CN109475819A - 用于处理废物流的允许活性炭和膜直接接触的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明能够使包含活性炭(30)的高悬浮固体(SS)液(16)(至少约10g/L)与膜单元(12)的一个或更多个膜(14)接触以有效地处理废物流(24)从而除去污染物。

Description

用于处理废物流的允许活性炭和膜直接接触的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年7月25日提交的美国临时申请第62/336,201号的申请日的优先权和权益，其各自的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及处理方法和系统，具体地，涉及用于从废物流中除去污染物的方法和系统。
背景技术
废物流通常通过各种溶液处理以从中除去有机物、固体和任何其它不期望的污染物。例如，可以使废物流与活性炭接触能够有效地从其中除去有机污染物的时间。在一些情况下，将活性炭与生物材料组合以从废物流中除去易于生物降解的有机物。其后，所得的经处理的流需要从中除去悬浮固体。
常规观点认为，在与这样的过滤系统的膜接触时，应将悬浮固体的浓度保持在中等水平(约8g/L)。这是因为固体浓度升高通常在操作期间导致高的跨膜压力(TMP)。当利用生物材料，甚至与活性炭组合以除去有机污染物时，生物材料还被认为引起跨膜压力(TMP)快速升高，部分原因是生物材料的稠度。此外，膜与活性炭直接接触的长期操作可能导致膜损坏。由于这些潜在问题，在膜过滤系统中通常包括在膜单元之前用以进一步从待处理的流体/材料中分离固体的重力分离步骤以减少或防止碳与膜接触。在任何情况下，活性炭或活性炭/生物质和添加的组分(例如，澄清剂)的悬浮固体限制越低，(i)效率降低，(ii)费用、操作时间和材料增加，并且(iii)处理系统的占地面积增加。因此，本领域需要改进的结合活性炭和膜过滤的流体处理系统。
附图说明
在下面的描述中参照附图说明本发明，附图示出：
图1是根据本发明的一个方面的系统的示意图。
图2是根据本发明的另一方面的系统的示意图。
图3是根据本发明的另一方面的系统的示意图。
图4是根据本发明的又一方面的系统的示意图。
图5是根据本发明的又一方面的系统的示意图。
图6是根据本发明的另一方面的系统的附加部件(精处理单元(polishing unit))的示意图。
图7是根据本发明的另一方面的系统的附加部件(湿空气氧化单元)的示意图。
图8是示出根据本发明的一个方面的多个MLSS浓度值下的跨膜初始TMP的图。
图9是示出根据本发明的一个方面的特定MLSS浓度/碳:生物质比率下的固体的随时间的TMP增加的图。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，提供了这样的系统和方法，该系统和方法现在通过废物流与至少粉末活性炭和一个或更多个膜的接触更有效地从废物流中除去有机污染物和固体。在第一方面，公开了这样的系统和方法，该系统和方法允许粉末活性炭以先前认为不可行的浓度与膜过滤的一个或更多个膜接触。在某些实施方案中，本文所述的处理系统和方法中的一个或更多个膜单元的一个或更多个膜可以与具有相对高的悬浮固体(本文中也称为“SS”)浓度的材料接触。例如，高悬浮固体浓度可以≥约12g/L，并且在某些实施方案中，可以为约≥约12g/L至为约40g/L，而不会导致过度的膜积垢或损害。在某些实施方案中，悬浮固体包含粉末活性炭而不含生物质。在另一些实施方案中，悬浮固体包含粉末活性炭和生物质二者。如本文所用，术语“约”包括所述值的±5％的值。
在一个方面中，增加的悬浮固体相对于已知的系统和方法被认为通过选择能够与粉末活性炭接触而不会在重复使用后劣化/损坏的膜材料而成为可能。特别地，本发明人出乎意料地发现，常规膜材料(例如，聚醚砜(PES)膜和聚偏二氟乙烯(PVDF)膜)当与包含活性炭的高悬浮固体液接触时快速降解/变形，但是另一些膜(例如，陶瓷膜和聚四氟乙烯(PTFE)膜)没有表现出相同的缺陷。
在另一方面，当粉末活性炭和生物质存在并被引导至膜过滤时，本发明人还发现，特定比率的粉末活性炭与生物质允许操作膜过滤而没有通常见于碳/生物质系统中的问题(例如，压力/积垢问题)。在某些实施方案中，粉末活性炭和生物质由生物反应器以预定比率例如按重量计约1:1至约5:1提供。虽然不希望受理论束缚，但是认为在这样的值下，粉末活性炭以使得当与生物材料组合时抑制生物质粘附至膜表面(一旦被递送至其)的量存在。此外，粉末活性炭可以容易地吸附生物质分泌物(细胞外聚合物物质)(一种已知的膜污垢)，从而保持稳定地操作TMP。
根据本发明的一个方面，提供了一种处理方法，其包括：使其中包含至少废物流和粉末活性炭的高悬浮固体液与膜单元的一个或更多个膜接触以产生滤液，其中高悬浮固体液包含至少约10g/L的悬浮固体浓度。
根据另一方面，提供了一种处理方法，其包括：将一定量的其中包含一定量的有机污染物的废物流引导至其中包含粉末活性炭的容器以从废物流中除去有机污染物；以及将来自容器的第一流出物引导至与容器流体连通的膜单元以从第一流出物中除去固体，其中在第一流出物中包含活性炭的悬浮固体(SS)浓度为至少10g/L。
根据另一方面，提供了一种处理系统，其包括膜单元，所述膜单元包括与高悬浮固体液接触的一个或更多个膜，所述高悬浮固体液包含粉末活性炭和废物流，所述废物流包含有机污染物和悬浮固体，其中所述高悬浮固体液包含至少10g/L的悬浮固体浓度。
根据另一方面，提供了一种处理系统，其包括：(i)废物流源；(ii)与废物流源流体连通的生物反应器，所述生物反应器包含粉末活性炭和生物质，其中生物反应器被配置成产生悬浮固体浓度为至少10g/L的高悬浮固体液，以及其中在生物反应器中活性炭与生物质的重量比为1:1至5:1；以及(iii)膜单元，所述膜单元包括与生物反应器流体连通的一个或更多个膜并被配置成接收来自生物反应器的高悬浮固体液。
现在参照附图，图1示出了根据本发明的一个方面的处理系统10的第一实施方案。系统10包括膜单元12(下文中称为“一个或更多个膜”或者“膜”)，膜单元12包括一个或更多个膜14。在膜单元12内，膜14与高悬浮固体(SS)液16接触。高SS液16包含至少一定量的粉末活性炭。膜单元16被配置成产生滤液18(来自高SS液16)，滤液18可以从膜单元14的一个或更多个出口20排出。高SS液16包含至少约10g/L的悬浮固体浓度，在一个特别的实施方案中，悬浮固体浓度为约12g/L至约40g/L，并且在一个更特别的实施方案中，悬浮固体浓度为约14g/L至约22g/L。
在某些实施方案中，高SS液16包含废物流，该废物流在膜单元12中也经粉末活性炭处理以从废物流中除去一定量的有机污染物。例如参照图2，示出了其中具有一定量的有机污染物和固体(例如，溶解的和/或悬浮的固体)的废物流24的源22。如图2所示，废物流24被递送至膜单元12的入口26以用负载在膜单元12内的粉末活性炭处理。在一个实施方案中，系统10包括粉末活性炭30的源28，并且一定量的粉末活性炭30从源28被递送至膜单元12的入口32(其可以与入口26是同一个或者是不同的入口)。一定量的粉末活性炭30通过吸收、吸附等有效于除去/处理递送至膜单元12的废物流24中的有机污染物。任选地，将废物流24和粉末活性炭30在连续混合或周期性混合下组合。然后使废物流12与粉末活性炭30接触能够有效地从废物流24中除去一定量的有机污染物的时间量。
在一个方面，废物流24和粉末活性炭30以至少在膜单元12内共同提供高SS液16(至少10g/L)的量提供。周期性地或者在废物流24与粉末活性炭接触以除去有机污染物的至少大部分(自起始浓度>50％)之后，经由合适的泵等通过膜单元12的一个或更多个膜14抽吸高SS液16以抽出具有降低的悬浮固体浓度(相对于原始废物流24)的滤液18。
在另一实施方案中，高SS液16还包含这样的废物流，该废物流在添加至膜单元16之前已经在单独的容器或反应器中经受至少粉末活性炭处理以从中除去一定量的有机污染物。在某些实施方案中，在添加至膜单元16之前，通过碳处理除去有机污染物的至少大部分(>50重量％或50体积％)。例如，参照图3，系统10包括具有与容器38的入口36流体连通的出口34的废物源22。废物源22被配置成将一定量的废物流24递送至其中给予有一定量的粉末活性炭30的容器38以有效地从废物流24中除去期望量的有机污染物。在一些实施方案中，容器28也与粉末活性炭源流体连通(图2)。在容器38内处理之后，将包含高SS液16的流出物从容器38的出口40递送至膜单元16的入口42。然后如前所述经由合适的泵等通过膜单元12的一个或更多个膜14抽吸输入的高SS液16以产生具有降低的悬浮固体浓度(相对于原始废物流24)的滤液18。
在本文所述的实施方案中，废物流24可以指待处理以除去有机污染物和固体污染物的任何流体。在某些实施方案中，废物流24可以包括来自工业源、农业源或城市源的废物流。此外，在某些实施方案中，废物流24包括能够被系统10除去的无机或有机污染物。在一个实施方案中，废物流12可以包括来自乙烯生产或精炼过程(例如炼油过程)的废物流。在某些实施方案中，废物流12是包含生物可降解污染物的废物流。
膜单元12可以包括一个或更多个多孔或半渗透膜14(为了便于参考，也称为“一个或更多个膜”或者“膜”)。在一个实施方案中，膜14包括如本领域已知的微滤膜或超滤膜。此外，膜14可以具有适用于其预期应用的任何配置，例如片材或中空纤维。此外，膜14可以具有任何合适的孔隙率和/或渗透率以用于其预期应用。此外，膜14可以具有任何合适的形状和横截面积，例如正方形形状、矩形形状或圆柱形形状。在一个实施方案中，膜具有矩形形状。
在膜单元12内，一个或更多个膜14可以以使得在操作期间被其中的材料(例如，高SS液16)完全浸没的方式定位(例如垂直地)在膜单元12的处理区中。重申一下，应理解，本文所述的SS液16包含膜单元12中的与一个或更多个膜14接触的材料(包括至少一定量的粉末活性炭30)，以及流体例如废物流24(在用于除去有机物的一级处理之前、与用于除去有机物的一级处理同时或在用于除去有机物的一级处理之后)或源自废物流24的材料(例如，来自一个或更多个膜14的排出物(reject))。在另一些实施方案中，高SS液16包含如下所述的生物质群。
在某些实施方案中，可以将多个膜14彼此相邻定位，或者定位在预定位置，并且可以但不必要定位成与另外的膜在同一面内或者彼此平行。此外，在某些实施方案中，可以将一个或更多个膜14直接安装至形成处理区的容器或隔室。此外，可以将一个或更多个膜14安装至可移除的模块支撑件，该可移除的模块支撑件可以附接至形成处理区的容器或隔室。在一个实施方案中，可以将一个或更多个膜14安装至支撑架以便于膜维护和/或更换。在另一实施方案中，可以将上述膜14中的任一个、一部分或全部设置在相应的用于容纳膜14并便于材料输入膜14和从膜14输出的膜模块内。当如此提供时，可以在位于一个或更多个相应的含有进料的容器或槽中的阵列、架或盒中提供任何合适数量的模块。此外，在一个实施方案中，膜单元12包括复数个膜单元14。
在另一方面，如图1中的示例所示，膜单元12可以包括鼓风机44以供应气体46从而冲刷一个或更多个膜14并防止固体积聚在其中的一个或更多个膜14的表面上。各鼓风机44可以产生细气泡、粗气泡、气体射流、气体和流体射流、及其组合。气体46可以包括氮气、空气、燃料气体或任何其他合适的气体。此外，可以将鼓风机44定位在任何合适的位置，并且对于膜单元12，相关联的鼓风机44可以沿一个或更多个膜14的长度提供气体。通常，还可以提供泵(未示出)以产生合适的抽吸力以通过膜单元12的各个膜14抽吸流体从而产生滤液18。
在操作时，在本文所述的任何实施方案中，膜单元12连续地或间歇地将高SS液16抽吸至其一个或更多个膜14。在某些实施方案中，在其之前或与其同时，使废物流12与膜单元12中的粉末活性炭材料30接触足以从废物流24中除去一定量的有机污染物的时间。在一个实施方案中，使废物流24与粉末活性炭30接触1小时至24小时的时间，但是应理解，本发明并不限于此。当流体通过一个或更多个膜14被抽出时，在一个或更多个膜14的排出侧留下高SS液16中的悬浮固体等，膜单元12产生已渗过或穿过膜单元12的一个或更多个膜14的滤液18。在某些实施方案中，滤液18包含相对于废物流24降低的有机污染物浓度和降低的总悬浮固体浓度。在一个实施方案中，滤液18包含约50mg/L或更小的有机浓度水平。此外，在一个实施方案中，膜单元12可以有效地从废物流24中除去至少99重量％的悬浮固体，并且在某些实施方案中，从废物流24中除去至少99.99重量％的悬浮固体。
粉末活性炭30可以以能够有效地吸附或以其他方式从低于期望水平或可接受水平的废物流24中除去一定量的有机材料的量提供。此外，粉末活性炭可以具有任何合适的颗粒尺寸。根据一个方面，本文所述的系统和方法使得高SS液(≥10g/L)能够与膜单元12的膜14接触而不会显著损坏膜14。因此，在一个实施方案中，粉末活性炭30以能够有效地使或有助于使液体的SS浓度量达到≥约10g/L，在某些实施方案中达到≥约12g/L至达到约40g/L，并且在特定实施方案中达到约14g/L至约22g/L的量的量提供。
在一个方面，粉末活性炭30可以有效地除去其中的一定量的难降解有机物。如本文所用，难降解有机物限定这样一类有机物：其相对于废物流24中的大部分有机物可能是缓慢生物降解的或难以生物降解的。难降解有机物的实例包括合成有机化学品。另一些难降解有机物包括多氯联苯、多环芳烃、多氯二苯并对二英和多氯二苯并呋喃。内分泌干扰化合物也是一类难降解有机物，其可以影响生物体内的激素系统并且可以在环境中发现。
在又一个实施方案中，应理解，高SS液16可以包含一定量的生物种群(本文中也称为“生物材料”或“生物质”)。生物质可以以能够有效地处理废物流24并将废物流24内的生物可降解材料(包括非难降解有机物)的量减少至期望程度的量提供。例如，生物质可以提供在负载在图1所示的膜单元12内的SS液16中。为了实现此，在一个实施方案中并且如图4所示，有效量的生物质48可以由其合适的源50向膜单元12提供。在一个实施方案中，源50包括与膜单元12的一个或更多个入口54流体连通的一个或更多个出口52。在一个实施方案中，一定量的废物流24和活性炭30由相应的源(如图2中所示)递送并与膜单元12中的生物质48混合以提供如本文所述的至少约10g/L的SS浓度。
虽然在膜单元12内直接包含材料(活性炭或活性炭/生物材料)提供许多益处，包括更高的处理效率以及减少的维护、材料、设备、成本和时间，但是在另一些实施方案中，可以将粉末活性炭30和生物质48在如本领域已知的生物反应器56中组合以减少废物流24中一定量的有机污染物。例如如图5所示，示出了包括生物反应器56的系统10的实施方案，生物反应器56具有与如本文中前面所述的废物源22的一个或更多个出口60流体连通的一个或更多个入口58，一个或更多个入口58可以将一定量的废物流24递送至生物反应器56。应理解，粉末活性炭30可以从合适的源单独地或共同地提供至生物反应器56。
生物反应器56在合适的条件下操作并持续有效地减少废物流24中有机污染物的量的时间。在必要或期望时，鼓风机62也与生物反应器56流体连通以向其中递送一定量的气体64从而向生物质48提供必要的曝气。在生物反应器56中完成处理后，将包含如本文所述具有至少10g/L的SS浓度的高SS液16的流出物66从生物反应器56的一个或更多个出口68递送至膜单元12的一个或更多个入口70。然后如本文前面所述在膜单元12内处理高SS液16以产生滤液18。在该实施方案中，包含生物质的液体16通常被称为混合液，并且SS浓度可以被称为混合液悬浮固体(MLSS)浓度。
当存在时，生物种群48可以包括任何合适的能够有效地消化生物可降解物的细菌微生物种群。美国专利第6,660,163号、第5,824,222号、第5,658,458号和第5,636,755号中描述了示例性废物流处理系统，其各自通过引用全部并入本文。细菌可以包括适于在缺氧和/或需氧条件下繁殖的任何细菌或细菌组合。代表性需氧属包括细菌：不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、动胶菌属(Zoogloea)、无色杆菌属(Achromobacter)、黄杆菌属(Flavobacterium)、诺卡氏菌属(Norcardia)、蛭弧菌属(Bdellovibrio)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、球衣菌属(Shpaerotilus)、贝日阿托氏菌属(Baggiatoa)、硫发菌属(Thiothrix)、Lecicothrix和地霉菌属(Geotrichum)；硝化细菌：亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter)；以及原生动物：纤毛纲(Ciliata)、钟虫属(Vorticella)、盖纤虫属(Opercularia)和累枝虫属(Epistylis)。代表性缺氧属包括反硝化细菌：无色杆菌属(Achromobacter)、气杆菌属(Aerobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)、芽孢杆菌属(Bacillus)、短杆菌属(Brevibacterium)、黄杆菌属(Flavobacterium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、微球菌属(Micrococcus)、变形菌属(Proteus)、假单胞菌属(Pserudomonas)和螺菌属(Spirillum)。示例性厌氧生物包括梭菌属(Clostridium spp.)、厌氧消化球菌(Peptococcus anaerobus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium spp.)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio spp.)、棒杆菌属(Corynebacterium spp.)、乳杆菌属(Lactobacillus)、放线菌属(Actinomyces)、葡萄球菌属(Staphylococcus)和大肠杆菌(Escherichia coli)。
当使用生物种群时，粉末活性炭30和生物材料48的组合构成SS(MLSS)浓度的大部分并被用于从废物流24中除去有机污染物(难降解的和非难降解的)。除了对废物流24处理之外，向生物材料48添加活性炭30呈现为具有许多益处。一方面，虽然不希望受理论束缚，但是认为活性炭30有助于吸附对生物材料48具有潜在毒性的化合物，从而保护生物材料48。此外，认为粉末活性炭30一旦被递送至膜单元12就可以增强膜表面更新，从而使其一个或更多个膜表面不易于不期望地积垢。在一个实施方案中，在生物反应器56中粉末活性炭30与生物质48的重量比可以为约1:1至约5:1，并且在一个特定实施方案中为约3:1至5:1。
应理解，可以将粉末活性炭30与生物材料48一起添加至膜单元16或生物反应器56并在其中混合。此外，可以在添加废物流24之前、与添加废物流24同时或在添加废物流24之后将粉末活性炭30添加至膜单元16或生物反应器。在一个实施方案中，生物反应器56包含共同地或单独地在一个或更多个处理区中的生物质48和粉末活性炭30。如本文所用，短语“处理区”用于表示单独的处理区域。单独的处理区域可以容纳在具有一个或更多个隔室的单个容器中。或者，单独的处理区域可以容纳在单独的容器中并且在单独的容器中进行不同的处理。处理区例如容器、槽或隔室的大小和形状可以根据期望的应用和待处理废物流的体积来确定以提供期望的停留时间。因此，生物反应器56自身可以包括一个或更多个容器。
如上所述，常规观点认为，这样的较高固体浓度可能导致在与其接触时膜单元12处的TMP立即或快速增加。然而，本发明人发现，通过优化活性炭/生物材料比率和/或通过选择如本文所述的膜材料，在与一个或更多个膜14接触时，悬浮固体(SS)浓度可以≥约10g/L而在膜单元12中没有过度的膜积垢。因此，在一个实施方案中，流出物66的SS浓度≥约10g/L，在某些实施方案中≥约12g/L至为约40g/L，并且在特定实施方案中为约14g/L至约22g/L。因此，活性炭30和生物材料48可以以上述比率提供在反应器30中，以在被递送至膜单元12的液体中达到这些SS值。
从生物反应器56，可以将流出物66的至少一部分从生物反应器56引导至膜单元12，从而产生相对于流出物66和/或废物流24具有降低的悬浮固体浓度的经处理流(滤液18)。从膜单元12，可以引导滤液18以进一步处理(例如，精处理)、排出(如果适当的话)、储存或运输。
在本文所述的任一个实施方案中，应理解，如果合适或期望的话，可以提供多于一个所述部件。仅示例性地，系统10可以包括如本文所述的多个膜单元、容器、生物反应器等。在某些实施方案中，系统100包括彼此串流的至少两个生物反应器。生物反应器可以彼此相同，或者可以例如通过包含不同的组成(例如不同的生物质或生物质环境、或者包含不同的碳与生物质比率的材料)而不同。在某些实施方案中，生物反应器中的一个可以用于处理废物流，而另一个取出不用以维护、清洁等。在某些实施方案中，当存在多个生物反应器时，应理解，可以将活性炭独立地添加至每个生物反应器。
在又一些实施方案中，粉末活性炭和生物质可以提供在不同的容器中。因此，在一个实施方案中，例如，生物反应器56不包含活性炭，而是可以将包含粉末活性炭的单独容器(未示出)安装在生物反应器56与膜单元12之间。在任何情况(无论在膜单元12的内部还是外部)下，废物流24可以用粉末活性炭或粉末活性炭/生物材料处理能够有效地减少其中一定量的有机污染物和/或生物可降解污染物的时间。此外，引导至膜单元12或在膜单元12内的液体将再次具有≥约10g/L的SS浓度，在某些实施方案中，SS浓度≥约12g/L至为约40g/L，并且在特定实施方案中，SS浓度为约14g/L至约22g/L。
根据另一方面，在本文所述的任一个实施方案中，可以将来自膜单元12的滤液(流出物)18从膜单元12递送至另外的处理步骤，例如图6所示的精处理单元72。在一个实施方案中，引导至精处理单元72的滤液18中的有机污染物和固体的量低于预定值和/或将引起精处理单元72积垢的量。
精处理单元72可以包括适用于从递送至其的流体中除去总的溶解固体(TDS)和/或无机物的任何合适的装置或系统，以产生具有期望组成的流出物74，例如具有低于适当限制(例如低于适合于排放或再利用流出物74的限制)的TDS浓度的流出物。精处理单元72的选择不受限制。在一个实施方案中，精处理单元72可以选自纳滤单元、反渗透单元、离子交换单元、电去离子单元、连续电去离子单元和反向电渗析单元(electrodialysisreversal unit)。在一个特定实施方案中，精处理单元72包括反渗透单元，其通过反渗透从滤液18中除去悬浮固体。在某些实施方案中，来自膜单元12的流出物可以在递送至精处理单元72之前在精处理单元72上游经历任意附加处理，例如除去二氧化硅、调节pH、添加防垢剂和软化中的任一者。
在又一方面，参照图7，应理解，由膜单元12提供未通过一个或更多个膜14的渗余物76(排出物或浓缩固体部分)。该渗余物76可以包含生物质固体(当使用生物质时)、活性炭(其上吸附有或未吸附有机物)和/或任何其他合适形式的其他固体。在一个实施方案中，活性炭包含一定量的废碳材料。在某些实施方案中，渗余物76的至少一部分被从系统10中移出并被递送至如本领域已知的湿空气氧化(WAO)单元78以在其中使废碳材料再生并氧化生物固体(当存在时)和可氧化材料(例如，有机物)。“废”意指碳材料除去目标材料中的另外的目标组分的能力至少已经降低。应理解，废碳和/或任何另外的固体也可以在相关联系统中的任何合适位置(例如膜单元16、生物反应器)或该系统的任何合适流动路径中从本文描述的系统中除去(“排除”)，然后递送至WAO单元78或递送至任何其他期望的位置。
在一个实施方案中，WAO单元78包括一个或更多个专用反应器容器，在其中可以在氧气的存在下在升高的温度和压力条件(相对于大气条件)下进行使废碳材料再生以及氧化相关组分(例如，有机物、无机物和/或生物材料)。特别地，也可以将其中的组分在一定条件(例如，压力、温度和含氧气氛)下加热一定时间以有效地进行废碳材料的氧化和/或再生，从而产生包含至少再生碳产物的流出物80。在一个实施方案中，使废碳再生在向进料流或WAO单元中添加氧气下在约20atm至约240atm的压力和约150℃至约373℃的温度下进行。
在某些实施方案中，在使废碳材料再生后，可以视情况使来自WAO单元78的流出物80(包含至少再生碳)返回至膜单元12、容器或生物反应器，以提供期望量的活性炭。在另一些实施方案中，可以将流出物80引导至合适的位置以储存或运输。在某些实施方案中，流出物80可以包含含有再活化碳材料和生物材料的浆料。在又一些实施方案中，在本文描述的系统和方法中未提供WAO单元78。在这种情况下，可以将渗余物76的一部分或全部脱水然后储存、作为废物运输、和/或送到场外进行再生。
在本文描述的系统和方法中，应理解，可以在本文所述的任一个系统中包括一个或更多个入口、路径、出口、混合器、泵、阀、冷却器、能量源、流量传感器或控制器(包括微处理器和存储器)等以便于其中任一种组分(例如其中的MLSS、再生碳、废碳、蒸汽、冷却流体)的流的引入、引入、输出、定时、收集(volume)、选择和引导。此外，技术人员将理解实现期望的结果所需的体积、流量和其他参数。
从以下实施例将更全面地理解本发明的这些和另一些实施方案的功能和优点。这些实施例本质上旨在是说明性的而不能认为是限制本发明的范围。
实施例
通常，由于潜在的积垢/高TMP，MLSS在MBR(膜生物反应器)应用中不超过10g/L。测试表明，可以在可接受的TMP和积垢速率下操作20g/L，甚至28g/L的MLSS。参照图8，图8示出通量如预期的那样对初始TMP具有强烈影响。然而，出乎意料的发现，尽管将MLSS浓度增加至常规MLSS浓度的四倍，但由于固体浓度而引起的初始TMP的变化并不显著。
参照图9，在所示的四个固体/C:B比率条件中的每一个下操作MBR4周至8周。从左到右，这些值是：7/2、20/1.5、28/2.5和22/4。每周计算积垢(TMP增加量)并用于生成该图。条形图代表每周的平均TMP增加量，而须状物(whisker)显示最大值和最小值。在20LMH下操作MBR。该测试支持这样的结论：即使在12g/L至40g/L的总固体下，碳和生物质的混合物具有比单独生物质所预期的积垢速率低得多的积垢速率。事实上，在一些条件下，MLSS浓度越高，积垢率越低，这是出乎意料的。
虽然在本文中已示出并描述了本发明的多个实施方案，但是显而易见的是，这样的实施方案仅以示例的方式提供。本文中在不背离本发明的情况下可以进行许多变型、修改和替代。因此，本发明旨在仅受所附权利要求的精神和范围限制。

Claims (40)

1.一种处理方法，包括：
使其中包含至少废物流(24)和粉末活性炭(30)的高悬浮固体液(16)与膜单元(12)的一个或更多个膜(14)接触以产生滤液(18)，其中所述高悬浮固体液(16)包含至少10g/L的悬浮固体浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将包含有机污染物和悬浮固体的废物流(24)递送至所述膜单元(12)。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述悬浮固体浓度为12g/L至40g/L。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述高悬浮固体液(16)还包含一定量的生物材料(48)。
5.根据权利要求4所述的处理方法，其中所述活性炭(30)与所述生物材料(48)的重量比为1:1至5:1。
6.根据权利要求5所述的处理系统，其中所述活性炭(30)与所述生物材料(48)的重量比为3:1至4:1。
7.根据权利要求1所述的处理方法，还包括将来自所述一个或更多个膜(14)的所述滤液(18)递送至精处理单元(72)。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其中所述精处理单元(72)包括反渗透单元。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述废物流(24)来自精炼过程。
10.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述一个或更多个膜(14)包含陶瓷材料。
11.根据权利要求10所述的处理方法，其中所述陶瓷材料包括金属氧化物材料。
12.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述一个或更多个膜(14)包含聚四氟乙烯(PTFE)。
13.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述方法还包括从所述废物流(24)中除去有机污染物，其中所述除去通过使所述废物流(24)与一定量的所述粉末活性炭(30)接触能够有效地从所述废物流(24)中除去大部分有机污染物的时间量来进行。
14.根据权利要求13所述的处理方法，其中在所述膜单元(12)内大部分的所述污染物被从所述废物流(24)中除去。
15.根据权利要求14所述的处理方法，其中所述除去有机污染物在所述膜单元(12)上游的包含粉末活性炭(30)的容器(38)中进行，其中所述方法还包括将来自所述容器(28)的流出物递送至所述膜单元(12)，以及其中来自所述容器(38)的所述流出物包含所述高悬浮固体液(16)。
16.根据权利要求15所述的处理方法，其中所述容器(38)中还包含生物材料(48)。
17.根据权利要求1所述的处理方法，还包括在湿空气氧化单元(78)中使一定量的来自所述膜单元(12)的废活性炭再生。
18.一种处理方法，包括：
将其中包含一定量的有机污染物的一定量的废物流(24)引导至其中包含粉末活性炭(30)的容器(38)以从所述废物流(24)中除去所述有机污染物；以及
将来自所述容器(38)的第一流出物(16)引导至与所述容器(38)流体连通的膜单元(12)以从所述第一流出物中除去固体，
其中在所述第一流出物(16)中包含所述粉末活性炭(30)的悬浮固体(SS)浓度为至少10g/L。
19.一种处理系统(10)，包括：
膜单元(12)，所述膜单元(12)包括与高悬浮固体液(16)接触的一个或更多个膜(14)，所述高悬浮固体液(16)包含粉末活性炭(30)和废物流(24)，所述废物流(24)包含有机污染物和悬浮固体，其中所述高悬浮固体液(16)包含至少10g/L的悬浮固体浓度。
20.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中所述悬浮固体浓度为12g/L至40g/L。
21.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中在所述膜单元(12)中的所述高悬浮固体液(16)还包含生物材料(48)。
22.根据权利要求21所述的处理系统(10)，其中在所述高悬浮固体液(16)中的所述粉末活性炭(30)与所述生物材料(48)的重量比为1:1至5:1。
23.根据权利要求22所述的处理系统(10)，其中所述粉末活性炭(30)与所述生物材料(48)的重量比为3:1至4:1。
24.根据权利要求19所述的处理系统(10)，还包括在所述膜单元下游并与所述膜单元流体连通的精处理单元，其中所述精处理单元被配置成进一步减少来自所述膜单元的滤液中无机材料的量。
25.根据权利要求24所述的处理系统(10)，其中所述精处理单元(72)包括反渗透单元。
26.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中所述废物流(24)是精炼过程的废物流。
27.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中所述一个或更多个膜(14)包含陶瓷材料。
28.根据权利要求27所述的处理系统(10)，其中所述陶瓷材料包括金属氧化物材料。
29.根据权利要求28所述的处理系统(10)，其中所述金属氧化物包括氧化铝。
30.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中所述一个或更多个膜(14)包含聚四氟乙烯(PTFE)。
31.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中所述系统(10)包括与所述膜单元(12)连通的粉末活性炭(30)的源(28)。
32.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中所述系统(10)包括在所述膜单元(12)上游的容器(38)，所述容器(38)中包含一定量的粉末活性炭(30)。
33.根据权利要求19所述的处理系统(10)，其中所述系统(10)包括在所述膜单元(12)上游的生物反应器(56)，所述生物反应器(56)中包含一定量的粉末活性炭(30)和生物材料(48)，所述生物反应器(56)被配置成从所述废物流(24)中除去一定量的有机污染物并将包含所述高悬浮固体液(16)的流出物(66)递送至所述膜单元(12)。
34.一种处理系统(10)，包括：
废物流源(22)；
与所述废物流源(22)流体连通的生物反应器(56)，所述生物反应器(56)包含粉末活性炭(30)和生物质(48)，其中所述生物反应器(56)被配置成产生悬浮固体浓度为至少10g/L的高悬浮固体液(16)，以及其中在所述生物反应器(56)中所述粉末活性炭(30)与所述生物质(48)的重量比为1:1至5:1；和
膜单元(12)，所述膜单元(12)与所述生物反应器(56)流体连通包括一个或更多个膜(14)并被配置成接收来自所述生物反应器(56)的所述高悬浮固体液(16)。
35.根据权利要求34所述的处理系统(10)，还包括在所述膜单元(12)下游并与所述膜单元(12)流体连通的精处理单元(72)。
36.根据权利要求35所述的处理系统(10)，其中所述精处理单元(72)选自纳滤单元、反渗透单元、离子交换单元、电去离子单元、连续电去离子单元和反向电渗析单元。
37.根据权利要求34所述的处理系统(10)，其中所述高悬浮固体液的悬浮固体浓度为12g/L至40g/L。
38.根据权利要求37所述的处理系统(10)，其中所述高悬浮固体液的悬浮固体浓度为14g/L至22g/L。
39.根据权利要求34所述的处理系统(10)，其中所述粉末活性炭(30)与所述生物质(48)的重量比为3:1至4:1。
40.根据权利要求34所述的处理系统(10)，还包括与所述膜单元(12)流体连通的湿空气氧化单元(78)，所述湿空气氧化单元(78)用于使来自所述膜单元(12)的一定量的废碳再生。
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