[发明专利]处理水的方法和设备

说明书

本发明涉及用于处理水(诸如，处理具有高氧需求量的水和难以氧化成符合水平的污染物，如诸如美国环境保护署定义的所期望水质量标准和新兴关注的污染物所需要的)的方法和设备。

待处理水可能是将被处理成饮用水标准的来自湖泊、池塘、水坝和河流的水。其他例子是城市废水、来自食品加工、矿山和其他行业的工业废水。

水资源短缺是日益严重的世界性问题。在二十世纪，世界人口增加了四倍，耗水量增加了九倍。用于处理和使用的原水源的可用性正在下降，而水污染水平、复杂性和处理费用也在增加。夏季炎热和干燥的气候变化导致藻类水华，并且常常导致蓝绿藻类水华。水的有机物含量增加为病原体生长提供了机会，并且使水的消毒更困难。过去，许多原水源只需要被氯化就适合人类消费。氯化仍然是饮用水最常见的消毒方法，但由于原水质量的恶化，导致氯化变成越来越少的可接受的解决方案。当原水具有显著的有机物含量(例如，高于4mg/L的总有机碳(TOC))时，通过氯化进行消毒可产生高水平的消毒副产物以及不愉悦的味道和气味。三卤甲烷和卤代乙酸的消毒副产品类别是已知的或潜在的致癌物质并且造成许多疾病。使消毒副产物完全安全的阈值浓度是未知的。为了减少氯化的不良后果，已经提出用臭氧进行预氧化作为常规水处理过滤设备的添加剂。虽然水质普遍提高，但用臭氧进行处理仍产生一些消毒副产物，这意味着臭氧方法需要被谨慎对待。如果水中含有醛(尤其是甲醛)，则臭氧会更加增加污染物含量。臭氧还是能源密集型并且制造成本高。臭氧还是有毒的并且残留气体必须被破坏，从而防止其逸出到周围环境。

隔膜过滤和分离正在变成越来越常见的水处理溶液。单单隔膜只解决了与藻类水华关联的部分问题。基于隔膜的设备因生物污损，导致失败代价昂贵的风险高。一旦形成了例如由藻类水华造成的生物膜，就难以或不能够清洁隔膜并且将其恢复到合适性能。通常，完全更换隔膜是唯一的昂贵选择。此外，保留在死端过滤隔膜(诸如，微滤和超滤隔膜)上的藻类可分解越来越多的过滤水有机物含量。这是由高压、剪切力和藻类死亡和腐烂造成的。当藻类水华是蓝绿藻类时，蓝绿藻类的毒性对消费水的人造成严重的健康风险。与水接触或饮用来自受影响的河流和湖泊的水的动物会生病或死亡。蓝绿藻类毒素也可作为悬浮颗粒散布在风中，从而对远离水体的人造成健康问题。蓝绿藻类具有藻类和细菌二者的特性，其另一个名称是蓝细菌。这些生物体产生与臭名昭著的二恶荚相当的已知最强大毒素中的一些。

常规处理单元方法在从水中去除蓝细菌及其毒素方面都有局限性。氯化杀死了大部分藻类，而只氧化了其部分毒素。氯化的一个严重不足是对于去除类毒素-A组毒素而言是无效的。类毒素-A组毒素影响神经系统，更糟的情况是造成呼吸麻痹和死亡。所需的氯剂量高，产生了高含量的消毒副产物。颗粒活性炭对于去除微囊藻毒素而言是有效的，但对于去除类毒素-A和柱孢藻毒素并不非常有效。最有效的颗粒活性炭类型是木基的。该方法必须进行测试和有效性评估。

在实践中，建议水处理操作人员中断蓝绿藻类受影响地区中的水的使用，直到藻类水华经过。使用其他来源的水可能不是一种选择。在大多数情况下，没有其他水源供使用。

另一大类特别重要的污染物是新兴关注的污染物，包括各式各样的家用化学品和个人护理产品、除草剂、杀虫剂以及持续存在于环境中的许多工业来源污染物。常规的废水处理只去除或降解了这些污染物的一部分。隔膜分离没有使这些污染物降解，没有将它们带离环境循环。

本发明的目的是处理被污染物污染的水，该水可包含如上所述的显著的氧需求、有机物质、藻类、藻类毒素和新兴关注的污染物中的一个或更多个。

鉴于该目的，本发明在一个实施方式中提供了一种用于处理含污染物的水的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)使待处理水与含有锰或铁的无机氧化盐接触一段时间以有效地氧化所述污染物的一部分；

(b)使氧化步骤(a)中处理过的水与用于消毒的至少一种含氯试剂接触，并且在原位通过与预氧化步骤(a)中产生的化学化合物反应来产生用于凝结水中存在的氧化污染物的凝结剂；

(c)从水中分离凝结的污染物；以及

(d)使水经受催化氧化以氧化残留的可氧化污染物，所述催化氧化部分地由锰或铁物质催化，这取决于氧化步骤(a)之后留在水溶液中残留的所选择无机氧化盐。

在另一个实施方式中，本发明提供一种用于处理含污染物的水的设备，所述设备包括：

(a)至少一个容器，其使待处理水与含有锰或铁的无机氧化盐接触足够的停留时间以氧化所述污染物的一部分；