申请日1992.06.10
公开(公告)日1993.12.29
IPC分类号C02F1/50; C02F1/76
摘要
本发明描述了一种处理和/或消毒水和/或废水的新方法和装置，其中接触室(13)可以是气密的，压力可以大于大气压力，停留时间不大于5分钟。
権利要求書
1、一种处理和消毒水和/或废水的方法，包括将一种水溶液引入到含有水和/或废水的室中，本方法的改进包括下列步骤：
(a)在含有所述水和/或废水的室中引进通过在pH小于7，温度低于约48.9℃，将(1)一种有机羟基酸或羧酸与(2)一种碱金属或碱土金属的亚氯酸盐混合而制得的一种溶液;
(b)使所述室中的内含物与大气封隔开;
(c)使所述室中的内含物停留不大于5分钟，从而使所有的细菌，微生物和其它病原生物体在所述水和/或废水中被杀死。
2、权利要求1的方法，其中所述室中的内含物在大于大气压的压力下。
3、权利要求2的方法，其中所述水溶液的温度在约15.6℃至约26.7℃范围。
4、权利要求2的方法，其中所述室的流入管线高于该室的流出管线;该室的流出管线高于该室顶部;而且其中该室中的液体内含物从而就会在大于大气压的压力之下。
5、一种处理和消毒水和/或废水的方法，包括将一种水溶液引入到含有水和/或废水的室中，本方法的改进包括下列步骤：
(a)在含有所述水和/或废水的室中引进通过在pH小于7、温度低于约48.9℃将(1)乳酸与(2)亚氯酸钠混合而制得的一种溶液;(b)使所述室中的内含物与大气封隔开;(c)使所室中的内含物停留不大于5分钟，从而使所有的细菌、微生物和其它病原生物体在所述水和/或废水中被杀死。
6、权利要求5的方法，其中所述室中的内含物在大于大气压的压力下。
7、权利要求6的方法，其中所述水溶液的温度在约15.6℃至约26.7℃范围内。
8、权利要求1或5的方法，其中所述的有机酸是柠檬酸。
9、权利要求1或5的方法，其中所述的有机酸是马来酸。
10、权利要求1或5的方法，其中所述的有机酸是酒石酸。
11、权利要求1或5的方法，其中所述的有机酸是乙醇酸。
12、权利要求1或5的方法，其中所述的有机酸是扁桃酸。
13、权利要求1或5的方法，其中所述的有机酸是草酸。
14、权利要求6的方法，其中所述室的流入管线高于该室的流出管线;该室的流出管线高于该室顶部;而且其中该室中的液体内含物从而就会在大于大气压的压力之下。
15、一种处理和消毒水和/或废水的装置包括：
(a)一个室;
(b)所述的室有一个用于水和/或废水的入口管和出口管;
(c)盛装由一种有机羟基酸或羧酸(1)和一种碱金属或碱土金属的亚氯酸盐(2)组成的水溶液的机构;
(d)用于把所述水溶液提供给所述室的机构;
(e)选择该室的大小使水和/或废水在室中的停留时间不大于5分钟;
(f)将该室与大气封隔开，从而使该装置能有效地完全杀灭水和/或废水中所有细菌、微生物和其它病原生物体。
16、权利要求15的装置，进一步包括所述室有一个提供对该室内含物压力大于1大气压的压力机构。
17、权利要求16的装置，其中所述提供对室中内含物的压力大于1大气压的压力的机构还包括：(a)该室入口管线的高度高于该室出口管线的高度;(b)该室出口管线的高度高于该室顶部的高度;(c)从而该室中的液体内含物处于大于大气压的压力下。
18、权利要求1的方法，其中该室的内含物处于约1大气压至约2大气压的压力范围。
19、权利要求5的方法，其中该室的内含物处于约1大气压至约2大气压的压力范围。
20、权利要求15的方法，其中该室的内含物处于约1大气压至约2大气压的压力范围。
21、一种处理和消毒水和/或废水的装置，包括：
(a)一个室;
(b)所述的室有一个用于水和/或废水的入口管和出口管;
(c)盛装含氯物质水溶液的机构;
(d)用于把所述水溶液提供给所述室的机构;
(e)选择该室的大小使水和/或废水在室中的停留时间不大于5分钟。
(f)将该室与大气封隔开，从而使该装置能有效地完全杀灭水和/或废水中的所有细菌、微生物，和其它病原生物体。
22、权利要求21的装置;进一步包括所述室有一个提供对该室内含物压力大于1大气压的压力的机构。
23、权利要求22的装置，其中所述提供对室中内含物的压力大于1大气压的压力的机构还包括：(a)该室入口管线的高度高于该室出口管线的高度;(b)该室出口管线的高度高于该室顶部的高度;(c)从而该室中的液体内含物处于大于大气压的压力下。
24、权利要求21的装置，其中该室的内含物处于约1大气压至约2大气压的压力范围。
25、权利要求21的装置，其中所述室的大小加以选择，以使水和/或废水在其中的停留时间为约5分钟至约15分钟。
26、一种处理和消毒水和/或废水的方法，该方法包括把一种水溶液引入到含有水和/或废水的室中，本方法的改进包括下列步骤：
(a)在含有所述水和/或废水的室中引入选自由氯、二氧化氯和一种含氯物质组成的组的一种消毒剂;
(b)将所述室中的内含物与大气封隔开;
(c)使所述室中的内含物停留不大于5分钟，从而使水和/或废水中的所有细菌、微生物和其它病原生物体完全被杀灭。
27、权利要求26的方法，进一步包括使该室压力增大到高于大气压的压力。
28、权利要求26的方法，其中所述室中的内含物处于约1大气压至约2大气压的压力范围。
29、权利要求1或5或26的方法，还包括使所述室中的内含物停留约5至约15分钟的时间从而使水和/或废水中的所有细菌、微生物和其它病原生物体完全被杀灭。
30、权利要求15的装置，其中有机酸是乳酸。
31、权利要求15的装置，其中有机酸是柠檬酸。
32、权利要求15的装置，其中有机酸是马来酸。
33、权利要求15的装置，其中有机酸是酒石酸。
34、权利要求15的装置，其中有机酸是乙醇酸。
35、权利要求15的装置，其中有机酸是扁桃酸。
36、权利要求15的装置，其中有机酸是草酸。
37、权利要求27的方法，其中该室的流入管线高于该室的流出管线;该室的流出管线高于该室的顶部;而且其中该室中的液体内含物因此就会处于大于大气压的压力。
说明书
本发明总的来说涉及用各种含氯化合物和/或氯消毒水和/或废水的方法和装置及生产浓度适于在各种工业过程中用作氧化剂和消毒剂的含氯化合物的方法和装置，更具体说，涉及处理和消毒水和/或废水的方法和装置。用含氯化合物作为氧化剂和/或消毒剂的其它工业过程的例子包括造纸工业中用作漂白剂和在油回收工业中用作水处理剂;另外，可采用本发明的其它工业包括家禽和火鸡的加工，海产加工，包括鱼和虾，蔬菜和水果的加工，从银、金和其它金属及贵金属的开采所产生的废水中的硫化氢和硫的去除，用于家庭和工业废水，冷却塔用水等，家庭和工业新鲜水的供应，牛肉和猪肉的加工，生物医药废物以及除去天然气和原油井中的硫化氢。
用从混合有机酸和亚氯酸盐所产生的二氧化氯来处理水和/或废水的方法和/或装置在先有技术中已有记载。在加拿大专利959，238中Callerme描述了在水中产生二氧化氯的方法和装置。在美国专利，585，482中，Tice等人描述了由二氧化氯释放化合物和有机酸制备长效杀微生物组合物。在美国专利4，310，425中，Key等人描述了油田钻井液中用作抗菌剂的二氧化氯的生产系统。在美国专利3，082，146中，Wentworth叙述了用通过混合亚氯酸钠和过氧化合物而得到的残余亚氯酸浓液处理水的方法。在美国专利4，084，747中Alliger叙述了通过使乳酸在水介质中与亚氯酸钠接触而产生的杀微 生物组合物。Alcide公司的国际申请PCT/US85/00470描述了一种消毒基质的方法，包括使基质与含有二氧化氯释放化合物，例如亚氯酸钠，和足量有机酸的组合物接触使组合物的pH值降至小于约7。
在美国专利4，968，501中，Mason描述了用亚氯酸除去燃烧尾气中二氧化硫的新方法。在美国专利4，801，353中，Mason描述了用含有亚氯酸和乳酸的盐的水溶液漂白木浆的方法。
在美国专利4，925，645中，Mason描述了包含若干步骤的生产含有二氧化氯混合物的方法。在美国专利4，892，148中Mason描述了一种油回收方法，包括的步骤有：将溢流水注入含油地下地层，这种水含有亚氯酸和乳酸的盐的混合物。
关于氯接触室的设计，操作和控制在题为“Wastewater Engineering Collection Treatment Disposal”一书中有详尽的讨论，Metcalf和Eddy，Inc，McGraw-Hill Book Company，纽约，1972年纽约出版，第470-478页。该书披露氯接触室的最小保持时间是15-30分钟。
典型的氯接触室是由金属如钢，玻璃纤维或水泥建成。它们通常是敞开的室，混合可由水力扰动，机械方法或由室的隔间化实现。
但是，以上所引用的先有技术中没有一篇披露过象本申请的处理和/或消毒水和/或废水的独特方法和装置。
本发明的一个主要目的和优点在于它便于采用大量反应物在水溶液中生成二氧化氯，这种反应物便于在重要的特殊工业装置中不用在现场而在现场以外生产二氧化氯源，现场以外生产能力是重要的;因为它对二氧化氯的生产是更为安全的方法，从而减少火灾和爆炸的危险。可以 期望，含二氧化氯的溶液可通过例如槽车、或铁路槽罐车运送到工厂所在地。此外，本发明便于在含有大量的混合比极为简单和基本的水溶液中混合和生成二氧化氯，由此只要或多或少经过一点训练的人就能完成二氧化氯的生产，这种方法只通过运输水溶液就可将二氧化氯源运送到工厂地点，这是目前做不到的事，因为二氧化氯不能安全地输送，因此目前一般是现场生产。
本发明提供一种由一种有机羟基酸或羧酸或碱金属或碱土金属的亚氯酸盐反应生成一种有机酸和亚氯酸的盐从而在水溶液中形成二氧化氯的方法。该反应在pH值小于约7，温度低于约120°F(48.9℃)，一般约60°F(15.6℃)至80°F(26.7℃)，最好约62°F(16.7℃)条件下进行。含有由上述反应所生成的二氧化氯的水溶液是稳定的，因而可以采用普通运输工具，如槽车或铁路罐车安全地输送到工厂所在地。实验室试验表明将不同有机酸包括乳酸、柠檬酸、马来酸和酒石酸与亚氯酸钠混合所制得的溶液可保持其浓度在2%左右至少30天。
上述反应引发了一个反应环节，导致二氧化氯的生成，而二氧化氯是本发明的主要化学试剂，它使得处理和消毒水和/或废水有效。这些进一步的反应一般包括由亚氯酸、二氧化氯或氯气引起的各种有机化合物的氧化或病菌的杀灭，在本说明书的下节将利用化学方程式进一步说明这些反应。
应该注意到用液态或固态的碱金属或碱土金属的亚氯酸盐作为本说明书中提到的亚氯酸盐的源是切实可行的。
然后，将含有氯化合物的水溶液注射在某种类型的容器、导管、管、室、槽罐或其它闭合空间或洞穴中与水和/或废水混合或接触以便使氯 化合物完全与水和/或废水混合足够的时间，以便处理和消毒水和/或废水。
可以使用由任何方法制得的氯、氯气、臭氧和/或二氧化氯、而且其它消毒剂可与本发明的一起使用。
本发明的要点涉及用来使含氯化合物与水和/或废水接触的容器、室或反应器的建造和运作。按照本发明，接触室或其它闭合空间可以这样建造和运作以便它能给气密室或密封室提供一个有效或足够的时间使处理或消毒得以进行。此外，该室也可这样建造和运作，以便使其中所含的水和/或废水的表面压力等于大气压或高于大气压。可以认为，使接触室气密或压力高于大气压是本发明产生的意想不到的快速和高水平处理和/或消毒的部分原因。这可能是由于这样的事实：氯、二氧化氯和/或含氯化合物的各个分子被防止和/或减少从水和/或废水中逃脱并与水和/或废水的各个分子保持紧密接触。增加的压力也会促使较大数量的氯，二氧化氯和/或含氯化合物溶于水和/或废水中。
可以认为，使接触室中的水和/或废水的表面压力增加到大于大气压的方法包括：(1)选择和/或用阀调节出口或流出管口以使流出量小于流入量，(2)用某种类型的机械方法，如泵，对接触室施压，(3)使流出管线比接触室高出一定高度。可以认为大约1至2个大气压的压力范围对于确保快速和有效的处理以及与现有结构和建造技术相配是比较好的。还应注意到由于白天流量的变化压力可能会改变。
如前面所提到的，目前广泛采用的现有氯接触室一般是用钢或水泥建造的，而且是敞开的。因此，为了按照本发明改造现有的结构，现有的敞开式的接触室就必须封闭起来，而且对室中内含物的施压方法必须适合于现有的接触室。因此，为了使现有接触室的经济地改造切实可行， 要求本发明应与现有接触室相一致，这是很关键的。由于目前现有的氯接触室常常是用混凝土建造的，所以不能耐受高的内压而不会泄漏、开裂或可能产生的结构破坏。因此重要的是将内压保持在较低的压力范围内。
过去三四十年来氯接触室的基本设计与建造基本保持不变。在所有发达国家都广泛采用敞开式接触室。本发明对现有技术进行了显著的改进，并对设计、建造和运作提出了重大改进，导致了在消毒室的建造和运作方面的费用大大节省，无论是消毒室本身使用还是与水和/或废水处理系统一起使用。
可以认为在接触室中，接触、滞留或停留时间约为30秒至约5分钟的范围是比较好的。请注意，这样短的接触时间是意想不到的结果，也是本发明的优点。也可以采用较长的接触时间，但是建造接触室的费用就要增加。
本发明方法生产和使用的含氯化合物可以用作杀菌剂，以抑制水和/或废水中存在的细菌和其它微生物及病原体的生长，在这种情况下为的是能将水消毒。也可用来除去水和/或废水中可能存在的颜色、臭味、滋味、铁、锰和硫化氢。例如，这些问题可能会由藻类、酚类和/或硫化氢的存在而引起。本发明的特别优点在于三卤甲烷的生产，而其它不希望的多氯代烃，例如dioxins，和氯酸盐及亚氯酸盐减至最少和/或消除。
请注意，可以相信，本说明书中提到的有机酸包括乳酸、柠檬酸、酒石酸、马来酸、草酸、乙醇酸和扁桃酸和/或其它有机羟基酸和羧酸。
