CN107405542A - 利用再循环气体的过滤器床反冲洗系统和方法 - Google Patents

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Abstract

根据各个方面和各个实施方案，提供了用于使气体在反冲洗工艺中再循环的系统(100)和方法(200)。反冲洗工艺(200)可以包括在水处理工艺中从过滤介质(160)的床中去除污染物。该方法(200)可以包括：从反冲洗工艺中产生(202)混合液‑气流(140)；从反冲洗工艺中抽出(204)混合液‑气流(140)；将混合液‑气流(140)分离(206)成液体(150)和气体(145)；以及使分离的气体(145)中的至少一部分再循环至水处理装置(105)。

Description

利用再循环气体的过滤器床反冲洗系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2015年3月12日的美国临时申请第62/132097号和申请日为2015年3月13日的美国临时申请第62/133117号的权益，上述申请中的每一者的全部内容通过参引并入本文中。
技术领域
各个方面总体上涉及使气体在水处理工艺中再循环，并且更特别地涉及使气体从去除过滤介质的床中的污染物的反冲洗工艺中再循环。
背景技术
油气工业处理通常分为三个主要部分：上游、中游和下游。上游处理通常包括：寻找潜在的地下的或水下的原油和天然气田；钻探探井；以及对井进行随后的钻探及操作，从而开采原油和/或粗天然气并将原油和/或粗天然气运送至表面。中游处理通常包括：运输(通过管道、铁路、驳船、油罐车或卡车)；储存；以及从生产地向炼油厂批发销售原油，并将各种精炼产品输送至下游分销商。天然气管道网络将天然气净化厂的天然气集合并将其输送至下游客户，如地方用户。下游处理部分通常涉及石油原油的精炼、粗天然气的加工和净化、以及源自原油和天然气的产品的分配。
又被简称为“介质”的过滤介质可用于各种各样的加工技术及应用，包括过滤、聚结、分离、增加液体在包含介质的容器中的停留时间、以及用作吸附剂或吸收剂。例如，过滤介质可以用于将液体与气体分离；将液体与其他液体分离；以及将悬浮固体、胶体和颗粒物质与流体流分离。此外，过滤介质可用于将液体中的一种或更多种组分的较小液滴聚结成较大液滴。例如，介质过滤器可用于去除一种或更多种溶液中的悬浮固体和游离油。
包含胡桃壳过滤器的过滤介质可用于去除炼油厂中的水中的游离油和悬浮固体以及可用于陆地产出的水处理比如以上讨论的上游处理、中游处理和下游处理。例如，过滤介质可用作整体处理列的遵循上游和/或下游除油技术的一部分。使用过滤介质的过滤可包括引导水向下流过吸附油和过滤器悬浮固体的过滤介质的床。过滤介质对油和水具有相等的亲和力，并且因此油可以被捕获在过滤介质的表面上。在油和固体正在过滤的向前流动操作期间，可以将系统加压，并且迫使水流过过滤介质的足以获得期望性能的床深度。一旦发生床的压降，或者一旦启动定时序列，就可以采用反冲洗工艺，以物理地去除过滤介质的表面的油并且逐出捕获的悬浮固体。
发明内容
根据一个或更多个实施方案，提供了一种用于使气体在反冲洗工艺中再循环的方法。反冲洗工艺可以包括去除位于水处理装置中的过滤介质的床中污染物。该方法可以包括：从反冲洗工艺中产生混合液-气流；从反冲洗工艺中抽出混合液-气流；将混合液-气流分离成液体和气体；以及使分离的气体中的至少一部分再循环至水处理装置。
根据一些实施方案，将混合液-气流分离包括将混合液-气流引导至分离装置。
根据某些实施方案，使分离的气体中的至少一部分再循环包括将分离的气体加压。根据另一实施方案，将分离的气体加压包括通过鼓风机、压缩机和泵中的至少一者来供给分离的气体。
根据至少一个实施方案，反冲洗工艺包括提供一定体积的气体以使过滤介质的床翻滚(roll)。根据另一实施方案，使分离的气体中的至少一部分再循环包括提供所述一定体积的气体中的至少一部分。根据又一实施方案，该方法还包括向所述一定体积的气体提供补充气体。
根据一个或更多个实施方案，提供了一种用于使来自混合液-气流的气体再循环的系统。该系统包括：分离容器，该分离容器具有与混合液-气流流体连通的入口、液体出口、以及气体出口，该分离容器构造成将混合液-气流分离成与液体出口连通的液体以及与气体出口连通的气体；以及水处理装置，该水处理装置包含过滤介质并且构造成在反冲洗工艺期间产生混合液-气流，并且该水处理装置具有与分离的气体中的至少一部分流体连通的气体入口以及与混合液-气流流体连通的混合液-气流出口。
根据一些实施方案，该系统还包括加压装置，该加压装置与气体流体连通并且构造成使与水处理装置的气体入口流体连通的气体加压。
根据另一实施方案，过滤介质在反冲洗工艺期间与气体中的至少一部分流体连通。
根据另一实施方案，水处理装置还包括定位在过滤介质内的引流管。根据另一实施方案，引流管构造成使过滤介质的床翻滚。
根据至少一个实施方案，分离装置的气体出口包括定位在分离装置的上部中的喷嘴。
根据某些实施方案，气体是氮气和燃料气体中的至少一者。根据其他实施方案，气体是空气。
根据某些实施方案，气体入口还与补充气体源流体连通。
根据各个实施方案，水处理装置是过滤器装置和聚结器中的至少一者。
以下将详细讨论其他方面、其他实施方案、以及这些示例性方面和实施方案的优点。此外，应当理解的是，上述信息和以下详细描述仅仅是各个方面和各个实施方案的说明性实例，并且意在提供用于理解所要求保护的方面和实施方案的性质和特征的概述或框架。本文中公开的实施方案可以与其他实施方案组合，并且提及的“实施方案”、“实例”、“一些实施方案”、“一些实例”、“替代性实施方案”、“各个实施方案”、“一个实施方案”、“至少一个实施方案”、“本实施方案和其他实施方案”、“某些实施方案”等不一定是相互排斥的，并且意在指示所描述的特定特征、结构或特性可以包括在至少一个实施方案中。本文中出现的这些术语不一定都指的是同一实施方案。
附图说明
以下参照附图讨论至少一个实施方案的各个方面，这些附图无意于按比例绘制。附图被包括以提供对各个方面和各个实施方案的说明及进一步理解，并且附图被并入本说明书并构成本说明书的一部分，但附图不意于作为对任何特定实施方案限制的限定。附图与说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的方面和实施方案的原理和操作。在附图中，各图中所示的各个相同或几乎相同的部件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，可以不在每个附图中标出每个部件。在附图中：
图1是根据本公开的一个或更多个方面的水处理工艺的示意图；
图2是示出根据本公开的一个或更多个方面的方法的工艺流程图；以及
图3是根据本公开的一个或更多个方面的水处理装置的示意图。
具体实施方式
本公开的各个方面针对的是用于使气体在包括反冲洗工艺的水处理工艺中再循环的方法和系统。反冲洗工艺可以包括去除位于水处理装置中的过滤介质的床中的污染物，如烃和悬浮固体。根据各个方面，并且如以下进一步解释的，在反冲洗期间，气体可以被引入到引流管中，所述引流管引起空气提升泵送机制以及随后的搅动，其搅动和/或混合过滤介质并逐出污染物，污染物然后被冲洗出系统。反冲洗工艺产生混合液-气流。如本文中所使用，术语“混合液-气流”和“液-气混合物”可以互换使用并且指的是包含液相和气相的流。根据应用，气体与液体之间的比例以体积计可以在1.5与2之间。混合液-气流可以从反冲洗工艺中抽出，并且然后分离成液体和气体。
目前，分离的液相通过将其泵送至上游分离步骤或将其泵送至用于处置(disposal)的污水箱，并将可能包含硫化氢气体和烃的分离的气相被送至气体处置装置如洗涤器或火炬(flare)。这些方法中的两者都需要待安装的大量的管道和其他基础设施以转移液体和气体。这产生了与水处理工艺相关的附加制造成本和加工成本。
根据本文中所讨论的一个或更多个实施方案，分离的气体可以被再循环并用作在反冲洗期间用于产生空气提升泵送机制的一定体积气体的全部或部分。因此，再循环气体可以然后被再循环回至水处理装置，以便在反冲洗处理期间被一再重复使用。这不仅降低了成本，而且还在气体源不易获得的场所和/或用于处置在反冲洗工艺中使用的气体的装置有限或不存在的场所处允许更多的灵活性。在实施方案中，气体包含空气。在其他实施方案中，气体可以包含氮气、一种或更多种烃(甲烷、丙烷、丁烷等)、或燃料气体(例如，天然气或任意其他可燃烃类气体，例如包含有烃、氢气和一氧化碳的可燃烃类气体)。
本文中所公开的根据本发明的各个方面在它们的应用方面不限于以下描述中阐述的或在附图中示出的部件的构造及布置细节。这些方面能够假设其他实施方案并且这些其他实施方案被以各种方式实践或执行。具体实施方式的实例在本文中仅出于说明的目的而提出，而无意于限制。特别地，与任意一个或更多个实施方案结合讨论的动作、部件、元件和特征并无意于排除在任意其他实施方式中的类似作用。
另外，本文中所使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应被认为是限制。本文中以单数形式提及的这些系统和方法的实例、实施方案、部件、元件或动作的任何提及还可包含包括有复数形式的实施方案，并且本文中对任意实施方案、部件、元件或动作以复数形式的任何提及也可包含仅包括单数形式的实施方案。单数或复数形式的提及并不意于限制目前公开的系统或方法、它们的部件、动作或元件。本文中使用的“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”、“含有”及它们的变型意思是包含在它们之后列出的项目及项目的等同物以及附加项目。提及的“或”可以被解释为是包容性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个所描述的术语、多于一个所描述的术语和全部所描述的术语中的任一者。此外，在本文献与通过参引并入本文中的文献之间所使用的术语不一致的情况下，在并入的参考文献中使用的术语为对本文献的补充；对于相互矛盾的不一致情形，则应以本文内容为准。此外，为了方便读者，可以在说明书中使用标题或副标题，这对本发明的范围没有影响。
如本文中所使用，术语“约”可以指的是为所述值的±5％的值。
现在参照附图，图1示出了根据本文中所述的方法和系统的一个或更多个实施方案的水处理系统(通常指示为100)的工艺流程图的示意图。水处理系统100包括水处理装置105。如本文中所使用，术语“水处理装置”是指构造成进行一种或更多种水处理工艺的任意装置。根据某些方面，水处理工艺去除来自如地表水、地下水和来自工业源和市政源的废水流的废水中的一种或更多种污染物，如油和/或悬浮固体。本文中公开的水处理工艺可以包括聚结、分离和过滤技术。这些工艺中的一种或更多种过程可以包括使供给流170流过包括在水处理装置105中的过滤介质160的床。根据各个实施方案，可以在不必去除水处理装置105中的介质160的情况下进行去除过滤介质160的床中的一种或更多种污染物的反冲洗工艺，并且该反冲洗工艺用于恢复过滤介质160以供再次使用。
根据一些实施方案，水处理装置105可以包含过滤介质160的至少一个层180。根据各个方面，过滤介质160包含复合介质。如本文中所用，术语“介质复合材料”和“复合介质”可互换使用，并且是指两种或更多种不同材料的组合。在多个颗粒或丸粒的过滤介质中的各个颗粒或丸粒中，复合介质的适当实例公开在美国专利第8753524号和美国公开专利申请第2014/0291249号中，上述专利中的两者通过参引并入本文中。在至少一个实施方案中，复合介质包含多个颗粒或丸粒，其中所述多个颗粒或丸粒中的至少一些(并且在一些实施方案中，为所述多个颗粒或丸粒的全部)包含基于纤维素的材料和聚合物的混合物。在某些实施方案中，复合介质(例如，颗粒或丸粒)可以包含基于纤维素的材料和聚合物的不均匀混合物。不均匀混合物包含使得组分在整个混合物中不均匀分布的组分或组成。如本文中所用，术语“不均匀混合物”还指两种或更多种不同成分或组成的复合物。
在其他实施方案中，介质复合材料(例如，颗粒或丸粒)可以包含基于纤维素的材料和聚合物的均匀混合物。如本文中所用，术语“均匀混合物”指的是下述复合材料：所述复合材料为由在整个混合物中以均匀的比率或大致均匀的比率分布的两种或更多种化合物组成的单相复合物，使得颗粒或丸粒中任意给定的一者例如每一者在复合物中呈现两种或更多种化合物之间的相同的比率。在一个实施方案中，介质复合材料可以包含基于纤维素的材料和聚合物，使得两种材料彼此固定，但不彼此混合。
由于两种或更多种组分的组合(不均匀或均匀)，复合介质的颗粒可能具有略微不均匀或斑驳的外观。根据一些实例，复合介质的两种或更多种不同的材料与彼此一起形成基质，使得两种或更多种材料彼此混杂。例如，复合介质的颗粒可以是多孔的。孔在复合介质的制造期间形成并且可以存在于相同组分的元素与两种或更多种不同材料的元素的混合物之间。根据至少一个实施方案，颗粒或丸粒可以是多孔的。如本文中所用，“孔隙率”是指颗粒或丸粒的空隙空间或空气空间的百分比，并且表示空隙面积与总表面积的比率。
根据某些方面，复合介质(例如，颗粒或丸粒)通过以预定比率合并并混合两种组分例如基于纤维素的材料和聚合物，然后通过挤压机挤压材料来制备。然后将混合的材料切割成单独的颗粒或丸粒，下面进一步讨论颗粒或丸粒的形状和尺寸。
根据至少一个方面，复合介质包含多个形状均匀的颗粒。如本文中所使用，术语“形状均匀的颗粒”是指形状和尺寸完全相同的颗粒，以及形状和尺寸大致相同的颗粒，同时容许由于例如制造误差而导致的一定程度的形状差异。复合介质的颗粒的适当形状可包括球形和柱形。例如，复合介质可以包括多个形状均匀的柱形状或像柱形的形状。复合介质可以是会在颗粒之间的空隙区域中允许间隔的任意形状，并且在此可以称为丸粒。在某些实施方案中，复合介质可以包括多个不规则形状的颗粒。根据至少一些实施方案，每个颗粒由基于纤维素的材料和聚合物的均匀混合物或不均匀混合物组成。
根据至少一个实例，复合介质的颗粒是丸粒。复合介质丸粒可以具有从约2mm至约10mm范围内的直径和从约1mm至约5mm的高度。例如，丸粒可以具有约4mm的直径和约2mm的高度。在另一实例中，丸粒可以具有约4mm的直径和约3.5mm的高度。根据一些实施方案，颗粒的形状可以是球形。根据各个实施方案，每个复合介质丸粒具有在从约5目至约30目的范围内的尺寸。例如，根据至少一个实施方案，复合介质具有从约5目至约10目的范围内的尺寸。根据其他实施方案，复合介质具有从约8目至约30目的范围内的尺寸。
如本文中所用，术语“基于纤维素的材料”是指包含纤维素的任意材料、产品或组合物。非限制性实例可以包含来自落叶植物和常绿树木的木材，包含木粉、木浆、木颗粒、木纤维、锯屑、木薄片、木碎片和适合于本文中公开的方法和系统的任意其他木制品或纤维素基产品，如椰子、甘蔗渣、泥炭、纸浆厂废料、玉米秸秆及它们的任意组合。介质可以包含适合于本文中描述的方法和系统的任意木材。在某些情况下，基于纤维素的材料可以是松木。在其他情况下，基于纤维素的材料可以是枫木。木材的其他非限制性实例包含云杉、雪松、冷杉、落叶松、花旗松、铁杉、柏树、红木、紫杉、橡木、梣木、榆树、山杨、白杨、桦树、枫树、柚木、胡桃木、白塞木、榉木、黄杨木、巴西木、灰胡桃木、樱桃木、椴木、杨木、山茱萸、朴树、山核桃木、桃花心木、竹子和柳树。此外，根据某些方面，基于纤维素的材料可以包含多于一种类型的木材。例如，纤维素基组分可以包含两种或更多种硬木，其非限制性实例包含山核桃木、枫树、橡木、榉木、桦木、梣木、胡桃木、樱桃木、美国梧桐、白杨木、杨木、椴木和山杨。
适合于本文所述的复合介质的聚合物的非限制性实例可包含聚烯烃包括高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PVC、乙烯丙烯共聚物，含氟聚合物包括以及它们的任意组合。在某些情况下，聚合物包含HDPE。根据其他方面，聚合物可以包含聚合物泡沫材料。聚合物泡沫可以包含多孔的一个或更多个部分，或者聚合物泡沫可以是完全多孔的。聚合物泡沫可以通过聚合过程期间气体的受控膨胀来制成。聚合物泡沫内的孔的尺寸和形状可以是适合于允许复合介质执行本文中公开的各种功能的任意尺寸或任意形状。根据各个实施方案，复合介质可以包含从约20重量％至约80重量％的聚合物浓度。
根据某些方面，复合介质包含为复合介质的至少约30重量(wt)％的基于纤维素的材料浓度，但是还可以为至少约40wt％、45wt％和50wt％。基于纤维素的材料的浓度可以为复合介质的约20wt％与约80wt％之间的任意百分比，或这些百分比之间的任意百分比范围。例如，复合介质包含为复合介质的约50重量％的枫木浓度。根据另一实例，复合介质包含为复合介质的约70wt％的松木浓度。根据又一实例，松木的浓度为复合介质的约30wt％。
可用于本文中公开的系统和方法的复合介质的组分的具体实例包含：(1)45wt％的HDPE和55wt％的橡木；(2)70wt％的HDPE和30wt％的松木；以及(3)70wt％的HDPE和30wt％的枫木。
介质复合材料还可以包含适合于本文中所述的方法和系统的目的的任意适当的附加的组成或组分，包含化学组分。可适合于包含在介质复合材料中的其他组分的非限制性实例包含一种或更多种凝聚剂和絮凝剂。根据至少一个实施方案，复合介质还可以包含用于增大复合介质的比重的添加剂材料。适当的添加剂材料的非限制性实例包含硅藻土、二氧化硅、膨润土和碳酸钙。其他类似的材料也在本公开的范围内。添加剂材料可以是适合于增大复合介质的比重的任意惰性材料，只要该材料与复合介质的其他组分没有不相容即可。例如，使聚合物组分溶解的添加剂材料是不可用的。
根据一些实施方案，用于本文中公开的系统和方法的适当的过滤介质160包含胡桃壳过滤介质比如由英国胡桃壳和黑胡桃壳制成的介质。例如，黑胡桃壳和英国胡桃壳可以用于聚结并过滤含有油的废水，如美国专利第8747667号和美国公开专利申请第2011/0174746号中所公开的，上述专利中的两者通过参引并入本文。根据一些实施方案，胡桃壳介质由尺寸在从约12目至约20目范围内的胡桃壳组成。根据至少一个实施方案，胡桃壳的尺寸在从约12目至约16目的范围内。
还可以使用其他类型的过滤介质类型来代替胡桃壳介质或与胡桃壳介质组合使用。非限制性实例包含其他类型的坚果的壳，比如山核桃的壳、松子的壳、开心果的壳、巴西坚果的壳、椰子的壳和杏仁的壳。其他类型的过滤介质的非限制性实例可以包含活性炭、无烟煤、砂、硅藻土、木炭和其他纤维素材料，如以上所讨论的。
尽管图1和图3指出单个层180的过滤介质，但根据一些实施方案，水处理装置可以设置有分层的多介质床，该多介质床包含多个层的过滤介质，其中介质的一个层设置在介质中下面层的上方。根据一些实施方案，可以基于密度和/或比重而将介质的层分离。例如，根据某些方面，具有小于约1.1的值的比重的复合介质的层可以设置在具有大于约1.2的比重的胡桃壳介质的层的上方。因此，在复合介质与胡桃壳一起使用的情况下，复合介质的比重可以比胡桃壳的比重低，并且复合介质的密度也可以比胡桃壳的密度低。在反冲洗期间，可以尺寸为5目至30目、具有比核桃壳的比重和密度低的比重和密度的复合介质颗粒可以由于其较低比重和/或较低密度的物理性质而分离并沉降在水处理装置的上部中。
根据各个方面并参照图1，示出了包括水处理装置105的系统100。水处理装置105可以包括根据包括反冲洗处理技术的期望的水处理工艺而定尺寸和定形状的容器107。水处理装置105可以设计成沿水平位置或垂直位置定位。当沿垂直方向定位时，容器107可以根据待被处理的废水的流量而包含从48英寸至66英寸变化的介质深度以及从2英尺至14英尺的直径。水处理装置105对环境可以是开放的，或者可以是封闭的以在压力下操作。在某些应用中，水处理装置105可以构造成提供厌氧环境或有氧环境。如以上提及的，水处理装置105可以具有床，以便基于期望的进料体积而在期望深度处容置过滤介质160，所述进料待被利用为特定应用选择的过滤介质160处理。因此，水处理装置105可以具有过滤介质160的适合于本文中所述的水处理工艺的目的的任意床深度。
水处理装置105可以由适合于本文中所述的方法和系统的目的的任意材料构成。适当材料的非限制性实例包含钢、不锈钢、玻璃纤维增强塑料和聚氯乙烯(PVC)。一个或更多个实施方案可以包括根据水处理装置的期望形状而具有一个或更多个侧壁的水处理装置。例如，筒形水处理装置可以具有一个侧壁，而正方体水处理装置或长方体水处理装置可以具有四个侧壁。在某些实施方案中，水处理装置可以呈具有位于第一壁与第二壁之间的一个连续侧壁的筒形形状。在某些其他实施方案中，水处理装置可以是封闭的，其中一个或更多个侧壁在第一壁与第二壁之间延伸。在某些方面，水处理装置105可以包含过滤介质160。如下面进一步讨论的，可以使用适合于本文中公开的方法和系统的任意介质。过滤介质160可以以预选深度定位在水处理装置105中，并且可以填充水处理装置105的全部体积，或者可以包含在水处理装置的特定部分中。例如，水处理装置的体积的与一个或更多个壁相邻一部分可以不包含介质。过滤介质160可以通过一个或更多个分隔件如筛网或多孔板包含在水处理装置105内，该分隔件可以将介质保持在水处理装置105内的期望位置中，同时允许一种或更多种液体流过位于装置中的介质。
在向前供给的水处理工艺中，将供给流170引导至水处理装置105。供给流170可包含一种或更多种组分。在某些情况下，供给流170可以包含相同相中的一种或更多种组分，例如，一种或更多种液体。在其他情况下，供给流170可以包含处于不同相中的一种或更多种组分，例如，一种或更多种气体和液体组合、以及一种或更多种固体和液体组合。在某些应用中，供给流170可包含一种或更多种悬浮固体、胶体和颗粒物质。根据各个方面，供给流170可以包含水基液体。在某些方面，供给流170可包含烃类液体(在本文中也被称为烃)和水基液体。供给流170还可以包含悬浮固体。在某些方面，该系统可以接纳来自工业源(如炼油厂、油井、石化厂、化工厂、天然气加工厂和其他工业处理)的一种或更多种供给流。
根据某些方面，在水处理工艺期间，水处理系统100可以接纳包含烃和水基液体的供给流170，并且在某些情况下，供给流170还可以包含悬浮固体。如本文中所用，术语“烃”是指具有包含键合至氢的碳的分子结构的有机材料。烃还可以包含其他元素，例如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和硫中的至少一者。如本文中所用，术语“烃类液体”或简称的“烃”是指液相烃类流体或液相烃类流体的混合物。烃类液体可以包含附加物质，例如，固体颗粒。烃类液体的非限制性实例可包括例如原油、天然气、页岩油、热解油及它们的任意组合。
如本文中所用，术语“水基液体”和“水流”是指包含水的液体。液体可以包含附加物质，其可以是固体(包括悬浮固体)、液体、气体或它们的任意组合。因此，供给流170可以包含不同相中的一种或更多种组分，例如，一种或更多种气体和液体组合，以及一种或更多种固体和液体组合，尽管在某些方面，供给流可以包含相同相中的组分。
根据一个或更多个实施方案，水处理装置105可以包括过滤器装置和聚结器中的至少一者。根据至少一个方面，过滤器装置和聚结器包括过滤介质160。过滤介质160在图1和图3中示出为均匀的球形颗粒，然而，应当理解的是，过滤介质可以由任意颗粒尺寸和形状构成，包括不规则形状的颗粒。此外，附图中的过滤介质被表示为仅填充指定层(如层180)的部分，但应当理解的是，过滤介质可以包含全部层。
在至少一个实施方案中，使供给流170与过滤介质160接触包括过滤供给流。如本文中所用，术语“过滤”是指用于将物质的成分与物质的其他成分分离的任意过程。例如，过滤可以指用于将一种或更多种相彼此分离的过程。在某些方面，过滤可以将两种液相分离。在其他方面，过滤可将固相与液相分离。在至少一个实施方案中，过滤是指将烃类液体与水基液体分离的过程。在某些方面，过滤包括使供给流以可以小于约40加仑每分钟/英尺2(gpm/ft2)的通量率(flux rate)穿过过滤器装置。根据其他方面，过滤包括使供给流以可以小于约20gpm/ft2的通量率穿过过滤器装置。
如本文中所用，术语“过滤器装置”是指适合于执行过滤过程的任意装置。在某些实施方案中，过滤器装置可以由任意适当的结构材料例如钢、不锈钢、玻璃纤维增强塑料和PVC材料构成，以形成管结构或柱结构。根据各个方面，过滤器装置包括过滤介质以及出于保持介质的目的而配装在过滤器装置的至少一端上的筛网材料。在某些方面，流体在过滤过程期间流过过滤器装置的方向可以是从顶部至底部，尽管替代性过滤过程可以包括流体从底部至顶部流过过滤器装置。
在其他方面，使供给流170与过滤介质160接触包括使供给流聚结。如本文中所用，术语“聚结”是指使液体或其他相的一个或更多个较小液滴组合和/或合并以形成较大液滴、相和层中的至少一者。例如，在某些方面，聚结可以将烃类液体的液滴尺寸从小于约20微米的直径增大至大于约20微米的尺寸。在某些其他方面，聚结可以将烃类液体的液滴尺寸从小于约20微米的直径增大至大于约50微米的尺寸。在一些方面，聚结可产生烃类液体的大于约50微米的液滴尺寸。在一些方面，聚结可以产生烃类液体的可以大于约100微米的液滴尺寸。根据一些方面，聚结流可以指液体或其他相的液滴形成直径为至少约20微米的液滴的液体。在至少一个方面，聚结包括使供给流以可以在约40gpm/ft2至约250gpm/ft2范围内的通量率穿过聚结器。在另一方面，聚结包括使供给流以可以在约100gpm/ft2至约200gpm/ft2范围内的通量率穿过聚结器。
如本文中所用，术语“聚结器”是指适合于执行聚结过程的任意装置。在某些方面，聚结器可以如以上参照容器所讨论的那样进行构造和布置。聚结器可以由适于本文中所描述的方法和系统的特定目的的任意材料构成。在某些实施方案中，聚结器可以例如由钢、不锈钢、玻璃纤维增强塑料和PVC材料中的任意一者或更多者构成，以形成管结构或柱结构。在至少一个方面，聚结器可以包括过滤介质以及用于保持过滤介质的筛网。流体流过聚结器的方向可以为从顶部至底部，尽管流体从底部至顶部流过聚结器也在本公开的范围内。
在某些方面，水处理装置105可以配装有如图1中所示的引流管系统110。引流管系统110可以包括一个或更多个引流管112，并且可以构造并布置成通过提供期望体积和/或速度的反冲洗流体以使床翻滚来间歇地反冲洗介质。例如，反冲洗工艺可以包括提供一定体积的气体以使过滤介质160的床翻滚，如下所述。替代性地或另外地，可以在过滤过程和聚结过程中的至少一者期间使用引流管系统110。
反冲洗可以在引流管系统在适当的位置的情况下执行，或者可以在没有引流管系统的情况下执行。如本文中所用，“使床翻滚”被限定为介质在反冲洗期间的运动，在反冲洗中，位于容器底部处或容器底部附近的介质可以通过引流管系统110部分地或完全地朝向水处理装置105的顶部移动以及朝向水处理装置105的底部返回。引流管系统110可以定尺寸并定形状成提供待被反冲洗的期望体积的介质中的至少一种以及在用于反冲洗操作的预选时间段内进行操作。引流管系统110可以包括定位在介质中的一个或更多个引流管112。如本文中所用，“引流管”是具有一个或更多个侧壁的两端开放的结构，当引流管定位在介质中时，引流管为介质在反冲洗期间的流动提供通道。
引流管系统110的引流管112可以由适合于本文中所述的方法和系统的特定目的的任意材料构成。例如，引流管112可以由与水处理装置105的材料相同的材料形成，或者可以由较轻、较重、较昂贵或较不昂贵的材料形成。例如，引流管112可以由塑料(包含玻璃纤维增强塑料)形成。引流管112可以被预成型以用于插入到水处理装置105中或者被制造为水处理装置105的一部分。因此，引流管112可以设计成改进当前的水处理装置。根据某些方面，引流管112可以支撑在水处理装置的外壁上。替代性地，引流管112可以支撑在设计成使过滤介质160保持在水处理装置105的区域内同时允许液体和污染物流入以及流出过滤介质160的分隔件或介质保持板(如筛网或多孔板)上。
单个引流管112可以根据期望的应用、待被反冲洗的介质160的体积中的至少一者来定尺寸并定形状，以在反冲洗操作的预选时间段内进行操作。引流管112还可以定尺寸并定形状成在过滤或聚结期间提供过滤介质的适当运动或提升。引流管112还可以定尺寸并定形状成在引流管112内提供期望的搅动水平以部分地或完全地洗涤过滤介质160，从而从过滤介质160中释放一部分污染物如烃和悬浮固体中的至少一者。
期望的引流管系统体积可以由单个引流管提供，或者通过提供总体积大致等于期望体积的多个引流管来提供。各引流管可以具有任意形状如圆形、椭圆形、正方形、矩形或任意不规则形状的横截区域。各引流管可以具有任意整体形状，如锥形、长方体和筒形。在一个实施方案中，引流管112是筒形。引流管112可以定位在过滤介质160中，以被过滤介质完全包围，以及被过滤介质完全填充。引流管112的一端或两端可构造并布置成辅助介质流入和流出引流管112中的至少一者。例如，引流管112的第一端部处的侧壁可以包括形成通道的一个或更多个切口，以允许处于引流管的第一端部处或第一端部附近的过滤介质中的一些通过引流管的侧壁进入，如美国专利第8747667号和美国公开专利申请第2011/0174746号中所讨论的。形成通道的切口可以具有允许足够体积的过滤介质进入引流管的任意形状。例如，切口可以为三角形、正方形、半圆形或具有不规则形状。多个通道可以彼此相同并且可以绕引流管的第一端部均匀地定位，以均匀地分配引流管中过滤介质的流。引流管112还可以在底部处开放，并且可以包括或者可以不包括附加切口。
一个或多个引流管112可以定位在过滤介质160内的任意适当的位置处。例如，单个引流管112可以但不需要相对于水处理装置的侧壁居中地定位。类似地，单个水处理装置105中的多个引流管112可以随机地定位或相对于水处理装置的侧壁以均匀的图案定位。在某些情况下，单个引流管112相对于水处理装置105定位在过滤介质160中，使得从引流管112的每个端部延伸的轴线与平行于容器的侧壁的轴线同轴。单个水处理装置105中的多个引流管112的体积或横截面积可以但不需要相同。例如，单个水处理装置105可以包括高度和横截面积不同的筒形、锥形和矩形引流管112。例如，水处理装置可以具有第一引流管和多个第二引流管，第一引流管居中地定位并具有第一横截面积，所述多个第二引流管定位成与水处理装置的侧壁相邻，其中，第二引流管中的每一个均具有比第一横截面积小的第二横截面积。根据另一实例，水处理装置具有多个相同的引流管。
根据各个方面，引流管112可以包括挡板以防止或减少引流管112内的回流。挡板可以具有适合于特定引流管的任意尺寸和形状。例如，挡板可以是适当地定位在引流管的内表面上的板或定位在引流管中的柱体。在一个实施方案中，挡板可以是居中地定位在引流管内的实心柱体或中空柱体。
图1和图3示出了根据本公开的各个方面的反冲洗工艺。在启动反冲洗工艺时，供给流170穿过水处理装置105的流动被中断。气体185的流动可以通过位于水处理装置105的底部处的气体入口187启动，并且反冲洗流体155的流动可以通过反冲洗流体入口157启动。根据一些实施方案，反冲洗流体入口155还可以包括用于在由水处理系统105执行的过滤过程或聚结过程期间产生的处理流的出口，这可以消除对用于反冲洗流体155的单独入口的需求。气体185的通过气体入口187的流动可以但不需要在反冲洗流体155的流动启动之前发生。例如，气体185的流动和反冲洗流体155的流动可以同时开始，而根据其他实例，反冲洗流体155的流动可以在气体185的流动启动之前开始。此外，气体185和反冲洗流体155可以在反冲洗期间连续地流动。替代性地，气体185和反冲洗流体155中的一者或两者的流动可以是间歇的。在美国专利第8747667号和美国公开专利申请第2011/0174746号中描述了关于脉冲反冲洗系统的其他变型以及细节。
在引入气体185和反冲洗流体155时，过滤介质160的床与供给流170在水处理装置105内的方向相反地膨胀和移动，如图1和图3中所示。如图3中所指示，过滤介质160从容器107的顶端部沿着引流管112的外侧移动至容器107的底端，此处，过滤介质160然后可以进入引流管系统110的与容器107的底端相邻的底端。过滤介质160然后在引流管系统110的内部区域182内从引流管系统110的底端184至引流管系统110的顶端186移动(沿与供给流170在过滤期间的流动相反的方向)，此处，过滤介质160离开引流管112并进入水处理装置105的一个或更多个周缘区域114，从而使床部分地或完全地翻滚。当过滤介质160在引流管系统110中流动时，过滤介质160可以混合，从而释放先前固定在过滤介质160上的一部分油和悬浮固体。
在反冲洗期间，在过滤介质160离开引流管系统160并进入周缘区域114时，过滤介质160进入位于引流管112上方的湍流洗涤区域125，在湍流洗涤区域125中，过滤介质继续混合，从而释放附加的油和悬浮固体。从过滤介质160释放的油和悬浮固体可以与在反冲洗工艺期间使用的作为混合液-气流140的气体185和反冲洗液体155一起从水处理装置105中抽取。混合液-气流140可以从水处理装置105引导至分离装置115，如图1中所示。
返回参照图1，在反冲洗期间使用的气体185的流动可以与气体185源或可用于引导过滤介质160穿过引流管系统110的运动的任意其他流体连通。例如，在某些应用中，气体185可以是空气或氧气，并且在其他应用中，气体可以是氮气、所产生的气体和/或燃料气体。在反冲洗工艺中使用的气体185的类型可以取决于正在执行的处理的类型。例如，对于上游油气处理，气体185可以是氮气或燃料气体，因为氧气产生与腐蚀有关的问题。如本文中所用，燃料气体185可以包含天然气或任意其他可燃烃类气体。相比之下，对于下游油气处理，可以使用空气或氧气。
根据某些方面，气体185可以通过定位在引流管112内的一个或更多个引流管入口而引入引流管112内，引流管入口还可以包括扩散部。根据其他方面，气体入口187可以定位在引流管112的下方。气体入口187可以包括定位在水处理装置105内的一个或更多个入口，所述一个或更多个入口用于将气体185输送至引流管系统105以用于给予过滤介质160穿过引流管系统110的流动的目的。例如，气体入口187可以是用于输送气体的孔口、喷嘴或喷射部。根据一些实施方案，气体入口187还可将液体或气体和液体组合输送至引流管系统110。
水处理装置105还可以包括用于使反冲洗流体155流动至水处理装置105的一个或更多个入口。例如，反冲洗流体155可以被输送至位于引流管系统110的侧壁与水处理装置105的相应的侧壁之间的周缘区域114。尽管图1仅示出反冲洗流体155被输送至水处理装置105的一个位置，但反冲洗流体155可以被输送至包括水处理装置105的另一侧的处于与图1中已经示出的位置类似的位置中的一个或更多个位置。如本文中所用，“周缘区域”是容器的未被引流管系统占据的内部体积。反冲洗流体155可以被输送在水处理装置105的底壁处或底壁附近，以引导流动或辅助过滤介质160朝向引流管系统110的底端的流动。一个或更多个反冲洗流体入口157可以定位在水处理装置105内以向水处理装置105提供反冲洗流并且将过滤介质160引向引流管系统110。
反冲洗流体155可以是液体(如待被过滤的滤液或废水)、气体(如空气)、以及它们的组合。根据一些实施方案，反冲洗流体155包含从供给流入口转移的供给流170中的至少一部分、处理流或适合于反冲洗工艺的任意其他流体源。提供反冲洗流体155的入口157可以具有适合于将反冲洗流体155输送至水处理装置105的包括周缘区域114的任意构造。例如，用于反冲洗流体155的入口157可以是用于输送气体、液体或它们的组合的孔口、喷嘴或喷射部。在某些情况下，用于反冲洗流体的入口157可以从任意适当的位置延伸以辅助水分配。
根据各个方面，反冲洗工艺还可以包括使过滤介质160的层180流化。根据一些实施方案，当气体185和/或反冲洗流体155被引入到水处理装置105中时，在反冲洗工艺本身期间发生充分流化。根据其他实施方案，流化是在反冲洗工艺结束时的分离步骤。例如，可以引入反冲洗液体155以产生流体向上流动到过滤介质160中的速度，这可用于从过滤介质160中释放附加污染物。在使用分层介质床的情况下，该技术还可以允许较大和密度较小的颗粒偏聚(segregate)至水处理装置105的上部，而较小和密度较大的颗粒落至水处理装置105的下部。
根据各个实施方案，反冲洗工艺产生混合液-气流140。例如，气体185和反冲洗流体155汇集到水处理装置105和过滤介质160中可引起使气体185和反冲洗流体155彼此混合的流体流动图案。在反冲洗循环期间，烃和其他污染物被释放并与气体185和反冲洗流体155混合以形成混合液-气流140。混合液-气流140可以比如通过位于水处理装置105的顶部处或顶部附近的出口144从水处理装置105抽出，并且然后引入到分离装置115的入口142，分离装置115用于将混合液-气流140分离成液体150和气体145。
如本文中所用，术语“分离装置”是指利用用于将液体与气体分离的任意分离技术的装置。根据各个方面，分离罐115可以专门用于使气体与液体分离的目的，或者分离罐115可以是在水处理系统105中已经存在的用于另一目的比如用于接纳反冲洗废流的罐或装置。根据一些实施方案，可以使用重力来分离液体与气体。例如，比气体密度更大的液体将自然地积聚在分离装置115的底部处或底部附近，并形成液体150，同时气体自然地上升至分离装置115的顶部以形成气体145。尽管通往分离装置115的混合液-气流140的入口被指示为靠近分离装置115的底部，但混合液-气流140的入口还可以位于分离装置115的上部中。应当理解，除了基于重力的装置之外的其他类型的分离装置(包括旋风装置)也在本公开的范围内。
参照图1，分离容器115还可以包括液体出口190和气体出口195。如以上所讨论的，分离装置115可以构造成将混合的液-气体140分离成与液体出口190流体连通的液体150和与气体出口195连通的气体145。分离装置115的气体145包含在反冲洗工艺期间使用的气体中的至少一部分，并且可以包含气体形式的污染物。根据一些实施方案，分离装置115的气体出口195是定位在分离装置115的上部中的喷嘴。分离装置的液体150包含用于反冲洗工艺的反冲洗流体155中的至少一部分，以及在反冲洗期间从过滤介质160释放的污染物的至少一部分。根据一些实施方案，可以进一步处理液体150以去除液体150中的一定量的油或烃。
如图1中所示，在气体145(还可以称为再循环气体135)离开分离装置115时，气体145可以使用加压装置120加压。如本文中所使用，术语“加压装置”是指产生适合于反冲洗工艺中使用的加压的气体流或液体流的任意装置。加压装置120还可以用于从分离装置115中“拉动”分离的气体145。根据另一方面，加压装置120还可用于将混合液-气流140“推”出水处理装置105。根据一些实施方案，加压装置120是鼓风机、压缩机和泵中的至少一者。气体145可以根据应用而被加压至不同的值。根据各个实施方案，气体可以被加压至至少20磅/平方英寸(psig)。
根据某些实施方案，加压装置120可以包括溶解的气体浮选(DGF)单元或以其他方式与溶解的气体浮选(DGF)单元连通，气体浮选(DGF)单元将带气泡的气体输送至包括引流管系统110的水处理装置105。这些系统的非限制性实例包括可从西门子获得的BriseTM DGF泵系统。这些系统构造成通过将气体和水引出到叶轮中来将水蒸气剪成尺寸为一微米或更大的气泡，气泡然后经受降压。根据另一实施方案，加压装置120可以包括构造成散布气泡的喷射器或以其他方式与构造成散布气泡的喷射器连通。根据某些方面，喷射器可以定位在水处理装置105内，比如位于引流管系统110的下方，使得在水处理装置105内产生气泡。根据其他方面，喷射器可以定位在水处理装置105的外部，使得气泡被引入至包括引流管系统110的水处理装置105。
根据一个或更多个实施方案，补充气体165可以与再循环气体135组合引入到水处理装置105中，以作为反冲洗工艺中使用的气体185的一部分。在某些情况下，在反冲洗工艺中使用的一定体积的气体中的一部分气体可以溶解在反冲洗液体155中，或者可以以其他方式“损失”在系统中。因此，在某些实施方案中，再循环气体135可能不会提供使过滤介质160的床在反冲洗工艺期间翻滚所需的必要体积的气体。因此，可以使用来自“新鲜”源的补充气体165源来提供充足体积的气体，以进行反冲洗工艺。如以上提及的，对于上游油气工业处理，补充气体165可以包含氮气或燃料气体，并且对于下游处理，补充气体可以是空气。
图2是示出根据本公开的一个或更多个方面的至少一种工艺(通常指示为100)的工艺流程图。在图2中，步骤202包括从反冲洗工艺中产生混合液-气流。例如，如上所述的水处理装置105可以包含用于过滤废水的过滤介质160，并且因此可以使用反冲洗工艺来清洁受污染的介质。这产生混合液-气流，然后在步骤204处从反冲洗工艺中抽出混合液-气流。例如，混合液-气流可以通过加压离开水处理装置105，然后混合液-气流被运输至分离装置，如上所述。在步骤206处，将混合液-气流分离成液体和气体，并且分离的气体中的至少一部分在步骤208处被再循环至水处理装置，其中所述分离的气体中的至少一部分可以被重复用于随后的反冲洗工艺。
过程202至208各自描绘了特定实施方案中的一个特定动作序列。包括在这些过程中的动作可以是任选的，并且因此可以根据一个或更多个实施方案而省去。此外，在不背离本文中所述的实施方案的范围的情况下，可以改变动作的顺序，或者可以添加其他动作。
已经这样描述了至少一个实例的若干方面，应当理解的是，对于本领域技术人员而言，将容易想到各种变化、修改和改进。例如，本文中公开的实例还可以在其他环境中使用。这些变化、修改和改进意于作为本公开的一部分，并且意于在本文中讨论的实例的范围内。因此，前述描述和附图仅作为示例。

Claims (15)

1.一种用于使气体在反冲洗工艺中再循环的方法(200)，所述反冲洗工艺包括从水处理装置(105)中的过滤介质(160)的床去除污染物，所述方法(200)包括：
从所述反冲洗工艺中产生(202)混合液-气流(140)；
从所述反冲洗工艺中抽出(204)所述混合液-气流(140)；
将所述混合液-气流(140)分离成液相(150)和气相(145)；以及
使所分离的气相(145)中的至少一部分再循环至所述水处理装置(105)。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，将所述混合液-气流分离包括将所述混合液-气流(140)引入至分离装置(115)。
3.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，使所分离的气相(145)中的至少一部分再循环包括对所分离的气相(145)进行加压。
4.根据权利要求3所述的方法(200)，其中，对所分离的气相(145)进行加压包括通过鼓风机、压缩机和泵中的至少一者来供给所分离的气相(145)。
5.根据权利要求1所述的方法(200)，还包括反冲洗所述过滤介质(160)，其中，所述反冲洗工艺包括提供一定体积的气体(185)以使所述过滤介质(160)的床翻滚。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使所分离的气体(145)中的至少一部分再循环包括提供所述一定体积的气体(185)中的至少一部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所分离的气体(145)包含选自由氮气和燃料气体组成的组中的成员。
8.一种用于使来自混合液-气流(140)的气体再循环的系统(100)，包括：
分离装置(115)，所述分离装置(115)具有与所述混合液-气流(140)流体连通的入口(142)、液体出口(190)以及气体出口(195)，所述分离装置(115)构造成将所述混合液-气流(140)分离成与所述液体出口(190)流体连通的液体(145)以及与所述气体出口(195)流体连通的气体(145)；以及
水处理装置(105)，所述水处理装置(105)包含过滤介质(160)并且构造成在反冲洗工艺期间产生所述混合液-气流(140)，所述水处理装置(105)具有与所分离的气体(145)中的至少一部分流体连通的气体入口(187)以及与所述混合液-气流(140)流体连通的混合液-气流出口(144)。
9.根据权利要求8所述的系统(100)，还包括加压装置(120)，所述加压装置(120)与所述气体(145)流体连通并且构造成对与所述水处理装置(105)的所述气体入口(187)流体连通的所述气体(145)进行加压。
10.根据权利要求8所述的系统(100)，其中，所述过滤介质(160)在所述反冲洗工艺期间与所述气体(145)中的至少一部分流体连通。
11.根据权利要求8所述的系统(100)，其中，所述水处理装置(105)还包括定位在所述过滤介质(160)内的引流管(112)。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述气体(145)包含选自由氮气和燃料气体组成的组中的成员。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述气体(145)包含空气。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述气体入口(187)还与补充气体(165)源流体连通。
15.根据权利要求8所述的系统，其中，所述水处理装置(105)包括过滤器装置和聚结器中的至少一者。
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