可规模化的漂浮微曝气单元、装置和方法制造方法及图纸

公开了用于从水/废水体和物流中生物去除硫化物的漂浮微曝气单元(FMU)装置、系统和方法。在一些方面中，系统包括：歧管结构，该歧管结构包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出；连接至歧管结构的一个或多个支持结构，其中所述一个或多个支持结构在包括水或废水的流体的表面上是可漂浮的；和使空气流至歧管结构的空气源，从而使歧管结构供应含有预定量的氧(例如低于0.1mg/L的氧)的空气以将流体的硫化物氧化。体的硫化物氧化。体的硫化物氧化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可规模化的漂浮微曝气单元、装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利文件要求于2019年2月27日提交的题为“SCALABLE FLOATING MICRO
‑
AERATION UNIT,DEVICES AND METHODS”的美国临时专利申请No.62/811,496的优先权和权益。将上述专利申请的全部内容通过引用的方式作为本专利文件公开内容的一部分而并入。


[0003]本专利文件涉及水和废水技术。

技术介绍

[0004]出于安全和环境保护的目的，在很多工业化的国家中已通过法律对硫及其化合物、特别是硫化氢向大气中的容许排放设定了严格限制。如此一来，对于用于将硫从污染的水去除而使硫及其化合物的排出和释放最小化的有效且低成本方法的开发存在日益增长的兴趣。

技术实现思路

[0005]公开了用于将水和废水体和物流中的硫化物(sulfide，硫离子)去除的可规模化的微曝气装置、系统和方法。
[0006]在一些方面中，用于将硫化物从水或废水去除的系统包括：歧管(manifold，多口管)结构，其包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出；连接至歧管结构的一个或多个支持结构，其中所述一个或多个支持结构在包括水或废水的流体的表面上是可漂浮的；和空气源，其被配置成向歧管结构提供空气，以使空气通过位于流体处的一个或多个开口从歧管结构流出，以促进流体中的硫化物的氧化，其中从歧管结构的内部流出的空气包括包含低于0.1mg/L氧(O2)的量的氧气。
[0007]在一些方面中，将硫化物从含有水或废水的流体去除的方法包括：使含有水或废水的流体与歧管结构接触，该歧管结构包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出，其中歧管结构被配置为基于连接至歧管结构的一个或多个支持结构而漂浮在流体的表面上；使空气从歧管结构的内部流出以向流体供应包含低于0.1mg/L氧(O2)的量的氧气；和将来自流体的硫化物转化为元素硫(elemental sulfur，单质硫)。
[0008]可以以提供一种或多种以下特征的具体方式实现本专利文件中描述的主题。
附图说明
[0009]图1A和1B显示了用于将硫化物从水和/或废水体和物流去除的根据本技术的漂浮微曝气单元(FMU)的示例实施方式的图。
[0010]图1C显示了在FMU装置的示例实现方式上的生物膜生长的图像。
[0011]图1D和1E显示了用于将硫化物从水和/或废水体和物流去除的根据本技术的FMU
的示例实施方式的图。
[0012]图2A和2B分别显示了来自示例实现方式的具有或没有硫化物氧化细菌生长材料的FMU装置的图像。
[0013]图2C显示了FMU装置的示例实现方式的曝气环和曝气模块的图像。
[0014]图3A和3B显示了描绘在示例FMU装置的水和/或废水表面处的空气流和空气分布的流动模拟的数据绘图。
[0015]图4显示了根据本技术的一些实施方式的FMU装置的示例实施方式的图像，该FMU装置连接至示例微生物燃料电池(MFC)反应器以形成FMU
‑
MFC系统。
[0016]图5显示了描绘在具有或没有FMU装置的情况下示例实施方式的MFC反应器的阴极电位的数据绘图。
[0017]图6显示了在用于酿造厂废水(brewerywastewater)处理的示例实现方式中的FMU
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MFC系统的示例实施方式的示意图。
[0018]图7显示了描绘用于处理酿造厂废水的在图6中的示例FMU
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MFC系统的硫酸盐(sulfate，硫酸根，硫酸酯)和硫化物(sulfide，硫离子)浓度随着时间变化的数据绘图。
[0019]图8A和8B显示了描绘在用于处理食品加工废水的示例实现方式中的示例FMU
‑
MFC系统的硫酸盐(硫酸根)和硫化物(硫离子)浓度随着时间变化的数据绘图。
具体实施方式
[0020]在水和废水处理以及气味管理中，高硫化物浓度是主要问题。富含硫酸盐和硫化物的水和废水可以导致金属和混凝土快速腐蚀、排放令人不愉悦的气味，并且对人类而言是有毒的。在废水中存在硫化物导致输水系统的腐蚀和在生物淤泥中金属硫化物的累积。此外，硫化物对于产甲烷菌(methanogens)是有毒的，并且在大多数情况下导致对厌氧水处理过程的抑制。因此，溶解在水/废水中的硫化物的存在在作为废水处理过程的厌氧消化中成为了显著问题。
[0021]在厌氧条件下，硫酸盐还原细菌使用硫酸盐作为对于存在于水中的有机物质的降解的最终电子受体。因此，硫酸盐还原成硫化氢并且随后分布在液相和气相(例如作为生物气(biogas))两者中。硫酸盐的还原是不希望发生的并且可为废水处理中的寄生反应，这导致硫化氢的产生和积累。
[0022]处理水中硫化物的一种方式是使用微曝气。微曝气单元是在水的表面上供应少量空气的装置，这些空气被硫氧化细菌使用以将溶解在水中的硫化物转化成元素硫，并从而将硫化物从水体去除。典型地，微曝气允许向气相供应少(“微”)量氧(例如<0.1mg/LO2)，如在以下示例反应中那样。
[0023]2HS
‑
+O2→
2S
o
+2OH
‑
(在微氧条件下)(方程1)
[0024]在微氧条件下，存在的硫化物氧化细菌将硫化物转化为元素硫，其从气相去除而不再是生物气中的杂质。
[0025]在较高氧浓度(例如>0.1mg/LO2)下，硫化物被氧化回至硫酸盐或硫代硫酸盐。因此，对于去除硫化物而言氧浓度是关键的，并且较高氧浓度是不期望的。
[0026]2HS
‑
+2O2→
S2O
32
‑
+2H2O(在较高氧量下)(方程2)
[0027]2HS
‑
+4O2→
2SO
42
‑
+2H
+
(在过量的氧)(方程3)
[0028]已经开发并且采用了常规的微曝气装置用于气相中的硫化物去除，但是未曾设计和探究常规的微曝气装置用于水和废水体中的硫化物去除。例如，与首先防止在气相中引入硫化物相反，常规的微曝气单元用于由厌氧消化系统生成的经厌氧消化的甲烷的后处理。此外，常规的微曝气装置具有固定的结构，这将可被纯化的水的水量限定在所需的纯化水平或范围。进一步地，由于常规的微曝气装置的设计聚焦于气相中的硫化物的去除(例如后处理)，它们没有提供均匀的微空气分布(micro
‑
air distribution)。此外，常规的微曝气装置倾向于是小装置，需要纯化的气体或甲烷通过这些装置，并且如此一来，这些装置的小尺寸限制了它们在更大规模上的适用性。如此一来，存在对可以克服现有微曝气技术的这些与其它不足的新方法的需求。
[0029]公开了用于将硫化物从水和废水体或物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于将硫化物从水或废水去除的系统，其包含：歧管结构，其包括一个或多个开口以使空气从歧管结构的内部流出；连接至歧管结构的一个或多个支持结构，其中所述一个或多个支持结构在包括水或废水的流体的表面上是可漂浮的；和空气源，其被配置为向歧管结构供应空气，以使空气通过位于流体处的所述一个或多个开口从歧管结构流出，以促进流体中的硫化物氧化，其中从内部歧管结构流出的空气包括包含低于0.1mg/L氧(O2)的量的氧气。2.权利要求1所述的系统，其中系统可运行以使位于流体的顶表面处的空气流至位于流体内0cm～5cm范围之内的浅深度。3.权利要求1～2中任一项所述的系统，其中歧管结构包括用于使空气从歧管结构的内部流出的多个通道。4.权利要求1～3中任一项所述的系统，其中将硫化物氧化为元素硫并且从水或废水溶液去除。5.权利要求1～4中任一项所述的系统，其中空气源包括泵。6.权利要求5所述的系统，其中泵连接至向歧管结构供应空气的管。7.权利要求1～6中任一项所述的系统，该系统进一步包含：流量计以控制空气流速率。8.权利要求1～7中任一项所述的系统，其中歧管结构包括环形几何结构或多边形几何结构。9.权利要求1～8中任一项所述的系统，其中歧管结构包括自进料管延伸的多个管结构，其中所述一个或多个开口安置在管结构上以使空气从管结构的内部流出。10.权利要求1～9中任一项所述的系统，该系统进一步包含：偶联至歧管结构的支持材料，以促进硫化物氧化细菌的生长以产生生物膜。11.权利要求10所述的系统，其中支持材料包括穿孔的碳织物、塑料网或穿孔的泡沫。12.权利要求10～11中任一项所述的系统，其中支持材料被配置为漂浮在流体的表面上。13.权利要求9～12中任一项所述的系统，其中支持材料包括多个开口，从而使支持材料具有最高达结构的90％的开放结构。14.权利要求1～13中任一项所述的系统，其中歧管结构的所述一个或多个开口被配置为在流体的表面上提供均匀的空气分布。15.权利要求1～14中任一项所述的系统，其中歧管结构包括挠性管。16.权利要求1～15中任一项所述的系统，其中歧管结构包括刚性管。17.权利要求1～16中任一项所述的系统，其中所述一个或多个支持结构是多孔的、生物相容的和/或在水中呈惰性的。18.权利要求1～17中任一项所述的系统，其中所述一个或多个支持结构包括泡沫。19.权利要求1～18中任一项所述的系统，该系统包含：容器以储存流体。20.权利要求19所述的系统，其中容器与进料管线和出料管线连接，流体可通过所述进料管线流入容器中，以及流体一经处理就可通过所述出料管线流出容器。

【专利技术属性】
技术研发人员：SM巴巴诺瓦，O布雷特施格，JO加西亚科尔内霍，JD琼斯，
申请(专利权)人：水循环有限责任公司，
类型：发明
国别省市：