申请日2007.11.09
公开(公告)日2013.09.25
IPC分类号A62D3/11; C02F1/46
摘要
一种用于废弃物处理系统中处理污水流的方法和系统，包括运行废弃物处理系统的一单元过程，通过将污水流与富氢氧气体接触，所述富氢氧气体是原位通过一氢氧气体生成器生成的，所述氢氧气体生成器配备了水分解技术。氢氧气体生成器包括将一脉冲的电信号应用于一系列的密集的电极，将所述密集的电极放入污水流用来从污水流的一水组分中产生富氢氧气体。在污水流中操作氢氧气体生成器可以实现在其他物质中用于废弃物处理的单个或多个单元过程，诸如氧化，剥离，漂浮，消毒，调节，稳定，增厚和脱水。至少一部分的富氢氧气体可以被运输用于一种在废弃物处理系统中的第二次使用，诸如一燃料的来源用于例如灰化或发电。
权利要求书
1.一种从污水流中去除污染物的方法，所述方法包含以下步骤：
将两个相近的电极浸入污水流，污水流包含水的成分和挥发性污染物以 及固相污染物，所述电极在它们之间形成相互作用区域的边界;
应用一脉冲电信号到至少一个电极，从水成分中产生富氢氧气体，所述 富氢氧气体在相互作用区域形成微气泡，所述微气泡升高到污水流的表面;
当微气泡通过污水流升高时，将挥发性污染物以及固相污染物与至少某 些微气泡接触;
通过微气泡的向上流动，从污水流中剥离至少一部分挥发性污染物;
运输被剥离的一部分的挥发性污染物，以及一部分的固相污染物到达污 水流的表面;
将富氢氧气体和在污水流上的挥发性污染物的混合物收集，并将富氢氧 气体和挥发性污染物的混合物运输到第二程序来进行进一步的处理，和
收集作为漂浮物层的固相污染物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：第二程序包含混合物的燃烧。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：第二程序包含分离挥发性污 染物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包含从污水流表面去 除漂浮物层的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：固相污染物不同于生物固体， 在所述固相污染物中包含惰性固体，所述惰性固体不需要稳定化和进一步的 处理。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：还包含将收集的固相污染物 在没有经过进一步处理的情况下直接放置到垃圾堆的步骤。
7.一从污水流中去除污染物的系统，所述污水流包括水成分，所述系统 包含：
两个相近的电极，所述电极被浸入污水中，在电极之间确定了相互作用 区域;
一电源，所述电源用于将脉冲电信号应用于提供给电极之中的至少一个 来从水成分中产生出富氢氧气体，所述富氢氧气体将在相互作用区域中形成 微气泡，所述微气泡升高到污水流的表面;
当所述微气泡升高时，一反应容器来容纳所述微气泡;
一气体污染物盖来分离在污水流上的混合物富氢氧气体，和污水流的至 少一部分挥发性污染物，其中，所述污水流的至少一部分挥发性污染物是通 过微气泡的向上流动，从污水流中收集的挥发性污染物，且所述微气泡运输 所述混合物到污水流的表面;和
用于运输混合物的装置到进一步处理的装置。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：进一步包含用于从污水流表 面收集污水流的固相污染物的装置，所述固相污染物已经被通过一些泡沫运 输到在反应容器中的污水流的表面。
9.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于：用于进一步处理的装置 包含用于燃烧混合物的装置。
10.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于：用于进一步处理的装置 包含用于分离挥发性污染物的装置。
11.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于：进一步包含用于从污水 流表面去除漂浮物层的装置。
12.如权利要求7或权利要求8所述的系统，其特征在于：所述固相污染 物不同于生物固体，在所述生物固体中固相污染物包含惰性固体，所述惰性 固体不需要稳定化或进一步处理。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于：还包含将收集的固相污染 物在没有经过进一步处理的情况下直接放置到垃圾堆的装置。
说明书
通过产生和利用氢氧气体从污水流中去除污染物
本申请是申请号：200780050477.9，申请日：2007年11月9日的中国专 利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用来处理污水流的方法和系统，所述污水流为诸如工业 废水，城市废水和其他。
背景技术
如果未经处理就排放，许多污水中存在有害的物料可以对环境和/或人体 健康造成一种重大的风险。政府法规经常要求，必须在污水流可以被排放到 环境中之前，对污水流的各种有机，无机，化学，和微生物成分进行处理。 例如，这种污水流包括工业和城市污水，化学处理污水，动物粪便，造纸厂 污水和其他的。
图1呈现出一处理设备，图解说明现有技术中用来处理城市废水的系统。 参见图1，污水流入100进入废水处理设备的一初级澄清池102，在所述废 水处理设备的一初级澄清池102处，通过絮凝作用，沉积作用和其他主要的 处理技术将原污泥104从废水中来分离出来。从初级澄清池102出来的废水 接着被运输到一曝气池106中，在所述曝气池106中，需氧微生物108在有 空气110存在的条件下，帮助处理的废水，所述空气110是被泵送到曝气池 106中的。接着将废水运输到二次澄清池112，在所述二次澄清池112中可 以发生进一步的处理。并且在二次澄清池中收集二次污泥114，且处理后的 污水116被运输到水或其他分布源的流出物主体中(例如，有时只有在被经 过某种高级的处理步骤诸如消毒之后)。
二次污泥114中的某些，通过118回收返回入曝气池106来帮助保持需 氧生物降解的处理。将剩余的来自于二次澄清池112中的二次污泥114和来 自于初级澄清池102中的原污泥104通过消化器进液120运输到厌氧消化池 122。在厌氧消化池122中，厌氧微生物124进一步降解污泥并产出副产物 气体126，诸如甲烷128。将来自于厌氧消化池122中的消化污泥作为液体 130调离，所述液体130可以被直接应用于耕地或可以被送去脱水过程132。 来自于脱水过程，凝结(centrate)或小部分液体134通常被返回到净化结构100 的前端，且脱水的污泥饼136可以被用于焚化，土地应用，或其他适当的应 用。
生物固体是水和非常小的固体颗粒的混合物(主要为细菌和原生生物)。 颗粒携带一净负电荷，所述净电荷抵抗絮凝，例如，较小的颗粒聚结到较大 的组分颗粒。为了产生一基质，所述基质具有足够的多孔性以至于能够容许 水通过基质的来活动并达到脱水，一有机聚合电解质或聚合体通常被加入生 物固体用作辅助调节。在简单的术语中，这些聚合物本质上是具有许多活性 位的长有机串或带，所述活性位具有一净负电荷。聚合物中和在生物固体上 的负电荷并将一颗粒结合到在聚合物上的每个活性位。聚合物具有以净作用 来相互粘贴的趋势，所述净作用创造出较大的颗粒，且结果是一多孔的基质， 通过所述多孔基质水可以在脱水程序中被排出。
通常的聚合物调节具有许多与它所相关的问题。聚合物是昂贵的并且可 以占一生物固体处理预算的操作花费的一重要的部分。生物固体的特征对于 持续的基本原理的变化，和其对于提供确切数量的聚合物是困难的，所述聚 合物需要在任何给定的时间来保证足够的性能是可以不通过过量和浪费聚 合物来获得的。通常被用来调节生物固体的聚合物是高分子量，高电荷密度 的材料，所述材料是抗生物降解的且被认为是对于水性生物有毒的。存在关 注的是任何在鱼和其他水生物种中的毒性作用。在储存的生物固体中的聚合 物的分解已经被与显著的气味的产出相联系起来了。
污水流也可以通过灰化被处理。灰化是少数提供用于完全破坏病原体， 病毒，和有毒有机物的技术上可靠的方案的技术中的一种，其具有处理因包 含高级的污染物而不能被农业应用所接受的生物固体的能力。但是，高资本 成本的一传统的焚烧炉和生物固体延伸的预处理(例如，脱水)使得处理非 常昂贵。因此，只有在非常大量的污水处理设备中，灰化才通常地具有经济 性，在所述污水处理设备中从规模效益中才可能获得利益。
为了避免在现有技术的焚烧炉系统中，在的燃烧程序过程中禁止昂贵大 量的输入能量的消耗，生物固体必须被脱水来得到一具有大约30%的固体的 饼。在这个水平上的干燥，这种饼是一种可塑的，粘性的，半固体的材料， 所述材料可以呈现出突出的可操作性问题，所述问题相关于饼从脱水装置到 焚烧炉的转移。饼的固体含量变化和伴随的热负荷的变化也可以使燃烧处理 非常难于控制的。
生物固体的稳定对于废污泥的农业应用是一强制的先决条件，且取决于 特定的地点，可以通过联邦政府，州或者省当局来规定。这种规定保护了人 体的健康和环境，防止了与包含在生物固体中的病原体相联系的潜在风险。 监管当局通常规定什么样的处理程序是可以接受的和/或特定的病原体在什 么水平是可以在治疗产品中容许的。通常，稳定出现在一个或更多个以下的 程序中：依据特定时间/温度制度的，有机物质的生物降解，提高的pH，减 少湿气和废物处理。所有这些程序是相对昂贵的，且可能是需要消耗大量能 量的，需要大量的混合物，或是难以控制的。
操作传统废水处理设备需要的电力通常需要从一配电网中购买。因为来 自于电网的能量已经是便宜的和安全的了，而用来发电的设备的资本成本是 高昂的，且仅有低廉的用来产生能量的燃料源是消化气体，因此目前只有很 少动机来在原位产生电力。但是，存在一定数量的关于利用消化气体作为一 能量源的问题。虽然它包含了高百分比的甲烷，消化气体也是用水来饱和的， 且含有突出含量的硫化氢。这使得消化气体是腐蚀性很强的，且在先于其使 用之前是需要大范围的清洁的。此外，与在其自身中的产生程序相对比，消 化气体只是水处理程序的副产品。产生的气体的量是小部分的生物固体稳定 程序和不能被修改来满足变化的要求。富甲烷生物气体的燃烧也产生突出的 温室气体排放。
在大多数固体已经被从流入的废水中分离开之后，剩余的流出物通常被 清除，为了将其排放到环境中做准备。污水流出物的清除已经是以往通过添 加氯化合物来完成的。存在较大范围的与处理氯化合物相联系的健康和安全 关注。在最近几年中，存在不断增长的关注，所述关注是在流出物中的氯可 以与有机材料相结合来产出氯化有机物，所述氯化有机物既有毒又是潜在致 癌的。虽然已经做出了一些努力来替换用较低毒性的氯化合物，存在对于逐 渐停止使用氯作为清除剂的广泛产业的趋势。
在废水处理中被采用的其他清除技术涉及使用紫外光或臭氧来摧毁病 原体。这些处理都不能在处理的流出物中留下可评估的残留来影响环境。但 是，这些系统资金和操作的花费都是相对高昂的。就紫外线处理来说，需要 包括直通结构的建设，和多紫外灯炮(灯)的资金花费。操作的花费包括能量， 灯泡的替换，和有规律的清洁灯泡。对于用臭氧来清洁主要的花费包括臭氧 发生器和商业用作提供来源的氧气。当空气被用作提供来源，臭氧发生器的 尺寸必须是大约双倍的，因此是双倍的资本花费。
对于水在一废物处理设备中的许多应用需要相对高质量的对于悬浮颗 粒物是自由的水，但是对于它不需要被氯化或具有一氯残留物存在，通常对 于饮用水就是这样的。由于存在悬浮的固体，所以最终的流出物不满足这些 标准。因为悬浮的固体产生一聚合物需要在补充水的自身中，因而作为一可 替换的应用诸如构成聚合物是不合适的。目前，净化结构对于这些高质量特 质没有可替换的使用，除了使用饮用水，该饮用水必须从市政水供应系统购 买。
本发明的发明人已经认识到需要改善的用于絮凝作用，灰化，脱水，能 量效率，稳定，流出物清除，和污水处理厂中高质量处理水的生产和用于处 理其他类型的污水流的方法和系统。
发明内容
一种用于废弃物处理系统中处理污水流的方法和系统，涉及运行废弃物 处理系统的一单元过程，通过将污水流与富氢氧气体接触，所述富氢氧气体 是原位通过一氢氧气体生成器生成的，所述氢氧气体生成器配备了水分解技 术。在一个实施例中，氢氧气体生成器涉及将一脉冲的电信号应用于一系列 的密集的电极，将所述密集的电极放入污水流用来从污水流的一水组件中产 生富氢氧气体。在污水流中操作氢氧气体生成器可以实现单个或多个在其他 物质中用于废弃物处理，诸如调节，稳定，增厚和脱水的单元过程。
在废弃物处理系统中，至少一部分的富氢氧气体可以被转移用于第二次 使用，诸如一燃料的来源用于例如灰化或生成粉末。氧气也可以被从富氢氧 气体中分离出来用于废物处理系统曝气池或用来供应臭氧发生器，所述臭氧 发生器可以被用于废物处理系统的流出物的清除。从富氢氧气体的燃烧中的 排放可以被冷凝来复原在处理系统中的用于各种使用的水。
本申请的一方面在于提供一种从污水流中去除污染物的方法，所述方法 包含以下步骤：将两个相近的电极浸入污水流，污水流包含水的成分和挥发 性污染物以及固相污染物，所述电极在它们之间形成相互作用区域的边界; 应用一脉冲电信号到至少一个电极，从水成分中产生富氢氧气体，所述富氢 氧气体在相互作用区域形成微气泡，所述微气泡升高到污水流的表面;当微 气泡通过污水流升高时，将挥发性污染物以及固相污染物与至少某些微气泡 接触;通过微气泡的向上流动，从污水流中剥离至少一部分挥发性污染物; 运输被剥离的一部分的挥发性污染物，以及一部分的固相污染物到达污水流 的表面;将富氢氧气体和在污水流上的挥发性污染物的混合物收集，并将富 氢氧气体和挥发性污染物的混合物运输到第二程序来进行进一步的处理，和 收集作为漂浮物层的固相污染物。
本申请的另一方面在于提供一种从污水流中去除污染物的系统，所述污 水流包括水成分，所述系统包含：两个相近的电极，所述电极被浸入污水中， 在电极之间确定了相互作用区域;一电源，所述电源用于将脉冲电信号应用 于提供给电极之中的至少一个来从水成分中产生出富氢氧气体，所述富氢氧 气体将在相互作用区域中形成微气泡，所述微气泡升高到污水流的表面;当 所述微气泡升高时，一反应容器来容纳所述微气泡;一气体污染物盖来分离 在污水流上的混合物富氢氧气体，和污水流的至少一部分挥发性污染物，其 中所述污水流的至少一部分挥发性污染物是通过微气泡的向上流动，从污水 流中收集的挥发性污染物，且其中所述微气泡运输所述混合物到污水流的表 面;和用于运输混合物的装置到进一步处理的装置。
