水流處理方法及系統的制作方法

專利名稱：水流處理方法及系統的制作方法
水流處理方法及系統發明背景發明領域本發明涉及水流的處理。特別地，本發明涉及一種方法，其中，用足量的改性化學試劑處理包含懸浮和/或膠狀形式的固體物質或者可沉淀的溶解物的水流，以影響所述固體或溶解物的沉降性質，特別是沉降時間。另外，本發明涉及水處理系統。相關技術描述包含大量固體物質和/或可沉淀的溶解物的水流的例子，包括廢水排放物，如生活污水和其它工業和市政來源的廢水以及工業循環流，如造紙和紙漿工業的循環流。取決于水流的來源，固體物質可以是有機的或無機的或它們的組合。也可以包括一些生物物質。包括可沉淀的溶解物在內的固體物質濃度可在大范圍內變化。通常，它在水流重量的約0.1至50%的范圍內變化。通常，對于許多上述類型的水流來說，需要調節水中存在的懸浮、膠狀或可沉淀形式的固體物質的沉降性質。在下文中，所有這些現象統稱為“固體物質”。通常，廢水處理要求包含在其中的固體物質在合理地較短時間內被分離。分離典型地通過沉降法或浮選法實施。通常，改性劑在添加位點以足以改變水流中固體物質的沉降或浮選性質的添加速率加入到水流中。通常，其目的在于實質上改變所述固體物質的沉降時間以對應于另一沉降時間，優選預定的沉降時間。工業或市政排放物通常例如在沉降池中處理。在排放物進料到池之前，一種或多種化學試劑被加入到工藝水流中用以沉淀溶解物和/或用于使小顆粒聚集到一起變成較大的絮凝物或聚集體，典型地用以通過改善池中顆粒的沉降來改善分離效率。另外一種方式是在浮選裝置中處理排放物。在浮選過程中，同樣，其目的是使小顆粒聚集到一起變成合適尺寸的較大的絮凝物或聚集體，它們隨后附著到空氣氣泡上并由此轉移到浮選裝置的表面上供去除。通常，包含固體物質的工藝物流和加入的化學試劑連續地進料到沉降池中。工藝物流在沉降池中保持一定長度的時間，其取決于流率和池的容積，時間要足夠用于使水流中固體物質沉降。很經常地，池中的停留時間為，例如45分鐘到20個小時或更長。經沉降的工藝物流，也就是固體物質已通過沉降從中去除的工藝物流，從沉降池中作為排放物連續排出，例如從池的上部以溢流的形式排出。排放物的質量通常通過濁度測量和/或懸浮固體量測量來監測。排放物的質量可由停留時間來控制并主要借助進料流的化學處理來控制。A.Mantovanelli,P.V.Ridd, Journal of Sea Research 56 (2006) 199-226,論述了多種已知的用于測量粘性沉降物聚集體的沉降速率的設備。包括手動操作的沉降管和自動操作的沉降柱，配備有視頻系統、光學和激光器械和水下平衡。然而，其未給出關于將這些設備安裝到水處理過程或測量方案的具體教導。US5431037和AU2009206170公開了已知方法的例子，這些方法用于周期性取出和分析來自沉降池的樣品以使得能夠控制要加入到所處理的懸浮液中的絮凝劑的量。如果導入到池中的工藝物流如廢水的組成隨時間劇烈波動，將會引發問題，因為用于去除固體物質的沉降池的效率信息僅從排放物獲得。因此，通常只有在可觀的高達幾個小時的延遲量之后，才可能調整化學處理，特別是化學試劑的劑量和用量。上述取樣和控制方法都存在這一問題。另外，它們的操作對于沉降池中的取樣點敏感。US 4279759公開了另一種用于控制向工藝物流進料水處理化學試劑的速率的方法。在該方法中，樣品流以工藝物流的側流(sidestream)獲取并以恒定的速率進料到沉降柱，在其中連續測定固體的濃度。該方法要求連續流以合適的進料速率進料通過沉降柱。由于要求連續流，該方法測定樣品沉降性質的能力有限。JP 2002253905公開了凝結監測系統，其中在凝結處理過程的多個階段取出樣品。每種樣品在由混合器引起的連續運動下進行光學測量。在該方法中，樣品不許沉降，以使得能夠測定每階段絮凝物的尺寸。因此，需要改進的方法，特別是涉及它們預測控制具有長處理和停留時間的工藝物流的能力，和測定實際工藝物流的真實沉降性質的能力。除了處理市政和工業廢水之外，在其它工業過程中和必須通過沉降從水流中分離固體物質的其它過程中，沒有長時間延遲的固體物質沉降性質調節是必需的。當水流具有大體積時，如超過50m3/h,特別是大約50到5000m3/h時，與評估延遲作用相關的問題特別重要。發明概沭本發明的目的在于消除至少一部分現有技術的問題，并提供處理水流的方式，該水流包含顯示出第一沉降性質特別是沉降時間的固體物質，以獲得含有固體物質的改性水流，該固體物質顯示出區別于第一沉降性質的第二沉降性質，優選預定的沉降性質。本發明的第二個目的是提供評估工藝物流的質量和/或用于選擇和調節化學試劑添加的方法。本發明基于測量體現小樣品的固體物質的沉降性質的一種或多種所期望性質的構思，該小樣品取自添加了改性劑后的大容量的工藝水。基于對該樣品測得的一種或多種性質，可得出關于該大容量大流體的結論。本發明方法包括通過如下方式處理具有第一流率并包含顯示出第一沉降性質的固體物質的水流:-添加改性劑如凝結劑或絮凝劑到水流中，添加速率足以改變該水流中的所述固體物質的沉降性質，以獲得具有固體物質的改性水流，該改性水流所具有的固體物質顯示出區別于第一沉降性質的第二沉降性質；-將該改性水流的樣品導入具有一定容積的沉降容器；-測定在該沉降容器中所述樣品的固體物質的沉降性質；以及-將所述改性水流導入分離裝置，如沉降池或浮選裝置，在其中將固體物質從改性水流中分離。在本發明的一個方面，樣品間歇導入沉降容器，并優選作為所述水流的側流。更優選地，本發明方法的特征由權利要求1所述限定。所述系統由權利要求22的特征限定。
測定沉降容器中存在的固體物質的沉降性質的步驟可包括測量樣品中固體物質的含量，例如在預定的沉降時間后沉降容器中局部的樣品濁度或固體含量(所謂“沉降濁度”或“沉降固體含量”)或作為時間的函數的連續測量值，包括這些數量的時間衍生的參數，如沉降速率。沉降性質也可以是所測量的固體物質的沉降時間。改性劑可選擇來改變這些性質中的一種或多種。樣品濁度或固體含量的局部測量是有利的，因為這些量通常遵循公式f (X，y, z,t)，其中，X，y是沉降容器內的水平空間坐標，Z是沉降容器內的垂直空間坐標，t是時間。“局部”在上下文中意思是測量數據僅從沉降容器內的特定區域(所用的傳感器頭附近)收集，該區域的容積小于沉降容器的容積。優選測量基本上在沉降容器垂直軸方向上的同一位置實施。根據一個實施方式，所述方法包括從具有第一流率的水流中取出具有第二流率的側流的步驟，第二流率小于第一流率。該側流在改性劑加入到該工藝物流的位點處之后取出并轉移，例如通過管導入，到沉降容器。其后，沉降容器的進料關閉，并且一定時間段后，測定存在于沉降容器中的樣品濁度(“沉降濁度”)。優選地，所述時間段為至少10秒，通常為至少2分鐘，特別是5分鐘或更長。在大多數應用中，該時間段為小于I小時。沉降濁度也可以是不再隨沉降時間增加而顯著變化的濁度值(即小于預定的絕對值或相對值)。任選地，然后根據所測得的沉降性質，控制改性劑向水流中的添加速率。在添加速率之外或作為替代，可以控制改性劑的類型。術語“控制添加速率”涵蓋了控制單位時間的體積流率和控制改性劑的濃度。“控制”包括改變添加速率的決定和動作，以及不改變添加速率(=保持添加速率恒定)的決定。控制可手動、半自動或自動實施。與同時包括連續進料和測量的現有技術方法相對，根據優選實施方式，以重復循環的方式間歇、依次地進行樣品到沉降容器的導入和所述測量。這意味著，給沉降容器連續提供新鮮進料，即直到其內容物與主水流相對應，中斷進料以允許沉降容器的內容物至少部分沉降，在每一這種沉降周期內在沉降容器的所需位置處實施沉降濁度或其它沉降性質的測量。每個沉降周期內的測量可以是連續的，以獲得瞬時的沉降信息，但樣品不是連續流而是初始工藝物流的代表性批次。在沉降周期后，該序列可立即或在預定時間段后啟動。該序列可在批次之間包括一個或多個清洗沉降容器、進料通道和/或所用的測量傳感器的清洗步驟。如果樣品以側流形式從主物流取出，那么取樣過程可以很容易地通過側流通道內適當的閥門開關(valving)來控制。本發明可獲得顯著的成效。通過本發明，待處理水流中的固體物質的沉降性質可在線監測。因而，對一種或多種化學改性劑的添加的控制也可變得更加實時，避免了水流在分離裝置中的停留時間引起的幾小時的延遲。特別地，沉降濁度是用于控制改性劑進料的有效參數。在廢水處理中，通過使樣品沉降，可預測沉降池的凈化結果，并且可以調節任何處理步驟之前的固體物質的量。特別有利的是，通過使用本發明的方法可預測由于輸入物流內容物的突然變化引起的潛在的高濁度峰。通過快速調節一種或多種改性劑的添加，這種峰值對凈化效果的負面效應可避免或至少減輕。
在其它處理過程中，本發明特別適用于監測和/或控制凈化或分離過程，如沉降或浮選。下面將借助詳細描述并參照附圖對本發明作更詳細的說明。附圖簡沭

圖1示出了用于本發明實施方式的方法的簡化方案；和圖2圖示了沉降容器中濁度對時間的函數關系。實施方式的詳細描述如上所述，本發明主要包括使用改性劑處理水流以獲得改性水流的方法。改性水流具有第二、優選預定的沉降性質。特別地，可影響水流中固體物質的沉降時間或樣品的沉降濁度。根據優選的實施方式,水流從改性水流的側方取出并基于側線采出(sidedraw),在沉降容器中測定固體物質的沉降性質。側流可連續地從水流中取出并進料到沉降容器，作為使用側流的替代，取樣可通過任意類型的間歇方法來實施。根據優選的實施方式，根據所測得的沉降容器中固體物質的沉降性質來改變改性劑的添加速率和/或類型。可使用軟測量(soft senseor)和模型[如Linguistic方程(LE)]來幫助數據分析和判斷。對于合適的設備，我們參考W02005/022278中描述的用于化學試劑的自動劑量控制的方法和裝置，其內容通過弓I用并入本文。由于例如沉降容器和分離裝置的幾何構型不同，沉降容器中測得的沉降濁度可能不直接對應于分離裝置中的沉降濁度。然而，在這兩種測量結果之間存在比例關系。例如，沉降容器中幾分鐘沉降時間后的濁度x(例如400NTU，比濁法濁度單位)可預測借助現有量的改性化學試劑，幾小時后分離裝置出口的濁度將為約f Xx (例如40NTU，如果f = 0.1)，其中f是比例因子或函數。這種關聯關系可通過試驗建立。因此，根據實施方式，所述方法包括:-提供比例因子或函數，其將沉降容器和分離裝置出口之間的沉降濁度或沉降時間關聯起來；-基于測得的沉降性質和所述比例因子或函數，控制改性劑的添加速率和/或類型，從而在分離裝置出口獲得所期望的沉降濁度或沉降時間。本發明還包括一種技術方案，其中沉降濁度的測定僅作為監測步驟來實施。根據本發明的優選實施方式，改性劑和第二改性劑(如果使用的話)，選自凝結劑和/或絮凝劑。凝結劑或絮凝劑可選自單價或多價陽離子如鈉、鈣、鎂、鐵、鋁的鹽或陰離子型、非離子型和陽離子型的聚合電解質，天然產物如淀粉，半合成聚合物如陽離子淀粉和合成聚合物如丙烯酸聚合物、聚胺、聚氧化乙烯和烯丙基聚合物，或它們的混合物。根據一個實施方式，待處理的水流為工業或市政廢水或排放物。在這些排放物中，固體物質通常包括有機物質、無機物質、生物物質及它們的組合。排放物通常在沉降槽中凈化。從該沉降槽排出基本不含固體物質的水流。在一個實施方式中，改性化學試劑為凝結劑，例如上述種類的凝結劑，其添加量足以顯著減少固體物質的沉降時間，從而獲得短于第一沉降時間的第二沉降時間。僅僅加入一種類型的改性劑，如凝結劑，對獲得所期望的處理結果而言可能是不夠的。因此，也可向水流中加入第二或更多種改性劑。通常，第二添加位點可位于側流取出位點的上游或下游。通過側流的位置，即取樣點，可以監測或調節僅僅所選擇的改性劑的效果。當然，也可以從水流的不同位置提供多個側流。例如，如果向水流中加入兩種或更多種改性劑，樣品可在每一相應添加位點之后取出，使得這些改性劑的效果可分別評估。根據一個實施方式，凝結劑和絮凝劑均提供到水流中，凝結劑優選作為第一添加位點的第一改性劑，而絮凝劑作為第一添加位點下游的第二添加位點的第二改性劑。水流導入到包括例如具有一定容積的沉降池或浮選裝置的分離裝置。沉降容器對分離裝置的容積比通常為1/100到1/10000000，特別是約1/1000到1/1000000。換而言之，在其中測定濁度和/或任何其它沉降性質的沉降容器在容積上遠小于實際分離裝置的容積，由此可實現監測和/或控制延遲的顯著減少。在優選的實施方式中，所測定的沉降性質是從側流中斷時起測量一定時間段后，例如60-1200秒后，沉降容器中水流側流的濁度。還可以在預定的時間段內測量濁度的變化或樣品中局部存在的固體物質的量的變化(即固體物質的沉降速率)來作為所述沉降性質。該時間段通常為約I秒到1200秒或更長。測量序列優選定期運行。通常，1-20個測量周期/小時。濁度可使用電磁輻射測量，如UV、可見或紅外波長范圍內的電磁輻射。根據示例性的實施方式，使用在波長780到820nm范圍的光學吸收或散射傳感器。根據一個實施方式，傳感器包括傳感器頭，能夠用于樣品濁度或固體含量的局部測量。傳感器頭置于離沉降容器底部一定距離處，任選地也位于離沉降容器頂部一定距離處。傳感器頭可直接位于沉降容器中，或位于沉降容器壁上設置的窗口之后。優選地，傳感器布置在沉降容器的側壁上或穿過該側壁。傳感器可布置為與側壁成一定角度。沉降容器可以是敞開的或封閉的。優選，它是流過型的(flow-through type),使得沉降容器容易連接到自改性水流取出的側流。優選地，樣品從下方導入沉降容器。現在轉向附圖，可以看到在圖1中圖示了廢水的凈化過程。附圖標記17指示用于通過沉降來凈化水流的沉降池。該槽通常為圓柱形。廢水通過進料通道13從底部進料到該槽中，并允許在中心管25中向上流動。借助葉輪16進行偶爾或規律的水混合以防止中心管內的沉降。水表面以虛線標示，水從中心管的溢流以箭頭標示。在該池中，固體物質沉降到底部上，并通過出口管19移除。澄清后的水相作為溢流通過溢流通道18移除，其通常以環形方式安裝在池周圍。在常規方式中，凈化水的濁度通過濁度測量設備在測量位點24處監測。廢水可為工業或市政廢水或它們的組合。到廢水進料通道13的進料獲取自各種來源和池IlAUlB并且通常通過泵12A、12B增大水壓。流量計14監測廢水的流率。凝結劑，如硫酸鋁，通過泵15A加入到廢水。如圖中可見，在進料通道13 —側，離泵15A和凝結劑添加位點一定距離(下游)處布置有管路。通過側管線20的水流可以顯著小于主管線中的水流，通常小于1/10000體積份(parts by volume)甚至是在流率方面。側管線20配備有閥V2用于調節進入小沉降容器22的水流。沉降容器22配備有延伸進入該容器的傳感器21，并配備有通向排水口 23的溢流管26。側管線20的反洗可通過經由閥Vl進水到側流通道20來實現。傳感器21的清洗可通過經由閥V3進水到傳感器21的頭部來實現。結合下面的實施例來說明沉降容器22的操作。
實施例沉降原理在示例性的沉降過程中，取樣、樣品管線清洗、沉降和傳感器清洗步驟依次執行。在取樣期間，通過閥V2控制的樣品管線保持打開。在取樣開始時，通過打開閥V3進行較短時間段的傳感器清洗，例如10秒。在沉降(和樣品管線清洗)期間，閥V2關閉。在樣品管線20的清洗期間，閥Vl打開以沖洗樣品管線20，如原水(raw water)或其它適用于此目的足夠純凈的水。在化學試劑加料15A后從進料通道13中取出樣品。樣品流入沉降容器22。在預定的時間后，通過閥V2停止樣品流，然后使取出的樣品在沉降容器22中沉降。在沉降期間和/或沉降之后，測量濁度或懸浮固體。清洗傳感器，并取出新樣品。再一次測量沉降樣品的濁度值。在每一序列中，可在沉降期間和/或沉降之后測量濁度或懸浮固體。為了控制的目的，例如保持沉降濁度值恒定直至產生下一個沉降濁度值。一種或多種化學試劑的添加基于例如沉降濁度值。在示例性的實施方式中，測量序列如下:
序列步驟持續時間
取樣60秒(I分鐘)
樣品管線清洗 10秒 沉降650秒(10分50秒)傳感器清洗10秒
合計12分10秒—沉降濁度值每小時產生約5次。
權利要求
1.處理水流的方法，該水流具有第一流率并包含顯示出第一沉降性質的固體物質，所述方法包括: -向該水流中添加改性劑，添加速率足以改變水流中的所述固體物質的第一沉降性質，以獲得具有固體物質的改性水流，改性水流中的所述固體物質顯示出區別于第一沉降性質的第二沉降性質； -將改性水流的樣品導入具有一定容積的沉降容器中； -測定沉降容器內所述樣品的固體物質的沉降性質；以及 -將改性水流導入分離裝置，在其中從改性水流中分離出固體物質； 其中，所述樣品的導入和沉降性質的測定以重復循環的方式間歇、依次地進行。
2.根據權利要求1的方法，其中所述取出水流樣品到沉降容器是通過從水流中取出側流并將該側流導入沉降容器 中來實施的，該側流具有小于第一流率的第二流率。
3.根據權利要求2的方法，其中在所述測定沉降容器內所述樣品的固體物質的沉降性質之前，操作所述側流中的閥門來中斷所述側流。
4.根據前述任一權利要求的方法，包括根據所測得的沉降容器內所述樣品的固體物質的沉降性質來控制改性劑的添加速率和/或類型。
5.根據前述任一權利要求的方法，包括基于所測得的沉降容器內所述樣品的固體物質的沉降性質來預測在分離裝置內從中分離出固體物質的改性水流的沉降性質。
6.根據前述任一權利要求的方法，其中存在于沉降容器中的固體物質的沉降性質的測定包括在預定的沉降時間段后局部測量沉降容器內的所述樣品的濁度或固體含量。
7.根據前述任一權利要求的方法，其中所述水流選自工業或市政廢水和排放物。
8.根據前述任一權利要求的方法，其中所述改性劑選自凝結劑和絮凝劑，優選選自單價或多價陽離子的水溶性鹽或陰離子型、非離子型和陽離子型的聚合電解質，所述單價或多價陽離子例如鈉、鈣、鎂、鐵、鋁；天然產物如淀粉，半合成聚合物如陽離子淀粉和合成聚合物如丙烯酸聚合物、聚胺、聚氧化乙烯和烯丙基聚合物，或它們的混合物。
9.根據前述任一權利要求的方法，其中所述改性劑的添加量足以顯著減少所述固體物質的沉降時間，從而獲得短于第一沉降時間的第二沉降時間。
10.根據前述任一權利要求的方法，其中所述固體物質選自有機物質、無機物質、生物物質及它們的組合。
11.根據前述任一權利要求的方法，其中在第二添加位點向所述水流中添加第二改性齊U，該第二添加位點優選位于取出所述樣品的位點的下游。
12.根據權利要求11的方法，其中所述第二改性劑選自凝結劑和絮凝劑，優選選自單價或多價陽離子的水溶性鹽或陰離子型、非離子型和陽離子型的聚合電解質，所述單價或多價陽離子例如鈉、鈣、鎂、鐵、鋁；天然產物如淀粉，半合成聚合物如陽離子淀粉和合成聚合物如丙烯酸聚合物、聚胺、聚氧化乙烯和烯丙基聚合物，或它們的混合物。
13.根據前述任一權利要求的方法，其中所述分離裝置是具有一定容積的沉降池或浮選裝置。
14.根據權利要求13的方法，其中所述沉降容器與所述分離裝置的容積比為1/100到1/10000000，優選約 1/1000 到 1/1000000。
15.根據前述任一權利要求的方法，包括測定沉降容器內的所述固體物質的沉降性質，隨后在測量之間從所述水流向沉降容器提供新鮮樣品。
16.根據權利要求15的方法，其中測量序列每小時重復I到200次，優選I到100次，更優選I到20次。
17.根據前述任一權利要求的方法，其中所述沉降性質為使用輻射測量的濁度，該輻射例如UV、可見光或紅外波長范圍內的輻射。
18.根據前述任一權利要求的方法，其中所述沉降容器包括底部和頂部，且所述沉降性質使用包括傳感器頭的傳感器測定，該傳感器頭設置為距沉降容器底部一定的距離且距沉降容器頂部一定的距離。
19.根據前述任一權利要求的方法，其中使每一樣品批次在沉降容器中沉降。
20.根據前述任一權利要求的方法，其中測定每一樣品的沉降濁度或沉降時間。
21.根據權利要求20的方法，其中響應所述沉降濁度或沉降時間來控制所述改性劑的添加。
22.根據前述任一權利要求的方法,包括: -提供比例因子或函數，其將沉降容器和分離裝置出口之間的沉降濁度或沉降時間關聯起來； -基于所測得的沉降性質和所述比例因子或函數，來控制改性劑的添加速率和/或類型，從而在分離裝置出口處實現所期望的沉降濁度或沉降時間。
23.水處理系統，包括: -分離裝置，其用于從進料到該分離裝置的水懸浮液中分離出固體物質； -進料通道，其用于將所述水懸浮液進料到所述分離裝置； -用于在所述進料通道的添加位點向所述水流中添加改性劑的裝置； -沉降容器； -布置在所述進料通道處、用于以重復循環的方式持續地將所述水懸浮液的樣品間歇導入到沉降容器中的裝置； -用于測定沉降容器內所述樣品包含的固體物質的至少一種沉降性質的裝置；和 -任選的，用于控制改性劑的添加速率和/或類型的裝置。
24.根據權利要求23的水處理系統，其中: -所述分離裝置為沉降池或浮選槽； -所述用于將水懸浮液的樣品導入到沉降容器的裝置包括連接到所述進料通道的側流通道，和用于持續地從所述進料通道間歇取出樣品送往沉降容器的裝置； -所述用于測定沉降容器內所述樣品包含的固體物質的至少一種沉降性質的裝置用來在預定的沉降時段后測定樣品的濁度或固體物質含量。
25.根據權利要求23或24的水處理系統,用來實施權利要求1-22中任一項的方法。
全文摘要
本發明涉及用于處理水流的方法和系統，該水流具有第一流率并包含顯示出第一沉降性質的固體物質，所述方法包括向該水流中添加改性劑，添加速率足以改變水流的第一沉降性質，以獲得具有固體物質的改性水流，改性水流的固體物質顯示出區別于第一沉降性質的第二沉降性質；間歇取出改性水流的樣品送入具有一定容積的沉降容器中；測定沉降容器內樣品的固體物質的沉降性質；以及將改性水流導入分離裝置，在其中從改性水流中分離出固體物質。本發明提供了便利的監測和/或控制導入到例如凈化過程的水流。
文檔編號B01D21/00GK103118755SQ201180035534
公開日2013年5月22日 申請日期2011年7月19日 優先權日2010年7月20日
發明者K·詹森, I·約恩素, M·皮羅南, J-P·瑟維奧, T·伊爾賈奈南 申請人:凱米羅總公司