CN112888661B - 控制反应器中选定化合物浓度的电化学废水处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种电化学废水处理系统包括反应器罐、用于通过电化学反应处理包含可溶性污染物的废水的电化学反应器和分离装置，该分离装置过滤来自反应器罐的流出物流并产生经处理的废水流和截留物流，该截留物流被至少部分地进料至电化学反应器或反应器罐，从而增加反应器内选定的可溶性化合物和不溶性化合物的浓度。在反应器罐中的一部分截留物流或一部分废水可以作为排污流被排出。提供流量控制装置，用于调节截留物流的体积和排污流的体积，以用于控制化合物的浓度。因此，反应器中可溶性化合物和不溶性化合物的浓度与反应器流出物流中可溶性化合物和不溶性化合物的浓度脱钩，以实现改进的反应器性能和较高质量的流出物。

Description

控制反应器中选定化合物浓度的电化学废水处理系统
技术领域
本发明涉及一种电化学废水处理系统，其中反应器内可溶性化合物和不溶性化合物的浓度与离开反应器的流出物中可溶性化合物和不溶性化合物的浓度脱钩(decouple)，以实现改进的反应器性能和较高质量的流出物。
背景
由于要求工业设施在排放前消除其难降解的水污染物(recalcitrant waterpollutant)的更严格的废水处理法规以及由于目前全球清洁水的短缺，废水处理系统的需求量很大。因此，对成本有效的、可持续的废水处理系统存在增加的需求，这些废水处理系统使化学品的添加最小化、不产生二次污染，并且具有最低的操作和维护要求。
处理难降解的废水的优选的方法是通过电化学氧化，这是一种用于消除范围广泛的污染物的可持续的、安全的和高效的处理解决方案，所述污染物诸如持久性有机污染物、二噁英、氮物质(例如氨)、药物、病原体、微生物及其他污染物。一种用于处理废水的方法是通过对有机污染物和/或无机污染物的直接电化学氧化，由此这样的污染物在阳极表面上被直接氧化。另一种方法是通过原位产生化学氧化物质(诸如羟基、氯、氧或高氯酸根自由基或化合物诸如次氯酸盐、臭氧、或过氧化氢)来间接电化学氧化有机污染物和/或无机污染物。这些化学氧化物质直接在阳极表面上产生并且随后氧化废水溶液中的污染物。
在采用电化学氧化的废水处理系统中，废水通常被进料到反应器罐中，并且然后通过泵被转移至反应器中，在反应器中废水被处理用于污染物去除。如果反应器是流通式反应器(flow-through reactor)或恒定搅拌罐式反应器(constantly stirred tankreactor)(CSTR)，则流出物的污染物浓度通常与反应器内的污染物浓度相同。这不是优选的，因为反应器内较高的污染物浓度通常导致较高的处理效率，而期望流出物具有较低的污染物浓度。还期望的是，反应器罐中的某些化合物快速穿过反应器并保持在低浓度(例如，硬度组分(hardness component))，并且其他化合物被保留在反应器中，使得较高浓度的这些化合物逐渐在反应器内积累(例如，电解质)。此外，可能期望仅处理某些化合物(即较高分子量的化合物，诸如API(活性药物成分))，并且允许废水中的其他化合物穿过。
在过去也曾使用分批反应器来代替恒定搅拌罐式反应器，以较高的效率来处理废水。分批反应器可以将废水处理至低污染物水平，但需要增加的时间来达到这种低污染物水平，并且因此消耗更多的能量。
因此，存在对进一步改进系统设计和操作使用电化学氧化用于处理废水的系统的方法以实现现有反应器的更有效操作的需求。
发明概述
本发明描述了一种电化学废水处理系统，包括：
-反应器罐，所述反应器罐接收待处理的废水流，所述待处理的废水流包含可溶性污染物和不溶性污染物；
-电化学反应器，所述电化学反应器用于通过电化学反应处理废水流；以及
-分离装置，所述分离装置接收来自反应器罐的流出的废水流，以产生经处理的废水流和截留物流(reject stream)，所述经处理的废水流从系统中被排出，所述截留物流至少部分地作为再循环的废水流被供应至电化学反应器或返回到反应器罐。
在一些实施方案中，再循环的废水流被直接供应至电化学反应器，并且在其他实施方案中，再循环的废水流被供应至反应器罐，在反应器罐中，再循环的废水流与来自反应器罐的废水混合，并且混合的废水被供应至电化学反应器。电化学反应器处理从分离装置供应的再循环的废水流，或者可选择地处理与反应器罐中的废水混合的再循环的废水，并且产生反应器流出物流(reactor effluent stream)，该反应器流出物流被进料回到反应器罐。
该系统还可以包括控制装置(control means)，该控制装置用于调节截留物流的体积和再循环的废水流的体积，以用于控制电化学反应器中的化合物的浓度。
在一些实施方案中，截留物流的一部分可以作为排污流(blowdown stream)从系统中被排出，并且在这样的实施方案中，废水处理系统包括用于调节排污流的体积的控制装置。
在其他实施方案中，容纳在反应器罐中的废水的一部分作为排污流从系统中被排出，并且该系统还包括用于调节排污流的体积的控制装置。
在一些实施方案中，排污流和经处理的废水流在从系统中被排出之前被合并成经处理的水流。
用于调节截留物流的体积和/或再循环的废水流的体积的控制装置可以包括用于将来自反应器罐的流出的废水流进料至分离装置的泵和/或调节截留物流的流量的阀和/或至少一个调节再循环的废水流的流量的阀。
用于调节排污流的体积的控制装置通常包括至少一个用于调节所述排污流的流量的阀。
在本废水处理系统中的分离装置可以包括反渗透膜、纳滤膜、超滤膜或经由分子大小、电荷或通过其他特性分离化合物的另一种类型的膜，或者分离装置可以是蒸馏装置或浓缩装置或上述的组合。对于可溶性化合物或不溶性化合物或两者，分离装置的类型和特性通常被选择成用于控制在截留物流中和在电化学反应器中的化合物的浓度。
废水处理系统还包括用于储存用于增加废水电导率的溶液、用于控制所述废水的pH的溶液和/或膜溶液诸如除垢剂、脱氯剂或杀生物剂并将用于增加废水电导率的溶液、用于控制所述废水的pH的溶液和/或膜溶液诸如除垢剂、脱氯剂或杀生物剂递送至反应器罐的装置。
在一些实施方案中，废水处理系统还包括调理罐(conditioning tank)和泵，所述调理罐在预定量的待处理的废水流被供应至反应器罐之前接收该预定量的待处理的废水流，将其与来自分离装置的再循环的废水流混合，并且对其进行处理以去除特定化合物，所述泵用于将待处理的废水从调理罐进一步供应至反应器罐。
在一些实施方案中，例如对于以分批模式操作的系统，提供膜进料罐(membranefeed tank)以用于接收来自反应器罐的流出的废水流，并且泵将来自膜进料罐的废水进一步供应至分离装置。
还公开了用于在电化学反应器中通过电化学反应处理废水的方法，所述废水包含可溶性化合物和不溶性化合物，该方法包括以下步骤：
a.将待处理的废水供应至反应器罐，并且从反应器罐中排出流出的废水流；
b.将来自反应器罐的流出的废水流供应至分离装置，在分离装置中，流出的废水流被浓缩以产生经处理的废水流和包含被分离装置截留的化合物的截留物流；
c.将截留物流的至少一部分作为再循环的废水流供应至电化学反应器或反应器罐；
d.在电化学反应器中电化学处理再循环的废水流或从反应器罐供应的包含再循环的废水流的废水，并且产生电化学处理的水的反应器流出物流；
e.将来自电化学反应器的反应器流出物流供应回到反应器罐；
f.控制截留物流的体积和被供应至电化学反应器或反应器罐的再循环的废水流的体积，以用于控制电化学反应器中的化合物的浓度，以及
g.从系统中排出经处理的废水流。
如在上述步骤中所看到的，在一些实施方案中，截留物流作为再循环的废水被直接供应至电化学反应器，而在其他实施方案中，截留物流首先作为再循环的废水被供应至反应器罐，在反应器罐中，该截留物流与待处理的废水混合，并且然后将混合物从反应器罐供应至电化学反应器。
在一些实施方案中，该方法还包括将截留物流的一部分作为排污流排出，以进一步控制电化学反应器中的化合物的浓度。
在其他实施方案中，该方法还包括将容纳在反应器罐中的废水的一部分作为排污流排出，以进一步控制电化学反应器中的化合物的浓度。
在一些实施方案中，排污流在作为经处理的水流从系统中被排出之前与经处理的废水流合并。
在优选的实施方案中，用于在电化学反应器中通过电化学反应处理包含可溶性化合物和不溶性化合物的废水的方法包括以下步骤：
a.将预定体积的待处理的废水供应至调理罐以去除一些污染物并从调理罐供应至反应器罐，并且从反应器罐中排出流出的废水流；
b.将来自反应器罐的流出的废水流供应至膜进料罐并从膜进料罐供应至分离装置，在分离装置中，流出的废水流被浓缩以产生经处理的废水流和包含被分离装置截留的化合物的截留物流；
c.将全部截留物流供应至调理罐，在调理罐中，该全部截留物流与待处理的废水混合并且然后被供应至反应器罐；
d.将来自反应器罐的包含截留物流的废水供应至电化学反应器；
e.在电化学反应器中电化学处理从反应器罐供应的废水，并且产生反应器流出物流；
f.将来自电化学反应器的反应器流出物流供应回到反应器罐；
g.从系统中排出经处理的废水流；以及
h.向调理罐供应新的体积的待处理的废水，并且对下一批待处理的废水重复上述步骤。
在该实施方案中，系统以分批模式操作，其中待处理的废水被分批供应至系统，而不是如在其他实施方案中那样以连续流被供应。
在分离装置包括膜的所有实施方案中，膜被选择成用于控制化合物的浓度，并且隐含地用于控制截留物流中污染物的浓度。
在所有实施方案中，该方法还可以包括储存和向反应器罐递送用于增加废水电导率的溶液、用于控制废水的pH的溶液、膜除垢溶液或优化污染物去除或系统性能的其他溶液。
附图简述
附图图示了本发明的具体的优选实施方案，但不应当被认为是以任何方式限制本发明的精神或范围。
图1图示了本发明的第一实施方案。
图2图示了本发明的第二实施方案。
图3图示了本发明的第三实施方案。
图4a和图4b图示了采用根据本发明的实施方案的反应器和分别采用现有技术中已知的具有1级、2级或3级的恒定搅拌罐式反应器所获得的污染物浓度。
图5图示了对于以分批模式操作的系统的本发明的第四实施方案。
详细描述
某些术语被用于本描述中并且意图根据下文提供的定义解释。另外，诸如“一(a)”和“包括(comprise)”的术语应被视为开放式的。
在图1中图示了根据本发明的第一实施方案的电化学废水处理系统。
电化学废水处理系统100包括反应器罐102和位于反应器罐102的下游的分离装置104。需要被处理的废水流106通过泵110被进料至反应器罐102，并且来自反应器罐的流出的废水流118通过泵120被进料至分离装置104。流出的废水流118在分离装置104中通过分离选定的可溶性化合物和不溶性化合物来处理，并且从分离装置被截留的废水形成截留物流124。截留物流124的至少一部分形成再循环的废水流126，并且被引导至电化学反应器114，在电化学反应器114中，对其进行电化学处理，并且电化学处理的废水离开电化学反应器，形成反应器流出物流127。电化学反应器可以包括若干个电化学电池116，该电化学电池116可以使用多种催化剂用于处理废水中的污染物。反应器流出物流127被进料回到反应器罐102，在反应器罐102中，反应器流出物流127与需要被处理的进入的废水流106合并，并且重复该过程。已经穿过膜的经处理的废水流122流出分离装置104。
在一些实施方案中，全部截留物流作为再循环的废水流被返回到电化学反应器。在其他实施方案中，诸如图1中所示的实施方案，截留物流124被分成再循环的废水流126和排污流128，所述再循环的废水流126被进料至电化学反应器114，所述排污流128可以被排出至储存器(storage)或与经处理的废水流122共混以形成经处理的水流121，如图1中所示。经处理的水流可以被排出到罐中用于再利用或储存，或者可以被排出至下水道或地表水体。再循环的废水流126的体积通常比排污流128更大。通过将截留物流124的至少一部分作为再循环的废水流进料至电化学反应器114，电化学反应器内的污染物浓度高于如果流出的废水流118将从反应器罐直接被进料至电化学反应器的情况，并且高于反应器流出物流127中的污染物浓度。此外，由于被进料至电化学反应器114的化合物根据分离装置104中使用的膜或分离工艺的类型来选择，因此可以容易地控制被引导至电化学反应器114的化合物的类型和量以及隐含地废水污染物的类型和量。
本系统和方法有益于废水处理操作的效率，因为期望的是在电化学反应器内具有较高的污染物浓度以提高系统的操作效率，并且还有益的是将已经被添加到废水中的某些化合物再循环回到电化学反应器，所述化合物诸如电解质、溶液控制化合物和pH控制物质。电化学反应器114中的污染物浓度通过控制被进料到电化学反应器114中的再循环的废水流126的体积以及在允许这样的方法的实施方案中通过控制排污流128的体积来控制。再循环的废水流126的流量由阀123和阀125控制，并且排污流128的流量由阀123和阀129控制。
在分离装置104中待使用的膜或工艺的类型可以根据需要被过滤的化合物/污染物和/或根据应当被允许穿过的化合物/污染物来选择。通常，反渗透膜被用于保留大部分可溶性化合物，包括单价化合物和二价化合物，所述大部分可溶性化合物将被保留在截留物流中并且将被再循环至电化学反应器(例如，被循环回到反应器罐中用于氨处理的氯化物，被循环回到反应器罐中用于提高电导率的硫酸钠，等等)。可选择地，纳滤膜或超滤膜可以用于分离装置104中，并且这样的膜将截留诸如药物活性成分的较大污染物的通过，所述较大污染物将被再循环回到电化学反应器用于处理。在分离装置104中可以使用经由分子大小、电荷或其他特性，或经由上述的组合来分离化合物的其他膜类型。由多种材料(聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、乙酸纤维素-硝酸纤维素共混物、聚四氟乙烯、陶瓷等)制成的膜可以被用于处理。此外，分离装置可以使用蒸馏或类似的工艺用于分离污染物，代替使用膜。在任何情况下，在分离装置中使用的膜或分离工艺对需要从废水流中被去除的任何可溶性污染物或不溶性污染物都具有高的截留率(rejection)。
在图示的实施方案中，用于增加废水的电导率的电解质溶液例如硫酸钠(Na2SO4)通过泵130从罐132被供应至反应器罐102，并且pH控制溶液例如氢氧化钠(NaOH)通过泵134从罐136被供应至反应器罐102。
电化学废水处理系统100还可以包括空气风扇式泵(air fan pump)140，该空气风扇式泵140将新鲜的空气流142泵送至反应器罐102的顶部，以夹带在反应器罐内产生的废气并且将它们作为反应器废气133排除至外部。
对于在分离装置中使用膜的实施方案，电化学废水处理系统还可以包括膜预处理溶液罐150，预处理溶液诸如防垢剂、杀生物剂或焦亚硫酸钠(SMBS)从该膜预处理溶液罐150通过泵152被进料至流出的废水流，并且被转入至分离装置104，用于将膜的条件保持在最佳水平。
本发明的另一个实施方案在图2中被图示。电化学废水处理系统200包括反应器罐202、电化学反应器214和分离装置204。在该实施方案中，待处理的废水流206首先被进料到均衡罐(equalization tank)208中，并且然后通过泵210被进料到反应器罐202。废水通过泵215从反应器罐202被进料至电化学反应器214，在电化学反应器214中废水被电化学处理。电化学反应器214可以包括若干个电化学电池216，该电化学电池216可以使用多种催化剂用于处理废水中的污染物。反应器流出物流227被进料回到反应器罐202。
流出的废水流218通过泵220从反应器罐202被进料至分离装置204，在分离装置204中，选定的可溶性化合物和不溶性化合物从流出的废水流218中被过滤并产生截留物流224，并且经处理的废水流222流出分离装置204并且可以被排出至罐用于再利用或储存，或者被排出至下水道或地表水体。
从流出的废水流218中分离的截留物流224流出分离装置204，并且被分成两股流，第一流和第二流，所述第一流是流动回到反应器罐202的再循环的废水流226，所述第二流是从系统中被排出的排污流(blowdown stream)228。再循环的废水流226的体积通常比排污流228更大。通过将截留物流224的一部分作为再循环的废水流226返回到反应器罐202中，在反应器罐202内的废水中的污染物的浓度增加，该废水被进一步供应至电化学反应器214。此外，由于被返回至反应器罐202的化合物根据分离装置204中使用的膜的类型或工艺的类型来选择，因此可以容易地控制被返回到反应器罐202和被返回到电化学反应器214的化合物的类型和量。
电化学废水处理系统200还可以包括空气风扇式泵240，该空气风扇式泵240将新鲜的空气流泵送至反应器罐202的顶部，以将废水处理期间产生的气体作为反应器废气233排出。
如果分离装置204包括分离膜，则电化学废水处理系统还可以包括膜预处理溶液罐250，预处理溶液(防垢剂、杀生物剂、SMBS)从该膜预处理溶液罐250通过泵252被进料至流出的废水流218，并且被转入至分离装置204，用于将膜的条件保持在最佳水平。
如在第一实施方案中那样，用于增加废水的电导率的溶液例如硫酸钠(Na2SO4)通过泵230从罐232被供应至反应器罐202，并且pH控制溶液例如氢氧化钠(NaOH)通过泵234从罐236被供应。
本发明的该第二实施方案具有与上文描述的第一实施方案相同的优点。在反应器罐202中和在电化学反应器214中的可溶性化合物和不溶性化合物(包括污染物)的浓度被增加，并且可以通过控制作为再循环的废水流226被再循环回到反应器罐202的经过量(amount of pass-through)和通过控制在提供这种选项的系统中作为排污流228被排出的那部分的截留物流224来控制。在分离装置204中使用的膜可以是反渗透膜、纳滤膜、超滤膜或经由分子大小、电荷、其他特性或经由上述的组合来分离化合物的任何其他类型的膜，或者膜可以是使用蒸馏或本领域中已知的用于分离不溶性污染物或可溶性污染物的另一种工艺的分离装置。
图3图示了本发明的另一个实施方案。电化学废水处理系统300包括与图1和图2中所示的废水处理系统相同的主要部件，分别是反应器罐302、电化学反应器314和位于反应器罐302的下游的分离装置304。待处理的废水流306被进料到均衡罐308中，并且通过泵310被进料至反应器罐302。来自反应器罐的废水通过泵315被供应至电化学反应器314，电化学反应器314可以包括若干个电化学电池316，在电化学电池316中，废水被电化学处理。反应器流出物流327被进料回到反应器罐302。
来自反应器罐302的流出的废水流318通过泵320被进料至分离装置304，在分离装置304中，可溶性化合物和不溶性化合物从流出的废水流318中被过滤并且经处理的废水流322流出分离装置304。在分离装置304中使用的膜可以是反渗透膜、纳滤膜、超滤膜或经由分子大小、电荷、其他特性或经由上述的组合来分离化合物的任何其他类型的膜。分离装置304可以使用另一种分离工艺(例如蒸馏)来代替使用膜，用于从流出的废水流中分离可溶性污染物或不溶性污染物。
从流出的废水流318中分离的截留物流324流出分离装置304并且回到反应器罐302，从而增加在反应器罐302中以及另外在电化学反应器314中的污染物以及其他可溶性化合物和不溶性化合物的浓度。在该实施方案中，全部截留物流324作为由浓缩的废水组成的再循环的废水流被返回到反应器罐302。如在上文描述的实施方案中那样，返回到反应器罐302的可溶性化合物和不溶性化合物根据分离装置304中使用的膜的类型或工艺的类型来选择，并且因此可以容易地控制被返回到反应器罐302和被转入到电化学反应器314的污染物的类型和量以及所有可溶性化合物和不溶性化合物的类型和量。
如在其他实施方案中那样，空气风扇式泵340将新鲜的空气流泵送至反应器罐302的顶部，以将在废水处理期间产生的气体作为反应器废气333排出。
该实施方案与上文描述的第一实施方案和第二实施方案的不同之处在于，排污流不是截留物流的一部分。而是，排污流328通过泵329从反应器罐302中排出，并且通过控制作为再循环的废水流被再循环回到反应器罐的截留物流324的体积和通过控制从反应器罐302中排出的排污流328的体积来控制在反应器罐302中以及另外在电化学反应器314中的污染物的浓度。
类似于图1中所示的实施方案，排污流328可以与经处理的废水流322共混，以形成经处理的水流321，如图3中所示。经处理的水流可以被排出到罐中用于再利用或储存，或者可以被排出至下水道或地表水体。
如在第一实施方案中那样，用于增加废水的电导率的溶液例如硫酸钠(Na2SO4)通过泵330从罐332被供应至反应器罐302，并且pH控制溶液例如氢氧化钠(NaOH)通过泵334从罐336被供应。在分离装置使用膜用于浓缩污染物的实施方案中，防垢剂溶液通过泵352从防垢剂溶液罐350被进料至流出的废水流，并且被转入至分离装置304用于维持膜的条件。
在实施排污流的实施方案中，可以更好地控制在反应器罐中以及隐含地在电化学反应器中的污染物的浓度。使用像图1中所示的系统的以下系统完成的建模已经表明，在72小时的操作之后，在图4A中被示出为流出物并且是排污流和经处理的废水流的组合的经处理的水流中的污染物浓度下降到680mg/L的TMAH(四甲基氢氧化铵)，这代表污染物浓度83％的降低，并且低于1,000mg/L的TMAH的所需污染物浓度，所述系统具有260加仑的电化学反应器体积和具有15,000cm2的总活性面积的BDD(硼掺杂的金刚石)电极，用于以1,500A的电流处理包含4,000mg/L的TMAH的废水流，其中电流密度为0.1A/cm2，并且在0.18056GMP的固定流量下，将截留物流的体积控制为流出的废水流的75％并且将排污流的体积控制为截留物流的20％。与分批反应器相比，这允许系统以更高的平均去除效率操作，并且提供比CSTR更好的流出物质量。这些结果在图4A中图示，该图4A代表在电化学反应器中的污染物浓缩率、在流出物(经处理的水流)中的污染物浓缩率(concentration rate)和所需的污染物浓缩率。
这些结果代表了相对于通过使用本领域技术人员已知的具有1级、2级或3级的恒定搅拌罐式反应器在相同的电化学活性面积下获得的去除率的改进，在所述恒定搅拌罐式反应器中，在72h的操作之后，在经处理的水流中的污染物浓度保持在所需的1,000mg/L的TMAH的污染物浓度之上，如图4B中所示。
本系统的另一个实施方案在图5中图示。在该实施方案中，电化学废水处理系统400包括与先前的实施方案中所示的废水处理系统相同的主要部件，分别是反应器罐402、电化学反应器414和位于反应器罐402的下游的分离装置404。该实施方案不同于先前的实施方案，因为待处理的废水流406在被供应至反应器罐402之前通过泵410被进料至调理罐411。这是必需的，因为在该实施方案中，系统以分批模式操作，如下文进一步描述的。此外，这允许从待处理的废水中去除可能损坏分离装置404的膜的某些污染物(例如金属)。因此，来自流406的废水可以在调理罐411中被处理，例如通过化学沉淀被处理，以去除这样的污染物。在处理之后，预处理的废水流405通过泵403从调理罐411被进料至反应器罐402。
废水通过泵415从反应器罐402被进一步供应至电化学反应器414，电化学反应器414可以包括若干个电化学电池416，在电化学电池416中，废水被电化学处理。反应器流出物流427被进料回到反应器罐402。
从反应器罐402出来的流出的废水流418通过泵420被进料至膜进料罐407并且通过泵409被进一步进料至分离装置404，在分离装置404中，可溶性化合物和不溶性化合物从流出的废水流418中被过滤并且经处理的废水流422流出分离装置404。如在其他实施方案中那样，在分离装置404中使用的膜可以是反渗透膜、纳滤膜、超滤膜或经由分子大小、电荷、其他特性或经由上述的组合来分离化合物的任何其他类型的膜。
从流出的废水流418中分离的截留物流424流出分离装置404并且作为再循环的水流回到调理罐411，从而增加在进入的废水中以及另外在反应器罐402中和在电化学反应器414中污染物和其他可溶性化合物和不溶性化合物的浓度。在该实施方案中，全部截留物流424作为再循环的废水流被返回到调理罐411，并且然后被供应至反应器罐和电化学反应器。这样的不存在排污流并且全部截留物流被返回到反应器罐的实施方案对于待处理的废水包含例如具有严格排放限制的有机物的那些应用是有利的，并且对于系统来说，将全部量的这样的组分进料回到系统中是有益的。这同样适用于完全在系统内再循环的导电率增强物质。在这样的实施方案中，被进料回到反应器罐和电化学反应器的污染物的量由分离装置404的类型和特性控制。
该示意图象征性地图示了化学品递送系统436，该化学品递送系统436通过泵434将所需的添加化学品递送至反应器罐402。这样的化学品可以包括用于增加废水的电导率的溶液例如硫酸钠(Na2SO4)、pH控制溶液例如氢氧化钠(NaOH)和/或用于维持分离装置404的膜的条件的防垢剂或杀生物剂溶液，如果使用膜的话。
如在上文描述的实施方案中那样，返回到反应器罐402的可溶性化合物和不溶性化合物根据分离装置404的类型(例如使用的膜的类型)来选择，并且因此可以容易地控制被返回到反应器罐402和被转入到电化学反应器414的污染物的类型和量以及所有可溶性化合物和不溶性化合物的类型和量。
如在其他实施方案中那样，空气风扇式泵440将新鲜的空气流泵送至反应器罐402的顶部，以将在废水处理期间产生的气体作为反应器废气433排出。
图5中图示的系统以分批模式操作，这意指一定量的废水(一批)被供应至调理罐411并进一步被供应至反应器罐402，并且其在电化学反应器414中被进一步处理，并被再循环经过系统持续对于所需的污染物去除足够长的预设的时间量，并且仅在第一批废水被完全处理并从系统中排出之后，下一批待处理的废水才被进料至调理罐和反应器罐。类似于在图1和图2中所示的实施方案中的再循环的废水流，流出的废水流418可以被连续地供应至分离装置404并且截留物流424可以被连续地进料回到系统中，以控制污染物的量。该系统在一系列不同的工艺步骤中操作，其中罐以随时间重复的特定的设定顺序被填充和排放。
本系统和方法的优点是电化学反应器中可溶性化合物和不溶性化合物的浓度与反应器流出物流中化合物的浓度脱钩，并且这实现改进的反应器性能和较高质量的流出物。
在本发明中，术语“可溶性化合物和不溶性化合物”还意指包括在废水中发现的需要通过废水的电化学处理被去除的多种污染物。
即使在此处呈现的所有附图中都图示了排污流，本领域技术人员基于本公开内容的教导将会理解，在所有情况下都不需要排污流来用于控制反应器罐中和电化学反应器中化合物的浓度。
虽然已经示出和描述了本发明的特定的要素、实施方案和应用，但是当然将理解，本发明不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，特别是根据上述教导做出修改。这样的修改将被视为在所附的权利要求的权限和范围内。
上文描述的多种实施方案可以被组合以提供另外的实施方案。在本说明书中提及的和/或在申请数据表中列出的美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物中的全部，如果有的话，包括2018年10月25日提交的美国临时专利申请第62/750,354号，通过引用以其整体并入本文。如果有必要，可以修改实施方案的方面，以采用各种专利、申请和公开的概念以提供又另外的实施方案。可以根据上面详细的描述对实施方案做出这些和其他改变。一般而言，在所附的权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的具体实施方案，而是应当被解释为包括连同此类权利要求赋予权利的等同物的全部范围的全部可能的实施方案。因此，权利要求不受本公开内容的限制。

Claims (18)

1.一种电化学废水处理系统，包括：
-反应器罐，所述反应器罐接收待处理的废水流，所述待处理的废水流包含可溶性污染物和不溶性污染物；
-电化学反应器，所述电化学反应器用于通过电化学反应处理所述废水流；以及
-分离装置，所述分离装置接收来自所述反应器罐的流出的废水流，以产生经处理的废水流和截留物流，所述经处理的废水流从所述系统中被排出，所述截留物流至少部分地作为再循环的废水流被供应至所述电化学反应器或返回到所述反应器罐，
其中所述电化学反应器处理从所述分离装置供应的所述再循环的废水流或从所述反应器罐供应的包含所述再循环的废水流的废水，并且产生反应器流出物流，所述反应器流出物流被进料回到所述反应器罐，并且
其中所述电化学废水处理系统通过包括以下步骤的方法操作：
a.将待处理的废水供应至所述反应器罐，并且从所述反应器罐中排出所述流出的废水流；
b.将来自所述反应器罐的所述流出的废水流供应至所述分离装置，在所述分离装置中，所述流出的废水流被浓缩以产生经处理的废水流和包含被所述分离装置截留的化合物的所述截留物流；
c.将所述截留物流的至少一部分作为所述再循环的废水流供应至电化学反应器或返回到所述反应器罐；
d.在所述电化学反应器中电化学处理所述再循环的废水流或从所述反应器罐供应的包含所述再循环的废水流的废水，并且产生电化学处理的水的所述反应器流出物流；
e.将来自所述电化学反应器的所述反应器流出物流供应至所述反应器罐；
f.控制所述截留物流的体积和/或被供应至所述电化学反应器或所述反应器罐的所述再循环的废水流的体积，以用于控制所述电化学反应器中的所述化合物的浓度，以及
g.从所述系统中排出所述经处理的废水流。
2.根据权利要求1所述的废水处理系统，还包括：
控制装置，所述控制装置用于调节所述截留物流的体积和所述再循环的废水流的体积，以用于控制所述电化学反应器中的化合物的浓度。
3.根据权利要求1所述的废水处理系统，还包括排污流和用于调节所述排污流的体积的控制装置，所述排污流从所述系统中排出所述截留物流的一部分。
4.根据权利要求1所述的废水处理系统，还包括排污流和用于调节所述排污流的体积的控制装置，所述排污流从所述系统中排出容纳在所述反应器罐中的所述废水的一部分。
5.根据权利要求3或4所述的废水处理系统，其中所述排污流和所述经处理的废水流在从所述系统中被排出之前被合并成经处理的水流。
6.根据权利要求2所述的废水处理系统，其中用于调节所述截留物流的体积和/或所述再循环的废水流的体积的所述控制装置包括用于将来自所述反应器罐的所述流出的废水流进料至所述分离装置的泵和/或调节所述截留物流的流量的阀和/或至少一个调节所述再循环的废水流的流量的阀。
7.根据权利要求3或4所述的废水处理系统，其中用于调节所述排污流的体积的所述控制装置包括至少一个用于调节所述排污流的流量的阀。
8.根据权利要求1所述的废水处理系统，其中所述分离装置包括反渗透膜、纳滤膜或超滤膜，或者使用用于过滤所述废水中的化合物的另一种分离工艺。
9.根据权利要求8所述的废水处理系统，其中所述分离装置的类型和特性被选择成用于控制所述截留物流中的所述化合物的浓度。
10.根据权利要求1所述的废水处理系统，还包括用于储存用于增加废水电导率的溶液、用于控制所述废水的pH的溶液和/或膜除垢溶液并将用于增加废水电导率的溶液、用于控制所述废水的pH的溶液和/或膜除垢溶液递送至所述反应器罐的装置。
11.根据权利要求1所述的废水处理系统，还包括调理罐，所述调理罐在预定量的待处理的废水流被供应至所述反应器罐之前接收预定量的所述待处理的废水流以及从所述分离装置供应的所述再循环的废水流，其中在所述调理罐中，所述待处理的废水与所述再循环的废水流混合。
12.根据权利要求11所述的废水处理系统，还包括膜进料罐和泵，所述膜进料罐接收来自所述反应器罐的所述流出的废水流，所述泵将来自所述膜进料罐的所述废水供应至所述分离装置。
13.根据权利要求1所述的废水处理系统，其中所述方法还包括将所述截留物流的一部分作为排污流排出，以进一步控制所述电化学反应器中的所述化合物的浓度。
14.根据权利要求1所述的废水处理系统，其中所述方法还包括将容纳在所述反应器罐中的所述废水的一部分作为排污流排出，以进一步控制所述电化学反应器中的所述化合物的浓度。
15.根据权利要求13或14所述的废水处理系统，其中所述排污流在从所述系统中被排出之前与所述经处理的废水流合并。
16.一种电化学废水处理系统，包括：
-调理罐；
-反应器罐，所述反应器罐接收待处理的废水流，所述待处理的废水流包含来自所述调理罐的可溶性污染物和不溶性污染物；
-膜进料罐；
-分离装置，所述分离装置接收来自所述反应器罐的流出的废水流，以产生经处理的废水流和截留物流，所述经处理的废水流从所述系统中被排出，所述截留物流作为再循环的废水流被供应至所述调理罐，和
-电化学反应器，
其中所述电化学废水处理系统通过包括以下步骤的方法操作：
a.将预定体积的待处理的废水供应至所述调理罐并从所述调理罐供应至所述反应器罐，并且从所述反应器罐排出所述流出的废水流；
b.将来自所述反应器罐的所述流出的废水流供应至所述膜进料罐并从所述膜进料罐供应至所述分离装置，在所述分离装置中，所述流出的废水流被浓缩以产生所述经处理的废水流和包含被所述分离装置截留的化合物的所述截留物流；
c.将全部截留物流供应至所述调理罐，在所述调理罐中，所述全部截留物流与所述待处理的废水混合并且其被进一步供应至所述反应器罐；
d.将来自所述反应器罐的包含所述截留物流的废水供应至电化学反应器；
e.在所述电化学反应器中电化学处理从所述反应器罐供应的废水，并且产生反应器流出物流；
f.将来自所述电化学反应器的所述反应器流出物流供应回到所述反应器罐；
g.从所述系统中排出所述经处理的废水流；以及
h.向所述调理罐供应新的体积的待处理的废水，并且重复上述步骤。
17.根据权利要求16所述的电化学废水处理系统，其中所述分离装置的类型和特性被选择成用于控制所述截留物流中的所述化合物的浓度。
18.根据权利要求16所述的电化学废水处理系统，其中所述方法还包括储存用于增加废水电导率的溶液、用于控制所述废水的pH的溶液和/或膜除垢溶液并将用于增加废水电导率的溶液、用于控制所述废水的pH的溶液和/或膜除垢溶液递送至所述反应器罐。
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