[发明专利]用于在去除前浓缩悬浮的固体的系统和方法

说明书

利用过滤装置从液流浓缩和去除悬浮的固体而将液流分离成渗透物流和保留物流的系统和方法，所述保留物流相比液流或所述渗透物流具有更高浓度的颗粒，并将所述保留物流供应给液体回收区，以将所述保留物流分离成澄清的流体流和浓缩的颗粒流。

技术领域

本公开涉及用于在从液流去除之前浓缩悬浮的固体的方法和系统。

背景技术

许多已知的过程为微生物提供进料物质，以将该物质生物转化为一种或多种产物燃料和/或化学物质。大多数已知的商业过程将微生物悬浮在液体中，通常是发酵液体中。这些在本文中被称为液体生物转化过程的生物转化会产生大量需要管理的过量生物固体和其他有机物质。这些固体通常包括死细胞团块和生物转化的其他副产物。

一种类型的过程涉及液体生物转化过程，该过程将多种丰富的原料，如天然气、木材、垃圾、工业气体、气态物质及其它含碳的物质转化为合成气，然后在生物反应器中将其转化为液体产物，如可以作为燃料和化学物质的氧化的有机化合物。该过程产生包含液体产物和包括有机废物(生物废物固体或生物固体)的悬浮固体的发酵液体。这些悬浮的固体或生物废物固体或生物固体可以由微生物、微生物残留物、沉淀的蛋白质和有机副产物组成。为了防止发酵液体中有机废物的过度浓缩以及回收液体产物，定期或连续去除发酵器或生物反应器中的液流。液流可以包含来源于生物反应器的发酵液体或生物反应器流出物。该过程具有液体回收区，其从液流回收液体产物并从液流去除悬浮的固体，以产生返回至生物反应器的基本上没有悬浮的固体的回收液体。

一旦移除任何液体产物，就可以丢弃发酵液体，以防止过多悬浮固体的积聚。对于大多数发酵而言，丢弃发酵液是不可行的，因为这可能会导致可溶性营养物质的丢失，且对于商业规模的生物反应器而言，处置大量液体和/或添加新液体的成本被证明过于昂贵。商业规模的生物反应器可能包含超过一百万升的发酵液体。负责地处置由此产生的大量液体需要具有高容量的液体废物处理系统。

根据废水处理系统的能力，操作具有大量水性培养基的反应器可能会出现问题。来自生物反应器的废水可能必须缓慢排放到废水处理系统中，以防止容量超标。因此，液体供应的成本和液体处理的资本和/或运营成本通常决定了通过从发酵液体中分离生物废物固体或悬浮的固体来回收和再利用液体。在废水处理能力有限的应用中，当存储容量达到其极限时，通常会采用任何过量的液体废弃物的废液存储，并连同间歇性的发酵罐关闭，且直到处理才可以再次提供足够的存储。因此，受影响的生物反应器的停机时间将延长，导致生产力的进一步丧失。此外，损失的水量也可能造成经济损失。

需要从发酵流出物中回收液体的特定发酵是氢气和一氧化碳的厌氧发酵，以产生氧化的液体产物如乙醇、乙酸、丙醇、正丁醇或其他氧化的有机化合物。这些氧化的有机化合物的产生可能需要大量的氢和一氧化碳及发酵液。

为了使合成气转化为氧化的有机化合物的发酵过程在商业上可行，资本和运营成本必须足够低，以使其至少与氧化的有机化合物过程和/或此类产物的基于碳氢化合物的来源的替代生物质具有竞争力。例如，在每年具有超过一亿加仑的铭牌容量的设施中由玉米商业生产乙醇。因此，从合成气到氧化的有机化合物的发酵过程必须能够利用类似的规模经济。因此，商业规模设施中的生物反应器可能需要至少2000万升的发酵液容量。

各种类型的生物反应器被用于使发酵液体、合成气和微生物的接触尽可能有效。然而，已知的各种生物反应器设计难以实施。例如，搅拌罐生物反应器具有很高的投资成本，需要大量的能量输入用于气体转移和混合，并且需要多个阶段来实现气态物质的高转化率。其他合成气发酵反应器类型如鼓泡塔反应器和空气提升(射流环流)反应器的制造和运行成本较低，但此类生物反应器通常需要微泡喷射器来制造小微泡，并且它们消耗大量的能量且容易结垢。第8,795,995号美国专利公开了使用喷射器向生物反应器中的厌氧发酵提供气体进料，以制造诸如乙醇的液体产物。