申请日2007.08.21
公开(公告)日2009.08.12
IPC分类号C02F1/24
摘要
提供了用于优化化学品添加、混合能量、混合时间及其它变量同时处理受污液流的系统和方法。试验受污液流的样品以测定每一变量的最佳参数，包括待添加的化学品的类型和用量、化学品顺序、混合能量、混合时间、温度和加压。混合器、浮选室和脱水子系统的系统设计用来达到废水流的最佳浊度。可以经由控制器和一组传感器、阀门和端口响应于连续变化的受污液流实时改变该系统。
权利要求书
1.废水处理方法，包括以下步骤：
将化学品添加到废水处理输入流体中;
在腔室内剧烈地混合该化学品和流体;
测量离开该腔室的流体的浊度;和
调节添加的化学品的量、混合持续时间或施加到该流体上的混合 能量以降低该流体的浊度。
2.权利要求1的方法，还包括以下步骤：对该流体进行试验台试 验以确定以浊度最小化的速率添加到该流体中的该化学品。
3.权利要求1的方法，其中该混合步骤包括以下步骤：将该流体 和化学品注入该腔室以形成旋涡。
4.权利要求3的方法，包括以下步骤：将气体注入该腔室以在该 旋涡内形成抽真空区区和提高混合能量。
5.权利要求4的方法，包括以下步骤：以视觉、超声或电子方式 监测该抽真空区区的长度。
6.权利要求1的方法，其中调节步骤包括以下步骤：调节流体向 该腔室的注入。
7.权利要求6的方法，其中该注入调节步骤包括以下步骤：相对 于该腔室旋转套管。
8.权利要求1的方法，包括以下步骤：利用泵调节化学品流速。
9.权利要求1的方法，其中该调节步骤包括以下步骤：利用多个 混合室。
10.权利要求9的方法，其中该利用步骤包括以下步骤：利用控制 器管控该液体流速。
11.权利要求10的方法，包括以下步骤：为每一腔室编制程序以 接收化学品、混合时间和混合能量的不同组合。
12.权利要求1的方法，包括以下步骤：将布置在腔室和反应器头 之间的充气间内的废水处理流体加压。
13.权利要求1的方法，包括以下步骤：调节流体温度、pH值、絮 凝剂数量或凝结剂数量。
14.权利要求13的方法，包括以下步骤：重读浊度并对添加的化 学品量、混合持续时间或施加到该流体上的混合能量再进行调节。
15.权利要求14的方法，包括以下步骤：当达到所需浊度时，维 持所调节的流体温度、pH值、絮凝剂数量或凝结剂数量。
16.权利要求1的方法，包括以下步骤：实时测量浊度并使用此种 测量值周期性地调节化学品数量、混合能量或混合时间以达到所需流 体浊度。
17.权利要求1的方法，包括以下步骤：使该流体鼓泡经过设置在 与浮选槽流体连通的成核室内的气穴板，藉此鼓泡使该液体内的废物 絮凝。
18.权利要求17的方法，其中该鼓泡步骤还包括以下步骤：除去 在该浮选槽表面上形成的浮渣。
19.权利要求18的方法，还包括以下步骤：利用排除槽将该浮渣 脱水。
20.废水处理方法，包括以下步骤：
将化学品添加到废水处理输入流体中;
在腔室内剧烈地混合该化学品和流体;
实时测量离开该腔室的流体的浊度;和
根据该浊度测量值周期性地调节化学品数量的量、混合持续时间 或施加到该流体上的混合能量;重读该浊度;和
再调节添加的化学品量、混合持续时间或施加到该流体上的混合 能量。
21.权利要求20的方法，包括以下步骤：调节流体温度、pH值、 絮凝剂数量或凝结剂数量。
22.权利要求21的方法，包括以下步骤：当达到所需浊度时，维 持所调节的流体温度、pH值、絮凝剂数量或凝结剂数量。
23.权利要求20的方法，包括以下步骤：
使该流体鼓泡经过设置在与浮选槽流体连通的成核室内的气穴 板;
使该液体内的废物絮凝;和
除去在该浮选槽表面上形成的所得浮渣。
24.权利要求23的方法，还包括以下步骤：利用排除槽将该浮渣 脱水。
25.权利要求20的方法，其中该混合步骤包括以下步骤：将该流 体、化学品和气体注入该腔室以形成内部具有抽真空区区的旋涡，以 增加混合能量。
26.权利要求25的方法，包括以下步骤：以视觉、超声或电子方 式监测该抽真空区区的长度。
27.权利要求20的方法，其中该调节步骤包括以下步骤：通过相 对于该腔室旋转套管调节流体向该腔室的注入。
28.权利要求20的方法，包括以下步骤：利用泵调节化学品流速。
29.权利要求20的方法，其中该调节步骤包括以下步骤：利用多 个混合室。
30.权利要求29的方法，包括以下步骤：为每一腔室编制程序以 接收化学品、混合时间和混合能量的不同组合。
31.权利要求30的方法，其中该编程步骤包括以下步骤：利用控 制器管控该液体流速。
32.权利要求20的方法，包括以下步骤：将布置在腔室和反应器 头之间的充气间内的废水处理流体加压。
33.权利要求20的方法，还包括以下步骤：对该流体进行试验台 试验以确定该化学品以使浊度最小化的速率添加到该流体中。
34.用于处理废水的控制系统，包括：
将添加剂与废水共混的混合器;
与该混合器流体联接的浮选槽;
布置在该浮选槽中用于测量废水浊度的测量计;和
与该混合器和测量计电联接的控制器，其中该控制器确定添加剂 数量、混合时间和施加到废水上的混合能量以达到所需浊度。
35.权利要求34的控制系统，包括管控进入该混合器的废水流速 的泵。
36.权利要求34的控制系统，其中该混合器包括在混合器外壳中 形成的端口。
37.权利要求36的控制系统，包括布置在该外壳外部周围的可旋 转套管。
38.权利要求36的控制系统，其中该端口经装配以致进入该混合 器的废水在其中形成旋涡。
39.权利要求38的控制系统，其中该旋涡包括抽真空区区。
40.权利要求39的控制系统，包括用于以超声、视觉或电路方式 测量该抽真空区区的传感器。
41.权利要求34的控制系统，其中该测量计布置在成核室的出口， 该成核室布置在该浮选槽内。
42.权利要求41的控制系统，包括布置在该成核室内用于形成废 水气泡的气穴板。
43.权利要求42的控制系统，其中该气泡与固体废物絮凝并漂浮 到该浮选槽的表面以形成浮渣。
44.权利要求43的控制系统，其中撇渣器将该浮渣转移到排水系 统。
45.权利要求44的控制系统，其中该排水系统包括用于将该浮渣 与水分离的储存室。
46.权利要求34的控制系统，包括通过多个相应的阀门互连的多 个混合器。
47.权利要求34的控制系统，包括布置在该混合器和成核室之间 的用于调节它们之间废水流速的阀门。
说明书
废水处理的控制系统和方法
[段1]本发明总体上涉及废水处理。更具体地说，本发明涉及废水 处理的控制系统和方法，包括经由独特浮选系统监测和调节混合时间、 混合能量和化学品在废水中的量以优化不断改变的液流的废物去除的 控制系统。
[段2]工业废水处理对当前技术提出了许多挑战。污染物通常以悬 浮固体形式存在。此类固体在尺寸方面为宏观(数英寸至数百微米) 到胶状(亚微米)乃至纳米级颗粒。不混容油及其它亲油性物质(称 作疏水性物质)也有时存在并且在添加合适的乳化剂-表面活性剂(清 洁剂)或表面活性聚合物的情况下被乳化(增溶)。以成本划算、可 靠的方法除去此类污染物是必要的。
[段3]已经开发了许多技术来实现工业废水处理设施中有效的固/ 液分离。历史上，最常用重力分离。在大净化槽中的沉降用来分离密 度大于水的颗粒。除了重力制备系统之外，对于不被精细筛网吸引的 颗粒，还使用这种筛网或膜分离小到50微米的悬浮固体，但是，筛网 可能堵塞和阻止废水的连续流动，因为固体被该屏蔽捕集。
[段4]溶气浮选(DAF)系统也可以通常用来将颗粒材料与液体例 如废水分离。这些系统一般采用的原理是：从液体中上升的气泡附着 并带走悬浮在液体中的颗粒。当气泡达到液体表面时，所附着的颗粒 聚结形成所收集的材料的浮渣。将处理添加剂添加到受污液体中并在 其中形成均匀的混合物，这能使溶解气体聚结成气泡并将大部分污染 物带到表面。如果该混合物不均匀，甚至在处理之后仍然会有不能接 受的量的污染物保留在液体中。
[段5]浮选一般用来使密度接近于水的颗粒，例如脂肪、油和油脂， 或密度大于水的颗粒，例如污垢、重金属和材料漂浮。浮选是其中浆 料(或细分散颗粒或小液滴的悬浮液)的一种或多种特定颗粒成分附 着于气泡以便与水或其它成分分离的方法。该气体/颗粒聚集体然后漂 浮到浮选容器的顶部以便与水或其它不可漂浮的成分分离。
[段6]大多数废水固渣和乳化组分例如土粒、脂肪、油和油脂是带 电的。将凝结剂和絮凝剂之类的废水处理用化学品或添加剂加入以抵 消这种电荷并引发成核进而生长成更大的胶体和悬浮颗粒。这些颗粒 通常称为浮块。当凝结和絮凝过程最佳时，浮块的直径尺寸可以为数 毫米至数厘米。添加太多的化学品会使浮块再次充电并导致其破裂和/ 或永久破坏(由于过度充电的颗粒和/或浮块彼此排斥并倾向于分离)。
[段7]凝结剂是用于抵消颗粒电荷的化学品并且可以是无机盐(例 如氯化铁)或聚合物(例如阳离子多胺)。此类化学品通常是粘性的 并且要求足够混合时间和混合能量以均匀地与到来的废水流混合。向 污染水中添加过量的化学品可能导致浪费化学品和/或产生受污的排 放水。太多混合能量也可能导致浮块的不可逆分裂和效率低的固/液分 离。
[段8]絮凝剂是用于将较小的凝结浮块汇集成大而稳定的浮块以 促进固/液分离的大(通常盘绕)分子量聚合物。絮凝剂应该展开并与 到来的凝结废水流彻底混合以促进有效的固/液分离。太多混合能量或 混合时间导致浮块的分裂。太少混合能量导致聚合物丝条的不足够混 合或盘绕。如果聚合物丝条缠绕或"团"在一起，则该聚合物仅可附着 最小量的废物颗粒。如果混合没有最佳化，则可能将过量的凝结剂或 絮凝剂聚合物引入受污液体。欲谋求最大程度地凝结，由于此种低效 率而浪费了有价值且昂贵的凝结剂和聚合物化学品。太多混合能量也 可能引起浮块的不可逆分裂，导致效率低的固/液分离。
[段9]常规系统使用长时间的强有力混合过程。认为这种方法提供 最佳均匀混合。但是，最近发现某些处理添加剂对混合速度或混合能 量敏感。因此，过分混合以及混合不足都会对添加剂造成有害影响并 会改变其均匀混合效率。根据所使用的混合能量，混合时间还随处理 添加剂改变。为了有效地使用凝结剂和絮凝剂，混合时间和能量必须 匹配增压和减压能量以产生尺寸足够附着于浮块并此后长成更大气泡 的气泡。更大气泡的生长确保浮块簇合物漂浮出水和到其表面而形成 顶层浆料或浮渣。
[段10]传统上，DAF系统选择一小部分该方法来排出料流并利用溶 解气体，通常是大气使该料流再次饱和。这部分料流被排入浮选槽的 下部并且溶解的气泡经过该液体上升并附着于该液体中的受污颗粒。 附着的概率随着所形成的气泡数目、气泡大小、碰撞角、气泡与颗粒 之间存在的疏水引力而变。
[段11]DAF系统处理时间和污染物去除效率通常取决于气泡在溶 液中的停留时间和气泡/颗粒接触的概率。反过来，停留时间受气泡大 小、气泡浮力、气泡在浮选槽中释放时的深度、以及液体中的湍流量 的影响。为了允许气泡具有足够时间从槽底部上升并到达液体表面， 相对较大的基底面是必要的。结果，常规DAF系统采用较大且成本高的 具有相应较大"基底面"的槽。
[段12]这种系统的尺寸增加了调节控制和效果之间的时间。例如， 通过调节点，例如DAF上游的聚合物入口的水需要至少半小时，并且经 常超过一小时到达DAF的出口。因此，在DAF系统入口处的调节效果可 被在DAF系统出口处确认之前，存在相当大的延迟。因此，常规DAF系 统缺乏实时乃至接近实时控制。当处理过程产生了属于操作要求之外 的经处理排出物料流时，较长的响应时间导致产生与规格不符的许多 加仑的废水。
[段13]在DAF系统接收来自几个不同过程的液流时，上述限制尤其 突出。这些分散的流量通常构成进入DAF系统的总流量的变化部分。因 此，到达DAF系统的复合流体的性质通常可能分分钟改变。除非对DAF 过程进行调节，通常通过调节化学制品剂量，混合时间或混合能量， 否则污染物的去除效率会改变并可容易地降级至规格之下。
[段14]因此，当前技术不令人满意地对快速改变的废水流入液作 出响应。常规系统通常效率低并且一般要求长的时间来使用化学添加 剂适当地除去废物。这些系统通常极其大并且在生产设备中占据着贵 重地位。另外，时间延误产生以下可能性：受污料流不接收有效除去 其废物的合适的化学品混合物、混合时间和混合能量。因此，仍需要 能够进行实时或接近实时调节以致响应待处理液流性质改变的废水处 理系统。典型的DAF槽的大的槽尺寸对进行这些实时调节起反作用。
[段15]因此，仍需要通过测量和调节输入化学品、pH值、混合时 间、温度和能量产生凝结剂和絮凝剂在数量和定量方面的最佳量的系 统。这些变量与加压和减压能量相配以产生具有附着于浮块的足够尺 寸的气泡。这些气泡应该在附着于浮块之后进一步生长成更大气泡以 确保废物从水中的适当排除。随着废水流随时间的改变，该系统应该 适应于上述变量的任何改变。实时变量改变确保浮块簇合物有效漂浮 出水面并且用空气替代该浮块簇合物中的大部分夹带水。本发明满足 这些需要并且提供其它相关的优点。
发明内容
[段16]本发明的系统和方法设计用来控制固体废物中水的浊度和 量。该控制系统设计用来优化化学添加剂(凝结、絮凝和pH值)，混 合能量(时间和大小)和混合受污液流的持续时间。实时适当地调节 这些变量优化化学品使用成本/系统排放水的特征。
[段17]通过首先在一天的不同时间从工作料流中取样最初地设置 该系统。试验台试验分析程序用来排列上述变量中每一个的影响阶数。 使用这些样品建立对所有控制参数的起始设置。该起始设置设计用来 均匀地将添加剂混合到液流中，而不会物理上使聚集体退化。理想地， 组织气泡以便在起花室中进行有效的气泡/颗粒附着，从而有效地定位 所得到的浮块，并加速从这些浮块中排出水。
[段18]基于性能目标(化学品比较排放要求的成本)，建立指令 以根据需要操作、测量和调节变量参数。在成核室出口处测量起始系 统浊度，或可以转换为排出水实时污染程度的任何其它参数。为控制 器编制程序来首先改变进料补偿化学添加剂。如果浊度读数超过目标， 则通过向一个或多个混和头添加进料补偿化学物来改变数量或输送顺 序。该顺序和程序量基于此前进行的试验台试验分析。通过分析实时 计算值产生用于料流的混合能量和混合时间的最优组合。理想地，系 统将计算具有最小成本影响的理想最低浊度。该控制器经编程如下重 复这一过程：改变料流的试验台试验分析中确定的下一级能量变量， 直到考虑了所有变量。
[段19]根据以下参照附图的更详细描述，本发明的其它特征和优 点将会更清楚，所述附图通过举例说明本发明的原理。