使用臭氧增強(qiáng)厭氧消化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了制備含有臭氧和具有低于用于在厭氧消化器中處理有機(jī)廢物原料的預(yù)定百分?jǐn)?shù)的氧濃度的“載氣”或吹掃氣體的氣流的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，將臭氧和未反應(yīng)的氧氣從臭氧發(fā)生器傳送到變壓吸附循環(huán)，其中所述臭氧吸附到篩網(wǎng)上且將過量的氧氣從所述循環(huán)中除去。隨后將具有受限的氧濃度的吹掃氣體用以使臭氧從所述變壓吸附循環(huán)脫附且將所述臭氧傳送到厭氧消化器，在此將所述臭氧用以處理所述原料。
【專利說明】使用臭氧增強(qiáng)厭氧消化的方法
【背景技術(shù)】
[0001]臭氧(O3)是一種具有許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的強(qiáng)力消毒劑。例如，臭氧用以氧化來自飲用水的有機(jī)污染物，包括天然存在的產(chǎn)生味道和氣味的化合物。臭氧還用于來自廢水二次處理的排出物中以在作為間接飲用水再次使用或排放到水體中之前從水中除去痕量的有機(jī)污染物和干擾內(nèi)分泌的化合物(EDCs)。
[0002]臭氧氣體(O3)通常在基于電暈放電的發(fā)生器中由空氣或高純度氧氣(O2)制備。對(duì)于較大的臭氧需求，氧氣通常是價(jià)格比較低廉的氣體源的選項(xiàng)。在商業(yè)電暈放電發(fā)生器中氧氣到臭氧的轉(zhuǎn)化率通常在3%至14%之間，且在一些應(yīng)用中，所得氧氣-臭氧混合物作為產(chǎn)物不經(jīng)進(jìn)一步的處理而直接提供給下游使用者。
[0003]業(yè)已發(fā)現(xiàn)，臭氧也可通過將難以生物降解的化合物轉(zhuǎn)化成更易于生物降解的化合物來用以增強(qiáng)厭氧消化。臭氧可以此方式用以由厭氧消化增強(qiáng)沼氣生產(chǎn)。對(duì)于污泥的厭氧消化，理論上，臭氧溶解細(xì)胞膜，由此暴露細(xì)菌的更易于生物降解的細(xì)胞質(zhì)。常稱作酒糟的發(fā)酵廢物可含有對(duì)厭氧細(xì)菌具有毒性的諸如酚的化合物和其他頑抗性的較大的基于碳的化合物。用臭氧預(yù)處理該進(jìn)料將減少或消除這些毒性化合物且使得這些較大的化合物更易于生物降解，由此降低在消化器中需要的停留時(shí)間。在厭氧消化工藝中，不希望存在過量的氧氣，因?yàn)檠鯕馔ㄟ^促進(jìn)需氧消化而降低甲烷(CH4)產(chǎn)率。
[0004]因此，需要從臭氧產(chǎn)生工藝中回收未反應(yīng)的氧氣的改善方法以使得排出物可有效地用于厭氧消化工藝，同時(shí)保持在臭氧產(chǎn)生系統(tǒng)中的高效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一方面，本發(fā)明為一種方法，所述方法包括:(a)產(chǎn)生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣的第一氣流；(b)從所述第一氣流中分離至少一部分臭氧；(c)形成包含在步驟(b)中從所述第一氣流中分離的至少一部分臭氧的第二氣流，所述第二氣流具有不超過18%重量的氧氣；(d)使用厭氧消化工藝處理廢水；和(e)在使用所述厭氧消化工藝處理所述廢水之前或在使用所述厭氧消化工藝處理所述廢水的同時(shí)，使所述第二氣流與所述廢水的至少一部分接觸。
[0006]另一方面，本發(fā)明為一種用臭氧處理廢水的方法，所述方法包括:(a)產(chǎn)生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣的第一氣流；(b)使用變壓吸附循環(huán)將至少一部分臭氧從所述第一氣流轉(zhuǎn)移到第二氣流，所述第二氣流包含不超過18%重量的氧氣；和(c)使所述第二氣流與所述廢水在厭氧消化器的上游或在厭氧消化器內(nèi)接觸。
[0007]又一方面，本發(fā)明為一種用臭氧處理廢水的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:臭氧發(fā)生器，其在操作上構(gòu)造成由氧氣源產(chǎn)生第一氣流，所述第一氣流包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣；變壓吸附系統(tǒng)，其在操作上構(gòu)造成(I)接收所述第一氣流和將至少一部分臭氧從所述第一氣流轉(zhuǎn)移到第二氣流，(2)排出所述第二氣流，和(3)排出第三氣流，所述第二氣流包含不超過18%重量的氧氣，所述第三氣流包含在將所述至少一部分臭氧轉(zhuǎn)移到所述第二氣流之后從所述第一氣流剩余的氣體，所述第三氣流包含至少50%重量的氧氣；和第一界面，其在操作上構(gòu)造成使所述第二氣流與廢水在厭氧消化器內(nèi)或在與厭氧消化器流體連通的第一容器內(nèi)接觸。
[0008]以下代表本發(fā)明的其他方面。
[0009]方面1.方法，其包括:
(a)產(chǎn)生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣的第一氣流；
(b)從所述第一氣流中分離至少一部分臭氧；
(c)形成包含在步驟(b)中從所述第一氣流中分離的至少一部分臭氧的第二氣流，所述第二氣流具有不超過18%重量的氧氣；
(d)使用厭氧消化工藝處理廢水；和
(e)在使用所述厭氧消化工藝處理所述廢水之前或在使用所述厭氧消化工藝處理所述廢水的同時(shí)，使所述第二氣流與所述廢水的至少一部分接觸。
[0010]方面2.方面I和3-9中任一方面的方法，其中步驟(b)和(C)包括變壓吸附循環(huán)的步驟。
[0011]方面3.方面1、2和4-9中任一方面的方法，其中步驟(C)包括形成包含吹掃氣體和在步驟(b)中從所述第一氣流分離的至少一部分臭氧的第二氣流，所述第二氣流具有不超過18%重量的氧氣且所述吹掃氣體包含至少90%體積的氮?dú)狻?br> `0012]方面4.方面1-3和5-9中任一方面的方法，其中步驟(C)包括形成包含吹掃氣體和在步驟(b)中從所述第一氣流分離的至少一部分臭氧的第二氣流，所述第二氣流具有不超過18%重量的氧氣且所述吹掃氣體基本上由二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔锝M成。
[0013]方面5.方面1-4和6-9中任一方面的方法，其還包括:
(f)從所述第一氣流分離第三氣流，所述第三氣流包含至少80%的氧氣；和
(g)將所述第三氣流傳送到需氧消化器。
[0014]方面6.方面1-5和7-9中任一方面的方法，其還包括:
(h)從所述第一氣流分離第三氣流，所述第三氣流包含至少80%的氧氣；和
(i)使用所述第三氣流作為臭氧發(fā)生器的供應(yīng)氣流的至少一部分以用于進(jìn)行步驟
(a)。
[0015]方面7.方面1_6、8和9中任一方面的方法，其中步驟(e)的進(jìn)行在位于在其中進(jìn)行步驟(d)的厭氧消化器的上游且與所述厭氧消化器流體連通的消化器預(yù)處理室中開始。
[0016]方面8.方面1-7和9中任一方面的方法，其還包括:
U)使氣相排出物能夠從厭氧消化器流到沼氣分離器；
(k)從沼氣分離在所述氣相排出物中所含的二氧化碳；和
(I)將在步驟(k)期間分離的二氧化碳再次用于步驟(C)中。
[0017]方面9.方面3-8中任一方面的方法，其還包括:
(m)使用液氮冷卻來自厭氧消化器的沼氣的至少一部分，其引起所述液氮的至少一些變成氮蒸氣；和
(η)使用所述氮蒸氣作為所述吹掃氣體的至少一部分。
[0018]方面10.用臭氧處理廢水的方法，所述方法包括:
(a)產(chǎn)生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣的第一氣流；
(b)使用變壓吸附循環(huán)將至少一部分臭氧從所述第一氣流轉(zhuǎn)移到第二氣流，所述第二氣流包含不超過18%重量的氧氣；和
(c)使所述第二氣流與所述廢水在厭氧消化器的上游或在厭氧消化器內(nèi)接觸。[0019]方面11.方面10、12和13中任一方面的方法，其中步驟(C)至少部分地在與所述厭氧消化器和所述變壓吸附循環(huán)流體連通的消化器預(yù)處理室中發(fā)生，所述消化器預(yù)處理室在所述變壓吸附循環(huán)的下游。
[0020]方面12.方面10、11和13中任一方面的方法，其還包括:
(d)使氣相排出物流能夠從所述厭氧消化器流到沼氣分離器；
(e)將所述沼氣分離成包含二氧化碳的第一組分流和包含甲烷的第二組分流；和
(f)將所述第一組分流作為步驟(b)的第二氣流再次使用。
[0021]方面13.方面10-12中任一方面的方法，其還包括:
(g)使氣相排出物流能夠從所述厭氧消化器流到沼氣分離器；
(h)將所述沼氣分離成包含二氧化碳的第一組分流和包含甲烷的第二組分流；
(i)使用液氮冷卻所述第二組分流，其引起所述液氮的至少一些變成氮蒸氣；和 U)使用所述第一組分流和所述氮蒸氣中的至少一種作為步驟(b)的第二氣流。
[0022]方面14.用臭氧處理廢水的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
臭氧發(fā)生器，其在操作上構(gòu)造成由氧氣源產(chǎn)生第一氣流，所述第一氣流包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣；
變壓吸附系統(tǒng)，其在操作上構(gòu)造成接收所述第一氣流和將至少一部分臭氧從所述第一氣流轉(zhuǎn)移到第二氣流，排出所述第二氣流，和排出第三氣流，所述第二氣流包含不超過18%重量的氧氣，所述第三氣流包含在將所述至少一部分臭氧轉(zhuǎn)移到所述第二氣流之后從所述第一氣流剩余的氣體，所述第三氣流包含至少50%重量的氧氣；和
第一界面，其在操作上構(gòu)造成使所述第二氣流與廢水在厭氧消化器內(nèi)或在與厭氧消化器流體連通的第一容器內(nèi)接觸。
[0023]方面15.方面14和16-20中任一方面的系統(tǒng)，其中所述變壓吸附系統(tǒng)包括篩網(wǎng)，所述變壓吸附系統(tǒng)在操作上構(gòu)造成使所述至少一部分臭氧吸附到所述篩網(wǎng)上，隨后使用吹掃氣體使至少一部分吸附的臭氧脫附，所述第二氣流包含脫附的臭氧和所述吹掃氣體。
[0024]方面16.方面14、15和17_20中任一方面的系統(tǒng)，其中所述吹掃氣體包含至少90%體積的氮?dú)狻?br> [0025]方面17.方面14-16和18_20中任一方面的系統(tǒng)，其還包括需氧消化器和第二界面，所述第二界面在操作上構(gòu)造成使所述第三氣流與所述廢水在所述需氧消化器內(nèi)或在與所述需氧消化器流體連通的第二容器內(nèi)接觸。
[0026]方面18.方面14-17、19和20中任一方面的系統(tǒng)，其還包括與所述變壓吸附系統(tǒng)和所述臭氧發(fā)生器流體連通的輸出管線，所述輸出管線在操作上構(gòu)造成使所述第三氣流返回到所述臭氧發(fā)生器。
[0027]方面19.方面14-18和20中任一方面的系統(tǒng)，其還包括與所述厭氧消化器流體連通的沼氣分離器，所述沼氣分離器在操作上構(gòu)造成將所述沼氣分離成包含二氧化碳的第一組分流和包含甲烷的第二組分流，且其中所述吹掃氣體包含所述第一組分流。
[0028]方面20.方面14-19中任一方面的系統(tǒng)，其還包含在操作上構(gòu)造成使用液氮冷卻所述第二組分流的換熱器和在操作上構(gòu)造成從所述換熱器接收氮蒸氣的第三容器，其中所述吹掃氣體包含所述氮蒸氣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的示意圖；
圖2為本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方案的示意圖；且
圖3為表示供臭氧PSA系統(tǒng)使用的合適的示例性PSA循環(huán)的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0030]除非在本文中另有說明，否則在本說明書、附圖和權(quán)利要求書中確定的任何和所有百分?jǐn)?shù)都將被理解為基于重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算。
[0031]為了幫助描述本發(fā)明，在本說明書和權(quán)利要求書中可使用方向性術(shù)語(例如，上、下、左、右等)來描述本發(fā)明的各部分。這些方向性術(shù)語僅用來幫助描述本發(fā)明和請(qǐng)求保護(hù)本發(fā)明，而不是想要以任何方式限制本發(fā)明。
[0032]在權(quán)利要求書中，使用字母來識(shí)別所要求保護(hù)的步驟(例如(a)、(b)和(C))。這些字母用來幫助提及方法步驟，且除非在權(quán)利要求書中具體記載了進(jìn)行所要求保護(hù)的步驟的順序且只是在該程度下，否則其并非想要指出進(jìn)行所要求的步驟的順序。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法提供了從臭氧產(chǎn)生工藝中回收未反應(yīng)的氧氣以使得排出物可有效地傳送到厭氧消化工藝、同時(shí)保持在臭氧產(chǎn)生系統(tǒng)中的高效率的有效方式。
[0034]厭氧消化包括微 生物在相對(duì)缺乏氧氣的情況下分解生物可降解材料的一系列工藝。消化工藝從進(jìn)料的細(xì)菌水解開始以分解諸如碳水化合物的不溶性有機(jī)聚合物且使它們可用于與其他細(xì)菌的反應(yīng)。產(chǎn)酸細(xì)菌隨后將糖和氨基酸轉(zhuǎn)化成二氧化碳、氫氣、氨和有機(jī)酸。產(chǎn)乙酸菌隨后將所得有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成乙酸以及其他氨、氫氣和二氧化碳。最后，產(chǎn)甲烷菌將這些產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳(沼氣的主要組分)。所產(chǎn)生的消化物可進(jìn)一步分離成富含營養(yǎng)的肥料和廢水流。所述廢水流在排放或可能再次使用之前通常經(jīng)由需氧消化進(jìn)一步處理。
[0035]厭氧消化廣泛用作可再生能源的來源。該方法產(chǎn)生沼氣，如上所述沼氣主要包含甲烷和二氧化碳。該沼氣可直接用作烹飪?nèi)剂?，直接用于熱電?lián)合氣體發(fā)動(dòng)機(jī)中，或升級(jí)成為天然氣品質(zhì)的生物甲烷。沼氣作為燃料源使用有助于降低對(duì)化石燃料的依賴。
[0036]許多有機(jī)材料可經(jīng)由厭氧消化加工。然而，一些有機(jī)廢物具有頑抗性且在厭氧消化器中的細(xì)菌難以將其消化。例如，多酚是發(fā)酵工藝的有機(jī)副產(chǎn)物，但其不可生物降解。擱置不用厭氧消化處理，這類廢物通常與消化物一起除去且因此從未轉(zhuǎn)化成沼氣。其他類型的有機(jī)廢物對(duì)位于厭氧消化器中的細(xì)菌具有毒性，且因此，如果不預(yù)先處理，該廢物就可能使得消化器工藝難以控制。已經(jīng)表明這些原料的預(yù)臭氧化將多酚及其他頑抗性分子分解成更易于生物降解的較小有機(jī)分子。另外，臭氧可與對(duì)消化細(xì)菌具有毒性的化合物反應(yīng)以使得這些化合物對(duì)細(xì)菌沒有毒性。
[0037]臭氧氣體通常在基于電暈放電的發(fā)生器中由空氣或高純度氧氣制備。臭氧在所生成的氣相中的典型濃度視發(fā)生器功率和在用以產(chǎn)生臭氧的氣體進(jìn)料中使用的氧氣的濃度而為3-14%。產(chǎn)生臭氧的總成本通常計(jì)算為操作電暈放電發(fā)生器的動(dòng)力成本與用于氣體進(jìn)料的氧氣(或壓縮空氣)的成本的總和。對(duì)于給定的臭氧生產(chǎn)速率，操作空氣進(jìn)料系統(tǒng)所需要的動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于操作高純度氧氣進(jìn)料系統(tǒng)所需要的動(dòng)力。通常，對(duì)于需要高臭氧發(fā)生的較大系統(tǒng)來講，氧氣是進(jìn)料氣體的更經(jīng)濟(jì)的選擇。
[0038]另一方面，對(duì)于進(jìn)入?yún)捬跸骰虺粞躅A(yù)處理室的原料，需要不引入過量的氧氣，因?yàn)檠鯕鈱⑼ㄟ^促進(jìn)需氧消化和CO2產(chǎn)生而降低所產(chǎn)生沼氣的品質(zhì)。另外，如果含有甲烷、惰性氣體和氧氣的氣體混合物落在易燃下限和易燃上限之間，則過量的氧氣積聚在沼氣中會(huì)是一個(gè)安全隱患。
[0039]本文所述的本發(fā)明為用于制備含有臭氧和“載氣”的氣流的系統(tǒng)和方法，所述載氣具有用于處理有機(jī)廢物原料的受限氧含量。在一些實(shí)施方案中，在所述載氣中的最大氧含量可例如為18%重量。參考圖1,現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案。圖1示出了示例性系統(tǒng)10的示意圖。最初，高純度氧氣流12進(jìn)入臭氧發(fā)生器14，在此一部分(通常3-14%重量)的氧氣轉(zhuǎn)化成臭氧。所述高純度氧氣流可例如包含至少95%重量的氧氣(如果其是液態(tài)氧源)或至少90%重量的氧氣(如果其是真空變壓吸附源)。包含臭氧和未反應(yīng)的氧氣的排出流16隨后離開臭氧發(fā)生器14且傳送到變壓吸附(“PSA”)系統(tǒng)20。在一些實(shí)施方案中，排出流16包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣。PSA系統(tǒng)20用以從排出流16中回收未反應(yīng)的氧氣，且如下所述，以提供具有充分低的百分?jǐn)?shù)的氧氣的載氣以將臭氧傳輸?shù)絽捬跸?8。在供選的實(shí)施方案中，所產(chǎn)生的臭氧可經(jīng)由使用具有臭氧滲透膜的系統(tǒng)從氧氣流分離。
[0040]在典型的PSA循環(huán)中，臭氧從臭氧發(fā)生器輸出流(例如，排出流16)選擇性地吸附到吸附床中的篩網(wǎng)上，且隨后在未反應(yīng)的氧氣被收集并從PSA循環(huán)除去之后使用吹掃氣體從篩網(wǎng)脫附。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，經(jīng)由再循環(huán)流36可能將回收的貧臭氧氧氣壓縮并傳送回臭氧發(fā)生器14，或作為替代經(jīng)由輸出流38將回收的貧臭氧氧氣傳送到位于相同位置的需氧消化器40。在供選的實(shí)施方案中，從PSA循環(huán)收集的一部分臭貧氧氧氣可直接通到需氧消化器，且可將剩余氧氣壓縮并傳送回到臭氧發(fā)生器中。在一些實(shí)施方案中，包括未反應(yīng)的氧氣的氣流包含至少50%重量且更優(yōu)選至少80%重量的氧氣?；仡^參考圖1的實(shí)施方案，未反應(yīng)的氧氣一旦從PSA系統(tǒng)中除去，已經(jīng)吸附在吸附床中的臭氧則被吹掃氣體18脫附。因?yàn)橄Ｍ拗苽魉偷絽捬跸鞯难鯕獾牧?，所以吹掃氣體18應(yīng)該具有小于預(yù)定百分?jǐn)?shù)的氧氣。吹掃氣體18可包含例如空氣、氮?dú)狻O2或其混合物。在一些供選的實(shí)施方案中，在空氣中的氧氣含量可能太高而`不適合用作直接進(jìn)入?yún)捬跸鞯拇祾邭怏w。在這些實(shí)施方案中，在吹掃氣體18中氧氣的預(yù)定百分?jǐn)?shù)可為不超過18%。
[0041]回頭參考圖1的實(shí)施方案，組合的吹掃氣體18和脫附的臭氧隨后經(jīng)由排出流22離開PSA系統(tǒng)20。PSA循環(huán)和系統(tǒng)在相關(guān)領(lǐng)域中眾所周知。合適的PSA循環(huán)和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例在題為用于臭氧生產(chǎn)的變壓吸附循環(huán)(Pressure Swing Adsorption Cycle for OzoneProduction)的美國專利申請(qǐng)公開案US 2010/0189635A1號(hào)中指出，該公開案的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合在本文中，引用的程度就如同全面描述一樣。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解在上述參考文獻(xiàn)中教導(dǎo)的用于操作PSA循環(huán)的系統(tǒng)和方法在細(xì)節(jié)加以必要的改變的情況下完全適用于本申請(qǐng)的實(shí)施方案。圖3也示出了供根據(jù)本發(fā)明的PSA臭氧系統(tǒng)和方法使用的合適的示例性PSA循環(huán)。
[0042]在一些實(shí)施方案中，在排出流22在PSA系統(tǒng)20下游傳送之前，可能希望排放排出流22的初始部分，因?yàn)槲磸腜SA系統(tǒng)20除去的氧氣可能以高于所要濃度的濃度存在于排出流22的初始部分中。
[0043]仍然參考圖1的實(shí)施方案，在一些構(gòu)型(configuration)中，含有臭氧和吹掃氣體的排出流22可直接進(jìn)入與PSA系統(tǒng)20流體連通且位于PSA系統(tǒng)20下游的消化器預(yù)處理室24中。在消化器預(yù)處理室24中，使用臭氧來預(yù)處理(預(yù)臭氧化)提供在欲處理的物流25中的原料(廢水)。換句話說，讓排出流22中的臭氧與廢水在消化器預(yù)處理室24中接觸。消化器預(yù)處理室24與厭氧消化器28流體連通。離開消化器預(yù)處理室24的排出流26進(jìn)入?yún)捬跸?8，在此其繼續(xù)與原料接觸并反應(yīng)。由于在進(jìn)入消化器預(yù)處理室24的排出流22中存在受限的氧氣，所以從消化器預(yù)處理室24離開的排出流26的溶解氧含量低于在用混合氧氣/臭氧流預(yù)處理的進(jìn)料流中的溶解氧含量。在一些實(shí)施方案中，在排出流26中的氧氣百分?jǐn)?shù)應(yīng)該為不超過18%。在供選的實(shí)施方案中，可優(yōu)選在排出流26中的氧氣百分?jǐn)?shù)基本上小于18%。
[0044]在供選的實(shí)施方案中，在可能不需要用于臭氧預(yù)處理的單獨(dú)容器的情況下，可以從該系統(tǒng)中完全省略消化器預(yù)處理室。僅舉例而言，在圖1中示意性示出了排出物作為排出流42從PSA系統(tǒng)20直接通到厭氧消化器28。應(yīng)當(dāng)理解的是，使排出流22與廢水25在厭氧消化器的上游和/或在厭氧消化器中接觸。
[0045]在厭氧消化器28中完成厭氧消化工藝之后，處理過的原料的液相部分則可經(jīng)由液體流出流30離開系統(tǒng)10，且處理過的原料的氣相部分可經(jīng)由氣體排出流32離開系統(tǒng)
10。所述厭氧消化工藝可用諸如畜糞、廢污泥或諸如釜餾物和酒糟的食品和飲料加工廢物作為原料。所述厭氧消化器可用諸如專用于沼氣生產(chǎn)的青貯飼料的專門生長(zhǎng)的能源作物進(jìn)料。
[0046]示例性系統(tǒng)110的第二實(shí)施方案示意性示于圖2中。在該實(shí)施方案中，與在系統(tǒng)10的第一實(shí)施方案中的元件相同的系統(tǒng)110的元件以增加100的附圖標(biāo)記給出。例如，系統(tǒng)10的第一實(shí)施方案的臭氧發(fā)生器14與系統(tǒng)110的第二實(shí)施方案的臭氧發(fā)生器114相同。為了清楚起見，與第一實(shí)施方案共有的該實(shí)施方案的一些特征在圖2中編號(hào)，但在本說明書中沒有重復(fù)。`
[0047]在圖2所示的實(shí)施方案中，離開厭氧消化器128的氣體排出流132通到用于進(jìn)行沼氣分離工藝134的設(shè)備。該工藝分離沼氣與氣體排出流132的其他氣態(tài)組分。在該實(shí)施方案中，從沼氣分離工藝134離開的排出流118作為進(jìn)入PSA系統(tǒng)120的吹掃氣體使用以使臭氧從PSA系統(tǒng)120中的吸附床脫附。在一些實(shí)施方案中，氮?dú)饪蓛?yōu)選作為吹掃氣體使用，因?yàn)槠湎鄬?duì)不起反應(yīng)且可幫助控制沼氣的pH。在一些實(shí)施方案中，所述吹掃氣體包含至少90%體積的氮?dú)?。在供選的實(shí)施方案中，所述吹掃氣體可基本上由二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔锝M成。如上所述，用于將臭氧從PSA系統(tǒng)120吹掃到厭氧消化器128的氮?dú)饪赏ǖ秸託夥蛛x工藝134，且隨后作為離開沼氣分離工藝134的排出流118傳送以便在PSA系統(tǒng)120中再次作為吹掃氣體再次使用。在一些實(shí)施方案中，在沼氣分離工藝134中的沼氣分離成包含二氧化碳的第一組分流和包含甲烷的第二組分流，且所述第一組分流的二氧化碳作為離開沼氣分離工藝134的排出流118使用以在PSA系統(tǒng)120中再次作為吹掃氣體使用。
[0048]在供選的實(shí)施方案中，液氮(“LIN”)源144可經(jīng)由管線146傳送且在沼氣分離工藝134期間間接(經(jīng)由換熱器148)用以冷卻并冷凝沼氣中的甲烷。該甲烷可包含上述第二組分流的甲烷。該換熱過程將趨于引起一些或全部LIN蒸發(fā)到氣相中。在一些實(shí)施方案中，該轉(zhuǎn)化后的氮?dú)?蒸氣)可收集在容器150中。根據(jù)本文公開的系統(tǒng)和方法，該收集的氮?dú)怆S后可經(jīng)由輸出管線152從容器150傳送到PSA系統(tǒng)120，在此將其用作吹掃氣體的至少一部分，所述吹掃氣體使臭氧從PSA系統(tǒng)120脫附。
[0049]由此可見，已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案及其供選的實(shí)施方案公開了本發(fā)明。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可預(yù)期在不偏離本發(fā)明的預(yù)期的精神和范圍的情況下來自本發(fā)明的教導(dǎo)的各種變化、改進(jìn) 和改變。本發(fā)明意在僅受隨附權(quán)利要求書的限定。
【權(quán)利要求】
1.方法，其包括: (a)產(chǎn)生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣的第一氣流； (b)從所述第一氣流中分離至少一部分臭氧； (c)形成包含在步驟(b)中從所述第一氣流中分離的至少一部分臭氧的第二氣流，所述第二氣流具有不超過18%重量的氧氣； (d)使用厭氧消化工藝處理廢水；和 (e)在使用所述厭氧消化工藝處理所述廢水之前或在使用所述厭氧消化工藝處理所述廢水的同時(shí)，使所述第二氣流與所述廢水的至少一部分接觸。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)和(C)包括變壓吸附循環(huán)的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(c)包括形成包含吹掃氣體和在步驟(b)中從所述第一氣流分離的至少一部分臭氧的第二氣流，所述第二氣流具有不超過18%重量的氧氣且所述吹掃氣體包含至少90%體積的氮?dú)狻?br> 4.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(c)包括形成包含吹掃氣體和在步驟(b)中從所述第一氣流分離的至少一部分臭氧的第二氣流，所述第二氣流具有不超過18%重量的氧氣且所述吹掃氣體基本上由二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔锝M成。
5.權(quán)利要求1的方法，其還包括: (f)從所述第一氣流分離第三氣流，所述第三氣流包含至少80%的氧氣；和` (g)將所述第三氣流傳送到需氧消化器。
6.權(quán)利要求1的方法,其還包括: (f)從所述第一氣流分離第三氣流，所述第三氣流包含至少80%的氧氣；和 (g)使用所述第三氣流作為臭氧發(fā)生器的供應(yīng)氣流的至少一部分以用于進(jìn)行步驟(a)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(e)的進(jìn)行在位于在其中進(jìn)行步驟(d)的厭氧消化器的上游且與所述厭氧消化器流體連通的消化器預(yù)處理室中開始。
8.權(quán)利要求1的方法,其還包括: (f)使氣相排出物能夠從厭氧消化器流到沼氣分離器； (g)從沼氣分離在所述氣相排出物中所含的二氧化碳；和 (h)將在步驟(k)期間分離的二氧化碳再次用于步驟(C)中。
9.權(quán)利要求3的方法，其還包括: (f)使用液氮冷卻來自厭氧消化器的沼氣的至少一部分，其引起所述液氮的至少一些變成氮蒸氣；和 (g)使用所述氮蒸氣作為所述吹掃氣體的至少一部分。
10.用臭氧處理廢水的方法，所述方法包括: (a)產(chǎn)生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣的第一氣流； (b)使用變壓吸附循環(huán)將至少一部分臭氧從所述第一氣流轉(zhuǎn)移到第二氣流，所述第二氣流包含不超過18%重量的氧氣；和 (c)使所述第二氣流與所述廢水在厭氧消化器的上游或在厭氧消化器內(nèi)接觸。
11.權(quán)利要求10的方法，其中步驟(c)至少部分地在與所述厭氧消化器和所述變壓吸附循環(huán)流體連通的消化器預(yù)處理室中發(fā)生，所述消化器預(yù)處理室在所述變壓吸附循環(huán)的下游。
12.權(quán)利要求10的方法，其還包括: (d)使氣相排出物流能夠從所述厭氧消化器流到沼氣分離器； (e)將所述沼氣分離成包含二氧化碳的第一組分流和包含甲烷的第二組分流；和 (f)將所述第一組分流作為步驟(b)的第二氣流再次使用。
13.權(quán)利要求10的方法，其還包括: (d)使氣相排出物流能夠從所述厭氧消化器流到沼氣分離器； (e)將所述沼氣分離成包含二氧化碳的第一組分流和包含甲烷的第二組分流； (f)使用液氮冷卻所述第二組分流，其引起所述液氮的至少一些變成氮蒸氣；和 (g)使用所述第一組分流和所述氮蒸氣中的至少一種作為步驟(b)的第二氣流。
14.用臭氧處理廢水的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 臭氧發(fā)生器，其在操作上構(gòu)造成由氧氣源產(chǎn)生第一氣流，所述第一氣流包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧氣； 變壓吸附系統(tǒng)，其在操作上構(gòu)造成接收所述第一氣流和將至少一部分臭氧從所述第一氣流轉(zhuǎn)移到第二氣流，排出所述第二氣流，和排出第三氣流，所述第二氣流包含不超過18%重量的氧氣，所述第三氣流包含在將所述至少一部分臭氧轉(zhuǎn)移到所述第二氣流之后從所述第一氣流剩余的氣體，所述 第三氣流包含至少50%重量的氧氣；和 第一界面，其在操作上構(gòu)造成使所述第二氣流與廢水在厭氧消化器內(nèi)或在與厭氧消化器流體連通的第一容器內(nèi)接觸。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述變壓吸附系統(tǒng)包括篩網(wǎng)，所述變壓吸附系統(tǒng)在操作上構(gòu)造成使所述至少一部分臭氧吸附到所述篩網(wǎng)上，隨后使用吹掃氣體使至少一部分吸附的臭氧脫附，所述第二氣流包含脫附的臭氧和所述吹掃氣體。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述吹掃氣體包含至少90%體積的氮?dú)狻?br> 17.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其還包括需氧消化器和第二界面，所述第二界面在操作上構(gòu)造成使所述第三氣流與所述廢水在所述需氧消化器內(nèi)或在與所述需氧消化器流體連通的第二容器內(nèi)接觸。
18.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其還包括與所述變壓吸附系統(tǒng)和所述臭氧發(fā)生器流體連通的輸出管線，所述輸出管線在操作上構(gòu)造成使所述第三氣流返回到所述臭氧發(fā)生器。
19.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其還包括與所述厭氧消化器流體連通的沼氣分離器，所述沼氣分離器在操作上構(gòu)造成將所述沼氣分離成包含二氧化碳的第一組分流和包含甲烷的第二組分流，且其中所述吹掃氣體包含所述第一組分流。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其還包含在操作上構(gòu)造成使用液氮冷卻所述第二組分流的換熱器和在操作上構(gòu)造成從所述換熱器接收氮蒸氣的第三容器，其中所述吹掃氣體包含所述氮蒸氣。
【文檔編號(hào)】C02F3/28GK103508560SQ201310235317
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】A.O.韋斯特, V.P.霍拉基亞, N.漢奈 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司