通过热氧化处理污水和废水的方法和系统 本发明涉及通过热氧化处理污水和废水的方法和系统。这里所用的“污水和废水”表示来自工厂及家庭的污水和废水。更具体地说，本发明涉及能高效和经济地再利用污水和废水的热氧化方法和系统。
为了更好地理解本发明的技术背景，下面结合一些附图叙述废水处理的常规方法。如图1A所示，废水首先引入储槽，然后进入pH控制池使废水的pH值适合于处理，接着进入反应池，在这里各种化学品与水中的污染物反应使它们解毒。此后，水进入凝结池，并流入沉积池或絮凝池。在进行最后的两个过程时除去了污染物。另一种方法是，如图1B所示，在pH控制池后，废水进入曝气池，在这里用微生物进行生物处理。在沉积池中除去污染物。这两个方法可结合使用。
据发现，根据这些常规的方法，有机物质(生化需氧量)的除去比率用物理处理为30％，用化学处理为40-50％，用生物处理为70-90％。与装置及其运行的成本相比这些处理的效率极低。这类系统，特别是对于难以分解的废水，包括来自染制、印刷或制革工艺的废水，其处理效率极低。这些方法的经济效率不佳，因此在实践中几乎无用。
即使将少量的处理不完全的污水和废水放入邻近的溪流和河水，它会污染自然环境，破坏生态系统，最终危及人类。另外，可归咎于这类不完全地再生或其它因素的工业用水的缺乏也成为工业发展的障碍。
因此，本发明的一个目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供可完全除去污水和废水中的重金属和色素的污水和废水的处理方法。
本发明的另一个目的是提供将污水和废水处理和改变成工业用水的方法。
本发明的再一个目的是提供处理污水和废水的方法，它可以防止水质污染和保护大自然。
本发明的另一个目的是提供经济上有利的处理污水和废水的方法。
本发明的再一个目的是提供通过热氧化处理污水和废水的系统。
根据本发明的一个方面，它提供了通过热氧化处理污水和废水的方法，包括的步骤是：在储槽中收集和沉积污水和废水；向污水和废水中加入100-5,000毫克/升第一氧化剂；在40-90℃下，使污水和废水与第一氧化剂在第一真空反应池中反应15-45分钟，同时进行搅拌；过滤所得的污水和废水。
根据本发明的另一个方面，它提供了用于通过热氧化处理污水和废水的系统，包括：用隔热材料涂覆的真空反应池；在真空反应池一侧让污水和废水进入真空反应池的一个进口，以及在真空反应池的相对一侧让污水和废水排出的出口；用来稳定地保持污水和废水在真空反应池中的停留时间的两个半环形隔板，每个均在较低部位开口，各装在出口和进口一侧；装在真空反应池中央用来使污水和废水变得均匀的搅拌器；在真空反应池内用来加热污水和废水的装置；用来监测真空反应池内部压力的压力表；以及与压力表相连、用来将真空反应池内部产生的气体送回储槽或进口管道的排气管。
本发明的其它目的和方面参照附图通过实施例进行叙述，其中：
图1A和图1B是显示处理污水和废水的常规方法的工艺流程图；
图2是显示通过热氧化处理污水和废水的本发明方法的工艺流程图；
图3是显示本发明真空反应池的剖面图；
图4是显示通过图3A-A线作出的真空反应池的平面图。
根据本发明，如图2所示，在收集污水和废水的储槽的后面是一个完全封闭的真空反应池，而不是现有技术中的pH控制池或曝气池。可采用多个串联的真空反应池。来自真空反应池的污水和废水进入pH控制池和沉积池，以及固-液分离池，进行一级处理。然后，水再在活性炭过滤池和流出池中进行二级处理。
为了更详尽地阐述，现参阅示意地显示真空反应池的图3。真空反应池10附有含氧化剂和重金属处理剂的混合物的化学品槽。当污水和废水通过进口管16流入真空反应池10时，计量泵12开始运行，将试剂混合物泵入管道16，在其中污水和废水与试剂混合。这里，“真空反应池”与下面使用的“反应浴”或“反应池”的含义相同。
在真空反应池10之外装有加热装置，通过升高真空反应池的温度来促进氧化剂与污水和废水的反应。该反应温度较好是保持在40-90℃，更好为70-90℃。对于加热装置18，可使用电加热器、蒸汽锅炉之类。
对于氧化剂，本发明可使用两种：第一氧化剂和第二氧化剂。
第一氧化剂可使用H2O2、MnO2、HNO3、KMnO4或者它们的混合物。较好的第一氧化剂的选择根据被处理的污水和废水而定。一般来说，10-40毫克/升H2O2和4,000-80,000毫克/升KMnO4的第一氧化剂混合物可氧化大部分污水和废水。处理一般污水和废水的第一氧化剂的合适浓度为100-5,000毫克/升污水和废水，但可在这一范围之外，可根据污水和废水的BOD和COD而定。
第二氧化剂至少是选自NaClO3，KMnO4，NaOCl，KCr2O7，KNO3，NaNO3，K2S2O8和H2SO4的一种。大部分污水和废水可用KMnO4、K2S2O8和H2SO4的混合物处理，各自的浓度为4,000-80,000毫克/升、1,000-3,000毫克/升和70-150毫克/升，或用KMnO4、NaOCl和K2S2O8的混合物处理，各自的浓度为4,000-80,000毫克/升、1,000-2,000毫克/升和1,000-3,000毫克/升。如同第一氧化剂，第二氧化剂处理一般污水和废水的合适浓度范围为100-5,000毫克/升。但是，该范围会随被处理的污水和废水的BOD和COD而改变。
可任意将重金属处理剂掺入第一氧化剂使用。在此情况下，可用任何市售的重金属处理剂。较好的是“EPOFLOC L-1”(YongI1Chemical Co.Ltd，韩国)、“ORITOL-S”(An Kook Chemical Co.Ltd.，韩国)和NaOH单用或结合使用来处理含重金属的污水和废水。考虑到成本和效率，重金属处理剂的用量为10-100毫克/升污水和废水，较好的是20-50毫克/升污水和废水。
如上所述，用来处理污水和废水的试剂种类和浓度可根据被处理的污水和废水的种类而定，大多数情况可用如上所述的范围。
在真空反应池10中，污水和废水与各种引入的试剂一起反应。反应在反应池中进行15-40分钟，较好的是30-40分钟。
在该反应期间，装在反应池10中央的搅拌器15的运行使反应系统变得均匀。此时可用多个搅拌器。经试剂处理后，污水和废水通过装在进口管16对面的出口管17排出。如图3所示，在较低部位开口的两个半环形隔板19各装在进口管16和出料管17的一侧。在处理污水和废水时，反应池10保持真空。为了保持真空，反应时于反应池10中产生的气体在上部通过排气阀14在压力表的监测下排至储槽或进口管。即，在密闭的真空反应池10内由污水和废水与氧化剂反应产生的气体被送回储槽或进口管，从而防止二次污染。反应池10用绝热材料20涂覆以减少热损耗。可用任何典型的绝热材料。
原则上，污水和废水以及氧化剂和其它合适的化学品通过管道16引入真空反应池10内，通过搅拌器15混合均匀，在加热装置18工作而使反应温度保持在40-90℃时进行反应，并通过出口管17排出。在该过程中，真空反应池10通过通向储槽或进口管的排气阀14保持在真空状态。
参见图4，这是沿图3中A-A线作出的平面图。如该图所示，两个在较低部位开口的半环形隔板19各装在进口管16的一侧和出口管17的一侧，以便有足够的时间使污水和废水与试剂充分反应。这样，引入的污水和废水自较低部位补充。
常规的敞口反应池或仅加热到低于40℃时，反应不能完全。特别是，敞口的反应池由于操作成本很高效率低达50％或更低而没有实用价值。
根据本发明，若污水和废水被收集和引入储槽，一个电平开关能感知污水和废水的量，并将信号发回中央控制(未显示)。这样，在中央控制下，所用的机器开始运行，如，自动地泵出污水和废水。储槽的污水和废水开始流入反应池。同时，与化学品槽11相连的喷射泵12开始工作，将来自化学品槽11的氧化剂送到进口管16。因此污水和废水以与氧化剂混合的状态进入反应池。该混合物在完全密闭的真空反应池10内靠搅拌器混合均匀。由加热装置18保持的高温使污水和废水易于氧化。在一个池中进行pH调节之后，污水和废水被转送到沉积池，然后进入固-液分离池，在其中污水和废水被分离成上清液和污泥。上清液例如用活性炭过滤器和离子交换柱过滤。在流出池或循环池中收集已进行上述处理的水。所得的水可用作工业用水以及厕所或车辆的洗涤用水。同时，留在沉积池中的污泥可用一般的方法处理。
考虑到效率，较好的是将污水和废水在每个反应池中处理15-40分钟，更好的是处理30-40分钟。
在真空反应池中已进行处理的污水和废水现转送到pH控制池和沉积池。作为pH控制剂，可用硫酸和氢氧化钠的混合物。
通过下列实施例可更好地理解本发明，但这些实施例并不限制本发明。
染制业的废水
从Panwol industrial complex(韩国Ansan)的终端处理站排出的废水根据常规方法和本发明方法进行处理。废水主要从漂白、精炼和洗涤形成。Panwol industrial complex每天产生100,000m3这样的废水。
下面是对废水的分析结果平均浓度。
pH：6-7
BOD(生化需氧量)：约300毫克/升
COD(化学需氧量)：约400毫克/升
SS(悬浮固体)：约120毫克/升
N-H(正己烷)：约35毫克/升
比色指数：800°。比较实施例1
将收集在池中的废水用NaOH处理，将pH调节到6-8。用标准活化污泥法进行生物处理，然后用等体积H2O2，FeCl3和Al2(SO4)3·17H2O的混合物以次级化学法进行处理。
但是，据发现所得的水的BOD为50毫克/升，比色指数为100°，实际上不可能再被利用。而且，这一常规方法的另一个显著问题是处理效率极低。这限制了对生产设施的投资。另外，这样的方法也要求很大的场地来处理废水。实施例I
根据本发明的方法，废水在两个串联的真空反应池中进行处理，然后进行固-液分离。得到如下表1的结果。与废水一起引入第一真空反应池的第一氧化剂为1∶20(体积比)的35％H2O2∶2.5N KM-nO4。作为第二氧化剂，使用的混合物包括2.5N KMnO4，0.01MK2S2O8和17％H2SO4，其体积比为10∶1∶2.5。重金属处理剂，使用了“EPOFLOC L-1”(Yong I1 Chemical Co.Ltd.韩国)、“ORITOL-S”(An Kook Chemical Co.Ltd.韩国)和0.1N NaOH的1∶1∶100体积比的混合物。在第一氧化剂和重金属处理剂被用于第一真空反应池的同时，第二氧化剂加入第二真空反应池。每个反应池的温度保持在70-90℃，试剂和废水反应30分钟。在常规的方法中，固-液分离用凝结剂和促进剂进行，它在沉积池之前进行。相形之下，废水在调节pH后留下了沉积的污泥。
表1 浓度 化学品 (mg/l) 未处理 处理后 处理的效率 第1氧化剂 1,100重金属处理 50 第2氧化剂 1,100 NaOH 100pH 4-10 7 100％BOD 300mg/l 2mg/l 99.4％COD 400mg/l 4mg/l 99.0％SS 120mg/l 0 100％N-H 35mg/l 0 100％比色指数 100° 0 100％实施例II
将BOD为240毫克/升的废水用本发明的方法处理。结果如下表2所示。从该表可见，当反应温度上升时，处理效率改善。只使用了与实施例I相同的第二氧化剂和中和剂，因为废水不含重金属。这样只需要一个真空反应池。
表2
不同反应温度的处理效率 BOD(mg/l) 效率 第2氧化剂 中和剂 反应温度 反应时间未处理的 处理后 240 2 240 10 240 2099.2％ 400mg/l 50mg/l 80℃ 40分钟95.8％ 400mg/l 50mg/l 60℃ 40分钟91.7％ 400mg/l 50mg/l 40℃ 40分钟实施例III
将COD为400毫克/升的废水用本发明的方法处理。重复实施例I的步骤，使用相同的氧化剂。结果如下表3所示。从表中可见，较长的反应时间有较好的结果。
表3
不同反应时间的处理效率 BOD(mg/l)效率 反应温度 反应时间 比色指数未处理的 处理后 400 2 400 4 400 10 400 10099.0％ 80℃ 40分钟 097.5％ 80℃ 35分钟 097.5％ 80℃ 30分钟 10095.0％ 80℃ 25分钟 200
从表1、2和3中可见，处理效率受第一、第二氧化剂和重金属处理剂的浓度、反应温度和时间影响。即氧化剂的浓度必须根据废水的污染水平和排出的水所必需的洁净度而定。对于工业的再生水，需要更长的反应时间和更高的温度。
例如，当处理的废水的COD为400毫克/升，则所需要的第一氧化剂浓度为1,100毫克/升，第二氧化剂要求为1,000毫克/升，中和剂要求为100毫克/升。为了完全除去COD和色泽，应在80℃或更高温度下使反应至少进行35分钟。对于含重金属的废水，必须有10-100毫克/升的重金属处理剂以达到良好的处理效率。
如前所述，用本发明的方法可经济有效地将污水和废水处理成工业再生水。因此本发明对防止水质污染和保护自然有一定的贡献。
本发明已用举例的方法作了叙述，应当明白这里所用的术语仅用于说明而为用于限定。
根据上述思想，本发明可有许多修饰和改变。因此，应当理解本发明在所附的权利要求书范围内可以采用与已明确说明的方式实施。