CN103501906A - 用于测量添加剂浓度的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于测量添加剂浓度的装置和方法。该装置包括：处理流（1）和计量流（2）。使用计量装置（3）向计量流添加添加剂。在一些实施方式中，计量流在使用第一混合装置（4）添加添加剂之后被混合。在计量装置和混合装置的下游，使用监测流单元（5）测量计量流中的添加剂浓度。在一些实施方式中，计量流与处理流结合（6），并使用第二混合装置（7）进行混合。可以根据计量流与处理流的体积流率比和测量到的计量流中的添加剂浓度计算处理流中的添加剂浓度。

Description

用于测量添加剂浓度的方法和设备
技术领域
本发明总体涉及用于监测流动的处理流中的低浓度添加剂的方法和装置。在一个实施方式中，本发明涉及用于监测流动的处理流中的高铁酸盐的浓度。
背景技术
高铁酸盐是一种可以与多种无机或有机还原剂和基质进行反应的强氧化剂（R.L.Bartzatt,J.Carr,Trans.Met.Chem.,Vol.11(11),pp.414-416(1986);T.J.Audette,J.Quail,P.Smith,J.Tetr.Lett.,Vol.2,pp.279-282(1971);D.Darling,V.Kumari,J.BeMiller,J.Tetr.Lett.,Vol.40,p.4143(1972);R.K.Murmann,H.J.Goff,J.Am.Chem.Soc,Vol.93,p.6058-6065(1971)）。高铁酸盐可作为用于合成有机研究的选择性氧化剂，并且能够从水和非水介质氧化/去除多种无机和有机化合物，并且能够在水和非水介质中摧毁许多杂质。
因为高铁酸盐提供从溶液中自行去除高铁酸盐的合适机制，所以高铁酸盐经常用于水处理中。在所有氧化反应中，铁的最终产物为形成氢氧化低聚物的无毒的高铁离子。最后，进行絮凝和沉降以去除悬浮颗粒物质。
因此，作为当前的用于水、废水和污泥的处理方法的替代，高铁酸盐的使用可以提供安全、便利、通用和成本效益。在这方面，高铁酸盐是环境友好型氧化剂，在环保的角度上，高铁酸盐是其他氧化剂（尤其是铬酸盐和氯）的可行性替代品。三氧化二铁（通常被称为铁锈）为高铁酸盐还原的铁产物。因此，高铁酸盐具有成为“环境安全型”氧化剂的特性。虽然与高铁酸盐的氧化反应类似于用于MnO4 -和Cr O4 2-的那些已知氧化反应，但是高铁酸盐在其氧化反应中展现出具有更高反应率的更大的官能团选择度，并且总体上反应以产出更清洁的反应产物。
在此之前，在水处理中使用高铁酸盐因为缺乏稳定性而存在隐患。然而，最近的发现表明，高铁酸盐可以在靠近其生成位置处被使用，从而避免缺乏稳定性的问题并开辟了新的应用。例如，全文通过引用并入本文的在2004年9月14日公布的名为“合成氧化剂的方法及其应用（Methods of Synthesizing an Oxidant and Applications Thereof）”的第6,790,429号美国专利描述了在反应室中连续合成高铁酸盐的方法并将高铁酸盐的至少一部分输送至反应室附近的使用位置。全文通过引用并入本文的在2005年12月13日公布的名为“合成氧化剂的方法及其应用（Methods of Synthesizing an Oxidant and Applications Thereof）”的第6,974,562号美国专利描述了连续合成高铁酸盐的装置以输送至使用位置，其中在使用位置远离输出口，其中使用位置处的高铁酸盐的浓度大于或等于输出口处的高铁酸盐的浓度的一半。全文通过引用并入本文的在2009年1月13日公布的名为“合成高铁酸盐氧化剂的方法及其在压载水中的使用（Methods of Synthesizing a Ferrate Oxidant and its Use in BallastWater）”的第7,476,324号美国专利描述了处理压载水的方法及在储存压载水的位置合成高铁酸盐的方法。期望提供涉及在水处理和其他处理中使用高铁酸盐和其他低浓度添加剂的装置和方法。
发明内容
被高铁酸盐处理的水流的质量会随时间发生变化。这种变化可能增加或减少对高铁酸盐的需求，即，增加或减少处理该流所需的高铁酸盐的量。因此，需要实时测量加入到流中的高铁酸盐的浓度，以保证高铁酸盐剂量足以提供所需的处理水平。
以往，很难确定在处理流中的少量高铁酸盐的浓度。当今的许多分析方法无法精确测量高铁酸盐强度。在一些情况下因为测量方法的不兼容，导致出现强于或弱于实际高铁酸盐的强度。一种测量高铁酸盐强度的流行的方法为通过分光光度法测量。高铁酸盐吸收波长在约500nm至约520nm范围内的光，例如510nm波长的光。可以通过分光光度计测量吸收的光，由此确定在水样中的高铁酸盐的浓度。分光计按照吸光单位（A.U.）显示吸光度测量结果。
然而，因为高铁酸盐是一种强大的化学处理剂且制造和使用的成本十分昂贵，因此，希望使用非常小的剂量来达到有效经济的水处理。因此在这种情况下使用典型的监测方法测量的高铁酸盐的吸光水平非常低。因为高噪音水平，所以以检测器的下限测量吸光度将导致测量不准。因此，直至今日，还无法在低浓度下精确地测量高铁酸盐的浓度。高浓度的高铁酸盐可以提高测量精确度。然而，在使用高浓度时，即过量高铁酸盐时，将极大程度地增加成本。
用于废水处理的其他更加传统的方法，如使用氯的处理无需监测低剂量下的浓度。因为氯十分廉价，故操作员可以使用大量或过量的氯，所以无需提供精确的低浓度测量。高铁酸盐远贵于氯并且使用与有效进行废水处理所需的高铁酸盐相比过量的高铁酸盐时将无法实现经济效益。因此，本技术领域需要一种有效地测量处理流中的低剂量高铁酸盐浓度的装置。
本文中公开一种用于间接监测流动的废水流中的高铁酸盐的浓度的方法。在一个实施方式中，该方法包括：将流动的废水流中的至少一部分转移至计量流。流动的废水流的体积流率与计量流的体积流率可以为固定比例。在一个实施方式中，该方法包括：在高铁酸盐添加位置处向计量流添加高铁酸盐并在高铁酸盐添加位置的下游使用分光光度计监测计量流中的高铁酸盐的浓度。在一个实施方式中，该方法包括：结合包含高铁酸盐的计量流与废水流，其中高铁酸盐进入废水流。
还公开一种用于监测处理流中的低浓度高铁酸盐的装置。在一个实施方式中，该装置包括：处理流；以及从处理流转移出的计量流。在一个实施方式中，计量流的体积流率小于处理流的体积流率。在一个实施方式中，沿计量流设置高铁酸盐计量泵；沿计量流在高铁酸盐计量泵的下游位置设置监测流单元。监测流单元用于测量计量流中的高铁酸盐的浓度。在一个实施方式中，监测流单元包括光度计。
还公开一种用于间接监测流动的处理流中的低浓度添加剂浓度的方法。在一个实施方式中，该方法包括：将处理流中的至少一部分转移至计量流，其中处理流的体积流率与计量流的体积流率为固定比例。在一个实施方式中，该方法包括：向计量流添加添加剂，测量计量流中的添加剂浓度并使包含添加剂的计量流与处理流结合。
还公开一种用于向处理流添加低浓度添加剂的方法。在一个实施方式中，该方法包括：使处理流流动；以及将处理流中的至少一部分转移至计量流，其中计量流的体积流率小于处理流的体积流率。在一个实施方式中，该方法包括：向计量流添加初始浓度的添加剂。之后，计量流中的添加剂可以与处理流结合，从而添加剂能够以较低的测量的剂量用于处理流中。
还公开一种用于控制处理流中的添加剂浓度的方法。在一个实施方式中，该方法包括：将处理流中的至少一部分转移至计量流，其中计量流的体积流率小于处理流的体积流率。在一个实施方式中，该方法包括：使用光度计测量计量流中的添加剂的初始浓度，基于测量到的计量流中添加剂的初始浓度，调节添加至计量流的添加剂的量，并且使包含添加剂的计量流与处理流结合。
还公开一种用于向流动的处理流中添加高铁酸盐的方法。在一个实施方式中，该方法包括：在高铁酸盐添加点向处理流添加高铁酸盐并在高铁酸盐添加点的下游使用光度计监测处理流中的高铁酸盐的浓度。
附图说明
图1示出用于监测低浓度添加剂的浓度的设备的一个实施方式。
具体实施方式
图1示出用于监测处理流1中的低浓度添加剂的装置装置的一个实施方式。本文中使用的术语“处理流”或者“流动的处理流”是指任意水溶液的流。优选地，该水溶液为被处理以用于净化的水流。该水溶液可以包含：废水、压载水、饮用水、再生水、工艺用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它们的组合物。
在一些实施方式中，期望通过非常低浓度的添加剂处理处理流。事实上，添加剂的浓度可以非常低，以至于由于过量噪声而无法精确测量。因此，可以采用监测浓度的间接方法。添加剂可以为任意的氧化剂、非氧化剂、消毒剂、凝结剂、絮凝剂或者它们的组合物。氧化剂的一些有用示例包括高铁酸盐、臭氧、氟、氯、溴、碘、次氯酸盐、氯酸盐、硝酸、三氧化铬、铬酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐、锰酸盐或者过氧化氢。在一个实施方式中，氧化剂为高铁酸盐。非氧化剂的一些示例包括亚铁、零价铁以及三价铁诸如氯化铁。
虽然在处理流中添加剂的所需浓度可能太低以至于无法测量，但是在具有较低体积流率的流中可以精确测量等量的添加剂。因此，在一个实施方式中，该装置包括：从处理流转移出的计量流2。术语“计量流（dosing stream）”是指从处理流分离出的流。在一些实施方式中，计量流为独立的管，但是计量流也可以通过其它任何分割方式从处理流分离出来。计量流的长度可以变化。例如，本技术领域的普通技术人员可以根据容纳待处理的水的系统的尺寸来改变计量流的长度。
如果计量流的体积流率小于处理流的体积流率，则需要更少量的添加剂来达到可以在计量流中精确测量的浓度。可以在测量计量流中的添加剂浓度之后使用处理流与计量流的体积流率的比来计算处理流中的添加剂浓度。例如，假设处理流中需要10PPM的添加剂，但是无法在低于100PPM的情况下精确测量添加剂，此时可以将处理流与计量流的体积流率的比配置为约10:1。在该示例中还可以使用其他体积流率，比如15:1、20:1和25:1。本领域普通技术人员可以根据其他因素例如成本、现成的管尺寸和可用空间确定体积流率比。如果体积流率为10:1，则在计量流中添加量为100PPM的添加剂将在处理流中产生10PPM的添加。因为计量流中的100PPM的浓度是能够精确测量的，故这允许间接计算在两个流重新结合的下游的处理流中的添加剂浓度。
在一些实施方式中，计量流的体积流率优选为小于处理流的体积流率。处理流与计量流的体积流率比可以为固定比。在一个实施方式中，该固定比可以为约2:1至约100:1。优选地，体积流率比为约3:1至约50:1。在一个实施方式中，体积流率比为约5:1至约20:1。
在一个实施方式中，该装置包括沿计量流设置的用于添加添加剂的计量供给装置3。在一些实施方式中，计量供给装置为高铁酸盐计量泵。高铁酸盐计量泵可以通过已知的计算机输入方式控制，并且可以被编程为响应于该装置的其他输入。
在一些实施方式中，该装置包括设置在计量供给装置下游的监测流单元5，监测流单元5用于测量计量流中的添加剂浓度。监测流单元可以包括光度计。在一些实施方式中，光度计可以包括分光光度计。当高铁酸盐被用作添加剂时，分光光度计可以在约500nm至约520nm的波长下监测高铁酸盐的浓度。在一个实施方式中，可以在约510nm的波长下测量高铁酸盐的浓度。当氯化亚铁或氯化铁被用作添加剂时，分光光度计可以在约310nm至约330nm的波长下监测高铁酸盐的浓度。在一个实施方式中，可以在约320nm的波长下测量亚铁或三价铁的浓度。
如果添加剂均匀地分布于计量流中，则可以更加精确地测量添加剂的浓度。可以通过使用任意数量的混合装置来获得添加剂的均匀分布。在一个实施方式中，该装置包括设置在计量供给装置下游并设置在监测流单元上游的第一混合装置4。该混合装置可以选自由机械混合装置、液压混合装置或者声波混合装置。机械混合装置包括例如静态混合器、泵、均质器或静态流（statiflo）单元。液压混合装置包括例如喷射器或排泄器。声波混合装置包括例如超声波粉碎机。
在一些实施方式中，计量流与处理流在监测流单元下游的位置6处重新结合。计量流与处理流的重新结合允许添加剂对处理流进行处理。在一些实施方式中，确保添加剂在处理流中均匀分布是有益的。由此，在一些实施方式中，该装置包括设置在计量流与处理流重新结合的点的下游的第二混合装置7以允许处理流的均匀混合。第二混合装置可以与第一混合装置相同或不同。
本文中还公开一种用于间接监测流动的废水流中的高铁酸盐的浓度的方法。如上文记载，高铁酸盐为强氧化剂。在一些废水处理环境中，处理浓度太低以至于无法使用传统的测量方法进行检测。然而，所需量的高铁酸盐可以添加至具有较小体积流率的流，以允许在较高的相对浓度下进行精确测量。
在一个实施方式中，该方法包括：将流动的废水流中的至少一部分转移至计量流，其中，流动的废水流的体积流率与计量流的体积流率按固定比例配置。计量流为从处理流分离出的流。在一些实施方式中，计量流为独立的管，但是计量流还可以通过分割这两个流的其它任何方式从处理流分离。
计量流的体积流率优选配置为小于废水流的体积流率。因此，少量的高铁酸盐可以被添加至计量流以达到可以精确测量的浓度。在一个实施方式中，体积流率的固定比可以为约2:1至约100:1。优选地，体积流率比为约3:1至约50:1。在一个实施方式中，体积流率比为约5:1至约20:1。
在一些实施方式中，该方法包括：在高铁酸盐添加位置向计量流添加高铁酸盐。可以通过任意方法添加高铁酸盐，这些方法包括使用高铁酸盐计量供给泵。在一些实施方式中，在高铁酸盐添加位置的下游点处测量计量流中的高铁酸盐的浓度。可以通过任意方法测量高铁酸盐的浓度，这些方法包括使用分光计。在一个实施方式中，基本连续地测量计量流中的高铁酸盐的浓度。通过基本连续地测量浓度，可以实时调节在高铁酸盐添加位置处添加的高铁酸盐的量以满足不同需求。
在一些实施方式中，需要在高铁酸盐添加位置的下游混合计量流，以允许高铁酸盐更加均匀分布在计量流中。在高铁酸盐添加位置的下游与测量浓度的点的上游混合流，以在测量浓度之前均匀地混合流。可以通过使用任意的如上所述的混合装置混合计量流。
在一个实施方式中，在测量完浓度之后，包含高铁酸盐的计量流与废水流重新结合以允许高铁酸盐对流动的废水流进行处理。在获得计量流中的高铁酸盐的浓度之后，可以根据计量流中的高铁酸盐的浓度和废水流与计量流的体积流率的比间接计算废水流中的高铁酸盐的浓度。相应地，即使废水流中的高铁酸盐的浓度低于直接精确测量的浓度，也可以计算废水流中的高铁酸盐的浓度。在间接计算废水流中的高铁酸盐的浓度之后，可以实时调节高铁酸盐的添加量以满足当前的需求。例如，监测流单元可以测量计量流中的高铁酸盐或其他添加剂的量，并与管理添加剂的计量供给泵进行通信以调节添加速率。
本文中还公开一种用于间接监测流动的处理流中的低浓度添加剂浓度的方法。在一些实施方式中，添加剂浓度太低以至于无法使用传统的测量方法进行检测。然而，所需量的高铁酸盐可以添加至具有较小体积流率的流，以允许在较高的相对浓度下进行精确测量。在一些实施方式中，该方法包括：使处理流的至少一部分流入计量流并向计量流添加添加剂。
流动的处理刘可以为任意水溶液流。水溶液流可以包含：废水、压载水、饮用水、再生水、工艺用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它们的组合物。计量流为从处理流分离出的流。在一些实施方式中，计量流为独立的管，但是计量流还可以通过其它任何分割方法从处理流分离。添加剂可以为氧化剂、非氧化剂、消毒剂、絮凝剂或凝结剂或者它们的组合物，但并不限定于此。有用氧化剂的一些示例包括：高铁酸盐、臭氧、氟、氯、溴、碘、次氯酸盐、氯酸盐、硝酸、三氧化铬、铬酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐、锰酸盐或者过氧化氢。在一个实施方式中，氧化剂为高铁酸盐。非氧化剂的一些示例包括：亚铁、零价铁以及三价铁，如氯化铁。
在一些实施方式中，该方法包括：在向计量流添加添加剂的位置的下游处测量添加剂的浓度。可以通过使用光度计测量浓度。在一些实施方式中，使用分光光度计执行添加剂浓度的光度计测量。在一个实施方式中，分光光度计配置在与添加剂相对应的波长下。优选地，使用约290nm至约350nm或约480nm至约540nm波长下的分光光度计执行测量。更优选地，使用约310nm至约330nm或约500nm至约520nm波长下的分光光度计执行测量。在一些实施方式中，基本连续地测量计量流中的添加剂浓度。
还公开一种用于控制处理流中的添加剂浓度的方法。当所需浓度太低以至于无法精确测量时，很难控制添加剂的浓度。在一些实施方式中，该方法包括：将至少一部分处理流转移至计量流。计量流允许用户向计量流添加添加剂、精确测量添加剂的浓度以及在将计量流与处理流混合之前控制该浓度。之后，可以调节添加至计量流的添加剂的量以控制处理流中的添加剂的浓度。
在一个实施方式中，低浓度添加剂为高铁酸盐。在一些实施方式中，在高铁酸盐添加位置处向处理流添加高铁酸盐。在一些实施方式中，在高铁酸盐添加位置的下游使用光度计监测处理流中的高铁酸盐的浓度。
如上所述的实施方式可以任意地与高铁酸盐的任何用途结合使用以增加测量效果，从而增加处理工艺的整体效果。下文中仅描述一些高铁酸盐的潜在用途和本发明增加所述用途的效果的方法。
高铁酸盐的用途
总体上，高铁酸盐可以与任意已知处理结合使用并且可以用于任意已知目的。高铁酸盐特别用作氧化剂、絮凝剂和/或凝结剂。尤其是，高铁酸盐的潜在用途包括以下内容：去除工业电解槽中的颜色；制造用于费-托（Fischer-Tropsch）工艺的催化剂以从一氧化碳和氢生成还原的碳氢化合物；半纤维素的提纯；烯烃、烷基侧链、有机硫化合物、硫醇亚磺酸、有机氮化合物、羧酸、卤化物、醇和醛的选择性氧化以及在氧化偶联中；作为用于水、废水和污水处理的一般氧化剂；作为杀菌剂或杀病毒剂进行消毒；磷酸化酶灭活剂；防腐蚀涂料添加剂；废气的脱硝；用于电池的电极；来自废水的氰化物和硫氰酸的解毒；氧气需求测量；去除HNC和致癌分子的香烟过滤器；用于有害的废弃物和其他废弃物（例如来自纸浆产业）的氧化剂；从低压气流中去除硫化氢以进行污染控制；在不联产有害产物的情况下从废水和饮用水中去除具有致突变性和致癌性特征的污染物质，如萘、硝基苯、二氯苯和三氯乙烯；添加至水泥的结构固化剂；在去除细菌细胞的步骤中灭活大肠杆菌、沙门氏菌、志贺氏菌和其他粪大肠菌的消毒剂；去除链球菌和金黄色葡萄球菌；生物污染控制的非腐蚀性氧化剂，例如，在发电厂和舰载冷却系统中去除由微生物形成的污泥膜；在氧化凝固处理工艺中去除饮用水中的细菌、重金属和无机物；在“诺克斯（Knox）”处理中从酸性气体去除硫化氢；对农业残余物进行脱木质化，以从小麦秸秆产出葡萄糖和乙醇；用于具有高聚合物粘结剂含量的柔性塑料的钡和锶高铁酸盐的磁性填料；支持其他氧化剂，如铬（VI）和高锰酸钾（KMnO4）；烧结炉的尾气脱硝；从供给至锌厂的溶液中去除杂质；净化含有氰化物和硫氰酸的废水；苯酚、亚硫酸钠和硫代硫酸钠的氧化破坏；在蒸汽气化步骤中用作燃烧煤的催化剂以去除杂质；砂轮的组成部分；用于蒸发膜的流体形式的蚀刻剂；以及用于需要铁磁特性的电子器件中的陶瓷封装稀土金属的高铁酸盐。在全文通过引用并入本文的Deininger的第5,202,108、5,217,584和5,370,857号美国专利中讨论了上述应用和其他的应用。
将在下文中讨论高铁酸盐的其它用途。
A.废水的处理
如上述记载，当前需要发展安全、廉价且“环境友好”的氧化剂，尤其是用于水和废水处理的应用。处理包含有害的有机和无机化合物的生产和市政污水为重要的致力点。目前，存在有许多去除污染物的方法，包括：吸附、混凝、生物降解、化学降解和光降解。化学降解通常为用于水处理的最经济可行且最简便的方法，并且通常涉及氯、次氯酸盐或臭氧。虽然有效，但是这些氧化剂通常具有有害的副作用。氯和臭氧是具有毒性且腐蚀性很强的气体。
次氯酸盐总体上以固体或水溶液提供；然而，次氯酸盐是通过使用氯气生成并且在加热或化学处理不当时能够迅速分解为氯。而且，尽管次氯酸盐，OCl-，在较小操作中用作水处理的氯源，但是其成本昂贵。
此外，因为具有剧毒，氯或次氯酸盐的处理对于工人而言具有潜在的危险。氯和含氯氧化剂的主要缺点为，过量的氯可能产出氯化氧化产物（如：氯胺、氯化芳烃、氯化胺或碳氢化合物），这些产物中有许多是潜在的诱变剂或致癌物质，并且可能比原污染物更具毒性和/或更难去除。因为这些化合物对公众健康构成潜在危害，所以需要摆脱氯的使用。
高铁酸盐可用于废水、污水或污泥处理。高铁酸盐与有机或无机化合物以及如细胞、细菌、病毒等生物实体进行反应是本技术领域的公知常识。在这些反应中，基质被氧化成无生物活性的产物。高铁酸盐分子本身被还原为Fe(III)，Fe(III)以Fe(OH)3或其他Fe(III)盐形式从溶液中沉淀出来。含铁盐可被轻易过滤，并留下含有无害的副产品的无铁水。
大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、志贺氏杆菌（Shigella）为肠杆菌科的所有成员。这些细菌以及一些在本技术领域的技术人员已知的其他细菌具有相似生理特征，包括杆形革兰氏阴性兼性厌氧生物体。大肠杆菌很久以来一直用作水系统中的粪便污染指标，并且存在大量可用于这种特定生物体的杀菌文献。高铁酸盐为抑制清洁系统中的悬浮细菌生长的有效的生物杀灭剂。高铁酸盐在相当低的浓度下有能力迅速灭活多个已知病原体。
高铁酸盐还是对抗病毒（例如F2病毒）的有效的消毒剂。已对高铁酸盐的抗病毒活性进行了研究，并已发现高铁酸盐可有效地使病毒失活（Kazama,Wat.Sci.Tech.31(5-6),165-168(1995)）。高铁酸盐还在水系统中凝结浑浊，并且在水和污水处理设施中所使用的合理的高铁酸盐浓度下灭活大部分肠道致病菌。
还对高铁酸盐的生物杀灭特性进行了研究（Y.Yamamoto,Mizu ShoriGijutsu,Vol.24,p,929(1983)）。高铁酸盐具有作为强效杀菌剂的能力，这是其应用为水处理剂的重要特性。高铁酸盐已作为消毒剂使用于河水处理以及城市污水处理工艺中；在其使用中，大肠菌群的去除取决于pH值。其已被证明可有效地对抗大肠杆菌和球衣细菌属（sphaerotilus）（F.Kazama,J.Ferment.Bioeng.,Vol.67,p.369(1989)）。高铁酸盐还被用于从处理后的污水和河水中去除大肠细菌（F.Kazama和K.Kato,HamanashiDaigaku Kogakubu Kenkyu Hokoku,Vol.35,p.117(1984)）。
此外，高铁酸盐可用于氧化污水处理厂的二级排水中的氨。主要氧化产物是氮，而且在该产物中还存在一些亚硝酸盐。这些氧化产物都是环境友好的。
市政和工业污水处理厂可以利用高铁酸盐的上述特性。可以在水处理设施附近设置高铁酸盐生产设备。在现场将新生产的高铁酸盐混入来自市政污水线或工业污水线的废水。高铁酸盐生产设备根据与所有流出物中存在的废物进行反应的需要生产适量的高铁酸盐。
因为高铁酸盐为有效的消毒剂，故其具有替代广泛使用的饮用水加氯消毒法的潜力。随着污染的加剧，需要能够由个人在“小”量饮用水的情况下以及在市政/工业废水水平下安全使用的水净化剂。例如在理想的情况下，净化剂应该能够消毒，并通过絮凝去除悬浮微粒物、重金属（包括放射性同位素）和一些有机物，从而通过氧化至少部分地破坏溶解的有机污染物，并且作为最后的步骤，从溶液中去除其本身。符合这些条件的一步式净化试剂为FeO4 2-，即高铁酸盐。这种离子能够成功地与现有的两步式氯化/三价铁硫酸、絮凝技术竞争，从而避免有毒或致癌的卤化有机物的生成。
因为高铁酸盐具有多用途的氧化剂-凝结剂特性，这非常有益于处理化学和制药公司所产出的废水。这些公司每年花费着数百万美元的清理成本以清理在它们的工艺中使用过的受污染的水或者产出的受污染的水。由这些公司产出的几乎所有的污水都可被高铁酸盐氧化为相对无害的副产品，并且留下的水可以直接流入到市政污水处理系统中，并在没有特殊治理的情况下进行处理。因此，任何产出带有机物、无机物或生物杂质的废水的公司都可以在它们的排水线末端设置高铁酸盐生产设备。
市政污水处理系统遭受着一种特殊负担。市政污水处理系统超载有任意可想象到的废物，其中大多数为有机物或生物。一旦过滤掉大型物体之后，下水道设施必需处理可溶于水中的残余物。通常，废水设施通过活性炭或其他与有机化合物有亲和力的过滤器过滤废水或通过生物方法处理废水。这些处理缓慢且昂贵。因为这些设施对流入的废水的缓慢反应经常导致暴雨期间下水道溢出。在沿海地区，这将导致原料和未经处理的污水蔓延至附近的海洋或湖泊中，从而造成环境破坏。虽然可使用氧化剂方便地迅速去除无需的废物，但是目前可在市面上买到的氧化剂要么成本过高，要么产生的副产物，这种副产物有时还比废物本身更具环境危害性。
此外，非常需要一种用于在市政下水道系统和污水处理场和废水处理设施中控制H2S的方法。废水处理中的持续性主要问题之一为，设施结构通过接触硫化氢气体（H2S）而严重腐蚀，或者设施结构与空气接触后的氧化产物。同样重要的是暴露于H2S气体（即使是很短时间）而产生的健康风险；这种健康风险被报告为导致下水道工人死亡。另一个主要问题为H2S气体具有恶臭，由此导致暴露在该气体下的人感到不适。
已知，高铁酸盐非常有用于多种废水处理应用。已着眼于在一些工业应用中使用高铁酸盐（尤其是通过一些有机和无机基质）对高铁酸盐的氧化和它们对于废水处理的应用进行了研究（第1285-88(1985)号，水的氯化和化工环境对于身体健康的影响的研讨报告（Proceedings of theConference on Water Chlorination and Chemical Environmental ImpactHealth Effects）；J.D.Carr,P.B.Kelter,A.Tabatabai,D.Spichal,J.Erickson和C.W.McLaughlin著）。废水处理中的高铁酸盐应用不仅涉及其氧化能力，而且还涉及其他多用途的特性，如其絮凝体形成、消毒特性和总体修复功能。
已在试点水平下测试使用高铁酸盐的地下水直接过滤（T.Waite,Environ.Sci.Technol.,Vol.17,p.123(1983)）。已调查生物污染控制（R.L.Bartzatt and D.Nagel,Arch.Env.Health,1991,Vol.46(5),pp.313-14(1991)）。研究表明，高铁酸盐的混凝特性可用于除浊（S.J.de Luca,C.N.Idle,A.C.Chao,Wat.Sci.Tech.33(3),119-130(1996)）。研究表明，当模型冷凝器被供给10-5M的高铁酸盐溶液（每天两次、每次5分钟）时，生物膜的生长被抑制（T.Waite,M.Gilbert,和C.Hare,Water Tech/Qual.,pp.495-497(1976)）。
已报告废水中的作为强效致癌物质的亚硝胺的高铁酸盐氧化破坏（D.Williams和J.Riley,Inorg.Chim.Acta,Vol.8,p.177(1974)）。
已发现较低剂量的高铁酸盐可减少国内二级污水中的BOD（生物需氧量）和TOC（总有机碳）（F.Kazama和K.Kato,Kogabkubu KenkyuKokou,Vol.35,pp.117-22(1984)）。
可采用高铁酸盐处理来自市政源的工厂废水和污泥。已发现在125-1000mg/L的K2FeO4剂量水平下的处理因为高分子量有机物的部分氧化而显着降低了对锰的化学需氧量（CODMn）。在使用高铁酸盐进行处理之后，UV光谱的减少已经说明在高铁酸盐减少时产生的铁(III)凝聚物内的黄腐酸和腐殖酸被去除（F.Kazama和K.Kato,Kogabkubu KenkyuKokou,Vol.34,pp.100-4(1984)）。
聚氨基羧酸盐例如二乙烯三胺五乙酸（DTPA）、乙二胺四乙酸（EDTA）和次氮基三乙酸（NTA）是人工合成配体，该人工合成配体与大部分金属形成稳定复合物并且用于各种工业应用，诸如照相显像、造纸和纺织印染。乙烯二胺二琥珀酸（EDDS）与过渡金属形成六齿配体螯合物并且用于消费产品，例如洗衣粉。EDTA为用于核电反应堆的主热输送系统的化学去污配方的组成部分。在许多美国能源部（DOE）站点报道过重金属与聚氨基羧酸盐共存。这些聚氨基羧酸盐难以生物降解（例如EDTA），与其他安全监管问题相关联（例如NTA）或者低效（例如柠檬酸盐）。高铁酸盐能够将聚氨基羧酸盐和金属-聚氨基羧酸盐降解为简单的产物。
一些化合物已上榜EPA污染物候选名单（CCL）。这些化合物包括：二嗪农、乙拌磷、地虫磷、特丁磷、草净津、扑草净、1,2-二苯肼、硝基苯、乙草胺、2,4,6-三氯苯酚和2,4-二氯苯酚。高铁酸盐可以氧化这些化合物。
汽油添加剂甲基叔丁基醚（MTBE）是一种普遍存在的地下水污染物。美国地质调查局国家水环境质量评估项目通过在27%的被测试城市井中得出了该结论。最近的一个调查表明，在美国所有社区饮用水井中的5%至10%中检测出甲基叔丁基醚（MTBE）污染。其坚称在含有石油的含水层中。地下水中的MTBE可以使用高铁酸盐氧化为相对无危害的化合物。
三氯乙烯（TCE）是工业中大量使用的非易燃溶剂，其是最常见的有机地下水污染物之一，并且被列为“可能的人类致癌物”。TCE依次被还原为二氯乙烯（DCE）异构体、氯乙烯（CE）和乙烯。因为便于现场实施和较低成本，所以在整治被污染的地下水中使用高铁酸盐是非常具有吸引力的。
高氯化酚衍生物例如五氯苯酚（PCP）被美国环保局列为重点污染物。PCP主要用作木材防腐剂和一般的杀菌剂。PCP为疑似致癌物质并且其热解和燃烧反应产物比PCP本身更具毒性。可以利用高铁酸盐降解PCP。
高铁酸盐还可以应用于农药行业的污水流中。作为农业行业的普遍产物之一，除草剂氟乐灵（trifluaraline）是一个出现之前的、细胞和核分裂抑制剂。其对于人类具有剧毒。可以在含有如氟乐灵的化合物的农药行业的污水流中应用高铁酸盐。
存在于源自纺织行业的废水中的染料引起了特定的环境关注，因为这些染料会对水带来不期望的颜色。它们通常也是有害的化合物并且能够通过水解、部分氧化、或其他在废物处理阶段发生的化学反应生成毒副产物。使用高铁酸盐可以实现来自纺织行业的不同类别的纺织染料的脱色和降解。
在制药和精细化工制造中，有机转换使用基于过渡金属化合物的氧化剂按照常规进行。合成方法学的最大问题之一为选择性氧化。例如，通过Cr(VI)或Mn(VII)进行的醇的氧化缺乏特异性和选择性。在这些反应中，高铁酸盐具有选择性和特异性。Fe(III)副产物的无毒特性使高铁酸盐成为环境安全的氧化剂。在有机合成中可以利用高铁酸盐，由此减轻氧化过程对环境的影响以及降低其成本（“绿色化学”）。
硫脲及其衍生物是已知的腐蚀抑制剂并且被用作为化学络合剂以清洁工业设备（如锅炉和核反应堆）中产生的水锈。因为硫脲对水生生物的毒性，所以在排放锅炉化学清洗废物（BCCW）之前需要对其进行处理。高铁酸盐可以轻易地从锅炉化学清洗废物（BCCW）去除硫脲及其衍生物。
炼油厂和焦炭加工厂生成含硫磺和氰化物的化合物。这些污染物具有毒性并且因为具有难闻的气味而对环境有着显著影响。此外，因为其高氧需求，所以很难接受其存在于环境中。高铁酸盐可用于石油工业废水以去除与含硫磺和氰化物的化合物相关的异味。
饮用水供应方有时会受到由锰(II)的存在导致的异味的困扰。锰(II)引起美观的问题，如有色水、浑浊、污水、异味。锰(II)还可能加快生物生长，这进一步加剧异味的问题。通过使用高铁酸盐将可溶Mn(II)氧化为难溶的氢氧化物和氧化物固相（即氧化为MnOOH和MnO2）以去除Mn(II)。
在战场上以及试点工厂和化学制剂的生产、储存，销毁地点。化学战剂都需要去污。高铁酸盐可以氧化化学战剂，例如VX（O-乙基-S-(2-二异丙基氨乙基)-甲基硫代膦酸乙酯（O-ethyl-S-(2-diisopropylamino)ethylmethylphosphono-thioate））、GD（甲氟膦酸叔己酯（pinacolyl methylphosphonofluoridate））、GB（甲氟膦酸异丙酯（2-propylmethylphosphonofluridate））、芥子气（2,2'-二氯二乙硫醚（2,2'-dichlorodiethyl sulfide））、HD（二氯二乙硫醚（bis(2-chloroethyl)sulfide））。高铁酸盐有许多应用，例如在需要迅速且便捷地应用去污剂的战场上环境友好地“仓促”去污。
在源自海上和陆地上的生产作业中的天然气的还原过程中，生成采出水，其含有有机和无机物质的复合混合物。在美国，每年产出约有120亿桶的采出水。这种大量的采出水造成了重大的环境问题。水的毒性和有机负荷成为了采出水对环境的主要影响。通过使用高铁酸盐的处理可以降低油田采出水的有机负荷和强烈毒性。
供水中含有砷化合物是一个世界性的健康问题。成千上万的人们已经表现出砷中毒的症状。由世界卫生组织和欧共体推荐的水中含砷的最大阈值为10微克/升。当前的去除程序不足以使供水中的砷含量达标。在涉及氧化、吸附和沉淀的步骤中，可以通过高铁酸盐从水中除去砷。
近年来，存在于可饮用的地面和地下供水中的天然有机物（NOM）已经受到了有越来越多的关注。关注的理由之一涉及通过氯化法进行的水处理中形成的消毒副产物（DPB's）。通过氯化法氧化NOM生成氯化碳氢化合物，其中许多产物为已知或疑似致癌物。高铁酸盐具有作为环境友好整治处理以降低饮用水中的DPB's的水平的优良潜力。这个过程将不会产生毒性氯化有机物并且还可以有效地将NOM矿化为二氧化碳，潜在地完全消除DPB's的产生。
高铁酸盐溶液可用于开发一种用于保护钢铁铸件免受腐蚀的方法。该程序基于在金属上的高铁酸盐薄膜的腐朽而形成的三氧化二铁。在这种程序中，使碱金属高铁酸盐与包含还原剂的碱金属溶液的混合物与金属表面相接触。
使用金属盐（例如明矾、三价铁氯化物和硫酸亚铁）从溶液中去除固体具有多个缺点。第一，水和金属离子的结合生成一种具有高水含量以至于增加脱水成本的凝胶状污泥。第二，在盐的添加之后水变得更具酸性，导致盐的凝结剂特性降低。第三，金属磷酸盐复合物的形成导致溶液中的磷酸盐水平降低，以至于磷酸盐很难用于杀菌。这搅乱了系统的生物功能。将合成有机聚合物用作常用的凝结剂和絮凝剂以替换金属盐。为了达成这个目的，需要大量的聚合物，这使得处理工艺成本很高。使用合成聚合物也具有多个缺点。由于聚合物的可溶性，导致合成聚合物向水中排放有毒物质。此外，可溶性还极大程度地受环境因素例如温度和pH值影响。聚合物对水质非常敏感，并且几乎对BOD没有效果。聚合物和高铁酸盐的组合物可以是有利的。这种组合物可需要少量凝结剂，由此成本不高。聚合物-高铁酸盐的复合物可以形成为从聚合物的可溶性中消除毒性。聚合物-高铁酸盐的复合物还可以具有多用途特性并且可以较不敏感于水质。
如上文所述，需要低浓度的高铁酸盐以用于有效地处理如上文所述的类型的水。然而，无法使用传统的方法可靠地监测这种浓度。因为没有在如此低浓度下可靠地测量高铁酸盐的方法，操作员需要使用高于所需浓度的高铁酸盐，这导致成本剧增。在本文中公开的发明允许操作员在处理所需的低浓度下监测高铁酸盐的浓度，从而极大地节约成本。
B.娱乐用水的处理
可以在泳池和水疗应用中使用高铁酸盐。众所周知，泳池、按摩浴缸和水疗设施中存在有机废物污染。废物从游泳者的身体进入到水中或者通过风或昆虫进入到水中。如果不及时处理，则使得水变得浑浊且难闻。常用的处理方法包括：添加氧化剂，如漂白剂和抗细菌或抗真菌剂。这些处理方法产生不必要的副作用。残留在水中的氧化剂对于使用水的游泳者的皮肤产生不利影响。此外，氧化剂产生环境有害的副产物，如氯化碳氢化合物。
根据本文所公开的方法，可以使用高铁酸盐处理泳池水流，由此将所有的有机废物氧化为无害的产物，过滤掉铁盐，并将干净的水重新引入到泳池中。因为从长远来看，高铁酸盐的成本低于需要用于处理泳池的许多购买的氧化剂和抗真菌化学品，所以这代表着净化泳池水的高效且经济的方法。可在通过高铁酸盐处理的任何泳池或按摩浴缸中安装本发明的设备，从而可以在处理所需的低浓度下精确地实时监测高铁酸盐的浓度。
C.在加工厂中的用途
许多加工厂生成包含例如蛋白质、碳水化合物、脂肪和油的生物固体的液体流，其中在流从工厂排出之前必需进行处理以去除潜在有价值的生物固体产物。这些液体流通常源自食品加工厂，并且在以重量为基准时具有约0.01％至5％的固体含量。通过使用高铁酸盐提供一种用于澄清这种流的处理工艺，从而使固体絮凝，并生物固体选择性地从固体中分离。随后可以使用生物固体，例如使用在动物饲料中。
如本文定义，“絮凝”是指从包含生物固体的流中分离悬浮的生物固体，其中生物固体凝聚并分离至生物固体之前悬浮的流的上部或底部。絮凝产出絮凝的物质，其在需要时可以从流中物理分离。希望最大化絮凝物质的尺寸以便于从流中去除该物质。
待处理的液体流可来自任何产出包含生物固体的液体流的加工厂，如食品加工厂。例如，动物屠宰加工厂和其他食品加工厂可以产出包含蛋白质、脂肪和油的液体流。动物屠宰加工厂包括：牛、猪、家禽和海鲜加工厂。其他食品加工厂包括：蔬菜、谷物加工厂和加工大豆、水稻、大麦、奶酪、乳清的乳品加工厂；湿式粉碎淀粉和谷物的工厂；以及啤酒厂、酿酒厂和葡萄酒厂。来自这些加工工艺的液体流中存在的生物固体可包括：糖、淀粉以及除蛋白质、脂肪和油以外的碳水化合物。例如，加工大豆时，蛋白质被提取到液体流中，在液体流，蛋白质基本被回收。
虽然本发明有用于产生生物固体的水悬浮液的传统食品加工业务，但是应当认识到，本发明还有用于源自非食用端用途的食品（动物或蔬菜）物质的加工的生物固体的水悬浮液的处理。例如，当分离和回收时，蛋白质非常有用于一些化妆品和其他护肤配方中；淀粉有许多非食品用途，包括用于造纸。再者，本发明总体上有用于处理包含源自非食用加工操作的生物固体的任何水流。此外，如上文公开，虽然生物固体总体上悬浮于基本水流，但是溶解于该流中的生物固体的浓度取决于该流或生物固体的特性，例如取决于pH值、盐度或其他参数。
该处理工艺涉及包含如蛋白质的生物固体的液体流的处理，以减少悬浮固体（如通过浑浊测量）并且可选地分离生物固体。可以回收生物固体以便随后使用。应当认识到，这种处理工艺可以捕捉到悬浮的生物固体以及如存在于血和糖中的水溶性物质。
可以通过传统的分离工艺从处理流中选择性地分离絮凝的生物固体，传统的分离工艺例如包括：沉淀法、浮选法、过滤法、离心分离法、倾析法或这些工艺的组合。随后可以回收分离的生物固体并进行多种应用。人们还惊奇地发现，当烘干时，相对于来自使用三价铁氯化物作为絮凝系统的一部分的处理的那些回收物，从该工艺中回收的生物固体的异味减少。可通过已知的技术分离和回收絮凝的生物固体，例如通过上文中提到的那些方法。
可在通过高铁酸盐处理的任何包含生物固体的水流中安装本发明的设备，从而可以在处理所需的低浓度下精确地实时监测高铁酸盐的浓度并进一步降低成本。
E.在放射性清理中的用途
本发明还有用于溶解于水溶液中的放射性物质的沉淀，尤其是铀的沉淀。溶解的放射性物质可能源自自然流水或铀矿开采操作水处理厂。源自流的水注定要通过传统的城市污水处理设施处理以用于饮用和家庭使用。
已提出将高铁酸盐用作从废水中去除放射性核素（超铀）的处理剂。到目前为止，核工业的焦点一直在于，使用高铁酸盐以从受污染的水中去除铀和超铀元素。此外，目前的兴趣在于，使用高铁酸盐以从废弃污水去除钚和镅。
Deininger的第4,983,306号美国专利公开了一种使用FeO4 2-从放射性废水中精炼超铀元素的方法，其涉及将包含超铀元素的水源的pH值调节至6.5-14.0范围。根据推测，通过共沉淀去除三价铁氢氧化矩阵内的超铀的方法与其他重金属相似。并且，与通用技术相比只需使用少量化学物质。基于化工剂量，使用该方法的放射性污泥产生物根据悬浮固体在废水供给中的含量，减少至3-20%（Deininger等人,Waste Manage（废物管理）.'90,vol.1,pp.789-795(1990)）。
可在通过高铁酸盐处理的任何包含有放射性物质的流中安装本发明的设备，从而可以在处理所需的低浓度下精确地实时监测高铁酸盐的浓度并进一步降低成本。
F.在处理船底污水中的用途
包括河流、溪流、湖泊和海洋的通航水道的化学、物理和生物完整性的恢复和维护得到了越来越多的关注。已颁布法律法规并且出台了用于恢复和维护包括河流，溪流，湖泊和海洋的通航水道的化学、物理和生物完整性所需的一些程序和建立标准。其中，一条法规管制油和其他有害物质向通航水域的排放。因为潜在着来自船只的有害物质的排放，尤其是因为潜在着污染的压载水排放，所以船民和海上维护服务中需要遵守该法规。
由于积水、异味、污染或其他脏水的收集，因此需要定期清理船只的舱底。这些积水、异味、污染或其他脏水通常包括：有可能造成危险并且很难从压载水中去除的油、汽油和/或柴油燃料。一些法律和法规可以禁止“排放”，“排放”包括：任何类型的油的任何渗透、溢出、渗漏或倾倒，这些油包括：燃料油、汽油、润滑油和与船舶的舱底水混合的油。舱底水必须定期从船舱底泵出。舱底水可能会由各种各样的污染物污染，这些污染物包括：机油、变速器、动力转向装置和液压饰板流体、发动机燃料（天然气或机油）、以及在维修和清洗过程中使用的溶剂和油漆。此外，舱底水可能被打算排出的、与水不相溶的细菌、植物群和/或动物群污染。
出于这种原因，舱底水通常被清洗或以其他方式净化，之后在卸料站处从舱底去除处理的舱底水。液体清洁剂可被使用、添加至舱底水，并且在很短的一段时间之后船舶被带至卸料站并泵出处理的舱底水。这种液体清洁剂无法有效地去除油或其他有机物质，并且经常在舱底留下油膜。当液体清洁剂残留下油、汽油或类似的残留物时，在残余残留物的条件下将需要后续的清理并且可能加剧用于制造船舶的材料的腐蚀。此外，一些已知的液体清洁剂不可生物降解并且可能进一步加剧污染问题。因此，虽然用于过滤和/或净化舱底水的系统（如内联系统）能够在其向船外排放之前自动清洁和/或净化舱底水，但仍不足以满足当前需求、十分复杂、成本过高或没有得到产业或相关监管机构的广泛接受。
所公开的方法可用于精确监测高铁酸盐的浓度，并且所公开的装置可设置为，例如，可在排放过程中通过低浓度的高铁酸盐持续地处理舱底水。舱底水可在船舶上处理或在从船舶中泵出后在陆地上的设施中处理。高铁酸盐，尤其是低浓度的高铁酸盐，成本低于许多能够在市面上买到的氧化剂和处理舱底水的其它已知方法。这表示一种高效且经济的净化舱底水的方法。
G.使用高铁酸盐的压载水处理
由航运业引入至海洋生态系统中的非本土物种成为了日益增加的问题。搭载于船体和压载水中的物种进入到新的海洋环境中，而造成了污染。通过防污剂的使用已经最小化船体污染，然而在全球范围内，潜在于压载水中的有害的浮游植物、微生物、病毒和无脊椎动物以及沉积物的运输威胁着海洋环境。在文献中报道过水生滋扰物种（ANS）和有害后果的介绍文档，并且其范围从腰鞭毛虫引起的麻痹性贝类中毒到蔓延于大湖中的欧洲斑马贻贝。由此造成的生态影响和环境退化具有严重的经济影响。
压载水通常用于在装载和卸载货物时稳定船舶。船压载水的量从100,000以下至14,000,000加仑（USEPA,2001）或者大约为400至56,000m3。据估计，每年有超过21,000,000加仑的压载水被排入到美国水域，包含多达10,000种的海洋物种。从历史上看，控制ANS的最佳实践方法为洋中替换，其因不完整的水去除而导致效果有限。一些研究中通过洋中替换的有机体去除效果低至25%（USEPA,2001）。此外，洋中替换可能存在有危险，尤其是在暴风条件下一些船舶的结构并没有设计为用于压载水替换；其不适用于湖中航运，并且很难验证其有效性。在国家研究委员会的报告和全球污染水管理计划中都将船上处理工艺作为最可取的ANS管理办法（NRC,1996;Globallast,Global Ballast Water ManagementProgram,1st International Ballast Water Treatment Standards WorkshopReport（全球压载水管理流程，第一国际压载水处理标准工作报告）,IMO,London,March2001.）。这些处理工艺包括：物理分离、紫外线（UV）处理、化学杀菌剂、加热、超声波、磁场和这些工艺的组合。将在下文中提供更加成熟的技术的简要描述，这些技术包括：物理分离、UV处理和杀菌剂。
压载水处理选择
已证实的物理性压载水处理工艺包括：旋流分离和过滤。旋流分离已被证实可以非常有效地去除较大的颗粒和生物（Glosten-Herber-HydeMarine,“Full-Scale Design Studies of Ballast Water Treatment Systems（压载水处理系统的全面设计研究）,”Prepared for the Great Lakes BallastTechnology Demonstration Project（准备大湖压载水技术示范工程）,Northeast-Midwest Institute,Washington,DC,April2002;Sutherland,T.F.CD.Levings,C.C.Elliott,W.W.Hesse2001。压载水处理系统对海洋浮游生物的自然群体的存活率的效果（Marine Ecology Progress Series,210：139-148(2001)）。当水以高速率通过涡流时，离心力被施加。较大的物质被推向旋转流体的周围，并流入拒绝流（总流的约5-10%）中，并被排出船外。这种处理工艺的优点在于，其涉及成熟的技术，能够加装在船上、能够实现自动化以及低的泵送需求。然而，其不能完全去除影响下游的处理工艺的浑浊；几乎没有微生物、病毒和浮游植物的去除能力；以及昂贵的安装成本。
过滤单元经常用于水处理并且可以设计为去除0.01μm大小的颗粒物。然而，能够去除这些小物质的过滤器非常昂贵且无法处理许多典型的大流量船舶。能够去除大于50μm的颗粒的单元更适用于船上操作；然而，它们能够有效地去除浮游动物和一些浮游植物，但是无法去除微生物。可以自动化过滤单元，但是用于去除夹带物质的回洗处理工艺对压载水泵送产生不利影响。
已在实验室和试点范围中评估压载水的紫外线处理（Sutherland等人,2001和Waite T.D.等人.“Removal of natural populations of marine planktonby a large-scale ballast water treatment system（通过全面压载水处理系统移除海洋浮游生物的自然群体）”Marine Ecology Progress Series,258：51-63(2003)）。同样，这种处理工艺在标准的水和污水应用中具有良好的历史。在实验室研究中已发现，相比于移除浮游动物和浮游植物，旋流处理的压载水的UV处理可以更有效地去除细菌和病毒。对于一些浮游植物，在存储过程中观察到DNA修复的证据，从而导致再生。旋流预处理对于减少浑浊是必要的，否则可能妨碍紫外线效果。
已动用多种化学杀菌剂，包括：氯、戊二醛、海水净合剂（SeaKleen）和丙烯醛（USEPA,2001）。可将这些化学剂注入压载水填充或排出管线，从而只需对设备进行微小改造。然而，杀菌剂在控制微生物和小浮游动物非常有效，但是需要相当大剂量以杀灭较大的水生物种，由此导致高成本和潜在的过量残留物。如何排放包含残余杀菌剂的压载水成为了一个问题。因此，有必要将物理分离作为第一阶段的处理以减少化学剂的剂量需求。
在所有情况下的成本估算表明，利用现有技术的船上处理需要远高于洋中替换的成本。需要识别一种低成本和高效的处理方法的以用于强制性地防止对全球航运具有监管和经济影响的ANS的扩散。
全面实施
全球压载水工作组（Globallast,2001）已确定用于实施船用压载水污水处理设施的最低设计要求。其包括：（1）环境影响最小；（2）有效杀灭目标生物物种；（3）不对船员和设施产生安全隐患；（4）兼容于船舶的需求和要求；以及（5）经济。此外，其他实施注意事项包括以下：（1）吸入或排出时的处理；（2）再生潜力（如果去除小于100%）；（3）管道和/或水箱的交叉污染；（4）振动和船舶移动的影响；（5）盐水环境下的腐蚀；以及（6）自动化和最小化操作人员注意的需求（Glosten-Herber-Hyde Marine,2002）。压载水处理方法的任何评估必需包括对这些需求的考虑。
高铁酸盐(VI)-一种环保型溶液
处于+6氧化态的铁（高铁酸盐）能够经济地满足这些需求，因为其强度可以在一个化学处理中作为氧化剂、消毒剂和凝结剂。最重要的是，其处理副产物是无毒的Fe(III)。
通过Fe(VI)的压载水处理不会产生任何突变性/致癌性副产物，这使得高铁酸盐成为了环境友好型溶液。此外，从Fe(VI)产出的三氧化二铁作为适于除去金属、非金属和腐植酸的强效凝结剂（Qu,J-H,H-J.Liu,S-X.Liu,P.J.Lei.2003Reduction of fulvic acid in drinking water by ferrate（通过高铁酸盐降低饮用水中的富里酸）.J.Environ.Engg.129:17-24）。
在非常低的高铁酸盐剂量下，Fe(VI)展现出显著的消毒特性并且可以去除各种各样的微生物。与UV技术不同，高铁酸盐的微生物灭活是不可逆的。
高铁酸盐可以干扰聚合酶和核酸酶活性，并且可降解脱氧核糖核苷（Reddy,G.V.B.Nanduri,A.Basu,M.J.Modal.1991ferrate oxidationmurine leukemiavirus reverse transcriptase:identification of thetemplate-primer binding domain（高铁酸盐氧化鼠类白血病病毒逆转录酶：引物-模板结合域的识别）.Biochemistry30:8195-8201;Stevenson C.J.H.Davies.1995Potassium ferrate as DNA sequencing reagent and probe ofsecondary structure（高铁酸钾作为二级结构的DNA测序试剂和探针）.Biochem.Soc.Trans.23:387S）。这种机制主要负责高铁酸盐独特的杀菌能力。
已测试使用高铁酸盐在废水中去除总大肠菌群和粪大肠菌群（Kazama,F.1995Viral inactivation by potassium ferrate（通过高铁酸钾的病毒灭活）.Water Sci.Technol.31:165-168;Kazama,F.1994Inactivationof coliphage Qβby potassium ferrate（通过高铁酸钾的大肠杆菌噬菌体Qβ的灭活）.J.Ferment.Bioeng.67:369-373;Jiang等人.2002）。通过从世界各地收集的水源的高铁酸盐处理，实现了总大肠菌群和粪大肠菌群的完全去除。使用高铁酸盐可轻易地处理抗氯性细菌。例如，有氧孢子成形器可以被还原为3-对数单元，然而Fe(VI)可有效地杀灭亚硫酸还原梭状芽胞杆菌。在低浓度下Fe(VI)还可以在水中迅速地灭活病毒f2（Schink,T.T.D.Waite1980Inactivation of f2virus with ferrate(VI)（通过高铁酸钾(VI)灭活f2病毒）.Water Research14:1705-1717）。高铁酸盐处理结合明矾去除水中的藻类（Ma,J.W.Liu.2002Effectiveness and mechanism ofpotassium ferrate(VI)preoxidation for algae removal by coagulation（用于通过凝结灭藻的高铁酸钾(VI)预氧化的效力和机制）.Water Research36:871-878）。
如第2009/0120802A1美国专利申请公开中的论述。首先，在佛罗里达州卡纳维拉尔角港的两个地点进行了高铁酸盐在港区水域消毒实验。添加仅仅为0.5mg/L的非常小的高铁酸盐剂量即使得样本A中的总大肠菌群减少至检测不到的水平。还检测了高铁酸盐在两个样本中对大肠杆菌的杀菌效果。再一次，高铁酸盐在非常低的剂量（0.5mg/L）下有效地杀灭了大肠杆菌。通过使用约2mg/L剂量的高铁酸盐，在样本A和样本B中的异养细菌的水平也减少至了检测不到的值。
添加仅仅为0.5mg/L的非常小的高铁酸盐剂量即使得样本A中的总大肠菌群被减少至检测不到的水平。还检测了高铁酸盐在两个样本中对大肠埃希菌的杀菌效果。再一次，高铁酸盐在非常低的剂量（0.5mg/L）下有效地杀灭了大肠埃希氏菌。通过使用约2mg/L的剂量的高铁酸盐，在样本A和样本B中的异养细菌的水平也减少至了检测不到的值。
通过设置本发明可以精确监测压载水中的低浓度高铁酸盐，并且通过使用最小量的高铁酸盐可以进一步降低成本。
示例
下文中所述示例为非限定性示例并且仅仅为本公开的多种实施方式的代表性示例。
实施例1
以下是用于间接测量处理流中的高铁酸盐浓度的实验步骤的一个实施方式。制作计量流，并将处理流与计量流的体积流率比设为25:1。向计量流投入约250、125、62.5、30和12.5ppm剂量的高铁酸盐。当重新结合为整体的处理流时，可计算出的高铁酸盐的浓度将分别为10、5、2.5、1.2和.5ppm。合成高铁酸盐，之后在已知容量的高pH缓冲液中稀释（以维持高铁酸盐强度）。之后将稀释的高铁酸盐溶液倒入封闭的监测流单元。之后监测器被校准至已知浓度的稀释溶液并通过分析控制核对。使用缓冲液冲洗流动单元。之后，向监测流单元倒入不同剂量的稀释高铁酸盐，并在之后通过分析控制再次核对。在每种情况下，监测流单元的目的为通过分析控制获得尽可能相近的读数。稀释的高铁酸盐溶液是为了模拟高铁酸盐注入到处理流中。其结果示于表1和图2。
表1
Figure BDA00003552884600251
实施例2
将处理流与计量流设计为具有约25:1的体积流率比。向计量流添加约12.5、25、37.5和50ppm剂量的高铁酸盐。在整体的处理流中，可计算出的剂量分别为0.5、1、1.5、2ppm。以与第一个实施例相似的方式进行本实验。各个剂量的高铁酸盐在缓冲液中稀释并引入到监测流单元，之后通过分析控制进行核对。对各个稀释度进行三次实验。其结果示于表2和图3。
表2
Figure BDA00003552884600261
应当理解，无论在上文中出现了怎样详细的描述，本发明可以以多种方式实施。正如上文所述，应当指出描述本发明的一些特征或方面的特定的术语不应该被认定为，在本文中重新定义的术语被限制包括：与本发明的特征或方面的任何具体特点相关的术语。本发明的范围应当根据所附权利要求及其任意的等同物解释。
其他的实施方式在所附权利要求书内。

Claims (43)

1.一种用于间接监测流动的废水流中的高铁酸盐的浓度的方法，包括：
将所述流动的废水流的至少一部分转移至计量流，其中所述流动的废水流的体积流率与所述计量流的体积流率为固定比例；
在高铁酸盐添加位置处向所述计量流添加高铁酸盐；
在所述高铁酸盐添加位置的下游使用分光光度计监测所述计量流中的高铁酸盐的浓度；以及
使包含高铁酸盐的计量流与所述废水流结合，其中所述高铁酸盐进入所述废水流。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据（i）所述计量流中的高铁酸盐的浓度和（ii）所述废水流与所述计量流的体积流率的比，间接地确定所述废水流中的高铁酸盐的浓度。
3.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中所述废水流与所述计量流的体积流率的比位于约3:1至约50:1的范围内。
4.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中所述废水流与所述计量流的体积流率的比位于约5:1至约25:1的范围内。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中基本连续地测量所述计量流中的高铁酸盐的浓度。
6.一种用于监测处理流中的低浓度高铁酸盐的装置，包括：
处理流；
计量流，从所述处理流转移出，其中所述计量流的体积流率小于所述处理流的体积流率；
高铁酸盐计量泵，沿所述计量流设置；以及
监测流单元，沿所述计量流定位于所述高铁酸盐计量泵下游的位置处，其中所述监测流单元包括光度计。
7.如权利要求6所述的装置，进一步包括混合设备，所述混合设备沿所述计量流定位于在所述高铁酸盐计量泵的下游并定位于在所述监测流单元的上游。
8.如权利要求6至7中的任一项所述的装置，其中所述计量流在所述监测流单元的下游与所述处理流重新连接。
9.如权利要求8所述的装置，进一步包括第二混合设备，所述第二混合设备沿所述处理流定位于所述计量流与所述处理流重新连接的点的下游。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述第一混合设备和第二混合设备分别独立地包括混合器，所述混合器选自机械混合器、液压混合器或者声波混合器。
11.如权利要求6至10中的任一项所述的装置，其中所述光度计包括分光光度计。
12.如权利要求6至11中的任一项所述的装置，其中所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约3:1至约50:1的范围内。
13.如权利要求6至11中的任一项所述的装置，其中所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约5:1至约20:1的范围内。
14.一种用于间接监测流动的处理流中的低浓度添加剂浓度的方法，包括：
使所述处理流的至少一部分流入计量流，其中所述处理流的体积流率与所述计量流的体积流率为固定比例；
向所述计量流添加添加剂；
测量所述计量流中的所述添加剂的浓度；以及
使包含添加剂的计量流与所述处理流结合。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述添加剂为氧化剂、消毒剂、絮凝剂或凝结剂中的一种或多种。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述添加剂包括高铁酸盐。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述添加剂为非氧化剂。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述非氧化剂为三价铁、亚铁或零价铁中的一种或多种。
19.如权利要求14至18中的任一项所述的方法，其中所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约3:1至约50:1的范围内。
20.如权利要求14至18中的任一项所述的方法，其中所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约5:1至约25:1的范围内。
21.如权利要求14至20中的任一项所述的方法，进一步包括：
根据（i）所述计量流中的所述添加剂的浓度和（ii）所述处理流与所述计量流的体积流率的比，间接地确定所述处理流中的所述添加剂的浓度。
22.如权利要求14至21中的任一项所述的方法，其中使用光度计执行所述添加剂浓度的测量。
23.如权利要求22所述的方法，其中使用分光光度计在约310nm至约330nm的波长或者约500nm至约520nm的波长下执行所述添加剂浓度的光度测量。
24.如权利要求14至23中的任一项所述的方法，其中基本连续地测量所述计量流中的所述添加剂的浓度。
25.如权利要求14至24中的任一项所述的方法，其中所述处理流包括选自废水、压载水、饮用水、再生水、工艺用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它们的组合物的流。
26.一种用于向处理流添加低浓度添加剂的方法，包括：
使所述处理流流动；
将所述处理流的至少一部分转移至计量流，其中所述计量流的体积流率小于所述处理流的体积流率；以及
向所述计量流添加初始浓度的添加剂。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述添加剂为氧化剂、消毒剂、絮凝剂或凝结剂中的一种或多种。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述添加剂包括高铁酸盐。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述添加剂为非氧化剂。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述非氧化剂为三价铁、亚铁或零价铁中的一种或多种。
31.如权利要求26至30中的任一项所述的方法，其中所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约3:1至约50:1的范围内。
32.如权利要求26至30中的任一项所述的方法，其中所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约5:1至约25:1的范围内。
33.如权利要求26至32中的任一项所述的方法，其中所述处理流包括选自废水、压载水、饮用水、再生水、工艺用水、地下水、采出水、海水、苦咸水、雨水、混合下水道溢流及它们的组合物的流。
34.一种用于控制处理流中的添加剂浓度的方法，包括：
将所述处理流的至少一部分转移至计量流，其中所述计量流的体积流率小于所述处理流的体积流率；
使用光度计测量所述计量流中的所述添加剂的初始浓度；
基于测量到的所述计量流中的所述添加剂的初始浓度调节添加至所述计量流的添加剂的量；以及
使包含添加剂的计量流与所述处理流结合。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述添加剂为氧化剂。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述氧化剂为高铁酸盐。
37.如权利要求32所述的方法，其中所述添加剂为非氧化剂。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述非氧化剂为三价铁、亚铁或零价铁中的一种或多种。
39.如权利要求34至38中的任一项所述的方法，其中在进行所述添加剂的所述初始浓度的测量期间，所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约3:1至约50:1的范围内。
40.如权利要求34至38中的任一项所述的方法，其中在进行所述添加剂的所述初始浓度的测量期间，所述处理流与所述计量流的体积流率的比位于约5:1至约25:1的范围内。
41.如权利要求34至40中的任一项所述的方法，其中，
根据（i）所述计量流中的所述添加剂的浓度和（ii）所述处理流与所述计量流的体积流率的比，确定添加至所述计量流的所述添加剂的量。
42.如权利要求34至41中的任一项所述的方法，其中，
使用分光光度计在位于约310nm至约330nm的范围内或位于约500nm至约520nm的的范围内的波长下执行所述添加剂浓度的光度测量。
43.一种向流动的处理流添加高铁酸盐的方法，包括：
在高铁酸盐添加位置处向所述处理流添加高铁酸盐；以及
在所述高铁酸盐添加位置的下游使用光度计监测所述处理流中的高铁酸盐的浓度。
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