[发明专利]通过增强对微量物质污染物的去除产生饮用水的方法

说明书

本发明在第一方面涉及用于从包含微量物质污染物的原水产生饮用水的方法。在第二方面，本发明涉及用于根据本发明的第一方面的方法产生饮用水的设备。

在全世界中，地下水受不需要的物质污染构成主要问题。地下的天然构造在一些区域中可以产生地下水污染的严重情况，且在曾经进行工业化耕作的地方，在水中出现杀虫剂和它们的分解产物是常见现象。

世界的超过三百万地下水水井中存在过量的砷与受影响区域中增加的癌症风险和各种其他疾病和健康问题相关联，其中孟加拉国是极为重要的实例。

为了考虑砷的不利健康影响，WHO已经将饮用水中砷的建议极限降低至10μg/L，且在许多工业化国家中，该极限现在被设置为5μg/L。然而，使用现有方法的大量供水系统未能遵守该极限且它们已经具有停机或投资新的和昂贵的用于纯化的设备的选项。已经存在以合理的成本将砷含量从经常遇到的20-35μmg/l水平降低到低于5g/l的艰巨任务。

受砷污染在接收具有低含量的铁的地下水的供水系统中是特别严重的问题。在具有富含铁化合物的水的供水系统中，这是较不严重的，因为当水以常规方式通过氧化，通常充气来处理时，砷常常与氧化的铁化合物共同沉淀，直到铁在砂滤器或沉淀池中沉淀。然而，如果水的铁含量不足以确保砷和其他污染物（包括杀虫剂）的所需的共同沉淀，则不可能通过水的常规氧化来除去砷。

DE 197 45 664 A1公开了用于处理含砷的水的方法，其中水流过填充有含铁颗粒的反应器，所述颗粒通过混合砂和铁粉末和随后在不包括氧气下点火来产生。在反应器中，铁通过溶解在水中的氧气氧化，生成Fe(III)离子，所述离子与As一起形成溶解性差的砷酸铁。过量的Fe(III)离子通过吸附以结合As的氢氧化铁形式沉淀。因此，当结合至颗粒时，必须以合适的间隔从颗粒将其除去。当沉淀Fe(III)化合物时，颗粒相当迅速地使用附聚物且必须经常被交换。颗粒的制造需要功和能量。此外，如果处理过的地下水含氧量低，则方法需要在处理之前将另外的氧气供应至反应器。总之，已知的方法是劳动密集的、复杂的和高成本的。

US 5 951 869描述了反应器，其中在同时供应氧气时用铁处理水。处理在具有铁颗粒作为铁源的流化床中进行。但使用流化床是高成本和繁重的工作。

US 4 525 254提供了通过在不溶性阴极的存在下溶解阳极使水富集铁，用于处理工业废水。阳极、阴极和待处理的水经历连续搅拌，使得所述溶出在氧化条件下发生。

上述方法共有铁处理伴随充气一起发生的普通特征或需要水在每次开始具有相当大的氧含量。因此，存在增加的风险：系统被沉淀的氧化的铁化合物堵塞。

US 2009/0020482标志着向前开发用于除去污染物微量物质的方法的重大一步。在本文，待处理的水在氧化之前与含铁材料接触以便增加水的铁含量和因此改进在氧化之后污染物的共同沉淀。尽管如此，当想起铁释放到水中的稳健性时，甚至发现该改进的方法是缺乏的。虽然当所谓的绿锈层存在含铁材料上时铁的释放和其与砷的结合常常是令人满意的，但所述层如果暴露于甚至适度水平的氧气，是敏感的并劣化。在服务停止和导致暴露于氧气的其他操作中断之后，绿锈层必须重新建立且将仅在若干个月的时间之后完全有效。

鉴于上述内容，本发明的目的是提供用于从包含微量物质污染物的原水生产饮用水的方法和设备，其中实现了高水平的、强劲、有效和高效的对污染物的去除，当从铁含量低的原水开始时也是这样。此外，方法应是负担得起的、简单的和环境友好的。

为了满足该目的，根据本发明的第一方面，提供了用于从包含微量物质污染物的原水产生饮用水的方法，所述方法包括以下步骤：使包含所述微量物质污染物的所述原水在低于大气压的氧分压下与含铁材料接触，以致使所述水富集有Fe(II)化合物；通过在充气器中在氧化条件下处理所述富铁的水来使所述微量物质的至少一部分共同沉淀；和通过分离沉淀物回收饮用水；其中绿锈层和微需氧的铁氧化性微生物的生物膜被提供在所述含铁材料上，且其中通过提供附近的具有比铁更负的电极电势的材料，所述含铁材料当与原水接触时经历电化腐蚀，其中所述含铁材料和所述具有比铁更负的电极电势的材料被布置成使得它们不彼此邻接而是借助于电导线连通。

本发明人已经意外地发现，含铁材料的电化腐蚀当根据本发明进行时不仅促进非生物的铁释放进入水中，而且显著地确保在数小时或几天的时间内绿锈层的维持或迅速建立（重建），并通过在含铁材料的封闭环境中贡献缺氧环境而增强微需氧的铁氧化性微生物的生长和影响。