具有碳再生回路的水處理裝置和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求申請日為2012年8月29日的美國臨時專利申請No. 61/694,387的權(quán) 益，其以引用的方式并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明主要涉及水處理系統(tǒng)，更具體涉及利用活性炭顆粒（granularactivated carbon) (GAC)的水處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 吸附是通過使用吸附劑從溶液中結(jié)合并移除某些物質(zhì)的過程?；钚蕴渴撬⑹姓?污水和有機工業(yè)廢水的處理中常用的吸附劑，并且通常以粉末或顆粒的形式使用。
[0005] 美國專利No. 7972512描述了使用GAC處理包括（如來自煉油廠的）油的工業(yè)廢 水的系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)使工業(yè)廢水在生物膜上曝氣池中暴露于GAC。優(yōu)選地，借助于篩子避 免GAC進入膜中。當(dāng)耗盡了GAC吸附有機化合物的能力之后，其變得"失效"。失效的GAC 通過卸料口從曝氣池中被移出，而新鮮的GAC被引入系統(tǒng)至它所在位置?？梢酝ㄟ^移除所 吸附的有機物、借由熱處理過程如濕空氣再生（WAR)或在再生爐中處理失效的GAC或者將 其轉(zhuǎn)移到別處以進行再生（再活化）。
[0006] 其他沒有生物膜而利用活性炭的水處理系統(tǒng)是已知的。這種系統(tǒng)可以通過GAC柱 或罐來循環(huán)待處理的水。失效的GAC柱或罐從系統(tǒng)移除后要么被丟棄要么被轉(zhuǎn)移至再生設(shè) 施。
[0007] 失效的GAC通常在爐中于高溫下再生。使用化學(xué)試劑、臭氧或濕空氣氧化來再生 GAC也是已知的。再生顆粒材料時的一個顧慮是要限制由再生過程導(dǎo)致的顆粒尺寸范圍的 劣化。
【附圖說明】
[0008] 本發(fā)明在以下的說明書中基于附圖被詳述，附圖示出了 ：
[0009] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一項實施方式的水處理系統(tǒng)的示意圖。
[0010] 圖2A-2C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于再生GAC系統(tǒng)的另一項實施方式的 示意圖。
[0011] 圖3A-3C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于再生GAC系統(tǒng)的另一項實施方式的 示意圖。
[0012] 圖4A-4B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于再生GAC系統(tǒng)的另一項實施方式的 示意圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)了利用活性炭顆粒（GAC)且包括集成的碳再生回路的水處 理系統(tǒng)和工藝。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)要求從系統(tǒng)中移除失效的GAC以進行處理或轉(zhuǎn)運它處 再生，本發(fā)明的各個方面設(shè)想能夠在水處理系統(tǒng)自身內(nèi)再生GAC的系統(tǒng)和工藝，從而節(jié)省 操作支出。這種系統(tǒng)包括工藝用水回路（processwatercircuit)以及與該工藝用水回路 流體連通的碳再生回路。此外，在再生過程中由再生回路產(chǎn)生的負(fù)載了有機物的水可在工 藝用水回路中被進一步處理，而不是像現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)那樣通常在隨后單獨的反應(yīng)器中處 理。在一些實施方式中，本發(fā)明通過將含有GAC的容器同時用作工藝用水處理器和濕空氣 再生反應(yīng)器，在未對GAC進行任何物理移動下實現(xiàn)了所有這些功能。
[0014] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的這樣一個水處理系統(tǒng)50的示意圖。系統(tǒng)50包括水回路 52和碳再生回路54。水回路52包括處理設(shè)備56,在其中水暴露于有機污染物并被其污染。 處理設(shè)備56可以采用任何已知的形式，例如工業(yè)廢水處理設(shè)備或市政水處理設(shè)施。水回路 52包括GAC/水接觸器58,其中由處理設(shè)備56產(chǎn)生的被有機污染物污染的水暴露于活性炭 顆粒。例如，GAC/水接觸器58可包括開放的曝氣池或者封閉的柱或罐。碳再生回路54包 括碳再生設(shè)備60例如可用于為濕空氣再生（wetairregeneration) (WAR)過程提供并處 理水。碳再生回路54與水回路52流體連通，如圖所示其通過GAC/水接觸器58處的管道62 相互連接。在GAC/水接觸器為開放的曝氣容器的生物系統(tǒng)中，用低能量泵將失效的GAC轉(zhuǎn) 移到專用再生器（dedicatedregenerationvessel)以最小化GAC顆粒的侵蝕。在GAC柱 系統(tǒng)中，GAC/水接觸器本身可被用來進行WAR過程，從而保障GAC顆粒并進一步簡化系統(tǒng)。 再生回路54優(yōu)選地在臨界條件下提供高含氧水來氧化所吸附的組分以及在顯著低于現(xiàn)有 技術(shù)中的WAR過程所使用的溫度下溶解失效的GAC的生物固體，從而進一步保存GAC顆粒 的完整性。在一些實施方式中，碳再生回路54只循環(huán)氧飽和的液體，由此通過兩相流來避 免GAC顆粒的侵蝕并且最大化氧化效果以在相比于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)降低的溫度下促進再生。 下面將參照其它附圖對本發(fā)明附加的實施方式和任選的特征進行更充分地描述。
[0015] 圖2A-2C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的廢水處理系統(tǒng)10的第一實施方式。如 圖2A-2C所示，系統(tǒng)10包括包含有機污染源和GAC/水接觸器12的水回路15。系統(tǒng)10進 一步包括碳活化回路（carbonreactivationcircuit) 25,其與GAC/水接觸器12可分離 的流體連通。"可分離的"，意味著水回路25的操作可被分離出來或者要不然與碳再生回路 25的操作分開。在一個實施方式中，水回路15的操作通過如圖所示的一個或多個閥門（V) 與碳再生回路25的操作分離。在一些實施方式中，碳再生回路15與水回路25可拆卸地 (removably)連接。例如，可通過拖車或滑輪將定義碳再生回路25的裝置運送至包括現(xiàn)存 水回路15的設(shè)施，并且如本文所述兩個回路可被流體連通以操作系統(tǒng)。以這種方式，本發(fā) 明的方面可結(jié)合進修合包（backfit)或升級包（upgradebasis)，以及新設(shè)計的設(shè)備。
[0016] GAC/水接觸器12通常包含多種現(xiàn)有技術(shù)已知的GAC顆粒14以捕獲至少部分有機 污染物。在一項實施方式中，GAC/水接觸器12為裝載了 GAC的曝氣池，其是現(xiàn)有技術(shù)已知 的膜生物反應(yīng)器（MBR)的組件。通常，向曝氣池中的GAC/水接觸器12添加微生物來幫助 分解被吸附在GAC上的有機物。美國專利7, 972, 512中描述了示例性的曝氣池，其全部內(nèi) 容以參考的方式并入本文。在另一項實施方式中，GAC/水接觸器12包括經(jīng)填充的GAC容 器，例如GAC柱、GAC盒（cartridge)、或者現(xiàn)有技術(shù)已知的GAC生物過濾器。在生物過濾器 的情況中，GAC容器可以包括多種微生物以分解被吸附在GAC上的有機化合物。
[0017] GAC顆粒14適用于從含有有機化合物的流中移除一定量的有機化合物。在一項實 施方式中，所述含有有機化合物的流是工業(yè)廢水流，例如來自煉油過程的廢水流。GAC/水 接觸器12中待移除的流中的示例性材料包括但不限于農(nóng)藥、苯酚、鄰苯二甲酸和徑，例如 芳香徑。一旦將GAC/水接觸器12交付（besubjectedto)含有有機化合物的流，至少部 分GAC顆粒14的進一步吸附含碳化合物的能力通常就會用盡或"失效"。因此，暴露于流之 后，會提供一定量的失效的GAC20。
[0018] 碳再生回路25包括一個或多個足以再生一定量的失效的GAC20的組件。如下將 詳細(xì)描述和展示，在一項實施方式中，碳再生回路25包括彼此相互連接的至少一個泵，至 少一個加熱器，以及壓縮含氧氣體源（sourceofpressurizedoxygen-containinggas)， 來循環(huán)經(jīng)加熱的含氧水