[发明专利]废水处理方法和设备

说明书

本发明涉及废水处理领域。特别是，本发明提供一种在冷气候下特别有效的废水处理方法，所述气候例如冬天的高山区域或北部区域所遇到的气候。

在一年当中每时每刻由各地区产生大量废水。术语“废水”是指生活废弃水，即污水管物流，工业污水即工厂、研磨厂、提炼厂和其它工业环境中水的用户排出的物流，商业污水即来自如餐馆之类的服务业和清理业的废水物流。在发达国家，希望将产生的废水100％地以某种方式处理以确保对环境有最小的消极影响。为此，大多数城市已建立了大型污水和废水处理设备。这些设备的建立、操作和维护是非常昂贵的，而且它们具有有限的容量。

如果设计得当，废水处理设备按照流通量有效地操作，并能处理任何给定期间内产生的全部废水。然而，在这样的基础上的有效操作在冬天的数月期间变得较困难，那时沉淀池可能结冰，污水贮留池结冰，河面上结冰，但污水在其中保持流动。许多设备在春季负荷过大，并且感到在春暖时节常常需要释放未处理的或部分处理的废水到环境中(即接收水)。

另外，有一些位于北部地带的地区或区域，在那里污水或废水处理基本上是不可能的，因为必须被贮存过结冰月份的量大大超过了在暖和月份期间可能实际处理的量，以致常规处理设备是不可行的。相似地，有些地区在雪季和冬天虽有较少的永久居住人口，但有非常多的冬季游客。这些居住区不需要夏季高容量废水处理设备，或者必须使现有设备承受高度浮动的季节性负荷。

在北部地区还进行一些工业过程如从油砂回收油，这些过程使用大量的水，这些水不易用常规技术处理。另外，食品加工工业在收获季节后的结冰月份常常有最大的产量，从而在这些月份产生的废水。

关于普通的生活废水处理有四个最主要的方面的考虑。第一，必须考虑要被处理的废水量。考虑最大影响成本：目的是通过废料和营养物与水的分离处理最大量的废水而需最小的投资。

第二，考虑降低废水的氮含量以得到基本不含氮的处理水。氮通常以NH₃、NH₄⁺、NO₃^-或NO₂^-形式存在于废水中，是一种潜在的污染物，因为它为许多微生物提供基本营养，这些微生物可能存在于预定用于人们消费的水中。

第三，主要是降低处理后废水中的细菌含量到限制量以下，该量一般在每100ml100-1000的数量级。

最后，为了感觉上的水质量的原因，需要降低废水中磷含量。一般以溶于废水中的磷酸盐离子形式存在的磷应当优选保持在约1mg/l以下，优选在0.05mg/l以下，以限制水藻和水生植物的生长，因为水藻会消耗收水中的O₂。

从而本发明基本上是无生物的，实现了上述每种基本考虑，并提供一种在冷气候中处理来自居住、商业或工业来源的大量废水的经济有效的方法以生产净化水而不需贮存废水直到暖和天气到来。本发明已经验明且有利地利用一些在低温(零度以下)大气条件下在废水由液体到固体的雾化和相变过程中表明的现象。另外，本发明以一种方法使它不同于以前的所有相对不成功的尝试，这些尝试是在废水处理中利用湿法机械。例如，在题为“造雪过程中的低温污水处理”的论文中，Zapf-Gilge、Russell和Mavinie讨论了冰球或类似结构的未结冰部分中的浓缩杂质效应。然而，Zapf-Gilge等人没有获得可行的结果，发现在所得到的融雪水中有不可接受的高浓度的氮和磷。他们的研究提出了积雪场的按时间顺序融化的部分的处理方法。这样一种处理方法的缺点是它没有提供一种处理废水的方法，它只浓缩了废水中的杂质，并产生排放水的问题。

然而，本发明提供一种处理方法，该方法并不仅仅浓缩营养物和杂质。本发明基本上从废水中除去所有氮，同时使磷酸盐从中沉淀出，成为良好的不溶的碱性盐。另外，本发明的方法在废水中实际上完全避免了细菌的存在。

本发明广泛地涉及一种处理废水的方法，该方法包括在所选择的大气条件下将所述废水喷成雾状以使所述水实现基本上完全的相变。

本发明的另一广泛的方面涉及一种转化废水中可溶的磷酸根离子包括磷酸根离子、氨气、铵离子、钙离子和镁离子的方法，该方法包括在适合于所述废水基本上完全地相变成冰晶或水蒸汽的大气条件下将所述废水喷成雾状，从而在所述废水中pH增加的影响下铵离子生成氨气，而且所述废水中的磷酸根离子与钙或镁离子结合分别成为磷酸钙和磷酸镁并作为不溶性盐沉淀出来。

附图以举例方式阐述本发明。

图1是本发明方法的示意图；