处理含有水溶性聚合物的废物流的方法和系统

摘要

本发明涉及一种处理含有水溶性聚合物的废物流的方法和系统，能够充分地溶解、杀菌、过滤放射性、破坏由聚乙烯醇生产的服装、家用品、设备和其他物品。本发明的方法包括：溶解聚乙烯醇、用氢氧基破坏聚合物、除去放射性污染物和生物降解由本处理方法产生的有机酸从而使废物流符合卫生下水道系统的排放要求并对环境无害。

权利要求

1.一种处理含有(i)聚乙烯醇和(ii)放射性材料的水溶液的方法，该方法包括以下步骤：向水溶液中加入氧化剂；

在加入氧化剂前、加入氧化剂过程中或加入氧化剂后，加热该水溶液至82.2℃或更高；

从聚乙烯醇生成至少一种有机酸；和从该含有至少一种有机酸的水溶液中过滤出至少部分放射性材料。

2.权利要求1的方法，其中，该水溶液被加热到82.2℃-121.1℃的反应温度。

3.权利要求1的方法，其中，该水溶液被加热到104.4℃-121.1℃的反应温度。

4.权利要求1的方法，其中水溶液在饱和压力下被加热到100℃-121.1℃的温度。

5.权利要求1的方法，其中，所述氧化剂是过氧化氢。

6.权利要求5的方法，其中，在水溶液中含有过氧化氢的体积百分浓度为

0.05％-20％。

7.权利要求5的方法，其中，在水溶液中含有过氧化氢的体积百分比浓度为

0.05％-0.5％。

8.权利要求1的方法，其中，过滤是用标定孔径尺寸为10-100微米的颗粒过滤器进行的。

9.权利要求8的方法，其进一步包括步骤：使水溶液通过第二个标定孔径为0.1-1.0微米的颗粒过滤器。

10.权利要求1的方法，其中，过滤步骤包括使水溶液通过离子交换床环流。

11.权利要求1的方法，其进一步包括步骤：从该含有至少一种有机酸的水溶液中过滤出至少部分放射性材料后，中和水溶液的pH值。

12.权利要求11的方法，其中，中和pH值的步骤包括向水溶液中加入碱性试剂。

13.权利要求11的方法，其中，中和步骤包括加入碱性试剂使水溶液的pH值在

6.0-10.0的范围。

14.权利要求1的方法，其进一步包括步骤：从该含有至少一种有机酸的水溶液中过滤出至少部分放射性材料后，生物降解水溶液中的至少一种有机酸。

15.权利要求14的方法，其中，所述生物降解步骤包括：用好氧的、异养的细菌接种水溶液。

16.权利要求14的方法，其中，所述生物降解步骤包括：将水溶液导进含有粉碎的活性炭的流化床反应器。

17.权利要求1-16任一项所述的方法，其进一步包括步骤：维持水溶液在82.2℃或更高温度下加热至少30分钟。

18.权利要求1的方法，其中，聚乙烯醇来自由纤维、非机织物、机织物、塑料膜或浇注的或挤压成型材料制成的材料。

19.权利要求18的方法，其中，该由纤维、非机织物、机织物、塑料膜或浇注的或挤压成型材料制成的材料包括服装、装饰品、亚麻制品、窗帘、毛巾、海绵、塑料袋、抹布、纱布、手帕或器具。

20.权利要求18的方法，其中，该由纤维、非机织物、机织物、塑料膜或浇注的或挤压成型材料制成的材料包括防护服或拖把。

21.权利要求1的方法，进一步包括步骤：向水溶液中加入氧化剂之前，过滤水溶液去除其中的未溶解材料。

说明书

处理含有水溶性聚合物的废物流的方法和系统

[0001] 发明背景

[0002] 本申请要求2000年2月25日申请的待审美国专利申请，序列号09/515,982，和1999年11月19日申请的美国专利申请，序列号60/166,680的优先权。但是并不放弃将上面两篇文献全文具体引入本文作为参考。
发明领域

[0003] 本发明总的来说涉及一种处理含有水溶性聚合物的废物流的方法和系统。具体地说，本发明涉及一种组合有自由基产生、氧化和微生物降解以确保充分地溶解、杀菌和永久性破坏水溶性聚合物从而便于液体流处理的方法和系统。技术背景

[0004] 在20世纪，许多环境大灾难使得环境问题在全球被普遍关注。国际条约、会议章程和行政命令已出台大量的规则，来在环境和健康以及工厂的安全性操作各方面进行控制，尤其是工业废物的处理大大得到调节。全国性垃圾掩埋法已关闭，工厂被迫转向使用其它方法如保存法、再循环法、燃料混合法、深井灌注法和焚烧法。

[0005] 近年来，在工业废水领域中的尝试已包括各种氧化还原方法，包括有通过加入氧化剂如过氧化氢或Fenton试剂，接着用紫外线照射来实现的光解作用。参见Bolton等的″Homogeneous Photodegradation ofContaminated Water on Introduction″review paper，CRC Press，BocaRaton，FL(1993)。然而，Bolton等并没有描述使用过氧化氢氧化接着通 过任何机理照射处理聚乙烯醇的方法。

[0006] 制药业每年产生上百万磅的废物。许多废物涉及一次性物品的使用，例如个人防护性物品、设备和患者护理所需的附件，它们被血液产生的病原体所污染并且再次使用时不安全。为了防止疾病扩散，通过法律强制并要求将这些物料处理并且不能再次使用。 [0007] 核工业每年也产生成千上万磅的废物。在核工业中，许多废物涉及一次性物品的使用，例如个人防护性物品、包、拖把头、抹布和其它附件，这些附件被放射性材料污染并且再次使用时不安全或者不切实际。核工业的废物处理和废物掩埋实践有严格的要求并且对核掩埋位置有限制。

[0008] 其它工业也产生具有相似特性的废物流。在寻找掩埋和焚烧的替代方法时，已开发出水溶性产品。这些产品是废物常规处置方法的一种便利且经济的选择。

[0009] 最易于获得的水溶性聚合物是聚乙烯醇(PVA)。PVA织物是一种硬且带白色的聚合物，它可以被制成牢固的薄膜、管和纤维，它们可高度耐烃类溶剂。PVA本身溶于水。可以使用交联试剂使其不溶。PVA通常以白色织物形式被用来制备一次性个人物品，例如服装、装饰、亚麻制品、窗帘、毛巾、海绵、纱布、器具、抹布、拖把和其它有用的物品。这些物品是由水溶性的热塑性聚乙烯醇聚合物织物和纤维的非机织、机织、编织和其它方式成形膜或织物及其组合方式生产的。

[0010] 授予Ueda等的US 5,208,104公开了水溶性温度为100℃或以下的水溶性聚乙烯醇纤维，和该纤维的生产方法。

[0011] 由PVA生产的一次性设备和一次性供应品的价值取决于用户安全、永久且经济地处理物料的能力。由于PVA材料的加入，工业信念是水溶性PVA可以简单地溶于热水并排放到卫生下水道中。结果，历来的做法是把由PVA膜、织物或纤维做成的服装、器皿及其他的织物附件和设备放进装有高温水的大洗涤罐中溶解，然后排放到卫生下水道中或划定储槽(tank farms) 中作进一步的污染物处理。

[0012] 授予Honeycutt的US.5,181,967公开了一种处理使用过的器具的方法，该器具被提供作为浇铸、成形或压制物，仅仅在高于37℃时水可溶。用过之后，用足够高温度的水处理器具使之完全溶解，然后把水和溶解物排放到下水道中。

[0013] 授予Honeycutt的US.5,650,219公开了一种由热塑聚乙烯醇聚合纤维制成的个人防护服和其他有用物品的处理方法，该纤维仅在高于大约37℃时，尤其在高于50℃时水可溶。用过之后，用足够高温度的水处理织物使之完全溶解，然后处理水和溶解的织物。 [0014] 除了PVA外，近来还出现了其他的水溶性聚合产品，这些产品具有和PVA非常相似的物理属性和特性。和PVA一样，这些材料能用来制造一次性个人物品，例如服装、装饰、亚麻制品、窗帘、毛巾、海绵、纱布、器具、抹布、拖把和其它有用的物品。

[0015] 现行PVA处理方法的一个严重缺点是PVA材料在溶液中不是不变的，就象以前被认为的一样，在急速流动的液体中存在的空气和氧会使PVA材料重新凝固，从而从溶液中沉淀出来形成一种坚硬的胶体状物质。该胶体物质脱水形成不溶性的塑料栓，该塑料栓以紧密结合的形式聚集在排放溶液用的管道和排水系统中，结果，要花费高昂的费用进行补救，还要使遭到损坏的管道、下水管道线和其他的运输线得到恢复。另外，在全国范围内不知道有多少PVA沉淀已经被转移到卫生处理装置中。这种再凝固现象对依赖于使用可溶性的PVA产品的工业生产和PVA材料的提供商造成了灾难性的影响，这个问题是因为如下事实产生的：现有的用于处理的溶解PVA技术提供固体溶解作用但不破坏该固体的内部结构。

[0016] 缺乏可行的处理方法迫使许多工厂选择采用土埋法或焚烧法，结果，造成环境条件的成迅速恶化。

[0017] 现行PVA处理方法的另一个缺点是现有的处理步骤不能完全杀菌和破 坏血液产生的有害病原菌，容易造成交叉感染和把病原菌排放到下水道系统中，这个问题的产生是由于材料的结构允许PVA在低于使所有的生物试剂遭到破坏的温度下就溶解，而缺少任何进一步的杀菌作业步骤。

[0018] 现行PVA处理方法的另一个缺点是现有的处理步骤不能减少污染的PVA废物流中的放射物质的量。在核工业中，PVA材料经常被危险的放射材料污染，在足够的温度下暴露于水中使PVA材料溶解不能净化PVA废水流，以使之能安全地或合法地排放到农田或卫生下水道中。

[0019] 因此，本发明的目的就是设计一种处理含有PVA或其他水溶性聚合物材料的固态废物流的方法和系统，以消除后来的从液态废物流中沉淀出来的下游聚合物质沉淀。进一步地，本发明的目的是设计一种处理含有水溶性聚合物质的固体废弃物的系统，以破坏或中和危险的血液产生的病原菌。更进一步地，本发明的目的是设计一种处理含有水溶性聚合物质的固体废弃物的系统，以能降低液态废物流中的放射性污染物的含量，从而使该废物流适合进行残留放射性污染物的次级处理、排放、再利用、或回收。再进一步地，本发明的目的是设计一种处理含有水溶性聚合物质的固体废弃物放的系统，以使废物流满足或超过排放到卫生下水道的标准限制。

[0020] 近来，与申请人不相关的其他一些科学家对含有聚乙烯醇溶液的不同处理方法，包括利用紫外线和过氧化氢进行了初步的研究，参见LawrenceOji的″Oxidative Mineralization and Characterization of PolyvinylAlcohol for Compatibility With Tank Farm ProcessingChemistry，″Extended Abstract of Report No.RP-99-00524，Rev.0，备忘录和后来的发表于1999年6月30日同样标题的更详细报道，但这两篇报道都不是本发明的先有技术。Oji的文章在摘要中直观地概要描述了bench-top测试的测试数据，这些数据揭示了潜在的处理方案和设计更好方案的可行性参数，促进了本领域的研究，该概要公开的内容显然是限制在还原PVA溶液形成简单的有机化合物的范围之内。在Oji的文章中公开的方法(光分解过氧化氢产生氢氧基)在细节和应用上与本发明所揭露的完全不同。在这篇文章中，由于使用特殊的紫外波长，从而使溶液中残余的过氧化氢浓度很高，所以在排放处理溶液之前必须进行溶液的超声波处理，以降低溶液的过氧化氢浓度。第48页的报道作了一些关于锥形瓶和更进一步研究需要的初步研究，并对商业溶液进行了测试。

[0021] 发明概述

[0022] 本发明的一个主要的优点是提供了一种处理含有水溶性聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能消除随后从液态废物流中沉淀出来的下游聚合物质沉淀。本发明的另一个优点是提供了一种处理含有水溶性聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能够破坏产物中的聚合物质，而不论他们是热水溶性还是冷水溶性。

[0023] 本发明的方法可使用聚合物如PVA、聚丙烯酸钠、聚顺丁烯二酸或氨基聚丙烯酸酯。本发明被发现在处理含PVA的水溶液时有特别的效果。已经完全得到证实该方法能特定解决由于使用和最终处理这些材料而引起的典型问题，其包括：

[0024] 溶解PVA和除去不溶物、不相容物；

[0025] 高效/低耗地还原PVA溶液，使其转变为简单的有机酸；

[0026] 除去溶解的放射性材料；

[0027] 需要的话，调节溶液的pH值，和

[0028] 所有残余有机碳的生物氧化。

[0029] 申请人发现在光化学处理阶段的早期，在室温下有效处理溶液，PVA重量百分比浓度在0.5-1.0％范围内是合适的，浓度达到30％也是可行的，进一步提高PVA浓度，溶液的温度范围最好增加到大约180°F(82.2℃)到230°F(110℃)之间。申请人经过试验证实，在整个PVA处理过程中，较高PVA溶液初浓度会影响系统效率和维护费用以及产生非常高含量的有机物，不超过30％ 是有利的，虽然较高的PVA浓度也能被使用，并且较高浓度的情况也落在本发明的范围之内。申请人相信，他们是第一个认可物理/机械问题与4.0-5.0％浓度有关，也是第一个考虑到在这个流程中产生的极高含量的有机碳。 [0030] 本发明的一个具体的优点是在一些实施方案中具体地公开了一种处理含有水溶性的聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能基本上有效地破坏废物流中的所有聚合物质，虽然在一些应用中使用该方法的目的只是想要破坏少数聚合物质。本发明的另一个优点是具体公开了一种处理含有水溶性的聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能破坏血液产生的危险病原菌。本发明的另一个优点是具体地公开了一种处理含有水溶性的聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能减少液态废物流中含有的放射性污染物的含量，用本发明的方法能使废物体积降低1000倍以上。本发明的另一个优点是具体地公开了一种处理含有水溶性的聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能使液态废物流适于罐装储存以处理残余的放射性污染物。本发明的一个优点是具体地公开了另一种处理含有水溶性的聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能使液态废物流中的有机化合物的总含量减少。本发明的一个优点是具体地公开了另一种处理含有水溶性的聚合物质的固体废弃物的方法和系统，该系统能使液态废物流适合于排放到下水道中。

[0031] 通过下文的详细描述和附图，本发明的其他优点是显而易见的。本发明将通过附图说明和实施例进行具体的描述。

[0032] 水溶性材料可有不同的来源，一部分包括用纤维(机织物)、非机织物、塑料膜或浇铸的或挤压成型的材料制成的材料，这些材料包括如下系列：服装和其他防护服、装饰品、亚麻制品、窗(门)帘、毛巾、海绵、塑料袋、抹布、手帕、纱布、器具、抹布、拖把、和其他有用物品。用本发明的方法能够溶解的材料以月为单位更新。

[0033] 利用本发明的方法处理水溶液中溶解了的水溶性聚合物质，通过氧化-还原作用，该聚合物质遭到破坏从而转变成物理或化学性质与原来化合物完全不同的有机化合物。本发明理想的是在一定压强和约220°F(104.4℃)-约250°F(121.1℃)的温度下使水溶液中的水溶性聚合物溶解。可以优选过滤出水溶液中的未溶解材料，优选为在过滤过程中使溶液的温度保持在约150°F(65.6℃)或150°F以上。通过光化学交感作用或加热溶液产生自由基以氧化还原溶液中的聚合物质是理想的。

[0034] 用光化学方法产生自由基，优选的方法是在溶液中加入氧化剂，然后用电磁辐射对溶液进行照射。

[0035] 通过加热加入了氧化剂的溶液来产生自由基也是理想的。

[0036] 在处理核利用中产生的废弃物的可选择性实施方案中，应该使用过滤和离子交换方法除去溶液中的放射性物质。优选地，除去放射性物质是通过利用孔径为10-100微米的微孔筛过滤溶液来完成的。可选择的，也可以使用孔径为0.1-1.0微米的二级孔筛，用于减少元素水平上的残留放射性同位素的反渗单位或离子交换装置包含有一个阴离子床、一个阳离子床或一个阴/阳离子组合床，优选地，废物流也可被调节到较高的pH值。更优选地，调节了pH值的废物流也可以被生物降解来除去有机酸。如果以生物降解废物流，优选地加入氢氧化钠来中和废物流，使其pH值被调节至约6.0-10.0的范围之内，更优选的是约6.0-8.0。

[0037] 在一个优选的实施方式中，因为氧化废水流而产生的有机酸通过生物降解而消除，更优选，如果以生物降解有机酸，pH值要调节到大约6.0-7.0的范围之内。最好是使降解后的废水流通过一个反渗透装置。生物降解过程包括用微生物如好氧的、异养细菌或厌氧细菌接种废水流，使接种后的废水流暴露于生物反应器中的一个通风的流动层，该生物反应器含有载体材料如煤粉、活性炭或塑料生物弹珠。接种后的废水流也可以暴露于一个固定介质反应器或活性淤泥处理程序。常规的延时曝气、分段曝气、连续 批量反应、接触稳定化作用也被用于降低接种后废水流中的有机碳。

[0038] 优选地，向生物反应器中注入含有氮、磷、钾、或痕量矿物的养分以提高微生物的生物活性。最终得到的废物流是除去了有机碳的中和水，这些水适合于转移到废水处理设备或用于再利用或回收。

[0039] 产生了有机酸后的废水流可以通过加入一种碱性试剂来中和其pH值，直到为pH值6.0-10.0之间，优选为6.0-8.0之间。

[0040] 令人惊讶地，申请发现利用本发明的方法PVA的氧化-还原进行得比预想的(少于20小时)快得多，而且PVA浓度比预料的要高得多，用的过氧化氢浓度实际上比本领域的普通技术人员预期的要低，甚至还有些是申请人意想不到的优点。

[0041] 特别的，处理含有聚乙烯醇的废水流的实施方式包含一个化学处理步骤，包括：(a)向含有聚乙烯醇的废水流中加入氧化剂；(b)使氧化剂释放出氢氧基；和(c)使聚乙烯醇至少产生一种有机酸。

[0042] 废水流可以被加热到足以使溶液中的聚乙烯醇溶解的温度，优选的温度为高于180°F或高于190°F(87.8℃)，最优选的温度是至少212°F(100℃)。溶液加热的时间优选为至少30分钟以使聚合物溶解。

[0043] 在本发明的一个实施方式中，氢氧基是通过用电磁辐射照射废水流而产生的，电磁辐射必须具有足够的波长和足够的强度以使氧化剂光分解转变成氢氧自由基。本领域的普通技术人员能够理解，由于商购的紫外灯的波长和选择的反应装置不同，完全破坏聚乙烯醇所需的持续照射时间是不同的，必须用一些常规的方法进行测试。本领域的普通技术人员也能理解，除了所用的电磁辐射的性质不同外，不同的聚乙烯醇浓度和不同氧化剂的浓度就需要不同的持续照射时间才能完全破坏聚乙烯醇，需要用一些实验进行测试。优选的是紫外照射、其波长范围为大约4nm-400nm，更优选的为大约180nm-310nm，更优选的为180nm和190nm。

[0044] 在本发明的另一个实施方式中，氢氧基是通过把废水流加热到至少180°F而产生的。在这个具体实施方式中，PVA的溶解可以在氢氧基的产生同时进行，也可以之前进行。

[0045] 由于加入作为氧化剂的过氧化氢使PVA溶解，产物溶液的pH值在PVA氧化过程中会降低，产物溶液中将会含有水和乙酸。优选地加入浓的过氧化氢，直到其在整个溶液中的体积百分浓度范围达到大约0.05％-0.5％。溶液中的处理PVA重量百分含量不低于5％，反应进行的程度通过溶液pH值的降低来监测，当pH值低于大约6.0并相应的比溶解时的溶液降低了约2.7-约3.9个单位时，表明反应完全(溶液中的PVA的被破坏)。

[0046] 虽然其他的氧化剂也可用，优选的氧化剂是过氧化氢，优选的是选用商业用的体积百分比为30％的过氧化氢溶液。整个溶液含有的过氧化氢的体积百分比优选为0.05％-20％，更优选的为0.05％-0.5％。过氧化氢的浓度优选为每1000mg/l PVA溶液
1000-2000mg/l。

[0047] 已经证实，该方法有特别的效果，其中溶液中含有的PVA浓度为大约0.5％-2.0％，初始pH值的范围大约为6.8-9.6，用约189纳米波长的紫外线，氧化还原后的pH值比初始pH值大约下降2.7-3.9单位。至此，该方法基本上完成。高效的紫外线照射大约持续0.9-4.5小时。当该方法基本上结束时，pH值平均下降2.7-3.9单位，平均3.3个单位。

[0048] 本发明的目的是测量溶液的氧化还原反应结束后溶液中的水溶性聚合物的浓度参数。在这些具体实施方式中，优选为使溶液在容器中再循环，这样，利用电磁辐射的具体实施方式就能重复使用电磁辐射。

[0049] 产生氢氧基后聚乙烯醇的破坏程度可以通过滴定废水流中的pH或通过比色法来测定。比色碘溶液可以被用来比色测定，比色的结果可以通过最大吸收峰优选为690nm的分光光度法来证实。优选的比色溶液每升含有12.0g硼酸、0.76g碘、1.5g碘化钾。 [0050] 本发明的一个实施方式是处理含有水溶性聚合物质的废水流的化学方法，包括：(a)向废水流中加入氧化剂；(b)使氧化剂产生氢氧基；(c)使 水溶性聚合物质产生有机酸。优选的氧化剂为过氧化氢，优选的水溶性聚合物是聚乙烯醇。

[0051] 各步骤的顺序可以改变，例如，水溶性聚合物质可以在加入氧化剂之前溶解，可以在加入氧化剂的同时溶解，也可以在加入氧化剂之后溶解。

[0052] 在一个处理来源于在放射性条件下暴露过的原料的具体实施方式中，该潜在放射性材料可以被过滤掉，过滤步骤可以发生在向废水流中加入氧化剂之前，水溶性聚合物质产生有机酸之后或生物降解有机酸之后。除去潜在放射性材料的过滤器可选择的是孔径大小为10mm-100mm的过滤器，和可选择的孔径大小为0.1mm-1.0mm的二级过滤器，废水流在过滤器上循环。过滤作用也可以在离子交换床上循环废水流来实现。本发明的另一个优选的实施例包括：(a)从废水流中过滤出潜在的放射性材料；(b)产生了有机酸后中和废水流的pH值；和(c)中和pH值后除去废水流中的有机酸。

[0053] 本发明的另一个实施方式是一种溶解废水流中的聚乙烯醇的化学方法，包括：(a)将废水流导入溶液反应器中；和(b)加热废水流使其温度达到至少212°F，在体积不变的情况下增加反应器内的压强，使其超过大气压强。废水流中的聚乙烯醇的体积百分含量可以为0.5-30％，优选为0.5-5％。

[0054] 本发明的一个特别的实施方式包含了一个破坏废水流中的水溶性聚合物的系统，其包括：一个反应器、一个氧化剂注入系统、中和反应罐。本发明的一个方面是用该系统来处理生物医学废物，进一步地，本发明含有一个过滤步骤。过滤步骤优选使用一个或几个过滤器，每个过滤器的孔径大小为大约20-50目，更优选地利用大约30目的附加过滤器。生物废物包括放射性物质或生物危险性材料。

[0055] 术语“生物医学废物”倾向于指对人有感染威胁的任何废弃物，包括非液体组织、身体部分、血液、血液产品和来源于人和其他灵长类的血清；包括人的致病试剂的实验室废弃物和兽医用废弃物，丢弃的被污染的手术刀和用过的手套、吸附材料或被受控废弃物污染的一次性装置。

[0056] 对于通过紫外照射产生氢氧基的系统，该系统可能是几种布局中的一种，他可能是由一个溶解罐和一个光化学反应器、两个溶解/反应罐或三个或更多的溶解/反应罐组成。对于通过加热产生氢氧基的系统，该系统至少包括一个溶解/反应罐。在这两个系统中，溶解罐可以是一个高压锅，溶解罐和光化学反应器是由抗腐蚀性材料制成，比如不锈钢。

[0057] 光分解反应器可以是一系列核心部件同轴安装的电子管，优选的含有许多间隔排列的紫外线辐射元件，在每一个紫外线辐射核心元件和机械搅拌器周围有一层石英防护罩。一个氧化剂注入系统向光化学反应器中循环的废水流提供氧化剂，优选的有一个自动旋转流量计，其优选有一个pH记录器，一个可设计的逻辑控制器、传感器、记录器和计量器。向注入系统注入的最小比率是每10加仑(37.853升)废水流加100毫升氧化剂，用一个泵能使光化学反应器中的物资循环而再回到光化学反应器中，可以利用一个搅拌器能使光化学反应器中的物质循环。

[0058] 在本发明的一个实施方式中，溶解罐还可以包含有浸没式的加热器或泵，该泵能使溶解罐中的物质通过热交换器后又循环回到溶解罐，热交换器可以用空气冷却。 [0059] 利用一个泵可以使中和罐中的物质循环而回到中和罐。中和罐中有一个自动pH控制器，该控制器通过向中和罐注入氢氧化钠而使其达到所需要的pH值，从而控制中和罐中的废水流的中和。

[0060] 含有一个生物反应器的系统是本发明的一个方面，该生物反应器包括：1、2、3、4、5、6或更多的生物槽；营养/微生物注入泵；一个通过介质提供恒流量空气的空气提供装置；和使两个细胞之间能进行转移的泵或重力进料头。使用再循环泵可以使每个生物槽中的物质循环，优选地，每个再循环泵使被处理的水再循环，每一个循环周期∶进料比率大约是5∶1。生物槽的入口优选的能容纳控制空气、微生物、和生物槽营养物的控制装置，生物槽优选为串联连接。该生物槽包含好氧生物反应器，该反应器用完全由好氧的、异养的细菌或厌氧细菌组成的微生物接种。优选的，该生物反应器由固定介质和流化床结合组成生物反应槽。

[0061] 如上述同样的方式，溶液含有待处理的PVA，在辐射之前加入30％浓度的商业用过氧化氢，使整个水溶液的过氧化氢浓度在大约0.05-0.5％的范围内。持续照射直到pH值显著下降显示PVA被还原为乙酸，一般下降大约2.5-4.0个单位，优选的下降大约3.0-3.5个单位，平均3.3个pH单位。利用加热或紫外照射都是优选的，紫外照射的波长范围为大约4nm-400nm，优选为大约180nm-310nm，更优选为180nm-190nm。还是用比色测定法来确定反应确实已经完成，优选的用上文提到的比色碘溶液。

[0062] 附图简要说明

[0063] 附图和实施方式都是本发明的一部分，而实施方式可以不同的方式实施。根据对本发明可以理解，在有的情况下本发明的不同方面可以表现得夸大或扩大，以利于对本发明的理解。

[0064] 图1是破坏和处理含有水溶性聚合物的废物流的优选具体实施方式的工艺流程图。

[0065] 图2是据信在光化学反应阶段发生的反应的示意图。

[0066] 图3是PVA转变为乙酸的光化学酸化反应的过程中溶液的pH值变化图。 [0067] 图4是在生物降解阶段发生的反应的示意图。

[0068] 图5是在优选实施方式的不同操作阶段溶液中除去的有机碳总量的测试结果。 [0069] 图6是优选实施方式中用来执行图1详示的工艺步骤的系统示意图。

[0070] 图7是优选实施方式中用来执行图1详示的工艺步骤的实物系统示意图。 [0071] 图8是固定介质生物反应器系统的工艺流程图

[0072] 图9是常规的延时曝气活性淤泥方法的工艺流程图。

[0073] 图10是分段曝气活性淤泥方法的工艺流程图。

[0074] 图11是活性淤泥接触面稳定化方法的工艺流程图。

[0075] 图12是连续批量活性淤泥反应方法的工艺流程图。

[0076] 具体实施方式的详细描述

[0077] 下文的描述是为了使本领域的普通技术人员能够实现和使用本发明，在文本中提供了其具体应用和应用条件。对公开的实施方式作不同的改进对本领域的普通技术人员来说是显而易见的，在不偏离本发明公开的精神和范围的前提下，本发明的一般性原则可以用于其他的实施方式和应用。因此，本发明不仅仅只限于下文的实施例，而是与由上文公开的原理和特征构成的最广范围是一致的。

[0078] A、优选实施例的处理方法。

[0079] 下文的描述包含了对处理步骤的描述，该描述不能解释或理解为方法加功能的权利要求语言，参考图1，其中提到的PVA废物是指有关水溶性聚合物废物材料。在图1中，本发明所公开的优选实施例的组合处理步骤包括：

[0080] 1)如果需要，溶解水溶液中的水溶性聚合物质；

[0081] 2)过滤水溶液中的非水溶性物质；

[0082] 3)向过滤后的溶液中加入氧化剂；

[0083] 4)使溶液中产生自由基以破坏水溶性聚合物质并形成有机酸；

[0084] 5)如果必要，测定溶液中聚合物质浓度的指示参数；

[0085] 6)如果必要，过滤掉溶液中的放射性材料；

[0086] 7)如果必要，中和溶液的pH；和

[0087] 8)如果必要，生物降解溶液中的有机酸使之形成CO2，、H2O和其他有 机物质。 [0088] 该优选实施例的第一步包含了水溶液中的水溶性聚合物的溶解作用，在更优选实施例中，该步骤是通过在恒定体积的高温水浴中加压水煮水溶性聚合废材料来完成的，比如用高压灭菌锅，在更优选的实施方案中，该容器装有水溶性聚合物废料并可在饱和压力下被加热到约220-约250°F的温度范围。我们发现，通过压力锅水煮固体聚合物质，加压条件比不沸腾的开放环境能使溶液达到更高的温度，溶液的温度越高，向固体聚合物质传输的热能就越多，增加的热能就能更有效的穿透聚合物质的固体块使之完全溶解，而且，高压灭菌锅的高温能达到废物流的灭菌效果，这在低温下是不能实现的。

[0089] 可选择的，在实施例中，水溶液中溶解了水溶性聚合物质的可溶性废物流可以通过其他的方法获得，比如，通过本发明背景技术中描述的现有技术。如果这样的话，本发明的优点就体现于第二步及以后的步骤中。

[0090] 在本优选实施例中的第二步包含了过滤，在得到溶解了聚合物质的溶液后，或者在如上所述的固体聚合物质溶解之后，溶液优选经过过滤器过滤以除去溶液中任何不溶性聚合物质和非水溶性聚合物成分。在优选的方案中，过滤器的网孔大小大约在20-50目的范围内，更优选的方案中，过滤器地网孔大小大约30目。将遗留在过滤器中的非溶性聚合物质再循环直至最后溶解，聚合物质在溶液中的重量百分比大约为0.5-5.0％，更优选地为0.5-2.5％，在最优选的方案中，过滤过程中溶液温度保持在150°F或150°F以上以阻止PVA在遭到破坏之前从溶液中沉淀出来。

[0091] 在优选实施例中第三步包括向溶液中加入氧化剂，优选地加入过氧化氢，例如，可以使用商购的30％的过氧化氢，加到溶液中后使其体积百分比浓度为大约0.2％。适合于本申请的过氧化氢是可商购的CAS No.7722-84-1，也可以是从许多来源如VWR Scientific Products，WestChester，PA.19380，Catalog No.VW 9742-1购买获得。更优选地，溶 液中的过氧化氢浓度是在大约0.05％-0.5％范围内。

[0092] 在溶液中产生氢氧自由基的第四步有两个优选实施方式，其一个优选实施方式包含用电磁辐射照射溶液，处理结果是发生预期光分解的光化学反应，光分解是利用电磁辐射的照射能的化学分解反应。波长为大约4纳米(nm)-400nm的紫外线就是电磁辐射，优选使用的紫外线波长为大约180nm-250nm。在该处理步骤中，将溶液中的过氧化氢暴露在一定·波长的紫外线下，使过氧化氢发生光分解形成氢氧自由基(OH )，反应方程式为： [0093] 2H2O+hv＝2OH·

[0094] ″h″代表普朗克常数(6.6261x10-34焦-秒)，″v″代表紫外线的频率.OH·是氢氧自由基，氢氧基代表了一个非常活跃的氧化环境，在这种环境中氢氧自由基攻击水流中的有机成分，引发一个氧化反应链，从而完全破坏溶液中聚合物质，聚合物质组分大部分形成简单有机酸。

[0095] 图2是据信该处理方法在光化学反应初始阶段发生的反应的示意图。从图2中我们可以看到，通过氧化反应的方式，聚乙烯醇被破坏，形成含有水和乙酸的有机酸废水流，·已有文章证明，利用氢氧基(OH )进行的氧化反应比单独利用过氧化氢或紫外线照射发生
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的氧化反应氧化整个有机化合物的速度要快10-10 倍，本领域的普通技术人员能够理解，向溶液中加入氧化剂的第三步和照射溶液的第四步很容易进行组合使其在一个单独的反应器中同时进行。

[0096] 在第四步的另一个实施例中，通过加热使溶液中的过氧化氢转变为氢氧基(OH·)。氢氧基代表了一个非常活跃的氧化环境，在这种环境中氢氧自由基攻击水流中的有机成分，引发一个氧化反应链，从而完全或部分破坏溶液中聚合物质。将过氧化氢转变为氢氧基的温度至少为190°F。在第四步的实施例中用这种加热方法产生氢氧基，在过氧化氢转变为氢氧基后进行第二步的溶液过滤是优选的。

[0097] 该优选实施例的第五步包括测量溶液中聚合物质浓度的指示参数，这一步只是在需要检测溶液中的聚合物质的破坏进程或完全程度时才是必须的。根据测量结果，可以重复向溶液中加入氧化剂和用紫外线照射溶液或加热溶液以产生自由基，直到基本上所有的聚合物质被破坏到预想的水平。参考图2，我们可以发现PVA的氧化还原反应的结果是形成两种等价型的中间稳定乙酸离子，且自由氢离子增加，溶液中的氢离子浓度增加使溶液的酸性增加，因此，优选地，紧接着产生自由基步骤中溶液中的残留PVA浓度是通过测量溶液中的pH值的升降来测量的。

[0098] 图3是PVA转变为乙酸的光化学酸化反应过程中相应的溶液的pH值变化图。由于PVA转变为有机酸的氧化还原反应有始终不变的性质，因此通过测量照射过的再循环溶液中的pH值降低来预测反应的终点(PVA的破坏)是可能的。溶液反应的终点的pH值是溶液初始pH值的函数，例如，当PVA溶解时，溶液的pH值大约在6.8-9.6的范围内，pH值大约达到4.6时，当溶液中PVA的氧化反应(破坏)完全完成。优选地，持续照射第四步所描述的溶液，直到照射过的溶液的pH值比照射前的PVA溶解时的溶液的pH值降低2.7-4.0个单位，更优选地，持续照射溶液直到照射过的溶液的pH值比照射前的PVA溶解时的溶液大约降低2.9-3.7个单位。

[0099] 可选择地，PVA的破坏可以通过比色法测定溶液中的PVA浓度来证实，也可以将比色测定与pH测定结合来检测，由Joseph H.Finley设计的NoteAmended Assay ″ Spectrophotometric Determination of PolyvinylAlcohol in Paper Coatings，″Analytical Chemistry，33(13)(December1961)，在该方法中所教导的色度分析碘溶液，优选每升含有12.0g硼酸、0.76g碘和1.5g碘化钾。优选地，在690nm的最大吸收峰分光光度测定聚乙烯醇。测定通过以下方式完成：在比色皿中加入20.0ml比色分析碘溶液，加入0.5ml样品，在25℃下培养5分钟，用Hach DR2010分光光度计以690nm为最大吸收峰进行分光光度测定，制备聚乙烯醇标准溶液， 用高至2.5％浓度的PVA溶液制作标准曲线，标准曲线的获得是每次测量时690nm(25℃)处的光吸收值，对应标注每次测量的PVA的量。

[0100] 第六步是过滤除去溶液中的放射性物质，该步骤只在水溶性聚合物质中含有潜在的放射性废物时才被可选择地使用。该步骤可以需要也可以不需要，例如，在核利用中，如果聚合物质暴露在放射性环境中以至于影响了溶液的可处理性，那么就应该增加该步骤。另外，已经设计了一种处理低水平放射性废物的系统，该废物处理系统可以作为对目前的处理干性放射性废物方法的一种可选择性途径。

[0101] 除去放射性物质的处理步骤一般在光化学反应处理步骤和生物降解处理步骤之间进行。优选地，该处理过程的更详细步骤包含：

[0102] a)过滤溶液，和

[0103] b)将溶液进行离子交换处理。

[0104] 在核利用中，放射性物质可以以元素形式和颗粒形式存在于处理液中，过滤溶液以除去放射性颗粒。优选地，使溶液通过标定孔径大约为10-100微米的颗粒筛，更优选的，使溶液再通过第二个标定孔径大约为0.1-1.0微米的颗粒筛。

[0105] 微孔过滤后，用离子交换法除去残留于溶液中的放射性核素或放射性同位素，以使溶液适合于丢弃或更进一步的处理。优选地，使溶液直接通过装有离子交换树脂的离子交换器，该交换器可以是阴离子床、阳离子床或组合床。在这个步骤中，溶液中的放射性离子与附着在固体树脂上的非放射性离子交换位置，从而使放射性物质聚集在树脂上，剩下的溶液适合于丢弃或需要时再利用。

[0106] 在优选实施例中的第七步是中和溶液中的pH值。优选地，最终的有机酸溶液通过加入碱性试剂使pH值被中和，更优选地，加入碱性试剂氢氧化钠以使pH值升高到大约6.0-10.0，更优选地，当溶液将要进行如下文第八步所描述的生物学处理时，加入的碱性试剂氢氧化钠使pH值增加 到大约6.0-8.0，在图4的顶部我们可以看出，在溶液中氢氧化钠和乙酸盐结合形成乙酸钠缓冲液，该缓冲液对于生物降解步骤是重要的，更优选地，最终有机酸废物流的pH值被中和到大约6.0-7.0之间。

[0107] 为了实现本发明的所有目的，术语“中和”意味着向上调整酸溶液的pH值，使溶液成为pH值在大约6.0-10.0之间的偏碱性溶液。

[0108] 优选实施例的第八步是除去氧化后残留在废水流中的不溶的和胶质有机碳化合物。

[0109] 聚合物遭到破坏的中和溶液中碳化合物的含量很高，这可能使溶液不适合于排放到卫生下水道中，有机碳总含量(TOC)是溶液中有机物浓度的一个直接量度。生化需氧量(BOD)是生物降解全部有机材料的氧需求量和/或氧化还原氮化合物的氧需求量的量度。化学好氧量(COD)是样品中易于被强化学氧化剂氧化的有机物质氧当量。一般用这些参数的一个或几个来操纵处理设备以调节废水流的流量。

[0110] 溶液中有机酸的生物降解用来除去有机碳化合物，在该步骤中，将中和的溶液用微生物接种，该微生物利用水溶性聚合物材料氧化还原产生的有机酸作为碳源和能源。优选地，该微生物主要包括好氧的、异养的细菌，这些细菌对于本领域的普通技术人员来说是已知且容易得到的。对处理过的PVA进行生物降解的生物体(Treated-PVA Degradation Organisms)包括：

[0111] 冬青节杆菌(Arthrobacter ilicis)

[0112] 解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)

[0113] 短小芽孢杆菌GC B亚种(Bacillus pumilus GC subgroup B)

[0114] 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)

[0115] 麦克布瑞德氏短杆菌(Brevibacterium mcbrellneri)

[0116] 睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)

[0117] 噬树脂黄杆菌(Flavobacterium resinovorum)

[0118] Kocuria kristinae

[0119] 液化微杆菌(Microbacterium liquefaciens)

[0120] 藤黄微球菌GC C亚种(Micrococcus luteus GC subgroup C)

[0121] 假单胞菌(Pseudomonas balearica)

[0122] 绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)

[0123] 恶臭假单胞菌生物型A(Pseudomonas putida biotype A)

[0124] Pseudomonas pseudoalcaligenes

[0125] 马红球菌GC B亚种(Rhodococcus equi GC subgroup B)

[0126] 所有的微生物都可以从Advanced Microbial Solutions，801 Highway377 South，Pilot Point，TX 76258买到，下面的微生物可以从美国典型培养物收集中心(American Type Culture Collection)12301 ParklawnDrive，Rickville，MD 20852(http://www.atcc.org)买到：

[0127] 冬青节杆菌

[0128] 解淀粉芽孢杆菌

[0129] 短小芽孢杆菌GC B亚种(Bacillus pumilus GC subgroup B)

[0130] 枯草芽孢杆菌

[0131] 麦克布瑞德氏短杆菌

[0132] 睾丸酮丛毛单胞菌

[0133] 噬树脂黄杆菌

[0134] Kocuria kristinae

[0135] 液化微杆菌

[0136] 藤黄微球菌GC C亚种(Micrococcus luteus GC subgroup C)

[0137] 绿针假单胞菌

[0138] 恶臭假单胞菌生物型A

[0139] Pseudomonas pseudoalcaligenes

[0140] 马红球菌GC B亚种(Rhodococcus equi GC subgroup B)

[0141] 这些好氧的、厌氧的细菌在溶液种代谢有机酸，于是降低了溶液的COD，并使溶液转变为可排放到卫生下水道系统中。为了得到相当足够的细菌数量，处理的PVA试验优选使用生长培养基，该培养基每升H2O含有：

[0142] 乙酸 0.5％

[0143] 糖蜜 0.002％

[0144] (NH4)2SO4 1.0g

[0145] KH2PO4 1.0g

[0146] K2HPO4 0.8g

[0147] MgSO4·7H2O 0.2g

[0148] NaCl 0.1g

[0149] CaCl2·2H2O 0.2g

[0150] FeSO4 0.01g

[0151] Na2MOSO4·2H2O 0.5mg

[0152] MnSO4 0.5mg

[0153] 酵母抽提液 10.0g

[0154] 申请人建议调节pH到大约7.5，在25℃下培养微生物，优选地，将溶液导进装有研磨成粉的活性炭(PAC)的室中，该室含有一个通风的PAC流化床，研碎的活性炭就变成细菌生长的悬浮基质。当TOC降低到当前调节限制水平以下时，该生物学处理过的溶液就能丢弃和排放。

[0155] 图4是该方法在生物降解阶段发生的反应的示意图，但仅是申请人的观点，不限制本发明的范围。从图4中我们可以看出，溶液中乙酸的乙酸根与氢氧化钠结合形成乙酸钠，乙酸钠又转变为乙酰CoA-一种通常用来将碳化合物转变为二氧化碳和水的辅酶。特别是，乙酰CoA进入乙醛酸途径(仅在细菌中被发现)和三羧酸途径，其他的重要步骤都依赖于这两个途径以形成前体分子如氨基酸的生物合成、和嘧啶的生物合成(前体DNA)。为了给微生物补充葡萄糖，产糖步骤也是必不可少的并必须作为起始，葡 萄糖是细菌细胞壁和细胞膜的合成所必需的，还作为糖酵解的底物，糖酵解是为生物合成提供能量化合物的细胞过程。

[0156] 图5是在优选实施例的不同操作阶段溶液中除去的有机碳总量的测试结果。 [0157] 还可以用不同的方法进行再次的生物降解以除去处理过的PVA含水相中的有机碳，这些方法包括使用固定介质的反应器和活性淤泥处理程序，比如常用的延时曝气、分段曝气、连续批量反应、接触稳定化作用、流化床反应器。当处理的PVA水必须维持在一个密闭的循环系统中时，除了用以上方法外，还可以使用反渗透法。

[0158] B.本发明优选的二级处理程序

[0159] 本发明中优选的另外一个实施方案包括以下步骤：

[0160] 1)向含水溶性聚合物质的水溶液中加入氧化剂；

[0161] 2)溶解水溶液中的水溶性聚合物质，同时产生自由基以破坏水溶性聚合物质形成有机酸；

[0162] 3)过滤掉水溶液中的非水溶性材料；

[0163] 4)如果必要，测定溶液中聚合物质浓度的指示参数；

[0164] 5)如果必要，过滤掉溶液中的放射性物质；

[0165] 6)如果必要，中和溶液的pH值；和

[0166] 7)如果必要，生物降解溶液中的有机酸使之形成CO2、H2O和其他生物物质。 [0167] 在这个优选实施例中，第一步是向含水溶性聚合物质的水溶液中加入氧化剂，优选地，加入氧化剂过氧化氢，例如通常加入30％浓度的商购过氧化氢，使整个处理溶液的过氧化氢体积百分比浓度在大约0.05-20％的范围内，或更优选大约3.0％。

[0168] 在这个优选实施例中，第二步是在一定的温度下加热含有水溶性聚合物和氧化剂的溶液，加热时间足够长，使聚合物溶解并从氧化剂中形成自 由基团，优选地，该步骤是通过在恒定体积的高温水浴中用压力锅煮水溶性聚合溶液来完成的，比如用高压灭菌锅。更优选的，含有水溶性聚合溶液的容器可在饱和压力下被加热到约212-约250°F的温度范围内。我们发现，通过压力锅水煮水溶液中的固体聚合物质，加压的条件下比不能沸腾的大气环境能达到更高的溶液温度，溶液的温度越高，向固体聚合物质传输的热能就越多，增加的热能就能更有效的穿透聚合物质的固体块使之完全溶解，而且，高压灭菌锅的高温能达到对废物流的灭菌效果，这在低温下是不能实现的。用压力锅水煮水溶性聚合物溶液所用·的高温足够能使过氧化氢发生化学分解而形成氢氧自由基( OH)，由于聚合物溶解氢氧自由基攻击废溶液流中的有机成分，引发一个氧化反应过程，其完全破坏溶液中聚合物质。 [0169] 该实施例中的步骤3-7与本发明的前一个实施例的第二步和第5-8步分别是一致的。

[0170] C.优选实施例中所用到的仪器

[0171] 下面将介绍上文提到的用于破坏PVA的系统，参考图6，示图中的标示数字100一般是指盛溶液的容器，优选地，容器100是一个高压灭菌锅，优选的是由不锈钢或类似的抗腐蚀性材料做成的容器。盛溶液的容器100通过管线(plumbing line)102与过滤系统104相连，过滤系统104通过管线106与泵108相连，优选地，管线112横切将管线110与热交换器114连起来，热交换器114通过管线116又与容器100相连形成一个再循环通道。 [0172] 泵108通过管线110与光化学反应容器200连在一起，反应容器200优选地是由不锈钢或类似的抗腐蚀性材料做成的，优选地，光化学反应容器200含有一组排列在反应容器里面的单个的光化学反应器(没有显示)，在这个实施例中，一个机械的搅拌器(未显示)定位在反应容器200内用来搅拌内容物，每个反应器含有至少一个高强度的紫外灯元件，优选地， 反应容器200内的光化学反应器产生波长在185-250nm的紫外线。 [0173] 一个氧化剂注入系统300通过管线302与反应容器200相连，优选地，氧化剂注入系统300包含有一个可设计的逻辑控制器、传感器、记录器和计量器等化学工业上熟知的部件。光化学反应容器200通过管线202与泵204相连，泵204通过管线206与中和容器400相连，可选择地，管线208横切连接管线206并与反应容器200相连，从而使泵对光光化学处理溶液再循环。

[0174] 一个pH值中和系统402通过管线404与中和容器400相连，优选地，pH中和系统402包含一个pH值自动控制器，中和容器400通过管线406与泵408相连，泵408通过管线410回连到中和容器400，形成一个循环通道。中和容器400通过管线412与生物槽500相连，生物槽500优选为固定介质有氧型或活性淤泥处理方法，其入口处利用本领域所知的任何方法安装有向生物槽提供空气、微生物、和营养物的控制装置。生物槽500通过管线
502与泵504相连，泵504通过管线506回连到生物槽500形成一个循环通道，生物槽500与管线508相连以利于排放。

[0175] 可选择地，管线602横切连接管线206和放射性材料过滤系统600，放射性材料过滤系统600通过管线604回到管线206而形成一个循环通道。可选择地，放射性材料过滤系统600通过管线606回到反应容器200而形成一个再循环通道，通过该通道，溶液在进行氧化还原反应的同时除去溶液中的放射性物质。放射性材料过滤系统600可以在封闭系统内任意地与溶液容器100与中和容器400间的任何点连接。

[0176] 用二级生物学处理方法除去被处理的PVA水相中的有机碳，优选的方法包括一个固定介质反应器和一个活性淤泥处理程序，比如常规的延时曝气、分段曝气、连续批量反应、接触稳定化作用、流化床反应器。当处理的PVA水必须维持在一个密闭的循环系统中时，除了用以上方法外，还可以使用反渗透法。

[0177] 固定介质反应器-好氧处理程序包含用流量分配器706均匀分配废水于固定介质上，该流量分配器706位于一个和多个的垂直井内(图8)，该介质由能提供最大特效表面区域和最大空隙空间百分比的材料构成。更大的表面区域能使单位体积产生较大量的细菌生物膜，增加空隙空间能够承受更高的水压和提高氧的流通。

[0178] 大部分废水流迅速地通过固定介质流到二级澄清器704中，而残留物在生长于固定介质702上的生物细菌膜表面慢慢流动。通过生物吸附作用和凝结作用除去快速流动部分的水流中的有机碳含量，慢速流动的部分水流通过生物氧化作用逐渐除去其中的水溶性有机成分。

[0179] 产生的生物细菌膜的数量通过可用养分来控制，生物细菌膜的生长随着有机物含量的增加而提高，直到生物细菌膜达到最大厚度或总有机物含量超过设计进行溶解氧交换的固定介质表面区域，该最大的生长通过水量、固定介质的类型、有机物成分、存在的必要养料、和生物学生长特性来控制。在系统内的延迟时间是流入的水压量和生物槽循环率的函数，在固定介质反应器系统中，再循环率是3∶1到5∶1(再循环到水压区)

[0180] 在PVA水溶液的处理过程中固定介质反应器的最大用途是使溶液成为高浓度、无辐射的废水流，固定介质反应器能够处理测定体积的TOC负荷量为50-100lbs./1,000cu.ft.介质表面区域和水压负荷量为0.5-1.5-gpm/sq.ft的溶液，TOC除去率能达到90％(U.S.EPA，TechnologyTransfer，1974).

[0181] 活性淤泥处理程序-活性淤泥处理程序适合于许多废水流的处理，是世界上处理工业废水所用的最好的和使用最广泛的生物学废水处理方法之一，重要的是它的流出物的质量满足新的需求(Burgess，等，2000)。活性淤泥处理程序利用悬浮液中的微生物而使溶解的和胶质的有机物发生生化氧化，比如在分子氧存在的情况下将水溶的PVA氧化成二氧化碳和水，在氧化过程中，一部分有机材料被合成新的槽，然后这些合成槽的一部分在 充气室中进行自动氧化，残余物形成新的槽(生物现存量)或剩余淤泥，在这个过程中需要氧来进行氧化和合成反应。为了能连续进行活性淤泥处理程序，在丢弃澄清部分之前要分离出产生的生物活性固体(bio-solids)，同时使其主要部分转移到充气室中再循环，分离出剩余淤泥作进一步的处理。

[0182] 活性淤泥处理程序可以用来进行二级生物学处理，在本发明中包括：常规的延时曝气、分段曝气、连续批量反应、接触稳定化作用、流化床反应器。

[0183] 常规的延时曝气-在用来进行PVA二级生物学处理的常规延时曝气系统中废水从初级处理室700和pH控制器中被泵进一个有氧的充气混合室708中，该混合室后接一个二级澄清器704(图9)。在充气室支流的末端，废水流与返回活性淤泥716的支流混合。充气室中的空气分配系统能防止流过单元的废水流短路，通过使废水经过室中的最长路线延长其滞留时间，废水进入充气室与其中的混合液(水和生物体混合)混合，然后进入二级澄清器704，在这儿，絮凝的生物体定居于淤泥716中，使最后的排水道718的流出液澄清，被处理过的水通过表面流出层排出。

[0184] 用于处理PVA的常规延时曝气系统的设计是基于测定体积的负荷量为20-40lbs.TOC/天/1,000cu.Ft.充气室容积和有机物负荷量(微生物的营养，F/M)为0.2-0.4lbs.TOC/天/lb.混合液体悬浮物(MLSS)。淤泥的延迟时间可以根据营养物含量的不同而变化，但是一般在5-15天，通过适当的操作可以除去85-95％的TOC。(U.S.EPA，TechnologyTransfer，1974).

[0185] 分段曝气-在分段曝气系统中，处理的废水流可以从几个点710导入道充气室中(图10)，但是，通常占据了设计水流25-75％的返回活性淤泥716是在第一充气室712的末端被加入的，就如常规延迟曝气系统一样。这样就使活性淤泥生物能得到更有效的利用，并使整个室中氧气的需要的 分配更有效。

[0186] 分段曝气系统的设计是基于有机物负荷量(微生物的营养，F/M)为0.2-0.4lbs.TOC/天/lb.MLSS的容积负荷量为40-60lbs.TOC/天/1,000cu.Ft充气室容积。淤泥的延迟时间(SRT)可以根据营养物添加量的不同而变化，但是总的来说应与常规延时曝气相近似(U.S.EPA，TechnologyTransfer，1974)。

[0187] 连续批量反应-连续批量反应系统是一个活性淤泥程序，在该程序中有两个和更多的有氧生物反应器720被连续充气，有机物质进行生物氧化，和从每个不连续单元722中排出上清液(图11)。这种设计就可以不再需要单独的澄清室，因此减少了整个处理厂的流程。典型地，在连续批处理反应系统中，有氧生物反应器可在聚集/消化和沉淀/排出上清液之间选择，为了处理PVA废水流，连续批处理反应器可以连续进行反应以努力降低随着处理程序的进行而增加的有机碳含量。另外，使用这种方法操作的处理是单独分批进行，与利用通过系统的一些水流形式的其他设计不同，因此，连续批处理反应处理PVA废水流能保证操作参数的可操作性，比如每批废水通过系统的延迟时间。

[0188] 在连续批处理反应系统中，设计的体积测定负荷量与常规的延时系统是类似的，处理PVA的速率可为20-40lbs.TOC/天/1,000cu.ft.充气室体积，有机物负荷量为0.2-0.4lbs.TOC/天/lb.MLSS。

[0189] 接触稳定化作用-和分段曝气一样，常规延时曝气和接触稳定化作用的不同就是改变了PVA液流的进口位置和使淤泥返回到充气室的淤泥返回装置712(图12)，测定体积TOC负荷量、F/M、SRT、和有机物除去效率都和分段曝气系统相似，淤泥返回率在平均设计流量的25-100％范围内变化。

[0190] 接触稳定化系统装置由一个反应充气室730、空气接触室732、和一个二级澄清室704组成。在这个装置中，含有胶质的或不溶状态的TOC的 PVA废水中在相对短的接触时间里，通过生物吸附、合成、和絮凝机制的组合作用，迅速地从废水流中被除去。只要废水流表现出这些特征，就有可能减小每处理单位体积PVA废水的设备尺寸。在接触稳定化系统装置中，当生物活性淤泥716在澄清室704中从废水中分离出来后，浓缩的淤泥转到反应充气室730中被分别充气，在这儿，絮凝和吸附的TOC是稳定的。该接触稳定化作用方法的优点就是能够处理更大量的有机物和有毒物质，因为反应通风室730具有生物学缓冲能力，和在任何时候都可以从设备的废水流的主流中分离出大部分活性淤泥716。

[0191] 流化床反应器-在流化床反应方法中，悬浮介质如活性炭或塑料生物球被加到反应器、通风室、和/或反应/接触室中以提供细菌生物膜生长的额外表面积，这种改进适合于上文所描述的任何活性淤泥处理方法(图9-12)。流化床反应器与常规的活性淤泥方法相比，其优点在于它能生长出更广泛的、更多样化的细菌菌落，该菌落固着在悬浮介质上，并以悬浮的群落分散在整个通风反应室的液相中。当活性炭被用来作为流动相时，它就能表现出吸附能力而缓冲高含量的有机物或有毒物质的影响。由于机械泵作用和抑制，生物球作为流化床介质最适合应用于只用一个单独的反应器处理所有相的连续批处理反应。 [0192] 由于它们具有缓冲高含量有机物的能力，因此流化床反应器系统的设计被用于F/M比率为0.2-0.5lbs.TOC/天/lb.MLSS、测定体积负荷量为40-60lbs.TOC/天/1,000cu.ft.通风室容积，SRT同样根据加入的养料而变化，但是总体上是和常规延时曝气系统相似。

[0193] 反渗透-本发明中二级和三级处理程序的目标是不断地除去PVA经初级处理程序后残留在溶液中的有机碳，适当调整二级生物学处理方法，可以有效的除去溶液中的80-95％的有机碳。但是，在该方法中处理过的PVA水必须被保留在一个密闭的回路系统中，从而使所有的残留有机碳一定能够除去。要除去所有的有机碳，从二级生物处理系统排出的水718还将在 第三级反渗透系统中处理。

[0194] 渗透是一个描述水流透过半透膜而盐或其他溶液被阻不能透过的现象的术语，当半透膜将水隔成两部分时，水就会从浓度低的一边流到浓度高的一边，在浓度高的一边加压可以使水流停止流动或反向流动，采用这种处理方法时即为反向渗透(Lachish，2000)。反向渗透原理可以用于本发明的处理过程中，首先，将二级处理排出的水流718通过一个特别的过滤器(0.65-10微米)预过滤以除去悬浮固体，之后，将预过滤后的水转移到反向渗透(RO)浓缩罐中，这阶段，利用高压泵将水从浓缩罐中泵到RO过滤器上，水顺利的通过RO膜的表面，应用压力泵可以产生强制力使一部分水通过半透膜到渗透边，尺寸太大而不能通过膜孔的盐或有机溶质被截留而浓缩，被能自由通过的加压水流从膜的上游表面清除(Millipore，Pellicon，and Proflux Millipore Corp.1999)，这一步是为了防止有机物和盐在膜的表面凝结，降低堵塞的可能性。一般地，通过RO膜的过滤液占过滤水的10-20％，剩余的80-90％被截留并返回到浓缩罐中，浓缩罐的体积随着每一次的过滤或循环而减少，直到其体积减少到最初体积的10％。

[0195] 不含盐、放射性同位素和TOC的滤出液被泵到一个干净蓄水池或罐中准备作进一步的PVA处理。浓缩水被转移到废淤泥存储仓中，与废弃的生物活性固体混合被通气，于是使TOC发生生化氧化/稳定化作用，最后，抽干水除掉固体放射性物质和干的废弃的生物活性固体。

[0196] 在本说明书中使用的“一个”可以指一个和更多。在权利要求书中，当“一个”与词“包含”连接时，可以指一个和一个以上。本说明书中的“另一个”可以指另外的至少一个或几个。

[0197] D.发明的实施

[0198] 下文是本发明实施例的详细说明，但并不限制本发明的要求保护的范围。从下文的描述中本发明的其他目标、特征、优点都会是显而易见的。本发明给出了优选实施例，详细的描述和特别的实施例只能通过说明的方式给予，但是这是可以理解的，因为根据本发明的描述，在本发明范围和精神之内的进行的改变和改进对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

[0199] 实施例1

[0200] 在本发明的优选实施例中(参见图6)，优选地，溶液容器100是一个高压锅，是由不锈钢或类似的抗腐蚀性材料制成的。将水溶性聚合物质固体废物流加到溶液容器100的水溶液中，优选地，将废弃的固体水溶性聚合物质加到水中形成聚合物质的重量百分比浓度为大约0.5-约5.0％的溶液，更优选地，固体水溶性形成聚合物质的重量百分比浓度为大约0.5-约2.5％。优选地，溶液容器100保持足够地压力，以使水溶液加热到212°F(100℃)以上，更优选地，溶液容器100保持足够地压力，使水溶液加热到大约
220-250°F(104.4-121.1℃)。这些参数通常都被自动监测和控制。溶液在设定时间内保持设定温度以使聚合物质制成的衣物和其他物品溶解，并保证溶液被完全消毒。 [0201] 溶解后，水溶液被转移到过滤系统104中，优选地，过滤系统104含有许多过滤网以过滤出不溶聚合物，由聚合物材料溶液再循环而形成的磨蚀和湍流最终使不溶聚合物溶解。过滤系统104也过滤出那些与本处理过程不相容的不溶材料。

[0202] 过滤后，将水溶液转移到热交换器114中以加速降低溶液的温度，该热交换器优选为用空气冷却。再循环到溶液容器100中后，冷却的溶液恢复到常压，优选地，当溶液被转移到光化学反应容器200中时，溶液的温度保持在大约150-约200°F(93.3℃)之间。 [0203] 当水溶性聚合物质被溶解，水溶液被过滤和冷却后，水溶液被转移到光化学反应容器200中。光化学反应容器200中有一个氧化剂注入系统300向循环的水溶液提供过氧化氢，在光化学反应容器200中过氧化氢与水溶液混合，优选地，氧化剂注入系统300包含有一个自动旋转流量计和一个pH值计录器。优选地，注入的过氧化氢的最小速率为每10加仑溶液100毫升。

[0204] 优选地，光化学反应器200含有一排核心元件同轴安装的电子管，该电子管用来产生电磁辐射。优选地，该元件产生的紫外线地波长为大约185-约310纳米，更优选地，该元件产生的紫外线波长为大约185-250纳米。更优选地，水溶液在光化学反应器200中循环，该反应器含有许多间隔排列的紫外线发射元件，在每一个紫外线辐射核心元件周围有一层石英防护罩。于是当机械混合和再循环时溶液被紫外线持续照射，在一定波长紫外线·的电磁能的作用下，溶液中暴露的过氧化氢发生光裂解形成氢氧自由基(OH )，氢氧自由基攻击溶液中的有机成分，引发一个氧化反应链，完全破坏溶液中聚合物质，形成一种含有水和乙酸的有机酸废物流。由于氧化反应，溶液中氢离子浓度增加，于是溶液的pH值降低，优选地，测量溶液的pH值，将其作为溶液中残余的聚合物质浓度的指示参数。溶液中pH值的测量优选地时通过氧化剂注入系统300完成的，该方式中氧化剂注入系统300可以控制光化学反应的进程，使反应进行到溶液的pH值降低到表明溶液中的所有聚合物都被破坏的水平为止。

[0205] 实施例2放射性物质

[0206] 一个可选择的实施方案提供选择性的除去溶液中的放射性物资，仍参见图6，该方案通过在将溶液转移到中和罐400前使溶液循环通过放射性物质过滤系统600而实现。优选地，放射性物质过滤系统600包含一个能除去放射性颗粒物质的微米过滤器，和一个能在元素水平除去放射性同位素的离子交换部件，更优选地，该微米级过滤器是由孔径小于1.0微米的过滤器组成。该实施例的检测结果见表2-1。

[0207] 实施例3pH值的中和

[0208] 还有另一个可选择的实施方案提供选择性的中和溶液的pH值，仍参见图6，当溶液pH值的降低表明溶液中的聚合物质基本上都被破坏，该溶液被转移到中和罐400中。一个pH中和系统402向中和罐400中注入氢氧化钠以提高pH值使溶液更偏碱性。优选地，pH中和系统402包含一个pH值自动控制器，该控制器能适当地注入氢氧化钠以增加pH值，直到其达到目的值，并控制通过中和罐400的溶液的再循环。优选地，pH值被中和到约6.0-约8.0的大致范围内。

[0209] 实施例4生物降解

[0210] 另一个可选择的实施方案提供选择性的降解残留在水溶液中的有机酸废料。当溶液达到可接受的中性pH时，将其转移到生物槽500中(参见图6)，在生物槽中残留在水溶液中的有机化合物发生代谢。优选地，生物槽500为固定介质好氧生物反应器，该反应器用微生物接种，主要包括好氧的、异养的细菌。优选地，为了使生物处理的效率最大化，处理的水溶液再循环后再转移到下一个槽中，更优选地，再循环的混合比率是大约5-约1，因此每加入一加仑(3.7853升)处理水，就有5加仑(18.9265升)的水循环并被喷射到固定介质上，从而产生使其在槽内的停留时间。槽之间的转移和排放可以通过湿井测定体积转移和重力流的作用来完成。细菌代谢溶液中的过量的碳直到溶液符合当地卫生下水道系统或其他终端处理系统的规定要求而适于排放。

[0211] 图7是本优选实施例和图6所公开的典型系统的详细示意图，该系统被设计用来进行本实施例和图1所公开的处理步骤。

[0212] 实施例5不同的溶液

[0213] 当使用图6-7的等同设备和图1所示的程序时，和申请人一样，会发现，在不同酸碱度的溶液中处理含有PVA量不同的污染溶液，会导致处理完成后溶液的pH值相当大的下降(大约需2.8-5.2小时，依据照射溶液所用的波长和H2O2的浓度和其他可变因素-参见实施例7-1和7-2)，pH值的改变范围大约是约2.5-约4.0

[0214] 实施例6PVA的处理方法：用两步法溶解PVA并导出氢氧基

[0215] 已经设计出了破坏聚乙烯醇的方法，这些方法的产生基于转化和继而破坏由PVA制成的废料的需要。PVA可以被制造成各种形式，如膜、非机织的和机织的纤维等等，这些PVA材料能被做成各种样式的消费产品，产品可以作为许多工业产品的代替品，这些消费品最终成为废料，用常规方法处理费用高。PVA被证明是一种可生物降解的聚合物，但是经测试证实其生物降解率是有限的，不能在商业上的应用。

[0216] 本发明人在认识到该方法对这类产品的效果和在不同工业领域中，如对含有危险废料的物品具有的潜在应用价值的情况下，设计出了一种低耗费的处理使用过的PVA材料的方法，该方法更为经济，为采用垃圾掩埋法和甚至焚烧处理提供了更为环保的解决方法。经试验和研究，设计出了几种处理PVA废物的可于商业应用的技术。破坏水溶性聚合物的一种方法包括如下步骤：

[0217] 将含有水溶性聚合物的废水装在溶液罐中；

[0218] ·加水；

[0219] ·将罐中的物质加热至180°F(82.2℃)以上；

[0220] ·保持高温至少30分钟；

[0221] ·将罐中的物质冷却到180°F以下；

[0222] ·将罐中的物质转移到反应罐中(假定聚合物溶解后的浓度为0-5％)； [0223] ·加入合适量的过氧化氢；

[0224] ·用紫外线照射溶液相当长一段时间；和

[0225] ·如果需要，检测结果。

[0226] 用这个方法，浓缩的PVA溶液(＞5％PVA)是不稳定的，如果搅动和移动就可能从溶液中沉淀出来，PVA材料在180°F的温度下开始溶解，当温度达到230°F(110℃)时形成真正的溶液。每10000mg/1PVA溶液需加1000-2000 mg/l过氧化氢作为催化剂以使溶液中的PVA有效破坏，90％以上的聚合物质被破坏即为有效破坏。我们发现利用过氧化氢摧毁和紫外照射是破坏溶液中的PVA的最有效的方法，紫外线的波长为180-310nm是有效的，最有效的波长为180-190nm，乙酸和蚁酸是光裂解的两种主要产物，但是，在光裂解过程中也产生了大量的有机中间物。

[0227] 实施例7处理PVA的方法：用一步法溶解PVA并导出氢氧基

[0228] 破坏聚乙烯醇的另一个处理方法能使PVA分解的同时产生氢氧基，该方法包括如下步骤：

[0229] *将水溶性聚合物装到溶液罐中；

[0230] *向溶液罐中加入过氧化氢；

[0231] *加水；

[0232] *将罐中的物质加热到180°F以上；

[0233] *保持高温至少30分钟；和

[0234] *将罐中的物质冷却到180°F以下；

[0235] 利用该方法可以有效处理的PVA溶液，溶液的重量百分比浓度优选为0-30％，向溶液罐中加入水溶性聚合物、过氧化氢和水的顺序可以任意。每10000mg/l PVA浓度需加1000-2000mg/l过氧化氢以使溶液中的PVA被有效破坏，90％以上的聚合物质被破坏即为有效破坏。为有效破坏PVA需要高于190°F的温度和过氧化氢联合作用。该方法不需要紫外照射，加热含有过氧化氢的溶液就能产生足够的氢氧基以破坏PVA，乙酸、蚁酸和大量的有机物中间体是该反应的降解副产物。

[0236] 实施例8PVA溶液的处理

[0237] PVA溶解在水中，当温度低于150°F，且其浓度高于1％时，溶液的任何运动和混合都会使PVA从溶液中再凝固，这个特性给PVA废水流的处理带来了很大的障碍。为了克服这个物理/化学特性，设计出了下面的处理方法以破坏溶液中的PVA，反应的效果见表7-1的描述。本发明的原理通过实验室的成功测试和在一个核设施的大规模定点测试而得到证实，结果参见相关图表。

[0238] 第一步.溶解阶段向一定体积的水中加入预定重量的污染PVA材料以制备出特定百分比浓度的溶液。为了确定这些数据，该百分比浓度或者是如下面所示的(1101-02C)-(1111-D)测试中的0.5％的重量百分比浓度，或者是如下面所示的(1112-D)-(1117-D)测试中的2％的重量百分比浓度。加入了PVA和水后，溶液容器被密封加热到230°F(110℃)，在5-7磅/平方英寸(psi)的压强下保持30分钟，根据以前的测试。在这种条件下溶液中的PVA完全溶解，留下的仅仅是放射性污染物和非PVA固体。 [0239] 第二步.冷却阶段加热以后，可以将溶液冷却到约130-约180°F(约54.4℃-约
82.2℃)，为了保证安全，监测容器的压力并在转移之前将容器通风。

[0240] 第三步.转移阶段当达到安全温度和压强时，将PVA溶液泵出，使其通过30孔的过滤器而转移到一个溶液反应器中，在这个阶段中，非PVA固体被从溶液中除去，在反应阶段之前必须进行该步骤，以减少残留的悬浮固体，这些固体在反应阶段中会降低紫外线的透射率。转移过程中必须小心，轻轻的混合溶液以使所有的未溶解材料都保留在悬浮液中，为了防止每一批溶液中的放射性污染物凝结在容器中，这是必须的。当该系统过滤器进口和出口的压力差超过了输送泵最大额定输出压的75％时，在每次批处理之间就要进行清洗。

[0241] 第四步.反应阶段反应阶段包括再循环已经过滤的PVA溶液使其通过一个光化学反应器，PVA溶液此前已经先注入了过氧化氢。获得图表7-1显示的数据的所用仪器包括： [0242] *15加仑(56.7795升)圆锥形底溶液反应器

[0243] *2GPM循环泵

[0244] *2加仑(7.5706升)的UV反应器，该反应器含有一个总紫外输出功率为19.3瓦、波长大小为189nm的元件

[0245] *最大输出率为2GPD的试剂计量泵，用来加入过氧化氢

[0246] *用来测定和记录酸化反应的pH记录仪

[0247] *样品排出装置(sample taps)，用来监测PVA试样、温度和溶液的传导性 [0248] 只要溶液反应器和UV室被充满到运转水平时，UV反应器就启动加热溶液，接着，过氧化氢计量泵启动，从长颈瓶中抽取溶液，该长颈瓶装有预定体积的浓度为30％的过氧化氢，足够计量泵抽取4个小时以上，根据剂量精确注入PVA溶液。过氧化氢注入开始后，溶液反应器循环泵启动，PVA和定量的过氧化氢混合，从溶液反应器通过UV反应器后又循环回到溶液反应器。溶液经过UV照射，溶解在溶液中的过氧化氢发生光解形成氢氧自由基，氢氧自由基是一种极强的氧化剂，能通过氧化反应链攻击并减少PVA，结果使溶液中的聚乙烯醇完全转变为有机酸(参考图2描述的光化学反应过程)。该反应使溶液酸化，在pH记录仪上反应出来，这说明溶液中的PVA被破坏，这时候可以提取一些样品进行检测以测得残余的PVA含量。在检测中，向一小瓶指示剂中注入预定量的样品瓶，然后混合，与标准空白做对比。如果加入样品瓶与标准空白之间没有颜色改变，那么反应完成，溶液中已经不含PVA。计算整个反应过程中的UV实际接触时间，要根据每一批反应的相应体积和UV反应器的功率。基于那些比率，1101-02C--1111-D的平均接触时间是2.48小时，1112-D-1117-D的平均接触时间是3.48小时。这两批样品平均接触时间的不同是因为各自初始溶液中PVA浓度不同。只要分析证实溶液中无可测得的PVA，每一批即可准备进行微米级过滤和离子交换以除去悬浮物和溶解的放射性同位素污染物。

[0249] 第五步.放射性同位素过滤阶段大规模测试的另一个重要阶段是研究该方法从被处理的PVA废水流中除去放射性污染物的能力。在这个阶段中，含有放射性污染物的废水流从溶液反应器中泵出通过一系列的微米级过滤器和离子交换树脂床，然后再循环回到溶液反应器，在这个过程的每 一步之间，收集样品检测放射性同位素被除去的时机和除去的程度，结果见表2-1。放射性浓度的标准度量单位是微居里每立方厘米(uc/cc)。一般用纯化系数(Decon系数)来描述过滤介质的除去效率，通过用输入浓度除以输出浓度来测量纯化系数，例如，假如输入浓度是100uc/cc，输出浓度是10uc/cc，那么Decon系数将是10。表2顶端的文字数字标记是本发明用到的各种化学同位素的标准化学命名，数字代表元素原子的质量数，Decon系数等于用溶液罐活性(Solution Tank Activity)除以离子交换流出液活性(IX Effluent Activity，系统的Decon系数等于用反应罐活性(Reaction tank Activity)除以离子交换流出液活性。″LLD″代表检测下限以下的活性水平。 [0250] 表2-1最左侧的一列代表批号，PV09D至PV06D批号被过滤并通过离子交换装置，该离子交换装置中的阳阴离子树脂比率为2∶1。PV 13D至PV 15DR批号被过滤并通过离子交换装置，该离子交换装置中的阴阳离子树脂比率为2∶1。左侧的第二列Decon系数和系统DF的标题项代表每一种放射性同位素的污染物净化总量，包括单独列出和共同列出的放射性同位素。经分析，每一批中最占优势的同位素是Cobalt 58和Cobalt 60，这两种同位素在过滤器中和阴阳离子树脂比率为2∶1的离子交换树脂中能被更有效的去除。 [0251] 我们发现监测溶液的传导性和pH是一种间接但很好的预测同位素除去效率的方法，返回到溶液反应器中的废水的传导性反映了溶液中重金属同位素的除去程度，返回的水的pH反映了树脂床的活性。当溶液反应器中的传导性和pH值与循环的水相等时，反应过的和经初级处理的水就即可转移，进行pH调节，再进行二级生物学处理以除去残留的溶解有机物。

[0252] 第六步.pH值调节阶段放射性同位素过滤阶段结束后，反应过的和经初级处理的废水就可以从溶液反应器中转移到pH值调节室中。在这儿，有一个相应的pH值自动控制器调节进入的废水的pH，以使pH值落在预先 设置好的两点界限之内。在该研究进行之前，我们就已经证实聚乙烯醇的光化学氧化还原反应的终产物是乙酸，而且，乙酸是非电解质。由于乙酸是非电解质，所以在过滤阶段可以用离子交换除去放射性同位素而离子交换树脂则不会截留溶解的有机物。为了校正pH，控制器向含有乙酸盐的溶液中注入氢氧化钠形成乙酸钠溶液，该溶液然后被转移到二级生物处理系统中。

[0253] 第七步.生物处理阶段中和以后，溶液中仍然含有大量的有机物，用一系列的好氧的固定介质生物反应槽处理溶液，每个槽包含一个垂直塔，其有穿过定居有微生物的固定介质的内部循环器，这些槽轮流生物降解溶解在溶液中的残留乙酸钠(详细的生化降解途径参考图4)。向生物反应槽中喂入乙酸盐溶液的速率基于以下动力学关系： [0254] ·溶液中乙酸钠的浓度

[0255] ·微生物定居可用的固定介质的表面积

[0256] ·溶液中溶解的氧的浓度

[0257] ·溶液中大分子营养物质的浓度

[0258] ·在生物槽反应器中的延迟时间

[0259] ·对于有机碳总浓度排放的限制

[0260] 如果监测以上动力学特征并保持平衡，那么该系统的正常除去效率为TOC总磅数的80-90％。如果流入液的TOC含量太高或排放限制是格外的严格，可能要进行额外的加强的生物学处理。适合于本发明的加强生物学处理就是利用粉碎的活性炭(PAC)进行的流化床生物反应处理。在PAC室内，将干的粉碎的活性炭加到通风室中形成流化床生物反应器，粉碎的活性碳成为细菌生长和附着的悬浮层，于是就可以从生长的介质中除去细菌。观察发现，液体中混合有25-30％浓度的悬浮固体对于为细菌生长提供最大表面积是适当的。该方法和其他形式的二级处理方式结合，例如但不限于固体介质反应器，TOC总量的除去效率可以提高到95-99％。

[0261]

[0262]

[0263]

[0264] 表6-1

[0265] Palo Verde测试

[0266]

[0267] 表6-2

[0268] Pilot Point测试

[0269]

[0270] 1.用1cc 30％H2O2/202cc水处理批991028C。

[0271] 2.说明：空白批991029C只用紫外线(UV)处理，不加H2O2。照射4小时后发现PVA浓度没有减少，用比色测定分析。

[0272] 本发明通过优选实施方式进行了描述，但并不是把本发明的范围限定为前面特殊的实施形式，相反地，在由后附的权利要求限定的本发明的范围和精神内对本发明所作的选择、改进和等价替换也包含在本发明的范围内。例如，有许多泵、管线、管件连接和数值排列的变化和结合能实现上述系统的基本元件的必要的连接。而且，本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的实施过程中，需要作一些合理的试验以优化处理条件用作处理溶液中PVA的参数，还要优化实施本发明所选择的和所用的设备。

[0273] 参考文献

[0274] 下文的参考文献提供了实施例的处理步骤或其他附加细节的有关内容，本发明特别地引为参考：

[0275] Burgess，Quarmby & Stephenson，″维他命附加物：连续进行活性淤泥处理的废水质量的一个选择(Vitamin addition：an option forsustainable activated sludge process effluent quality，)″《工业微生物学和生物技术杂志(Journal of Industrial Microbiology &Biotechnology)》，24：267-274(2000).

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[0282] 美国专利，专利号为U.S.5,208,104

[0283] 美国专利，专利号为U.S.5,181,967

[0284] 美国专利，专利号为U.S.5,650,219