專利名稱：氣化灰水處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本文公開的主題涉及用于化工生產的氣化過程裝置和/或涉及整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)功率裝置。更具體而言，公開的實施例涉及用于處理氣化產生的灰水的灰水處理系統(tǒng)。
背景技術：
諸如固體煤、液體石油或天然氣的化石燃料可氣化以用于發(fā)電、產生化學品、產生合成燃料，或用于多種其它應用。氣化涉及使含碳燃料和氧在非常高的溫度下反應，以產生比處于其原始狀態(tài)的燃料更高效且更清潔地燃燒的合成氣，即包含一氧化碳和氫的燃料。氣化的副產物是灰水，其可包括細灰粒、金屬、氨和可生物降解的有機物質?；宜煞种械囊恍┗蛩锌赡苁車液?或聯(lián)邦機構管制。因此，可能要處理灰水，以在將灰水從氣化系統(tǒng)排出之前移除不那么合需要的成分。

發(fā)明內容
下面對在范圍方面與原本聲明的發(fā)明相當?shù)哪承嵤├M行概述。這些實施例不意圖限制聲明的發(fā)明的范圍，而是相反，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。實際上，本發(fā)明可包括可能類似于或異于下面所闡述的實施例的各種形式。在第一實施例中，一種灰水處理系統(tǒng)包括氧化反應器,其構造成使灰水氧化；以及包括微生物的生物還原和沉淀系統(tǒng)，微生物構造成從經氧化灰水中移除一種或多種目標成分。在第二實施例中，一種灰水處理系統(tǒng)包括氧化反應器，其構造成使灰水內的硒物質氧化；以及包括微生物的生物還原和沉淀系統(tǒng)，微生物構造成對經氧化硒物質進行化學還原且使其從灰水中沉淀出來。在第三實施例中，一種灰水處理系統(tǒng)包括預處理系統(tǒng)，其構造成從灰水中移除結垢成分而產生經預處理灰水。灰水處理系統(tǒng)進一步包括生物處理系統(tǒng)，生物處理系統(tǒng)構造成使經預處理灰水氧化，以及從經氧化的經預處理灰水中移除一種或多種目標成分而產生經生物處理灰水。


當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面與優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中
圖I是整體氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的實施例的示意性框 圖2是圖I的灰水處理系統(tǒng)的實施例的示意性框圖；以及 圖3是圖2的灰水處理系統(tǒng)的詳細的示意性框圖。
具體實施方式
下面將對本發(fā)明的一個或多個具體實施例進行描述。為了致力于提供對這些實施例的簡明描述，可能不會在說明書中對實際實現(xiàn)的所有特征進行描述。應當理解，當例如在任何工程或設計項目中開發(fā)任何這種實際實現(xiàn)時，必須作出許多對實現(xiàn)而言專有的決定來實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，例如符合與系統(tǒng)有關及與商業(yè)有關的約束，開發(fā)人員的具體目標可根據(jù)不同的實現(xiàn)彼此有所改變。此外，應當理解，這種開發(fā)工作可能是復雜和耗時的，但盡管如此，對受益于本公開的普通技術人員來說，這種開發(fā)工作將是設計、生產和制造的例行任務。當介紹本發(fā)明的各實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”、“該”和“所述”意圖表示存在一個或多個該元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。本公開涉及可用于氣化系統(tǒng)或整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)中的灰水處理系統(tǒng)，以處理在氣化期間產生的灰水?；宜幚硐到y(tǒng)包括具有微生物的生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)，微生物特別設計成從灰水中移除目標成分。具體而言，微生物可特別設計成移除目標成分，諸如硒、砷、汞、鑰、硝酸鹽和釩，而非移除有機成分。微生物可通過對目標成分進行化學還原且使其沉淀來移除目標成分。另外，微生物可將一些目標成分轉化成可作為氣 體釋放的其它化學成分?；宜幚硐到y(tǒng)還可包括預處理裝備，諸如化學反應器、澄清器和過濾器，它們在生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)上游移除結垢成分和痕量金屬。另外，可在生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)上游包括氧化反應器來使一些目標成分氧化，以允許通過還原和沉淀來移除目標成分。此外，可包括預處理裝備(諸如膜生物反應器)以從灰水中移除額外的成分。圖I示出IGCC系統(tǒng)10，其可產生灰水，作為氣化的副產物。IGCC系統(tǒng)10包括與功率發(fā)生系統(tǒng)14集成的氣化系統(tǒng)12。在氣化系統(tǒng)12內，含碳燃料源16可用作能量源來產生合成氣。燃料源16可包括煤、石油焦、生物質、基于木材的材料、農業(yè)廢物、焦油、焦爐氣體和浙青或其它含碳材料。燃料源16可通過給料制備系統(tǒng)18引入到氣化系統(tǒng)12中。給料制備系統(tǒng)18可例如通過對燃料源16進行剁碎、磨碎、切碎、粉碎、壓塊或堆垛來重新確定燃料源16的大小或形狀，以產生燃料漿料20。根據(jù)某些實施例，給料制備系統(tǒng)18可包括研磨機。另外，在給料制備系統(tǒng)18內，可將諸如水或其它適當?shù)囊后w的添加劑22添加到燃料源16，以產生燃料漿料20。但是，在未采用液體添加劑的其它實施例中，燃料漿料20可為干給料。燃料漿料20可從給料制備系統(tǒng)18被引導到氣化和洗滌系統(tǒng)24。氣化和洗滌系統(tǒng)24可包括氣化器，在氣化器中，燃料漿料20可與氧26和蒸汽27混合而產生合成氣?？捎煽諝夥蛛x器28提供氧26，空氣分離器28將空氣30分離成氧26和氮32。蒸汽27可在IGCC系統(tǒng)10內再循環(huán)，并且可從下游氣體冷卻和處理系統(tǒng)34提供蒸汽27。在氣化和洗滌系統(tǒng)24內，氣化器可使燃料漿料20與有限量的氧(例如，部分氧化)在高壓(例如大約20巴至85巴的絕對壓力)和高溫(例如，大約700°C至1600°C )下反應，以使燃料漿料20部分地氧化和產生合成氣。由于氧26、蒸汽27和燃料漿料20內的碳之間的化學反應，合成氣可包括氫、一氧化碳和二氧化碳，以及存在于含碳燃料源16中的其它不那么合需要的成分，諸如灰、硫、氮和氯化物。為了將燃料漿料20轉化成合成氣，氣化器首先可加熱燃料漿料20，以使其經歷熱解過程。根據(jù)某些實施例，氣化器20內部的溫度的范圍在熱解過程期間可為大約150°C至700°C，這取決于用來產生燃料漿料20的燃料源16的類型。燃料漿料20在熱解過程期間的加熱可產生固體(例如，炭)，以及殘余氣體，例如，一氧化碳和氫。然后可在氣化器中進行燃燒過程。燃燒可包括將氧26引入到炭和殘余氣體。炭和殘余氣體可與氧26反應而形成二氧化碳和一氧化碳，這提供用于后續(xù)氣化反應的熱。根據(jù)某些實施例，在燃燒過程期間的溫度的范圍可為大約700°C至1600°C。接下來，蒸汽27可在氣化步驟期間被引入到氣化器中。在范圍為大約800°C至1100°C的溫度下，炭可與二氧化碳和蒸汽27反應而產生一氧化碳和氫。大體上，氣化器利用蒸汽27和氧26來允許一些給料“燃燒”而產生一氧化碳和能量，該能量會驅動將給料進一步轉化成氫和額外的二氧化碳的第二反應，從而產生合成氣。合成氣可包括大約85%的一氧化碳和氫，以及甲烷、二氧化碳、水、氯化氫、氟化氫、硫化羰、氨、氰化氫和硫化氫(取決于給料的硫含量)。不可氣化的灰材料和未轉化和/或未完全轉化的燃料漿料20可為過程的副產物，其可作為較大的熔融渣料顆粒和較小的顆粒(稱為細粒)而存在。氣化和洗滌系統(tǒng)24還可包括冷卻器，諸如輻射合成氣冷卻器或驟冷單元。在冷卻 器內，可使合成氣冷卻和飽和，從而使不那么合需要的成分凝固。具體而言，熔融渣料可快速冷卻和凝固成粗糙顆粒的渣料36，渣料36可從氣化和洗滌系統(tǒng)24排出且提供給渣料處理系統(tǒng)38。除了別的之外，渣料處理系統(tǒng)38可包括諸如閘斗倉、刮板輸送機和/或渣料坑的裝備。在渣料處理系統(tǒng)38內，渣料36可被篩濾以減少濕氣，并且然后被引導到廠區(qū)外進行處置。例如，渣料36可用作路基或用作另一種建筑材料。除了產生渣料36之外，氣化和洗滌系統(tǒng)24還可產生包括細渣料顆粒的黑水40。可在驟冷單元和/或在氣化和洗滌系統(tǒng)24的洗滌器內從合成氣中移除黑水40。具體而言，在洗滌器內，可移除額外的細粒和其它攜帶的氣體，諸如氯化氫。黑水40可從氣化和洗滌系統(tǒng)24排出且引導到黑水處理系統(tǒng)42。除了別的之外，黑水處理系統(tǒng)42可包括諸如閃蒸鼓、沉降罐和冷凝器的裝備，它們用來分離溶解的氣體和集中的細顆粒。例如，黑水處理系統(tǒng)42可包括一系列的閃蒸鼓，它們使黑水40經歷一系列的減壓，這可使黑水40部分地蒸發(fā)和冷卻，以移除溶解的氣體43。根據(jù)某些實施例，溶解的氣體43可包括可在氣體冷卻和處理系統(tǒng)34中回收的合成氣。黑水處理系統(tǒng)42還可包括沉降過程，沉降過程產生分離的細粒44和灰水45，灰水45可重新用于氣化和洗滌系統(tǒng)24中。黑水處理系統(tǒng)42還可產生被泄下來進行處理以移除不那么合需要的成分的一部分灰水，這稱為灰水泄料46。分離的細粒44可再循環(huán)到給料制備系統(tǒng)14，在其中，細?？捎脕硖峁╊~外的燃料?；宜沽?6可被引導到灰水處理系統(tǒng)48，在其中，灰水泄料46可經歷進一步處理，以移除氣體(諸如氨)和固體而產生經處理排放物50。如下面參照圖2進一步描述的那樣，灰水處理系統(tǒng)48可包括諸如化學反應器、澄清器、過濾器和汽提器的裝備，它們對灰水泄料46進行軟化、澄清和凈化?；宜幚硐到y(tǒng)48還可包括生物反應器和膜過濾單元，它們從灰水泄料46中移除有機材料和金屬。根據(jù)某些實施例，灰水處理系統(tǒng)52可包括生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)，生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)使用自然產生的微生物的特別形成的混合物來對目標成分進行化學還原且使其從灰水46中沉淀出來，而產生經處理排放物50。經處理排放物50可發(fā)送來進行深井灌注，與另一種流結合來排出，或排出到水體，如果經處理排放物50符合環(huán)境規(guī)章和/或準許要求的話。除了產生渣料36和黑水40之外，氣化和洗滌系統(tǒng)24還產生經洗滌合成氣52。經洗滌合成氣52可被引導到合成氣冷卻和處理系統(tǒng)34，在其中，合成氣可進一步凈化而產生脫硫合成氣54。合成氣冷卻和處理系統(tǒng)34還可產生可用于氣化和洗滌系統(tǒng)24和/或渣料處理系統(tǒng)38中的合成氣冷凝物47。根據(jù)某些實施例，合成氣冷卻和處理系統(tǒng)34可包括調節(jié)經洗滌合成氣52中的氫與一氧化碳的比率的一個或多個水煤氣變換反應器。合成氣冷卻和處理系統(tǒng)34還可包括可移除酸性氣體(除了別的之外，諸如硫化氫和二氧化碳)的一個或多個酸性氣體移除過程。另外，合成氣冷卻和處理系統(tǒng)34可包括一個或多個汽提過程，用于移除氨。此外，還可包括尾氣處理過程，以將來自上游處理(諸如來自硫回收單元)的殘留硫化合物的大部分轉化成硫化氫。脫硫合成氣54可用來在功率發(fā)生系統(tǒng)14內產生功率。具體而言，脫硫合成氣54可被弓丨導到燃燒器56，在其中，脫硫合成氣54可比饋送到給料制備系統(tǒng)18的原始含碳燃料以更高的效率燃燒。空氣57還可被從壓縮機58提供給燃燒器56，以使其以有利于燃燒脫硫合成氣54而產生燃燒氣體60的燃空比與脫硫合成氣54混合。氮32可經由稀釋氮壓縮 機62從空氣分離器28提供給燃燒器56,以冷卻燃燒反應。來自燃燒器56的燃燒氣體60可被弓I導到燃氣輪機64，燃氣輪機64可驅動壓縮機58和/或發(fā)電機66。來自燃氣輪機64的排氣68然后可被饋送到熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)70，HRSG系統(tǒng)70可從排氣68和接收自氣體冷卻和處理系統(tǒng)34的蒸汽27中回收熱。回收的熱可用來產生蒸汽72，以用于驅動蒸汽輪機74，蒸汽輪機74又可驅動發(fā)電機76以發(fā)電。來自蒸汽輪機74的排出蒸汽78可被引導通過冷凝器80，在其中，蒸汽78可冷凝以提供經冷凝蒸汽82。為了使蒸汽78冷凝，可使冷卻流體84(諸如水)從冷卻塔架86循環(huán)通過冷凝器80。來自冷凝器80的經冷凝蒸汽82然后可再循環(huán)到HRSG系統(tǒng)70，在其中，經冷凝蒸汽82可再次被加熱而產生用于蒸汽輪機74的蒸汽72。如可理解的那樣，IGCC系統(tǒng)10的構件是簡化描繪，并且不意圖為限制性的。例如，在某些實施例中，除了別的之外，可包括額外的裝備，諸如閥、溫度傳感器、壓力傳感器、控制器和/或存儲罐。另外，雖然本文在IGCC系統(tǒng)10的背景中描述灰水處理系統(tǒng)48，但是灰水處理系統(tǒng)48可用于其它類型的氣化系統(tǒng)中。例如，灰水處理系統(tǒng)48可為單獨的氣化系統(tǒng)12的一部分，氣化系統(tǒng)12可將脫硫合成氣56提供給用于化工生產的化學裝置。圖2是圖I的灰水處理系統(tǒng)48的實施例的示意性框圖?；宜幚硐到y(tǒng)48包括預處理系統(tǒng)88，預處理系統(tǒng)88接收來自黑水處理系統(tǒng)42 (圖I)的灰水泄料46。在預處理系統(tǒng)88內，灰水泄料46可被處理，以移除痕量金屬和可在下游裝備中導致結垢的結垢成分。例如，除了別的之外，預處理系統(tǒng)88可移除諸如硅石、鈣、鎂、鋁、銻、砷、鎘、鈣、鐵、錳和汞的成分。根據(jù)某些實施例，預處理系統(tǒng)88可包括諸如反應器、澄清器和過濾器的裝備。預處理系統(tǒng)88還可包括其它裝備，以制備用于生物處理的灰水泄料46。例如，預處理系統(tǒng)88可包括一個或多個汽提器，以移除氨至適于生物處理的濃度。預處理系統(tǒng)88可產生經預處理灰水90，經預處理灰水90可被引導到生物處理系統(tǒng)92，生物處理系統(tǒng)92使用生物處理過程來對目標成分進行化學還原且使其從灰水中沉淀出來。具體而言，生物處理系統(tǒng)92可采用自然產生的微生物的特別設計的混合物來使目標成分進行化學還原和沉淀。目標成分可包括金屬、類金屬和/或無機非金屬成分，而非有機成分。生物處理系統(tǒng)92還可采用自然產生的微生物來將目標成分轉化成可作為氣體排出的化學成分。例如，微生物可將硝酸鹽轉化成氮氣。生物處理系統(tǒng)92還可包括其它裝備，用于制備用于生物還原和沉淀過程的經預處理灰水90。例如，生物處理系統(tǒng)92可包括一個或多個氧化反應器，氧化反應器使諸如硒物質的成分氧化，以使它們準備好進行生物還原。在生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)92內，可移除諸如硒、砷、汞、鑰、硝酸鹽和釩的成分，以產生經生物處理灰水94。經生物處理灰水94可被引導到后處理系統(tǒng)96。后處理系統(tǒng)96可包括一個或多個膜生物反應器，用于從經生物處理灰水94中移除有機成分。根據(jù)某些實施例，膜生物反應器可移除提供來作為生物處理系統(tǒng)92中的微生物的營養(yǎng)物的有機成分。后處理系統(tǒng)96還可包括諸如反滲透和離子交換裝備的裝備，其設計成進一步降低目標成分的水平和/或從經生物處理灰水94中移除其它不合需要的成分。經處理排放物50可離開后處理系統(tǒng)96， 并且可發(fā)送來進行深井灌注，或通過排水口發(fā)送到現(xiàn)有的水源，這取決于經處理排放物50中存在的成分。另外，在其它實施例中，經處理排放物50可與另一種流結合，例如聚合裝置中的化學處理流，以經歷進一步處理。圖3是灰水處理系統(tǒng)48的更詳細的示意性流程圖?；宜?6可通過平衡系統(tǒng)98進入預處理系統(tǒng)88。平衡系統(tǒng)98可包括一個或多個平衡罐，平衡罐將灰水進料流100的穩(wěn)態(tài)流提供給反應系統(tǒng)102。平衡罐還可為來自下游裝備的再循環(huán)流提供聚集點，同時允許調整灰水進料流100的流量。另外，如果需要的話，可對平衡罐提供化學品，以調節(jié)灰水進料流100的pH值。來自平衡系統(tǒng)98的灰水進料流100可提供給反應系統(tǒng)102，以移除金屬和/或結垢成分。具體而言，反應系統(tǒng)102可包括一個或多個化學反應器103，化學反應器103使化學品104與灰水進料流100反應，以使金屬和/或結垢成分沉淀。根據(jù)某些實施例，反應系統(tǒng)102可包括串聯(lián)的三個反應器103，它們各自具有安裝在頂部的攪動器，攪動器設計成使固體重新懸浮。但是，在其它實施例中，可包括串聯(lián)和/或并聯(lián)的任何適當?shù)念愋秃?或數(shù)量的反應器103。在采用反應器103的實施例中，反應系統(tǒng)102可包括第一反應器103A，在其中，灰水進料流100可經歷暖石灰軟化。具體而言，熟石灰可作為化學品104添加到反應器，以使非碳酸鹽硬度成分(即硫酸鹽和氯化鹽)沉淀。另外，可提供熱，以降低諸如鈣、鎂和硅石的成分的可溶性。還可將氫氧化鈉和氫氧化鎂添加到第一反應器，以減少溶解的硅石。例如，硅石可與氫氧化鎂反應，以協(xié)助在下游反應器103B和103C中移除硅石。來自第一反應器103A的灰水可進入第二反應器103B，在其中，可添加另外的化學品104，以進一步將硬度降低到低的濃度，以降低形成鎂和鈣結垢的可能性，以及使重金屬硫化物沉淀。例如，可添加碳酸鈉，以防止形成硫酸鎂和硫酸鈣。還可添加硫酸氫鈉，以形成重金屬硫化物，這可在后續(xù)澄清步驟期間沉淀和移除。另外，可添加石灰和/或鎂，以去除額外的硬度和硅石。來自第二反應器103B的灰水可流到第三反應器103C，在其中，可添加額外的化學品104，以去除額外的硬度和重金屬。例如，可添加沉淀劑(諸如MetClear ，其可從賓夕法尼亞州特里沃斯(trevose)的通用電氣水處理技術公司商購獲得)的溶液，以使硫化汞顆粒沉淀。還可添加氯化鐵，以與氫氧化鈣和氫氧化鎂共同沉淀。另外，氯化鐵可用作凝結齊U，并且可協(xié)助沉淀的顆粒的沉降。另外，凝結劑可通過絮凝協(xié)助形成較大的顆粒。第三反應器103C還可提供額外的駐留時間，以便進行蘇打灰軟化和重金屬去除。來自反應系統(tǒng)102的進料流106可被引導到澄清系統(tǒng)108，在其中，可移除沉淀的固體。澄清系統(tǒng)108可包括諸如分流箱的分配裝備，其在包括在澄清系統(tǒng)108中的若干澄清器之間平等地分開流。可將聚合物110添加到分流箱，以協(xié)助在澄清器中分離固體。根據(jù)某些實施例，澄清系統(tǒng)108可包括兩個固體接觸澄清器，它們通過使反應系統(tǒng)102中形成的沉淀物沉降來軟化灰水。在澄清器內，可形成污泥層，污泥層允許固體顆粒進行額外的凝結。在某些實施例中，澄清器可包括為絮凝物提供移動的底部耙。另外，澄清器可提供額外的駐留時間，以便分離氫氧化金屬和硫化金屬。在澄清系統(tǒng)108中集中的固體112可被引導到污泥處理系統(tǒng)114，在其中，可使固體112脫水。污泥處理系統(tǒng)114可包括諸如增稠器的裝備，在其中，在被饋送到包括在污泥 處理系統(tǒng)114內的壓濾機之前，固體可進一步濃縮。根據(jù)某些實施例，增稠器可為金屬污泥增稠器，其提供額外的沉降時間。在某些實施例中，可添加聚合物到污泥處理系統(tǒng)114，以便為后續(xù)壓濾在化學方面調節(jié)固體。來自增稠器的固體112可被引導到壓濾機，諸如固定容積的凹板式壓濾機，在其中，固體112可經歷壓濾。根據(jù)某些實施例，固體112可加壓一個時段，諸如一到三個小時，以使固體112脫水。壓濾機可通過移除可返回到反應系統(tǒng)102的液體116來減少污泥的體積。其余的固體可作為污泥118而從污泥處理系統(tǒng)114排出。來自澄清系統(tǒng)108的灰水進料流120可被引導到過濾系統(tǒng)122，進一步移除形成于反應系統(tǒng)102和澄清系統(tǒng)108中的懸浮固體。過濾系統(tǒng)122可包括一個或多個多介質壓濾器，多介質壓濾器在灰水流過粒狀或可壓縮的過濾介質的過濾床時移除懸浮的微粒。在過濾系統(tǒng)122中移除微?？煞乐瓜掠螛嫾亩氯?，諸如包括在下游汽提器內的篩盤。可對過濾系統(tǒng)122添加鹽酸，以防止結垢。根據(jù)某些實施例，過濾系統(tǒng)122可包括容納多介質過濾器(MMF)的降流過濾單元，多介質過濾器包含多個層，以增強微粒的捕捉。例如，過濾單元可包括四層過濾介質，其下面有礫石排出床，其中，各個層比前面的層截取更小的顆粒。根據(jù)某些實施例，層可包括設置在礫石排出床層上面的無煙煤層、石英層、沙層和石榴石層。過濾系統(tǒng)122可產生進入汽提系統(tǒng)128的經過濾灰水126。另外，在某些實施例中，經過濾灰水126的一部分可返回到過濾系統(tǒng)122，并且用作反洗液來清潔過濾器。用過的反洗液127可返回到平衡系統(tǒng)98，以進行進一步的分離。在汽提系統(tǒng)128內，可從經過濾灰水126中移除氨，以產生進入生物處理系統(tǒng)92的經預處理灰水90。根據(jù)某些實施例，汽提系統(tǒng)128可包括將氨132作為氣體而移除的板式塔氨汽提器?？商峁┱羝?30來加熱灰水90和提供驅動力來從經過濾灰水126中蒸發(fā)和分離氨。氨132可發(fā)送到氣體冷卻和處理系統(tǒng)34(圖I)內的硫回收單元。經冷凝蒸汽134可離開汽提系統(tǒng)，并且在某些實施例中，可提供給污泥處理系統(tǒng)114，以進行壓濾機濾餅洗漆。來自預處理系統(tǒng)88的經預處理灰水90可進入生物處理系統(tǒng)92，在其中，目標成分可經歷生物反應器內的價還原，以允許目標成分的后續(xù)沉淀。具體而言，經預處理灰水90可離開汽提系統(tǒng)128，并且可發(fā)送到氧化系統(tǒng)138，在其中，某些成分(諸如硒)可被氧化，使得它們可在生物處理過程中被移除。根據(jù)某些實施例，氧化系統(tǒng)138可包括一個或多個氧化反應器，在其中，可添加化學品140 (諸如，次氯酸鹽、二氧化氯、高錳酸鹽和/或過氧化物)，以使硒氧化和產生經氧化進料流142。例如，作為硒氰酸離子存在于灰水中的硒可氧化成硒酸鹽或亞硒酸鹽，以在生物處理過程中移除。然后可將經氧化進料流142提供給還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144。在還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144內，種有自然產生的微生物培養(yǎng)物(諸如假單胞菌物種)的生物反應器可用來移除目標無機、金屬和/或類金屬成分，除了別的之外，諸如硒、硝酸鹽、硒、砷、汞、鑰和釩。根據(jù)某些實施例，還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144可包括八個生物反應器組列(train)，各個具有兩個生物反應器柵元。各個生物反應器柵元可包括駐留在支承介質(諸如粒狀活性炭)上的微生物的混合物。生物反應器柵元可在降流模式中運行，其中進料通過分配系統(tǒng)來在池的頂部處引入，并且通過池的底部離開。還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144還可包括一個或多個熱交換器，熱交換器可在將進料流傳輸?shù)礁鱾€生物反應器柵元之前加熱進料流142。根據(jù)某些實施例，還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144可為可從通用電氣水處理技術公司商購獲得的ABMet 高級生物金屬移除工藝。 在還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144內，自然產生的微生物可對目標成分進行化學還原且使其沉淀，目標成分可為無機成分、金屬成分和/或類金屬成分。換句話說，還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144不可使用微生物來移除有機成分，并且改為可使用微生物來移除無機成分、金屬成分和/或類金屬成分。微生物可為特別形成的混合物，其設計成使目標成分還原和沉淀。另外，微生物可將某些成分(諸如硝酸鹽)轉化成可作為氣體釋放的其它成分，諸如氮。營養(yǎng)物146可提供給還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144，以為微生物提供碳食物源。根據(jù)某些實施例，營養(yǎng)物146可作為溶液來提供，溶液噴射到用于各個生物反應器柵元的進料流中。除了提供給還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144的營養(yǎng)物146之外，灰水內的甲酸鹽可作為微生物的碳食物源。在還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144內，目標成分可被還原成生物固體148且沉淀。例如，包含在硒酸鹽或亞硒酸鹽內的硒可被還原成元素硒且沉淀。在另一個示例中，砷可被還原成硫化砷且沉淀。為了移除生物固體148，還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144可被沖洗和/或脫氣。脫氣可釋放轉化成氣體(諸如氮氣)的目標成分，而沖洗可釋放還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144內的積聚的生物質和懸浮固體。釋放的生物固體148可被引導到生物污泥處理系統(tǒng)150,該系統(tǒng)可為后處理系統(tǒng)96的一部分。來自還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144的經生物處理灰水94可進入后處理系統(tǒng)96。后處理系統(tǒng)96可進一步處理經生物處理灰水94，以從灰水中移除額外的成分，以允許灰水發(fā)送來進行深井灌注、排出到其它流或在符合環(huán)境規(guī)章的情況下通過排水口排出。后處理系統(tǒng)96可包括膜生物反應器系統(tǒng)152，膜生物反應器系統(tǒng)152移除有機物、總懸浮固體(TSS)、潛在的殘留氨和重金屬，諸如鐵和錳。根據(jù)某些實施例，膜生物反應器系統(tǒng)152可為可從通用電氣公司商購獲得的ZeeWeed膜生物反應器(MBR)。膜生物反應器系統(tǒng)152包括與膜過濾單元結合的生物反應器。生物反應器可為懸浮生長反應器，其包括前置缺氧部分和好氧部分，以使灰水內的有機含量降解。膜過濾單兀可包括分尚液體和固體成分的增強的中空纖維膜?？墒褂么只蚣毰輸U散器和吹送器來對膜生物反應器系統(tǒng)152持續(xù)地通入氧154，以進行膜沖刷和/或保持適當?shù)难跛?。來自膜生物反應器系統(tǒng)152的生物固體156可被引導到生物污泥處理系統(tǒng)150，以進行脫水。可將聚合物添加到生物污泥處理系統(tǒng)150，以便以化學的方式調節(jié)生物固體156，以便在生物污泥處理系統(tǒng)150內進行壓濾。根據(jù)某些實施例，生物污泥處理系統(tǒng)150可包括帶壓濾系統(tǒng)。在生物污泥處理系統(tǒng)150內，生物固體156可流過重力排出區(qū)段，在其中，生物固體156可增稠。在增稠之后，生物固體156可流到帶壓濾系統(tǒng)的剪切和壓縮區(qū)段，在其中，生物固體156可被壓縮在兩個相對的多孔織物之間。另外，可通過使包含生物固體156的帶傳送通過兩個滾子來使用高壓壓縮。生物污泥處理系統(tǒng)150可產生污泥160，污泥160可通過葉片從帶上刮除，并且發(fā)送來進行廠區(qū)外處置。從生物固體156中移除的液體158可再循環(huán)到還原和沉淀生物處理系統(tǒng)144，以進行進一步處理。離開膜生物反應器系統(tǒng)152的灰水進料流162可被引導到可選的額外的處理系統(tǒng)164，在其中，額外的成分可被從灰水進料流162中移除，以產生經處理排放物50。根據(jù)某些實施例，額外的處理系統(tǒng)164可包括進一步移除重金屬的反滲透系統(tǒng)。額外的處理系統(tǒng)164還可包括使用軟化劑來移除重金屬的離子交換系統(tǒng)。另外，在某些實施例中，額外的處 理系統(tǒng)164可包括其它系統(tǒng)，除了別的之外，諸如用于移除汞的碳吸收系統(tǒng)、用于去除硬度和重金屬的弱酸陽離子(WAC)系統(tǒng)、用于移除二氧化碳的強制通風脫碳器(FDD)，或者鈉循環(huán)軟化器。但是，在其它實施例中，可不采用額外的處理，并且灰水進料流162可代表離開灰水處理系統(tǒng)48的經處理排放物50。經處理排放物50可離開灰水處理系統(tǒng)48，并且在符合環(huán)境規(guī)章的情況下，可通過排水口排出到現(xiàn)有的水體中。在其它實施例中，經處理排放物50可發(fā)送來進行深井灌注或可與另一個流混合，例如，在聚合設施中的廢水流。另外，在一些實施例中，經處理排放物50的一部分或所有可用作補充水來產生燃料漿料20，燃料漿料20被發(fā)送到氣化和洗滌系統(tǒng)24(圖 I)。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意于處在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種灰水處理系統(tǒng),包括 構造成使灰水氧化的氧化反應器；以及 包括微生物的生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)，所述微生物構造成從經氧化灰水中移除一種或多種目標成分。
2.根據(jù)權利要求I所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物構造成對所述一種或多種目標成分進行化學還原且使其沉淀。
3.根據(jù)權利要求I所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述一種或多種目標成分包括硒。
4.根據(jù)權利要求I所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述一種或多種目標成分包括硒、砷、萊、鑰、硝酸鹽和fL中的至少一個。
5.根據(jù)權利要求I所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物構造成將硝酸鹽轉化成氮氣。
6.根據(jù)權利要求I所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)包括生物反應器柵元，所述生物反應器柵元包含在粒狀碳上的所述微生物。
7.根據(jù)權利要求I所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化反應器構造成使所述灰水內的硒氧化。
8.—種灰水處理系統(tǒng),包括 構造成使灰水內的硒物質氧化的氧化反應器；以及 包括微生物的生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)，所述微生物構造成對經氧化硒物質進行化學還原且使其從所述灰水中沉淀出來。
9.根據(jù)權利要求8所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)包括多個生物反應器柵元，所述多個生物反應器柵元包含駐留在粒狀碳上的所述微生物。
10.根據(jù)權利要求9所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生物還原和沉淀生物處理系統(tǒng)包括多個生物反應器組列，各個生物反應器組列具有所述多個生物反應器柵元中的兩個生物反應器柵元。
11.根據(jù)權利要求8所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物構造成將硝酸鹽轉化成氮氣。
12.根據(jù)權利要求8所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物構造成將砷化學還原成硫化砷且使其沉淀。
13.根據(jù)權利要求8所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述灰水處理系統(tǒng)包括預處理系統(tǒng)，所述預處理系統(tǒng)設置在所述氧化反應器上游且構造成從所述灰水中移除結垢成分。
14.一種灰水處理系統(tǒng)，包括 預處理系統(tǒng)，其構造成從灰水中移除結垢成分而產生經預處理灰水；以及 生物處理系統(tǒng)，其構造成使所述經預處理灰水氧化，以及從經氧化的經預處理灰水中移除一種或多種目標成分而產生經生物處理灰水。
15.根據(jù)權利要求14所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理系統(tǒng)包括構造成軟化所述灰水的一個或多個化學反應器和一個或多個澄清器。
16.根據(jù)權利要求14所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理系統(tǒng)包括構造成從所述灰水中移除懸浮固體的一個或多個過濾系統(tǒng)。
17.根據(jù)權利要求14所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理系統(tǒng)包括構造成從所述灰水中移除氨的汽提器。
18.根據(jù)權利要求14所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述灰水處理系統(tǒng)包括構造成從所述經生物處理灰水中移除一種或多種有機成分的膜生物處理反應器。
19.根據(jù)權利要求18所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述膜生物處理反應器包括前置缺氧反應器、好氧反應器和過濾膜。
20.根據(jù)權利要求14所述的灰水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述灰水處理系統(tǒng)是整體聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的一部分。
全文摘要
在一個實施例中，一種灰水處理系統(tǒng)包括用于使灰水氧化的氧化反應器。灰水處理系統(tǒng)還包括具有微生物的生物還原和沉淀系統(tǒng)，微生物設計成從經氧化灰水中移除一種或多種目標成分。
文檔編號C02F9/00GK102811956SQ201180016640
公開日2012年12月5日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權日2010年2月2日
發(fā)明者J.S.凱恩, D.翁, D.B.弗拉澤, T.M.皮克特 申請人:通用電氣公司