CN102811956A - 气化灰水处理系统 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，一种灰水处理系统包括用于使灰水氧化的氧化反应器。灰水处理系统还包括具有微生物的生物还原和沉淀系统，微生物设计成从经氧化灰水中移除一种或多种目标成分。

Description

气化灰水处理系统

技术领域

本文公开的主题涉及用于化工生产的气化过程装置和/或涉及整体气化联合循环(IGCC)功率装置。更具体而言，公开的实施例涉及用于处理气化产生的灰水的灰水处理系统。

背景技术

诸如固体煤、液体石油或天然气的化石燃料可气化以用于发电、产生化学品、产生合成燃料，或用于多种其它应用。气化涉及使含碳燃料和氧在非常高的温度下反应，以产生比处于其原始状态的燃料更高效且更清洁地燃烧的合成气，即包含一氧化碳和氢的燃料。气化的副产物是灰水，其可包括细灰粒、金属、氨和可生物降解的有机物质。灰水成分中的一些或所有可能受国家和/或联邦机构管制。因此，可能要处理灰水，以在将灰水从气化系统排出之前移除不那么合需要的成分。

发明内容

下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的各种形式。

在第一实施例中，一种灰水处理系统包括：氧化反应器，其构造成使灰水氧化；以及包括微生物的生物还原和沉淀系统，微生物构造成从经氧化灰水中移除一种或多种目标成分。

在第二实施例中，一种灰水处理系统包括：氧化反应器，其构造成使灰水内的硒物质氧化；以及包括微生物的生物还原和沉淀系统，微生物构造成对经氧化硒物质进行化学还原且使其从灰水中沉淀出来。

在第三实施例中，一种灰水处理系统包括：预处理系统，其构造成从灰水中移除结垢成分而产生经预处理灰水。灰水处理系统进一步包括生物处理系统，生物处理系统构造成使经预处理灰水氧化，以及从经氧化的经预处理灰水中移除一种或多种目标成分而产生经生物处理灰水。

附图说明

当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：

图1是整体气化联合循环系统的实施例的示意性框图；

图2是图1的灰水处理系统的实施例的示意性框图；以及

图3是图2的灰水处理系统的详细的示意性框图。

具体实施方式

下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。

当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。

本公开涉及可用于气化系统或整体气化联合循环(IGCC)系统中的灰水处理系统，以处理在气化期间产生的灰水。灰水处理系统包括具有微生物的生物还原和沉淀生物处理系统，微生物特别设计成从灰水中移除目标成分。具体而言，微生物可特别设计成移除目标成分，诸如硒、砷、汞、钼、硝酸盐和钒，而非移除有机成分。微生物可通过对目标成分进行化学还原且使其沉淀来移除目标成分。另外，微生物可将一些目标成分转化成可作为气体释放的其它化学成分。

灰水处理系统还可包括预处理装备，诸如化学反应器、澄清器和过滤器，它们在生物还原和沉淀生物处理系统上游移除结垢成分和痕量金属。另外，可在生物还原和沉淀生物处理系统上游包括氧化反应器来使一些目标成分氧化，以允许通过还原和沉淀来移除目标成分。此外，可包括预处理装备(诸如膜生物反应器)以从灰水中移除额外的成分。

图1示出IGCC系统10，其可产生灰水，作为气化的副产物。IGCC系统10包括与功率发生系统14集成的气化系统12。在气化系统12内，含碳燃料源16可用作能量源来产生合成气。燃料源16可包括煤、石油焦、生物质、基于木材的材料、农业废物、焦油、焦炉气体和沥青或其它含碳材料。

燃料源16可通过给料制备系统18引入到气化系统12中。给料制备系统18可例如通过对燃料源16进行剁碎、磨碎、切碎、粉碎、压块或堆垛来重新确定燃料源16的大小或形状，以产生燃料浆料20。根据某些实施例，给料制备系统18可包括研磨机。另外，在给料制备系统18内，可将诸如水或其它适当的液体的添加剂22添加到燃料源16，以产生燃料浆料20。但是，在未采用液体添加剂的其它实施例中，燃料浆料20可为干给料。

燃料浆料20可从给料制备系统18被引导到气化和洗涤系统24。气化和洗涤系统24可包括气化器，在气化器中，燃料浆料20可与氧26和蒸汽27混合而产生合成气。可由空气分离器28提供氧26，空气分离器28将空气30分离成氧26和氮32。蒸汽27可在IGCC系统10内再循环，并且可从下游气体冷却和处理系统34提供蒸汽27。

在气化和洗涤系统24内，气化器可使燃料浆料20与有限量的氧(例如，部分氧化)在高压(例如大约20巴至85巴的绝对压力)和高温(例如，大约700℃至1600℃)下反应，以使燃料浆料20部分地氧化和产生合成气。由于氧26、蒸汽27和燃料浆料20内的碳之间的化学反应，合成气可包括氢、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，诸如灰、硫、氮和氯化物。

为了将燃料浆料20转化成合成气，气化器首先可加热燃料浆料20，以使其经历热解过程。根据某些实施例，气化器20内部的温度的范围在热解过程期间可为大约150℃至700℃，这取决于用来产生燃料浆料20的燃料源16的类型。燃料浆料20在热解过程期间的加热可产生固体(例如，炭)，以及残余气体，例如，一氧化碳和氢。

然后可在气化器中进行燃烧过程。燃烧可包括将氧26引入到炭和残余气体。炭和残余气体可与氧26反应而形成二氧化碳和一氧化碳，这提供用于后续气化反应的热。根据某些实施例，在燃烧过程期间的温度的范围可为大约700℃至1600℃。接下来，蒸汽27可在气化步骤期间被引入到气化器中。在范围为大约800℃至1100℃的温度下，炭可与二氧化碳和蒸汽27反应而产生一氧化碳和氢。大体上，气化器利用蒸汽27和氧26来允许一些给料“燃烧”而产生一氧化碳和能量，该能量会驱动将给料进一步转化成氢和额外的二氧化碳的第二反应，从而产生合成气。合成气可包括大约85%的一氧化碳和氢，以及甲烷、二氧化碳、水、氯化氢、氟化氢、硫化羰、氨、氰化氢和硫化氢(取决于给料的硫含量)。不可气化的灰材料和未转化和/或未完全转化的燃料浆料20可为过程的副产物，其可作为较大的熔融渣料颗粒和较小的颗粒(称为细粒)而存在。

气化和洗涤系统24还可包括冷却器，诸如辐射合成气冷却器或骤冷单元。在冷却器内，可使合成气冷却和饱和，从而使不那么合需要的成分凝固。具体而言，熔融渣料可快速冷却和凝固成粗糙颗粒的渣料36，渣料36可从气化和洗涤系统24排出且提供给渣料处理系统38。除了别的之外，渣料处理系统38可包括诸如闸斗仓、刮板输送机和/或渣料坑的装备。在渣料处理系统38内，渣料36可被筛滤以减少湿气，并且然后被引导到厂区外进行处置。例如，渣料36可用作路基或用作另一种建筑材料。

除了产生渣料36之外，气化和洗涤系统24还可产生包括细渣料颗粒的黑水40。可在骤冷单元和/或在气化和洗涤系统24的洗涤器内从合成气中移除黑水40。具体而言，在洗涤器内，可移除额外的细粒和其它携带的气体，诸如氯化氢。黑水40可从气化和洗涤系统24排出且引导到黑水处理系统42。

除了别的之外，黑水处理系统42可包括诸如闪蒸鼓、沉降罐和冷凝器的装备，它们用来分离溶解的气体和集中的细颗粒。例如，黑水处理系统42可包括一系列的闪蒸鼓，它们使黑水40经历一系列的减压，这可使黑水40部分地蒸发和冷却，以移除溶解的气体43。根据某些实施例，溶解的气体43可包括可在气体冷却和处理系统34中回收的合成气。黑水处理系统42还可包括沉降过程，沉降过程产生分离的细粒44和灰水45，灰水45可重新用于气化和洗涤系统24中。黑水处理系统42还可产生被泄下来进行处理以移除不那么合需要的成分的一部分灰水，这称为灰水泄料46。分离的细粒44可再循环到给料制备系统14，在其中，细粒可用来提供额外的燃料。

灰水泄料46可被引导到灰水处理系统48，在其中，灰水泄料46可经历进一步处理，以移除气体(诸如氨)和固体而产生经处理排放物50。如下面参照图2进一步描述的那样，灰水处理系统48可包括诸如化学反应器、澄清器、过滤器和汽提器的装备，它们对灰水泄料46进行软化、澄清和净化。灰水处理系统48还可包括生物反应器和膜过滤单元，它们从灰水泄料46中移除有机材料和金属。根据某些实施例，灰水处理系统52可包括生物还原和沉淀生物处理系统，生物还原和沉淀生物处理系统使用自然产生的微生物的特别形成的混合物来对目标成分进行化学还原且使其从灰水46中沉淀出来，而产生经处理排放物50。经处理排放物50可发送来进行深井灌注，与另一种流结合来排出，或排出到水体，如果经处理排放物50符合环境规章和/或准许要求的话。

除了产生渣料36和黑水40之外，气化和洗涤系统24还产生经洗涤合成气52。经洗涤合成气52可被引导到合成气冷却和处理系统34，在其中，合成气可进一步净化而产生脱硫合成气54。合成气冷却和处理系统34还可产生可用于气化和洗涤系统24和/或渣料处理系统38中的合成气冷凝物47。根据某些实施例，合成气冷却和处理系统34可包括调节经洗涤合成气52中的氢与一氧化碳的比率的一个或多个水煤气变换反应器。合成气冷却和处理系统34还可包括可移除酸性气体(除了别的之外，诸如硫化氢和二氧化碳)的一个或多个酸性气体移除过程。另外，合成气冷却和处理系统34可包括一个或多个汽提过程，用于移除氨。此外，还可包括尾气处理过程，以将来自上游处理(诸如来自硫回收单元)的残留硫化合物的大部分转化成硫化氢。

脱硫合成气54可用来在功率发生系统14内产生功率。具体而言，脱硫合成气54可被引导到燃烧器56，在其中，脱硫合成气54可比馈送到给料制备系统18的原始含碳燃料以更高的效率燃烧。空气57还可被从压缩机58提供给燃烧器56，以使其以有利于燃烧脱硫合成气54而产生燃烧气体60的燃空比与脱硫合成气54混合。氮32可经由稀释氮压缩机62从空气分离器28提供给燃烧器56，以冷却燃烧反应。

来自燃烧器56的燃烧气体60可被引导到燃气轮机64，燃气轮机64可驱动压缩机58和/或发电机66。来自燃气轮机64的排气68然后可被馈送到热回收蒸汽发生(HRSG)系统70，HRSG系统70可从排气68和接收自气体冷却和处理系统34的蒸汽27中回收热。回收的热可用来产生蒸汽72，以用于驱动蒸汽轮机74，蒸汽轮机74又可驱动发电机76以发电。

来自蒸汽轮机74的排出蒸汽78可被引导通过冷凝器80，在其中，蒸汽78可冷凝以提供经冷凝蒸汽82。为了使蒸汽78冷凝，可使冷却流体84(诸如水)从冷却塔架86循环通过冷凝器80。来自冷凝器80的经冷凝蒸汽82然后可再循环到HRSG系统70，在其中，经冷凝蒸汽82可再次被加热而产生用于蒸汽轮机74的蒸汽72。

如可理解的那样，IGCC系统10的构件是简化描绘，并且不意图为限制性的。例如，在某些实施例中，除了别的之外，可包括额外的装备，诸如阀、温度传感器、压力传感器、控制器和/或存储罐。另外，虽然本文在IGCC系统10的背景中描述灰水处理系统48，但是灰水处理系统48可用于其它类型的气化系统中。例如，灰水处理系统48可为单独的气化系统12的一部分，气化系统12可将脱硫合成气56提供给用于化工生产的化学装置。

图2是图1的灰水处理系统48的实施例的示意性框图。灰水处理系统48包括预处理系统88，预处理系统88接收来自黑水处理系统42(图1)的灰水泄料46。在预处理系统88内，灰水泄料46可被处理，以移除痕量金属和可在下游装备中导致结垢的结垢成分。例如，除了别的之外，预处理系统88可移除诸如硅石、钙、镁、铝、锑、砷、镉、钙、铁、锰和汞的成分。根据某些实施例，预处理系统88可包括诸如反应器、澄清器和过滤器的装备。预处理系统88还可包括其它装备，以制备用于生物处理的灰水泄料46。例如，预处理系统88可包括一个或多个汽提器，以移除氨至适于生物处理的浓度。

预处理系统88可产生经预处理灰水90，经预处理灰水90可被引导到生物处理系统92，生物处理系统92使用生物处理过程来对目标成分进行化学还原且使其从灰水中沉淀出来。具体而言，生物处理系统92可采用自然产生的微生物的特别设计的混合物来使目标成分进行化学还原和沉淀。目标成分可包括金属、类金属和/或无机非金属成分，而非有机成分。生物处理系统92还可采用自然产生的微生物来将目标成分转化成可作为气体排出的化学成分。例如，微生物可将硝酸盐转化成氮气。

生物处理系统92还可包括其它装备，用于制备用于生物还原和沉淀过程的经预处理灰水90。例如，生物处理系统92可包括一个或多个氧化反应器，氧化反应器使诸如硒物质的成分氧化，以使它们准备好进行生物还原。在生物还原和沉淀生物处理系统92内，可移除诸如硒、砷、汞、钼、硝酸盐和钒的成分，以产生经生物处理灰水94。

经生物处理灰水94可被引导到后处理系统96。后处理系统96可包括一个或多个膜生物反应器，用于从经生物处理灰水94中移除有机成分。根据某些实施例，膜生物反应器可移除提供来作为生物处理系统92中的微生物的营养物的有机成分。后处理系统96还可包括诸如反渗透和离子交换装备的装备，其设计成进一步降低目标成分的水平和/或从经生物处理灰水94中移除其它不合需要的成分。经处理排放物50可离开后处理系统96，并且可发送来进行深井灌注，或通过排水口发送到现有的水源，这取决于经处理排放物50中存在的成分。另外，在其它实施例中，经处理排放物50可与另一种流结合，例如聚合装置中的化学处理流，以经历进一步处理。

图3是灰水处理系统48的更详细的示意性流程图。灰水46可通过平衡系统98进入预处理系统88。平衡系统98可包括一个或多个平衡罐，平衡罐将灰水进料流100的稳态流提供给反应系统102。平衡罐还可为来自下游装备的再循环流提供聚集点，同时允许调整灰水进料流100的流量。另外，如果需要的话，可对平衡罐提供化学品，以调节灰水进料流100的pH值。

来自平衡系统98的灰水进料流100可提供给反应系统102，以移除金属和/或结垢成分。具体而言，反应系统102可包括一个或多个化学反应器103，化学反应器103使化学品104与灰水进料流100反应，以使金属和/或结垢成分沉淀。根据某些实施例，反应系统102可包括串联的三个反应器103，它们各自具有安装在顶部的搅动器，搅动器设计成使固体重新悬浮。但是，在其它实施例中，可包括串联和/或并联的任何适当的类型和/或数量的反应器103。

在采用反应器103的实施例中，反应系统102可包括第一反应器103A，在其中，灰水进料流100可经历暖石灰软化。具体而言，熟石灰可作为化学品104添加到反应器，以使非碳酸盐硬度成分(即硫酸盐和氯化盐)沉淀。另外，可提供热，以降低诸如钙、镁和硅石的成分的可溶性。还可将氢氧化钠和氢氧化镁添加到第一反应器，以减少溶解的硅石。例如，硅石可与氢氧化镁反应，以协助在下游反应器103B和103C中移除硅石。

来自第一反应器103A的灰水可进入第二反应器103B，在其中，可添加另外的化学品104，以进一步将硬度降低到低的浓度，以降低形成镁和钙结垢的可能性，以及使重金属硫化物沉淀。例如，可添加碳酸钠，以防止形成硫酸镁和硫酸钙。还可添加硫酸氢钠，以形成重金属硫化物，这可在后续澄清步骤期间沉淀和移除。另外，可添加石灰和/或镁，以去除额外的硬度和硅石。

来自第二反应器103B的灰水可流到第三反应器103C，在其中，可添加额外的化学品104，以去除额外的硬度和重金属。例如，可添加沉淀剂(诸如MetClear^TM，其可从宾夕法尼亚州特里沃斯(trevose)的通用电气水处理技术公司商购获得)的溶液，以使硫化汞颗粒沉淀。还可添加氯化铁，以与氢氧化钙和氢氧化镁共同沉淀。另外，氯化铁可用作凝结剂，并且可协助沉淀的颗粒的沉降。另外，凝结剂可通过絮凝协助形成较大的颗粒。第三反应器103C还可提供额外的驻留时间，以便进行苏打灰软化和重金属去除。

来自反应系统102的进料流106可被引导到澄清系统108，在其中，可移除沉淀的固体。澄清系统108可包括诸如分流箱的分配装备，其在包括在澄清系统108中的若干澄清器之间平等地分开流。可将聚合物110添加到分流箱，以协助在澄清器中分离固体。根据某些实施例，澄清系统108可包括两个固体接触澄清器，它们通过使反应系统102中形成的沉淀物沉降来软化灰水。在澄清器内，可形成污泥层，污泥层允许固体颗粒进行额外的凝结。在某些实施例中，澄清器可包括为絮凝物提供移动的底部耙。另外，澄清器可提供额外的驻留时间，以便分离氢氧化金属和硫化金属。

在澄清系统108中集中的固体112可被引导到污泥处理系统114，在其中，可使固体112脱水。污泥处理系统114可包括诸如增稠器的装备，在其中，在被馈送到包括在污泥处理系统114内的压滤机之前，固体可进一步浓缩。根据某些实施例，增稠器可为金属污泥增稠器，其提供额外的沉降时间。在某些实施例中，可添加聚合物到污泥处理系统114，以便为后续压滤在化学方面调节固体。

来自增稠器的固体112可被引导到压滤机，诸如固定容积的凹板式压滤机，在其中，固体112可经历压滤。根据某些实施例，固体112可加压一个时段，诸如一到三个小时，以使固体112脱水。压滤机可通过移除可返回到反应系统102的液体116来减少污泥的体积。其余的固体可作为污泥118而从污泥处理系统114排出。

来自澄清系统108的灰水进料流120可被引导到过滤系统122，进一步移除形成于反应系统102和澄清系统108中的悬浮固体。过滤系统122可包括一个或多个多介质压滤器，多介质压滤器在灰水流过粒状或可压缩的过滤介质的过滤床时移除悬浮的微粒。在过滤系统122中移除微粒可防止下游构件的堵塞，诸如包括在下游汽提器内的筛盘。可对过滤系统122添加盐酸，以防止结垢。

根据某些实施例，过滤系统122可包括容纳多介质过滤器(MMF)的降流过滤单元，多介质过滤器包含多个层，以增强微粒的捕捉。例如，过滤单元可包括四层过滤介质，其下面有砾石排出床，其中，各个层比前面的层截取更小的颗粒。根据某些实施例，层可包括设置在砾石排出床层上面的无烟煤层、石英层、沙层和石榴石层。过滤系统122可产生进入汽提系统128的经过滤灰水126。另外，在某些实施例中，经过滤灰水126的一部分可返回到过滤系统122，并且用作反洗液来清洁过滤器。用过的反洗液127可返回到平衡系统98，以进行进一步的分离。

在汽提系统128内，可从经过滤灰水126中移除氨，以产生进入生物处理系统92的经预处理灰水90。根据某些实施例，汽提系统128可包括将氨132作为气体而移除的板式塔氨汽提器。可提供蒸汽130来加热灰水90和提供驱动力来从经过滤灰水126中蒸发和分离氨。氨132可发送到气体冷却和处理系统34(图1)内的硫回收单元。经冷凝蒸汽134可离开汽提系统，并且在某些实施例中，可提供给污泥处理系统114，以进行压滤机滤饼洗涤。

来自预处理系统88的经预处理灰水90可进入生物处理系统92，在其中，目标成分可经历生物反应器内的价还原，以允许目标成分的后续沉淀。具体而言，经预处理灰水90可离开汽提系统128，并且可发送到氧化系统138，在其中，某些成分(诸如硒)可被氧化，使得它们可在生物处理过程中被移除。根据某些实施例，氧化系统138可包括一个或多个氧化反应器，在其中，可添加化学品140(诸如，次氯酸盐、二氧化氯、高锰酸盐和/或过氧化物)，以使硒氧化和产生经氧化进料流142。例如，作为硒氰酸离子存在于灰水中的硒可氧化成硒酸盐或亚硒酸盐，以在生物处理过程中移除。

然后可将经氧化进料流142提供给还原和沉淀生物处理系统144。在还原和沉淀生物处理系统144内，种有自然产生的微生物培养物(诸如假单胞菌物种)的生物反应器可用来移除目标无机、金属和/或类金属成分，除了别的之外，诸如硒、硝酸盐、硒、砷、汞、钼和钒。根据某些实施例，还原和沉淀生物处理系统144可包括八个生物反应器组列(train)，各个具有两个生物反应器栅元。各个生物反应器栅元可包括驻留在支承介质(诸如粒状活性炭)上的微生物的混合物。生物反应器栅元可在降流模式中运行，其中进料通过分配系统来在池的顶部处引入，并且通过池的底部离开。还原和沉淀生物处理系统144还可包括一个或多个热交换器，热交换器可在将进料流传输到各个生物反应器栅元之前加热进料流142。根据某些实施例，还原和沉淀生物处理系统144可为可从通用电气水处理技术公司商购获得的ABMet®高级生物金属移除工艺。

在还原和沉淀生物处理系统144内，自然产生的微生物可对目标成分进行化学还原且使其沉淀，目标成分可为无机成分、金属成分和/或类金属成分。换句话说，还原和沉淀生物处理系统144不可使用微生物来移除有机成分，并且改为可使用微生物来移除无机成分、金属成分和/或类金属成分。微生物可为特别形成的混合物，其设计成使目标成分还原和沉淀。另外，微生物可将某些成分(诸如硝酸盐)转化成可作为气体释放的其它成分，诸如氮。营养物146可提供给还原和沉淀生物处理系统144，以为微生物提供碳食物源。根据某些实施例，营养物146可作为溶液来提供，溶液喷射到用于各个生物反应器栅元的进料流中。除了提供给还原和沉淀生物处理系统144的营养物146之外，灰水内的甲酸盐可作为微生物的碳食物源。

在还原和沉淀生物处理系统144内，目标成分可被还原成生物固体148且沉淀。例如，包含在硒酸盐或亚硒酸盐内的硒可被还原成元素硒且沉淀。在另一个示例中，砷可被还原成硫化砷且沉淀。为了移除生物固体148，还原和沉淀生物处理系统144可被冲洗和/或脱气。脱气可释放转化成气体(诸如氮气)的目标成分，而冲洗可释放还原和沉淀生物处理系统144内的积聚的生物质和悬浮固体。释放的生物固体148可被引导到生物污泥处理系统150，该系统可为后处理系统96的一部分。

来自还原和沉淀生物处理系统144的经生物处理灰水94可进入后处理系统96。后处理系统96可进一步处理经生物处理灰水94，以从灰水中移除额外的成分，以允许灰水发送来进行深井灌注、排出到其它流或在符合环境规章的情况下通过排水口排出。

后处理系统96可包括膜生物反应器系统152，膜生物反应器系统152移除有机物、总悬浮固体(TSS)、潜在的残留氨和重金属，诸如铁和锰。根据某些实施例，膜生物反应器系统152可为可从通用电气公司商购获得的ZeeWeed膜生物反应器(MBR)。膜生物反应器系统152包括与膜过滤单元结合的生物反应器。生物反应器可为悬浮生长反应器，其包括前置缺氧部分和好氧部分，以使灰水内的有机含量降解。膜过滤单元可包括分离液体和固体成分的增强的中空纤维膜。可使用粗或细泡扩散器和吹送器来对膜生物反应器系统152持续地通入氧154，以进行膜冲刷和/或保持适当的氧水平。

来自膜生物反应器系统152的生物固体156可被引导到生物污泥处理系统150，以进行脱水。可将聚合物添加到生物污泥处理系统150，以便以化学的方式调节生物固体156，以便在生物污泥处理系统150内进行压滤。根据某些实施例，生物污泥处理系统150可包括带压滤系统。在生物污泥处理系统150内，生物固体156可流过重力排出区段，在其中，生物固体156可增稠。在增稠之后，生物固体156可流到带压滤系统的剪切和压缩区段，在其中，生物固体156可被压缩在两个相对的多孔织物之间。另外，可通过使包含生物固体156的带传送通过两个滚子来使用高压压缩。生物污泥处理系统150可产生污泥160，污泥160可通过叶片从带上刮除，并且发送来进行厂区外处置。从生物固体156中移除的液体158可再循环到还原和沉淀生物处理系统144，以进行进一步处理。

离开膜生物反应器系统152的灰水进料流162可被引导到可选的额外的处理系统164，在其中，额外的成分可被从灰水进料流162中移除，以产生经处理排放物50。根据某些实施例，额外的处理系统164可包括进一步移除重金属的反渗透系统。额外的处理系统164还可包括使用软化剂来移除重金属的离子交换系统。另外，在某些实施例中，额外的处理系统164可包括其它系统，除了别的之外，诸如用于移除汞的碳吸收系统、用于去除硬度和重金属的弱酸阳离子(WAC)系统、用于移除二氧化碳的强制通风脱碳器(FDD)，或者钠循环软化器。但是，在其它实施例中，可不采用额外的处理，并且灰水进料流162可代表离开灰水处理系统48的经处理排放物50。

经处理排放物50可离开灰水处理系统48，并且在符合环境规章的情况下，可通过排水口排出到现有的水体中。在其它实施例中，经处理排放物50可发送来进行深井灌注或可与另一个流混合，例如，在聚合设施中的废水流。另外，在一些实施例中，经处理排放物50的一部分或所有可用作补充水来产生燃料浆料20，燃料浆料20被发送到气化和洗涤系统24(图1)。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种灰水处理系统，包括：

构造成使灰水氧化的氧化反应器；以及

包括微生物的生物还原和沉淀生物处理系统，所述微生物构造成从经氧化灰水中移除一种或多种目标成分。

2.根据权利要求1所述的灰水处理系统，其特征在于，所述微生物构造成对所述一种或多种目标成分进行化学还原且使其沉淀。

3.根据权利要求1所述的灰水处理系统，其特征在于，所述一种或多种目标成分包括硒。

4.根据权利要求1所述的灰水处理系统，其特征在于，所述一种或多种目标成分包括硒、砷、汞、钼、硝酸盐和钒中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的灰水处理系统，其特征在于，所述微生物构造成将硝酸盐转化成氮气。

6.根据权利要求1所述的灰水处理系统，其特征在于，所述生物还原和沉淀生物处理系统包括生物反应器栅元，所述生物反应器栅元包含在粒状碳上的所述微生物。

7.根据权利要求1所述的灰水处理系统，其特征在于，所述氧化反应器构造成使所述灰水内的硒氧化。

8.一种灰水处理系统，包括：

构造成使灰水内的硒物质氧化的氧化反应器；以及

包括微生物的生物还原和沉淀生物处理系统，所述微生物构造成对经氧化硒物质进行化学还原且使其从所述灰水中沉淀出来。

9.根据权利要求8所述的灰水处理系统，其特征在于，所述生物还原和沉淀生物处理系统包括多个生物反应器栅元，所述多个生物反应器栅元包含驻留在粒状碳上的所述微生物。

10.根据权利要求9所述的灰水处理系统，其特征在于，所述生物还原和沉淀生物处理系统包括多个生物反应器组列，各个生物反应器组列具有所述多个生物反应器栅元中的两个生物反应器栅元。

11.根据权利要求8所述的灰水处理系统，其特征在于，所述微生物构造成将硝酸盐转化成氮气。

12.根据权利要求8所述的灰水处理系统，其特征在于，所述微生物构造成将砷化学还原成硫化砷且使其沉淀。

13.根据权利要求8所述的灰水处理系统，其特征在于，所述灰水处理系统包括预处理系统，所述预处理系统设置在所述氧化反应器上游且构造成从所述灰水中移除结垢成分。

14.一种灰水处理系统，包括：

预处理系统，其构造成从灰水中移除结垢成分而产生经预处理灰水；以及

生物处理系统，其构造成使所述经预处理灰水氧化，以及从经氧化的经预处理灰水中移除一种或多种目标成分而产生经生物处理灰水。

15.根据权利要求14所述的灰水处理系统，其特征在于，所述预处理系统包括构造成软化所述灰水的一个或多个化学反应器和一个或多个澄清器。

16.根据权利要求14所述的灰水处理系统，其特征在于，所述预处理系统包括构造成从所述灰水中移除悬浮固体的一个或多个过滤系统。

17.根据权利要求14所述的灰水处理系统，其特征在于，所述预处理系统包括构造成从所述灰水中移除氨的汽提器。

18.根据权利要求14所述的灰水处理系统，其特征在于，所述灰水处理系统包括构造成从所述经生物处理灰水中移除一种或多种有机成分的膜生物处理反应器。

19.根据权利要求18所述的灰水处理系统，其特征在于，所述膜生物处理反应器包括前置缺氧反应器、好氧反应器和过滤膜。

20.根据权利要求14所述的灰水处理系统，其特征在于，所述灰水处理系统是整体联合循环系统的一部分。

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