CN109641769A - 用于处理高总溶解固体废水的***和方法 - Google Patents

Abstract

提供了使得能够有效地生物处理高盐浓度流体流(例如，废碱)以降低流体流中的COD浓度的***和方法。

Description

用于处理高总溶解固体废水的***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2016年8月31日的美国临时申请第62/381,890号的优先权和权益，其全部内容在此通过引用并入。

技术领域

本发明涉及用于处理废物流的处理***和方法，并且特别涉及使得能够有效地生物处理高的总溶解固体(TDS)浓度流体流(例如，废碱)以降低流体流中的化学需氧量(COD)浓度的***和方法。

背景技术

在诸如石油炼制和乙烯生产的工业中，有时采用苛性碱液洗涤来提高产品的品质和/或帮助炼制过程。进行碱洗以从相关烃流中除去例如硫化物组分和/或酸性组分。例如，来自这些处理的水性废碱流可能包含高化学需氧量(COD)和其他污染物，例如硫化物、硫醇、环烷酸盐、甲酚盐和乳化烃。水性废碱通常具有高pH浓度，例如，pH浓度为约13或以上。环境和安全考虑要求在排放到环境之前处理废碱。

为了降低废碱中的COD浓度，广泛实施废水的生物处理。通常用活性污泥处理废水，使得溶解和悬浮的有机物在生物反应器(例如，曝气处理罐)内在污泥停留时间期间例如受到细菌作用。然而，废碱的气味性质和反应性质经常阻碍单独使用生物处理作为单一的处理方法——即使在稀释废碱的情况下。由于该原因，将另一种处理(例如，湿空气氧化)与生物处理组合(例如，在其上游)使用来处理废碱。

湿空气氧化(WAO)是用于处理工艺流的公知技术，并且被广泛用于例如驱除废水(例如，前述废碱流)中的可氧化污染物。所述方法涉及在升高的温度和压力下通过氧化剂(通常是来自含氧气体的分子氧)对不期望的组分进行水相氧化。例如，所述方法可以将有机污染物转化为二氧化碳、水和可生物降解短链有机酸(例如乙酸)。包括硫化物、硫醇盐和氰化物的无机组分也可以被氧化。在废碱的情况下，WAO通过将硫化物和硫醇氧化成硫酸盐并且分解有毒的环烷类物质和甲酚类物质来使废碱解毒。

然而，关于废碱流的生物处理的一个问题是，即使在湿空气氧化之后，废碱中的总溶解固体(TDS)浓度也通常与生物处理不相合。TDS主要包含盐，并且还可以包含可溶解的有机物。如果TDS/盐浓度太高，则废碱可能引起生物处理效率降低，这可能导致可溶性COD和可溶性氮的高流出物浓度以及生物固体沉降减少。此外，TDS/盐浓度可能引起生物反应器中的渗透压显著增加，这可能进一步导致生物反应器停机。由于这些原因，通常将废碱流添加至非常大的生物处理***，其导致废碱的显著稀释。然而，所使用的稀释流体显著增加整个***的材料、成本、处理和体积。

此外，如果期望将废碱重新使用(在处理之后)于例如锅炉给水等目的，则需要从中除去盐。常见的盐去除方法是反渗透。然而，苛性碱流的用以允许生物处理的显著稀释和反渗透也显著增加流的体积，并因此显著增加所需相关反渗透单元的尺寸和待处理的流体的体积。反渗透通常还需要预处理步骤，相对于在不稀释的情况下处理废碱流的***，这还会增加***占地面积。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明人开发了使得能够湿空气氧化和生物处理高盐浓度废水(例如，废碱)同时显著减少占地面积、材料成本和操作成本的***和方法。在某些实施方案中，生物处理可以在稀释引入生物反应器中的废水的情况下进行，但是使用的稀释流体主要或完全在内部产生。在另一些实施方案中，高盐浓度废水的湿空气氧化和生物处理可以在根本不稀释废水的情况下完成，如本文所述。在任一种情况下，本文所述的方法和***允许处理废水，例如废碱、在处理装置中从其他流分离的流。以这种方式，减少或消除了可能由废碱与例如其他流的合并而产生的问题(例如，气味问题、起泡、毒性)。

更特别地，根据本发明的一个方面，本发明人开发了在生物处理之前利用原位产生的稀释流体稀释废水(例如，废碱)以允许有效地生物处理废水的***和方法。例如，稀释在不向相关***和过程添加或显著添加水的情况下进行，并且允许水(已经在***中)的再循环以在生物处理之前提供所需的稀释流体。换言之，一旦开始操作，***和过程不需要重复添加稀释流体以达到通常需要生物处理的排放要求。在另一个方面中，本文所述的方法和***允许从废碱流有效地减少COD和污染物，同时还提供了用于排放的经浓缩的经处理的苛性碱流。

根据本发明的另一个方面，本发明人开发了使得能够在不稀释起始流的情况下生物处理高盐浓度废水的另外的***和方法。在一个实施方案中，这通过以下来进行：首先使高盐浓度废水经历湿空气氧化过程以从废水减少第一量的COD，其后使来自湿空气氧化的高盐浓度流出物(第一经处理的流)与生物反应器中生物质和粉末状活性炭的混合物在有效地从废水进一步减少第二量的COD的条件下接触，其中认为粉末状活性炭为废水的附着生长生物处理提供基质(例如，废碳)。

根据本发明的一个方面，提供了用于其中包括化学需氧量(COD)浓度和至少约10g/L的总溶解固体(TDS)浓度的废水的处理方法，所述方法包括：

a)使废水经历湿空气氧化以从废水除去一定量的COD并产生包括第一降低的COD浓度和至少约10g/L的TDS浓度的第一经处理的流；

(b)使第一经处理的流在其中包括一定量的生物质和粉末状活性炭的生物反应器中经历生物过程，其中所述生物过程产生包括至少第二降低的COD浓度的第二经处理的流。

根据另一个方面，提供了另一处理***，其包括：

(a)其中包括化学需氧量(COD)浓度和至少约10g/L的总溶解固体(TDS)浓度的废水的源；

(b)湿空气氧化单元，所述湿空气氧化单元与所述源流体连通并且配置成用以从废水除去一定量的COD并产生相对于废水包含第一降低的COD浓度和至少约10g/L的TDS浓度的第一经处理的流；以及

(c)生物反应器，所述生物反应器在湿空气氧化单元的下游并且与湿空气氧化单元流体连通，其中所述生物反应器中包括一定量的生物质和粉末状活性炭，以及其中所述生物反应器配置成用以从第一经处理的流进一步除去COD并产生相对于第一经处理的流包含至少第二降低的COD浓度的第二经处理的流。

根据另一个方面，提供了用于其中包括化学需氧量(COD)浓度和总溶解固体(TDS)浓度的废水的处理方法，所述方法包括：

(a)将废水引导至湿氧化单元以在其中氧化可氧化污染物，由此产生包括第一降低的COD浓度和TDS浓度的第一经处理的流；

(b)用由盐水浓缩过程产生的稀释流体稀释第一经处理的流，由此产生具有经稀释的TDS浓度的经稀释的第一经处理的流；以及

(c)将经稀释的第一经处理的流引导至生物处理过程，其中所述生物处理过程包括使源流体与一定量的生物材料和活性炭材料接触，以及其中所述生物处理过程产生包括第二降低的COD浓度和经稀释的TDS浓度的第二经处理的流。

根据另一个方面，提供了用于其中包含污染物和盐浓度的废水的处理***，所述***包括：

(a)废水的源；

(b)与源流体连通的湿空气氧化单元；

(c)经由流体管线与湿氧化单元流体连通的生物反应器，所述生物反应器中包括生物质和粉末状活性炭；以及

(d)与生物反应器和流体管线流体连通的盐水浓缩器。

附图说明

考虑到附图在以下描述中对本发明进行说明，所述附图示出：

图1为根据本发明的一个方面的***的示意图。

图2为根据本发明的一个方面的另一***的示意图。

图3为根据本发明的一个方面的又一***的示意图。

图4为根据本发明的一个方面的又一***的示意图。

具体实施方式

现在参照附图，图1示出根据本发明的一个方面的***的第一实施方案。如所示，提供了用于处理其中包括至少COD浓度和总溶解固体(TDS)浓度的废水11(例如，废碱12)的处理***10。下文中，废水11可以被称为例如“废碱12”，然而，应理解，本发明不因此限于废碱。应理解，废水11还可以包括具有COD浓度和TDS浓度的任何其他水性流体。***包括废水11(例如，废碱12)的源14、经由流体管线18与源14流体连通的湿空气氧化(WAO)单元16。此外，***10还包括经由流体管线19与WAO单元16流体连通的生物反应器20，以及与生物反应器20(经由流体管线21)和与流体管线19(经由流体管线23)流体连通的盐水浓缩器22。

根据一个方面，盐水浓缩器22能够产生稀释流体28，稀释流体28用于稀释在生物反应器20上游的废水11(在湿空气氧化之后)，使得所得经稀释的流可以被最佳地且安全地递送至生物反应器20中的生物处理过程。以这种方式，使稀释水在***10内反复再循环。此外，稀释水的再循环消除了在具有例如高TDS浓度(例如，>约10g/L)的废碱的生物处理中从外部添加稀释水的需要。如本文所使用的，术语“约”是指为所述值的±1％的值。

源14可以包括任何合适的容器或***，由所述容器或***提供一定量的其中具有至少COD浓度和高TDS浓度的废水11(例如，废碱12)。“高TDS浓度”意指废水11包括至少10g/L TDS，以及在一些特定实施方案中包括约10g/L至200g/L TDS，以及在另一些实施方案中包括约100g/L至200g/LTDS。当废水包含废碱时，废碱12可以包含各自在本领域已知的精炼厂废碱或硫化物废碱。在一个实施方案中，术语“精炼厂废碱”是指在设备和过程的操作中产生的废碱，例如可以在炼油厂发现的那些废碱。精炼厂废碱通常具有高水平的化学需氧量(COD)，在一些情况下其为约400,000mg/L至500,000mg/L或更高。精炼厂废碱还可以包含环烷废碱或甲酚废碱。

环烷废碱可以由煤油和喷气燃料的洗涤产生，并且可以包含高浓度的由环烷酸组成的有机化合物，并且还可以包含酚化合物和还原的硫化合物。环烷废碱还可以包含高水平的化学需氧量(COD)，在一些情况下其大于100,000mg/L。环烷废碱还可以包含硫代硫酸盐和环烷酸，其可以在湿空气氧化过程中在高于约220℃至约280℃或更高的温度下被分解。甲酚废碱可以由汽油的洗涤产生，并且可以包含高浓度的酚化合物(甲酚酸)，并且还可以包含还原的硫化合物。

在另一个实施方案中，废碱12可以包含硫化物废碱。硫化物废碱可以由烃的洗涤产生，并且可以包含高浓度的还原的硫化合物(例如，硫化物和硫醇)和有机化合物。在一个特定实施方案中，硫化物废碱包含乙烯废碱。术语“乙烯废碱”是指在设备和过程的操作中产生的废碱，例如在乙烯生产装置处可以发现的那些废碱，例如在乙烯的洗涤中使用的苛性碱。例如，乙烯废碱可能来自于来自乙烯裂化装置的裂化气的碱洗。该液体可由碱洗塔产生。乙烯产物气体可能被H₂S(g)和CO₂(g)污染，并且这些污染物可以通过在碱洗塔中吸收而产生NaHS(aq)和Na₂CO₃(aq)来除去。氢氧化钠可以被消耗并且所得废水(乙烯废碱)被硫化物、碳酸盐和一小部分有机化合物污染。还可能存在在洗涤期间由烯烃的缩合产生的不溶性聚合物。包含能够通过如本文所述的湿氧化而被氧化的化合物的废碱的其他实例阐述在美国专利第9,630,867号中，其全部内容在此通过引用并入。

废水11(例如，废碱12)中的总溶解固体(TDS)浓度包含任意数量的盐物类，以及在一些情况下包含溶解的有机物。废水11中的示例性盐包括但不限于诸如碳酸盐、硫醇盐、二硫化物油、酚盐、甲酚盐、二甲酚盐和环烷酸盐、硫化物的碱金属盐的盐，以及添加到原始碱洗液中的任何碱性组分(例如，氢氧化钠)。在某些实施方案中，废水11可以包含硫化钠、二硫化钠和氢氧化钠。在一个方面中，TDS浓度为降低生物反应器20的效率或具有有害影响(例如，寿命)的浓度。在某些方面中，废水11具有等于大于10g/L的TDS浓度。在一个特定实施方案中，TDS浓度为100g/L至200g/L。在某些实施方案中，盐浓度包含氢氧化钠，并且废水11中的氢氧化钠的范围为约1重量％至约20重量％。

WAO单元16包括一个或更多个专用反应器容器，其中废水11(例如，废碱12)中的可氧化组分的氧化在升高的温度和压力(相对于大气条件)下并且在氧的存在下发生。在一个实施方案中，WAO过程在150℃至320℃(275°F至608°F)的温度下在10巴至220巴(150psi至3200psi)的压力下进行。此外，在一个实施方案中，废水11可以与氧化剂(例如，由压缩机供给的加压含氧气体)混合。氧化剂可以在废水11流过热交换器(未示出)之前和/或之后添加至废水11。在WAO单元16内，将其中的材料在有效地氧化废水11中的组分并产生包括第一降低的COD浓度(相对于废水11)和TDS浓度的第一经处理的流24的合适条件下加热合适的时间。还可以产生具有氧含量的气体部分(废气)。

生物反应器20可以包括一个或更多个合适的容器，每个包括一定量的生物质群，所述一定量的生物质群适用于进一步处理来自生物反应器20内的材料的一定量的化合物/污染物。在图1的实施方案中，在将第一经处理的流24递送至生物反应器20之前，用稀释流体28稀释第一经处理的流24以产生经稀释的流30。然后将经稀释的流30递送至生物反应器20。在一个实施方案中，在生物反应器20内处理的污染物包括从湿空气氧化保留的含碳化合物以及能够通过生物处理还原或驱除的任何其他化合物。在一个实施方案中，生物反应器20包括一个或更多个处理区。如本文所使用的，短语“处理区”用于表示独立的处理区域。独立的处理区域可以容置在具有一个或更多个隔室的单个容器中。或者，独立的处理区域可以容置在分开的容器中，其中在分开的容器中进行不同的处理。可以根据待处理的材料的期望应用和体积来确定处理区(例如，容器、罐或隔室)的尺寸和形状，以提供期望的保留时间。

生物质群可以包括有效地消化可生物降解材料的任何合适的细菌微生物群，包括在固体产生减少下这样做的细菌微生物群。固体产生减少的示例性废水处理描述于美国专利第6,660,163、5,824,222、5,658,458和5,636,755号中，各自都通过整体引用并入本文。细菌可以包括适于在缺氧和/或需氧条件下繁殖的任何细菌或细菌组合。代表性需氧属包括细菌，不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、动胶菌属(Zoogloea)、无色杆菌属(Achromobacter)、黄杆菌属(Flavobacterium)、诺卡氏菌属(Norcardia)、蛭弧菌属(Bdellovibrio)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、球衣菌属(Shpaerotilus)、贝日阿托氏菌属(Baggiatoa)、发硫菌属(Thiothrix)、Lecicothrix和地霉菌属(Geotrichum)；硝化细菌，亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter)；以及原生动物，纤毛纲(Ciliata)、钟虫属(Vorticella)、盖纤虫属(Opercularia)和累枝虫属(Epistylis)。代表性缺氧属包括反硝化细菌，无色杆菌属(Achromobacter)、气杆菌属(Aerobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、芽孢杆菌属(Bacillus)、短杆菌属(Brevibacterium)、黄杆菌属(Flavobacterium)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)、微球菌属(Micrococcus)、变形杆菌属(Proteus)、假单胞菌属(Pserudomonas)和螺菌属(Spirillum)。示例性厌氧生物包括梭菌属(Clostridium spp.)、蛋白胨球厌氧菌(Peptococcus anaerobus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium spp.)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio spp.)、棒状杆菌属(Corynebacterium spp.)、乳酸杆菌(Lactobacillus)、放线菌属(Actinomyces)、葡萄球菌属(Staphylococcus)和大肠杆菌(Escherichia coli)。

在某些实施方案中，生物反应器20中还可以包括一定量的活性炭材料。认为活性炭的存在还可以帮助吸附可能对生物质有毒的化合物，从而保护生物质。当存在时，活性炭可以以有效地吸附或以其他方式除去来自经稀释的流30的一定量的有机材料的量提供。在一个特定实施方案中，活性炭包括粉末状活性炭。在某些方面中，活性炭可以有效地除去递送到生物反应器20的流体(经稀释的流30)中的一定量的顽固性有机物。如本文所使用的，顽固性有机物定义了一类相对于经稀释的流30中的大部分有机物可能缓慢地或难以生物降解的有机物。例如，顽固性有机物包括合成有机化学品。其他顽固性有机物包括多氯联苯、多环芳族烃、多氯二苯并对二英和多氯二苯并呋喃。内分泌干扰化合物也是一类顽固性有机物，其可能影响生物体内的激素***，并且在环境中发现。

在一个实施方案中，可以将活性炭添加至生物反应器20中并且使其与经稀释的流30接触足以吸附来自经稀释的流30的材料的时间。应理解，可以将活性炭在***10内任何位置处引入***10中，只要活性炭存在于生物反应器20中即可。通常，将活性炭直接添加至生物反应器20。或者，可以在生物反应器20的上游添加活性炭。

除了活性炭之外，在某些实施方案中，生物反应器20可以包括本领域已知的膜生物反应器，其中包括用于从经稀释的流30减少一定量的TDS的一个或更多个多孔膜或半透膜。在一些实施方案中，膜设置在生物反应器20的壳体内。在另一些实施方案中，膜设置在与生物反应器20不同的壳体内，其可以称为“膜单元”。在一个实施方案中，一个或更多个膜(为了便于参照，下文中用“膜”)可以包括如本领域已知的微滤膜或超滤膜。此外，膜可以具有适合于其预期应用的任何构造，例如片材或中空纤维。

此外，膜可以由具有用于其预期应用的期望孔隙率和/或渗透性的任何合适的材料形成。在一个实施方案中，膜可以由聚合物中空纤维形成。在另一些实施方案中，膜可以包括陶瓷材料，例如陶瓷平板。此外，膜可以具有任何合适的形状和截面积，例如正方形、矩形或圆筒形。在一个实施方案中，膜具有矩形形状。此外，在一个实施方案中，可以例如垂直地设置一个或更多个膜，以这样的方式使其被经处理的流、生物材料和活性炭(如果存在的话)完全浸没。

在设置时，生物反应器20或离散膜单元可以包括与其相连的用于供给流体(例如，气体)以冲洗膜并且防止固体积聚在其中的膜表面上的鼓风机。在一个实施方案中，可以设置另外的鼓风机(如果需要)以便为生物反应器20中的生物质供给含氧气体。每个鼓风机可以产生细小气泡、粗气泡、气体的喷射流、气体和流体的喷射流、及其组合。气体可以包括氮气、空气、燃料气体或任何其他合适的气体。此外，鼓风机可以沿一个或更多个膜的长度提供气体。通常还可以设置泵以产生合适的抽吸力而将期望的材料拉过每个膜。

可以将具有进一步降低的COD含量(相对于第一经处理的流24)的第二经处理的流26从生物反应器20或膜单元(当存在时)递送至盐水浓缩器22。如以下详细说明的，当存在盐水浓缩器22时，盐水浓缩器22的目的是产生稀释流体28，例如具有相对低盐浓度(例如，小于50g/LTDS)的水性流，其可以用于反复稀释来自WAO单元16的第一经处理的流24并且在被递送至生物反应器20之前产生经稀释的流30(在每次稀释时)。然后将经稀释的流30递送至生物反应器20进行处理。

盐水浓缩器22可以包括采用从流体除去TDS并产生相对于引入到盐水分离器22的流体具有降低的TDS浓度的稀释流体28的过程的任何合适的装置。在一个方面中，盐水浓缩器22可以配置成用以进行合适的过程，例如高压反渗透、膜过滤、蒸发、正向渗透等。应理解，所选择的技术及其操作可以基于需要再循环并递送至第一经处理的流24以用于其稀释的稀释水的量。在一个实施方案中，盐水浓缩器22包括如本领域已知的反渗透单元，其将产生TDS浓缩物和渗透物(其可以用于稀释第一经处理的流24)。

盐水浓缩器22可以设置在***中的不同点处。以下描述详细说明了其中具有不同定位的盐水浓缩器22的两个不同***的操作。然而，应理解，本发明不限于公开的实施方案。在图1至2中所示的实施方案中，盐水浓缩器22提供可以用于稀释在废水的源14与盐水浓缩器22之间的废水的流体(稀释流体30)。在另一些实施方案中，公开了在生物处理之前无需稀释废水的用于处理废水的另一些***和方法，如以下将说明的。

再次参照图1，将包括COD浓度和TDS浓度(例如，10g/L至200g/L)的一定量的废水11(例如，废碱12)从废水源14递送至WAO单元16。在WAO单元16中，使废水11经历湿空气氧化以在其中处理可氧化污染物并产生包括第一降低的COD浓度(相对于流12)并且包括TDS浓度的第一经处理的流24。TDS浓度通常不被湿空气氧化过程改变或基本不被其改变(例如，降低小于10％)。在一个实施方案中，当设置稀释时，将第一经处理的材料24在递送至生物反应器20之前或在生物反应器20内用稀释流体28稀释。在一个实施方案中，将第一经处理的材料24与通过流体管线23(其在WAO 16与生物反应器20之间建立流道)递送的稀释流体28混合/合并。所得经稀释的流30因此具有经稀释的TDS/盐浓度，从而使经稀释的流30更适于在生物反应器20中处理。在某些实施方案中，经稀释的流30的TDS浓度小于约50g/L。

在这种情况下，稀释流体28由盐水浓缩器22提供，使得不需要添加外部稀释流体源，从而减少材料、处理和操作成本。在示出的实施方案中，盐水浓缩器22可以包括如本领域已知的反渗透单元32，并且稀释流体28可以包含来自反渗透单元32的渗透物34。或者，稀释流体28由于在盐水浓缩器22处的不同处理而可以包含具有降低TDS浓度的流体。除了稀释流体34之外，盐水浓缩器22将提供TDS(盐)浓缩物36。在一个实施方案中，TDS浓缩物36的盐浓度可以为例如50g/L至200g/L，其可以与原始废水11相当。TDS浓缩物36可以被引导至任何合适的位置，例如用于储存、运输或进一步处理的位置。

在一个实施方案中，盐水浓缩器22接收直接来自生物反应器20的进料。然而，应理解，本发明不限于此。在如图2所示的另一个实施方案中，示出用于处理废水11(例如，废碱12)的***100的另一个实施方案。在该实施方案中，***100替代配置成使得经处理的流离开生物反应器20并且与离开盐水浓缩器22的TDS浓缩物合并以提供合并再浓缩流，然后将合并流递送至盐水浓缩器22的入口。以这种方式，所述方法包括将来自生物反应器20处的生物处理的第二经处理的流26与来自盐水浓缩器22处的盐水浓缩处理的一定量的TDS浓缩物36再浓缩。所述方法还包括将再浓缩(合并)流引导至盐水浓缩器22处的盐水浓缩过程以再产生稀释流体28和盐浓缩物36。

为了说明并且如图2所示，示出具有与***10相同的组件并且在其中添加另外的组件的***100。在***100中，废水11(例如，废碱12)从其源14经由流体管线18被递送至WAO单元16。从WAO单元16，第一经处理的流24离开WAO单元16并且经由流体管线19被导向生物反应器20。然而，在该实施方案中，盐水浓缩器22不直接接收来自生物反应器20的流体，但仍然产生待与第一经处理的流24合并的稀释流体28。在一个实施方案中，盐水浓缩器22包括反渗透单元。

在操作中，盐水浓缩器22产生稀释流体28和TDS浓缩物36，如前所述。然而，在该实施方案中，盐水浓缩器22替代地经由流体管线101递送TDS浓缩物36以与离开生物反应器20的第二经处理的流26合并。为了容纳流26、36二者，***100还包括在其中TDS浓缩物36和第二经处理的流26可以合并并且任选地混合在一起的容器102。流26、36可以被单独引入容器102中，或者可替选地，来自线101的浓缩物36可以与示出的流体管线103(流体管线103限定生物反应器20与容器102之间的流道)中的第二经处理的流26合并。所得合并(再浓缩)TDS(盐)流104可以经由流体管线105从容器102被递送回盐水浓缩器22以经由流体管线106再次提供稀释流体28，以在进入生物反应器20之前稀释第一经处理的流24。合并流104的TDS浓度为至少约10g/L，并且在一个实施方案中为约10g/L至200g/L，并且在一些特定实施方案中为约100g/L至200g/L。

根据另一个方面，本发明人出乎意料地发现，如果在包括有效量的生物质和粉末状活性炭的生物反应器内处理废水11(例如，废碱12)，则稀释不是必需的。如本文所使用的，术语“有效量”是指达到预期结果所需的量。不希望受理论束缚，认为粉末状活性炭颗粒本身充当生物质可以在其上保留并生长的基质，从而提供附着生长生物处理。此外，粉末状活性炭本身还可以通过吸附等辅助COD还原(经由吸附等)，从而与通常用于其他“附着生长”***中以用于在其中生物生长的不具有这样它们自身的吸附特性或去除特性的人造结构(例如，盘和过滤器)相比，从与其接触的材料除去目标化合物。

参照图3，示出无需稀释废水的用于处理高盐浓度(例如，10g/L至200g/L TDS)废水11(例如，废碱)的示例性***200。如所示，废水11从其源14被递送至湿空气氧化(WAO)单元16。如本文先前所述，当废水11包含废碱12时，废碱12可以包含精炼厂废碱、硫化物废碱或其混合物。废水11包括COD浓度和至少10g/L的TDS(盐)浓度，并且在一个特定实施方案中TDS(盐)浓度为约10g/L至约200g/L。在WAO单元16内，使废水11在有效地产生具有降低的COD浓度(相对于废水11)和与废水11相同或基本相同的TDS浓度的第一经处理的流24的时间、温度、压力和富氧条件下经历湿空气氧化过程。在某些实施方案中，TDS浓度的至少90重量％从废水11被运送至第一经处理的流24(在湿空气氧化之后)。

在图3的实施方案中，经WAO处理的废碱(第一经处理的流24)可以在不稀释流24的情况下从湿空气氧化单元16直接被递送至生物反应器20。为了实现这一点，生物反应器20中包括有效地进一步降低第一经处理的流24中的COD量并产生具有低于预定水平的COD浓度的第二经处理的流26的一定量的生物质和一定量的粉末状活性炭。在一个实施方案中，预定水平为约50mg/L。生物质和粉末状活性炭可以以有效地在其中减少期望量的COD的合适比例设置在生物反应器20内。在一个实施方案中，生物反应器20中粉末状活性炭和生物质的重量比为约1:1至约5:1，并且在一个特定实施方案中为约3:1至5:1。再次重申，合并生物质和粉末状活性炭被认为允许经WAO处理的废碱(流24)(即使在其高盐浓度下)的附着生长生物处理。以这种方式，***200消除了稀释经WAO处理的废碱24的需要，并且还允许单独(不与其他水性流合并)处理废水11(例如，废碱12)，这节约了设备成本、材料费用、空间和操作费用，并且这防止如上所述可能的气味、毒性和起泡问题。

可以通过任何合适的处理和结构将具有进一步降低的COD浓度的第二经处理的流26与生物质/活性炭分离，并且可以将其从生物反应器20回收。在一个实施方案中，如图3所示，来自生物反应器20的流出物202(包括经处理的流26、粉末状活性炭和生物质)从生物反应器20被递送至固/液分离器204。固/液分离器204配置成用以从液体部分分离固体生物质/活性碳以提供第二经处理的流26。固/液分离器204可以包括膜单元(例如，反渗透单元)、旋液分离器、带式压滤机、离心机、澄清器、其组合，或任何其他合适的装置。在任何情况下，所得第二经处理的流26可以包括小于用于处置、排放、递送或运输的预定阈值的COD浓度。在一些实施方案中，阈值为50mg/L。在一个实施方案中，第二经处理的流26仍然具有来自原始废水11的高TDS(包含盐)浓度。在一个实施方案中，第二经处理的流26的TDS浓度为约10mg/L至200mg/L(与原始废水11相当)。

在一些实施方案中，可能期望在再利用、处置、排放、运输或储存第二经处理的流26之前从第二经处理的流26减少TDS。在一个实施方案中，例如，固/液分离器204可以包括膜单元，所述膜单元包括如本文先前所述的在壳体内的复数个膜，其将保留TDS(包括盐)作为渗余物并且允许渗透物流过膜单元具有降低TDS浓度。或者，可以使用用于从引入其中的流除去TDS的任何其他合适的装置。在某些实施方案中，固/液分离器20(例如，膜单元)可以为如图3所示的来自生物反应器20的离散单元。

在另一些实施方案中，生物反应器20本身中可以配备有固/液分离器204，所述固/液分离器204使得能够从生物反应器中的液体(第一经处理的流24)除去TDS，并且产生具有降低的TDS浓度的流出物(第二经处理的流26)。在一个实施方案中，如图4所示，示出具有与***200相同组件的***300，不同之处在于生物反应器20包括膜生物反应器212。使废水11(例如，废碱12)在WAO单元16中经历湿空气氧化以提供第一经处理的流24，然后将第一经处理的流24递送至膜生物反应器212。在这种情况下，膜生物反应器212中可以包括一定量的生物质、粉末状活性炭和一个或更多个膜206，以用于从生物反应器中的液体部分分离固体/TDS并产生第二经处理的流26。在这种情况下，第二经处理的流26相对于第一经处理的流24包括降低的COD浓度并且还包括降低的TDS浓度。膜206可以具有如上所述的任何合适的结构。在一些实施方案中，膜206容置在生物反应器20内的不同膜壳体(单元)中。生物处理、活性炭处理和膜过滤在一个单元中的组合可以以例如来自Siemens Energy,Inc.的MBR***商购获得。例如，与由使用单独的活性污泥、超滤和活性炭级的常规处理***所需的面积相比，该紧凑***通常占用50％的更小空间，并且还显著降低设备和操作成本。

在本文所述的任何实施方案中，并且如图4所示，可能期望的是使来自生物反应器20的废活性炭再生。在这种情况下，可以将一定量的废碳208经由管线209从生物反应器20的出口递送回WAO单元16，以在其中再生废碳材料并氧化生物固体(当存在时)和可氧化材料(例如，有机物)。“废”意指碳材料在生物反应器20中进一步除去目标组分的能力至少降低。在某些实施方案中，废碳在湿空气氧化单元16中再生，同时处理引入其中的废水11。一旦再生至期望程度，包含至少废碳以及任选地还包含第一经处理的流26的流出物210可以经由管线211被返回至生物反应器20以在其中使用/处理。

在本文所述的***和过程中，应理解，在本文所述的组件、容器、***和过程中的任一者中可以包括一个或更多个入口、通道、混合器、过滤器、出口、泵、阀、冷却器、能量源、流量传感器或控制器(包括微处理器和存储器)等，以用于促进其中材料中的任一者的流的引入、引入、输出、定时、收集(volume)、选择和引导。另外，可以提供存储在计算机可读介质上的指令以辅助以自动化方式进行本文描述的任何功能。此外，技术人员应理解或能够改变为实现期望结果所必需的浓度、体积、流速和其他参数。

由以下实施例将更全面地理解本发明的这些实施方案和另一些实施方案的功能和优点。这些实施例旨在本质上是说明性的，并且不应被认为限制本发明的范围。

实施例

实施例1：在不稀释的情况下模拟废碱处理

首先，通过实验数据确定，盐浓度低至30g/L，常规活性污泥处理在不稀释进料流的情况下不能满足50mg/L溶解有机碳(DOC)要求。为了比较，模拟经由如上所述的MBR工艺处理乙烯废碱湿空气氧化(WAO)流出物。将来自该测试的流出物过滤并且分析溶解的组分。表1示出测试的最终阶段的结果，其中将另外5％(50g/L)硫酸钠(Na₂SO₄)形式的TDS添加至WAO流出物以达到10重量％或100g/L。下表1中的数据清楚地表明，在粉末状活性炭(PAC)的辅助下，TDS浓度<10％(<100g/L)在不进行任何稀释的情况下满足50mg/L流出物DOC(溶解有机碳)要求。

表1

实施例2：用WAO进行废碳再生

检测了如本文所述的用于使在废碱的处理中使用的碳再生的方法。将与达到流出物品质所需的每日碳剂量相等的一定量的废碳递送至湿空气氧化(WAO)单元并且使其与1重量％至20重量％(10g/L至200g/L)TDS乙烯废碱同时再生。然后使再生碳与经处理的苛性碱流一起流回附着生长生物处理过程。

数据显示，来自生物处理的废碳可以令人满意地再生(即使在与废碱合并时)。事实上，下表3中所示的数据说明显著再生最高至20％的废碱。

表3

虽然本文已经示出并描述了本发明的多个实施方案，但是明显的是这些实施方案仅通过示例的方式提供。在不脱离本文中的发明的情况下，可以做出多种变化、改变和替换。因此，旨在本发明仅受所附权利要求的精神和范围限制。

Claims (36)

1.一种用于废水(11)的处理方法，所述废水(11)中包括至少约10g/L的总溶解固体(TDS)浓度和化学需氧量(COD)浓度，所述方法包括：

a)使所述废水(11)经历湿空气氧化，以从所述废水(11)除去一定量的COD并产生包括至少约10g/L的TDS浓度和第一降低的COD浓度的第一经处理的流(24)；

b)使所述第一经处理的流(24)在其中包括一定量的生物质和粉末状活性炭的生物反应器(20)中经历生物过程，其中所述生物过程产生包括至少第二降低的COD浓度的第二经处理的流(26)。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述第一经处理的流(24)中的TDS浓度为10g/L至200g/L。

3.根据权利要求2所述的处理方法，其中所述第一经处理的流(24)中的TDS浓度为100g/L至200g/L。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述废水(11)中的TDS的至少90重量％被输送至所述第二经处理的流(26)。

5.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述第二经处理的流(26)中的所述第二降低的COD浓度为50mg/L或更小。

6.根据权利要求1所述的处理方法，还包括：

将来自所述生物反应器(20)的一定量的废碳(208)递送至湿空气氧化单元(16)以经由湿空气氧化而使一定量的所述废碳(11)再生；以及

将再生碳(210)返回至所述生物反应器(20)以在所述生物过程中进一步使用所述再生碳(210)。

7.根据权利要求1所述的处理方法，还包括使所述第二经处理的流(26)经历分离过程以进一步降低所述第二经处理的流(26)中的TDS浓度。

8.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述分离过程包括膜过滤和反渗透中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述生物反应器(20)中还包括复数个膜(206)，其中所述方法还包括经由使所述第一经处理的流(24)通过所述复数个膜(206)来除去在所述生物反应器(20)中的所述第一经处理的流(26)中的TDS浓度的至少一部分。

10.根据权利要求1所述的处理方法，还包括：

经由湿空气氧化使来自所述生物反应器(20)的废碳(208)再生；以及

将再生碳(210)再循环回到所述生物反应器(210)。

11.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述废水(11)包含废碱(12)。

12.根据权利要求12所述的处理方法，其中所述废碱(12)包含精炼厂废碱或硫化物废碱。

13.根据权利要求14所述的处理方法，其中所述硫化物废碱包含乙烯废碱。

14.一种处理***(10、100、200、300)，包括：

其中包括至少10g/L的总溶解固体(TDS)浓度和化学需氧量(COD)浓度的废水(11)的源(14)；

湿空气氧化单元(16)，所述湿空气氧化单元(16)与所述源(14)流体连通并且被配置成用以从所述废水(11)除去一定量的COD并产生第一经处理的流(24)，所述第一经处理的流(24)包含至少10g/L的TDS浓度和相对于所述废水(11)的第一降低的COD浓度；以及

生物反应器(20)，所述生物反应器(20)在所述湿空气氧化单元(16)的下游并且与所述湿空气氧化单元(16)流体连通，其中所述生物反应器(20)中包括一定量的生物质和粉末状活性炭，其中所述生物反应器(20)被配置成用以从所述第一经处理的流(24)进一步除去COD并产生第二经处理的流(26)，所述第二经处理的流(26)包含相对于所述第一经处理的流(24)的至少第二降低的COD浓度。

15.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述废水(11)中的TDS浓度为10g/L至200g/L。

16.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述废水(11)中的TDS浓度为100g/L至200g/L。

17.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述第二经处理的流(206)中的COD浓度为50mg/L或更小。

18.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，还包括：

第一再循环管线(209)，所述第一再循环管线(209)在所述生物反应器(20)的出口与所述湿空气氧化单元(16)的入口之间延伸，并且配置成用以将来自所述生物反应器(20)的一定量的废碳(208)递送至所述湿空气氧化单元(16)；

第二管线(211)，所述第二管线(211)从所述湿空气氧化单元(16)的出口延伸至所述生物反应器(20)的入口，以便将来自所述湿空气氧化单元(16)的再生碳(210)返回至所述生物反应器(20)。

19.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，还包括在所述生物反应器(20)下游的固/液分离器(204)，所述固/液分离器(204)配置成用以进一步从所述第二经处理的流(26)中的液体分离固体并降低所述第二经处理的流(26)中TDS浓度的量。

20.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述固/液分离器(204)包括膜过滤单元、反渗透单元、旋液分离器、带式压滤机、离心机和澄清器中的至少一者。

21.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述生物反应器(20)中还包括复数个膜(206)。

22.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述废水(11)包含废碱(12)。

23.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述废碱(12)包含精炼厂废碱或硫化物废碱。

24.根据权利要求14所述的***(10、100、200、300)，其中所述硫化物废碱包含乙烯废碱。

25.一种用于废水(11)的处理方法，所述废水(11)中包括化学需氧量(COD)浓度和总溶解固体(TDS)浓度，所述方法包括：

(a)将所述废水(11)引导至湿氧化单元(16)以在其中氧化可氧化污染物，由此产生包括第一降低的COD浓度和所述总溶解固体浓度的第一经处理的流(24)；

(b)用由盐水浓缩过程产生的稀释流体(28)稀释所述第一经处理的流(24)，由此产生相对于所述废水(11)具有经稀释的总溶解固体浓度的经稀释的第一经处理的流(30)；以及

(c)将所述经稀释的第一经处理的流(30)引导至生物处理过程，其中所述生物处理过程包括使所述废水(11)与一定量的生物材料和活性炭材料接触，以及其中所述生物处理过程产生具有所述经稀释的总溶解固体浓度的包括第二降低的COD浓度的第二经处理的流。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述废水(11)中的所述总溶解固体浓度为10g/L至200g/L。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一经处理的流(24)的总溶解固体浓度小于50g/L。

28.根据权利要求25所述的方法，其中所述生物处理过程还包括使所述废水(11)与一个或更多个膜(206)接触。

29.根据权利要求25所述的方法，其中所述盐水浓缩过程包括反渗透过程。

30.根据权利要求25所述的方法，其中所述稀释流体(28)经由以下来提供：

将来自所述生物处理的所述第二经处理的流(26)引导至盐水浓缩过程；以及

将所述第二经处理的流(26)分离成TDS浓缩物(36)和所述稀释流体(28)。

31.根据权利要求30所述的方法，还包括：

将来自所述生物处理过程的所述第二经处理的流(26)与来自所述盐水浓缩过程的一定量的TDS浓缩物(36)合并；以及

将所合并的流(104)引导至所述盐水浓缩过程以再产生所述稀释流体(28)和所述TDS浓缩物(36)。

32.一种用于废水(11)的处理***(10、100、200、300)，所述废水(11)中包括化学需氧量(COD)浓度和总溶解固体(TDS)浓度，所述***(10、100、200、300)包括：

所述废水(11)的源(14)；

与所述源(14)流体连通的湿空气氧化单元(16)；

经由流体管线(19)与所述湿空气氧化单元(16)流体连通的生物反应器(20)，所述生物反应器(20)中包括生物质和粉末状活性炭；以及

与所述生物反应器(20)和所述流体管线(19)流体连通的盐水浓缩器(22)。

33.根据权利要求34所述的***(10、100、200、300)，其中所述盐水浓缩器(22)配置成用以将由所述盐水浓缩器(22)产生的稀释流体(28)递送至在所述湿空气氧化单元(16)与所述生物反应器(20)之间的所述流体管线(19)以产生经稀释的第一经处理的流(30)。

34.根据权利要求34所述的***(10、100、200、300)，其中所述废水(11)中的总溶解固体浓度为10g/L至200g/L。

35.根据权利要求36所述的***(10、100、200、300)，其中所述生物反应器中还包括一个或更多个膜。

36.根据权利要求36所述的***(10、100、200、300)，还包括：

容器(102)，所述容器(102)配置成用以接收来自所述生物反应器(20)的第二经处理的流(26)并且接收来自所述盐水浓缩器(22)的TDS浓缩物(36)以产生合并流体(104)；

其中所述容器(12)与所述盐水浓缩器(22)流体连通以用于将所述合并流体(104)递送至所述盐水浓缩器(22)，以由所述合并流体(104)产生所述稀释流体和TDS浓缩物(36)。