专利名称：快速凝结－絮凝和沉淀型废水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理废水的高速凝结-絮凝和沉淀的方法，特别是一种用于处理废水的新型高速凝结-絮凝和沉淀方法，它能迅速处理包括暴雨径流的废水，还能使处理过程中产生的沉淀物被有价值地重新使用。
背景技术：
通常，包括污水处理站、粪便处理站等的废水处理站通过一系列处理步骤将废水净化之后排放，其中首先使废水不含固体、漂浮物、脂肪等，然后按需要根据所需水的质量标准进行第二或第三级处理。
通过这些处理净化的水应满足所要求的质量标准，其中作为使水富营养化的重要因素的氮和磷的量的重要性并不比BOD、COD等低。由于与来自地面的暴雨径流一起的潜水中所含的磷的量比废水本身所含的磷的量高很多，因此其有效除去不仅要求对污染源所致的废水进行处理，而且要求对暴雨径流进行处理。但是，传统废水处理方法大多数依赖常规的活性污泥法或延时曝气法，其中总磷的除去效率低于10-30％。此外，带来的问题有，特别是由于在降雨时暴雨径流未经处理就排放了。
另一方面，作为除去废水中磷的最有效方法，有以使用凝结剂为基础而广泛使用的凝结-絮凝和沉淀法。但是，伴随着以下问题，该方法不可避免地产生的沉淀物的处理需要额外的费用，而且沉淀物对环境造成二次污染。
发明简述本发明是为了解决传统技术中的上述问题而提出的，因此本发明的目的是提供一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，它能高速处理包括暴雨径流的废水，并能有效地除去磷，还能使废水处理过程中产生的沉淀物被有价值地重新使用。
附图简述
图1显示了以本发明的高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的系统的示意图。
发明详述根据达到如上所述目的的本发明，提供了一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，该方法是在以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的系统中进行，所述系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法一方面包括将以粘土矿物质为基础的凝结剂加入混合槽，其中粘土矿物质包括沸石或膨润土作为主要组分，将无机聚集剂加入搅拌槽，并将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽；另一方面包括将玻璃颗粒和硅藻土的混合物加入混合槽、搅拌槽和聚合物聚集槽中的至少一个中以将处理废水所产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
根据本发明的另一方面，提供了一种以高速凝结和沉淀为基础处理废水的方法，该方法在以高速凝结和沉淀为基础处理废水的系统中进行，所述系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法一方面包括将粒径为20-200μm的玻璃颗粒加入混合槽，将无机凝结剂加入搅拌槽，并将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽；另一方面包括将硅藻土加入混合槽、搅拌槽和聚合物聚集槽中的至少一个中以将处理废水所产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
根据本发明的又一方面，提供了一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，该方法在以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的系统中进行，所述系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法包括将以粘土矿物质为基础的聚集剂加入混合槽，其中粘土矿物质包括沸石或膨润土作为主要组分，将无机凝结剂加入搅拌槽，和将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽，并加入粒径为20-200μm的玻璃颗粒和硅藻土的混合物以将沉淀槽中产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
根据本发明的再一方面，提供了一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，该方法在以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的系统中进行，所述系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法包括将粒径为20-200μm的玻璃颗粒加入混合槽，将无机凝结剂加入搅拌槽，和将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽，并加入硅藻土以将沉淀槽中产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
发明详述现在，在下文详细描述本发明。图1显示了以本发明的快速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的系统。
本发明的快速凝结-絮凝和沉淀型废水处理方法是在包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽的系统中进行的，该系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，如图1中所示。处理废水的该系统可以用于处理污水处理站中的污水，用于处理建筑作业或疏浚湖所得污水，或者用于处理流入湖、河或海的水流。
在本发明的这种污水处理系统的混合槽中，加入以沸石或膨润土为主要组分的粘土矿物质为基础的聚集剂并进行混合。作为该聚集剂，推荐Aqua#219(由Jeongkwang Aqua Co.Ltd.KR提供)。在混合槽中，混入聚集剂并有效溶解，保持足够时间，例如3分钟，以有效地与待处理的废水接触。将废水中所含的有机物、氮和磷化合物吸附在聚集或絮凝剂中并悬浮在水中。如上所述，主要含沸石和膨润土的粘土型聚集剂的密度高，它使所得聚集物的密度增加并因此增加了其沉降速度。以这种方式，聚集剂的存在起形成聚集体的作用，使重金属和含磷组分有效地除去。
在搅拌槽中，加入无机凝结剂以确保前面混合槽中产生的悬浮物凝结，以便可以形成含重金属和磷的沉淀物。作为该搅拌槽中所用的无机凝结剂，可以使用常用的一种，可以优选使用明矾(硫酸铝)或以7∶3混合的明矾和硫酸铁的混合物。因此，在该搅拌槽中，在上述混合槽中产生的分离颗粒在无机凝结剂的帮助下聚集在一起并作为絮凝物悬浮或部分上浮。在搅拌槽中进行生成磷沉淀的反应可以用下式解释Ksp=10-21Ksp=10-21但是，由于AlPO4在pH为7左右时不稳定，已知含磷化合物以AlyPO4(OH)3y-3的形式沉淀。在这种情况下，已知含磷沉淀物的形成反应是按如下进行的Ksp=10-34
此外，当FePO4也与氯化铁聚集时，所得形式已知通常为FeyPO4(OH)3y-3。
接下来，聚合物聚集槽起着将细聚集体形成理想且大到超过几百微米的聚集体以提高沉降速度的作用。为此，向其中加入聚合絮凝剂。作为聚合絮凝剂，可以优选使用为一种阴离子聚合电解质的聚丙烯酰胺基试剂，例如“SA 307”(由Songwon Ind.Co.Ltd.生产)或“YA 712”(由Iyang Chem.Co.Ltd.生产)。
最后，在沉淀槽中，将在前面槽中形成的沉淀物沉淀并除去，其中可以通过使用一配备有刮刀的斜板沉淀槽期望以超过300米/天的生产量快速沉降，同时经处理的水的回流比高。而且，提供传送线以向前面槽中再循环一部分沉淀槽中的沉淀物，结果在沉淀物中所含的颗粒可以重复用于增加槽中有用颗粒的密度，同时减少了新试剂的使用，因此聚集速度随着大量供应的飘浮颗粒而增加，并且聚集物的沉降性能也得到改善。
另一方面，根据本发明，将玻璃颗粒和硅藻土加入混合槽、搅拌槽和聚合物聚集槽其中之一。这意味着将废水处理系统中产生的沉淀物作为多孔陶瓷重新使用。通常，将多孔陶瓷用于各种应用中，例如人造土、各种填料、培养基、用于微生物等的载体、绝热材料、防水材料、吸附剂、吸气材料等。
将上述硅藻土用作多孔陶瓷，甚至在烧结过程之后不变地着保留硅藻土粒子中的细孔的事实就能使多孔陶瓷具有优良的孔隙比。玻璃颗粒起着在烧结过程中通过软化或熔化将沉淀物或硅藻土颗粒三维地连接在一起的作用，其中，与多孔陶瓷加工中用于烧结硅藻土或沸石的1000-1300℃的较高温度相比，为此目的可以在低至约玻璃软化点的700-850℃的温度下的热处理中软化玻璃。由于与没有玻璃组分情况下相比玻璃的软化点较低，同时与没有玻璃颗粒和硅藻土的情况下相比保持了高的孔隙率，因此本发明将玻璃和硅藻土组合使用节约了加工多孔陶瓷所需的能量。
尽管玻璃和硅藻土的添加可以在快速混合步骤或快速搅拌步骤中进行，但是更优选将该混合物与无机凝结剂一起添加到搅拌槽中，这样在前面混合槽中产生的悬浮物可以更补强地和有效地聚集以在搅拌槽中获得更快的沉降速度。玻璃颗粒和硅藻土的平均粒径最好在20-200μm。当粒径低于下限20μm时，沉淀物的沉降速度降低，然而当高于上限200μm时，最终沉淀物的多孔陶瓷产品的质量差，多孔陶瓷的模压性能差，而且粗颗粒的存在对烧结反应有负面影响。关于玻璃颗粒的混合比，相应于玻璃之外的其它组分，即含硅藻土、沸石或膨润土作为主要组分的粘土矿物质基聚集剂和其它添加剂如明矾、氯化铁和聚合物聚集剂的玻璃的量的范围以重量计为7∶3-3∶7。当玻璃颗粒的量超过包括硅藻土等的其它添加剂时，所得多孔陶瓷的孔隙率低。另一方面，当其它添加剂过量时，由于需要对硅藻土等进行高至比玻璃软化点高得多的烧结温度下的热处理，因此造成缺陷。
另一方面，将沉淀物收集、脱水和模压成所需形状如丸状，然后将其放入烧结炉内，在其中在700-850℃的玻璃软化点附近的温度下进行烧结过程以制得所需多孔陶瓷。这样制得的多孔陶瓷具有后面所述的优良物理性能。
而且，根据本发明的一个方面，向上述混合槽中加入玻璃粉以代替包括沸石或膨润土作为主要组分的粘土矿物质基聚集剂。这基于的事实是，在改善聚集性能以使在有效除去有机物和含磷组分条件下沉降速度高至相当于超过300米/天的生产量方面，仅玻璃颗粒可以与矿物质基聚集剂相媲美。在这种情况下，也可以在混合槽、搅拌槽和聚合物聚集槽中任意一个中添加硅藻土。
而且，也可以将玻璃颗粒和硅藻土与所得的沉淀物直接混合，而不是在处理废水过程中放入它们。在这种情况下，可以将硅藻土加入所得沉淀物沉降的沉淀槽中，或者加到所沉淀的沉淀物从沉淀槽转移到的第三个地方。
选择性地，包括沸石或膨润土作为主要组分的粘土矿物质基聚集剂可以在处理水的中间步骤中用玻璃颗粒代替，并且可以将硅藻土添加到沉淀槽的沉淀物中。同样在这种情况下，可以将硅藻土添加到所得沉淀物沉降的沉淀槽中，或者加到所沉淀的沉淀物从沉淀槽转移到的第三个地方。
在以本发明的高速凝结-絮凝和沉淀为基础的废水处理设备中用来自位于Inchon，Korea的Sungki污水处理站的生物处理过的水作未净化水进行试验。将Aqua#219、平均粒径为50μm的玻璃颗粒和平均粒径为40μm的硅藻土以不同量添加到混合槽中，随后混合3分钟，在搅拌槽中以不同量添加混合比为7∶3的明矾和氯化铁的混合物并搅拌1分钟。之后，以1mg/l的量将YA 712(一种阴离子聚合物聚集剂，由Iyang Chemical生产)添加到聚合物聚集槽中，聚集3分钟。沉淀槽中沉淀物回到混合槽的再循环比保持在5％，经如此处理的水的分析结果列于下表2中。表2.
由表2看出，进一步添加玻璃颗粒和硅藻土组分的情况下总磷除去速率增加到超过95％。
在如上所述的废水处理设备中用来自位于Inchon，Korea的Sungki污水处理站的生物处理过的水作未净化水进行另一试验。将Aqua#219、平均粒径为50μm的玻璃颗粒和平均粒径为40μm的硅藻土以不同量添加到混合槽中，随后混合3分钟，在搅拌槽中以50mg/l的量添加明矾并搅拌1分钟。然后，以1mg/l的量将YA 712添加到聚合物聚集槽中，聚集3分钟。沉淀槽中沉淀物回到混合槽的再循环比保持在5％，经如此处理的水的分析结果列于下表3中。表3.
表3显示出，只使用玻璃和硅藻土，而不使用任意的Aqua#210，总磷的除去效率可以高至83％或更多。在只使用玻璃的情况下(1)和(2)的比较显示出，在使用较高量的(2)中比使用较低量的(1)中的COD、总磷和总氮的除去效率高。另一方面，在将玻璃颗粒和硅藻土一起使用的情况下，(3)和(4)的比较显示出，玻璃的量增加对总磷和总氮的除去效率没有可感知的影响，只是对BOD和COD的除去效率略有影响。通过仅用玻璃颗粒而不用硅藻土的(1)与用不变量的玻璃颗粒和硅藻土的(3)以及仅用玻璃颗粒而不用硅藻土的(2)与用不变量的玻璃颗粒和硅藻土的(4)进行比较，可以看出没有硅藻土的(1)和(2)在BOD和COD方面更好，但用硅藻土的(3)和(4)在总磷和总氮的除去效率方面更好。以100mg/l的玻璃添加量的(2)在总磷和总氮方面的效果与添加剂总量同样为100mg/l但由玻璃颗粒和硅藻土各一半组成的(3)几乎相同，但是在BOD和CO方面比添加剂总量同样为100mg/l但由玻璃颗粒和硅藻土各一半组成的(3)效果更好。
在如上所述的废水处理设备中用来自位于Inchon，Korea的Sungki污水处理站的生物处理过的水作未净化水进行又一试验。沉淀槽中沉淀物回到混合槽的再循环比保持在5％。将平均粒径为70μm的玻璃颗粒和平均粒径为50μm的硅藻土每种以50mg/l的量添加到混合槽中并快速混合3分钟，在搅拌槽中以50mg/l的量添加明矾并搅拌1分钟。然后，以1mg/l的量将YA 712添加到聚合物聚集槽中，聚集3分钟。经如此处理的水的分析结果列于下表4中。表4.
从表4看出，在混合槽中只添加玻璃和硅藻土，而不添加Aqua#219仍然达到超过85％的总磷和总氮的除去效率。溢流比的增加显示出对处理结果有利。
在如上所述的废水处理设备中用来自位于Inchon，Korea的Sungki污水处理站的生物处理过的水进行另一试验。以300米/天(处理比5m3/hr)的溢流比将沉淀槽中沉淀物按5％的再循环比返回到混合槽中。在混合槽中添加平均粒径为50μm的玻璃颗粒并快速混合3分钟，在搅拌槽中添加明矾并快速搅拌1分钟。然后，以1mg/l的量将YA 712添加到聚合物聚集槽中，聚集3分钟。经如此处理的水的分析结果列于下表5中。表5.
表5显示出，即使在只添加玻璃颗粒并混合的情况下，使用50ml/l或更多的量可以达到84％以上的高除去效率。
从上述的实施例可以看出，本发明探索的高速凝结-絮凝和沉淀方法可以通过不同线路实现，包括仅添加玻璃颗粒，玻璃颗粒和硅藻土的组合，或Aqua#219、玻璃颗粒和硅藻土的组合。而且，就作为整体的水处理而言，部分打算重新使用沉淀物而添加的玻璃颗粒和硅藻土不但没有显示出可感知的害处，反而在废水处理能力方面与传统技术相比具有良好的效果。
在如上所述的废水处理设备中用来自位于Inchon，Korea的Sungki污水处理站的生物处理过的水作为未净化水进行一试验。以沉淀物5％的再循环比，在混合槽中以不同量添加Aqua#219、平均粒径为50μm的玻璃颗粒和平均粒径为40μm的硅藻土，随后一起混合3分钟。在搅拌槽中以不同量添加混合比为7∶3的明矾和氯化铁并搅拌1分钟。然后，以1mg/l的量将YA 712添加到聚合物聚集槽中，聚集3分钟。所得沉淀物经过干燥之后，将其造粒至粒径为1mm并在约800℃下经热处理使之成为多孔陶瓷。测定如此获得的多孔陶瓷的物理性能并列于下表6中。表6.
就表6中的制品(1)的情况下，由于以其余添加剂计所用玻璃颗粒的量低至少于30％，在800℃的试验条件下几乎不可能获得多孔陶瓷。然而发现，由制品(2)和(3)生产的多孔陶瓷与具有35-40％孔隙比的传统多孔陶瓷相比具有优良的物理性能。
将前面实施例3中的(3)和(4)所涉及的沉淀物干燥，形成平均粒径为1mm的颗粒，然后在800℃的温度下烧结以制备多孔陶瓷。测定如此获得的多孔陶瓷的物理性能如下表7中。表7.
该表显示了在混合槽中使用玻璃颗粒代替粘土型矿物质处理废水获得的沉淀物生产的多孔陶瓷的某些物理性能。清楚地看出，相对于其它组分降低硅藻土的使用量导致陶瓷产品的孔隙率降低。
已叙及，通过实施例1到实施例5的试验结果可以证实，为了重新使用沉淀物而使用的玻璃颗粒和硅藻土不但没有降低废水的处理能力，而且使其增加并超过了传统方法。使用玻璃颗粒代替包括沸石和膨润土的粘土型矿物质呈现出特别优良的处理结果。还可看出，本发明的快速凝结-絮凝和沉淀型废水处理方法可以使总磷浓度和磷酸盐形式的磷限制在令人满意的水平，特别是分别在0.02mg/l和0.01mg/l以内。由可任意处理的沉淀物生产的多孔陶瓷的质量在一定程度上取决于所用玻璃颗粒和硅藻土的量，但与这些矿物组分的使用时间没有关系，而且该质量至少能与传统上类似的种类相媲美，并且事实上要优于传统上类似的种类。
本发明的快速凝结-絮凝和沉淀型废水处理方法通过快速凝结-絮凝和沉淀因此除去了废水中包括重金属和磷的有害成份，还将所制得的沉淀物重新使用作为多孔陶瓷。
换句话说，本发明的快速凝结-絮凝和沉淀型废水处理方法在处理速度和处理效率上与传统方法相比特别优良，以致能有效地处理包括暴雨径流的所有河水，还有助于防止沉淀物的二次污染，并使其重新使用作为有价值的产品。
而且，根据本发明以低成本生产的多孔陶瓷的物理性能特别优良。
应理解为，尽管使用了一些具体的实施例描述本发明，但是本领域技术人员可以在本发明的精神下进行各种改进和改变，而且这些改进和改变都落入由所附的权利要求书所限制的本发明的范围内。
权利要求
1．一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，该方法是在以高速聚集和沉淀为基础处理废水的系统中进行，该系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法一方面包括将以粘土矿物质为基础的聚集剂加入混合槽，其中粘土矿物质包括沸石或膨润土作为主要组分，将无机凝结剂加入搅拌槽，并将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽；另一方面包括将玻璃颗粒和硅藻土的混合物加入混合槽、搅拌槽和聚合物聚集槽中的至少一个中以将处理废水所产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
2．权利要求1的方法，其中所述的玻璃颗粒和硅藻土的平均粒径为20-200μm。
3．权利要求1的方法，其中玻璃相对于除玻璃之外的其它组分的量以重量计为7∶3-3∶7。
4．一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，该方法是在以高速聚集和沉淀为基础处理废水的系统中进行，该系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法一方面包括将粒径为20-200μm的玻璃颗粒加入混合槽，将无机凝结剂加入搅拌槽，并将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽；另一方面包括将硅藻土加入混合槽、搅拌槽和聚合物聚集槽中的至少一个中以将处理废水所产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
5．一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，该方法是在以高速聚集和沉淀为基础处理废水的系统中进行，该系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法包括将以粘土矿物质为基础的聚集剂加入混合槽，其中粘土矿物质包括沸石或膨润土作为主要组分，将无机凝结剂加入搅拌槽，和将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽，并加入粒径为20-200μm的玻璃颗粒和硅藻土的混合物以将沉淀槽中产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
6．一种以高速凝结-絮凝和沉淀为基础处理废水的方法，该方法是在以高速聚集和沉淀为基础处理废水的系统中进行，该系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽，所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽，该方法包括将粒径为20-200μm的玻璃颗粒加入混合槽，将无机凝结剂加入搅拌槽，和将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽，并加入硅藻土以将沉淀槽中产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
全文摘要
本发明涉及一种用于处理废水的高速凝结－絮凝和沉淀方法,它能迅速处理包括暴雨径流的废水,还能使处理过程中产生的沉淀物被有价值地重新使用。根据达到如上所述目的的本发明,提供了一种以高速凝结－絮凝和沉淀为基础处理废水的方法,该方法是在以高速聚集和沉淀为基础处理废水的系统中进行,该系统包括依次连续连接的混合槽、搅拌槽、聚合物聚集槽和沉淀槽,所述系统配备有传送线以将沉淀槽中产生的沉淀物传送到混合槽或搅拌槽,该方法一方面包括将以粘土矿物质为基础的凝结剂加入混合槽,其中粘土矿物质包括沸石或膨润土作为主要组分,将无机聚集剂加入搅拌槽,并将聚合絮凝剂加入聚合物聚集槽;另一方面包括将玻璃颗粒和硅藻土的混合物加入混合槽、搅拌槽和聚合物聚集槽中的至少一个中以将处理废水所产生的沉淀物转变成可重新使用的多孔陶瓷。
文档编号C02F1/52GK1287539SQ99801824
公开日2001年3月14日 申请日期1999年4月2日 优先权日1998年9月25日
发明者崔春植, 尹泰一 申请人:Urc技术有限公司