CN104093672A - 处理工业或城市废水用于再利用的处理方法和用于实施该方法的设施 - Google Patents

Abstract

处理工业或城市的废水的处理方法，用于对至少一部分这些废水进行再利用，根据所述废水的处理方法，废水经历以下连续的步骤：在生物反应器(6)中的生物处理；对从生物处理出离的流出物的物理分离(7)；继而，在可能的补充处理后，一部分滤液经历纳滤或逆向渗透处理(10)，透过物被送往进行再利用；所述废水的处理方法包括单一纳滤或逆向渗透级(10)，并且，纳滤或逆向渗透级的浓缩物(16)经历氧化步骤(17)，继而被送回生物处理步骤(6)的入口。

Description

处理工业或城市废水用于再利用的处理方法和用于实施该方法的设施

技术领域

本发明涉及处理工业或城市废水的处理方法，用于对至少一部分这些废水进行再利用，根据所述废水的处理方法，废水经历以下连续的步骤：

-在生物反应器中的生物处理，

-对从生物处理出离的流出物的过滤，

-继而，在可能的补充处理后，一部分滤液经历逆向渗透处理，透过物被送往进行再利用。

背景技术

废水利用从而在于在用于去除杂质的多个处理后回收残余水，以重新使用这种水。废水利用执行节约资源的双重目标：废水利用允许同时通过再利用废水来节约上游的资源，还减少被污染的废弃物的体量。由于在所涉及的地理区域中存在水资源的数量和质量压力，这种益处更为重要。

在2000年对天然水的年世界需求量估计约为4000立方千米/年。这在三类需求不等的用途之间分布：民用(8％)，工业用(22％)和农业用(70％)。多于1000立方千米/年的民用和工业用废水回到自然界中，其中80％在工业领域产生和排出(《Water in a changing world》，联合国世界水发展报告3，2009)。

然而，使废水在处理后回到自然界中仅仅自近30年实施。尽管处理水平不断进步，对形势的评定仍是严重的。在被污染的废弃物的有时不可逆的影响下，天然水资源的劣化危及用于可饮用水、民用和工业用用途和生态系统保持的淡水资源的数量和质量。后果是多重的：对于人类而言健康风险增大、对生态系统造成损害、需要用新的关联成本进行补充处理。

根据预判，在社会－经济和环境多重因素的作用下，对水的需求量到2030年会增加60％以上，主要在于人口增长、经济增长和经济全球化、和气候变化。

因此，对天然水资源的保护和恢复在大多数工业化国家和某些发展中国家都是优先的，以允许水的可持续使用。经济刺激如取水成本、“谁污染谁买单”原则、和越来越严苛的法规义务促使：

-推广先进的处理应用，以控制有机污染废弃物和持久微污染废弃物；

-开发对城市和工业净化站的流出物的再利用，以在上游节约资源，同时减少被污染的废弃物的体量。

对这些开发的主要限制是技术－经济层面的。

涉及到废水利用，已实施许多处理技术。所述许多处理技术作为对常见的净化处理的补充起作用。所述许多处理技术被加以组合以使处理水平与所期望的为农业用、工业用或城市用的用途相适，同时遵守法规规定。可以区别出：

-结合机械过滤、或介质过滤、或膜工艺微过滤或超滤，用于层的浇灌或回灌的消毒的工艺；

-在机械过滤、或介质过滤、或膜工艺微过滤或超滤后，集成逆向渗透处理或纳滤——跟随或不跟随用于获得优质水：可饮用水、工业用水的消毒——的工艺。

两类技术允许达到对于再利用而言品质非常好的水质，同时最大程度限制液态废弃物，和允许趋向零液态废弃物。这一方面是蒸馏或蒸发和另一方面是逆向渗透。

这些技术允许产生变成去离子的和无有机物质的水。污染集中在蒸发残余物中或渗透浓缩物中。蒸发残余物或渗透浓缩物作为废料被排出。蒸发残余物或渗透浓缩物可预先地分别在结晶器中进行处理，以分离无机物质，或在蒸发器中进行处理，以进一步减小体量。

蒸发产生去除各种物质的冷凝物，仅仅在不存在挥发物质的情况下是直接地可再利用的。

文献WO200767391强调需要在再利用锅炉水之前在蒸发馏分上应用高级氧化。蒸发残余物的干燥率高，在60％到80％的范围中。多种技术是可能的：多效蒸发、多级蒸发、蒸气压缩蒸馏(见例如专利文献EP 2177478和WO 2005054746)。从理论的角度来看，蒸发原理是简单的，且易于实施。不过实际上，蒸发应用受到许多限制。这些限制是：用以蒸发水、用以去除在所蒸发的水中存在的挥发性成分、用于所述蒸发水的冷凝和冷却、和最后用于所需的对蒸发残余物的各种其它后续处理所要求的能量高。这也是重要的运行问题，如结垢和腐蚀。对这些问题的掌控要求分别地对pH进行控制，以避免氢氧化物盐和碳酸盐的沉淀，和使用耐抗性设备建造材料。这种技术从而在运行和投资上是昂贵的。能量需求特别地高，从20到40kWh/m³。因此，蒸发－结晶仍留用于小的液体流量(《Water reuse：Issues，Technologies and Application》，Metcalf&Eddy an AECOM公司，Takashi Asano，Franklin Burton，Harold Leverenz，Ryujiro Tsuchihashi，George Tchobanoglous，Ed.McGraw-Hill，2007-1570页)。专利文献US2010089740对所要求的前处理的复杂性进行说明。

这对于使逆向渗透在至少两级起作用，或与蒸发相关联的一种技术是相同的。

逆向渗透是在压力梯度的作用下经过半选择性滤膜通过渗透以液相进行分离的一种分离方法。逆向渗透允许在浓缩物中分离溶解成分，所述溶解成分在高级过滤后在水中持续存在。逆向渗透滤膜典型地排斥多于90％的离子盐，较为困难地排斥非离子有机分子和非常少的溶解气或不排斥溶解气。逆向渗透的主要应用从而在于脱盐。渗透透过常见地被使用在水处理上，用于产生可饮用水、对天然水资源进行回灌、提供冷却塔补给水或高压锅炉水。逆向渗透的性能取决于要处理的水的特征、所使用的滤膜类型和运行条件(《Memento Technique del'Eau》，Degrémont，Ed.Lavoisier，2005-1928页)。所产生的浓缩物占所处理的容量的5到25％。因出于淀积和渗透压力的原因，滤膜流通量被减小，其容量更大。减小所产生的容量需要增大操作压力。因此，能量需求高(2到4kWh/m³)。含盐和其它污染物很多的浓缩物的结果是成问题的。在文献中描述过许多系统用以处理渗透浓缩物，直到获得固态废物和接近零废弃物。文献EP1982958提出一种零废弃式半咸水或工业水的成套处理设备，所述设备基于具有双级逆向渗透的脱盐工艺。主要的选择方案与热处理、蒸发－结晶相关，这增加脱盐的投资成本、运行的难度和能量需求。

同样，这类再利用工艺的应用开发由于运行棘手和成本经常非常昂贵仍是受限的。

发明内容

本发明的目的特别是在于提供一种废水处理工艺，用于前文定义类型的再利用，所述处理工艺允许以可接受的运行成本，产生品质符合城市或工业用途的水，同时减少废弃物的流量，和保持废弃物的质量在可接受的水平，用以回到自然界中。

根据本发明，前文定义类型的废水处理工艺，其特征在于，所述处理工艺包括单一纳滤或逆向渗透级；并且，纳滤或逆向渗透级的浓缩物经历氧化步骤，继而被送回生物处理步骤的入口。

优选地，浓缩物的氧化处理包括臭氧化。

本发明的新颖之处因此在于以回路集成水分离技术和污染降解技术：

-通过纳滤或逆向渗透，水被分离出不溶解的和溶解的污染物；

-有机污染和浓缩营养物通过生物和化学途径进行转化和被连续去除。

逆向渗透透过物具有良好的质量，以使得其可被使用于重要用途：以矿物水品质对锅炉管路和空气冷却塔进行补给或工业工艺用水，生产可饮用水。

有利地，所述方法包括再利用短回路，再利用短回路保证提取从过滤步骤出离的滤液的一部分，使这部分的滤液经历消毒步骤，继而导引该部分的滤液进行再利用，用于在工业或城市区域中对水质要求不高的服务。

处理工艺可在生物反应器的生物处理前包括初级处理步骤，特别是凝结-絮凝、除油、倾析。

所述处理工艺还在生物处理后包括通过各种已知的技术，如膜工艺过滤或滤料过滤、浮选、层状倾析，分离不溶解的微粒的分离步骤。分离单元的流出物的出口根据短回路可连接到消毒单元，所述消毒单元的出口连接到对水质要求不高的消耗单元。

所产生的流出物的废弃物被调节到最小流量值，这能够满足对于就有机污染物、营养物和盐分而言的废弃物品质的规定要求。

本发明同时涉及处理工业或城市废水的处理设施，用于至少部分地根据更为复杂的长回路再利用废水，这种设施如同再利用短回路那样包括生物反应器，所述生物反应器的流出物的出口连接到微粒的物理分离部件。流出的流出物在这里连接到纳滤或逆向渗透处理设备。上游的预处理允许控制渗透滤膜的堵塞。在渗透浓缩物中存在可溶解的和非可生物降解的污染。这种污染可由有机物质和盐分组成。再利用长回路的特征在于，纳滤或逆向渗透处理设备的浓缩物的出口连接到用于氧化处理的单元的进口，用于氧化处理的单元的出口在回路上连接到生物反应器的进口。

用于氧化处理的单元有利地是臭氧化单元。

在工业废水的情形下，对于容纳对于生物降解方法而言有害的有毒成分的一部分待处理的水，特别是对于排污水，废水的处理设施可具有在用于氧化处理的单元中的直接入口。

在城市废水的情形下，从纳滤或逆向渗透单元出离的滤液可经历调节处理，特别是通过在分配前跟随有消毒的矿化，用于再利用成可饮用水。

其它的技术可使该基础方案变完整，以进行后续的废弃物脱盐。

附图说明

除了上文所展示的布置，本发明包括一定数量的其它布置，在下文将通过参照附图描述的实施例进行详细阐述，所述实施例没有任何限定性。附图中：

图1是实施用于工业废水处理的本发明的方法的设施的简图，和

图2是与图1相似的简图，用于城市废水处理。

具体实施方式

参照图1，可以看见用于工业废水再利用的根据本发明的设施。

消耗单元由工厂1构成，工厂可包括锅炉管路、空气冷却塔或其它需要脱矿质水或优质工艺水的设备。由工厂1所消耗的水来自在水资源中的提取2。

来自工厂的废水通过总出口3向初级处理单元4排出，初级处理单元特别是凝结－絮凝单元。

次级出口5可被设置用于从工厂的管路排污的排出，管路排污构成的废水比由总出口3所排出的废水污染小。

初级处理单元4的出口连接到生物反应器6的进口，使进入该反应器中的废水经历生物处理，特别是通过活性料浆进行，在需要时用浸没滤膜或通过生物滤池进行。

从生物反应器6出离的流出物进入物理或物理－化学分离单元7中，特别是过滤、超滤或微滤单元，用以扣留微粒或胶态污染。该过滤单元7的渗余物通常以料浆的形式通过出口8排出。所产生的流出物在出口管道9中进行回收，所述出口管道连接到逆向渗透处理单元10的进口。

一部分滤液通过管道11进行提取，管道11接通在出口管道9上并连接到消毒单元12的进口。单元12的出口通过管道13连接到工厂1的使用进口，用于对水质要求不高的服务，例如本地洗涤水管路、火灾水管路。由管道11、消毒单元12和管道13形成的回路对应废水的再利用短回路。

管道14也接通在管道9上，管道14提取一部分滤液，以进行排弃，例如排弃到下水道。管道14连接到可选的脱盐单元15的进口，所述脱盐单元允许在被排弃到下水道之前降低水的盐分含量。

从单元7出离的滤液的主要部分通过管道9被导引向逆向渗透处理单元10的进口，逆向渗透处理单元组成单一处理级。

根据本发明，逆向渗透处理的浓缩物的出口16连接到氧化单元17的进口，以进行浓缩物的氧化处理，优选进行臭氧化处理，以降解有机物质和使得有机物质在需要时在生物反应器6中是可生物降解的。臭氧化单元17的出口通过管道18连接到生物反应器6的进口。

在所考虑的示例中，氧化处理通过臭氧化单元17保证。作为变型，来自臭氧化单元的气态流出物在需氧生物处理中进行再循环。作为其它变型，所产生的一部分臭氧被使用以保证在短回路中的消毒。依旧作为其它变型，氧化处理可通过其它化学途径进行保证，如高级氧化过程。

出口5尤其由特定流体如管路排污和较少污染的不过容有有毒成分的水如农药组成，出口5有利地直接地连接到氧化处理单元17的进口。

逆向渗透透过物的出口19通过管道20连接到用于工厂1的“工业工艺”品质的水的进口。

逆向渗透处理单元10允许产生品质非常好的水。其实施通过呈两级的前处理变得是可能的：通过生物反应器6进行生物处理，以降解可生物降解的物质，和通过单元7进行物理分离，这种分离可以是机械过滤、或滤料过滤、或膜工艺过滤(超过滤或微过滤)或浮选或层状滗析，以扣留微粒污染物。整个这种前处理允许对逆向渗透滤膜的污垢进行控制。

可溶解的和非可生物降解的污染物存在于出口16的渗透浓缩物中。这种污染可由有机物质和盐分组成。应用在渗透浓缩物上的由臭氧化单元17所保证的氧化处理允许降解有机物质和在需要时使得有机物质在其被送往的生物反应器6中是可生物降解的。所述氧化处理还允许降解有机金属成分和使金属氧化，以通过在生物料浆中的吸收或通过物理分离促进它们的去除。这种氧化处理应用在所分离的源自出口5的其它废水流上，以在其它废水流进入生物反应器6的生物处理级之前进行除毒。

来自逆向渗透10的上游过滤7的流出物的品质低于渗透透过物，同时品质是良好的。所述流出物通过容积缩小的管道11进行倾析，用于设施排污以及用于再利用于对水质要求不高的服务。

参照图2，可以看见用于城市废水处理的根据本发明的设施的简图。该简图的与参照图1已描述的元件相同的元件用相同的数字标记表示，对这些元件的描述不再重复。代替如图1上的工厂，水消耗单元由城市21组成，所述城市仅仅具有一废水输出口3。如同对于图1的设施而言，为了进行废水再利用，在处理单元10的位置，水通过逆向渗透被分离出不溶解的和可溶解的污染物。来自逆向渗透的浓缩物在被送回生物反应器6之前经历臭氧化处理17。

从逆向渗透处理10出离的透过物在被送向城市21使用前经历调节成可饮用水的调节处理22。可饮用水的调节22通常包括透过物的矿化步骤，跟随有在分配管网中的消毒步骤。

可以发现再利用短回路13，用于品质不足以饮用，但是足以用于例如道路清洁、公园和花园灌溉的服务的水。再利用长回路20允许获得优质水，特别是饮用水。

对于工业废水处理以及城市废水处理，本发明允许相对于根据现有技术的包括蒸发和多重逆向渗透级的工艺而言，以明显较低的投资成本和运转能量消耗、更为容易的运行来获得来自单一逆向渗透处理10的优质透过物。

本发明对于两种品质的再生水的联合生产具有较大的灵活性，同时对在管路中污染物的聚集进行控制。

设施的基础方案可通过如已述及的位于生物处理的上游初级处理单元4、根据其再利用所处理的流出物的再矿化和/或消毒、在渗透透过物上应用的矿物质排除、如通过图1上的单元15所示的后续的废弃物脱盐而被完整。

示例

本发明的一应用示例涉及在精炼/石化联合工厂进行废水的工业再利用。相对于前文所描述的选择方案，处理工艺包括初级除油处理和活性料浆处理、生物滤池生物处理、提供超过滤物理分离。

根据本发明工艺的处理工艺允许根据与天然水提取相关的本地法规规定减少50％的水2的提取。在再利用长回路中的盐度的浓度保持在3。相对于提取费用，投资回报时间估计小于三年。在管道14的位置的废弃物体量被减少70％。废弃物具有50mg/L的平均DCO，在废弃物中不再会探测到苯酚(phénols)微污染物、多环芳香烃(HAP)和苯衍生物(BTEX，苯、甲苯、乙苯和二甲苯缩写词)。

根据本发明工艺的工艺带来：

-在资源中水提取的减少，

-产生的最终废水量(废弃物)的限制，

-符合对于废弃物的规定阈值的最终废水质量，

-对管路中的污染物聚集的良好控制，

-建造、维护和运行成本相对于零液态废弃物类型的再利用工艺的降低。

根据本发明的工艺的步骤的组合允许减少废弃物，同时限制投资和允许便利的运行。

因此，确保对水资源的保护、成本的降低以及便利的运行。

Claims (9)

1.处理工业或城市的废水的处理方法，用于对至少一部分这些废水进行再利用，根据所述废水的处理方法，废水经历以下连续的步骤：

-在生物反应器(6)中的生物处理，

-对从生物处理出离的流出物的物理分离(7)，

-继而，在可能的补充处理后，一部分滤液经历纳滤或逆向渗透处理(10)，透过物被送往进行再利用，

其特征在于，所述废水的处理方法包括单一纳滤或逆向渗透级(10)；并且，纳滤或逆向渗透级的浓缩物经历氧化步骤(17)，继而被送回生物处理步骤(6)的入口。

2.根据权利要求1所述的废水的处理方法，其特征在于，浓缩物的氧化步骤(17)包括臭氧化。

3.根据权利要求1或2所述的废水的处理方法，其特征在于，所述废水的处理方法包括再利用短回路，再利用短回路保证提取(11)从物理分离步骤(7)出离的流出物的一部分，使这部分的流出物经历消毒步骤(12)，继而导引该部分的流出物进行再利用，用于对水质要求不高的服务。

4.根据前述权利要求中任一项所述的废水的处理方法，其特征在于，所述废水的处理方法在生物处理前包括初级处理步骤(4)，特别是凝结－絮凝－滗析。

5.根据前述权利要求中任一项所述的废水的处理方法，其特征在于，流出物的废弃物(14)被调节到最小流量值，能满足法规的参数要求。

6.处理工业或城市的废水的处理设施，用于至少部分地再利用废水，这种废水的处理设施包括生物反应器(6)，所述生物反应器的流出物的出口连接到物理分离部件(7)，物理分离部件的流出物的出口连接到纳滤或逆向渗透处理设备(10)，该纳滤或逆向渗透处理设备的透过物的出口(19)连接到用于再利用的消耗单元，其特征在于，纳滤或逆向渗透处理设备(10)的浓缩物的出口(16)连接到用于氧化处理的单元(17)的进口，用于氧化处理的单元的出口(18)在回路上连接到生物反应器(6)的进口。

7.根据权利要求6所述的废水的处理设施，其特征在于，用于氧化处理的单元(17)是臭氧化单元。

8.根据权利要求6或7所述的废水的处理设施，其特征在于，物理分离部件由过滤单元(7)组成，过滤单元(7)的滤液的出口沿短回路连接到消毒单元(12)，所述消毒单元的出口连接到对水质要求不高的消耗单元。

9.根据权利要求6到8中任一项所述的废水的处理设施，用于工业废水的处理，其特征在于，对于一部分(5)污染较低的待处理水而言，特别是对于容有有毒成分的水而言，所述废水的处理设施在用于氧化处理的单元(17)中具有直接的入口。