水处理系统的制作方法

本公开内容总体涉及水处理。本公开内容特别地，但不是唯一涉及水处理系统，其被布置为将过甲酸进料至水并控制进料至水的过甲酸的量。本公开内容还涉及使用受控量的过甲酸处理水的方法。

背景技术：

1、世界各地对纯净水的需求迅速增加。正在努力使用较低浓度的化学消毒剂从不纯的水生产纯水，而不显著提高纯化过程的成本。此外，需要使用具有较小危害健康影响的可生物降解或其他危害较小的化学品。

2、氯基消毒剂(例如次氯酸盐、氯二氧化物和氯胺)传统上用于消毒水，包括废水。氯基消毒剂对细菌非常有效，但对病毒、细菌孢子和原生动物胞囊的效率较低。此外，氯基消毒剂产生潜在的有毒和诱变副产物，使它们较不期望在消毒过程中使用。

3、因此，已经考虑了替代消毒方法。其中，紫外线(uv)辐照是目前使用最广泛的替代消毒方法。它典型地对肠细菌、病毒、寄生虫胞囊和细菌孢子有效，并且不会产生有害的副产物。然而，如果uv剂量过低，可发生uv损伤的微生物的光复活或暗修复，导致在有利条件下潜在的再生长。此外，uv消毒系统高度依赖于上游的传统处理工艺：只有当经处理的水质高(即浊度低)时，uv有效，因为悬浮的固体可保护微生物免受uv光。此外，uv消毒方法相对能量密集且昂贵。

4、已经研究了其他可替代的消毒方法，例如臭氧化作用、超声和膜过滤。然而，这些方法通常较昂贵，并且有它们自身的缺点。

5、有机过氧化物过乙酸(paa或ch3coooh)和过甲酸(pfa或hcoooh)最近被更多地认为是可替代的消毒剂。

6、过乙酸(paa或ch3coooh)是广谱消毒剂，具有高氧化-还原(redox)电位。paa可商购得到，作为如以下反应(1)所示的与乙酸、过氧化氢(h2o2)和水的酸性四元平衡混合物：

7、

8、paa对广泛范围的微生物有活性。paa的消毒机制基于释放高活性氧物质(ros)，例如羟基(ho·)、烷氧基(ro·)和过氧氢(ho2·)自由基和超氧化物(o2·-)。ros可改变微生物的代谢并破坏微生物细胞的结构，这是由于ros和生物分子(例如酶、脂质、结构蛋白和dna)之间的连锁反应所致。paa与有机材料反应后很少产生至不产生有毒/诱变副产物，并降解为乙酸、过氧化氢和水。然而，在废水系统中paa降解为乙酸，以及由于平衡(1)在paa配制物中乙酸的存在，提高了生化需氧量(bod)。bod是需氧微生物在特定温度和给定时间段内分解一些水样中存在的有机物需要或需求的氧的量的度量。高bod意味着有机物的增加的量，这进而将促进微生物生长。

9、过甲酸(pfa或hcoooh)已被用于消毒一级和二级废水处理厂流出物(废水处理工艺的描述参见下文)。pfa的消毒机制经由产生ros被认为类似于paa。在消毒方面pfa被认为比paa更有效(例如，需要更低的剂量和/或更短的接触时间)，用于将至少一些微生物(包括大肠杆菌和肠球菌)灭活。这可归因于pfa的更高的氧化还原电位，其提供了更大的氧化污染物的能力。pfa的消毒性质在低至2.5℃的温度下也有效，并因此pfa基消毒也可适用于气候寒冷的地区和冬季。类似于paa，pfa在与有机材料反应后很少产生至不产生有毒/诱变副产物(gehr等人，2009，water sci.technol.59，89-96)。另外，pfa理想地导致比paa更低的bod，因为甲酸(其在pfa制剂中与pfa平衡存在并且也是pfa的降解产物(参见下文))对于细菌消耗不是有效底物。

10、然而，尽管具有高消毒活性，pfa非常不稳定，并且需要在使用前不久如以下反应(2)所示的作为pfa、甲酸、过氧化氢和水的四元平衡混合物现场生成。

11、

12、如通过以下反应(3)说明，pfa可在水中同时分解以形成甲酸和氧。甲酸可进一步降解为水和二氧化碳。pfa也易于水解，如通过以下反应(4)说明。

13、

14、当评估消毒剂系统时，特别是在废水处理系统中，除了消毒效率外，还需要考虑监管化学品排放限制和流出物毒性。流出物中消毒剂的浓度不得超过监管限制或有毒。因此，简单地过量投配化学消毒剂(例如pfa)来补偿由于例如正常消耗、降解或分解所致的降低的消毒功效，可引起流出物毒性和违反监管排放限制，以及增加运营成本。

15、期望克服与本文描述的消毒剂技术相关的缺点，并提供有效的水处理系统和处理水的方法，其能够有效的消毒并符合监管限制和要求。

技术实现思路

1、因此，在第一方面，本发明提供水处理系统。水系统包含：

2、至少一个腔室，其包含用于接收水的入口和用于从其中排放水的出口，

3、投配装置，其被配置为将过甲酸进料至所述至少一个腔室中的水以产生经处理的水，

4、测量装置，其被配置为测量经处理的水中的过甲酸水平并生成与测得的过甲酸水平相关的输出数据，和

5、控制设备，其可操作地连接至投配装置和测量装置，

6、其中控制设备被构造并布置为从测量装置接收与测得的过甲酸水平相关的输出数据，监测测得的经处理的水中存在的过甲酸水平，并基于监测到的过甲酸水平来调节通过投配装置进料至水的过甲酸的量。

7、在第二方面，本发明提供使用以上系统处理水的方法。该方法包括：

8、接收水；

9、将过甲酸进料至水以形成经处理的水；

10、测量经处理的水中的过甲酸水平，

11、监测经处理的水中的过甲酸水平并基于监测到的过甲酸水平来调节进料至水的过甲酸的量。

12、在从属权利要求中限定本发明的所有方面的优选特征。

13、本文限定的系统和方法特别可用于废水处理。本发明人发现了该系统和方法可有利地最小化或甚至消除残留pfa的目标浓度的波动，因此实现最佳的消毒性能且满足微生物限制同时保持低于毒性水平，并实现符合对于pfa的监管限制和监管微生物限制。

1.水处理系统，其包含：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置使得线上测量过甲酸水平。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述投配装置进一步包含适于产生过甲酸的反应容器。

4.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述测量装置包含电流分析传感器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述测量装置包含比色传感器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述测量装置包含dpd(n,n-二乙基-对苯二胺)分析器。

7.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制设备被配置为当监测到的过甲酸水平低于预设值时使所述投配装置增加进料至所述至少一个腔室中的水的过甲酸的量。

8.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制设备被配置为当监测到的过甲酸水平高于预设值时使所述投配装置降低进料至所述至少一个腔室中的水的过甲酸的量。

9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述水处理系统是废水处理系统。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统进一步被配置为进行一级、二级和/或三级废水处理。

11.根据权利要求10所述的系统，其中在第一配置中，所述至少一个腔室被布置为接收经历了一级处理而没有二级处理或三级处理的废水，其中在第二配置中，所述至少一个腔室被布置为接收经历了一级处理和二级处理和任选的三级处理的废水，并且其中所述系统适于在所述第一配置和第二配置之间切换。

12.根据权利要求10所述的系统，其中在第一配置中，所述至少一个腔室被布置为接收经历了一级和二级处理的废水，其中在第二配置中，所述至少一个腔室被布置为接收经历了一级、二级和三级处理的废水，并且其中所述系统适于在所述第一配置和第二配置之间切换。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的系统，其中当流过所述系统的废水的体积高于预设值时所述第一配置被激活，并且其中当流过所述系统的废水的体积低于所述预设值时所述第二配置被激活。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其中所述控制设备被配置为使所述投配装置将相对于所述第二配置而言增加量的过甲酸进料至在所述第一配置中的废水。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的系统，其中一级处理包括以下的一种或多种：筛选、沉降和污泥去除，和/或其中二级处理包括以下的一种或多种：生物过滤、生物氧化和污泥活化，和/或其中三级处理包括以下的一种或多种：过滤、去除氮、去除磷和消毒。

16.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制设备包含至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器包括计算机程序代码，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码与所述至少一个处理器一起被配置为使所述控制设备从所述测量装置接收与测得的过甲酸水平相关的输出数据，监测经处理的水中存在的过甲酸水平，并调节通过所述投配装置进料至所述水的过甲酸的量。

17.使用权利要求1至16中任一项所述的系统处理水的方法，所述方法包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其中线上测量过甲酸水平。

19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中所述过甲酸原位产生。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中通过电流分析法测量过甲酸。

21.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中通过比色法测量过甲酸。

22.根据权利要求21所述的方法，其中使用dpd(n,n-二乙基-对苯二胺)分析器测量过甲酸水平。

23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中当监测到的过甲酸水平低于预设值时增加进料至水的过甲酸的量。

24.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中当监测到的过甲酸水平高于预设值时降低进料至水的过甲酸的量。

25.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，其中所述水处理系统是废水处理系统。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述方法包括进行一级、二级和/或三级废水处理。

27.根据权利要求26所述的方法，其中当接收的废水的体积高于预设值时所述方法包括接收经历了一级处理而没有二级或三级处理的废水，并且其中当接收的废水的体积低于预设值时所述方法包括接收经历了一级处理和二级处理和任选的三级处理的废水。

28.根据权利要求27所述的方法，其中当接收的废水的体积高于预设值时所述方法包括接收经历了一级处理和二级处理的废水，并且其中当接收的废水的体积低于预设值时所述方法包括接收经历了一级、二级和三级处理的废水。

29.根据权利要求27或权利要求28所述的方法，其中当接收的废水的体积高于预设值时增加进料至所述接收的废水的过甲酸的量，并且其中如果接收的废水的体积低于所述预设值则降低进料至所述接收的废水的过甲酸的量。

30.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其中一级处理包括以下的一种或多种：筛选、沉降和污泥去除，和/或其中二级处理包括以下的一种或多种：生物过滤、生物氧化和污泥活化，和/或其中三级处理包括以下的一种或多种：过滤、去除氮、去除磷和消毒。