CN109843813A - 处理废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对包含有机污染物的废水进行处理的方法。包含有机污染物的废水被送入管中管组件的外管中,所述外管同心地围绕内管。将氧气供给到旋转安装且具有开口的内管中,以向外管提供不同尺寸的氧气泡。所述氧气被分散到在所述外管和所述内管之间的环形部分中,使废水与氧气接触,然后将由此处理后的废水进行收集。所述内管可以是可调控的膜材料,所述外管可在其内表面上具有生物催化剂材料。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月19日提交的美国临时申请序列第62/396,285号、第62/396,289号、第62/396,298号以及第62/396,304号的优先权。
背景技术
本发明涉及一种用于二级废水处理的改进单元,该单元是紧凑的、模块化的和可移动的。本发明废水处理单元的强化后的设计是通过更优的氧气利用、废水中更高速率的氧气分散和未反应的气体(例如氧气)的再循环来实现的。这提供了一个可降低废水处理设施的CAPEX和OPEX的系统。通过促进氧气的利用和混合以及使氧气更多分散到废水中来降低CAPEX。由于本发明系统需要较少的与传统大型废水处理厂中的废水混合和移动相关的电力消耗,所以可将OPEX降低。
废水处理是维持水路质量和水体质量的关键性处理。废水来自多种来源,其包括住宅废水和工业废水;住宅废水例如源自厕所、洗衣机、浴室等;而工业废水例如源自制造过程等的排水等。废水可被运输到当地市政废水处理设施中,或者可在许多工业园区被现场处理。这些废水处理设施对废水进行一系列处理以去除包括重质固体和有机化合物的污染物。
废水的初级处理通常通过沉淀进行,以使重质固体与液态水分离。初级处理通常从废水中除去一半以上的原始固体含量以及多达三分之二的溶解胶体化合物和有机化合物,而这些化合物通常以生物需氧量(BOD)化合物的形式测得。在某些情况下,初级处理能满足需求,可将被初级处理后的废水排回到水路中,在这些水路中其他的污染物会被进一步自然降解。
可是,为了应对天然水体污染日益严重的问题,1972年的“清洁水法”要求废水处理厂要包含二级处理系统以去除污染物,而不是将它们返回到例如湖泊、溪流、河流或海湾的天然水体中。
将废水的二级处理设计为能大大降低废水的生物含量的处理级别。二级处理系统使用生物工艺来分解有机物质,其中在废水中引入微生物以消耗有机物质。向该系统输送氧气以确保微生物存活并有助于加速基于二级生物处理场所的好氧的处理工艺。存在各种各样的二级处理工艺,其包括活性污泥系统、滴滤池系统和氧化池。这些系统中的每一个系统都有各自不同的优点和缺点,采用何种系统是要在考虑资本成本、运营成本和空间需求的情况下来确定的。用于废水二级生物处理的现有设计中的一个缺点是:这些设计都具有氧气利用率低的特点。这导致了需要大的设备占地面积和大容量存储以及用于操作的高电力消耗。
现行采用的系统通常需要较大的设备或池塘环境所需的占地面积。这些系统的CAPEX效率低以及OPEX高,这是因为需要泵送大量水来搅拌或混合大容纳区域或废水池的废水。
每年全球范围来自市政、工业和农业源头所产生的废水大约为2212km3。哪怕是这些废水的一部分被回收,对已处于压力下的淡水资源来说也是个很大的缓解。基于这些数字,如果平均生化需氧量(BOD)为750mg/L,则可能导致每年BOD为1.659×106千吨(KTA)的废物负荷。为了氧化这些废物,需要1.7684×106KTA的氧气,这些氧气将产生2.432×106的二氧化碳。
就美国基础设施和创新水平而言,废水也被看作是关键的国家问题,并且积极寻求用于处理所述废水的解决方案。实际上,全国4%的用电量都用于废水处理,因此任何降低能耗的措施都是急需的。
花在市政供水和废水效用上的预算受到挑战,这反映在使用过程中将基础设施的元器件进行修理和维护上。今天,这一重点更多集中在例如给水管道和污水收集管道的地埋费用上,虽然废水处理厂其自身已作了基础设施的投资,但这些都需要升级才能获得更优的设备运行。
将《水基础设施网》概括为:“在未来20年内,需要新方案来解决在关键的水和废水上的近万亿美元的投资。若不满足未来20年的投资需求,则会存在逆转过去三十年的公共健康、环境和经济收益的危险”。
开发新技术和新方法以满足更严格的处理标准,并降低对电能的依赖是重要的国家需求。以新工艺对现存废水处理厂基础设施进行低成本高效改良将起到既能利用已有投资又能削减万亿美元负担的最好的杠杆作用。
本领域仍然需要对二级废水处理系统进行改进。
发明内容
本发明提供一种包含管中管设计的改进后的二级废水处理,该处理用于处理来自石化厂、炼油厂和制药厂的废水。
本发明的改进提供了更高的CAPEX和OPEX效率。本发明提供一种二级废水处理单元,其比已知的二级废水处理单元更小且更加紧凑。本发明提供一种对电能消耗更低的单元。本发明通过提供用于氧气利用及其循环回路的强化设计来实现这些优点。
在本发明的第一实施方式中记载了一种包含有机污染物的废水的处理方法,它包含如下步骤:
a)将包含有机污染物的废水送入管中管组件的外管中,所述外管同心围绕内管;
b)将氧气供入所述内管从而向所述外管提供不同尺寸的氧气泡;所述内管被可旋转地安装并设有开口;
c)将所述氧气分散到所述外管和所述内管之间的环形部分中,以使废水与氧气接触;以及
d)收集处理过的废水。
在本发明的不同的实施方式中记载了一种包含有机污染物的废水的处理方法,它包含如下步骤:
a)将包含有机污染物的废水送入管中管组件的外管中,所述外管同心地围绕内管,所述内管具有将氧气分散到所述外管中的手段(means),所述内管包含膜材料;
b)向所述内管供给氧气;
c)将所述氧气分散到所述外管和所述内管之间的环形部分中,以使废水与氧气接触;以及
d)收集处理过的废水。
在本发明的第三实施方式中记载了一种包含有机污染物的废水的处理方法,它包含如下步骤:
a)将包含有机污染物的废水送入管中管组件的外管中,所述外管具有内表面和外表面;且所述内表面涂覆有固定的生物催化剂层;所述外管同心地围绕内管;所述内管具有将氧气分散到所述外管中的手段;
b)将氧气注入所述内管;
c)将所述氧气分散到所述外管和所述内管之间的环形部分中,以使废水和固定的生物催化剂层与氧气接触;以及
d)收集处理过的废水。
多个管中管组件可被串联连接。还可使用与系列管中管组件流体连通的气-液-固分离器。
所述气-液-固分离器分离氧气、处理后的废水和污泥。被分离的氧气被再循环以送入所述内管,并与新鲜氧气组合作为氧气的混合物。
将废水供给所述外管和将氧气供给所述内管可采用并流或逆流的方式进料。
所述内管的所述开口可包括不同尺寸的开口以协助提供不同尺寸的氧气泡给待处理的废水。
废水的进料和氧气的进料使所述内管旋转。将多个纳米混合器设置在所述内管的外壁上以协助提供该旋转。所述纳米混合器是具有被外喷嘴壳体包围的内部注射管的喷嘴。供给所述内管的氧气通过所述纳米混合器进入在所述内管和所述外管之间的环形部分。将所述纳米混合器进行定位以使氧气形成漩涡。
所述内管包含的氧气膜材料是可调控的,以提供不同尺寸的氧气泡。一般而言,这些氧气膜材料选自氟化烃聚醚、聚硅氧烷、硅油、氟化聚硅氧烷、氟化聚硅氧烷与甲基丙烯酸烷基酯的共聚物、高密度聚乙烯、硅酸盐沸石、镍泡沫载体上的聚四氟乙烯、固定在聚四氟乙烯中的硅油、经镍/氧化钇稳定后的氧化锆/硅酸盐膜以及涂布有聚四氟乙烯的玻璃纤维布;所述氟化烃聚醚选自聚全氟烷基氧化物和聚全氟烷基胺(polyperfluoroalkylamines)。
所述生物催化剂层通过将细胞固定在所述外管的所述内表面上形成。这些细胞作为主要来自人类废物或化粪池溢流的混合培养物的一部分生长。该固定是在限定的空间内对细胞迁移的限制。与悬浮培养物相比,固定后的细胞培养物具有以下优点:即它们可提供高细胞浓度;它们可提供细胞再利用,并去除昂贵的细胞回收和细胞再循环的工艺;它们解决了以高稀释率冲洗细胞的问题;它们具有较高的容积生产率;它们表现出良好的微环境条件;它们提供遗传稳定性;它们可防止剪切损坏。
所述固定可由物理力或化学力产生。多孔基质内的物理包埋是最广泛使用的细胞固定方法。可用于细胞固定的基质可选自多孔聚合物,而该多孔聚合物可选自琼脂、藻酸盐、角叉菜胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖、多孔金属筛网、聚氨酯、硅胶、聚苯乙烯和三乙酸纤维素。
附图说明
图1是用在本发明一实施方式的废水处理单元中的基本管中管设计的平面图。
图2是用在图1所示的废水处理单元中的一个管中管部件的详细视图。
图3是用在一实施方式的废水处理单元的管中管设计中的内管的一部分的详细视图,该图显示了3D纳米混合器的细节,该混合器通过在3D空间生成纳米大小的气泡以提供更好的氧气分散。
图4是用在本发明另一实施方式的废水处理单元中的基本管中管设计的平面图。
图5是用在图4所示的废水处理单元中的一个管中管部件的详细视图。
图6是用在本发明另一实施方式的废水处理单元中的基本管中管设计的平面图。
图7是用在图6所示的废水处理单元中的一个管中管部件的详细视图。
图8是用在本发明的废水处理设备中的管中管设计的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种包含有管中管设计的二级生物废水处理单元。该单元设计紧凑从而减少了安装所需的占地面积。此外,本发明的单元是模块化的且可移动,所以提高了可用性和使用的多功能性。本发明的单元提供强化废水处理。所有这些因素都促成能提供一种具有废水处理厂所需的更低CAPEX和更低OPEX的废水处理单元。发明的单元可被放置在拖车或卡车上,可被移向有机源或化学废物源旁边或者附近。在大多数石化厂、炼油厂和化学单元中,浓缩形式的有机废物或化学废物(通常是浓缩的化学溶剂型废物)在生成后被排放到拦截器中,以防止排放(通常是非法排放)和污染天然水体。在拦截器中用淡水稀释浓缩废物,然后将其排放到最终连接到废水处理或收集设施的化学废物排放管中。这种类型的工艺安排需要大量消耗在稀释、移动和收集浓缩废物上的淡水。而本发明的单元的设计提供了便携性和模块性,使单元正好停放或以其他方式放置于浓缩废物源处。然后进行处理,这样效率更高,用水更少,即可减少标准废水处理设施中在稀释、运输和收集上所需水的大部分。
将参考附图更详细地描述本发明。图1是用在本发明一实施方式的废水处理单元中的管中管构造的单个区块100的平面图,其显示了该单元的基本设计。在图1中示出了四个独立的管中管部件10a、10b、10c、10d,但应理解为本发明不限于此,可包括更少或更多的管中管部件。每个管中管部件被更详细地表示在图2中,显示出单个管中管部件10由围绕内管30的外管20构成。管中管部件被设置和连接成串联,并构造为能将废水40引入内管30的外表面和外管20的内表面之间的空间,即部件的环形空间。另外,氧气50被引入内管30的内部。内管30设置有开口35(图2),氧气可通过开口35分散到流过外管20的环形空间的废水中。所述区块100还包括气-液-固分离器70,其与系列管中管部件连通。分离器70接收处理过的废水并将其分离成处理过的水流72、污泥流74和再循环氧气流80。
在操作中,区块100发挥如下功能:待处理的富含有机物的废水40被引入部件10a的围绕内管30的外管20的环形空间中。该废水40在例如1.5~3barg[巴(表压)]的微正压下引入。废水40可由泵(例如离心泵)泵送或由被设计为在这样的压力下处理此类流体的其他合适的设备引入。氧气50可由来自新鲜氧气源(未图示)的新鲜氧气与分离器70所产生的再循环氧气流80的氧气混合而成。通过将至少一部分氧气再循环,使操作所需的总新鲜氧气负荷降低而使氧气利用效率提高。对本发明系统而言,这实现了更高的系统效率和对CAPEX和OPEX二者的全面改进。
如图1所示,废水进入部件10a的顶部。氧气50被引入部件10a的内管30中。也如图1所示,氧气50被引入部件10a的底部以使废水和氧气以逆流方式流动。但是应理解为:可将废水40和氧气50二者供给部件10a的同一端并以并流方式流动。
外管20和内管30可由PVC管或任何其他合适的塑料或金属管制成。以允许内管30旋转的方式将内管30安装在外管20的内部,以实现最佳分散。内管30设置有开口35,氧气通过开口35分散到外管20的环形空间中的废水中。开口35被精确设计以使氧气能以小尺寸且受控气泡的方式进行分散,并提供最佳氧气分散到待处理的废水中。另外,如上所述,将内管30进行安装以使其能在外管20内旋转。使内管30旋转所需的能量源于废水40和氧气5的流动。内管30的更具体的结构被设计成便于旋转的结构,这样的结构中的一种被更加详细地显示在后述的图4中。内管30的旋转有助于产生更小的氧气泡,以此增加分散到废水中的氧气,这又能提高系统的效率。管中管部件10与内管30的旋转的组合提高了总的反应性能并使转移效应最小化。
如图1所示,废水流过部件10a,然后继续流入并流过部件10b,在该情况下,从底部流到顶部。可为新鲜氧气和再循环氧气80的混合物的氧气50被引入部件10b的内管30内,如图1所示,再次以逆流流向废水40并继续处理工序。如上所述,图1所示的系统包括四个管中管部件,但可根据具体的处理要求使用更少或更多的部件。在图1中,废水继续通过部件10b、10c和10d,额外的氧气通过每个部件的内管30添加。当废水离开最后一个部件(在图1中为部件10d)时,废水进入分离器70。
分离器70分离未反应的氧气,该未反应的氧气之后作为再循环氧气80再循环到系统中。此外,分离器将污泥与废水分离以作为污泥流74。污泥也可再循环或丢弃或将其组合。一旦氧气和污泥被分离,所剩下的就是处理过的水流72。处理过的水流可被进一步处理,例如如果需要可通过另一管中管组件处理,最后作为完全被处理过的水排出到附近的水流或地表水体中。
图3是用在管中管设计中的内管30的一部分的详细视图,该图显示了用于本发明系统的最佳氧气分散的3D纳米混合器的细节。3D纳米混合器310通过在3D空间中产生纳米大小的气泡来将氧气更好地分散到废水中。多个纳米混合器310沿着内管30的长度方向上排列,在图3中仅示出了其中的三个。纳米混合器310被形成为喷嘴型设计,具有由外喷嘴壳体330包围的内部注射管320。提供给内管30内部的氧气穿过注射管320并进入注射管320的外表面和喷嘴壳体330的内表面之间的内部腔室340。喷嘴壳体包括第一出口端口350和第二出口端口360;第一出口端口350位于所述喷嘴壳体330的顶端;第二出口端口360位于所述喷嘴壳体330的侧面。每个端口350和端口360与外管20的环形空间连通(在图3中未图示),并将氧气从内管30最佳分散到外管20。纳米混合器310被形成为允许氧气在腔室340内旋转并生成非常细小的气泡的结构。这些细小的气泡有助于将氧气分散到废水中并提高了系统的效率。
图4是用在本发明一实施方式的废水处理单元中的管中管构造中的单个区块400的平面图,并示出了该单元的基本设计。图4中示出了四个独立的管中管部件410a、410b、410c、410d,但应理解为本发明不限于此,可包括更少或更多的管中管部件。每个管中管部件更详细地显示在图5中,其中单个的管中管部件410被示出为由围绕内管430的外管420组成。管中管部件被设置和连接成串联,并形成为能将废水440引入内管430的外表面和外管420的内表面之间的空间(即部件的环形空间)的结构。另外,氧气450被引入内管430的内部。内管430被设置为可调控膜435(图5),氧气可通过该可调控膜435分散到流过外管420的环形空间的废水中。区块400也包括气-液-固分离器470,其与系列管中管部件连通。分离器470接收处理过的废水并将其分离成处理过的水流472、污泥流474和再循环氧气流480。
在操作中,区块400发挥如下功能:待处理的富含有机物的废水440被引入部件410a的围绕内管430的外管420的环形空间中。该废水440在例如1.5~3barg的微正压下被引入。废水440可由泵(例如离心泵)泵送或由被设计为在这样的压力下处理此类流体的其他合适的设备引入。氧气450可由来自新鲜氧气源(未图示)的新鲜氧气与分离器470所产生的再循环氧气流480的氧气混合而成。通过将至少一部分氧气再循环,使操作所需的总新鲜氧气负荷降低而使氧气利用效率提高。对本发明系统而言,这实现了更高的系统效率和对CAPEX和OPEX二者的全面改进。
如图4所示,废水进入部件410a的顶部。氧气450被引入部件410a的内管430中。也如图4所示,氧气450被引入部件410a的底部以使废水和氧气以逆流方式流动。但是应理解为:可将废水440和氧气450二者供给部件410a的同一端并以并流方式流动。
外管420和内管430可由PVC管或任何其他合适的塑料或金属管制成。内管430被设置为可调控膜435,氧气通过该可调控膜435分散到外管420的环形空间中的废水中。可调控膜435被精确设计以使氧气能以细小尺寸且受控的气泡进行分散,并提供最佳氧气分散到待处理的废水中。可调控膜435由可调控的多孔材料制成,例如由疏水材料制成,并将其设计成能提供不同尺寸的氧气泡以优化氧气分散到废水中的结构。气泡尺寸的确定取决于废水处理的要求。可调控膜435的可调控性为系统提供了灵活性和多功能性。通过提供最佳的气泡尺寸,可增加氧气在废水中的分散,这也提高了系统的效率。管中管部件410与可调控膜435的组合可改善总的反应性能并使转移效应最小化。
如图4所示,废水流过部件410a,然后继续流入并通过部件410b,在这种情况下,从底部流到顶部。氧气450(可以是新鲜氧气和再循环氧气480的混合物)被引入到部件410b的内管430中,如图4所示再次以逆流流到废水440中以继续处理工艺。如上所述,图4所示的系统包括四个管中管部件,但根据具体的处理要求可以使用更少或更多的部件。在图4中,废水继续通过部件410b、410c和410d,额外的氧气通过每个部件的内管430添加。当废水离开最后一个部件(在图4中为部件410d)时,废水进入分离器470。
分离器470分离未反应的氧气,该未反应的氧气之后作为再循环氧气480再循环到系统中。此外,分离器将污泥与废水分离为污泥流474。污泥也可再循环或丢弃或将其组合。一旦氧气和污泥分离,所剩下的就是处理过的水流472。处理过的水流可被进一步处理,例如如果需要可通过另一管中管组件处理,最后作为完全被处理过的水排出到附近的水流或地表水体中。
图6是用在本发明一实施方式的废水处理单元中的管中管结构的单个区块600的平面图,并示出了该单元的基本设计。图6中示出了四个独立的管中管部件610a、610b、610c、610d,但应理解为本发明不限于此,可包括更少或更多的管中管部件。每个管中管部件更详细地显示在图7中,其中单个的管中管部件610被示出为由围绕内管630的外管620组成。管中管部件被设置和连接成串联,并形成为能将废水640引入内管630的外表面和外管620的内表面之间的空间(即部件的环形空间)的结构。另外,氧气650被引入内管630的内部。内管630发挥着分配氧气的作用。这通过包含与内管640相关的手段来实现,该手段允许将提供给内管630内部的氧气650分配和分散到流过外管620的环形空间的废水640中。该分配手段可包括(但不限于)穿过内管640所形成的开口或孔以及其他方式,例如可用多孔膜材料等的多孔材料来形成内管640。外管620的内表面也可涂覆有固定的生物催化剂层635,其有助于强化有机化合物的化学反应。区块600还包括气-液-固分离器670,其与系列管中管部件连通。分离器670接收处理过的废水并将其分离成处理过的水流672、污泥流674和再循环氧气流680。
在操作中,区块600发挥如下功能:待处理的富含有机物的废水640被引入部件610a的围绕内管630的外管620的环形空间中。该废水640在例如1.5~3barg的微正压下被引入。废水640可由泵(例如离心泵)泵送或由设计为在此压力下处理此类流体的其他合适的设备引入。氧气650可由来自新鲜氧气源(未图示)的新鲜氧气与分离器670所产生的再循环氧气流680的氧气混合而成。通过将至少一部分氧气再循环,使操作所需的总新鲜氧气负荷降低而使氧气利用效率提高。对本发明系统而言,这实现了更高的系统效率和对CAPEX和OPEX二者的全面改进。
如图6所示,废水进入部件610a的顶部。氧气650被引入部件610a的内管630中。也如图6所示,氧气650被引入部件610a的底部以使废水和氧气以逆流方式流动。但是应理解为:可将废水640和氧气650二者供给部件610a的同一端并以并流方式流动。
外管620和内管630可由PVC管或任何其他合适的塑料或金属管制成。用如下的手段设置内管630:即氧气通过该手段被分散到外管620的环形空间中的废水中。该手段可为任意的能提供良好的氧气分散的手段,例如穿过内管640所形成开口或孔,例如可用多孔膜材料等的多孔材料来制得内管640。精确设计该手段以使氧气以细小且受控的气泡进行分散,并能提供最佳氧气分散到待处理的废水中。通过控制和优化分散到废水中的氧气泡,可提高系统的效率。外管620的内表面可涂覆有固定的生物催化剂层635。生物催化剂层635有助于加强将废水中所含的有机化合物转化为二氧化碳的反应。该二氧化碳可被回收并用于各种应用中。这些反应的强化提高了废水处理的效率。管中管部件610与固定的生物催化剂层635组合能改善总的反应性能和使转移效应最小化。
如图6所示,废水流过部件610a,然后继续流入并通过部件610b,这种情况下是从底部流到顶部。氧气650(可以是新鲜氧气和再循环氧气680的混合物)被引入到部件610b的内管630中,如图6所示再次以逆流流到废水640中以继续处理工艺。如上所述,图6所示的系统包括四个管中管部件,但根据具体的处理要求可以使用更少或更多的部件。在图6中,废水继续通过部件610b、610c和610d,额外的氧气通过每个部件的内管630添加。当废水离开最后一个部件(在图6中为部件610d)时,废水进入分离器670。
分离器670分离未反应的氧气,该未反应的氧气之后作为再循环氧气680再循环到系统中。此外,分离器将污泥与废水分离为污泥流674。污泥也可再循环或丢弃或将其组合。一旦氧气和污泥分离,所剩下的就是处理过的水流672。处理过的水流可被进一步处理,例如如果需要可通过另一管中管部件处理,最后作为完全被处理过的水排出到附近的水流或地表水体中。
本发明的废水处理系统使用如图1、4和6所示的管中管组件。如上所述,可使用多个管中管组件以获得所需的水质。管中管组件可串联或并联配置,或者串联和并联组合配置,以确保从待处理的废水中完全去除化学和生物载荷。此外,每个组件可与气-液-固分离器相连以提供进一步处理及其相应优点。图8显示了一种可能用于本发明的废水处理系统的结构配置,其中在多个管中管组件或区块之间可进行并联和串联的连接。特别是图8提供了系统的示意图,其中利用配置成并联的一些区块和配置成串联的另一些区块来配置五个独立的管中管区块。将废水提供给在先的两个并联区块,再由三个以上配置成串联的区块对废水提供进一步处理。给每个区块单独提供进料氧气。此外,每个区块都相连有气-液-固分离器,该分离器可用于分离未使用的氧气并将其再循环到相关的管中管区块中。图8所示的系统设计具有几个优点:因为每个管中管区块都是模块化的,移动和定位相对容易,所以可容易改变和优化管中管区块的数量以满足水质需求。另外,每个区块相连有气-液-固分离器,所以几乎所有未使用的氧气都被再循环,因此可将其从最终输出气流中除去。由此所有输出气流主要由二氧化碳组成,而该二氧化碳是通过从废水中除去有机物而产生的。所生成的二氧化碳具有高纯度且可作为其他工艺有用的产品收集起来。被回收的二氧化碳被收集以用于各种应用,包括食品、饮料、医疗、制药和水产养殖操作以及需要高纯度二氧化碳的其他应用。
如上所述,本发明的废水系统提供了许多优点:用于本发明的管中管组件可由低成本材料构成,例如可以是PVC管。另外,这些组件是模块化的,易于移动和定位,使得系统设计更具适应性,并且更易于针对特定废水环境进行优化。此外,旋转内管的使用和特定分散装置(例如3D纳米混合器)的使用可最佳地将氧气分散到废水中。此外,可调控膜的使用也可提供最佳的氧气分散到废水中。固定的催化剂层的使用加强了有机化合物的反应,由此提供了更高的氧气分散到废水中。在所有实施方式中,本发明提供更高的氧气利用率并因此提供更高的效率。所有这些优点都有助于降低系统的CAPEX和OPEX。
通过参考以上各个实施方式对本发明进行了描述,以更清楚地描述每个实施方式的操作和所提供的优点。但是本发明不限于此,还可包括各单独实施方式的组合。例如,也可将在内管采用可调控膜的实施方式安装成便于内管的旋转(在包括穿过其中的开口上)的实施方式,从而提供上面有关旋转所讨论过的优点。再例如:可将可调控的生物催化剂层与内管的旋转合用、或者可将可调控的生物催化剂层与可调控膜合用,或者可将可调控的生物催化剂层与内管的旋转以及可调控膜二者进行合用。其他的对本领域技术人员而言是显而易见的组合也被包括在本发明中。
根据前面的描述,本领域技术人员可预见的本发明的其他的实施方式和变形例也被同样包括在本发明的范围内和所附的权利要求中。
Claims (37)
1.一种包含有机污染物的废水的处理方法,它包含如下步骤:
a)将包含有机污染物的废水送入管中管组件的外管中,所述外管同心围绕内管;
b)将氧气供入所述内管,从而向所述外管提供不同尺寸的氧气泡;所述内管被可旋转地安装并设有开口;
c)将所述氧气分散到所述外管和所述内管之间的环形部分中,以使废水与氧气接触;以及
d)收集处理过的废水。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述开口包括不同尺寸的开口。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,废水的进料和氧气的进料使所述内管旋转。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,多个纳米混合器设置在所述内管的外壁上。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述纳米混合器是具有被外喷嘴壳体包围的内部注射管的喷嘴。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,供给所述内管的氧气通过所述纳米混合器进入在所述内管和所述外管之间的环形部分。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述纳米混合器进行定位以使氧气形成漩涡。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,多个管中管组件串联连接。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括与串联的管中管组件流体连通的气-液-固分离器。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述气-液-固分离器分离氧气、处理后的废水和污泥。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,被分离的氧气被再循环以送入所述内管。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述氧气是包含新鲜氧气和再循环氧气的混合物。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,废水和氧气以并流或逆流的方式进料。
14.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括对处理过的废水进行额外的处理。
15.一种包含有机污染物的废水的处理方法,它包含如下步骤:
a)将包含有机污染物的废水送入管中管组件的外管中,所述外管同心地围绕内管,所述内管具有将氧气分散到所述外管中的手段,所述内管包含膜材料;
b)将氧气供入所述内管;
c)将所述氧气分散到所述外管和所述内管之间的环形部分中,以使废水与氧气接触;以及
d)收集处理过的废水。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,多个管中管组件串联连接。
17.如权利要求15所述的方法,其特征在于,还包括与串联的管中管组件流体连通的气-液-固分离器。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,所述气-液-固分离器分离氧气、处理后的废水和污泥。
19.如权利要求18所述的方法,其特征在于,被分离的氧气被再循环以送入所述内管。
20.如权利要求19所述的方法,其特征在于,所述氧气是包含新鲜氧气和再循环氧气的混合物。
21.如权利要求15所述的方法,其特征在于,废水和氧气以并流或逆流的方式进料。
22.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述膜材料是可调控的,以提供不同尺寸的氧气泡。
23.如权利要求15所述的方法,其特征在于,还包括对处理过的废水进行额外的处理。
24.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述膜材料选自氟化烃聚醚、聚硅氧烷、硅油、氟化聚硅氧烷、氟化聚硅氧烷与甲基丙烯酸烷基酯的共聚物、高密度聚乙烯、硅酸盐沸石、镍泡沫载体上的聚四氟乙烯、固定在聚四氟乙烯中的硅油、经镍/氧化钇稳定后的氧化锆/硅酸盐膜以及涂布有聚四氟乙烯的玻璃纤维布。
25.一种包含有机污染物的废水的处理方法,它包含如下步骤:
a)将包含有机污染物的废水送入管中管组件的外管中,所述外管具有内表面和外表面,其中所述内表面涂覆有固定的生物催化剂层;所述外管同心地围绕内管;所述内管具有将氧气分散到所述外管中的手段;
b)将氧气供入所述内管;
c)将所述氧气分散到所述外管和所述内管之间的环形部分中,以使废水和固定的生物催化剂层与氧气接触;以及
d)收集处理过的废水。
26.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述生物催化剂层促进有机污染物和氧气之间的反应。
27.如权利要求25所述的方法,其特征在于,多个管中管组件串联连接。
28.如权利要求25所述的方法,其特征在于,还包括与串联的管中管组件流体连通的气-液-固分离器。
29.如权利要求26所述的方法,其特征在于,所述气-液-固分离器分离氧气、处理后的废水和污泥。
30.如权利要求27所述的方法,其特征在于,被分离的氧气被再循环以送入所述内管。
31.如权利要求28所述的方法,其特征在于,所述氧气是包含新鲜氧气和再循环氧气的混合物。
32.如权利要求25所述的方法,其特征在于,废水和氧气以并流或逆流的方式进料。
33.如权利要求25所述的方法,其特征在于,还包括对处理过的废水进行额外的处理。
34.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述生物催化剂层通过将细胞固定在所述外管的所述内表面上而形成。
35.如权利要求34所述的方法,其特征在于,所述固定在选自多孔聚合物的多孔基质中进行,所述多孔聚合物选自琼脂、藻酸盐、角叉菜胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖、多孔金属筛网、聚氨酯、硅胶、聚苯乙烯和三乙酸纤维素。
36.如权利要求29所述的方法,其特征在于,还包含从分离器中回收二氧化碳。
37.如权利要求36所述的方法,其特征在于,被回收的二氧化碳用于食品、饮料、医疗、制药以及水产养殖工艺中。
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