申请日 20190306
公开（公告）日 20201208
IPC分类号 C02F3/28; C02F3/34; C01F7/47
摘要
本文公开了一种通过减少在厌氧条件下能被细菌降解的物质的含量来修复存储的废液的方法，所述存储的废液具有与厌氧生物降解不相容的整体性质。所述方法包括以下步骤(a)和步骤(b)，重复所述步骤(a)和步骤(b)直至所述存储的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质并且含有有效维持所述存储的废液中的所述物质的生物降解的量的微生物：(a)移出所述废液的试样，并通过暴露于所述物质被能够生物降解所述物质的微生物进行厌氧生物降解的条件下来处理所述试样；以及(b)将经处理的试样返回到所述储存的废液中，由此储存的废液的整体性质变得更有利于厌氧生物降解。
权利要求书
1.一种通过减少在厌氧条件下能被细菌降解的物质的含量来修复储存的废液的方法，所述储存的废液具有与厌氧生物降解不相容的整体性质，所述方法包括：
(c)移出所述废液的试样，并通过暴露于所述物质被能够生物降解所述物质的微生物进行厌氧生物降解的条件下来处理所述试样；以及
(d)将经处理的试样返回到所述储存的废液中，由此储存的废液的整体性质变得更有利于厌氧生物降解，
通过重复所述步骤(a)和步骤(b)直至所述储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质并且含有有效维持所述储存的废液中的所述物质的生物降解的量的微生物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述储存的废液是来自工业过程的遗留废料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述储存的废液是来自氧化铝精炼厂的遗留废料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述储存的废液是包含工业废料的容纳池。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述储存的废液具有与厌氧生物降解不相容的pH。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述储存的废液具有12或更高的pH。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中能够在厌氧条件下被细菌降解的所述物质是草酸盐。
8.根据权利要求7所述的方法，其中能够生物降解所述草酸盐的所述微生物包括产甲酸草酸杆菌(Oxalobacter formigenes)。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中能够生物降解所述草酸盐的所述微生物包括从所述储存的废液附近的环境来源获得的细菌菌种。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述试样取自所述储存的废液的底部附近。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述试样在暴露于所述物质被厌氧生物降解的条件下之前被稀释。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述试样用取自所述储存的废液的表面附近的液体或用来自另一个废水来源的流出物进行稀释。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述试样的体积为约10m3至1,000m3。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述试样在返回到所述储存的废液之前，被处理约1天至10天。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述经处理的试样的pH为约8至11。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述经处理的试样包含碳酸盐物质和包含所述微生物的生物质。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述试样在邻近所述储存的废液的生物反应器中被处理。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中重复步骤(a)和步骤(b)，直到所述储存的废液的整体pH为约8至11。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中将步骤(a)和步骤(b)重复约6至12个月。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，还包括一旦所述储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质，向所述储存的废液中添加另外的微生物。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，还包括一旦所述储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质，向所述储存的废液中添加用于所述微生物的另外的营养物。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括一旦所述储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质，向所述储存的废液中添加含有能够在厌氧条件下被细菌降解的所述物质的另外的废液。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中在移出和处理所述废液的第一试样之前，将所述储存的废液分隔。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述储存的废液通过将所述储存的废液的一部分与所述储存的废液的剩余部分物理隔离来分隔。
25.根据权利要求24所述的方法，其中一旦分隔的储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质并且含有能够维持所述物质的生物降解的量的微生物，则移动分隔物以增加所述储存的废液的被分隔的部分。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，还包括从所述经处理的试样中分离物质以用于有益的再利用。
27.根据权利要求26所述的方法，其中在处理所述试样时产生的甲烷气体和碳酸盐被收集以用于有益的再利用。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，还包括分离在处理所述试样期间形成的任何沉淀物。
说明书
用于修复工业废水的方法
技术领域
本发明涉及在厌氧条件下用于修复储存的废液的方法。在一些形式中，本发明涉及用于修复含有氧化铝精炼厂产生的工业废水的容纳池的方法。
背景技术
由Carl Josef Bayer于1887年发明的拜耳法已成为从铝土矿矿石生产氧化铝(Al2O3)的主要工业方法。拜耳法从铝土矿矿石被粉碎、洗涤然后干燥开始。干燥后，将粉碎的矿石于高温溶于苛性钠中，然后过滤以除去杂质。
将生成的铝酸钠(NaAl(OH)4)溶液转移到沉淀槽中，在沉淀槽中随着热溶液的冷却，氢氧化铝(Al(OH3)晶种刺激氢氧化铝晶体的形成。氢氧化铝晶体聚集在沉淀槽底部，在沉淀槽底部被除去。洗涤晶体以确保完全除去任何残留的苛性钠。最后，通过于非常高的温度加热氢氧化铝获得氧化铝产物。
铝土矿矿石通常含有高含量的有机材料。在矿石的高温苛性钠溶解过程中，这种复杂的有机材料被分解成更小且更简单的化合物。这些化合物包括草酸钠(Na2C2O4)和琥珀酸、草酸和乙酸的钠盐，其中草酸钠最为普遍。上面列出的化合物被认为是必须除去的杂质，以避免降低产品质量和干扰工艺操作。
为了防止低品位氧化铝的产生，杂质通常作为草酸盐滤饼(cake)的一部分从拜耳法的料流中沉淀出来。然后可以将所述滤饼热破坏，或储存在容纳池/储存设施中以用于进一步的专门处理。
然而，使用热方法破坏草酸盐滤饼已被证明是非常昂贵并且环境上不能接受的。草酸盐具有通过有氧途径和厌氧途径被生物学处理的潜力。有氧生物反应器处理厂已被工业用于处理分离的溶解的草酸盐废料流，但经历了许多挑战，包括由于水合铝颗粒的沉积而导致的机械部件的频繁故障、泵的密封的破坏、水合铝和其他材料在机械扩散器和通气器中的积聚、水合铝在反应器底板上的沉积，这需要大量的维护来去除，以及处理富含水合铝的生物质。这些限制阻碍了用于氧化铝精炼厂中的草酸盐降解的有氧途径的广泛使用。厌氧生物降解已被用于处理一些类型的废水，但是含有草酸盐的储存池中废水的特性对于生物活性而言过于苛刻，主要是因为其高的(通常＞13)pH。
实际上，由于修复含草酸盐的流出物所需的专业处理，以及与这种处理相关的难题，大量分离出的草酸盐滤饼被澳大利亚和其他地方的氧化铝精炼厂储存在容纳池中。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种通过减少在厌氧条件下能被细菌降解的物质的含量来修复储存的废液的方法，所述储存的废液具有与厌氧生物降解不相容的整体性质。所述方法包括以下描述的步骤(a)和步骤(b)，重复所述步骤(a)和步骤(b)直至所述储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质并且含有有效维持所述储存的废液中的所述物质的持续生物降解的量的微生物：
(a)移出所述废液的试样(aliquot)，并通过暴露于所述物质被能够生物降解所述物质的微生物进行厌氧生物降解的条件下来处理所述试样；以及
(b)将经处理的试样返回到所述储存的废液中，由此储存的废液的整体性质变得更有利于厌氧生物降解。
本发明可以有利地用于修复许多储存的废液，包括含草酸盐的废料。因此，本发明为氧化铝精炼厂中遗留的含草酸盐的储存池的难题提供了解决方案，并且潜在地用于许多其他冶金和矿物加工工业。如上所述，草酸盐是加工富含有机物的矿石的副产物，其降低了所生产的矿物产品的质量，并且拜耳法是关键示例，其中草酸盐管理是重要的经济和环境考虑因素。据本发明人所知，目前还没有在容纳池/储存设施内的储存条件下处理草酸盐滤饼/液体的方法。因此，本发明提供了一种新颖的厌氧处理解决方案，其能够在容纳池中处理草酸盐废水，特别是在遗留废水由于其整体性质与现有处理方法完全不相容而难以使用常规方法处理的情况下。
为了能够生物处理物质，必须满足三个基本条件：
1.足够浓度的细菌种群，其可以利用所述物质介导生物反应；
2.正确的pH和温度范围，以便细菌存活和运行；以及
3.充足的营养物和微量元素以确保细胞功能。
本发明通过以下来工作：处理取自储存的废液的试样并将经处理的试样释放回储存的废液中，逐渐满足使储存的废液中的物质能够进行厌氧生物降解所需的条件。可以独立于储存的废液的主体来控制暴露相对较小的试样的条件。当处理试样时，调整这些条件以有效处理试样远比处理整体废料更易控制。
在一些实施方案中，储存的废液可以是来自工业过程的遗留废料。在一些实施方案中，储存的废液可以是包含工业废料的容纳池。在一些实施方案中，储存的废液可以是如上所述来自氧化铝精炼厂的遗留废料，但是应该理解，本发明具有比仅修复通过拜耳法产生的含草酸盐的流出物更广泛的适用性。
在一些实施方案中，储存的废液可能具有与厌氧生物降解不相容的pH。储存的废液的pH可能例如具有12或更高的pH。极少微生物能够在如此高的pH下存活，而且将微生物直接加入到池中是无效的。
在本发明的实施方案中，其中能够在厌氧条件下被细菌降解的所述物质是草酸盐，能够生物降解草酸盐的微生物可以包括产甲酸草酸杆菌(Oxalobacter formigenes)。在一些实施方案中，能够生物降解草酸盐(或其他物质，在储存的废液不含草酸盐的实施方案中)的微生物可以进一步包括(或仅包括)从储存的废液附近的环境来源获得的细菌菌种(例如，在现有的厌氧生物反应器中生长的微生物或自然生长的微生物)。
在一些实施方案中，试样可以取自草酸盐浓度可能相对较高的储存的废液底部附近。
在一些实施方案中，试样可在暴露于所述物质被厌氧生物降解的条件下之前被稀释。这种稀释可以导致试样中的所述物质更容易生物降解。在该实施方案中，所述试样可以用取自所述储存的废液的表面附近的液体或用来自另一个废水来源的流出物进行稀释。这种水不太可能像位于储存的废液中较深处的水那样被污染。
在一些实施方案中，一旦储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质，那么其可以用于降解所述物质而无需取出连续试样(或可以不太频繁地取出这样的试样)。实际上，由于储存的废液具有能够维持所述物质的生物降解的整体条件(例如pH和生物质)，储存的废液变得“自我维持”。一旦达到这样的条件，本发明还可以包括添加另外的组分，例如另外的微生物和/或用于微生物的另外的营养物，以进一步增加储存的废液中的生物质。本发明还可以包括添加含有所述物质的另外的废液以用于修复(即，例如，一旦处于合适的条件，储存池本身可以用于生物降解新鲜的草酸盐)。
在一些实施方案中，可以在移出并处理废液的第一试样之前，将储存的废液分隔。这种分隔限定了较小体积的用于修复的储存的液体，这在其中储存的废液具有一定的体积或具有与厌氧生物降解特别不相容的条件的情况下可能是有益的。例如，所述储存的废液可以通过将所述储存的废液的一部分与所述储存的废液剩余部分物理隔离来分隔。
在这样的实施方案中，一旦分隔的储存的废液具有与厌氧生物降解相容的整体性质(当其可能还含有能够维持所述物质的生物降解的量的微生物时)，可以移动分隔物以增加储存的废液的被分隔的部分。如下文将进一步详细描述的，这种实施方案可促进储存的废液的更快的整体修复)。
在一些实施方案中，本发明的方法还可以包括从经处理的试样(或实际上，储存的废液，例如随着其整体性质改变而产生的)中分离物质以用于有益的再利用。例如，可以收集在处理试样时产生的甲烷气体和碳酸盐以用于有益的再利用(例如，用于发电或产热，或用于再销售)。在一些实施方案中，本发明的方法还可以包括从经处理的试样中分离出可能对下游工艺产生不利影响的物质。例如，在试样的处理期间沉淀的物质可以被分离以用于进一步处理或处置。
下面将描述本发明的其他方面、特征和优点。
发明人 （R·库鲁普）