具有碳再生回路的水处理装置和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求申请日为2012年8月29日的美国临时专利申请No. 61/694,387的权 益，其以引用的方式并入本申请。
技术领域
[0003] 本发明主要涉及水处理系统，更具体涉及利用活性炭颗粒（granularactivated carbon) (GAC)的水处理系统。
【背景技术】
[0004] 吸附是通过使用吸附剂从溶液中结合并移除某些物质的过程。活性炭是水、市政 污水和有机工业废水的处理中常用的吸附剂，并且通常以粉末或颗粒的形式使用。
[0005] 美国专利No. 7972512描述了使用GAC处理包括（如来自炼油厂的）油的工业废 水的系统。该处理系统使工业废水在生物膜上曝气池中暴露于GAC。优选地，借助于筛子避 免GAC进入膜中。当耗尽了GAC吸附有机化合物的能力之后，其变得"失效"。失效的GAC 通过卸料口从曝气池中被移出，而新鲜的GAC被引入系统至它所在位置。可以通过移除所 吸附的有机物、借由热处理过程如湿空气再生（WAR)或在再生炉中处理失效的GAC或者将 其转移到别处以进行再生（再活化）。
[0006] 其他没有生物膜而利用活性炭的水处理系统是已知的。这种系统可以通过GAC柱 或罐来循环待处理的水。失效的GAC柱或罐从系统移除后要么被丢弃要么被转移至再生设 施。
[0007] 失效的GAC通常在炉中于高温下再生。使用化学试剂、臭氧或湿空气氧化来再生 GAC也是已知的。再生颗粒材料时的一个顾虑是要限制由再生过程导致的颗粒尺寸范围的 劣化。
【附图说明】
[0008] 本发明在以下的说明书中基于附图被详述，附图示出了 ：
[0009] 图1示出了根据本发明的一项实施方式的水处理系统的示意图。
[0010] 图2A-2C示出了根据本发明的一个方面的用于再生GAC系统的另一项实施方式的 示意图。
[0011] 图3A-3C示出了根据本发明的一个方面的用于再生GAC系统的另一项实施方式的 示意图。
[0012] 图4A-4B示出了根据本发明的一个方面的用于再生GAC系统的另一项实施方式的 示意图。
【发明内容】
[0013] 本发明的发明人开发了利用活性炭颗粒（GAC)且包括集成的碳再生回路的水处 理系统和工艺。鉴于现有技术的系统要求从系统中移除失效的GAC以进行处理或转运它处 再生，本发明的各个方面设想能够在水处理系统自身内再生GAC的系统和工艺，从而节省 操作支出。这种系统包括工艺用水回路（processwatercircuit)以及与该工艺用水回路 流体连通的碳再生回路。此外，在再生过程中由再生回路产生的负载了有机物的水可在工 艺用水回路中被进一步处理，而不是像现有技术的系统那样通常在随后单独的反应器中处 理。在一些实施方式中，本发明通过将含有GAC的容器同时用作工艺用水处理器和湿空气 再生反应器，在未对GAC进行任何物理移动下实现了所有这些功能。
[0014] 图1示出了根据本发明的这样一个水处理系统50的示意图。系统50包括水回路 52和碳再生回路54。水回路52包括处理设备56,在其中水暴露于有机污染物并被其污染。 处理设备56可以采用任何已知的形式，例如工业废水处理设备或市政水处理设施。水回路 52包括GAC/水接触器58,其中由处理设备56产生的被有机污染物污染的水暴露于活性炭 颗粒。例如，GAC/水接触器58可包括开放的曝气池或者封闭的柱或罐。碳再生回路54包 括碳再生设备60例如可用于为湿空气再生（wetairregeneration) (WAR)过程提供并处 理水。碳再生回路54与水回路52流体连通，如图所示其通过GAC/水接触器58处的管道62 相互连接。在GAC/水接触器为开放的曝气容器的生物系统中，用低能量泵将失效的GAC转 移到专用再生器（dedicatedregenerationvessel)以最小化GAC颗粒的侵蚀。在GAC柱 系统中，GAC/水接触器本身可被用来进行WAR过程，从而保障GAC颗粒并进一步简化系统。 再生回路54优选地在临界条件下提供高含氧水来氧化所吸附的组分以及在显著低于现有 技术中的WAR过程所使用的温度下溶解失效的GAC的生物固体，从而进一步保存GAC颗粒 的完整性。在一些实施方式中，碳再生回路54只循环氧饱和的液体，由此通过两相流来避 免GAC颗粒的侵蚀并且最大化氧化效果以在相比于现有技术系统降低的温度下促进再生。 下面将参照其它附图对本发明附加的实施方式和任选的特征进行更充分地描述。
[0015] 图2A-2C示出了根据本发明的一个方面的废水处理系统10的第一实施方式。如 图2A-2C所示，系统10包括包含有机污染源和GAC/水接触器12的水回路15。系统10进 一步包括碳活化回路（carbonreactivationcircuit) 25,其与GAC/水接触器12可分离 的流体连通。"可分离的"，意味着水回路25的操作可被分离出来或者要不然与碳再生回路 25的操作分开。在一个实施方式中，水回路15的操作通过如图所示的一个或多个阀门（V) 与碳再生回路25的操作分离。在一些实施方式中，碳再生回路15与水回路25可拆卸地 (removably)连接。例如，可通过拖车或滑轮将定义碳再生回路25的装置运送至包括现存 水回路15的设施，并且如本文所述两个回路可被流体连通以操作系统。以这种方式，本发 明的方面可结合进修合包（backfit)或升级包（upgradebasis)，以及新设计的设备。
[0016] GAC/水接触器12通常包含多种现有技术已知的GAC颗粒14以捕获至少部分有机 污染物。在一项实施方式中，GAC/水接触器12为装载了 GAC的曝气池，其是现有技术已知 的膜生物反应器（MBR)的组件。通常，向曝气池中的GAC/水接触器12添加微生物来帮助 分解被吸附在GAC上的有机物。美国专利7, 972, 512中描述了示例性的曝气池，其全部内 容以参考的方式并入本文。在另一项实施方式中，GAC/水接触器12包括经填充的GAC容 器，例如GAC柱、GAC盒（cartridge)、或者现有技术已知的GAC生物过滤器。在生物过滤器 的情况中，GAC容器可以包括多种微生物以分解被吸附在GAC上的有机化合物。
[0017] GAC颗粒14适用于从含有有机化合物的流中移除一定量的有机化合物。在一项实 施方式中，所述含有有机化合物的流是工业废水流，例如来自炼油过程的废水流。GAC/水 接触器12中待移除的流中的示例性材料包括但不限于农药、苯酚、邻苯二甲酸和径，例如 芳香径。一旦将GAC/水接触器12交付（besubjectedto)含有有机化合物的流，至少部 分GAC颗粒14的进一步吸附含碳化合物的能力通常就会用尽或"失效"。因此，暴露于流之 后，会提供一定量的失效的GAC20。
[0018] 碳再生回路25包括一个或多个足以再生一定量的失效的GAC20的组件。如下将 详细描述和展示，在一项实施方式中，碳再生回路25包括彼此相互连接的至少一个泵，至 少一个加热器，以及压缩含氧气体源（sourceofpressurizedoxygen-containinggas)， 来循环经加热的含氧水