СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОБЩЕГО РАСХОДА УГЛЯ ПРИ ГЕНЕРАЦИИ ОЧИЩЕННЫХ ПОТОКОВ С НИЗКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПОТРЕБНОСТЬЮ В КИСЛОРОДЕ Российский патент 2022 года по МПК C02F1/28 C02F1/72 C02F9/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение касается способов и систем очистки и, в частности, способов и систем, которые снижают общий расход активированного угля, применяемого для получения очищенных потоков с низкой химической потребностью в кислороде (ХПК).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Потоки сточных вод обычно очищают с помощью широкого множества способов, чтобы удалять из них органику, твердые вещества и любые другие нежелательные примеси. Например, потоки сточных вод могут взаимодействовать с активированным углем в течение времени, эффективного для удаления из них некоторой величины химической потребности в кислороде (ХПК). В некоторых случаях активированный уголь дополнительно объединяют с биологическим материалом, где последний подходит для удаления легко биоразлагаемой органики из потока сточных вод. В целом, потоки сточных вод требуют снижения максимальных допустимых уровней ХПК и подобных примесей. Чтобы достичь таких низких уровней (например, <50 мг/л ХПК), во многих случаях можно применять последовательно две стадии с активированным углем (активированный уголь в двух или более отдельных резервуарах), чтобы достигать желаемой низкой концентрации ХПК.

Применение двух стадий с активированным углем требует, однако, значительного общего или полного расхода угля в соответствующей системе и способе, что требует значительных расходов, хранения и транспортировки материалов. Чтобы уменьшить общий расход угля, использованный активированный уголь из этих стадий можно регенерировать путем окисления влажным воздухом (ОВВ) при повышенной температуре, повышенном давлении и в присутствии кислородсодержащего газа. Эта циркуляция угля будет снижать количество необходимого свежего угля. Однако общий расход угля, требуемый в двухстадийной системе для снижения уровней ХПК ниже их максимального допустимого предела, для большинства коммерческих приложений обычно является слишком большим для одной установки ОВВ. Из-за распространения больших промышленных комплексов очистки сточных вод или интегрированных устройств нефтепереработки, связанных с уменьшением сточных пределов, установки ОВВ стали очень большими или требуются две установки. Повторяющееся добавление значительного свежего активированного угля и/или добавление второй установки ОВВ могут значительно увеличивать затраты соответствующей системы или способа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящие изобретатели разработали системы и способы для снижения общего расхода угля, требуемого для генерации очищенной воды с низким ХПК. В определенных аспектах описанные здесь системы и способы включают в себя стадию окисления (например, стадию, которая использует для окисления озон, пероксид водорода, ультрафиолет или любой другой подходящий окислитель/окисляющий агент, или их комбинацию) между первой стадией с активированным углем и второй стадией с активированным углем, чтобы снижать общий расход угля в соответствующей системе или способе. Без связи с теорией считается, что окисление между двумя стадиями с активированным углем может значительно снижать общее количество активированного угля, требуемое для достижения очищенной воды с низким ХПК (<50 мг/л). В определенных вариантах осуществления присутствие стадии окисления снижает общий расход угля на 25 масс.% или больше.

Согласно другому аспекту описанные здесь системы и способы используют две или больше угольных стадий, каждая из которых содержит комбинацию активированного угля и биомассы, чтобы снижать химическую потребность в кислороде (ХПК) в потоке сточной воды. Присутствие стадии окисления, которая окисляет очищенный поток из первой угольной стадии (возможно содержащей биомассу), дает увеличенную долю биоразрушаемой ХПК и/или общее снижение ХПК относительно первого очищенного потока. Это позволяет легче снижать концентрацию ХПК во второй угольной стадии с помощью биомассы в ней, тем самым уменьшая количество угля, требуемое во второй стадии, и общий расход угля в системе.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается система очистки воды, содержащая: (i) первую угольную стадию, содержащую первый резервуар, содержащий, по меньшей мере, первое количество активированного угля, эффективное для уменьшения первого количества химической потребности в кислороде (ХПК) из потока сточной воды и генерации первого очищенного потока, имеющего первое уменьшенное количество ХПК; (ii) установку окисления, расположенную ниже по потоку от первой угольной стадии, где установка окисления организована так, чтобы окислять второе количество ХПК из первого очищенного потока и генерировать второй очищенный поток, имеющий второе уменьшенное количество ХПК; и (iii) вторую угольную стадию ниже по потоку от установки окисления, содержащую второй резервуар, содержащий, по меньшей мере, второе количество активированного угля, эффективное для снижения третьего количества химической потребности в кислороде (ХПК) из второго очищенного потока и генерации третьего очищенного потока, имеющего третье уменьшенное количество ХПК в районе заданного предела концентрации или ниже него.

Согласно другому аспекту обеспечивается способ, содержащий: (i) генерацию первого очищенного потока, имеющего первое сниженное количество ХПК, путем взаимодействия потока сточной воды с первым количеством активированного угля; (ii) генерацию второго очищенного потока, имеющего второе сниженное количество ХПК, путем воздействия способа окисления на первый очищенный поток; и (iii) генерацию третьего очищенного потока, имеющего третье сниженное количество ХПК у заданного предела концентрации или ниже него путем взаимодействия второго потока сточной воды с, по меньшей мере, вторым количеством активированного угля; где, относительно способа без этапа окисления, способ окисления снижает общий расход угля, требуемый для доведения ХПК до заданного предела концентрации или ниже.

Согласно другому аспекту обеспечивается система очистки воды, содержащая: (i) первый биореактор, содержащий первое количество активированного угля и первое количество биомассы, где первый биореактор организован так, чтобы удалять первое количество химической потребности в кислороде (ХПК) из вводимого в него потока сточной воды и генерировать первый очищенный поток, содержащий первое сниженное количество ХПК вместе с первой порцией твердых веществ, содержащих первое количество активированного угля и биомассы; (ii) первый сепаратор в проточном сообщении с первым биореактором, где первый сепаратор организован так, чтобы отделять первый очищенный поток от первой порции твердых веществ; (iii) установку окисления в проточном сообщении с первым сепаратором, где установка окисления организована так, чтобы окислять некоторое количество ХПК в первом очищенном потоке и генерировать второй очищенный поток, содержащий второе уменьшенное количество ХПК; (iv) второй биореактор, содержащий второе количество активированного угля и второе количество биомассы, в проточном сообщении с установкой окисления, где второй биореактор организован так, чтобы удалять третье количество ХПК из второго очищенного потока, генерируя третий очищенный поток, содержащий уменьшенное количество ХПК вместе со второй порцией твердых веществ, содержащих второе количество активированного угля и биомассы; и (v) второй сепаратор в проточном сообщении со вторым биореактором, где второй сепаратор организован так, чтобы отделять третий очищенный поток от второй порции твердых веществ.

Согласно другому аспекту обеспечивается способ очистки воды, содержащий: (i) очистку потока сточной воды, содержащего некоторое количество химической потребности в кислороде (ХПК), в первом биореакторе, содержащем первое количество активированного угля и первое количество биомассы; (ii) генерацию первого очищенного потока, содержащего первую уменьшенную концентрацию ХРК, из первого биореактора; (iii) окисление первого очищенного потока с генерацией второго очищенного потока, содержащего вторую уменьшенную концентрацию ХПК; (iv) очистку второго очищенного потока во втором биореакторе, содержащем второе количество активированного угля и второе количество биомассы; и (v) генерацию третьего очищенного потока, содержащего третью уменьшенную концентрацию ХПК, из второго биореактора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

ФИГ.1 изображает систему очистки сточной воды для снижения общего расхода угля при очистке сточной воды до низких концентраций химической потребности в кислороде (ХПК) согласно аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.2 изображает вариант осуществления первой угольной стадии в системе согласно аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.3 изображает вариант осуществления первой угольной стадии с мембранным биореактором в системе согласно аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.4 изображает вариант осуществления первой угольной стадии в системе согласно аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.5 изображает систему очистки сточной воды для снижения общего расхода угля при очистке сточной воды до низких концентраций химической потребности в кислороде (ХПК) согласно другому аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.6 изображает движение материалов через систему очистки сточной воды согласно аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.7 изображает систему очистки сточной воды, дополнительно содержащую установку окисления влажным воздухом, согласно аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.8 изображает систему очистки сточной воды, дополнительно содержащую установку окисления влажным воздухом, согласно другому аспекту настоящего изобретения.

ФИГ.9 изображает систему очистки сточной воды, дополнительно содержащую систему продувки и хранения согласно другому аспекту настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Обращаясь теперь к фигурам, ФИГ.1 изображает вариант осуществления системы очистки воды 10 согласно одному аспекту настоящего изобретения для очистки потока сточной воды 12, содержащего некоторое количество химической потребности в кислороде (ХПК), которая также снижает общую потребность в угле для системы. Как показано, поток сточной воды 12 течет (последовательно) через первую угольную стадию 14, установку окисления 16 и вторую угольную стадию 18, обеспечивая очищенный поток 20, имеющий количество ХПК ниже максимального допустимого предела (например, ≤50 мг/л, и в определенных вариантах осуществления ≤30 мг/л). Поток сточной воды 12 может быть любой жидкостью, содержащей некоторое количество химической потребности в кислороде (ХПК). В определенных вариантах осуществления поток сточной воды 12 может содержать поток из промышленного, сельскохозяйственного или муниципального источника. В определенных вариантах осуществления ХПК содержит некоторое количество органических и неорганических примесей. Кроме того, в определенных вариантах осуществления поток сточной воды 12 является потоком, который включает в себя биоразрушаемые примеси, например биоразрушаемую органику, а также стойкую органику, которая с трудом биоразрушается и лучше удаляется из потока 12 с помощью активированного угля и/или с помощью окисления. В особых вариантах осуществления поток сточной воды 12 может содержать поток отходов из нефтехимического производства или перерабатывающего способа, такого как нефтеперерабатывающий способ.

Первая угольная стадия 14 может содержать любые подходящие компоненты в конфигурации, которая, по меньшей мере, использует некоторое количество активированного угля, эффективное для снижения первого количества химической потребности в кислороде (ХПК) из потока сточной воды 12 и генерации первого очищенного потока 22, имеющего первое уменьшенное количество ХПК. В одном варианте осуществления и как показано на ФИГ.2, чтобы получить первый очищенный поток 22, первая угольная стадия 14 содержит первый резервуар 24, содержащий первое количество активированного угля 26, в проточном сообщении с первым сепаратором 28. Применяемый здесь резервуар, например, 24 может быть закрытым или открытым, например иметь открытый верх. Первое количество активированного угля 26 может содержать порошковый активированный уголь (ПАУ), гранулированный активированный уголь (ГАУ) или их комбинацию. Кроме того, первое количество активированного угля 26 эффективно для удаления первого количества химической потребности в кислороде (ХПК) из потока сточной воды 12 и генерации первого материала 30. Первый материал 30 содержит смесь первого очищенного потока 22 и первой порции твердых веществ 32, содержащей, по меньшей мере, первое количество активированного угля 26.

В определенных вариантах осуществления и как показано на ФИГ.2, первое количество биомассы 34 также возможно объединяется или интегрируется с активированным углем 26 в первом резервуаре 24 для снижения количества биоразрушаемой ХПК в потоке сточной воды 12. Когда первый резервуар 24 содержит первое количество биомассы 34, первый резервуар 24 может называться биореактором, как известно в технике, и порция твердых веществ 32 будет, таким образом, включать в себя активированный уголь (использованный или истощенный) и биомассу. В таком случае, первое количество биомассы 34 легко разлагает биоразрушаемую ХПК, тогда как первое количество активированного угля 26 эффективно удаляет некоторое количество стойкой органики в потоке сточной воды 12, поступающем на первую угольную стадию 14. Используемый здесь термин "стойкая органика" определяет класс органических соединений, которые могут медленно или с трудом биоразрушаться относительно массы органики в потоке сточной воды 12, например, как определяется стандартными методами или ЕРА методами для определения ВОD₅ и подобного.

Первое количество биомассы 34 может включать в себя любую известную популяцию бактериальных микроорганизмов, эффективных для усвоения биоразрушаемого материала, включая те, которые делают это с пониженным получением твердых веществ. Типичная очистка сточной воды с пониженным получением твердых веществ описана в патентах США № 6660163; 5824222; 5658458 и 5636755, каждый из которых включен сюда посредством ссылки в своей полноте. Бактерии могут содержать любые бактерии или комбинации бактерий, подходящие для роста в бескислородных и/или аэробных условиях. Типичные аэробные виды включают в себя бактерии Acinetobacter, Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Norcardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, Shpaerotilus, Baggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix и Geotrichum, азотирующие бактерии Nitrosomonas и Nitrobacter, и простейшие Ciliata, Vorticella, Opercularia и Epistylis. Типичные бескилородные виды включают в себя деазотирующие бактерии Achromobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pserudomonas и Spirillum.

Обращаясь опять к ФИГ.2, первый сепаратор 28 находится в проточном сообщении в первым резервуаром 24 и организован так, чтобы принимать первый материал 30 в одном или нескольких входах и затем отделять первый очищенный поток 22 (содержащий первое уменьшенное количество ХПК из потока сточной воды 12) от первой порции твердых веществ 32, содержащих, по меньшей мере, первое количество активированного угля 26. Первый сепаратор 28 может содержать любую подходящую структуру, применяющую способ, эффективный для отделения первого очищенного потока 22 от порции твердых веществ 32. В одном варианте осуществления первый сепаратор 28 содержит один или несколько осветлителей, мембранных блоков, их комбинаций или подобного. Первый сепаратор 28 дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один выход для выхода отделенного первого очищенного потока 22 и доставки на стадию окисления 16.

В определенных вариантах осуществления первый сепаратор 28 содержит осветлитель, хорошо известный в технике. В других вариантах осуществления первый сепаратор 28 содержит установку с растворенным газом, гидроциклон или мембранный блок, который может содержать, например, одну или несколько пористых или полупроницаемых мембран. В одном варианте осуществления мембранный блок содержит микрофильтрационную мембрану или ультрафильтрационную мембрану, известную в технике. Кроме того, мембраны мембранного блока могут иметь любую конфигурацию, подходящую для предназначенного использования, такую как листовая или с полыми волокнами, или монолитная. Кроме того, мембраны могут иметь любую подходящую пористость и/или проницаемость для их предназначенного использования. Кроме того, мембраны могут иметь любую подходящую форму и площадь сечения, такую как, например, квадратная, прямоугольная или цилиндрическая форма. В одном варианте осуществления мембраны имеют прямоугольную форму. Кроме того, одна или несколько мембран могут располагаться, например, вертикально в зоне очистки мембранного блока таким образом, чтобы быть полностью погруженными в поток сточной воды 12. В определенных вариантах осуществления первый резервуар 24 и первый сепаратор 28 содержат отдельные индивидуальные компоненты. Понятно, однако, что настоящее изобретение не ограничивается этим.

В других вариантах осуществления и как показано на ФИГ.3, первый резервуар 24 (содержащий активированный уголь 26 и возможно биомассу 34) может быть интегрирован с первым сепаратором 28 и содержать единственный компонент, например, мембранный биореактор 36, известный в технике. В этом случае, мембранный биореактор 36 первой угольной стадии 14 организован так, чтобы принимать поток сточной воды 12, снижать количество ХПК в потоке сточной воды 12 путем контакта с первым количеством активированного угля 26 и биомассой 34 (если присутствует) и отделять получаемый первый очищенный поток 22 от первого материала 32, содержащего активированный уголь (и возможно биомассу), с помощью одной или нескольких мембран, описанных здесь, расположенных в мембранном биореакторе 36. Первый очищенный поток 22 может также выходить через выход мембранного биореактора 36 и направляться на стадию окисления 16 (ФИГ.1).

Обращаясь опять к ФИГ.1, на стадии окисления 16 стадия окисления 16 может содержать одну или несколько установок окисления 38, каждая из которых организована для содержания некоторого объема первого очищенного потока 22, если необходимо, и окисления некоторого количества ХПК в первом очищенном потоке 22, тем самым генерируя второй очищенный поток 40, содержащий второе уменьшенное количество ХПК. Второе уменьшенное количество ХПК представляет собой уменьшенное количество ХПК относительно первого очищенного потока 22 и, таким образом, представляет собой второе уменьшенное количество относительно потока сточной воды 12. Кроме того, установка окисления 38 содержит любой подходящий резервуар и структуру для доставки используемого озона, ультрафиолетового света, пероксида водорода, отдельно или в комбинации, например, используя ультрафиолетовый свет, чтобы усиливать действие пероксида водорода, или любую другую подходящую технологию для окисления примесей, способствующих ХПК в потоке сточной воды 12. Таким образом, в одном варианте осуществления способ окисления протекает на стадии окисления 16 путем воздействия способа окисления на вводимый поток (например, первый очищенный поток 22), например, путем воздействия на первый очищенный поток 22 эффективного количества озона, пероксида водорода, ультрафиолетового света с подходящей длиной волны или любого другого подходящего окислителя/окисляющего агента или их комбинации, эффективной для снижения количества ХПК из первого очищенного потока 22 и генерации второго очищенного потока 40, содержащего второе уменьшенное количество ХПК.

Как установлено выше, присутствие стадии окисления 16 существенно снижает общий расход угля, необходимый в системе 10, чтобы генерировать конечный очищенный поток 20, имеющий концентрацию ХПК ниже заданного количества, например, ниже строгих требований ХПК. В одном варианте осуществления (конечный) очищенный поток 20 из описанной здесь системы или способа содержит концентрацию ХПК 50 мг/л или меньше, а в особом варианте осуществления 30 мг/л или меньше. В определенных вариантах осуществления второе уменьшенное количество ХПК второго очищенного потока 40 содержит увеличенную долю биоразрушаемого ХПК относительно первого очищенного потока 22 до воздействия на первый очищенный поток 22 способа окисления. Увеличенная биоразрушаемая доля способствует более легкому снижению ХПК на второй угольной стадии 18.

Вторая угольная стадия 18, например, как показано в варианте осуществления на фиг.4, может содержать любую подходящую конфигурацию, описанную здесь для первой угольной стадии 14. В интересах краткости, каждый вариант осуществления второй угольной стадии 18 не будет описываться ниже; однако понятно, что любое описание первой угольной стадии 14 может быть использовано для второй угольной стадии 18. Различие между первой угольной стадией 14 и второй угольной стадией 18 состоит в том факте, что первая угольная стадия 14 находится выше по потоку от стадии окисления 16 (этап окисления), а вторая угольная стадия 18 находится ниже по потоку в направлении течения очищаемой сточной воды 12.

Вторая угольная стадия 18 может также содержать любые подходящие структуры в конфигурации, которая использует, по меньшей мере, второе количество активированного угля для взаимодействия с потоком (второй очищенный поток 40), чтобы уменьшать третье количество химической потребности в кислороде (ХПК) (относительно потока сточной воды 12) и генерировать конечный очищенный поток 20, имеющий третье уменьшенное количество ХПК. В определенных вариантах осуществления третье уменьшенное количество ХПК находится у максимально допустимого предела ХПК или ниже, например, <50 мг/л. Аналогично первой угольной стадии 14, в определенных вариантах осуществления (показанных на ФИГ.4) вторая угольная стадия 18 может аналогично содержать второй резервуар 42, содержащий второе количество активированного угля 44, и второй сепаратор 46. Второе количество активированного угля 44 может содержать порошковый активированный уголь (ПАУ), гранулированный активированный уголь (ГАУ) или их комбинацию.

Кроме того, второе количество активированного угля 44 является эффективным для удаления дополнительного количества химической потребности в кислороде (ХПК) из потока сточной воды 12 (теперь в форме второго очищенного потока 40) и генерировать второй материал 48. Как и с первым материалом 30, второй материал 48 содержит смесь третьего (конечного) очищенного потока 20 и второй порции твердых веществ 50, содержащей, по меньшей мере, второе количество активированного угля 44. Аналогично, вторая угольная стадия 18 может содержать второй сепаратор 46 для отделения очищенного потока 20 от второй порции твердых веществ 50. Как и с первой угольной стадией 14, второй резервуар 42 может дополнительно включать в себя второе количество биомассы 52 для очистки легко биоразрушаемых примесей в потоке сточной воды 12. Кроме того, в одном варианте осуществления вторая угольная стадия 18 может содержать мембранный биореактор, содержащий активированный уголь 44 и возможно биомассу 52, с множеством мембран, расположенных в нем, как было описано выше.

Ввиду вышесказанного, согласно одному аспекту и как показано на ФИГ.5, система 10 может содержать (последовательно в потоке) первый биореактор 25, содержащий первое количество активированного угля и первое количество биомассы, для генерации первого материала 30, первый сепаратор 28 для разделения первого материала 30 на первый очищенный поток 22 и первую порцию твердых веществ 32, стадию окисления 16 для окисления компонентов первого очищенного потока, чтобы генерировать второй очищенный поток 40, и второй биореактор 35, содержащий второе количество активированного угля и второе количество биомассы, для генерации второго материала 48, второй сепаратор 46 для разделения второго материала 48 на третий (конечный) очищенный поток 20 и вторую порцию твердых веществ 50.

Согласно другому аспекту активированный уголь (и биомасса, если присутствует) может возвращаться через систему, чтобы ограничить потребность в добавлении свежего угля, который будет добавляться к общему расходу угля. Обращаясь к ФИГ.6, система 10 может дополнительно содержать трубопровод 62 в проточном сообщении между вторым сепаратором 46 и первым резервуаром 24 для доставки, по меньшей мере, части второй порции твердых веществ 50, содержащей активированный уголь (и возможно биомассу), из второго сепаратора 46 в первый резервуар 24. Кроме того, в определенных вариантах осуществления система 10 может вместо или дополнительно содержать трубопровод 64 в проточном сообщении между первым сепаратором 28 и первым резервуаром 24 для доставки, по меньшей мере, части первой порции твердых веществ 32, содержащей активированный уголь (и возможно биомассу) из первого сепаратора 28 в первый резервуар 24. Кроме того, в определенных вариантах осуществления система 10 может вместо или дополнительно содержать трубопровод 66 в проточном сообщении между вторым сепаратором 46 и вторым резервуаром 42 для доставки, по меньшей мере, части второй порции твердых веществ 50, содержащих активированный уголь (и возможно биомассу) из второго сепаратора 46 во второй резервуар 42. С любым из трубопроводов 62, 64 и/или 66 активированный уголь (и возможно биомасса) может повторно использоваться внутри системы 10.

Понятно, что в определенной точке активированный уголь в первой или второй стадии 14, 18 становится "истощенным" - это означает, что его способность адсорбировать или иным образом удалять химическую потребность в кислороде из потока сточной воды 12 ухудшается. Согласно другому аспекту настоящего изобретения общий расход угля системы 10 может быть дополнительно минимизирован путем добавления ОВВ 54, которое может регенерировать истощенный уголь из первой угольной стадии 14 и/или второй угольной стадии 18 и возвращать регенерированный уголь на первую и/или вторую угольную стадии 14, 18. Обращаясь теперь к ФИГ.7, есть система 10, ранее описанная здесь, содержащая в направлении течения потока сточной воды первую угольную стадию 14, стадию окисления 16 и вторую угольную стадию 18. Очищенный поток 20, имеющий концентрацию ХПК ниже заданного порога, выходит из второй угольной стадии 18. В определенных вариантах осуществления очищенный поток 20 содержит концентрацию ХПК 50 мг/л или меньше, а в определенных вариантах осуществления 30 мг/л или меньше.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, когда активированный уголь в первой угольной стадии 14 и/или второй угольной стадии 18 содержит некоторое количество истощенного угля, система 10 может дополнительно включать в себя установку ОВВ 54 (также показана на ФИГ.7) для регенерации истощенного угля, тем самым дополнительно уменьшая потребность в добавленном угле в системе 10. Как показано стрелками 56, 58, после отделения на стадиях 14, 18 первая порция твердых веществ 32 направляется в установку ОВВ 54. Когда биомасса также присутствует в первой и/или второй угольной стадии 14, 18, установка ОВВ 54 также может служить для разложения биологических твердых веществ из первой порции твердых веществ 32 и/или второй порции твердых веществ 50, поставляемой в установку ОВВ 54. Установка ОВВ 54 содержит один или несколько специальных реакторных резервуаров, в которых ОВВ истощенного угольного материала (и деструкция биомассы, когда присутствует) протекает при повышенной температуре и давлении (относительно атмосферных условий) и в присутствии кислорода.

В одном варианте осуществления способ ОВВ выполняют при температуре от 150°С до 320°С (от 275°F до 608°F) при давлении от 10 до 220 бар (от 150 до 3200 фунт/кв.дюйм). Кроме того, в одном варианте осуществления материал, вводимый в установку ОВВ 54, может смешиваться с окислителем, например, сжатым кислородсодержащим газом, подаваемым компрессором. Окислитель может добавляться к материалу, например, до и/или после протекания материала (порции твердых веществ 32 и/или 50) через теплообменник (не показан). Внутри установки ОВВ 54 материал подвергается воздействию условий, эффективных для окисления примесей, адсорбированных на активированном угле, тем самым регенерируя материал активированного угля и разрушая биологический материал (когда присутствует). Также может производиться газообразная часть (отходящий газ), имеющая некоторое содержание кислорода. Как показано двусторонними стрелками 56, 58, регенерированный угольный материал 60 может возвращаться обратно в первую угольную стадию 14 и/или вторую угольную стадию 18, а также принимать материал оттуда. Чтобы облегчить движение регенерированного угольного материала 60 через систему 10, система может дополнительно включать в себя проточные соединения между компонентами системы 10.

В качестве примера, ФИГ.8 изображает другой вариант осуществления системы 10, дополнительно содержащий установку ОВВ 54, частично показывающий течение компонентов, включая истощенный и регенерированный уголь, через систему. В этом варианте осуществления система 10 может содержать: трубопровод 80 между первым резервуаром 24 и первым сепаратором 28 для доставки первого материала 30 в первый сепаратор 28; трубопровод 64 между первым сепаратором 28 и первым резервуаром 24 для возврата активированного угля (и возможно биомассы) между ними; трубопровод 68 между первым сепаратором 28 и стадией окисления 16 для доставки первого очищенного потока 22 на стадию окисления; трубопровод 70 между стадией окисления 16 и вторым резервуаром 42 для доставки второго очищенного потока 40 во второй резервуар 42; трубопровод 72 для ввода свежего активированного угля во второй резервуар 42; трубопровод 66 между вторым резервуаром 42 и вторым сепаратором 46 для доставки второго материала 48 во второй сепаратор; трубопровод 74 между вторым сепаратором 46 и установкой ОВВ 54 для доставки второй порции твердых веществ 50 во второй сепаратор 46; трубопровод 76 между установкой ОВВ 54 и первым резервуаром 24 для возврата/доставки регенерированного материала 60; трубопровод 78 между установкой ОВВ 54 и вторым резервуаром 42 для возврата регенерированного материала 60 во второй резервуар; и/или трубопровод 62 в проточном сообщении между вторым сепаратором 46 и первым резервуаром 24 для доставки, по меньшей мере, части второй порции твердых веществ 50, содержащих активированный уголь (и возможно биомассу), из второго сепаратора 46 в первый резервуар 24. Понятно, что термин "линия рециркуляции" может применяться с любым из трубопроводов, описанных здесь, так как трубопроводы позволяют повторное движение и повторное использование материалов через систему.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения любой из вариантов осуществления системы 10, описанный здесь, может дополнительно содержать подходящие компоненты внутри путей течения любого из трубопроводов 60-80 для удаления и сохранения (по меньшей мере, временно) любого из материалов, текущих через них. В одном варианте осуществления, например, как показано на ФИГ.9, система 10 может дополнительно содержать систему продувки и хранения 82, чтобы удалять и хранить часть первой и/или второй порций твердых веществ 32, 50, содержащих активированный уголь и возможно биомассу, из первого сепаратора 28 и/или второго сепаратора 46. Кроме того, когда присутствует, установка ОВВ 54 может быть в проточном сообщении с системой продувки и хранения 82 активированного угля и биомассы для регенерации некоторого количества истощенного активированного угля и разрушения биомассы, подаваемых из системы продувки и хранения 82 в систему ОВВ 54. Система продувки и хранения 82 может содержать любое подходящее число резервуаров и насосов, подающих положительное и/или отрицательное давление для хранения и доставки желаемых материалов. Например, истощенный активированный уголь и/или биомасса могут возвращаться 51 в первый резервуар 24. Из ОВВ 54 регенерированный уголь 60 может затем возвращаться в первый резервуар 24 и/или второй резервуар 42. В определенных аспектах, в любом варианте осуществления системы 10, описанном здесь, система 10 может дополнительно включать в себя установку доочистки (не показана) ниже по потоку от второй угольной стадии для дополнительного удаления ХПК и/или взвешенных твердых веществ. Установка доочистки может содержать любой подходящий компонент, такой как мембранный блок, установка обратного осмоса, ионного обмена или подобное.

Вновь повторим, что системы и способы для снижения общего расхода угля требуются для получения очищенной воды с низким ХПК. В определенных аспектах описанные здесь системы и способы включают в себя стадию окисления между первой угольной стадией и второй угольной стадией, чтобы снижать общий расход угля в соответствующей системе или способе. В определенных аспектах общий расход угля снижается благодаря увеличенной порции биоразрушаемого ХПК в результате способа окисления (например, обработки озоном). В результате, меньшее количество угля требуется на второй стадии (например, может применяться больше биомассы). Таким образом, общий расход угля в системе также может снижаться.

Хотя здесь показаны и описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, понятно, что такие варианты осуществления обеспечены только в качестве примера. Многочисленные вариации, изменения и замены могут быть сделаны здесь без отклонения от данного изобретения. Соответственно, предполагается, что данное изобретение ограничивается только сущностью и объемом формулы изобретения.

В изобретении представлены системы и способы для уменьшения общего расхода угля, требуемого для генерации очищенной воды с низким ХПК. Система очистки воды содержит первую угольную стадию, установку окисления, расположенную ниже по потоку от первой угольной стадии и вторую угольную стадию ниже по потоку от установки окисления. Первая угольная стадия содержит первый резервуар, содержащий первое количество одного из порошкового активированного угля и гранулированного активированного угля, эффективное для уменьшения первого количества ХПК из потока сточной воды и генерации первого очищенного потока, имеющего первое уменьшенное количество ХПК. Установка окисления организована так, чтобы окислять второе количество ХПК из первого очищенного потока и генерировать второй очищенный поток, имеющий второе уменьшенное количество ХПК. Вторая угольная стадия содержит второй резервуар, содержащий второе количество одного из порошкового активированного угля и гранулированного активированного угля, эффективное для снижения третьего количества ХПК из второго очищенного потока и генерации третьего очищенного потока, имеющего третье уменьшенное количество ХПК в районе заданного предела концентрации или ниже него. Технический результат: снижение общего расхода активированного угля, требуемого для генерации очищенной воды с низким ХПК. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система очистки воды, содержащая:

первую угольную стадию, содержащую первый резервуар, содержащий, по меньшей мере, первое количество одного из порошкового активированного угля и гранулированного активированного угля, эффективное для уменьшения первого количества химической потребности в кислороде (ХПК) из потока сточной воды и генерации первого очищенного потока, имеющего первое уменьшенное количество ХПК;

установку окисления, расположенную ниже по потоку от первой угольной стадии, где установка окисления организована так, чтобы окислять второе количество ХПК из первого очищенного потока и генерировать второй очищенный поток, имеющий второе уменьшенное количество ХПК;

вторую угольную стадию ниже по потоку от установки окисления, содержащую второй резервуар, содержащий, по меньшей мере, второе количество одного из порошкового активированного угля и гранулированного активированного угля, эффективное для снижения третьего количества химической потребности в кислороде (ХПК) из второго очищенного потока и генерации третьего очищенного потока, имеющего третье уменьшенное количество ХПК в районе заданного предела концентрации или ниже него.

2. Система по п. 1, в которой первая угольная стадия, вторая угольная стадия или обе стадии дополнительно содержат биологический материал для снижения первого количества и/или третьего количества ХПК.

3. Система по п. 1, в которой данная установка окисления содержит установку окисления, организованную так, чтобы воздействовать на первый очищенный поток, по меньшей мере, эффективным количеством озона, пероксида водорода и ультрафиолетового света для снижения второго количества ХПК из первого очищенного потока.

4. Система по п. 1, в которой первый резервуар организован так, чтобы удалять первое количество ХПК из потока сточной воды и генерировать первый материал, содержащий первый очищенный поток и первую порцию твердых веществ, содержащую первое количество активированного угля; и

первый сепаратор в проточном сообщении с первым резервуаром, где первый сепаратор организован так, чтобы отделять первый очищенный поток от первой порции твердых веществ.

5. Система по п. 1, в которой второй резервуар организован так, чтобы удалять второе количество ХПК из потока сточной воды и генерировать второй материал, содержащий третий очищенный поток и вторую порцию твердых веществ, содержащую второе количество активированного угля; и

второй сепаратор в проточном сообщении со вторым резервуаром, где второй сепаратор организован так, чтобы отделять третий очищенный поток от второй порции твердых веществ.

6. Система по п. 1, в которой первый резервуар содержит первый биореактор и в которой первый биореактор содержит первое количество активированного угля и первое количество биомассы, где первый биореактор организован так, чтобы удалять первое количество ХПК из потока сточной воды и генерировать первый материал, содержащий первый очищенный поток и первую порцию твердых веществ, содержащую первое количество активированного угля и биомассы; и

первый сепаратор в проточном сообщении с первым биореактором, где первый сепаратор организован так, чтобы отделять первый очищенный поток от порции твердых веществ.

7. Система по п. 1, в которой первый резервуар содержит первый мембранный биореактор, содержащий первое количество активированного угля, первое количество биомассы и множество мембран, где первый мембранный биореактор организован так, чтобы удалять первое количество ХПК из потока сточной воды, генерировать первый материал, содержащий первый очищенный поток и первую порцию твердых веществ, содержащую первое количество активированного угля и биомассы, и отделять первый очищенный поток от первой порции твердых веществ.

8. Система по п. 1, в которой второй резервуар содержит второй биореактор и в которой второй биореактор содержит второе количество активированного угля и второе количество биомассы, где второй биореактор организован так, чтобы удалять третье количество ХПК из потока сточной воды и генерировать второй материал, содержащий третий очищенный поток и вторую порцию твердых веществ, содержащую второе количество активированного угля и биомассы; и

второй сепаратор в проточном сообщении со вторым биореактором, где второй сепаратор организован так, чтобы отделять третий очищенный поток от второй порции твердых веществ.

9. Система по п. 1, в которой второй резервуар содержит второй мембранный биореактор, содержащий второе количество активированного угля, второе количество биомассы и множество мембран, где второй мембранный биореактор организован так, чтобы удалять третье количество ХПК из второго очищенного потока, генерировать второй очищенный поток и второй материал, содержащий второе количество активированного угля и биомассы, и отделять третий очищенный поток от второго материала.

10. Система по п. 1, дополнительно содержащая:

установку окисления влажным воздухом, чтобы регенерировать истощенный уголь из первой угольной стадии и/или второй угольной стадии; и

линию рециркуляции для возврата регенерированного угля из установки окисления влажным воздухом на первую угольную стадию и/или вторую угольную стадию.

11. Система по п. 1, в которой второе уменьшенное количество ХПК второго очищенного потока дополнительно содержит, по меньшей мере, одно из увеличенной доли биоразрушаемого ХПК и общего уменьшения ХПК относительно первого очищенного потока до окисления первого очищенного потока в установке окисления.

12. Способ очистки воды, в котором:

генерируют первый очищенный поток, имеющий первое уменьшенное количество ХПК, путем взаимодействия потока сточной воды с первым количеством одного из порошкового активированного угля и гранулированного активированного угля;

генерируют второй очищенный поток, имеющий второе уменьшенное количество ХПК, путем воздействия способа окисления на первый очищенный поток;

генерируют третий очищенный поток, имеющий третье уменьшенное количество ХПК у заданного предела концентрации или ниже него путем взаимодействия второго очищенного потока с, по меньшей мере, вторым количеством одного из порошкового активированного угля и гранулированного активированного угля;

в котором, относительно способа без этапа окисления, способ окисления снижает общий расход угля, требуемый для доведения ХПК до заданного предела концентрации или ниже.

13. Способ по п. 12, в котором в способе окисления осуществляют взаимодействие первого очищенного потока с эффективным количеством, по меньшей мере, одного из озона, пероксида водорода и ультрафиолетового света для генерации второго очищенного потока.

14. Способ по п. 12, в котором в ходе генерации первого очищенного потока:

очищают поток сточной воды в первом резервуаре, содержащем первое количество активированного угля, эффективное для генерации первого материала, содержащего первый очищенный поток и первую порцию твердых веществ, содержащую первое количество активированного угля;

разделяют первый материал на первый очищенный поток и первую порцию твердых веществ.

15. Способ по п. 13, в котором в ходе генерации первого очищенного потока дополнительно:

осуществляют взаимодействие потока сточной воды с первым количеством биомассы, чтобы генерировать первый очищенный поток, и в котором первая порция твердых веществ дополнительно содержит первое количество биомассы.

16. Способ по п. 12, в котором первая порция твердых веществ содержит первое количество истощенного угля, и дополнительно первую порцию твердых веществ подвергают воздействию способа окисления влажным воздухом, чтобы регенерировать первое количество истощенного угля и обеспечить первое количество регенерированного угля.

17. Способ по п. 12, в котором в ходе генерации второго очищенного потока:

очищают поток сточной воды во втором резервуаре, содержащем второе количество активированного угля, эффективное для генерации второго материала, содержащего третий очищенный поток и вторую порцию твердых веществ, содержащую второе количество активированного угля;

разделяют второй материал на третий очищенный поток и вторую порцию твердых веществ.

18. Способ по п. 17, в котором в ходе генерации второго очищенного потока дополнительно:

осуществляют взаимодействие потока сточной воды со вторым количеством биомассы, чтобы генерировать второй очищенный поток, и в котором вторая порция твердых веществ дополнительно содержит второе количество биомассы.

19. Способ по п. 17, в котором вторая порция твердых веществ содержит истощенный уголь и в котором дополнительно:

вторую порцию твердых веществ подвергают воздействию способа окисления влажным воздухом, чтобы обеспечить второе количество регенерированного угольного материала; и

применяют второе количество регенерированного угля, чтобы генерировать первый очищенный поток или третий очищенный поток.

20. Способ по п. 12, в котором заданная концентрация составляет 50 мг/л или меньше.

21. Способ по п. 12, в котором второе уменьшенное количество ХПК второго очищенного потока дополнительно содержит, по меньшей мере, одно из увеличенной доли биоразрушаемого ХПК и общего уменьшения ХПК относительно первого очищенного потока до воздействия способа окисления на первый очищенный поток.

22. Система очистки воды, содержащая:

первый биореактор, содержащий первое количество активированного угля и первое количество биомассы, где первый биореактор организован так, чтобы удалять первое количество химической потребности в кислороде (ХПК) из вводимого в него потока сточной воды и генерировать первый очищенный поток, содержащий первое уменьшенное количество ХПК вместе с первой порцией твердых веществ, содержащих первое количество активированного угля и биомассы;

первый сепаратор в проточном сообщении с первым биореактором, где первый сепаратор организован так, чтобы отделять первый очищенный поток от первой порции твердых веществ;

установку окисления в проточном сообщении с первым сепаратором, где установка окисления организована так, чтобы окислять второе количество ХПК в первом очищенном потоке и генерировать второй очищенный поток, содержащий второе уменьшенное количество ХПК;

второй биореактор, содержащий второе количество активированного угля и второе количество биомассы, в проточном сообщении с установкой окисления, где второй биореактор организован так, чтобы удалять третье количество ХПК из второго очищенного потока, генерируя третий очищенный поток, содержащий уменьшенное количество ХПК вместе со второй порцией твердых веществ, содержащих второе количество активированного угля и биомассы; и

второй сепаратор в проточном сообщении со вторым биореактором, где второй сепаратор организован так, чтобы отделять третий очищенный поток от второй порции твердых веществ.

23. Система по п. 22, дополнительно содержащая:

систему продувки и хранения активированного угля и твердых веществ биомассы, организованную так, чтобы удалять и/или сохранять часть первой порции твердых веществ и второй порции твердых веществ из первого и/или второго сепараторов; и

установку регенерации влажным воздухом в проточном сообщении с системой продувки и хранения активированного угля и твердых веществ биомассы, организованную так, чтобы регенерировать истощенный активированный уголь и разрушать биомассу из первой и/или второй частей твердых веществ.

24. Система по п. 22, в которой установка регенерации влажным воздухом находится в проточном сообщении с первым сепаратором для регенерации истощенного угля в первой порции твердых веществ и дополнительно содержащая первую линию рециркуляции из установки регенерации влажным воздухом во второй биореактор для доставки регенерированного активированного угля из установки регенерации влажным воздухом во второй биореактор.

25. Система по п. 22, в которой данная установка окисления содержит установку окисления, организованную так, чтобы окислять второе количество ХПК в первом очищенном потоке, используя, по меньшей мере, одно из озона, пероксида водорода и ультрафиолетового света, и генерировать второй очищенный поток, содержащий, по меньшей мере, одно из второго уменьшенного количества ХПК и увеличения биоразрушаемого ХПК.