用于在廢水處理中進(jìn)行臭氧排出氣體回用的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于臭氧排出氣體回用的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明所公開的系統(tǒng)和方法涉及控制或調(diào)節(jié)臭氧排出氣流或脫氣單元排出氣流并且將該物流導(dǎo)向廢水處理系統(tǒng)的需氧段的機(jī)械攪拌接觸器。對所述排出氣流的氧含量進(jìn)行控制以確保對所述廢水處理系統(tǒng)的需氧段的充分充氧。通過響應(yīng)于對所述排出氣流的氣體含量或所述廢水處理段的需氧段中的溶解氧水平進(jìn)行表征的傳感器或測量輸入調(diào)節(jié)所述排出氣流的氧含量來實(shí)現(xiàn)控制?？赏ㄟ^下列方式實(shí)現(xiàn)對所述排出氣流的氧含量的調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)含氧進(jìn)料流至所述臭氧發(fā)生器的流量；或調(diào)節(jié)提供給所述臭氧發(fā)生器的動(dòng)力；調(diào)節(jié)補(bǔ)充含氧流至所述排出氣流的流量。也可通過調(diào)節(jié)所述廢水處理系統(tǒng)的需氧段中的所述機(jī)械攪拌接觸器的旋轉(zhuǎn)速度來控制所述排出氣流至所述需氧段的體積流量。
【專利說明】用于在廢水處理中進(jìn)行臭氧排出氣體回用的方法和系統(tǒng)
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于廢水處理的方法和系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種用于在廢水處理裝置中對來自臭氧發(fā)生器或脫氣單元的排出氣體進(jìn)行回用以對廢水處理裝置的某一段提供一些或全部充氧需求的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]—般來講,在水處理裝置中使用臭氧氣體已有多年并且其應(yīng)用似乎正在增加。例如，臭氧消毒被用于許多中型至大型處理裝置中。此外，臭氧處理也常用于味覺、氣味控制和顏色控制。臭氧在水處理裝置中的其它應(yīng)用包括處理廢水處理裝置的曝氣池中的污泥，如2007年12月18日公布的美國專利N0.7，309，432和2000年7月11日公布的美國專利N0.6，086, 766中所公開。臭氧的其它最近的應(yīng)用包括泡沫或膨脹控制(如2009年4月7日公布的美國專利N0.7，513，999所公開)以及對消化器或廢水處理裝置的其它段中的物流的處理(如美國專利申請序列號(hào)13/685，330中所公開)。
[0003]由于對回用水的需求上升，廢水裝置三級處理中的臭氧應(yīng)用日益流行。作為強(qiáng)氧化劑，臭氧是一種有效的消毒劑，其所產(chǎn)生的排放水除了由高溴水臭氧化所產(chǎn)生的副產(chǎn)物之外不含已知的毒性消毒副產(chǎn)物。臭氧也是在不添加化學(xué)制品或生成化學(xué)污泥的情況下實(shí)現(xiàn)脫色的有成本效益的方式。
[0004]由于對過濾的二級流出物的臭氧化能夠?qū)崿F(xiàn)回用，因此臭氧流行于其中使用率相對自然系統(tǒng)(如湖泊和河流)中的水流量和貯存較高的“缺水(water stress) ”區(qū)域。例如，在中國，年用水量占總可供應(yīng)量的約20%，然而，由于獲取成本限制和污染，已估計(jì)國家供水短缺超過400億立方米。
[0005]通常，對用于廢水處理裝置中的臭氧系統(tǒng)和技術(shù)的選擇基于臭氧處理系統(tǒng)的總投資和運(yùn)行成本，所述成本與通過使用臭氧處理所實(shí)現(xiàn)的益處和考慮對排放流出物的規(guī)章指令或要求平衡。因此，選擇提供最佳經(jīng)濟(jì)價(jià)值的臭氧技術(shù)極為重要，無論廢水處理裝置的大小如何。
[0006]臭氧發(fā)生器和接觸器以及臭氧破壞單元的典型投資以及與在廢水處理裝置中使用各種臭氧技術(shù)相關(guān)的運(yùn)行和維護(hù)花費(fèi)可能非常高。此外，由于臭氧在高于某些濃度時(shí)極具刺激性和毒性，因此通常使用臭氧破壞系統(tǒng)或單元來破壞來自接觸器的廢氣中的任何殘留臭氧以防止工作人員暴露于臭氧氣體。
[0007]氧氣通常用作進(jìn)料氣來產(chǎn)生臭氧氣體，該臭氧氣體隨后用于對供應(yīng)水進(jìn)行消毒或氧化。氧氣可以氣體或液體形式現(xiàn)場產(chǎn)生或以液態(tài)氧形式大批購得。美國的許多水和廢水處理裝置(plant)使用臭氧進(jìn)行水處理，其中大部分是由購得的氧氣產(chǎn)生臭氧。廢水處理裝置內(nèi)的臭氧系統(tǒng)的年運(yùn)行成本的大部分包括與產(chǎn)生臭氧有關(guān)的非常高的功耗以及與氧氣供應(yīng)相關(guān)的成本。
[0008] 臭氧可由空氣中的氧氣或由高純度氣態(tài)氧產(chǎn)生。這可通過若干種方法來實(shí)現(xiàn)，但最常見的技術(shù)是通過電介質(zhì)屏障使含氧進(jìn)料流動(dòng)通過電暈放電。干燥的氧氣或空氣氣流經(jīng)受高壓/高密度電流(這提供了驅(qū)動(dòng)反應(yīng)的能量)時(shí)產(chǎn)生臭氧。電場(field)在由電介質(zhì)分隔的兩個(gè)電極之間作用，從而形成間隙，在整個(gè)所述間隙中發(fā)生能量釋放。與通過空氣進(jìn)行操作相比，氧氣供給臭氧發(fā)生器在給定的動(dòng)力(power)輸入下將產(chǎn)生更多的臭氧并在產(chǎn)品氣中產(chǎn)生更高的臭氧濃度。基于空氣的臭氧化系統(tǒng)還需要額外的資本設(shè)備，包括干燥器以及壓縮機(jī)。
[0009]適用于產(chǎn)生水處理用臭氧的液氧應(yīng)優(yōu)選地具有至少約99.0重量％的氧含量(其中水含量不超過每一百萬份約7.8份(ppm) )、-80 °F的等效大氣露點(diǎn)和小于約40ppm的總烴含量(例如甲烷、乙烷、乙炔和其它烴類)。其它雜質(zhì)例如氮?dú)?、氬氣和其它惰性氣體也可少
量存在。
[0010] 許多當(dāng)前的臭氧化系統(tǒng)通常使用氧氣作為進(jìn)料氣并且進(jìn)料流中僅約5-15%的氧氣在臭氧產(chǎn)生期間轉(zhuǎn)化成臭氧。余料通常在殘留臭氧破壞之后排出并且無有用的用途，除了少量已用于流出物的再曝氣之外。雖然已開發(fā)出若干技術(shù)來使存在于產(chǎn)品氣中的氧氣再循環(huán)，但很少已成功地進(jìn)行商業(yè)化(參見美國專利N0.4，132，637和N0.4，256，574)。另外，由于與干燥、純化、壓縮和裝運(yùn)廢氣相關(guān)的成本，臭氧排出氣體的回收和再出售不是可行的選擇。
[0011]因此，需要的是被配置用于廢水處理裝置的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法可減輕與使用臭氧技術(shù)相關(guān)的投資和運(yùn)行花費(fèi)，并且特別地可實(shí)際且有效地再利用臭氧排出氣體以滿足廢水處理裝置的其它段的充氧需求。這樣，廢水處理裝置可從使用臭氧處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種益處，從而抵消臭氧處理系統(tǒng)的高運(yùn)行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明可表現(xiàn)為(be characterized as)用于在廢水處理系統(tǒng)中進(jìn)行臭氧排出氣體回用的方法，其包括以下步驟:(i)將含氧進(jìn)料流導(dǎo)向臭氧發(fā)生器；(ii)運(yùn)行所述臭氧發(fā)生器以產(chǎn)生含臭氧氣流；(iii)將所述含臭氧氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)內(nèi)的臭氧處理系統(tǒng)以產(chǎn)生經(jīng)臭氧處理的流出物和臭氧排出氣流；和(iv)將所述臭氧排出氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的需氧段中的機(jī)械攪拌接觸器?？蓪⒊粞跖懦鰵饬髋c補(bǔ)充(make-up)含氧流混合或合并，然后將合并流導(dǎo)向廢水處理系統(tǒng)的需氧段。本發(fā)明的臭氧排出氣體回用方法的一個(gè)關(guān)鍵方面是控制臭氧排出氣流中的氧含量。優(yōu)選地，通過響應(yīng)于對臭氧排出氣流的氣體含量或廢水處理段的需氧段中的溶解氧水平進(jìn)行表征的傳感器或測量輸入調(diào)節(jié)臭氧排出氣流的氧含量來控制臭氧排出氣流的氧含量，從而確保對廢水處理系統(tǒng)的需氧段的充分充氧。
[0013]臭氧排出氣流的氧含量的調(diào)節(jié)可通過下列技術(shù)中的一種或多種來實(shí)現(xiàn):調(diào)節(jié)含氧進(jìn)料流至臭氧發(fā)生器的流量；調(diào)節(jié)提供給臭氧發(fā)生器的動(dòng)力；或調(diào)節(jié)補(bǔ)充含氧流至臭氧排出氣流的流量?；蛘撸赏ㄟ^調(diào)節(jié)廢水處理系統(tǒng)的需氧段中的機(jī)械攪拌接觸器的旋轉(zhuǎn)速度來控制臭氧排出氣流至廢水處理系統(tǒng)的需氧段的體積流量。
[0014]本發(fā)明還可表現(xiàn)為用于廢水處理裝置的臭氧排出氣體回用系統(tǒng)，其包括:(a)含氧進(jìn)料流；(b)臭氧發(fā)生器,其被構(gòu)造用于接納所述含氧進(jìn)料流和產(chǎn)生含臭氧氣流；(C)臭氧接觸器，其使流出物與所述含臭氧氣流接觸以產(chǎn)生經(jīng)臭氧處理的流出物和臭氧排出氣流；(d)臭氧破壞系統(tǒng)，其被構(gòu)造用于接納所述臭氧排出氣流和破壞包含于所述臭氧排出氣流中的任何臭氧；(e)附加(supplemental)氧氣傳送導(dǎo)管,其將所述臭氧排出氣流f禹接至所述廢水處理裝置的需氧段的機(jī)械攪拌接觸器；和(f)控制單元，其用于通過響應(yīng)于對所述臭氧排出氣流的氣體含量或所述廢水處理段的需氧段中的溶解氧水平進(jìn)行表征的傳感器或測量輸入調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量來控制所述臭氧排出氣流的氧含量，從而確保對所述廢水處理系統(tǒng)的需氧段的充分充氧。優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)含氧進(jìn)料流至臭氧發(fā)生器的流量；調(diào)節(jié)提供給臭氧發(fā)生器的動(dòng)力；或調(diào)節(jié)補(bǔ)充含氧流至臭氧排出氣流的流量；或上述技術(shù)的任意組合來控制臭氧排出氣流的氧含量，從而確保對廢水處理裝置的需氧段的充分充氧。
[0015]最后，本發(fā)明可表現(xiàn)為用于在廢水處理系統(tǒng)中供應(yīng)附加氧氣的方法，其包括以下步驟:(i)將所述廢水處理系統(tǒng)內(nèi)的含氧或含臭氧污泥流導(dǎo)向脫氣單元；(ii)將含氧廢氣與所述污泥流分離以產(chǎn)生 附加含氧氣流；和(iii)將所述附加含氧氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的需氧、厭氧或缺氧段。響應(yīng)于對臭氧排出氣流的氣體含量進(jìn)行表征的傳感器或測量輸入來控制附加含氧氣流的氧含量。
[0016]附圖簡述
結(jié)合以下附圖，通過下文更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的上述及其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，在圖中:
圖1為本發(fā)明的用于臭氧排出氣體回用的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；和 圖2為本發(fā)明的用于臭氧有關(guān)氣體回用的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
[0017]詳述
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖1，其中示出本發(fā)明用于在廢水處理系統(tǒng)的需氧段中進(jìn)行臭氧排出氣體回用的系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施方案的不意圖。
[0018]從其中看出，廢水處理系統(tǒng)10包括適于將廢水流入物13導(dǎo)向廢水處理系統(tǒng)10的需氧段20的引入導(dǎo)管(intake conduit) 14。廢水處理系統(tǒng)10的需氧段20可包括活化污泥池或旨在被構(gòu)造用于采用微生物和需氧過程來實(shí)現(xiàn)從水中除去廢物目的的其它反應(yīng)器。示出的系統(tǒng)還包括位于需氧段20下游的適于將至少一些液體流出物與污泥流分離的一個(gè)或多個(gè)澄清器22、用于運(yùn)送液體流出物23的輸出導(dǎo)管24 ;被構(gòu)造用于將廢物污泥送至廢物槽29的廢物活化污泥(WAS)管線26 ;和適于經(jīng)由引入導(dǎo)管14將分離的污泥流的一部分運(yùn)送且返回廢水處理系統(tǒng)的需氧段20的返回活化污泥(RAS)管線28。
[0019]將流出物23導(dǎo)向三級臭氧處理系統(tǒng)，圖示為臭氧消毒系統(tǒng)30，其包括含氧進(jìn)料流32、臭氧發(fā)生器34、含臭氧流33、臭氧接觸器槽36和臭氧排出氣流。經(jīng)消毒的流出物38通常在約I至30分鐘的停留時(shí)間之后從臭氧接觸槽36中移走并可用于各種回用。來自臭氧消毒系統(tǒng)30的廢氣包含從臭氧接觸器槽36的頂部空間37導(dǎo)向臭氧破壞單元42以破壞臭氧排出氣流40中的殘留臭氧的臭氧排出氣流40。從那里，臭氧排出氣流40經(jīng)由附加氧氣傳送導(dǎo)管導(dǎo)向廢水處理系統(tǒng)10的需氧段20，所述附加氧氣傳送導(dǎo)管將排出氣流耦接至一個(gè)或多個(gè)曝氣/充氧單元50，排出氣流在所述單元中用于對需氧段20的內(nèi)容物44進(jìn)行充氧。
[0020]盡管未示出，本發(fā)明的系統(tǒng)還采用基于微處理器的控制單元，其操作性地耦接至臭氧發(fā)生器34、一個(gè)或多個(gè)曝氣/充氧單元50、氧氣進(jìn)料流32和多個(gè)傳感器或測量設(shè)備(未示出)，所述傳感器或測量設(shè)備表征臭氧接觸槽36、臭氧排出氣流40和廢水處理系統(tǒng)10的需氧段20中的氣體含量(例如，氧含量、氮含量、二氧化碳含量、臭氧含量等)、壓力和/或溫度。
[0021]含有高氧氣濃度(相比空氣中20.9%的氧氣濃度)的臭氧排出氣體的回用提供了以下優(yōu)點(diǎn):(i)與基于空氣的曝氣相比降低了動(dòng)力成本和總體運(yùn)行成本；(ii)利用來自臭氧接觸器的基本上免費(fèi)的氧氣源，否則所述氧氣源將被浪費(fèi)；和(iii)與基于空氣的曝氣方案相比，高度靈活的曝氣方案可滿足較大范圍的氧吸收率(OUR)和溶解氧(DO)需求。
[0022]就臭氧排出氣體回用方案與標(biāo)準(zhǔn)基于空氣的曝氣方案相比的較低動(dòng)力成本和總體運(yùn)行而言，熟知的是電能是主要的運(yùn)行成本并且曝氣動(dòng)力通常消耗廢水處理裝置中超過一半的電能?；谘鯕獾钠貧?包括用臭氧排出氣體曝氣)與基于空氣的曝氣系統(tǒng)相比通常使用較少的現(xiàn)場動(dòng)力。例如，雖然許多基于空氣的曝氣系統(tǒng)中使用的現(xiàn)代細(xì)氣泡擴(kuò)散器系統(tǒng)具有約4.2kg/kffh的典型凈水曝氣效率(SAE)，表面型氧氣曝氣器，例如可得自Praxair,Inc.的1-S0?基于氧氣的曝氣器，已在典型條件下表現(xiàn)出高純度氧氣高達(dá)6.2kg/kffh的SAE。
[0023]基于氧氣的曝氣的運(yùn)行成本的另一組成部分是購買氧氣的成本。然而，當(dāng)使用臭氧排出氣體時(shí)，購買氧氣的成本基本上是免費(fèi)的，因?yàn)槌粞跖懦鰵怏w中的氧氣原先是廢棄產(chǎn)物?；谘鯕獾钠貧馀c基于空氣的曝氣系統(tǒng)相比的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是表面型或浮置式氧氣曝氣器與常規(guī)的基于空氣的浸沒式擴(kuò)散器相比具有低投資成本。
[0024]最后,表面型氧氣曝氣器(例如Praxair供應(yīng)的1-S0?單元)的安裝和修理與許多浸沒式擴(kuò)散器的安裝、維護(hù)和修理相比更加簡單并且通常成本較低。例如，通過以機(jī)械方式將單元降低到完全曝氣槽 中來實(shí)現(xiàn)表面型氧氣曝氣器的安裝。預(yù)定維護(hù)通常包括每年進(jìn)行換油，對于表面型曝氣單元而言這可在保持浮置的同時(shí)進(jìn)行。根據(jù)運(yùn)行歷史，對表面型曝氣器的機(jī)械修理，例如葉輪或齒輪箱的更換計(jì)劃要求以每4年或更低的頻率進(jìn)行。相比之下，與浸沒式擴(kuò)散器的安裝、維護(hù)和修理相關(guān)的成本有點(diǎn)高，因?yàn)槠貧獠弁ǔ１仨氃谶M(jìn)行此類安裝、預(yù)定維護(hù)或機(jī)械修理之前排空。
[0025]用于臭氧排出氣體回用的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的一個(gè)重要方面是控制臭氧排出氣流的流量以便優(yōu)化使用臭氧排出氣體的曝氣過程的能力。有效的氣體回用控制系統(tǒng)可克服通常與臭氧有關(guān)氣體回用相關(guān)的挑戰(zhàn)和問題。例如，當(dāng)考慮用于曝氣目的的臭氧排出氣體回用時(shí)遇到的常見問題是臭氧排出氣流中沒有足夠的氧含量或純度來滿足目標(biāo)曝氣過程需求。排出氣體中的氧氣濃度同時(shí)影響所提供的氧氣的量(濃度乘以氣體體積流量)和曝氣設(shè)備的效率(因?yàn)檠鯕獾臐舛仍礁?，溶解給定質(zhì)量氧氣所需的能量就越少)。適于確保臭氧排出氣流中的氧含量足以滿足曝氣需求(從量和效率的觀點(diǎn)出發(fā))的控制方案是結(jié)合在線氧氣純度測量系統(tǒng)來估計(jì)臭氧排出氣流中的實(shí)時(shí)氧氣分壓。估計(jì)的氧氣分壓可用于多種控制目的-例如，確立待添加到臭氧排出氣流中以滿足曝氣過程需求的補(bǔ)充氧氣(如果有的話)的所需體積，或控制來自臭氧接觸系統(tǒng)的排氣過程以維持高排出氣體純度。
[0026]或者，可確立設(shè)定到達(dá)臭氧產(chǎn)生系統(tǒng)的最低氧氣流量的控制方案，所述臭氧產(chǎn)生系統(tǒng)在到達(dá)待用臭氧排出氣體處理的曝氣池的平均流入物流量所需的臭氧排出氣體中產(chǎn)生足夠的氧氣?？赏ㄟ^改變臭氧發(fā)生器的動(dòng)力輸入來控制此氧氣流內(nèi)的臭氧產(chǎn)量，以滿足臭氧處理過程(例如消毒)的需求。所述控制方案可通過向臭氧排出氣流添加附加或補(bǔ)充氧氣來補(bǔ)償高于平均水平的條件?；蛘撸赏ㄟ^改變到臭氧發(fā)生器的氧氣流速和調(diào)節(jié)維持期望臭氧反應(yīng)所需的臭氧發(fā)生器動(dòng)力來在臭氧接觸器中的氧氣流量的限制范圍內(nèi)滿足較高或較低氧氣曝氣需求。例如，使用液相臭氧傳感器并實(shí)現(xiàn)控制環(huán)路以通過改變臭氧發(fā)生器的動(dòng)力輸入來維持所需臭氧水平。臭氧排出氣流中的所需臭氧水平和相應(yīng)氧氣水平可為反饋控制環(huán)路，采用基于進(jìn)入曝氣池的流入物流量的前饋控制。
[0027] 與臭氧排出氣體回用相關(guān)的另一個(gè)問題或設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是臭氧排出氣體夾帶過量空氣，從而降低氧含量和氧氣純度水平。這通常是由臭氧接觸槽的頂部空間中的低壓條件(其通常導(dǎo)致臭氧接觸槽上的通氣閥打開并將過量空氣引入頂部空間，從而降低臭氧排出氣流中的氧氣純度水平)；或臭氧接觸器中發(fā)生的過量氮?dú)馄崴鶎?dǎo)致。
[0028]為了解決低壓問題，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法構(gòu)思了將氧氣源經(jīng)由壓力校正閥耦接至臭氧收集槽并且將氧氣(代替空氣)在此類低壓條件下引入臭氧收集槽?；蛘?，可改變針對臭氧發(fā)生器和臭氧接觸系統(tǒng)的氧氣流速以維持接觸系統(tǒng)中微正的壓力，同時(shí)通過控制臭氧發(fā)生器動(dòng)力來單獨(dú)控制臭氧產(chǎn)量。
[0029]針對兩種問題的更優(yōu)異的方案采用這樣的控制方案，其(i)改變排放管線中變速排出氣體鼓風(fēng)機(jī)的速度以避免臭氧接觸器槽中的低壓條件并且使空氣滲漏最小化；(?)改變到達(dá)臭氧發(fā)生器中的氧氣流量以維持臭氧接觸器槽的頂部空間和臭氧排出氣流中的氧氣純度水平；(iii)改變提供給臭氧發(fā)生器的動(dòng)力以維持接觸器槽中的適當(dāng)臭氧殘留。為了實(shí)現(xiàn)這些控制方案，推測控制器的輸入將包括位于臭氧接觸器槽的頂部空間或臭氧排出氣體導(dǎo)管中的臭氧傳感器、氧氣傳感器和/或壓力傳感器?？刂谱兯倥懦鰵怏w鼓風(fēng)機(jī)使得操作人員可維持臭氧接觸器槽的頂部空間中具有微正的壓力，或可對其進(jìn)行控制以將排出氣體中的氧氣純度維持在某個(gè)范圍內(nèi)。
[0030]針對兩種問題的更有意思的方案是使用側(cè)流臭氧接觸器來代替具有細(xì)氣泡擴(kuò)散器的典型臭氧接觸器槽。側(cè)流臭氧接觸器增強(qiáng)了臭氧溶解并引入任何所需的附加氧氣流量。使用此側(cè)流接觸器方法，可通過使接觸時(shí)間最小化和快速擴(kuò)大接觸側(cè)流后的管道尺寸來使接觸側(cè)流后的氣體溶解最小化，從而促進(jìn)相分離和使氧氣溶解最小化。側(cè)流實(shí)施方案將空氣夾帶問題減至最少，因?yàn)槠錇榉忾]的加壓系統(tǒng)并且允許使用處于正壓的氣/液分離器來除去排出氣體。其也僅處理液體流的部分而使得其過飽和，因此我們僅將來自該流部分的氮?dú)馄岬脚懦鰵怏w中。這極大地降低了排出氣體中的氮?dú)饬俊?br> [0031]改變由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧百分率的任何控制方案將改變臭氧排出氣體的含量和體積，并且對其的控制使得可平衡對三級處理中的臭氧的需求與對經(jīng)由臭氧排出氣流的氧氣的需求之間的負(fù)荷。此類控制方案允許通過臭氧發(fā)生器和臭氧發(fā)生器動(dòng)力對氧氣流量進(jìn)行基本上獨(dú)立的控制。
[0032]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，采用多個(gè)Praxair的I_S0 ?曝氣系統(tǒng)使低壓臭氧排出氣流溶解在廢水處理裝置的需氧段中，所述曝氣系統(tǒng)能夠利用通流管(draft tube)內(nèi)的螺旋葉輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作所產(chǎn)生的高強(qiáng)度渦旋來誘導(dǎo)氣流從臭氧排出氣流流出。1-so ?系統(tǒng)的臭氧排出氣體誘導(dǎo)的能力避免了對臭氧排出氣流的壓縮以及相關(guān)的壓縮成本。
[0033]使用1-SO ?表面型曝氣系統(tǒng)和上述控制方案中的一種或多種，可幾乎完全從封閉槽臭氧接觸器系統(tǒng)中回收臭氧排出氣體，只要維持臭氧接觸器槽頂部空間中的最適壓力即可。實(shí)際上，接納臭氧排出氣流的此類曝氣單元的曝氣單元數(shù)量和運(yùn)行條件(即，葉輪的旋轉(zhuǎn)速度)用于維持臭氧接觸器槽的頂部空間中的適當(dāng)壓力，其在接觸器槽的頂部空間中的壓力過低時(shí)限制空氣侵入以及在接觸器槽的頂部空間中的壓力過高時(shí)限制臭氧排出氣體直接通風(fēng)或排棄到環(huán)境中。
[0034]現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖2，其中示出本發(fā)明用于在廢水處理系統(tǒng)中進(jìn)行臭氧有關(guān)氣體回用的系統(tǒng)和方法的另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。與圖1的實(shí)施方案類似，廢水處理系統(tǒng)10包括適于將廢水流入物13導(dǎo)向廢水處理系統(tǒng)10的需氧段20的引入導(dǎo)管14。示出的系統(tǒng)還包括位于需氧段20下游的適于將至少一些液體與污泥流分離的一個(gè)或多個(gè)澄清器22、用于運(yùn)送液體流出物23的輸出導(dǎo)管24 ;廢物活化污泥(WAS)管線26 ;和適于經(jīng)由輸入導(dǎo)管14將分離的污泥流的一部分運(yùn)送且返回需氧段20的返回活化污泥(RAS)管線28。
[0035]在RAS管線28內(nèi)存在污泥臭氧化系統(tǒng)70，污泥臭氧化系統(tǒng)70包括將RAS污泥導(dǎo)向塞流式臭氧化反應(yīng)器的泵72。塞流式臭氧化反應(yīng)器包括足夠長度的管道78，其確保污泥在臭氧化反應(yīng)器中的停留時(shí)間，該停留時(shí)間足以確保臭氧的有效溶解和臭氧與RAS管線28中的生物固體的反應(yīng)。示出的實(shí)施方案還包括一個(gè)或多個(gè)臭氧氣體注入系統(tǒng)，該臭氧氣體注入系統(tǒng)包括氧氣源32、用于產(chǎn)生富臭氧氣體的臭氧發(fā)生器74和用于將富臭氧氣體注入RAS污泥所穿過的臭氧化反應(yīng)器的一個(gè)或多個(gè)噴嘴或文丘里型設(shè)備76。
[0036]在退出塞流式臭氧化反應(yīng)器后，臭氧化污泥隨后被導(dǎo)向脫氣單元60或氣液分離器以除去過量含氧氣體。過量含氧氣體66隨后經(jīng)由附加氧氣傳送導(dǎo)管導(dǎo)向，所述附加氧氣傳送導(dǎo)管將物流耦接至一個(gè)或多個(gè)曝氣/充氧單元50，所述物流在所述單元中用于對廢水處理系統(tǒng)10的需氧段20的內(nèi)容物44進(jìn)行充氧以進(jìn)行曝氣過程中的回用。脫氣臭氧化污泥62經(jīng)由引入導(dǎo)管14返回需氧段20。
[0037]與早先描述的實(shí)施方案相同，所公開的系統(tǒng)和方法還采用基于微處理器的控制單元，其操作性地耦接至臭氧發(fā)生器74、一個(gè)或多個(gè)曝氣/充氧單元50、氧氣進(jìn)料流32和多個(gè)傳感器(未不出)，所述傳感器表征脫氣單兀60、含氧排放流66和廢水處理系統(tǒng)10的需氧段20內(nèi)的氣體含量(例如，氧含量、氮含量、二氧化碳含量、臭氧含量等)、壓力和/或溫度。
[0038]作為臭氧排出氣體回用方法的一個(gè)實(shí)例，在市政廢水處理設(shè)備的擴(kuò)充段中得以體現(xiàn)。擴(kuò)充段被設(shè)計(jì)為將來自臭氧接觸器的臭氧排出氣體用作用于在二級缺氧-厭氧-好氧(AAO)工藝中進(jìn)行曝氣的氧氣源。廢水處理裝置的擴(kuò)充將設(shè)備的容量從約120，OOOm3/日增加至約150，OOOm3/日。通過使用來自三級處理臭氧化系統(tǒng)的臭氧排出氣體可完全滿足對擴(kuò)充段中增量流(30，OOOm3/日)的氧氣需求，所述三級處理臭氧化系統(tǒng)應(yīng)用于來自該裝置的整個(gè)流出物流。
[0039]氧氣源為以大約16.5mtpd的速率氣化的液態(tài)氧。氣化氧氣隨后與來自抽氣(bleed air,其包含約78%的氮?dú)?的0.5mtpd氧氣混合，以提供臭氧發(fā)生器進(jìn)料氣中的氮?dú)?。已?jīng)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)料氣中約1%至5%的氮含量導(dǎo)致較高臭氧產(chǎn)生動(dòng)力效率。臭氧發(fā)生器使用進(jìn)料氣中的17mtpd氧氣來制備臭氧流氣體，其為大約9重量％的臭氧。該臭氧氣體隨后被供給到四個(gè)臭氧-接觸槽中的浸沒式擴(kuò)散器中以維持臭氧接觸槽中5mg臭氧/升的濃度。在臭氧接觸槽中，由于臭氧反應(yīng)、流出物中溶解氧的增加以及通過接觸器的損耗的綜合因素，估計(jì)損失約7mtpd氧氣。剩余的IOmtpd氧氣可用于曝氣或其它目的?；赜酶谎醭粞跖懦鰵饬?即，約75-85%純的氧氣)并將其施加于市政廢水處理裝置的擴(kuò)充段中的曝氣區(qū)，特別是在設(shè)計(jì)用于氮和磷的生物營養(yǎng)物去除的倒置AAO工藝中。
[0040] 與基于空氣的曝氣(30，OOOm3/日，擴(kuò)充段)相比，計(jì)劃與使用臭氧排出氣體進(jìn)行曝氣相關(guān)的投資和運(yùn)行成本節(jié)約量就投資而言為約56%，就與在設(shè)備擴(kuò)充中曝氣有關(guān)的運(yùn)行成本而言相對節(jié)約量大致相同?；诔粞跖懦鰵怏w回用的曝氣系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其使用浮置式曝氣器，因此無需排干(drain)曝氣池來進(jìn)行曝氣器維護(hù)。
[0041]雖然已通過具體實(shí)施方案及其相關(guān)過程對本文所公開的發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可對它們做出各種修改和變換。例如，可將臭氧排出氣流導(dǎo)向主要流入物流以提高溶解氧水平進(jìn)行氣味控制或補(bǔ)充廢水處理裝置中現(xiàn)有的基于空氣的曝氣系統(tǒng)和/或現(xiàn)有的基于高純度氧氣的曝氣系統(tǒng)。另外，廢水處理裝置中的臭氧排出氣體回收方法可聯(lián)合來增強(qiáng)其它單元操作，例如上游厭氧處理、膜生物反應(yīng)器、固定膜系統(tǒng)、序列間歇式反應(yīng)器等。
【權(quán)利要求】
1.一種向廢水處理系統(tǒng)供應(yīng)附加氧氣的方法，其包括以下步驟: 將含氧進(jìn)料流導(dǎo)向臭氧發(fā)生器； 運(yùn)行所述臭氧發(fā)生器以產(chǎn)生含臭氧氣流； 將所述含臭氧氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)內(nèi)的臭氧處理系統(tǒng)以產(chǎn)生經(jīng)臭氧處理的流出物；和臭氧排出氣流；以及 將所述臭氧排出氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的需氧段中的機(jī)械攪拌接觸器； 其中，通過響應(yīng)于對所述臭氧排出氣流的氣體含量或所述廢水處理段的所述需氧段中的溶解氧水平進(jìn)行表征的傳感器或測量輸入調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量來控制所述臭氧排出氣流的氧含量，從而確保對所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧段的充分充氧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括將所述臭氧排出氣流導(dǎo)向臭氧破壞系統(tǒng)的步驟，所述臭氧破壞系統(tǒng)被構(gòu)造用于破壞包含于所述臭氧排出氣流中的任何臭氧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述臭氧排出氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧段的步驟還包括將所述臭氧排出氣流與補(bǔ)充含氧流混合或合并且將合并流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量的步驟還包括調(diào)節(jié)所述含氧進(jìn)料流至所述臭氧發(fā)生器的流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量的步驟還包括調(diào)節(jié)提供給所述臭氧發(fā)生器的動(dòng)力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量的步驟還包括調(diào)節(jié)補(bǔ)充含氧流至所述臭氧排出氣流的流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過調(diào)節(jié)所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧段中的所述機(jī)械攪拌接觸器的旋轉(zhuǎn)速度來控制所述臭氧排出氣流的體積流量，從而確保對所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧段的充分充氧。
8.一種用于廢水處理裝置的臭氧排出氣體回用系統(tǒng)，其包括: 含氧進(jìn)料流； 臭氧發(fā)生器，其被構(gòu)造用于接納所述含氧進(jìn)料流和產(chǎn)生含臭氧氣流； 臭氧接觸器，其用于使流出物與所述含臭氧氣流接觸以產(chǎn)生經(jīng)臭氧處理的流出物和臭氧排出氣流； 臭氧破壞系統(tǒng)，其被構(gòu)造用于接納所述臭氧排出氣流和破壞包含于所述臭氧排出氣流中的任何臭氧； 附加氧氣傳送導(dǎo)管，其將所述臭氧排出氣流耦接至所述廢水處理裝置的需氧段中的機(jī)械攪拌接觸器；和 控制單元，其用于通過響應(yīng)于對所述臭氧排出氣流的氣體含量或所述廢水處理段的所述需氧段中的溶解氧水平進(jìn)行表征的傳感器或測量輸入調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量來控制所述臭氧排出氣流的氧含量，從而確保對所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧段的充分充氧。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中將所述臭氧排出氣流與補(bǔ)充含氧流混合或合并，且將合并流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的曝氣池。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元通過調(diào)節(jié)所述含氧進(jìn)料流至所述臭氧發(fā)生器的流量來調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元通過調(diào)節(jié)提供給所述臭氧發(fā)生器的動(dòng)力來調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元通過調(diào)節(jié)補(bǔ)充含氧流至所述臭氧排出氣流的流量來調(diào)節(jié)所述臭氧排出氣流的氧含量。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元還通過調(diào)節(jié)所述廢水處理系統(tǒng)的需氧段中的所述機(jī)械攪拌接觸器的旋轉(zhuǎn)速度來控制所述臭氧排出氣流的體積流量，從而確保對所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧段的充分充氧。
14.一種在廢水處理系統(tǒng)中供應(yīng)附加氧氣的方法，其包括以下步驟: 將所述廢水處理系統(tǒng)內(nèi)的含氧或含臭氧污泥流導(dǎo)向脫氣單元； 將含氧廢氣與所述污泥流分離以產(chǎn)生附加含氧氣流；和 將所述附加含氧氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的需氧、厭氧或缺氧段； 其中響應(yīng)于對所述臭氧排出氣流的氣體含量進(jìn)行表征的傳感器或測量輸入來控制所述附加含氧氣流的氧含量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中引導(dǎo)所述附加含氧氣流的步驟還包括將所述附加含氧氣流與補(bǔ)充含氧流混合或合并且將合并流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧、厭氧或缺氧段。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中引導(dǎo)所述附加含氧氣流的步驟還包括將所述附加含氧氣流導(dǎo)向所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧、厭氧或缺氧段中的機(jī)械攪拌接觸器，所述機(jī)械攪拌接觸器被構(gòu)造用于輔助或增強(qiáng)來自所述附加含氧流中的氧氣向所述廢水處理系統(tǒng)的所述需氧、厭氧或缺氧段的內(nèi)容物中的溶解。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中引導(dǎo)所述附加含氧氣流的步驟還包括將所述附加含氧流導(dǎo)向消化器以用于所述消化器的內(nèi)容物的微充氧。
【文檔編號(hào)】C02F3/14GK103958420SQ201280058662
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月1日
【發(fā)明者】M.E.法比伊, R.A.諾瓦克, R.B.馬克斯 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司