然而，这种分离固体有助于过滤床中的分离， 因此它们的不存在导致低的过滤质量。如果持续操作移动床类型粒状床过滤器， 可以获得极大的节省。最普通的使用的粒状过滤介质类型是滤沙。这样的过滤 器在US 6,426,005 B1、US 4,126,546、US 4,197,201和US 4,246,102、以及US 5,843,308中均有描述。在这些专利文件中描述的过滤器都属于移动过滤床类 型。
这样一个过滤化学品可以添加到流入水中用以过滤和沉淀，絮凝和分离都 可以在过滤床中进行，如同US 4,246,102和US 6,426,005 B1中的描述。另外一 个优势是连续粒状床过滤器不需要为反冲洗从操作中取出，因此在常规设备回 流中也不需要额外的能力看管流体，而传统过滤器中则需要。在连续砂滤器中 不存在第一滤液，因为已安排连续冲洗，以至于部分颗粒状介质连续的从过滤 床中取出、冲洗再循环回到过滤床，从而达到一个稳态，使得一个合适量的分 离颗粒总是留在粒状过滤床中。连续砂滤器已广为人知，其许多设备包含连续 砂滤器，其在市政和工业水以及废水运行的水处理系统中作为一个纯化步骤。
连续砂滤器通常广泛适用，但如上述所述，实际应用中处理水需要真正高 的纯度，其中如膜处理是必须的。然而由于高能量的需求以及每隔一定间隔的 膜交换，膜设备昂贵、灵敏并且运行成本高。而且，膜清洗通常要制备大量的 废水，而且在许多情况下膜的清洗需要有毒的化学品。因此，需要一个更经济、 更简单、更强大，更节能，并且产生较少的废弃物和洗涤液，但是仍然能够生 产非常高质量的滤液的污水处理系统。
该系统的实施例如US 6,426,005 B1中披露的一种处理水/废水的方法和系 统，其包括两个不断地连续地运行粒状介质过滤器，其移动床类型是具有连续 冲洗粒状床介质，如移动床砂滤器。这种系统类型在US 6,426,005 B1中揭示， 其可以作为独立系统用于水/废水的处理或者作为由多个步骤组成的处理系统 的一部分。
此外，可以添加用于凝聚/絮凝的化学品，以及已经处理的液体要承受消毒 处理和/或机械、生物和/或化学处理。待处理的水/废水作为流体引入所述的过 滤器。水/废水通过所述的过滤器进行所述的处理，处理的水/废水或污水，其杂 质在第一粒状介质过滤器的床中分离，作为第一废弃物从第一粒状介质过滤器 中排出。从第一粒状介质过滤器中的污水进一步在第二连续操作粒状介质过滤 器中过滤，杂质从第二粒状介质过滤器的床中分离，并且作为第二废弃物从第 二粒状介质过滤器中排出。
为了进一步浓缩第一和第二废弃物中的污染物，第一和第二废弃物从第一 和第二连续操作粒状介质过滤器中分别排出，并进入分离的处理装置。在这样 一个处理装置中，含有污染物的废弃物从水/废水中分离，所述水/废水在第一和 第二粒状介质过滤器中处理，以接受更新处理和/或分离处理，最终使得纯化水 符合质量标准，同时泥渣脱水和/或处理，作为最终产物。
然而，尽管这个系统运行良好，可以生产高质量的水，但仍然需要生产更 清洁的处理过的水或污水。例如，这样一个系统不能够从许多海水水源和/或普 通淡水源产生水纯度测量SDI(淤泥密度指数)为4或更低的饮用水/工艺用水。 考虑到通常的要求是为上游的反渗透膜(的R/O)的前处理步骤，SDI值应等 于或低于SDI=4，它的最重要的是能够在任何时候都能够以经济和有效的方式 履行这一要求。
世界上纯水是一个有限的资源，此时海水是引用水的巨大资源。这些因素 都影响了公司和开发者针对水净化和海水淡化研究新的方法和手段。其中一个 技术是反渗透。
使用既昂贵又非常敏感的膜的反渗透海水淡化技术是现实的技术，但是流 入反渗透设备避免与颗粒物以及其他污染物接触，或者用其他术语来表示，具 有粉砂密度指数SDI，不超过4 SDI的，最好还要低。
这是不可能始终如一地达到这种高纯度，当处理给水与污染物水平的实质 变化，使用现有技术的粒状介质过滤器，以及上面提到根据US 6,426,005 B1的 先进的系统，只有在有利的情况下是有可能获得约5或更低的SDI。
在市政污水处理中，为了避免河水或湖水的富营养化，营养物的还原是必 需的。一些市政当局需要达到每升水中总的磷含量为0.02毫克或更低。使用传 统的化学处理方法的粒状床过滤器，甚至是US 6,426,005 B1中描述的这种系统， 这通常都是不可能的始终达到的。因而改良的系统是可靠的经济的，且处理的 污水质量是非常理想的。
在其他应用中，细菌、病毒和/或如隐性芽胞虫菌和贾第鞭毛虫属的微生物 及其卵囊需要最大程度的去除。另外该改良系统是非常理想的。
另一个实施例是，需要一个简单、坚固和可靠的系统高效地分离饮水水源 中的砷。
地下水可能含有颗粒、金属和/或溶解物，这也需要高度去除。
实施例仅仅代表少数情况，需要一个非常高的纯化的应用，其中，这个方 法和系统应该成本低、操作简单可靠。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种改进的水和/或废水处理方法，该方法是适用 于所有应用，其中，为了产生非常干净的流出水(effluent)，颗粒和/或其他污 染物和/或乳液是以一个非常高的程度分离，。
本发明的另一个目的是提供一种改进的海水和/或其他含盐的水的处理方 法，这种方法可能持续生产足够纯净的水(SDI的持续低于4)，这种水在海 水淡化工厂里用反渗透膜处理，且同时提供了一个强大的系统，该系统能够处 理质量相对较低的流入水(influent)，该流入水的特征可能会由于环境而强烈 变化，例如风暴导致大幅提升淤泥水平面，藻类生长，建设和/或海水进水口附 近的运输活动。
本发明的另一个目的是提供一种改进方法，用于生产具有高质量的来自地 表水，地下水和/或饮用水的废水和/或工业过程水，即锅炉进水。在这样的处理 中，必须去掉颗粒，腐殖质，微生物，病毒，砷，重金属，氟化物，农药和大 量的其他物质。
本发明的另一个目的是提供一种改进的方法，该方法从水中除去颗粒，这 种水中的污染物析出而下降到非常低的水平，例如：0.02毫克/升，或者总的含 磷量更低。在析出之后可获得很高的分离效率的其他实施例是从水中除去砷， 金属和/或氟化物，以及除去贾第虫和隐孢子虫和其包囊和卵囊以及除去其他微 生物。上述提到的应用只是一些例子，本发明的方法和系统是适合于在所有情 况下，其中，从含有杂质的水和/或废水中生产出非常干净的水，其中杂质是颗 粒状、和/或可转化成颗粒的形式、和/或被活性碳颗粒吸附或吸收、和/或其他 涂有吸附剂和/或吸收剂的其他粒状介质和/或吸附/吸收剂、和/或在粒状催化剂 颗粒作用下反应的吸附/吸收剂、和/或涂覆有催化剂和/或其他反应物的粒状介 质。
本发明的又一个目的是提供一种水处理系统或工厂，这种系统或工厂消耗 较少的能量，并产生比现有技术工艺少的要被处理的排出物。
本发明的另一个目的是提供一种系统或工厂，该系统或工厂使用较少的化 学品，以获得所需的高纯度的流出水。
本发明的这些和其他目的是根据权利要求1所述的方法的特征部分定义的 技术特征且根据权利要求14的工厂实现的。本发明的改进和优选实施例在从属 权利要求中予以定义。
根据发明的水或废水的改进的处理方法，该水或废水中有杂质，连续使用 移动床型的两个粒状介质过滤阶段。根据本发明，在第二或下游的粒状介质过 滤器阶段间歇洗涤粒状过滤介质，非常令人惊奇的是，当使用与根据美国专利 第6425005 B1号所描述的系统相同的流入水和在同等条件下生产的流出水的 水质得到了实质性改善。例如，当作为前处理海水用以反渗透时，根据本发明 的系统和方法得到的流出水的SDI为4或具有较低的化学添加物，而在同类型 的水并在同等条件下运行现有的系统，但在第二阶段粒状过滤介质床的连续洗 涤产生的流出水的SDI约为5。
更令人惊讶的是，经过优化本发明的过滤系统和/或工厂，且使用更大的过 滤器，处理后的水在没有化学添加剂的情况下获得的SDI约为3。由于化学品 的成本构成经营成本的很大一部分，这将大大节约成本。除了改进了流出水的 水质和节约有关化学品的成本，在第二阶段粒状介质过滤器的间歇洗涤导致低 得多的能耗和产生低得多的排出水。
根据本发明的一个实施例，在第二阶段的粒状介质过滤器连续过滤操作。
根据本发明的另一个实施例，第二阶段粒状介质过滤器是间歇过滤和间歇 洗涤操作，即在间歇洗涤期间停止过滤，用于清洗过滤介质的水可由适当的清 洁水代替。
根据本发明的又一个实施例，第一阶段粒状介质过滤器连续过滤操作，且 连续洗涤粒状介质。
根据本发明的又一个实施例，第一阶段粒状介质过滤器连续过滤操作，但 间歇性洗涤粒状介质操作。
根据本发明的又一个实施例，第一阶段粒状介质过滤器是间歇过滤和间歇 洗涤操作，即在间歇洗涤期间停止过滤，用于清洗过滤介质的水可由适当的清 洁水代替。
根据本发明的又一个实施例，在间歇过滤期间，用于清洗过滤介质的水可 由适当的清洁水代替，最好是来自在过滤模式下的并行过滤器的流出水。
根据本发明的又一个实施例，用气动升液泵将所述粒状过滤介质从过滤床 的底部输送到介质清洗机，洗过的过滤介质返回到过滤床的顶部，且产生排出 物由洗涤水和污染物构成并通过排出管排放。
根据本发明的又一个实施例，在排出管内的阀门装置只有在洗涤过滤介质 期间保持开启。
根据本发明的又一个实施例，在开启所述气动升液泵之前，在排出管内的 阀门装置开启一段适当的时间，且在停止所述气动升液泵工作之后，所述阀门 装置关闭一段适当的时间。
根据本发明的又一个实施例，在洗涤物之间保持连续的水的分相流流过所 述排出管。
根据本发明的又一个实施例，在第一阶段粒状介质过滤器中使用的粒状介 质比在第二阶段粒状介质过滤器中使用的粒状介质更粗。此外，不同密度的粒 状介质可分别用于第一和第二阶段粒状介质过滤器中。
根据本发明的又一个实施例，该第一阶段粒状介质过滤器与它们的流出水 管设置在地面之上的高度比第二阶段粒状介质过滤器的进水管道的高度高。
根据本发明的又一个实施例，在第二阶段的过滤器内使用一个较短的过滤 器床。
根据本发明的又一个实施例，来自第一和第二过滤阶段的排出物要么被排 放出或经过进一步的处理和/或消毒，以使排出物浓缩和/或使排出物无害，或者 这些排出物返回到处理工序上较早一个步骤。来自第二过滤阶段的排出物可作 为一种返回到第一阶段粒状介质过滤器的流入水的替代物。