CN85108239A - 使流化床中的悬浮粒子絮凝以处理和净化水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水中悬浮物质的絮凝方法。

根据本发明，让水通过流化床中的粒状介质，其中无需预先使固定床中的粒状介质达到饱和，然后在下游将絮凝而成的团粒物收集起来，并使其沉降或者进行某种其它的液/固分离操作，从而获得已部分排除污染的流出物。

Description

本发明有关通过使流化床中的悬浮粒子絮凝来处理和净化水的方法。更具体地说，本发明有关这样的一种方法，即在有些情况下（有机物质悬浮液），应用这种方法时可不加入化学试剂，但所获得的结果又与用常用的物质化学方法获得的结果相似。

已经知道，城市废水中的悬浮物质含量为大约200至300毫克/升，而且其中总的生物需氧量（BOD₅，5天的生物需氧量）为大约200至400毫克/升，这当中的100至200毫克/升是溶解的BOD₅。这样的水中含有的污染物质可大致分为固体污染物（大约占三分之一），胶体污染物（也占三分之一）以及溶解的污染物（还是占三分之一）。

通常的水净化途径是使用生物学或者物理化学方法。

尽管生物学方法的确在相当程度上降低了水的污染程度，但是，这类方法很难适应所处理水的污染程度的变化或者说很难适应毒性污染物的流入量，例如，如果水处理装置接收工业上的排出物，就会出现这种情况。

大约10年或者20年之前，人们最感兴趣的是物理化学方法，特别是那些在絮凝器的上游安装了液/固分离器的物理化学方法。例如，在澄清絮凝方法中将絮凝器和沉降器结合起来使用，也就是这种情况。

这种装置的优点是，能够处理流入的广泛范围内的污染物，例如使用人员变动很大的度假胜地所用的洗刷装置（face    plants）。这些方法能够降低污染物流通量的70%至90%，而且残留下来的污染，如果必要，可进行进一步的处理。

这类解决方案的主要缺点是需要使用大量昂贵的试剂，这意味着由于毫无价值的矿化作用而产生大量的污泥。

还有人建议[参见欧洲专利申请（公开号为No0    085    629）]，采用这样的方法，即让包含有悬浮物质的液体通过固定床中的粒状介质，直到介质达到饱和（即可以是部分地，也可以是全部地）。然后，至少部分地排除该固定床中介质的堵塞状况，然后再一次将包含有悬浮粒子的液体通过介质，这时，即可以用化学试剂，也可以不用化学试剂，其作用是在液体中形成絮凝团粒。但是，这种方法的缺点是，这些方法的确需要最初使粒状介质达到饱和。

本发明的目的就是提供一种水的净化方法，其中包括，让水流通过流化状态的粒状介质以对其进行处理，在该方法中，完全不需要预先使固定床中的这种介质达到饱和，而且在有些应用场合，还无需加入化学絮凝试剂。

使液体中的悬浮粒子絮凝，这种现象与两个主要参数有关;

a）粒子之间的排斥-吸引力，这可以通过加入适当试剂的方法来加以修正;

b）速度梯度，或者是水力梯度G，其值由下式定义：

$\mathrm{G\; =}\sqrt{\frac{P}{\mathrm{\mu \; V}}}$

式中：P为该系统中所应用的功率，

μ为液相的动力粘度，

V为液相体积。

为了建立粘度梯度，大多数絮凝器都应用了搅拌能。

然而，本发明发明人却表明，可以在絮凝过程中采用粒状介质，而降低的能量相当于压力降。

可有利地应用粒状材料形成的流化床来达到此目的。

首先，在整个流化区域，压力降为常数;

其次，速度梯度与初始流化状态的速度梯度之比G/Go几乎不随流化数而变化（空塔速度与初始流化空塔速度之比）;

最后，在所研究状态下的CAMP    Gt数与初始流化状态下的CAMP    G。t。数之比也几乎不发生变化。

这意味着，只需对初始流化状态下的流化床里的絮凝器进行计算，就可容易地将该絮凝器的实际流量转换成流化场。

而且，应当注意到，在最低流化状态下，G。是与该床中组成材料的表观密度以及粒子的平均直径成比例的。同样，Gt也是与固定床的高度H。与粒子的平均直径d之比H。/d成比例的，而与所用材料的密度无关。

本发明基于流化床的上述性质，这些性质作为产生水力梯度的手段，本发明还基于如下所述的该系统中废水的自然絮凝特性。

因此，本发明有关一种从水中分离出悬浮物质的方法，其特征在于，将所处理水通过流化床中的粒状介质，而无需预先使固定床中的粒状介质达到饱和，在下游将絮凝所得团粒从所说的床中收集起来，然后让其经过液/固分离过程，例如沉降，从而获得最初污染物得到部分净化的流出物以及由絮凝粒子形成的团粒物。

在流化床中出现的絮凝过程捕获一些溶解了的污染物质，正象常用的澄清絮凝方法一样，得到部分净化的流出物。

在流化床中，粒状介质可能会膨胀大约30至200%。

为了建立起流化床，可以采用任何填充材料，例如砂子，应用时，其粒度可为大约50微米至1厘米。

这类粒状材料可以比水重，也可以比水轻，因为，如果所选材料比水重，则通过粒状介质的液流采用上流形式，而如果所选材料比水轻，则通过粒状介质的液流采用下流形式，所选材料之比重应当是大约0.8至3克/立方厘米。

所处理水的表观时空关系值应当是大约3至10分钟，而速度为0.01至200米/小时之间。

流化数（所处理液体的空塔速度与最低的粒状材料流化速度之比）应当达到大约1.1至15。

如果悬浮粒子处于不稳定的胶体形态，应用按照本发明的方法时，可以不加入絮凝剂，在这种情况下，悬浮材料出现自然絮凝，（或者）也可以加入絮凝剂。如果悬浮物质不是自动絮凝剂，一般来说，是必须向所处理介质中加入絮凝剂的。

在两种情况下，本发明的发明人已以完全出人意料的方式表明，为了促使这些悬浮粒子絮凝，在絮凝处理之前或者在该絮凝处理过程中，向需净化的悬浮液中加入从处理废水过程中得来的次生污泥（secondary    sludges），是很有帮助的。当处理介质本身由废水组成时，则可以将已分离出来的一部分团粒循环送回流化床中包含有粒状介质的回路的物料流量之去中。

这一假设是不会约束本发明的专利性的，本发明发明人的工作已表明，废水中腐生微生物群落中的细菌会分泌出多糖，这些多糖形成的粘液不但会粘在细菌细胞上，而且还会粘在悬浮液中的显微粒子上。

说明书所附的简化流程图表明了实施本发明的各种方法。当然，这些流程图表明的决不是本发明的所有实施方案，图中表明了下列特征：

图1    表明了废水的处理系统，其中，废水以上流形式通过反应器，该反应器中已用比重大于1的粒状材料形成了流化床。

图2    表明了相似的处理系统，其中，废水以下流形式通过反应器，该反应器中流化床里粒子的比重小于1;

图3    至图5为表明应用本发明的其它系统的流程图。

图1所示的处理系统中包括反应器1，从其底部通过管线2向其中通入需处理的水，反应器1中包含了由比重大于水的比重的粒状材料构成的流化床3。

由于废水通过流化床3而形成了由悬浮粒子组成的团粒物，处理之后含有这种团粒物的水，在反应器1的顶部经管线4排放到沉降罐5中，然后从其底部经管线7排放污泥6，而净化水则从该罐上部经管线8收集起来。

正如上面所述，如果悬浮在所处理水中的粒子为有机物质，如在处理污水（sewage    water）时就是这种情况，则按照本发明提供的方法能够在不加入常用絮凝剂的情况下进行操作，尽管可用这些絮凝剂来加快这样的絮凝过程。如果悬浮粒子为无机物质，则需要加入絮凝剂，在任一种情况下，适宜的絮凝剂都是由二次废水处理得来的污泥构成的。如果处理的是污水，则在沉降装置5中沉积出的一部分污泥可再经过管线9和管线7而循环通过反应器1。

在图2中，经位于反应器11顶部的管线12将污水送入反应器11，反应器中包含有由比重小于1的材料粒子构成的流化床13。

水通过流化床之后要形成由粒子组成的团粒物，处理后含有这种团粒物的水在反应器13的底部由接管14收集起来，然后排放到沉降罐15中，在其底部经管线17将污泥16收集起来，而从其顶部经管线18将净化了的水收集起来。

图3表明了本发明方法在以下条件下的应用情况，其中，经管线21送入反应器20的底部的待处理液体的速度低于所形成团粒物22的倾析速度。这些团粒物处于流化床23顶部的悬浮体里，以使其能够在水平方向上经管线24从反应器中排出，而部分净化了的水也从此反应器的上部经管线25排出。

既使在所处理液体的速度大于所形成团粒的倾析速度的情况下，也可以采用相似的解决方案（参见图4），其中的待处理液体经管线30送入反应器31的底部，反应器中包含有流化床32。所需要的只是反应器31顶部筒身33的构造，这部分的横截面大于反应器底部的横截面，而且其程度大到足以使流过其中的部分净化水的速度小于所形成团粒物36的倾析速度。所形成团粒物持于筒身33底部的悬浮体里，在这一位置上这些团粒物能够经管线34排出去，而部分净化了的水则从这部分筒身的顶部经管线35排出去。

图5表明了实施本发明的另一种方法，其中，反应器40中包含有流化床41，通入其中的物料速度超过了所形成团粒物的倾析速度。在这种情况下，反应器40中于其顶部安装有多管式倾析器。

所形成团粒物存于该沉降器上倾斜管的下部，也就是存于反应器40的顶部，从而使其能够经管线44排出去，而净化液体从该沉降器43上部经管线45排出。

当然，上述这样各种各样的实施方案并不是本发明的全部实施方法。

下面所述的实施例表明了本发明的优点。

实施例1

本实施例表明了采用本发明的方法，在不加入试剂的情况下，悬浮于废水中的粒子的自动絮凝过程。

所处理废水中的BOD₅总量为200毫克/升，而悬浮物质含量也为200毫克/升，将该废水按上流方式通过直径为20厘米的塔，塔中装有密度为1.7克/立方厘米，平均粒径为270微米的砂子。固定粒状物料床的高度为1.40米。

砂子床膨胀50%，上部时空关系值为7分钟，速度为10米/小时。

然后，将处理之后含有悬浮物质构成的团粒物的水转移到沉降罐中，其中，7分钟流通时间之后所获得的污泥浓度为5克/升。沉降30分钟之后，污泥浓度为15克/升

通过沉降之后，所处理水的BOD₅降低了90%，悬浮物质降低了70至85%，各个试验的结果不同。

实施例2

本实施例也表明了采用本发明的方法获得的悬浮液中粒子的自动絮凝过程。其中采用了直径为10厘米，长度为2.1米的圆柱体塔。该塔中填充有建筑用砂子，填充高度为1.1米，所用砂子为过筛后通过的直径为200至400微米的砂粒，其平均直径为350微米。该砂子的密度为2.7克/立方厘米，而其最低流化速度为4.23米/小时。

在该塔中对水作净化处理之后获得的流出物需要澄清;因此，在试管中作常规的倾析操作15分钟之后，再使用澄清水进行测定。

该处理系统中的进料液为栅流（gridded）废水，其平均特性值如下：

悬浮固体含量：150毫克/升

有机碳总含量：57毫克/升

温度：18℃。

将这样的水通入塔中加以处理，处理时不加入任何絮凝剂，并在各种流通速度下进行处理。

所得结果利于表Ⅰ（如下）。

流出物很容易得到澄清，而且平均说来，污泥容积指标为35立方厘米/克。在试管里倾析15分钟之后，所获得的污泥量表明其固体物质浓度高于10克/升。

表    Ⅰ

水的空塔速度    粒料床的膨胀    悬浮固体的分    总有机碳降低

（米/小时）    （%）    离效率（%）    效率（%）

17.3    40    45    38

20.3    50    52    47

30    70    64    50

50.8    90    80    60

实施例3

本实施例表明，在加入试剂的情况下，按照本发明的方法的实施情况。所用系统与上述相同，只是向流入物中注入三氯化铁FeCl₃。

送入该处理系统中的水与前述实施例相同。实验是在使用各种不同的三氯化铁FeCl₃浓度的情况下进行的。

所有实验都是用砂子床进行的，砂子床膨胀率为50%，也就是说，速度为20.3米/小时。

试验所得结果列于下面的表Ⅱ之中。

表    Ⅱ

三氯化铁FeCl₃悬浮固体分离效率 总有机碳降低效率

浓度（毫克/升）    （%）    （%）

0    52    47

50    58    53

100    77    66

150    ＞80    73

250    ＞80    73

350    ＞80    73

实施例4

本实施例有关向采用本发明提出的方法进行处理的液体中加入废水处理过程所得废污泥的效果。

进行了两组试验：

通常的“容器试验（jar    test）”：所用容器试验装置为水研究中心（Water    Research    Centre）的模型装置。

符合本发明要求的流化床絮凝器。对这种絮凝器说明如下：圆柱体直径为3厘米，其中填有砂子，砂粒粒径为165微米，密度为2.7克/立方厘米。测试是在试管中进行15分钟倾析之后采用上层清液进行的。

向该处理系统中送入的是毫无自然絮凝倾向的膨润土悬浮液。该悬浮液用作为参考物质的常用絮凝剂三氯化铁进行处理。所获得的絮凝过程可与使用从城市活化污泥水处理站得来的增厚污泥[次生增厚污泥    （STS）]所获得的结果相比较。

1.容器试验

膨润土浓度：150毫克/升

速度梯度：60S^-1

试验是用不同用量的试剂进行的。其结果列于表Ⅲ（如下）之中。

表中的这些结果表明，次生污泥用作为絮凝剂，其效率既使不比化学絮凝剂好，也可与使用化学絮凝剂所得结果相当。

2.流化床试验

只应用了次生污泥（STS）。该处理系统在流化数为8.35的条件下进行操作，这一数值相当于70%的膨胀量，并且上流的空塔速度为9.4米/小时。膨闰土的流入浓度为150毫克/升。

试验用各种浓度的STS进行，所得结果列于如下的表Ⅳ之中。

让上这些试验表明了使用按照本发明的方法所获得的高效率。

表    Ⅲ

试剂    试剂加入浓度    混浊物清除效率

（毫克/升）    （%）

无试剂    0    40

Fe Cl₃60 85

STS    60    95

FeCl₃120 92

STS    120    95

FeCl₃200 92

STS    200    90

表    Ⅳ

STS浓度（毫克/升）    悬浮固体的清除效率（毫克/升）

0    30

50    77

100    80

150    90

200    85

Claims (13)

1、水中悬浮物质的分离方法，其特征在于，让所处理的水通过流化床中的粒状材料，操作中无需预先使固定床中的粒状材料达到饱和，其特征还在于，在所说床层的下流将絮凝的团粒物收集起来，并且随后将其进行液/固分离处理，例如沉降，从而分别产生其污染已部分得到净化的流出物以及由粒子絮凝所得的团粒物。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，流化床中所用粒状材料经过30至200%的膨胀。

3、根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，其流化数在1.1和15之间。

4、根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，所处理水的上流空塔速度在0.01和200米/小时之间。

5、根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，上述流化床中的粒状材料高度在10厘米和5米之间。

6、根据权利要求1至5中的任何一项所述的方法，其特征在于，流化床中粒状材料的粒径在大约50微米和1厘米之间。

7、根据权利要求1至6中的任何一项所述的方法，其特征在于，所说粒状材料的密度在0.8和3克/立方厘米之间。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，流化床中的粒状材料的比重大于1，并且让所处理水上流通过该流化床。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，流化床中的粒状材料的比重小于1，并且让所处理水下流通过该流化床。

10、根据权利要求1至9中的任何一项所述的方法，其特征在于，让待处理水通过所说的流化床，操作时无需加入任何絮凝剂。

11、根据权利要求1至10中的任何一项所述的方法，其特征在于，流过流化床的水中含有所加入的絮凝剂。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所说的絮凝剂由废水处理得来的次生污泥组成。

13、根据权利要求12所述的方法，该方法用于净化废污水，其特征在于，将这一废水处理工序中分离出来的一部分污泥循环，其方法是将其送回去通过流化床中的粒状介质，认将其作用为絮凝剂。

Images