申請(qǐng)日2010.07.29
公開(公告)日2015.12.09
IPC分類號(hào)B01D1/14; B01D1/16; C02F1/16; C02F1/04; B01D1/20
摘要
本發(fā)明提供了一種濃縮器系統(tǒng)、處理廢水的相關(guān)系統(tǒng)及其相關(guān)方法，其中的廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)包括：氣體入口;氣體出口;濃縮部分，濃縮部分設(shè)置在氣體入口與氣體出口之間，濃縮部分具有縮窄部，濃縮部分內(nèi)的氣流在縮窄部中加速;液體入口，廢水通過液體入口注入到濃縮部分中，液體入口在濃縮部分中設(shè)置在縮窄部的上游;除霧器，除霧器設(shè)置在縮窄部的下游，除霧器從氣流中去除曳出液滴;以及堿性劑儲(chǔ)存容器，堿性劑儲(chǔ)存容器用于保持一定量的堿性劑，堿性劑儲(chǔ)存容器連接至濃縮部分，以將堿性劑注入到濃縮部分中。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)，所述廢水濃縮和硫氧化物減少 系統(tǒng)包括：
氣體入口;
氣體出口;
濃縮部分，所述濃縮部分設(shè)置在所述氣體入口與所述氣體出口 之間，所述濃縮部分具有縮窄部，所述濃縮部分內(nèi)的氣流在所述縮 窄部中加速;
液體入口，廢水通過所述液體入口注入到所述濃縮部分中，所 述液體入口在所述濃縮部分中設(shè)置在所述縮窄部的上游;
除霧器，所述除霧器設(shè)置在所述縮窄部的下游，所述除霧器從 所述氣流中去除曳出液滴;以及
堿性劑儲(chǔ)存容器，所述堿性劑儲(chǔ)存容器用于保持一定量的堿性 劑，所述堿性劑儲(chǔ)存容器連接至所述濃縮部分，以將堿性劑注入到 所述濃縮部分中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)，所述廢水濃 縮和硫氧化物減少系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接至所述堿性劑儲(chǔ)存容器的堿 性劑泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)，其中，所述 堿性劑儲(chǔ)存容器連接至所述液體入口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)，其中，所述 堿性劑儲(chǔ)存容器在所述縮窄部的上游連接至所述濃縮部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)，其中，通過 所述除霧器去除的所述曳出液滴收集在集液器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)，其中，所述 集液器連接至處理容器，并且收集到的所述曳出液滴的液體部分和 固定部分在所述處理容器中相互分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水濃縮和硫氧化物減少系統(tǒng)，其中，處理 容器通過返回線路連接至所述集液器，所述返回線路使收集到的所 述曳出液滴的液體部分返回至所述集液器。
8.一種廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，所述廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)包括：
氣體入口;
氣體出口;
濃縮部分，所述濃縮部分設(shè)置在所述氣體入口與所述氣體出口 之間，所述濃縮部分具有縮窄部，所述濃縮部分內(nèi)的氣流在所述縮 窄部中加速;
液體入口，未濃縮的廢水通過所述液體入口注入到所述濃縮部 分中，所述液體入口在所述濃縮部分中設(shè)置在所述縮窄部的上游;
除霧器，所述除霧器設(shè)置在所述縮窄部的下游，所述除霧器從 所述氣流中去除曳出液滴;
pH提升劑入口線路，所述pH提升劑入口線路在所述液體入口 的上游將pH提升劑注入到所述未濃縮的廢水中;以及
空氣洗提器，所述空氣洗提器位于所述液體入口的上游并位于 所述pH提升劑入口線路的下游，所述空氣洗提器從廢水中去除通 過所述pH提升劑釋放到所述空氣洗提器的廢氣中的氨。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，其中，所述pH提 升劑入口線路連接至所述液體入口。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，其中，所述pH提 升劑入口線路在所述縮窄部的上游連接至所述濃縮部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，其中，通過所述除 霧器去除的所述曳出液滴收集在集液器中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，其中，所述集液器 連接至處理容器，并且收集到的所述曳出液滴的液體部分和固定部 分在所述處理容器中相互分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，其中，處理容器通 過返回線路連接至所述集液器，所述返回線路使收集到的所述曳出 液滴的液體部分返回至所述集液器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，其中，所述pH提 升劑是腐蝕劑和堿中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，其中，被去除的氨 通過所述空氣洗提器與火炬之間的輸送線路被輸送至所述火炬。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水濃縮和氨去除系統(tǒng)，所述廢水濃縮和氨 去除系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述濃縮部分中的試劑入口，所述試劑入 口將試劑供應(yīng)至所述濃縮部分，所述試劑與廢水中的氨進(jìn)行化學(xué)反 應(yīng)，以生成穩(wěn)定的鹽。
17.一種液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)包括：
濃縮部分，所述濃縮部分包括氣體入口、氣體出口以及設(shè)置在 所述氣體入口與所述氣體出口之間的混合過道，所述混合過道具有 縮窄部，當(dāng)從所述氣體入口穿行到所述氣體出口時(shí)，所述混合過道 內(nèi)的氣流在所述縮窄部中加速;所述濃縮部分還包括液體入口，待 濃縮的液體通過所述液體入口注入到所述混合過道中，所述液體入 口在所述混合過道中設(shè)置在所述氣體入口與所述縮窄部之間;
除霧器，所述除霧器設(shè)置在所述濃縮部分的下游，所述除霧器 包括：除霧器氣流通道，耦接至所述濃縮部分的氣體出口;液體收 集器，設(shè)置在所述除霧器氣流通道中，以從在所述除霧器氣流通道 中流動(dòng)的氣體中去除液體;以及儲(chǔ)器，所述儲(chǔ)器收集通過所述液體 收集器從在所述除霧器氣流通道中流動(dòng)的氣體中去除的液體;以及
扇，耦接至所述除霧器，以幫助氣流通過所述混合過道和所述 除霧器氣流通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路設(shè)置在所述儲(chǔ)器與所述混合過 道之間，以將液體從所述儲(chǔ)器運(yùn)送至所述混合過道，并且所述再循 環(huán)回路耦接至所述濃縮部分的所述液體入口。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述濃縮部分包括 另一液體入口，所述另一液體入口在所述混合過道中設(shè)置在所述氣 體入口與所述縮窄部之間，所述另一液體入口耦接至所述再循環(huán)回 路，以將液體從所述儲(chǔ)器注入到所述混合過道中而用于進(jìn)一步的濃 縮。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述液體入口包括 能更換的噴灑器噴嘴。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述濃縮部分包括 可調(diào)節(jié)流限制件，所述可調(diào)節(jié)流限制件設(shè)置在所述混合過道的所述 縮窄部中，所述可調(diào)節(jié)流限制件能進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變通過所述混合過 道的氣流。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)節(jié)流限制 件是文丘里板，所述文丘里板能進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變所述混合過道的所 述縮窄部的尺寸或形狀。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述扇是感應(yīng)扇， 所述感應(yīng)扇位于所述除霧器的下游，以感應(yīng)通過所述除霧器的負(fù)壓 的梯度。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述濃縮部分包括 另一液體入口，所述另一液體入口在所述混合過道中設(shè)置在所述氣 體入口與所述縮窄部之間，并且未濃縮的液體通過所述另一液體入 口被引入至所述混合過道中。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述除霧器包括氣 旋室。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括溢流彎管，所述溢流彎管連接在所述混合過道的所述縮窄部 的下游，所述溢流彎管改變?cè)谒龌旌线^道中流動(dòng)的氣體的方向。
27.一種液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)包括：
濃縮器，所述濃縮器包括：混合過道，所述混合過道能連接至 加熱氣體的流并具有縮窄部;以及一個(gè)或多個(gè)液體入口，所述一個(gè) 或多個(gè)液體入口用于在所述縮窄部的上游將液滴引入至所述混合過 道中，
所述混合過道的所述縮窄部限定直接傳熱蒸發(fā)器，所述直接傳 熱蒸發(fā)器具有這樣的操作狀態(tài)，在該操作狀態(tài)中，隨著所述液滴中 的液體的一部分而非全部蒸發(fā)并且由所述加熱氣體吸收，所述加熱 氣體的流加速并與來自所述一個(gè)或多個(gè)液體入口的所述液滴混合， 以限定氣液混合物，
未濃縮的液體通過所述一個(gè)或多個(gè)液體入口中的一個(gè)或多個(gè) 被引入至所述混合過道中;
分離器，所述分離器耦接至所述混合過道，所述分離器包括： 分離通道，在所述分離通道中，曳出液滴從在所述分離通道中流動(dòng) 的所述氣液混合物中被去除;以及儲(chǔ)器，所述儲(chǔ)器收集從所述氣液 混合物中去除的所述曳出液滴;
再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路連接在所述儲(chǔ)器與所述一個(gè)或多 個(gè)液體入口中的一個(gè)或多個(gè)之間，所述再循環(huán)回路包括再循環(huán)泵， 所述再循環(huán)泵具有這樣的操作狀態(tài)，在該操作狀態(tài)中，所述再循環(huán) 泵將濃縮的液體從所述儲(chǔ)器移動(dòng)至所述一個(gè)或多個(gè)液體入口中的一 個(gè)或多個(gè);以及
扇，耦接至所述分離通道，以依次拉動(dòng)所述加熱氣體的流和所 述氣液混合物通過所述混合過道和所述分離通道。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)液 體入口中的一個(gè)或多個(gè)僅將未濃縮的液體引入至所述混合過道中。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)包括 未濃縮液體入口，所述未濃縮液體入口在所述再循環(huán)回路中設(shè)置在 所述一個(gè)或多個(gè)液體入口與所述儲(chǔ)器之間。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括可調(diào)節(jié)流限制件，所述可調(diào)節(jié)流限制件設(shè)置在所述混合過道 的所述縮窄部中，所述可調(diào)節(jié)流限制件能進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變通過所述 混合過道的氣流。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)節(jié)流限制 件是能調(diào)節(jié)的文丘里裝置，所述文丘里裝置能夠改變所述混合過道 的所述縮窄部的尺寸或形狀。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)包括 控制器，所述控制器連接所述再循環(huán)泵、所述扇以及一個(gè)或多個(gè)傳 感器，所述控制器根據(jù)從所述一個(gè)或多個(gè)傳感器接收的測(cè)量結(jié)果來 控制所述再循環(huán)泵和所述扇。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述扇是感應(yīng)扇， 所述感應(yīng)扇位于所述分離通道的下游，以感應(yīng)通過所述分離通道的 負(fù)壓的梯度。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括溢流彎管，所述溢流彎管連接在所述混合過道的所述縮窄部 的下游，所述溢流彎管改變?cè)谒龌旌线^道中流動(dòng)的氣體的方向。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述分離器包括一 個(gè)或多個(gè)V形斷口，所述V形斷口設(shè)置在所述分離通道內(nèi)，以從所 述氣液混合物中去除所述曳出液滴。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述分離器包括氣 旋分離器，以從所述氣液混合物中去除所述曳出液滴。
37.一種液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)包括：
濃縮器，所述濃縮器包括：混合過道，所述混合過道能連接至 加熱氣體的流并具有縮窄部;以及液體入口，所述液體入口用于在 所述縮窄部的上游將液體引入至所述混合過道中，
所述混合過道的所述縮窄部限定直接傳熱蒸發(fā)器，所述直接傳 熱蒸發(fā)器具有這樣的操作狀態(tài)，在該操作狀態(tài)中，隨著液體的一部 分而非全部蒸發(fā)并且由所述加熱氣體吸收，所述加熱氣體的流加速 并與來自所述液體入口的液體混合，以限定氣液混合物;
氣旋室，所述氣旋室耦接至所述混合過道，所述氣旋室包括： 分離通道，在所述分離通道中，曳出液滴從在所述分離通道中流動(dòng) 的所述氣液混合物中被去除;以及儲(chǔ)器，所述儲(chǔ)器收集從所述氣液 混合物中去除的所述曳出液滴;以及
再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路設(shè)置在所述儲(chǔ)器與所述液體入口 之間，以將液體運(yùn)送至所述混合過道。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括未濃縮液體入口，未濃縮的液體通過所述未濃縮液體入口流 動(dòng)至所述混合過道。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述未濃縮液體入 口在所述再循環(huán)回路中設(shè)置在所述儲(chǔ)器與所述液體入口之間。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述未濃縮液體入 口設(shè)置在所述混合過道中。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述濃縮器包括可 調(diào)節(jié)流限制件，所述可調(diào)節(jié)流限制件設(shè)置在所述混合過道的所述縮 窄部中，所述可調(diào)節(jié)流限制件能進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變通過所述混合過道 的氣流。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括扇，所述扇耦接至所述氣旋室，以依次拉動(dòng)所述加熱氣體的 流和所述氣液混合物通過所述混合過道和所述分離通道。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，通過所述液體入口 引用的液體是從垃圾處理場(chǎng)所中收集的垃圾瀝濾液。
44.一種液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)包括：
混合過道，所述混合過道能連接至加熱氣體的流并具有縮窄 部;
液體入口，所述液體入口用于在所述縮窄部的上游將液滴引入 至所述混合過道中，
所述混合過道的所述縮窄部限定直接傳熱蒸發(fā)器，所述直接傳 熱蒸發(fā)器具有這樣的操作狀態(tài)，在該操作狀態(tài)中，隨著所述液滴中 的液體的一部分而非全部蒸發(fā)并且由所述加熱氣體吸收，所述加熱 氣體的流加速并與來自一個(gè)或多個(gè)所述液體入口的所述液滴混合， 以限定氣液混合物;
氣旋室，所述氣旋室耦接至所述混合過道，所述氣旋室包括： 分離通道，在所述分離通道中，曳出液滴從在所述分離通道中流動(dòng) 的所述氣液混合物中被去除;以及儲(chǔ)器，所述儲(chǔ)器收集從所述氣液 混合物中去除的所述曳出液滴;
再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路設(shè)置在所述儲(chǔ)器與所述液體入口 之間，以將液體運(yùn)送至所述混合過道;以及
扇，所述扇耦接至所述分離通道，以依次拉動(dòng)所述加熱氣體的 流和所述氣液混合物通過所述混合過道和所述分離通道。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括未濃縮液體入口，未濃縮的液體通過所述未濃縮液體入口流 動(dòng)至所述混合過道。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述未濃縮液體入 口在所述再循環(huán)回路中設(shè)置在所述儲(chǔ)器與所述液體入口之間。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的液體濃縮器系統(tǒng)，其中，所述未濃縮液體入 口設(shè)置在所述混合過道中。
48.根據(jù)權(quán)利要求44所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括可調(diào)節(jié)流限制件，所述可調(diào)節(jié)流限制件設(shè)置在所述混合過道 的所述縮窄部中，所述可調(diào)節(jié)流限制件能進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變通過所述 混合過道的氣流。
49.根據(jù)權(quán)利要求44所述的液體濃縮器系統(tǒng)，所述液體濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一 步包括溢流彎管，所述溢流彎管連接在所述混合過道的所述縮窄部 的下游，所述溢流彎管改變?cè)谒龌旌线^道中流動(dòng)的氣體的方向。
50.一種濃縮器系統(tǒng)，僅利用流體-流體直接熱交換進(jìn)行操作，所述濃縮 器系統(tǒng)包括：
混合過道，所述混合過道能連接至加熱氣體的流并具有縮窄 部，并且所述混合過道包括可調(diào)節(jié)流限制件，所述可調(diào)節(jié)流限制件 設(shè)置在所述混合過道的所述縮窄部中，所述可調(diào)節(jié)流限制件能進(jìn)行 調(diào)節(jié)以改變通過所述混合過道的氣流;
噴嘴，所述噴嘴在所述縮窄部的上游將液滴注入到所述混合過 道中，
所述混合過道的所述縮窄部限定直接傳熱蒸發(fā)器，所述直接傳 熱蒸發(fā)器具有這樣的操作狀態(tài)，在該操作狀態(tài)中，隨著所述液滴中 的液體的一部分而非全部蒸發(fā)并且由所述加熱氣體吸收，所述加熱 氣體的流加速并與來自所述噴嘴的所述液滴混合，以限定氣液混合 物;
氣旋室，所述氣旋室耦接至所述混合過道，所述氣旋室包括： 分離通道，在所述分離通道中，曳出液滴從在所述分離通道中流動(dòng) 的所述氣液混合物中被去除;以及儲(chǔ)器，所述儲(chǔ)器收集從所述氣液 混合物中去除的所述曳出液滴;
再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路設(shè)置在所述儲(chǔ)器與所述噴嘴之 間，以將液體運(yùn)送至所述混合過道;以及
扇，所述扇耦接至所述分離通道，以依次拉動(dòng)所述加熱氣體的 流和所述氣液混合物通過所述混合過道和所述分離通道。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的濃縮器系統(tǒng)，所述濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一步包括未 濃縮液體入口，未濃縮的液體通過所述未濃縮液體入口流動(dòng)至所述 混合過道。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的濃縮器系統(tǒng)，其中，所述未濃縮液體入口在 所述再循環(huán)回路中設(shè)置在所述儲(chǔ)器與液體入口之間。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的濃縮器系統(tǒng)，其中，所述未濃縮液體入口設(shè) 置在所述混合過道中。
54.根據(jù)權(quán)利要求50所述的濃縮器系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)節(jié)流限制件是 能調(diào)節(jié)的文丘里裝置，所述文丘里裝置能夠改變所述混合過道的所 述縮窄部的尺寸或形狀。
55.根據(jù)權(quán)利要求50所述的濃縮器系統(tǒng)，所述濃縮器系統(tǒng)進(jìn)一步包括溢 流彎管，所述溢流彎管連接在所述混合過道的所述縮窄部的下游， 所述溢流彎管改變?cè)谒龌旌线^道中流動(dòng)的氣體的方向。
56.根據(jù)權(quán)利要求50所述的濃縮器系統(tǒng)，其中，穿過所述縮窄部的所述 加熱氣體的流在所述直接傳熱蒸發(fā)器的操作狀態(tài)中處于150華氏溫 度至215華氏溫度范圍內(nèi)的溫度下。
57.一種通過使用包括硫氧化物的加熱氣體來濃縮廢水并且還原其中的 硫氧化物的方法，所述方法包括：
(a)在壓力下將所述加熱氣體與廢水的液體流相結(jié)合;
(b)使相結(jié)合的加熱氣體和廢水的液體流通過濃縮器的混合 過道以形成基于混合物的總重量具有大約5wt.%至大約20wt.%的 液體濃度的氣液混合物，所述混合過道具有縮窄部，當(dāng)從所述縮窄 部的入口穿行到所述縮窄部的出口時(shí)，所述混合過道內(nèi)的氣體和液 體流在所述縮窄部中加速;
(c)使堿性劑與所述氣液混合物接觸以還原所述氣液混合物 中的所述硫氧化物;
(d)將液體的部分與所述氣液混合物分離以提供夾帶有液滴 的氣體混合物，其中所述液體和所述液滴中的一個(gè)包括還原的硫氧 化物;
(e)去除步驟(d)中獲得的所述氣體混合物中夾帶的液滴， 以便提供濃縮液體和基本無液體以及基本無硫氧化物的氣體。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括：再循環(huán)并且將 步驟(e)中獲得的所述濃縮液體與步驟(a)中的廢水的所述液體 流相結(jié)合。
說明書
濃縮器系統(tǒng)、處理廢水的相關(guān)系統(tǒng)及其相關(guān)方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年7月29日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080034380.0且 發(fā)明名稱為“緊湊型廢水濃縮器和污染物洗滌器”的發(fā)明專利申請(qǐng)(對(duì)應(yīng) 的國際申請(qǐng)為PCT/US2010/043648)的分案申請(qǐng)。
本申請(qǐng)為于2010年2月12日提交的美國專利申請(qǐng)No.12/705,462的 部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國申請(qǐng)為于2009年9月9日提交的美國專利申請(qǐng) No.12/530,484的部分繼續(xù)申請(qǐng)，后述美國申請(qǐng)為于2008年3月12日提交 的國際(PCT)專利申請(qǐng)No.PCT/US08/56702的美國國家階段申請(qǐng)并且要 求于2007年3月13日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/906,743的優(yōu)先權(quán) 利益。本申請(qǐng)還要求于2009年2月12日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/152,248以及于2009年7月29日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/229,650的優(yōu)先權(quán)利益。因此，申請(qǐng)12/530,484、60/906,743、61/152,248 和61/229,650中的每個(gè)申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過引用明確地合并到本文 中。
技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)一般涉及液體濃縮器，更具體地涉及能夠易于與廢熱源連接并 且利用廢熱源的緊湊型、便攜式、成本效益高的廢水濃縮器。
背景技術(shù)
揮發(fā)性物質(zhì)的濃縮可以為各種廢水流的處理或預(yù)處理的有效形式并 且可以在各種類型的商業(yè)處理系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施。在高濃縮水平下，許多廢水流 可被還原成包含高溶解和懸浮水平的固體的漿液形式的殘留材料。這些經(jīng) 過濃縮的殘留物可易于通過常規(guī)技術(shù)進(jìn)行固化以便在垃圾處理場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行 處置，或者根據(jù)應(yīng)用可輸送到下游處理以便于在最終處置之前進(jìn)行進(jìn)一步 的處理。濃縮廢水能大幅度降低貨運(yùn)成本以及所需的存儲(chǔ)容量，并且可有 益于從廢水中回收材料的下游處理。
由于產(chǎn)生廢水流的大量工業(yè)處理，使得工業(yè)廢水流的特性非常廣泛。 除了通過在工業(yè)內(nèi)受控條件下的設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的廢水之外，由于事故和自然 災(zāi)害引起的非受控事件頻繁地產(chǎn)生廢水。用于管理廢水的技術(shù)包括：直接 排放到污水處理場(chǎng);排放到污水處理場(chǎng)之后的預(yù)處理;回收有價(jià)值成分的 廠區(qū)內(nèi)或廠區(qū)外的處理;以及僅制備用于最終處置的廢水的廠區(qū)內(nèi)或廠區(qū) 外的處理。在廢水源為非受控事件的情況下，必須包括具有這些任選項(xiàng)中 的任一項(xiàng)的有效的收容和回收技術(shù)。
廢水濃縮處理的有效性的重要措施是與進(jìn)入處理的廢水的量成比例 地生成殘留物的量。特別地，殘留物量與饋給量的低比率(高濃縮水平) 是最期望的。在廢水含有溶解和/或懸浮的非揮發(fā)性物質(zhì)的情況下，可在有 賴于揮發(fā)性物質(zhì)的蒸發(fā)的特定濃縮處理中實(shí)現(xiàn)的量減小在很大程度上受 到所選擇的將熱傳遞到處理流體的方法的限制。
通過水和其它揮發(fā)性物質(zhì)的蒸發(fā)來影響濃度的常規(guī)處理可分類為直 接式或間接式熱傳遞系統(tǒng)，這取決于將熱傳遞到進(jìn)行濃縮的液體(處理流 體)所采用的方法。間接式熱傳遞裝置通常包括收容處理流體的夾套式容 器、或者浸入處理流體內(nèi)的板、卡口式管或線圈型熱交換器。諸如蒸汽或 炙熱油等介質(zhì)通過夾套或熱交換器以便傳遞蒸發(fā)所需的熱。直接式熱傳遞 裝置實(shí)現(xiàn)如下處理：加熱介質(zhì)與處理流體形成直接接觸，這種接觸發(fā)生在 例如沉浸式燃燒氣體系統(tǒng)中。
有賴于諸如夾套、板、卡口式管或線圈等熱交換器的間接式熱傳遞系 統(tǒng)通常受到在與處理流體形成直接接觸的熱交換器的表面上固體的沉積 物集結(jié)的限制。而且，這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于將熱能傳遞到諸如蒸汽鍋爐等 加熱介質(zhì)或諸如熱油加熱器等用于加熱其它熱傳遞流體的裝置的單獨(dú)處 理的需要而變得復(fù)雜化。這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致依賴于兩個(gè)間接式熱傳遞系統(tǒng)來支 撐濃縮處理。在經(jīng)受處理的同時(shí)在熱交換器上生成沉積物的饋給流被稱為 污垢形成流體。在饋給流含有溶解度隨著溫度升高而降低的諸如碳酸鹽等 一些化合物的情況下，由于在熱交換器的表面處的高溫，通稱為鍋爐垢的 沉積物甚至在相對(duì)低濃度下形成。此外，當(dāng)諸如氯化鈉等在高溫下具有高 溶解度的化合物存在于廢水原料中時(shí)，由于在處理流體達(dá)到高濃度時(shí)這些 化合物將沉淀而脫離溶液，這些化合物也形成沉積物。這些沉積物使得熱 交換表面清潔頻繁地循環(huán)以保持處理效率成為必然，這些沉積物可以為隨 著廢水原料被運(yùn)載到處理中的懸浮固體并沉淀而脫離處理流體的固體的 任意組合。固體在熱交換表面上的沉積的不利效果限制了在這些處理必須 停止以便進(jìn)行周期性清潔之前間接熱傳遞處理可以運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間的長度。因 此，這些不利效果對(duì)于可被有效管理、尤其當(dāng)廢水的范圍包括污垢形成流 體時(shí)的廢水的范圍施加了實(shí)際的限制。因此，有賴于間接式熱傳遞機(jī)構(gòu)的 處理通常不適于濃縮各種廢水流并且實(shí)現(xiàn)殘留物與饋給量的低比率。
通過引用并入本文的美國專利No.5,342,482公開了為沉浸式氣體處 理形式的特殊類型的直接式熱傳遞濃縮器，其中，燃燒氣體被生成并且通 過入口管輸送到沉浸在處理流體內(nèi)的傳播單元。傳播單元包括從入口管向 外徑向延伸的多個(gè)間隔開的氣體輸送管，氣體輸送管中的每個(gè)具有在氣體 輸送管的表面上的各個(gè)位置處間隔開的小孔以便遍及保持在處理容器內(nèi) 的液體的截面區(qū)域盡可能均勻地傳播作為小氣泡的燃燒氣體。根據(jù)在現(xiàn)有 技術(shù)內(nèi)的當(dāng)前理解，該設(shè)計(jì)在大的界面表面區(qū)域上方提供了液體和炙熱氣 體之間的期望的緊密接觸。在該處理中，目的在于，熱傳遞和質(zhì)量傳遞二 者均發(fā)生于由于氣相在處理流體中的傳播而形成的動(dòng)態(tài)且連續(xù)更新的界 面表面區(qū)域處，而不是在會(huì)發(fā)生固體顆粒沉積的固體熱交換表面上。因此， 這種沉浸式氣體濃縮器處理提供了優(yōu)于常規(guī)的間接式熱傳遞處理的顯著 優(yōu)勢(shì)。然而，用于將熱氣體分布到美國專利No.5,342,482的裝置內(nèi)的處理 流體中的氣體輸送管中的小孔受到由污垢流體形成的固體的沉積物的阻 塞。因此，將熱氣體輸送到處理流體中的入口管遭遇到固體沉積物的集結(jié)。
此外，由于需要在連續(xù)的處理液體相中傳播大量的氣體，美國專利 No.5,342,482中的收容容器通常需要大的截面積。這種收容容器以及安裝 在這些收容容器內(nèi)的任何附屬物的內(nèi)表面統(tǒng)稱為處理的“浸濕表面”。這 些浸濕表面必須承受在系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)濃度變化的熱處理流體。對(duì)于被設(shè) 計(jì)為處理各種范圍的廢水流的系統(tǒng)，構(gòu)造浸濕表面的材料提出了與必須與 設(shè)備的成本和一定時(shí)間內(nèi)維護(hù)/更換的成本相稱的抗腐蝕和耐高溫相關(guān)的 關(guān)鍵設(shè)計(jì)決策。一般來說，通過選擇高級(jí)金屬合金或諸如用于制造玻璃纖 維容器時(shí)使用的一些工程塑料來增強(qiáng)浸濕表面的耐用性和低的維護(hù)/更換 成本。然而，采用間接式或直接式加熱系統(tǒng)的常規(guī)濃縮處理也需要用于將 熱傳遞到容器內(nèi)的流體的諸如蒸汽、熱傳遞油或氣體等炙熱介質(zhì)的裝置。 盡管各種不同的高級(jí)合金提供了與抗腐蝕和耐高溫有關(guān)的解決辦法，容器 和由容器制作的附屬物的成本通常非常高。此外，盡管工程塑料可直接用 于形成收容容器或用作浸濕表面上的涂層，耐高溫通常是多種工程塑料的 限制因素。例如，用于在美國專利No.5,342,482中使用的容器內(nèi)的熱氣體 的入口管的高表面溫度施加了這樣的限制。因此，用于這些處理的容器和 其它設(shè)備通常在制造和維護(hù)方面非常昂貴。
而且，在所有這些系統(tǒng)中，需要熱源來進(jìn)行濃縮或蒸發(fā)處理。已經(jīng)開 發(fā)出了多種系統(tǒng)來使用由各種源產(chǎn)生的熱，諸如在發(fā)動(dòng)機(jī)中、燃燒室中、 氣體濃縮處理中等產(chǎn)生的熱，來作為廢水處理的熱源。在美國專利No. 7,214,290中公開了這種系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例：通過沉浸式燃燒氣體蒸發(fā)器內(nèi) 的燃燒垃圾處理氣體產(chǎn)生熱，這些熱用于處理垃圾處理場(chǎng)所處的瀝濾液。 美國專利No.7,416,172公開了這樣一種沉浸式氣體蒸發(fā)器：廢熱可提供給 氣體蒸發(fā)器的入口以便用于濃縮或蒸發(fā)液體。盡管廢熱通常被視為在廢水 處理操作中可有效利用的廉價(jià)能源，在很多情況下廢熱必須從廢熱源運(yùn)輸 很遠(yuǎn)的距離到達(dá)要執(zhí)行蒸發(fā)或濃縮處理的地點(diǎn)。例如，在許多情況下，垃 圾處理場(chǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)將具有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)使用以垃圾處理氣體作為燃燒燃料 而運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)燃機(jī)。通常在容納發(fā)電機(jī)的建筑物的頂部通過消音 器或排氣煙囪與大氣連通的這些發(fā)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣為廢熱的源。然 而，為了收集和使用這種廢熱，大量的昂貴管道和通風(fēng)管必須與排氣煙囪 耦合以便將廢熱傳遞到處理系統(tǒng)的地點(diǎn)，處理系統(tǒng)的地點(diǎn)通常在遠(yuǎn)離容納 發(fā)電機(jī)的建筑物的地面水平處。重要的是，能夠承受排氣煙囪內(nèi)的廢氣的 高溫(例如，950華氏溫度)的管道、管材和控制裝置(例如，節(jié)氣閥和 截流閥)非常昂貴并且必須絕緣以在運(yùn)輸過程中保持廢氣內(nèi)的熱。用于這 些用途的可接受的絕緣材料通常由于諸如易碎性、隨時(shí)間進(jìn)行而腐蝕的趨 勢(shì)以及熱循環(huán)的靈敏性等為設(shè)計(jì)增加復(fù)雜度的各種特性而易于故障。絕緣 還增加了管道、管材和控制裝置的重量，這也為結(jié)構(gòu)支撐要求增加了成本。
發(fā)明內(nèi)容
本文公開的緊湊型液體濃縮裝置可易于與諸如垃圾處理氣體火炬或 燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)排氣煙囪等廢熱源連接，并且利用這種廢熱來執(zhí)行直接熱傳遞 濃縮處理，而無需大且昂貴的收容容器且無需使用大量昂貴的耐高溫材 料。緊湊型液體濃縮器包括氣體入口、氣體出口和連接所述氣體入口和所 述氣體出口的混合或流過道，其中，所述流過道包括使通過流過道的氣體 加速的縮窄部。位于氣體入口和流過道的縮窄部之間的液體入口在縮窄部 之前的點(diǎn)處將液體噴射到氣流中，以使氣液混合物在流過道內(nèi)充分混合， 使得液體的部分被蒸發(fā)或濃縮。與氣體出口連接的位于縮窄部下游的除霧 器或流體洗滌器去除來自氣流的曳出液滴并且通過再循環(huán)回路將去除的 液體再循環(huán)到液體入口。待濃縮的新鮮液體也以足以抵消在流過道中蒸發(fā) 的液體以及從處理中取回的任何濃縮液體的組合總量的速率導(dǎo)入再循環(huán) 回路中。
本文描述的緊湊型液體濃縮器包括運(yùn)行以高成本效益濃縮具有寬范 圍特性的廢水流的多種屬性。濃縮器耐受寬范圍饋給特性上的腐蝕效應(yīng)， 具有合理的制造和運(yùn)行成本，能夠在高濃度水平下連續(xù)地運(yùn)行，并且有效 地直接利用來自各種源的熱能。而且，濃縮器足夠緊湊以便攜帶，因此可 易于運(yùn)輸?shù)酵ㄟ^非受控事件產(chǎn)生廢水的地點(diǎn)并且可安裝為與廢熱源緊相 鄰。因此，本文公開的濃縮器為成本效益好、可靠的且耐用的裝置，其運(yùn) 行以便連續(xù)地濃縮寬范圍的不同類型的廢水流，并免除了在導(dǎo)致堵塞和沉 積物集結(jié)的常規(guī)的間接式熱傳遞系統(tǒng)中找到的常規(guī)固體表面熱交換器的 使用。
