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集成湿空气再生的维护减少的 水处理设备

阅读：135发布：2020-10-06

专利汇可以提供集成湿空气再生的维护减少的水处理设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种在粉末状活性炭处理(PACT)系统(106)和湿空气再生(WAR)系统(108)之间集成降低可溶物浓度的装置(104)的水处理系统(100)。通过连续脱水(20)、然后再浆化(28)废碳淤泥(18)可除去可溶性组分。可溶性材料浓度的减少降低了对除垢维护的需求并消除了构建WAR系统部件的特种材料的必要性。降低可溶物浓度的装置还使得对送入WAR系统的固体浓度进行的主动控制变得容易。，下面是集成湿空气再生的维护减少的水处理设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.水处理设备，其包括：
粉末状活性炭处理(PACT)系统；
与所述PACT系统流体连通的湿空气再生(WAR)系统，并且其被设置用于再生来自所述PACT系统的废碳；和
在所述PACT系统和所述WAR系统之间的降低可溶物浓度的设备，其与所述PACT系统和所述WAR系统流体连通，并且被设置用于降低与所述WAR系统上游的废碳相关的可溶性材料的浓度。
2.根据权利要求1的设备，其中所述降低可溶物浓度的设备包括：
脱水装置，接入该脱水装置以接收来自所述PACT系统的含可溶性材料的污泥和产生脱水污泥；和
再浆化装置，接入该再浆化装置以接收来自所述脱水装置的脱水污泥和产生再浆化污泥。
3.根据权利要求1的设备，其中所述降低可溶物浓度的设备包括离子交换装置。
4.根据权利要求1的设备，其中所述WAR系统包括由对应力腐蚀开裂敏感的材料制成的反应器。
5.根据权利要求2的设备，其中所述脱水装置选自由离心机、真空过滤机、压滤机、螺旋压力机、带式压力机和洗涤离心机组成的组。
6.根据权利要求2的设备，其中所述再浆化装置包括再浆化槽，设置所述再浆化槽用于接收来自所述脱水装置的脱水污泥，并且进一步设置所述再浆化装置以接收基本不含所述可溶性材料的水。
7.根据权利要求6的设备，其中所述再浆化装置进一步包括传感器和控制器，接入所述传感器以提供指示所述再浆化槽中内含物重量的信号，接入所述控制器以接收来自所述传感器的信号并设置所述控制器以计算在所述再浆化槽中内含物重量变化的速率，进一步设置所述控制器以响应于经计算的内含物重量变化的速率产生控制信号，从而选择性地开启控制加入所述脱水污泥的水量的阀门。
8.根据权利要求2的设备，其进一步包括浓缩器装置，将所述浓缩器装置设置在所述脱水装置的上游以预处理通过所述脱水装置接收的污泥。
9.相对于现有的水处理设备的改进设备，现有的水处理设备包括粉末状活性炭处理(PACT)系统和湿空气再生(WAR)系统，设置所述湿空气再生(WAR)系统以处理由所述PACT系统接收的废碳污泥；所述改进设备包括以流体连通的方式安装在PACT和WAR之间的设备，以降低存在于污泥中的至少一种可溶性组分的浓度和重新形成在输送至所述WAR系统时具有预定水/固体浓度的污泥。
10.根据权利要求9的改进设备，其进一步包括：
脱水装置，接入该脱水装置以接收来自所述PACT系统的污泥和产生脱水污泥；和再浆化装置，接入该再浆化装置以接收来自所述脱水装置的脱水污泥和向该脱水污泥中加入基本不含所述至少一种可溶性组分的水以产生重新形成的污泥。
11.根据权利要求10的改进设备，其中所述脱水装置选自由离心机、真空过滤机、压滤机、螺旋压力机、带式压力机和洗涤离心机组成的组。
12.根据权利要求11的改进设备，其中所述改进设备进一步包括离子交换装置。
13.一种方法，其包括：
处理接收自粉末状活性炭处理(PACT)系统的污泥以降低存在于所述污泥中的至少一种可溶性组分的浓度，并且然后
在湿空气再生(WAR)系统中再活化所述污泥中的碳。
14.根据权利要求13的方法，其中所述处理包括从所述污泥中除去至少一部分的包含至少一种可溶物离子的水以形成脱水污泥，并且向该脱水污泥中加入基本不含所述至少一种可溶物离子的水以产生用于输送至所述WAR系统的再浆化污泥。
15.根据权利要求14的方法，其进一步包括用控制器控制所述再浆化污泥中固体内含物的百分比至所需值。

说明书全文

集成湿空气再生的维护减少的水处理设备

[0001] 本申请要求2012年10月26日提交的美国临时专利申请61/718,784号的权益，以引用的方式将其并入本文。

技术领域

[0002] 通常来说，本发明涉及水处理系统，而更具体地，本发明涉及利用粉末状活性炭(powdered activated carbon)的水处理系统。

背景技术

[0003] 粉末状活性炭处理(powdered activated carbon treatment,PACT)系统将生物处理和碳吸附集成于单一的协同步骤中。其污染物去除的效率卓越。湿空气再生(wet air regeneration)(WAR)系统利用高温高压条件以再生来自PACT系统的废碳，与此同时氧化废碳所附的生物固体。尽管在该技术领域中已经取得了进步，但是依旧需要提供高可靠性、以及低构造、操作和维护成本的水处理系统。附图说明

[0004] 在下面的说明书中，将参照附图对本发明加以阐述，附图示出了：

[0005] 图1是体现本发明若干方面的系统中的一个非限制性实施方案的图示。

[0006] 图2是从本发明的若干方面来看有利的湿空气再生(WAR)系统的缩略图。

[0007] 图3是现有技术中的水处理系统。

[0008] 图4是根据本发明实施方案的水处理系统。

具体实施方式

[0009] 本发明人创造性地克服了与集成粉末状活性炭的湿空气再生(WAR)的水处理系统相关的某些限制。发明人已经认识到来自PACT系统的淤泥中的某些可溶性组分(如水硬组分，例如钙、镁、铁等，其可能通常以离子化的形式存在)会导致WAR系统的某些部件(例如在高温高压下运行的阀门、热量交换器、反应器等)中大部分结垢的形成。污垢去除牵涉花费成本以及难以承担的维护，这进而需要处理和弃置有害物质，例如硝酸。另外，来自PACT系统的淤泥中的其它可溶性组分(如腐蚀性组分，例如氯化物、氟化物等，它们也通常以离子化的形式存在)的存在要求使用具有优异冶炼特性的昂贵材料以承受WAR系统的那些部件中的应力腐蚀(stress corrosion)。本发明人提供了创造性的设备和方法，其在WAR系统进行处理之前除去或至少基本上降低所述不希望的可溶性组分的浓度。

[0010] 通过对比图3和图4易于比较根据本发明一个方面的水处理系统100和常规的现有技术中的水处理系统102。本发明包括降低可溶物浓度的步骤或者在粉末状活性炭处理106和湿空气再生108之间的设备104。

[0011] 图1是体现本发明若干方面的系统中的一个非限制性实施方案的更加详细的示意性阐释。该系统可包括粉末状活性炭处理(PACT)系统12，其可以产生包含废碳和生物材料以及至少一种溶解的可溶性组分的废水泥浆14。在一个非限制性实施方案中，泥浆14可具有范围为约95％至约97％的水含量(5％至3％的固体含量)。可溶性组分的非限制性实例可包括水硬组分(water-hardening component)，例如钙、镁、铁等，并且可以进一步包括腐蚀性(或助腐蚀性(corrosive-contributing))组分，例如氯化物、氟化物等。可以在重力浓缩(gravity thickener)16(例如沉降槽，其在某些实施方案中可以作为PACT系统12的部件)中处理泥浆14以提供浓缩淤泥18，其在一个非限制性实施方案中可以具有范围为约90％至约93％的水含量。

[0012] 可以将降低可溶物浓度的设备15设置在WAR系统34的上游，并可设置降低可溶物浓度的15来处理由PACT系统12接收的淤泥，以降低存在于该淤泥中的至少一种可溶性组分的含量。可以进一步设置设备15来重新形成经处理的污泥，以向湿空气再生(WAR)系统34供应离子浓度降低(再浆化淤泥32)和具有合适的固体含量的淤泥原料。正如本领域技术人员会理解的，供应至WAR系统34的原料中的固体内含物(例如生物质和在废碳中被吸附的有机物)成为被WAR系统所使用的用于自热再生(auto-thermal regeneration)的燃料。在图1的实施方案中，设备15包括脱水装置20(例如水分离装置)，可以接入该脱水装置20以接收来自PACT系统的淤泥，例如由重力浓缩器16处理的浓缩淤泥18；或者任选地，可直接接收未处理的泥浆14。在任一情形中，设置脱水装置20以通过除去至少一部分的包含至少一种可溶性组分的水来处理从PACT系统12接收的材料，从而提供脱水淤泥(例如淤泥饼22)，在一个非限制性的实施方案中，该脱水淤泥可具有范围为约50％至约65％的水含量。术语泥浆(slurry)和淤泥(sludge)在本文中相对彼此使用时，是希望说明淤泥比泥浆具有更少的水含量。然而，术语“淤泥”单独使用时，例如在权利要求中，是希望说明覆盖各种水含量，包括那些相对(in relative terms)泥浆所描述的。正如本领域技术人员会容易理解的，可以以各种形式中的任一种实施脱水装置20。脱水装置的非限制性实例可以包括离心机、真空过滤机、带式压滤机、螺旋压力机、带式压力机或洗涤离心机或淘析装置。由脱水装置20所除去的水可以通过管路11再循环返回至PACT系统12。

[0013] 能理解在某些应用中，通过脱水装置20能够实施由重力浓缩器16提供的浓缩淤泥的作用，并且这将省去对重力浓缩器16的需求。取消重力浓缩器16可以降低成本并对受到物业区域限制(real estate area constraints)的水处理应用是有利的。

[0014] 设备15进一步包括接入的再浆化装置24以接收来自脱水装置20的经脱水的淤泥饼22和加入基本不含不希望的可溶性组分的水26，以便产生再浆化淤泥32。水26可以是脱矿物质水、反渗透(RO)的渗透水、或者其它天然可得的或为了适当除去不希望的可溶性污染物而处理过的水。再浆化装置24本质上使脱水淤泥饼22重新形成至用于湿空气再生(WAR)系统34的合适的固体含量。要理解，为实现将含可溶物的水中的可溶性组分减少至所需水平和用实际不含所述可溶性组分的水的后续置换，可交替地实施数个脱水和再浆化步骤。发明人认识到补给水26是有成本的，但是该成本要少于本发明所允许的由除垢保养计划的减少所实现的节省(savings)。在一个非限制性的实施方案中，再浆化装置24可以采取再浆化槽28的形式，再浆化槽28可以包括混合器30或其它装置以再浆化淤泥，并接收脱水淤泥饼22和洗涤用水(clean water)26以产生再浆化淤泥32，在一个非限制性的实施方案中，再浆化淤泥32可以具有范围为约90％至约93％的水含量，其被供给至WAR系统34用于再生废碳。换句话说，再浆化淤泥32不仅可被视为被过滤掉或被洗去不希望的可溶性组分的淤泥，还可被视为适当重新形成以具有为WAR系统34的处理而优化的固体含量的淤泥。这种进入WAR系统34的燃料的水含量主动控制(active control)的附加度量(additional degree)可以提供现有技术的水处理系统中目前所不能实现的处理控制优势，现有技术的水处理系统依赖被动的(passive)浓缩器的作用来控制所述燃料的水含量。在一个非限制性实例中，再浆化装置24可以包括重量传感器36，其可被接入(例如，以有线的或无线的方式)以向控制器38(例如，可编程逻辑控制器(PLC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等)提供指示再浆化槽中内含物重量的处理数据。可以接入流量传感器40以向控制器38提供指示进入再浆化槽28的洗涤用水26的流速的数据。可以设置控制器38以计算再浆化槽28中的内含物重量变化的速率，其可被用来形成开启阀门42的控制信号，阀门42被设置成用来控制流入再浆化槽28的洗涤用水26，由此对泥浆32的水含量提供主动控制。相应地，在计算机控制下，能够选择性地和动态地控制供给至WAR系统34的再浆化淤泥32的任何所需的固体内含物的百分比(在实际界限内)。这种控制功能性可以是有利的，因为提供至WAR系统34的淤泥的固体内含物影响该淤泥的发热值，并且在WAR系统运行方面这能够增强控制的通用性(versatility)。图2是描绘了从本发明的若干方面来看有利的WAR系统34的某些部件的缩略示意图。WAR系统34可以包括加热器(例如再生热量交换器44)、一个或多个压力控制阀门46、反应器48和相分离器50。当不使用本发明的降低可溶物浓度的设备15时，这些部件会易于结垢，这进而要求实施有时以周计的昂贵且繁琐的除垢维护。根据本发明的一些方面，鉴于再浆化淤泥32中的硬化组分(例如钙、镁、铁等)的含量减少，现在可以有利地减少所述除垢维护的频率。另外，根据本发明的另一些方面，作为在再浆化淤泥32中腐蚀性成分含量减少的结果，现在可以使用耐腐蚀性降低的相对廉价的材料(例如，316L不锈钢，相对于通常应用于现有技术的特种材料，如镍基合金、钛、合金20镍-铬-钼不锈钢 C276合金等)。正如本领域技术人员所能理解的，这些现有的特种材料的成本可以是更易于遭受应力腐蚀开裂的不锈钢成本的约
4倍至约10倍。

[0015] 实施例

[0016] 具有浓缩器16的常规PACT系统可以产生的含7％固体的Cl-浓度为1000mg/l的废碳淤泥18，将会在WAR系统中对其处理。这种流会要求使用耐腐蚀材料例如钛用做WAR系统的高温/高压部件的构造材料。如果在脱水装置20中处理该流以产生35％的固体淤泥饼22，然后将其稀释回含7％固体的再浆化淤泥32，那么所得到的再浆化淤泥32中的- -Cl浓度会是140mg/l的Cl 。根据如下计算得出：

[0017] 每磅7％的固体淤泥中含13.29磅的水

[0018] (14.29磅淤泥×0.07＝1磅水)

[0019] 每磅35％的固体淤泥中含1.86磅的水

[0020] (2.86磅淤泥×0.35＝1磅水)

[0021] 因此，为了从7％固体脱水至35％固体，对于每磅固体要除去13.29-1.86＝11.43磅的水，按绝对值计算，这接近于11.43/13.29＝86％的原水和由此的86％的可溶性组分(例如，Cl)。因为只有保留了14％的Cl，所以在复水(re-watering)后浓度降低为140mg/-l Cl(14％of 1000)，这将容许使用316L不锈钢作为构造材料。可以将本发明引入现有的水处理工厂以通过在现有的PACT系统106和WAR系统108之间以流体连通的方式添加降低可溶物浓度的装置104来实现运行成本节省。或者，可以将本发明引入新建的水处理工厂，由此相比于现有技术的系统，因使用了廉价的材料和固有的低运行成本而实现了建造和基础成本的节省。尽管图1所示的降低可溶物浓度的装置是脱水/复水装置，本领域技术人员能理解可以使用能够实现该功能的其它技术和装置，例如用于图4中的降低可溶物浓度的装置104的离子交换装置。

[0022] 在前述的详细说明中，阐述了具体细节以便提供对所述实施方案的深入理解。然而，本领域技术人员会理解即使没有这些具体细节也可以实现本发明的实施方案，本发明不限于所阐述的实施方案，并且可以以多种任选的实施方案来实现本发明。在其它情形中，没有对本领域技术人员所熟知的方法、工序、部件进行详细描述以避免不必要的和繁琐的解释。因此，希望本发明只受限于所附权利要求的精神和范围。

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