[发明专利]使用臭氧增强厌氧消化的方法

说明书

背景技术

臭氧(O₃)是一种具有许多工业和商业应用的强力消毒剂。例如，臭氧用以氧化来自饮用水的有机污染物，包括天然存在的产生味道和气味的化合物。臭氧还用于来自废水二次处理的排出物中以在作为间接饮用水再次使用或排放到水体中之前从水中除去痕量的有机污染物和干扰内分泌的化合物(EDCs)。

臭氧气体(O₃)通常在基于电晕放电的发生器中由空气或高纯度氧气(O₂)制备。对于较大的臭氧需求，氧气通常是价格比较低廉的气体源的选项。在商业电晕放电发生器中氧气到臭氧的转化率通常在3%至14%之间，且在一些应用中，所得氧气-臭氧混合物作为产物不经进一步的处理而直接提供给下游使用者。

业已发现，臭氧也可通过将难以生物降解的化合物转化成更易于生物降解的化合物来用以增强厌氧消化。臭氧可以此方式用以由厌氧消化增强沼气生产。对于污泥的厌氧消化，理论上，臭氧溶解细胞膜，由此暴露细菌的更易于生物降解的细胞质。常称作酒糟的发酵废物可含有对厌氧细菌具有毒性的诸如酚的化合物和其他顽抗性的较大的基于碳的化合物。用臭氧预处理该进料将减少或消除这些毒性化合物且使得这些较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时间。在厌氧消化工艺中，不希望存在过量的氧气，因为氧气通过促进需氧消化而降低甲烷(CH₄)产率。

因此，需要从臭氧产生工艺中回收未反应的氧气的改善方法以使得排出物可有效地用于厌氧消化工艺，同时保持在臭氧产生系统中的高效率。

发明内容

一方面，本发明为一种方法，所述方法包括：(a) 产生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧气的第一气流；(b) 从所述第一气流中分离至少一部分臭氧；(c) 形成包含在步骤(b)中从所述第一气流中分离的至少一部分臭氧的第二气流，所述第二气流具有不超过18%重量的氧气；(d) 使用厌氧消化工艺处理废水；和(e) 在使用所述厌氧消化工艺处理所述废水之前或在使用所述厌氧消化工艺处理所述废水的同时，使所述第二气流与所述废水的至少一部分接触。

另一方面，本发明为一种用臭氧处理废水的方法，所述方法包括：(a) 产生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧气的第一气流；(b) 使用变压吸附循环将至少一部分臭氧从所述第一气流转移到第二气流，所述第二气流包含不超过18%重量的氧气；和(c) 使所述第二气流与所述废水在厌氧消化器的上游或在厌氧消化器内接触。

又一方面，本发明为一种用臭氧处理废水的系统，所述系统包括：臭氧发生器，其在操作上构造成由氧气源产生第一气流，所述第一气流包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧气；变压吸附系统，其在操作上构造成(1) 接收所述第一气流和将至少一部分臭氧从所述第一气流转移到第二气流，(2) 排出所述第二气流，和(3) 排出第三气流，所述第二气流包含不超过18%重量的氧气，所述第三气流包含在将所述至少一部分臭氧转移到所述第二气流之后从所述第一气流剩余的气体，所述第三气流包含至少50%重量的氧气；和第一界面，其在操作上构造成使所述第二气流与废水在厌氧消化器内或在与厌氧消化器流体连通的第一容器内接触。

以下代表本发明的其他方面。

方面1. 方法，其包括：

(a) 产生包含至少4%重量的臭氧和至少50%重量的氧气的第一气流；

(b) 从所述第一气流中分离至少一部分臭氧；

(c) 形成包含在步骤(b)中从所述第一气流中分离的至少一部分臭氧的第二气流，所述第二气流具有不超过18%重量的氧气；

(d) 使用厌氧消化工艺处理废水；和

(e) 在使用所述厌氧消化工艺处理所述废水之前或在使用所述厌氧消化工艺处理所述废水的同时，使所述第二气流与所述废水的至少一部分接触。

方面2. 方面1和3-9中任一方面的方法，其中步骤(b)和(c)包括变压吸附循环的步骤。

方面3. 方面1、2和4-9中任一方面的方法，其中步骤(c)包括形成包含吹扫气体和在步骤(b)中从所述第一气流分离的至少一部分臭氧的第二气流，所述第二气流具有不超过18%重量的氧气且所述吹扫气体包含至少90%体积的氮气。

方面4. 方面1-3和5-9中任一方面的方法，其中步骤(c)包括形成包含吹扫气体和在步骤(b)中从所述第一气流分离的至少一部分臭氧的第二气流，所述第二气流具有不超过18%重量的氧气且所述吹扫气体基本上由二氧化碳和氮气的混合物组成。