CN102105402B - 通过由漂浮微粒引起的浮选来处理液体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过涉及漂浮微粒的浮选来处理液体的方法，其包含将所述漂浮微粒添加到所述液体中的混合步骤、使所述漂浮微粒上升到所述液体的表面的浮选步骤，以及使已如此上升到所述表面的所述漂浮微粒与所述经处理液体分离的步骤，所述方法的特征在于，所述漂浮微粒中至少一些的全部或一部分表面附着有至少一种絮凝聚合物材料，且所述方法不包含任何添加气体的步骤或任何添加未附着于所述微粒的游离絮凝材料的步骤。

Description

通过由漂浮微粒引起的浮选来处理液体的方法

技术领域

本发明的领域是对水进行处理以便将其处理为可饮用的或使其可饮用。更具体地说，本发明涉及对含有溶解物质和/或悬浮物质的水进行浮选处理。

背景技术

受污染的液体或水可能含有悬浮物质(微粒、藻类、细菌等)和溶解物质(有机物质、微量污染物等)。在现有技术中，存在若干用于处理悬浮物质的技术，旨在降低这些污染物的含量。

这些技术包含倾析和浮选。

倾析是适用于微粒密度大于含有所述微粒的液体的密度的分离工艺，而漂浮是适用于微粒密度小于含有所述微粒的液体的密度的分离方法。

与通过倾析进行的处理相比，通过浮选进行水处理具有许多优点。

第一个优点在于，通过浮选进行水处理的速度大于通过经典倾析进行的处理的速度。

另一优点在于，在打算处理较大水流量时，通过浮选进行的处理在消除藻类方面比通过倾析进行的处理更有效。

经浮选处理的水的细菌学质量高于通过倾析获得的水的细菌学质量。细菌学质量部分涉及微生物(细菌、病毒、寄生虫)的存在。因此，通过浮选进行的处理在消除微生物(隐孢子虫(cryptosporidia)、贾第鞭毛虫(giardia))方面比通过倾析进行的处理更有效。

此外，通过浮选进行的处理的另一优点涉及其减小所产生的淤渣的体积的事实。

浮选工艺可分类为：

-自然浮选(natural flotation)，其中悬浮物质与含有其的水之间的密度差异自然地足以实现其分离(所述材料漂浮到水的表面)；

-辅助浮选(assisted flotation)，其中向液体质量中吹入气泡以改善能够自然漂浮的微粒的分离；

-激发浮选(provoked flotation)，其中悬浮物质的密度起先大于含有其的水的密度，且通过气泡而人为地降低。事实上，某些固体或液体微粒可与气泡联合而形成“微粒-气泡”结合物，其密度小于含有其的水。

溶气浮选(Dissolved Air Flotation，DAF)是一种激发浮选工艺，其使用直径为40到70微米的极细的气泡或微气泡。其大体上包括以下不同步骤的结合：

-混凝，用以中和胶体的表面电荷以及溶解物质的吸附；

-絮凝，其使用使微粒能够凝聚的絮凝聚合物材料；

-注入加压水，其使得微气泡与絮凝水能够接触；

-分离，其实现絮凝物和经澄清的液体的分离；

-收集经澄清的液体；

-收集漂浮的“淤渣”。

DAF技术常规适用于质量良好的弱矿化水、带有少量悬浮物质的冷水，且尤其适用于富含藻类的水库水。这是一种经过时间检验的技术，并且正在持续改进。

已经取得的许多改进可列举如下：

-DAFF(溶气浮选/过滤)，其组合了DAF技术与颗粒材料的过滤；

-臭氧浮选(Ozoflotation)，由Veolia集团开发的一种使用臭氧化气泡的技术。臭氧宜用于消毒(即，微生物的破坏)，消除存在于待处理水中的异味、化学物质和其它污染物(铁、锰、杀虫剂)；

-紊流浮选(turbulent flotation)(美国专利第5516433号)，其在浮选区的底部实施流量控制和元素分布以获得稳定的水力体系。

然而，尽管取得了这些不同的改进，但浮选处理技术仍具有一定量的缺陷。

DAFF、臭氧浮选和紊流浮选方法均具有六个缺陷：

-浮选速度受到气泡精细尺寸的限制；

-消除微粒和混凝物质的效率并不直接提升所需的从管线排出的水的质量；

-工艺的复杂性要求大量的机械投入(空气饱和器、再循环泵、刮刀等)；

-产生再循环回水所需的加压的成本估计为操作成本的40％；

-其应用局限于质量良好的弱矿化水资源、带有少量悬浮物质的冷水，且尤其富含藻类的水库水；

-注入水中的絮凝聚合物材料的聚合物中有相当大一部分不参与絮凝物的形成，且保持溶解于水中，因此加速了位于下游的过滤器的堵塞。

此外，空气的引入也是限制与DAFF型过滤器耦合的结构的过滤速度的主要缺陷。事实上，过大的速度会很快导致相联过滤器中发生气栓，且即使在第二个水预处理步骤中将过滤与浮选分离时，恐怕也会存在气栓。

这些缺陷中有一部分可通过使用由漂浮微粒引起的浮选技术来消除。此方法描述于美国专利文献第6890431B1号中，其允许在浮选工艺中使用固体漂浮微粒且在冲洗之后于浮选系统中再循环所述微粒。

更具体地说，US 6890431B1揭示了用于澄清流体的方法和系统，所讨论的设备包括：

-混合室，用以混合流体与混凝剂；

-絮凝室，其与混合室连通，在其中，将絮凝剂和漂浮介质与在混合室中获得的流体-混凝剂混合物混合；

-浮室，其与絮凝室连通，在其中，将包含结合待消除的悬浮物质部分的漂浮介质的淤渣与经澄清的液体分离；

-用于复原漂浮介质的单元，其与浮室和絮凝室连通，在所述单元内，从漂浮介质冲洗掉其所结合的悬浮物质；

-再循环管线，用以使经过冲洗的漂浮介质再循环到絮凝室中。

然而，此类技术的一个缺陷在于以下事实：絮凝材料的一部分保持溶解于水中且容易堵塞位于下游的过滤结构。此外，此丧失的聚合物的成本增加了实施此技术的成本。

发明内容

本发明的目标是通过使用漂浮微粒的浮选来改善用于处理水的此种现有技术方法。

本发明尤其旨在提出一种可具有较大处理效率的水处理工艺。

本发明还旨在提出一种处理方法和器件，必要时，其使得更容易地解决待处理的污染。

这些不同目标是借助于本发明来实现，本发明涉及一种通过由漂浮微粒引起的浮选来处理液体的方法，其包含将所述漂浮微粒添加到所述液体中的混合步骤、使所述漂浮微粒上升到所述液体的表面的漂浮步骤，以及使已如此上升到所述表面的所述漂浮微粒与经处理液体分离的步骤，

所述方法的特征在于，所述漂浮微粒中至少一些的全部或一部分表面附着有至少一种絮凝聚合物材料，且所述方法不包含任何添加气体的步骤或任何添加未附着于所述微粒的游离絮凝材料的步骤。

根据此技术，浮选不是借助于气泡而是借助于固体漂浮微粒来完成。应注意到，在本描述中，术语“漂浮微粒”应理解为表示真比重小于1的微粒。

根据本发明，漂浮微粒还充当絮凝聚合物材料的支撑物。

将预先制备如此涂覆有絮凝聚合物材料的微粒。

此举有利地使得可能克服对于使用分散于待处理或正在处理的液体中的任何游离絮凝剂的需求。这还降低了实施所述方法所需的絮凝剂的量，且因此降低其成本。

本发明提供的另一优点在于，当在所述方法之后是在一个或一个以上过滤结构上进行颗粒过滤或膜过滤的步骤时，在进入这些结构中的液体中不存在残余的游离絮凝剂将降低使这些结构堵塞的速度。

所述絮凝聚合物材料优选是离子型聚合物。总体而言，优选所述材料是弱阳离子型或阴离子型聚合物。

根据本发明的一个引起关注的变型，还将至少一种不同于所述絮凝聚合物材料的材料附着于所述漂浮微粒。具体地说，所述材料可为例如活性碳粉末等吸附剂材料和/或具有专用于消除所述待处理液体的某些特定污染物的化学或生物基团的材料。

可注意到，在可能与前一部分中描述的方法互补的另一变型中，此不同于所述聚合物材料的材料还可以游离形式(即，其不附着于漂浮微粒的形式)添加到所述液体中。此其它材料可视情况进行再循环。

在至少一种不同于所述絮凝聚合物材料的材料也附着于所述漂浮微粒的变型中，所述化学基团和生物分子可依据待处理液体的性质和此液体中待减少的目标污染的性质来确定。

所述化学基团优选是选自由羟基、醛、甲基(carbinyl)、羧基、氨基、酰胺基、硫氢基、酯、磷、甲基(methyl)和苯基组成的群组。

所述生物分子将优选是选自由多肽和核酸构成的群组。

所使用的漂浮微粒可由优选选自由聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯和聚酰胺组成的群组的聚合物材料制成。优选所述漂浮微粒将由直径为100到1500μm的聚苯乙烯珠粒构成。

其还可由相对比重超过1且优选选自由玻璃、陶瓷和金属形成的群组的非聚合物材料制成，但其被制成中空形式，以使其相对比重低于1的方式划分出含有空气的封闭体积。

当构成微粒的材料是疏水的时，絮凝物也是疏水的，而絮凝聚合物材料将优选为亲水的，以便使漂浮微粒本身是亲水的。

根据一种变型，所述絮凝聚合物和/或所述其它材料将呈围绕所述漂浮微粒的涂层的形式。术语“涂层”应理解为表示一种协作关系，即，在絮凝聚合物材料和/或一方面所述其它材料与构成所述漂浮微粒的材料之间不形成任何共价键。

根据当所述微粒是由合成材料制成时可获得的另一变型，将所述絮凝聚合物材料和/或所述其它材料移植到构成所述漂浮微粒的所述合成材料上。在此情况下，在漂浮微粒制造期间将实施化学反应，以便在构成微粒的聚合物与絮凝聚合物材料和/或所述其它材料之间建立共价键。

有利地，所述方法将包含再循环漂浮微粒的步骤。

在此情况下，所述方法将有利地包括在所述再循环步骤之前实施的清洁所述漂浮微粒的步骤。此步骤可根据所属领域技术人员已知的各种技术(例如通过水力旋流)来进行，旨在通过附着于这些微粒的絮凝聚合物材料使微粒摆脱凝聚在其周围的淤渣。在此情况下，絮凝材料在大多数情况下将保持附着于微粒，即使在简单涂覆的情况下也是如此。

通过此种方法，使通过附着于絮凝材料以及视情况作为吸附剂和/或专用于特定污染的另一材料的表面而功能化的漂浮微粒与待处理的液体接触，以便获得对污染的最佳固着。将所获得的混合物送到浮选/分离区，在其中漂浮微粒会合在一起，从而在表面处将随着所述漂浮微粒一起带走至少一部分污染，且在底部处收集经处理的水。

具体实施方式

从以下参考单个图式给出的对非详尽性实施例的描述，将更清楚地理解本发明以及其所呈现的各种优点。

参见图1，用于实施本发明方法的设备包括：

-处于搅拌或紊流状态的混凝区(11)，所述状态可例如由搅拌器或静态混合器产生；

-搅拌的混合区(12)；

-浮选/分离区(13/14)，其通过底流口与混合区连通，且包括用于提取经处理水(15)和漂浮物(20)的构件；

-清洁区(17)，其可例如为高速搅拌的反应器或注水清洁装置(水力旋流器、振动筛、具有穿孔壁的离心机、高速搅拌的反应器，或配备有用于以低流速注入水以限制淤渣的稀释的系统的其它分离装置)；

-用于使至少一部分经过清洁的功能化漂浮微粒再生的区(18)。

参见图1，根据本发明的方法包含将未净化水(10)引入搅拌的混凝区(11)中，在混凝区(11)中，已预先注入了混凝剂(22)，可能带有各种其它添加剂(23)，例如活性碳粉末、树脂，或可混合到所述微粒中以增加处理效率的其它类似成分。

随后将经絮凝的水传送到例如可容纳

的混合区(12)，

是专利申请案FR2863908中描述的设备，在其中表面上涂覆有絮凝聚合物材料的漂浮微粒与待处理液体接触，以便获得对污染的最佳固着。所述设备中没有引入游离絮凝剂，即，未附着于漂浮微粒的试剂。

接着借助于底流口将来自此混合区的混合物引入浮选/分离区(13/14)中，在该处，所述混合物将自发地经历功能化漂浮微粒与经处理水之间的分离：所述微粒在浮选/分离区(13/14)内携带最初含于水中的污染的一部分上升到表面，而所述经处理水在浮选区(13)的底部部分处。

在下部部分(15)处提取水，同时在顶部处提取已保留在表面上的漂浮物，所述漂浮物由漂浮微粒和凝聚于这些微粒上的凝聚淤渣组成。

将漂浮微粒(20)送入清洁区(17)中，在该处将冲洗掉沉积于所述微粒表面上的淤渣。漂浮微粒的冲洗可由将其放入高速搅拌的反应器中或注水清洁装置中的操作组成，且可通过各种方法(水力旋流器、振动筛、具有穿孔壁的离心机、高速搅拌的反应器或配备有以低流速注入水以限制淤渣的稀释的其它分离装置)实现。

从清洁区(17)提取淤渣(16)且将漂浮微粒再循环(21)到混合区(12)中。使这些微粒的一部分再生(18)以使其恢复其原始性质。

如果添加了添加剂而没有改善处理的效率，那么还取回所述添加剂且使其再循环。

已经利用微粒对Seine水进行了试验，所述微粒呈直径在500到800μm之间且涂覆有不同的亲水性絮凝聚合物的聚苯乙烯珠粒的形式。

通过将聚苯乙烯珠粒与制备的浓度为0.1到1g/L的亲水性絮凝聚合物的溶液混合来获得这些微粒。

通过在具备导流器和搅拌器的小型(2.5L)Turbomix反应器中，在搅拌下添加剂量在15ppm到60ppm间变动的经典混凝剂(WAC HB)，来混凝待处理的水(已测量混浊度的Seine水)；

-在振荡一到两分钟之后，以小于Turbomix的内体积的10％的比率将涂覆有聚合物的漂浮微粒添加到Turbomix中，且使所述微粒在再循环流中保留至少一分钟，而不添加任何游离的絮凝剂；

-在停止振荡之后约十秒钟，测量水的混浊度。

第一组试验是在不添加以游离形式提供的任何吸附剂材料或专用于处理某一类污染的材料的情况下进行。

下表1中呈现利用所测试的不同类型聚合物获得的结果：

表1

所使用的每一聚合物均由SNF Floerger制造。

此表中指示的混浊度降低的结果表示污染的降低，证明了根据本发明的方法的效率，尤其是在絮凝聚合物由弱阳离子型或阴离子型聚合物构成时。

随后遵循与上文描述的方案相同的方案，用同一装置执行第二组试验，其中另外使用活性碳且将其与混凝剂同时引入。

下表2中呈现通过实施在水处理中常用的CAP剂量(10ppm和20ppm)获得的结果：

根据这些结果，所获得的混浊度值(约为0.5NTU)以及混浊度的降低率(97％)证实了将利用经絮凝聚合物功能化的漂浮微粒进行的浮选与吸附剂(CAP)结合的根据本发明的方法的变型的效率。

Claims (33)

1.一种用于通过涉及漂浮微粒的浮选来处理液体的方法，其包含将所述漂浮微粒添加到所述液体中的混合步骤、使所述漂浮微粒上升到所述液体的表面的浮选步骤，以及使已如此上升到表面的所述漂浮微粒与经处理液体分离的步骤，

所述方法的特征在于，所述漂浮微粒中至少一些的全部或一部分表面附着有至少一种絮凝聚合物材料，且所述方法不包含任何添加气体的步骤或任何添加未附着于所述微粒的游离絮凝材料的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝聚合物材料是弱阳离子型或阴离子型聚合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还将至少一种不同于所述絮凝聚合物材料的其它材料附着于所述微粒。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还将至少一种不同于所述絮凝聚合物材料的其它材料附着于所述微粒。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述其它材料是吸附剂材料。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述其它材料是吸附剂材料。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述其它材料具有既定用于从待处理液体去除待减少的特定污染物的化学基团或生物分子。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述其它材料具有既定用于从待处理液体去除待减少的特定污染物的化学基团或生物分子。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述化学基团是选自由羟基、醛、羧基、氨基、酰胺基、硫氢基、酯、磷酸基、甲基和苯基组成的群组。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述化学基团是选自由羟基、醛、羧基、氨基、酰胺基、硫氢基、酯、磷酸基、甲基和苯基组成的群组。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述生物分子是选自由多肽和核酸组成的群组。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生物分子是选自由多肽和核酸组成的群组。

13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述漂浮微粒是由选自由聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯和聚酰胺组成的群组的聚合物材料制成。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述漂浮微粒是由直径介于100与1500μm之间的聚苯乙烯珠粒构成。

15.根据权利要求1到12中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述漂浮微粒是中空的，且由选自由玻璃、陶瓷或金属组成的群组的材料制成。

16.根据权利要求1到12中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述絮凝聚合物材料和/或所述其它材料呈围绕所述漂浮微粒的涂层的形式。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述絮凝聚合物材料和/或所述其它材料呈围绕所述漂浮微粒的涂层的形式。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述絮凝聚合物材料和/或所述其它材料呈围绕所述漂浮微粒的涂层的形式。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述絮凝聚合物材料和/或所述其它材料呈围绕所述漂浮微粒的涂层的形式。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将所述絮凝聚合物和/或所述其它材料移植到构成所述漂浮微粒的材料上。

21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述絮凝聚合物和/或所述其它材料移植到构成所述漂浮微粒的材料上。

22.根据权利要求1到12中任一权利要求所述的方法，其特征在于，其包含再循环所述漂浮微粒的步骤。

23.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其包含再循环所述漂浮微粒的步骤。

24.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其包含再循环所述漂浮微粒的步骤。

25.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其包含再循环所述漂浮微粒的步骤。

26.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其包含再循环所述漂浮微粒的步骤。

27.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其包含再循环所述漂浮微粒的步骤。

28.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，其包含在所述再循环步骤之前实施的清洁所述漂浮微粒的步骤。

29.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，其包含在所述再循环步骤之前实施的清洁所述漂浮微粒的步骤。

30.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，其包含在所述再循环步骤之前实施的清洁所述漂浮微粒的步骤。

31.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，其包含在所述再循环步骤之前实施的清洁所述漂浮微粒的步骤。

32.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，其包含在所述再循环步骤之前实施的清洁所述漂浮微粒的步骤。

33.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，其包含在所述再循环步骤之前实施的清洁所述漂浮微粒的步骤。

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