CN109923076A - 用于在水密集型过程中控制疏水条件和结垢的方法和*** - Google Patents

用于在水密集型过程中控制疏水条件和结垢的方法和*** Download PDF

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Abstract

在水处理***中，在包括凝结、絮凝(10)和分离(18，19)的预处理过程(1)中，将预处理化学品(14)添加至水流(5C)，以减少水流中的溶解的和/或粒状物质的量。在添加预处理化学品的上游(15C)或下游(15A，15B)监测(12)水流中的疏水条件。基于监测的疏水条件控制(13)预处理化学品(14)到水流的计量添加(11)。由此可以使后续膜过滤阶段(3)中的膜结垢最小化。

Description

用于在水密集型过程中控制疏水条件和结垢的方法和***
技术领域
本发明涉及水处理***，且更具体而言涉及在后续的一个或多个水处理步骤之前的具有水预处理过程、特别是膜过滤或反渗透的水处理***。此外，本发明涉及具有预处理过程以减少或防止在使用来自预处理过程的水的后续过程中的表面上结垢的水处理***。
背景技术
在饮用水处理和废水处理中，使用膜技术如微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)变得日益重要，因此膜技术变得日益重要。膜提供了容许仅达到一定尺寸、形状或特征的材料通过的物理屏障，并有效去除固体、病毒、细菌和其它不想要的分子。以各种构造制造膜，包括中空纤维、螺旋和管状。
水，例如废水和原水，尤其是地表水含有可能影响例如膜过程运行的杂质。水中存在的有机化合物和矿物盐可能在设备表面上，例如在膜表面上形成结垢，这可能降低水处理厂的总体效率。存在几种类型的结垢：包括无机结垢或积垢，胶体结垢，有机结垢和生物结垢。因此，水处理过程，例如膜过程可能需要减少给水中有机物和颗粒的量的预处理步骤。
如果没有预处理以减少有机物质和粒状物质的量，则水例如废水和原水，尤其是地表水含有还可造成在与水接触的表面上结垢的杂质。结垢通常典型地可以成为管道、仪器、热交换器的表面上，冷却水***和飞溅区中的问题。
通常将凝结用于预处理步骤，来去除造成结垢的大多数有机物和无机物。为了追踪凝结性能，需要监测关键参数以确保预处理是充分和有效的。然而，最常见的不适当地调整凝结剂(剂量过度或剂量太低)和操作条件降低了凝结的性能。为了降低一种或多种凝结剂的超/低剂量的影响，需要有用来控制凝结剂和/或絮凝剂剂量的***。
已存在用来实施对凝结剂和/或絮凝剂剂量控制的各种方式。流动电流检测器(SCD)通过固定带电颗粒并测量在水流内因带电颗粒而产生的电流，即流动电流工作。将水从取样点吸入，并利用电极检测固定和移动组分之间的电势差异。
另一种方式是使用Zeta(ζ)电势，其提供用来监测最优水澄清能力的可测量值。在接近零的ζ电势下，体系不稳定且高度倾向于聚集。因此，监测水处理流的ζ电势尝试提供一种维持最优絮凝条件的方式。
又一种方式是基于pH来调整凝结剂添加。
常规***显现为不准确且未给出准确控制化学处理的足够信息。水工业热衷于存取在线测量，并朝向自动化、更准确的凝结剂和/或絮凝剂控制前进。此外，希望更有效度量水处理过程中絮凝剂和/或凝结剂的选择和/或剂量。
US 2013078730 A1公开了一种用于检测废水中的污染物如油脂的存在和量的方法。
WO 2012111402 A公开了一种进行预处理以过滤含溶质水来去除杂质的预处理装置。
JP 2007245078 A公开了一种水处理***，其具有向天然水添加凝结剂并使凝结剂聚集的絮凝过程单元，和过滤经絮凝处理的水的膜分离单元。
WO 2015075319 A1公开了将样品碎裂成颗粒群，并使用荧光或吸光度测量来测定疏水颗粒的颗粒尺寸和量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以克服当前方法中的至少部分问题的方式以控制水处理的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种以可防止或减少后续水处理步骤，特别是膜过滤中结垢的方式来控制水处理过程的方法。
本发明的另一目的在于提供一种以减少或防止在使用来自预处理过程的水的一个或多个后续过程中的过程设备表面上结垢的方式以控制水处理过程的方法。本发明的方面是根据随附独立权利要求的控制水处理过程的方法、控制***和疏水性监测单元在控制水处理过程中的用途。本发明的实施方案详述于从属权利要求中。
本发明的一个方面是一种控制水处理过程的方法，所述方法包括：
在包括凝结步骤和/或絮凝步骤和至少一个分离步骤的预处理过程中，添加至少一种预处理化学品至水流，以减少水流中溶解和/或粒状物质的量，
监测所述添加至少一种预处理化学品的上游和/或下游水流中的疏水条件，和
基于至少监测的疏水条件控制所述至少一种预处理化学品至水流的计量添加。
在一个实施方案中，所述至少一个分离步骤包括浮选步骤、沉积步骤和过滤步骤中的一个或更多个。
在一个实施方案中，所述控制包括控制所述至少一种预处理化学品的所述计量添加，使得水流中的疏水条件转向或维持低于或处于目标疏水条件。
在一个实施方案中，所述监测包括根据颗粒尺寸和/或颗粒质量，将水流的样品分级成两个或更多个颗粒群。
在一个实施方案中，所述监测的和/或目标疏水条件包括以下的一个或更多个：
i)至少一定的颗粒尺寸和它们的疏水性
ii)至少一定的颗粒尺寸的疏水性
iii)一定尺寸的疏水颗粒的量或计数
iv)颗粒的疏水性分布
v)水流的总疏水性，
vi)总颗粒计数，
vii)一个或多个颗粒群的颗粒计数，
viii)颗粒尺寸分布，
ix)一个或多个颗粒群的疏水性。
在一个实施方案中，所述方法另外包括在预处理过程下游的经预处理的水流的膜过滤，并且其中将所述至少一种预处理化学品的计量添加的所述控制配置成减少在膜过滤中的膜结垢。
在一个实施方案中，所述至少一种预处理化学品的计量添加的控制包括以下的一个或更多个：
i)基于从所述添加至少一种预处理化学品的下游，优选在所述至少一个分离步骤之后的水流中提取的样品的反馈型控制，
ii)基于从所述添加至少一种预处理化学品的上游的水流中提取的样品的前馈型控制，和
iii)对所述至少一种预处理化学品中的第一者的前馈型控制和对所述至少一种预处理化学品中的第二者的反馈型控制。
在一个实施方案中，监测的和/或目标疏水条件包括：
基于荧光测量测定疏水性，和
基于光学测量，如光散射测量或浊度测量测定颗粒的量或计数。
在一个实施方案中，
根据颗粒尺寸和/或质量，将水的样品分成两个或更多个颗粒群，
在分级之前或期间，用荧光染料、优选尼罗红染料将样品染色，
对染色的样品的每个群测量随时间推移的荧光强度数据，
通过对测量的随时间推移的荧光强度积分，由荧光强度数据计算每个群的疏水性。
在一个实施方案中，所述方法包括在预处理过程下游的经预处理的水流的膜过滤，和基于水流的监测的疏水条件控制或引发或重新安排膜过滤的清洁，所述清洁优选包括计量添加至少一种化学清洁剂。
本发明的另一方面是实施根据本发明的实施方案的控制方法的控制***，所述控制***包括配置成添加至少一种预处理化学品至水流的计量添加单元，配置成监测水流的疏水条件的在线监测单元，和配置成基于由在线监测单元提供的疏水条件数据控制计量添加单元的控制单元。
在一个实施方案中，在线监测单元包括光学检测器，如荧光检测器和光散射检测器或浊度检测器。
在一个实施方案中，所述***另外包括基于由在线监测单元提供的疏水条件数据控制的膜清洁***。
本发明的另外的方面是在线疏水性监测单元在控制水处理过程中的用途。
本发明的另外的方面是根据本发明的实施方案的方法的用途，用于防止或减少在后续水处理步骤，如膜过滤中，或者在使用来自预处理过程的水的一个或多个后续过程中的表面，如管道、热交换器、仪器、冷却水***的表面，或其它水下表面和飞溅区上的结垢。
本发明的另外的方面是根据本发明的实施方案的方法的用途，用于使在后续水处理步骤，如膜过滤中，或者在使用来自预处理过程的水的一个或多个后续过程中的表面，如管道、热交换器、仪器、冷却水***的表面，其它水下表面和飞溅区上的疏水条件最优化。
在实施方案中，过程步骤包括纸浆和造纸工业、食品和饮料工业、采矿业或石油工业中的过程步骤。
附图说明
在下文中将参考附图描述本发明的示例性实施方案，其中：
图1是示例性水处理***的示意性方框图；
图2是说明图1的水处理***的示例性操作的流程图；
图3是示出基于水处理***中的颗粒尺寸和颗粒疏水性对预处理化学品进行示例性控制的流程图；
图4示出了在分级之前和之后的样品；
图5示出了三个级分F1、F2和F3的说明性荧光数据；
图6示出了散射信号和荧光数据的实例；
图7A和7B分别是说明在运行中的水处理过程中于不同测量点的样品中疏水颗粒的计数和疏水颗粒的尺寸的条形图；
图7C和7D分别说明了利用不同预处理化学品的一种地表水和几种不同地表水的疏水颗粒的计数变化；
图8说明了随疏水颗粒的计数变化的预处理化学品的计量添加(每1升水毫克数)的实例；和
图9是根据示例性实施方案的监测单元的示意方框图。
具体实施方式
本发明的实施方案可以用于在水处理***中在膜过滤之前控制水预处理。
本发明的实施方案还可以用于在其它水处理步骤之前控制水预处理。
本发明的实施方案可以用于防止或减少后续(随后的)水处理步骤，如膜过滤中的结垢。
本发明的实施方案可以用于使后续(随后的)水处理步骤，如膜过滤中的疏水条件最优化。
本发明的实施方案不限于水处理***以及膜过滤中的结垢。本发明的实施方案还可以在可能发生结垢的任何后续(随后的)过程中用于在使用经预处理的水之前控制水预处理。
本发明的实施方案可以用于防止或减少在使用来自预处理过程的水的一个或更多个后续(随后的)过程步骤中的表面上的结垢。结垢得以防止或减少的表面可以包括例如管道、热交换器、仪器、冷却水***的表面，其它水下表面和飞溅区。一个或更多个过程步骤可以包括例如纸浆和造纸工业、食品和饮料工业、采矿业或石油工业中的过程步骤。
本发明的实施方案可以用于使在使用来自预处理过程的水的一个或多个后续(随后的)过程步骤中的表面上的疏水条件最优化。疏水条件得以最优化的表面可以包括例如管道、热交换器、仪器、冷却水***的表面，其它水下表面和飞溅区。一个或多个过程步骤可以包括例如纸浆和造纸工业、食品和饮料工业、采矿业或石油工业中的过程步骤。
水处理***的实例示意性地示于图1中。水：原水，如地表水，工业用水、废水、盐水或微咸水或任何其它类型的给水可以首先经历对水的初步处理过程2(任何物理、化学或机械过程)，之后水经历主处理过程。例如，在初步处理期间典型地可以将筛网或筛网过滤器用于去除岩石、枝、叶和其它碎屑，或预沉积阶段可以从原水中沉降出砂、砂粒和砾石。
在主处理过程中，第一步骤可以为预处理过程1，其减少水流5C，例如原水或废水中溶解的和/或粒状物质的量，所述物质可能影响随后的膜过滤阶段3的性能，例如在膜表面上形成结垢。粒状物质可以为胶体颗粒和/或悬浮的颗粒。溶解的物质和粒状物质可以各自包含有机物质、无机物质或两者。膜过滤3可以包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、正向渗透、膜接触器和膜蒸馏中的一个或更多个。膜提供了容许仅最高达到一定尺寸、形状或特征的材料通过的物理屏障，并有效去除固体、病毒、细菌和其它不想要的分子。膜滤器可以以各种构造商购获得，包括中空纤维、螺旋和管状。应当意识到的是，膜过滤的具体实施方法与本发明的实施方案不相关。在膜过滤3之前或之后可以存在另外的水处理阶段4，之后获得净水7。在一个实施方案中，膜过滤步骤3并不包括在水处理过程中。在又一个实施方案中，在预处理过程之后不存在另外的水处理步骤。
在实施方案中，预处理过程1之后例如可以是具有在其上可能发生结垢的表面的任何过程步骤，如纸浆和造纸工业、食品和饮料工业、采矿业或石油工业中的过程步骤，而不是膜过滤3。与关于随后的膜过滤3在下文描述的相同原理也适用于其它类型的随后的过程步骤或阶段。
预处理1确保了随后的膜过滤3的效率。必须去除溶解的和/或粒状物质并且预处理水以便使结垢不影响膜。保持膜表面清洁、免于有机和无机结垢是关键的，因为结垢可以导致通量、脱盐率严重下降并最终完全停工，消耗时间和劳动以清洁膜。膜过滤的常见预处理过程步骤是凝结或絮凝10或其组合。凝结可以涉及凝结剂和水的迅速混合(例如借助图1中未示出的混合设备)，并且凝结可以另外与絮凝过程/阶段和/或分离阶段18如浮选、沉积、过滤相关联。凝结和/或絮凝步骤还可以在管道中进行。因此，发生凝结和/或絮凝处的凝结和/或絮凝单元可以为例如管道。因此，凝结和/或絮凝可以为内嵌(inline)凝结和/或絮凝。在这种情况下可以优选不包括单元/步骤18；并且优选仅一个分离单元，通常是过滤器，例如砂滤器足以去除絮凝物。在絮凝阶段期间形成致密絮凝体。分离阶段可以去除悬浮物质，所述物质可以包括以下的一种或更多种或由以下组成：从原水中沉淀的絮凝物、有机物质、微生物、藻类、淤泥、铁和锰。在分离步骤是沉积步骤的情况下，可以将槽或盆底积累的污泥泵送或刮除出来以最终处置。分离可以在一个或更多个阶段，如分离阶段18和19中实施。最后的分离阶段19可以为砂滤器等，其中当水经过通常由砂、砾石、煤、石榴石或相关物质的层组成的颗粒材料的床时，将残余的悬浮的或凝结的物料滤出。应当意识到的是，凝结或絮凝过程和任何可能相关联的水预处理过程的具体实施方法与本发明的实施方案不相关。
凝结过程10的主要目的是使溶解的化合物沉淀并使小颗粒聚集成更大的颗粒。例如通过预处理化学品计量添加单元11，将预处理化学品14，如凝结剂和/或絮凝剂添加至可以为原水的水流5C(图2中的步骤20)。预处理化学品14使小颗粒团聚到一起(凝结)，并且更小的颗粒团块可以另外形成称为“絮凝物”的更大群组。可以通过例如浮选、沉积和/或过滤进行絮凝物/悬浮固体的分离。
凝结剂或絮凝剂包括或可选自一价或多价阳离子如钠、钙、镁、铁、铝的盐或阴离子、非离子和阳离子聚电解质，天然产物如淀粉，半合成聚合物如阳离子淀粉，和合成聚合物如丙烯酸系聚合物、多胺、聚氧化乙烯和烯丙基聚合物，或其混合物。
凝结剂典型地为无机(阴离子/阳离子)或有机(聚电解质)化学品，其使杂质如溶解物质和胶体颗粒的负或正表面电荷中和(去稳定)。
絮凝例如是指聚合物在悬浮的颗粒之间成桥或通过补片模型工作的作用。絮凝剂可以促进絮凝物的形成。絮凝剂可以为无机聚合物(如活化的二氧化硅)，天然聚合物(淀粉，藻酸盐)或合成聚合物。
然而，最常见的不适当的调整预处理化学品，例如凝结剂(剂量过度或剂量不足)和操作条件降低了凝结的性能。为了降低预处理化学品例如一种或多种凝结剂剂量过度或剂量不足的影响，需要有用于控制预处理化学品的计量添加(图2中步骤20)的***。在凝结阶段10中加工具有预处理化学品的水流(图2中步骤22)。
在图1中示出的示例性预处理过程1中，提供监测单元12以监测絮凝/凝结10下游的(经预处理的)水流5A和/或5B中的一个或更多个参数(图2中步骤24)。例如，可以分别从水流5A或5B中提取水样品或样品流15A和/或15B，并输入至监测单元12。在另外的示例性实施方案中，可以在预处理过程1或絮凝/凝结阶段10之前从水流5C中提取水样品或水样品流15C。在又一实施方案中，可以在絮凝/凝结步骤10之后和在后续分离步骤18之前从水流中提取样品。此外，控制器13(与监测单元12分开或整合)可以基于监测单元12的监测结果16，控制17预处理化学品计量添加单元11，更具体而言来自计量添加单元11的一种或多种预处理化学品的剂量(图2中步骤26)。如上文所讨论，已提出流动电流检测器(SCD)、Zeta(ζ)电势检测器和pH传感器用于实施现有技术***中的监测单元12。这些方式具有各种缺点。
在本发明的实施方案中，通过监测单元12监测凝结10(在膜过滤3之前)下游的(经预处理的)水流5A和/或5B和/或上游的(原)水流5C中的疏水颗粒(图3中步骤32)，并且基于至少疏水颗粒的监测控制一种或多种预处理化学品14的剂量(图3中步骤34)。
在本发明的实施方案中，通过监测单元12监测凝结10下游的经预处理的原水5A或5B和/或上游的原水5C中的至少一定颗粒尺寸和它们的疏水性，并且基于至少监测的颗粒尺寸和疏水性控制一种或多种预处理化学品14的剂量。
在本发明的实施方案中，通过监测单元12监测凝结10(在膜过滤3之前)下游的经预处理的水5A或5B和/或上游的原水5C中的疏水颗粒(优选一定尺寸和疏水性的颗粒)的计数，并且基于疏水颗粒的计数控制一种或多种预处理化学品14的剂量。
在本发明的实施方案中，在减少膜过滤3中的膜结垢的意义上，基于至少疏水颗粒的监测控制一种或多种预处理化学品14的剂量。
相比于现有技术控制方法，如使用流动电流或ζ电势的那些，实现了给水的更可靠和准确的预处理。还实现了对水更可靠和准确的膜结垢控制或其它后处理。后处理可以为例如微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)或三次浮选(tertiary flotation)。此外，使用了更可靠和准确的方法来控制利用经预处理的水的后续过程步骤中的表面上的结垢。这样的表面包括管道、仪器、热交换器、冷却水***，或其它水下表面和飞溅区。典型地将经预处理的水用于工业过程，如纸浆和造纸工业、食品和饮料工业，和采矿业、石油工业中。关于疏水颗粒的信息更可靠，并接近水处理表面上，例如膜表面或其它过程设备表面上的真实条件。大多数有机物质和颗粒(胶体和悬浮固体)具有疏水特性，大多数膜具有疏水表面，并且疏水颗粒与膜表面之间的疏水-疏水作用引起膜结垢。另外，有机物质且尤其是疏水颗粒具有在多种类型的表面上产生结垢的倾向。
在本发明的实施方案中，基于一定颗粒尺寸测量的荧光测定一定颗粒尺寸的疏水性。
在本发明的实施方案中，所述监测包括监测从凝结下游和/或上游的水中提取的样品。样品可以包括基本上连续的样品流或按顺序，例如以预定间隔提取的单独的样品。单独的样品可以为利用自动取样装置提取的批样品或“柱塞样品(plug)”，其具有预定尺寸如几毫升至几十毫升、优选约10毫升。
在本发明的实施方案中，将水流中的不同颗粒群彼此区分或分开。例如，可以将经预处理的原水中的悬浮的材料根据颗粒的质量和/或尺寸分离或分级成两个或更多个“级分”。例如，可以通过改变来自待分级的样品上游的泵的水的流动速率进行分级，其中最轻的颗粒最先出来，并且最重的颗粒最后出来。进行分级的实例是根据WO 2013/175007A1中描述的方法。作为实例，图4说明了在分级之前和之后的样品。未分级的样品41含有不同尺寸的颗粒的混合物。较重颗粒具有下沉倾向，如通过41中向下的箭头所示。在流动分级样品42中，将颗粒分成(至少)三个颗粒群F1、F2和F3，在样品中最先是最轻的颗粒F1且最后是最重的颗粒F3。因此，不同颗粒群F1、F2和F3在不同时间离开分级器，并因此适时分离了所述群。离开分级器所需的时间可被称为群的保留时间。可以看出，存在颗粒群的水平和垂直分离，垂直差异是由于颗粒的重量方面的差异。
在本发明的实施方案中，可以将含有颗粒的样品与荧光染料，也称为荧光探针混合。这种特殊类型的染料仅被疏水物质吸收。该过程通常被称为样品的染色。样品或样品颗粒的染色可以在分级之前或期间，或在分级之后，在一种或多种测量之前进行。以预定量将荧光物添加至样品。染色剂的量可以为例如每1毫升样品大约10至100微升，优选大约40微升。可以使用的非常合适的荧光染料是尼罗红。
在本发明的实施方案中，在监测步骤之前，出于测量目的，对分离或分级成两个或更多个颗粒群或级分的样品测量并记录随时间推移的荧光强度数据。测量的荧光数据可以作为荧光强度曲线存在。将荧光数据用于计算疏水性。当将疏水染料，如尼罗红添加至样品时，荧光强度与样品级分的疏水性直接相关。可以将疏水性测定为荧光强度曲线下方的积分面积。可以将样品的每个颗粒级分或颗粒群的疏水性数据测定为在时间上对应于特定颗粒级分或群的荧光强度曲线部分下方的积分面积。图5中示出了三个级分F1、F2和F3(如图4中所示的那些)的说明性荧光数据，其中每个级分F1、F2和F3的荧光曲线51、52和53下方的积分面积A1、A2和A3代表相应级分F1、F2和F3的疏水性。每个级分的疏水性尤其取决于疏水颗粒的数量、相应颗粒的疏水性水平(颗粒中疏水结构部分的数量)和相应颗粒的颗粒尺寸。
在本发明的实施方案中，基于光散射测量或浊度测量测定一定颗粒尺寸的颗粒数。可以将浊度数据用于测定每个级分中的颗粒的相对数量。每个级分的浊度(经由光散射技术测量)可以尤其取决于颗粒的数量，相应颗粒的尺寸，相应颗粒的形状和相应颗粒的颜色或反射率。
图6示出了监测单元可以针对分级成两个颗粒群或级分F4和F5的样品提供的散射信号61和荧光数据62的实例。在实例中，级分F4中的小颗粒如胶体首先从分离阶段(如分级器)离开，之后是最后离开的颗粒级分F5中的较重颗粒，如团聚物(保留时间最长)。如可以看出，对于具有小尺寸颗粒的级分F4，散射61首先从基线60升高，而对于具有大颗粒和高颗粒浓度的级分F5获得了更高的散射。荧光62比光散射更早开始轻微升高。F4级分的荧光值高于F5级分，这意味着更大的颗粒更不疏水。
在本发明的实施方案中，至少下列关键变量中的一个或更多个可以由所提供的数据导出：
-颗粒的一个或多个计数：由浊度信号导出总计数和每个颗粒群的计数；
-由***中每个颗粒群的保留时间，即颗粒离开分级器的时间导出颗粒的一个或多个尺寸；
-由浊度和一个或多个保留时间导出颗粒尺寸分布；
-颗粒的疏水性：由荧光信号导出总疏水性和每个颗粒群的疏水性；
-由荧光信号和一个或多个保留时间导出颗粒的疏水性分布。
在本发明的实施方案中，对颗粒性质的关键变量的信号处理和计算可以包括信号的过滤、平均化、推导和基线校正中的一个或更多个，或任何其它基本数学运算和/或使用可应用函数来修改测量信号。可以从经分级的样品的原始信号中去除基线，并且可以从信号计算累积总和。浊度信号的累积总和可以与颗粒的计数相关，并且荧光信号的累积总和可以与颗粒的疏水性相关。可以由一定时间间隔时的信号导出每个颗粒群的疏水性和计数。可以由经分级的样品的全部信号导出总疏水性和总计数。可以通过测量绝对值或相对值测定样品群中的浊度、颗粒尺寸和数目。如果测定绝对值，则可以相对于已知样品校准用于处理每个颗粒群的测量信号的处理手段。
实施例1
图7A和7B分别是说明在运行中的水处理过程中于不同测量点的样品中的疏水颗粒的计数和疏水颗粒的尺寸的条形图。在从其中提取样品的水处理过程中，第一分离阶段18包括浮选槽，且第二分离阶段19包括砂滤器。水从砂滤器进料至包括反渗透(RO)阶段的膜过滤阶段3。在该过程中通过光学传感器(荧光和散射)测量一定尺寸的疏水颗粒。在实验室中利用从水处理过程的特定点中提取的样品离线进行分析。从图7A和7B中可见，在所分析的水处理过程中，相对于原水，所测量的疏水颗粒的数量在浮选后减少了62％，和在砂滤后减少了92％。因此，明显的是水预处理过程对疏水颗粒的量和性质有影响，并且这可以作为质量控制参数在水预处理过程中用于调整凝结剂和/或絮凝剂或其它化学品，优选凝结剂和/或絮凝剂的计量添加。疏水颗粒的量和性质还可以作为质量控制参数用于调整凝结剂和/或絮凝剂的计量添加，从而使得在后续水处理步骤中，例如在膜滤器上的结垢，或在后续过程中使用经预处理的水中的表面上的结垢得以防止、减少或者保持受控。
实施例2
该研究的目标是当装置能够在线测量颗粒量和疏水性时，评价在线水质监测装置对于地表水的性能。在该研究中使用具有不同总有机碳(TOC)浓度的三种不同类型的地表水1、2和3。另外使用了三种预处理化学品(凝结剂)1、2和3。首先，在计量添加预处理化学品之前，分析地表水1、2和3中每一者的参比样品。图7C示出(来自浮选之后的经预处理的水5A)在化学品预处理之后利用不同预处理化学品1、2和3的地表水1的样品中疏水颗粒的计数。结果显示，在线监测装置能够检测水质的变化(与参比样品进行比较)和接受不同处理(利用不同化学品)的水样品之间的变化。还可见化学品的类型对将疏水颗粒在多大程度上从地表水中去除具有显著影响。柱越低，则相应化学品的疏水颗粒去除效果越好。类似地，图7D示出了利用不同预处理化学品1、2和3的所有地表水1、2、3的疏水颗粒计数。可以看出，地表水的类型对预处理化学品的选择具有显著影响。例如，化学品3从地表水1中良好地去除了疏水颗粒，但其较不适合于地表水2和3。
在本发明的实施方案中，控制一种或多种预处理化学品，如凝结剂和/或絮凝剂的计量添加，以使得经预处理的水中的疏水条件朝向目标疏水条件。
在本发明的实施方案中，控制一种或多种预处理化学品，如凝结剂和/或絮凝剂的计量添加，以使得一定尺寸的疏水颗粒的量或计数减少或者维持低于或处于预定目标值。在本发明的实施方案中，控制一种或多种预处理化学品，如凝结剂和/或絮凝剂的计量添加，以使得在化学品预处理之后颗粒的总疏水性降低或者维持低于或处于预定目标值。
在本发明的实施方案中，控制一种或多种预处理化学品，如凝结剂和/或絮凝剂的计量添加，以使得在化学品预处理之后疏水颗粒的计数减少。
在本发明的实施方案中，控制一种或多种预处理化学品，如凝结剂和/或絮凝剂的计量添加，以使得疏水颗粒的计数减少，从而使膜结垢的风险降低。
控制可以手动或优选自动地进行。
在本发明的实施方案中，对一种或多种预处理化学品，如凝结剂和絮凝剂的计量添加的控制可以基于根据所测量的疏水颗粒的所监测的特征如计数输出化学品剂量值的任何控制算法。随疏水颗粒计数变化的预处理化学品的计量添加(每1升水的毫克数)的实例示于图8中。
在本发明的实施方案中，计量添加控制器可以为比例积分(PI)型控制器。
在本发明的实施方案中，可以使用反馈控制型计量添加控制，其中基于从化学处理之后的水中提取的样品(例如图1中的样品15A或15B)控制化学品的计量添加。
在本发明的实施方案中，可以使用前馈控制型计量添加控制，其中基于从凝结之前和化学品添加之前或之后的进入的原水流15C中提取的样品(例如图1中的样品15C)控制化学品的计量添加。前馈控制允许对进水质量的大变化快速的积极主动的响应：化学品计量添加可以立即适于该变化。
在本发明的实施方案中，可以使用前馈型剂量添加控制和反馈型计量添加控制两者。
在本发明的实施方案中，前馈型计量添加控制可以用于一种化学品(例如凝结剂)，且反馈型计量添加控制可以用于另一种化学品(例如絮凝剂)。
在本发明的实施方案中，可以添加至两种或更多种化学品。在本发明的实施方案中，可以根据测量结果改变化学品类型。
根据本发明的方面，可以基于所测量疏水条件控制或引发或重新安排膜滤器单元的清洁。在本发明的实施方案中，可以基于短期或长期测量的疏水条件引发或重新安排膜滤器单元的清洁。例如，如果短期或长期测量超过阈值水平，则可以控制或引发或重新安排清洁。可以使用膜的机械清洁或化学清洁或两者。可以使用去除沉积物并恢复膜的正常能力和分离特性的化学清洁剂。在图1中示出的示例性实施方案中，控制器13可以连接至膜过滤阶段的膜清洁***3A。在一个实施方案中，可以向水处理过程的操作员提供关于对控制或引发或重新安排膜清洁所需的报告或报警。在一个实施方案中，化学清洁的控制可以包括控制一种或多种清洁剂的计量添加。
根据本发明的一个方面，可以基于所测量的疏水条件控制膜滤器单元的性能。膜的性能可以通过脱除率，例如脱盐率，渗透通量和/或压力差来描述。经膜的更高的脱除率、更高的渗透通量和更低的压力差是对膜滤器较好性能指示的实例。
图9中示意性地示出根据示例性实施方案的监测单元12。可以将监测单元视为具有两个主要部分：制备部和测量部。制备部可以进行取样、样品的染色和将样品分成颗粒群。制备部可以包括取样装置81，可以将其布置成例如从经预处理的水的侧流15提取基本上连续的样品流，或例如以预定间隔顺序提取预定尺寸的单个样品(如批样品或“柱塞样品”)。可以提供具有染料贮器(未示出)的染色单元82，以在将颗粒分级成群之前将适当量的染料进料至样品。可以提供清洁水源80和泵(未示出)，以将样品或水向前驱动经过使用合适的阀(未示出)的***中的分级器。可以将来自制备部(例如分级器)的已制备样品用一个或更多个检测器84，如荧光检测器和光散射或浊度检测器进行测量。监测单元的测量部还可以包括数据处理单元，以进行测量信号的处理，例如提取关键变量，以提供测量结果17。替代地，可以在单独的计算实体或计算机中，例如预处理阶段1的过程控制器13中提供数据处理85。这样的计算实体可以例如为用于***的自动操作和数据收集的可编程逻辑(PLC)或工业计算机。
要理解公开的本发明的实施方案不限于本文所公开的具体结构，过程步骤或材料，而是扩展至将由相关领域普通技术人员所认识到的其等效物。
还应理解本文中采用的术语仅出于描述具体实施方案的目的使用，并且不意图为限制性的。
贯穿本说明书对“一个实施方案”或“实施方案”的引用意指关于该实施方案描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个位置中的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”的出现不一定均指代同一个实施方案。
本文中所使用的多种零件、结构元件、组成元件和/或材料可以为方便起见存在于共有列表中。然而，这些列表应解释为犹如列表的每个成员被单独鉴别为分离且独特的成员。因此，这种列表的单个成员不应仅基于它们在共同组中的陈述而没有相反指示地被解释为同一列表的任何其它成员的实际上存在的等效物。另外，本发明的各种实施方案和实例可以在本文中与其各种组分的替代方案一起提到。应理解这类实施方案、实例和替代方案不应解释为彼此的实际上存在的等效物，而被认为是本发明的分离且自主的表示。未示出或详细描述众所周知的结构、材料或操作以避免模糊本发明的方面。
此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或更多个实施方案中以任何合适的方式进行组合。在下文的描述中，提供许多特定细节，如长度、宽度、形状等的实例，来提供对本发明的实施方案的全面理解。
尽管前述实例例示了一种或更多种具体应用中的本发明的原理，但本领域普通技术人员将明白的是，可以在不运用创造才能以及不脱离本发明的原理和概念的情况下，作出对实施方法的形式、用法和细节上的许多修改。因此，本发明并不意图是受限的，除非如被下文阐述的权利要求书限制。

Claims (17)

1.控制水处理过程的方法，其包括：
在包括凝结步骤和/或絮凝步骤和至少一个分离步骤的预处理过程中，添加至少一种预处理化学品至水流，以减少水流中溶解和/或粒状物质的量，
监测所述添加至少一种预处理化学品的上游和/或下游的水流中的疏水条件，和
基于至少监测的疏水条件控制所述至少一种预处理化学品至水流的计量添加。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个分离步骤包括浮选步骤、沉积步骤和过滤步骤中的一个或更多个。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述控制包括控制所述至少一种预处理化学品的所述计量添加，以使得水流中的疏水条件转向或者维持低于或处于目标疏水条件。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述监测包括根据颗粒尺寸和/或颗粒质量，将水流的样品分级成两个或更多个颗粒群。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述监测的和/或目标疏水条件包括以下的一个或更多个：
i)至少一定的颗粒尺寸和它们的疏水性
ii)至少一定的颗粒尺寸的疏水性
iii)一定尺寸的疏水颗粒的量或计数
iv)颗粒的疏水性分布
v)水流的总疏水性，
vi)总颗粒计数，
vii)一个或多个颗粒群的颗粒计数，
viii)颗粒尺寸分布，
ix)一个或多个颗粒群的疏水性。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其另外包括预处理过程下游的经预处理的水流的膜过滤，并且其中将所述至少一种预处理化学品的计量添加的所述控制配置成减少膜过滤中的膜结垢。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述至少一种预处理化学品的计量添加的控制包括以下的一个或更多个：
i)基于从所述添加至少一种预处理化学品的下游，优选在所述至少一个分离步骤之后的水流中提取的样品的反馈型控制，
ii)基于从所述添加至少一种预处理化学品的上游的水流中提取的样品的前馈型控制，和
iii)对所述至少一种预处理化学品中的第一者的前馈型控制和对所述至少一种预处理化学品中的第二者的反馈型控制。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中监测的和/或目标疏水条件包括：
基于荧光测量测定疏水性，和
基于光学测量，如光散射测量或浊度测量测定颗粒的量或计数。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中：
根据颗粒尺寸和/或质量，将水的样品分成两个或更多个颗粒群，
在分级之前或期间，用荧光染料，优选尼罗红染料将样品染色，
对染色的样品的每个群测量随时间推移的荧光强度数据，
通过对测量的随时间推移的荧光强度积分，由荧光强度数据计算每个群的疏水性。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其另外包括在预处理过程下游的经预处理的水流的膜过滤，和基于水流的监测的疏水条件控制或引发或重新安排膜过滤的清洁，所述清洁优选包括计量添加至少一种化学清洁剂。
11.实施根据权利要求1-10中任一项所述的控制方法的控制***，所述控制***包括配置成将至少一种预处理化学品添加至水流的计量添加单元，配置成监测水流的疏水条件的在线监测单元，和配置成基于由在线监测单元提供的疏水条件数据控制计量添加单元的控制单元。
12.根据权利要求11所述的***，其中在线监测单元包括光学检测器，如荧光检测器和光散射检测器或浊度检测器。
13.根据权利要求11或12所述的***，其另外包括基于由在线监测单元提供的疏水条件数据控制的膜清洁***。
14.在线疏水性监测单元在控制水处理过程中的用途。
15.根据权利要求1-10中任一项所述的方法的用途，用于防止或减少在后续水处理步骤如膜过滤中，或者在使用来自预处理过程的水的一个或更多个后续过程步骤中的表面，如管道、热交换器、仪器、冷却水***的表面，或其它水下表面和飞溅区上的结垢。
16.根据权利要求1-10中任一项所述的方法的用途，用于使在后续水处理步骤，如膜过滤中，或者在使用来自预处理过程的水的一个或更多个后续过程步骤中的表面，如管道、热交换器、仪器、冷却水***的表面，其它水下表面和飞溅区上的疏水条件最优化。
17.根据权利要求16或15所述的用途，其中一个或更多个过程步骤包括纸浆和造纸工业、食品和饮料工业、采矿业或石油工业中的过程步骤。
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