有机材料的加压再循环的制作方法
【专利摘要】一种用于有机材料的加压再循环的装置(10)包括：能够被加压并且能够在其中进行有机材料的厌氧消化和需氧堆肥的反应容器(12)，所述反应容器(12)具有有机材料进口(14)和出口(16)、以及将所述有机材料从所述出口(16)输送到所述进口(14)的输送装置(18、20、22、28、29、30、32、34和36)，从而所述有机材料能够在维持加压状态的同时在所述出口(16)和所述入口(14)之间传递，进而实现其再循环和重新配置。本发明还描述了一种用于有机材料的加压再循环的方法。
【专利说明】有机材料的加压再循环
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有机材料的加压再循环。更特别地，本发明的目的是实现城市固体废物的有机部分(OFMSW)在用于OFMSW的消化并从中产生生物气的系统中的加压再循环，从而提高该系统的经济意义。
【背景技术】
[0002]已知的是，固体有机废料可以在厌氧或有氧条件下处理，以产生具有生物活性的稳定的最终产物，该最终产物例 如，可以被用作园林堆肥。该过程分别通过厌氧或需氧微生物的作用完成，厌氧或需氧微生物能使有机废料新陈代谢从而产生生物活性的稳定的最终产物。
[0003]同样已知的是，固体有机废料的有氧分解在有氧气存在的情况下进行。由于在有氧分解过程中产生的一些能量以热的形式释放，废料的温度会上升，在环境条件下通常会达到约75°C。固体最终产物通常含有丰富的硝酸盐，而硝酸盐对于植物来说是容易生物利用的氮源，这使得最终产物特别适合作为肥料。
[0004]还已知的是，固体有机废料的厌氧消化在无氧环境下进行。当有机材料被加热至嗜温或嗜热细菌生效的温度时，无氧微生物代谢被认为是最优的。无氧微生物代谢过程引起生物气的产生，其中主要是甲烷和二氧化碳。该过程的固体产物通常含有丰富的铵盐。这种铵盐是不容易生物利用的，因此通常在有氧分解会发生的环境下被处理。在这种方式中，该材料被用来产生生物可利用的产物。
[0005]通常，有机废料的生物降解系统要么是需氧过程，要么是厌氧过程。然而，还有少数系统结合了厌氧和需氧生物降解过程。德国专利4440750和国际专利申请PCT/DE1994/000440 (W01994/024071)中的方法分别描述了厌氧发酵装置和需氧堆肥装置的结合。重要的是，这些系统描述了分开的不相关联的用于需氧和厌氧生物降解过程的容器。
[0006]国际专利申请PCT/AU00/00865(W001/05729)描述了一种改进的方法和装置，其中，克服了在先的方法和装置的大多数低效能部分。改进的方法和装置的特点在基本层面上是，通过用于提升有机废料的温度的初级需氧步骤，厌氧消化步骤和后续的需氧处理步骤，在一个单独的容器中对有机废料进行连续处理。在厌氧消化步骤中，含有微生物的工艺用水或接种物被加入容器中，以创建适合内容物高效的无氧消化和产生生物气的条件。加入的接种物还有助于热和质量传递以及提供用于防止酸化的缓冲能力。接着，空气被通入容器中的残留物中，以创建有氧降解条件。进一步描述的是，在厌氧消化过程中加入的水可以来自于一个相连的经历过厌氧消化的容器。
[0007]考虑到容器的相对大小，OFMSW受到相对较高且变化的固结压力，这导致在厌氧消化中引入的液体的能力渗透到容器中的材料的所有部分中的能力降低。这使得OFMSW中的生物气产量降低。因此，需要将OFMSW在厌氧消化中再循环，以提高液体渗透到OFMSW中的能力，进而有望实现较高的生物气产量。
[0008]OFMSW在单个容器中通过厌氧消化和需氧堆肥阶段的连续处理为其带来一些挑战，部分原因在于该过程重要的“分批”性质。也就是说，与在不同的阶段将OFMSW简单地输送到另一容器中的其他现有过程相比，需要注意保证在另一阶段完成时，条件转变为最适合每个阶段的条件。这需要一定量的时间用来完成这些转变。一个这种有问题的转变是厌氧消化到需氧堆肥的变化。为了使这种变化尽可能快地发生，需要对固体进行脱水。
[0009]最后，还希望在厌氧消化到需氧堆肥转变之后，维持一定的水分含量。这进一步期望能够在不需要在大气中打开反应容器的情况下实现这种转变。本发明的一个目的是基本上克服现有技术的前述问题，或者至少提供一种有用的替代方案。
[0010]Sib C0.,Ltd的韩国专利10-0722407公开了一种高压和高温的需氧消化器，用于处理高强度废水，包括家畜排泄物。其说明书描述了一个气升式反应器，该气升式反应器利用通过中心柱或“循环进口管”的下降的液流。据说升高的压力是用于加强氧气的转移和溶解，存在的高温好气性微生物的新陈代谢用来加热循环的液体。进一步地，据说这能在3-5天内处理“高浓度有机废水”。特别地，这是在需氧消化器容器中循环的水或液体。这通过强制对流或者“空气提升”实现。该韩国专利中描述的消化器没有提供一种对于固体材料在压力下的循环的解决方案。
[0011]关于【背景技术】的前述讨论的目的仅在于便于理解本发明。该讨论并不是承认任何涉及到的材料是或曾经是在本申请的 优先权日:前的普通公知常识的一部分。
[0012]在本发明的说明书和权利要求书中，除非另有说明，“包括” 一词或者其变形将被理解为包含一个或一组所述的个体，但并不排除还包括其它一个或一组个体。
【发明内容】
[0013]本发明提供了 一种用于有机材料的加压再循环的装置，所述装置包括:能够被加压并且能够在其中进行有机材料的厌氧消化和需氧堆肥的反应容器，所述反应容器具有有机材料进口和出口、以及将所述有机材料从所述出口输送到所述进口的输送装置，从而所述有机材料能够在维持加压状态的同时在所述出口和所述入口之间传递，进而实现其再循环和重新配置。
[0014]优选地，所述输送装置至少部分位于所述反应器外并且配置为能够维持其中的加压状态。
[0015]更优选地，所述输送装置由一系列单独的输送机构成。
[0016]被输送的所述有机材料优选为有机固体。在本发明的一种形式中，所述有机固体为城市固体废物的有机部分。
[0017]所述单独的输送机中的一个或多个优选配置有脱水装置。在一种形式中，所述脱水装置的至少一部分可以配置为180°筛。在另一种形式中，所述脱水装置的至少一部分可以配置为一个或多个脱水压力机(dewatering presses)。
[0018]优选地，在到达所述进口之前，被输送的所述有机材料的水分含量减少至约40~60%。
[0019]所述输送装置优选配置有有利于维持所述加压状态的密封结构。在一种形式中，所述密封结构为轴封。在另一形式中，所述密封结构为壳密封。
[0020]本发明还提供了一种用于有机材料的加压再循环的方法，所述方法包括:加压反应容器，所述反应容器中设有有机材料，在保持加压状态的同时将所述有机材料再循环到所述反应容器，其中，所述有机材料大半为固体。
[0021]优选地，所述有机材料的再循环需要将所述有机材料送到所述反应容器的范围之外并将所述有机材料再引入所述反应容器中。
[0022]更优选地，在再循环之前并且在处于加压状态时，在所述反应容器中对所述有机材料进行脱水。
[0023]更优选地，所述再循环使得所述有机材料以基本上密封的方式从所述反应容器的出口被输送到所述反应容器的进口。在所述有机材料被再循环时优选对所述有机材料进行另外的脱水。
[0024]优选地，被输送的所述有机材料的水分含量在再循环到所述反应容器的过程中减少至约40~60 %。
[0025]由于所述反应容器的底部的固结压力减小，拱形或径向应力场优选形成在所述再循环的有机材料中，从而有利于所述有机材料从所述反应容器大致均匀地流动。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]下面将结合本发明的一个实施例和附图，通过示例的方式描述本发明的脱水方法和装置，其中:
[0027]图1为本发明的用于有机材料的加压再循环的装置的示意图。
【具体实施方式】
[0028]图1显示了一个用于有机材料(例如0FMSW)的加压再循环的装置10。该装置10包括反应容器12，该反应容器12具有有机材料进口 14和有机材料出口 16。两个输送装置，例如第一出口输送机20的阵列18设置在反应容器的出口 16处。第一出口输送机20配置用于将物质(图未不)从反应容器12相对于出口 16向外或侧向输送至第二出口输送机22，第二出口输送机22配置为相对于第一出口输送机20横向延伸。
[0029]阵列18相互靠着，并且沿基本上向相反的方向向出口 16的两侧输送物质。一个中心输送机24设置于两个阵列18交接点的下方。该中心输送机收集来自反应容器12中的中心柱或筛子(图未示)的物质，中心柱或筛子用于在被淹没时进行排液。在固体循环过程中，该柱在OFMSW向下移动时有效地将其压碎。通过筛子的固体被中心输送机24收集。中心输送机24将物质输送到中间输送机26,中间输送机26将其中的所有物质输送到对应的第二出口输送机22。
[0030]第二出口输送机22配置用于将物质输送至对应的第三或脱水输送机28，然后，物质可以穿过中间输送机29、第四输送机30、第五输送机32、第六输送机和34和第七输送机36。
[0031]第八输送机38将来自材料回收设施(图未不)的有机废料送至第五输送机32。该装置还设有第九输送机40，当一次投料量达到时，物质通过第九输送机40从容器12中卸下。
[0032]输送机22和29均配置有脱水结构，例如180°筛(图未示)，通过脱水结构，其中的被输送的物质可以在重力作用下脱水。脱水压力输送机28通过向360°筛物理挤压材料去除有机材料中的大部分液体。一系列流体管道42设置为从输送机22、24、28和29供料给一个流体出口 44。各个管道42内设有用于控制其中流过的流体流量的阀装置46。
[0033]生物气出口 58设置在反应容器12中并与生物气管道60连通。一系列流体进口62设置在反应容器12中，从流体进口管道64及其一系列分支66进料。各个分支66中设有用于控制其中流过的流体流量的阀装置68。
[0034]反应容器12和各个输送装置(例如在材料从反应容器12的可能的再循环所需要的输送机18、20、22、24、26、28、29、30、32、34和36等)能够被加压并在材料从有机材料出口 16到有机材料进口 14的再循环过程中保持该压力。为此，各个输送机18、20、22、24、26、
28、29、30、32、34和36在连续的壳体之问的连接点和检查口处均配置有密封结构，例如轴封和壳密封(housing or casing seals)。此外，与第五输送机32的进料端72连通的输送机38和40上配置有阀70。
[0035]在使用中，来自材料回收设施(MRF)的OFMSW被投递到反应容器12，在该反应容器12中，比如国际专利申请PCT/AU00/00865(W001/05729)中描述的过程被执行，在该过程中，OFMSff通过厌氧消化和需氧堆肥阶段受到连续处理。
[0036]厌氧消化阶段涉及将液体导入OFMSW中，以创造对产生生物气而言最佳的条件。生物气产量可以通过保证液体通过OFMSW的最大流量来增加。这通过在维持基本上厌氧条件的同时再循环OFMSW实现。这要求将来自所述反应容器12的自由水通过输送机22和24以及流体出口 44排出。然后，反应容器12中的OFMSW通过输送机18、20、22、24、28、29、30、34和36的作用，从材料出口 16再循环到材料进口 14。
[0037]该过程实现了 OFMSW的再循环和重新配置，并且，一旦液体被再引入反应容器，液体的渗透能力就会有所提高。相对于没有以这种方式再循环的OFMSW而言，该过程进而提高了生物气的产量。就生物气产量来说，在压力下进行该过程而不需要使空气进入反应容器12 (不在大气中打开容器)的能力使得该过程能够更快地达到一个给定结果，与使用没有再循环的过程或者使用现有技术中静止的干分批厌氧消化系统达到相同的结果所需的时间相比。
[0038]还知道的是，在反应容器12转变为有氧条件之前，需要对OFMSW进行脱水。本发明的布置是这样的，在其转变为有氧条件时，使OFMSW的水分含量减少为约40~60%的最佳含量。这一部分通过反应容器12中进行的重力排水实现，一部分通过另外的脱水实现。另外的脱水通过采用输送机18、20、22、24、28、29、30、34和36输送OFMSW实现，这样，任何自由液体均通过180°筛和机械脱水排出，机械脱水是采用在压力下将液体从材料中挤出的输送机28以挤压的方式实现的。
[0039]可以想到的是，反应容器12可以设置有多个进口 14和多个出口 16，这并没有背离本发明的范围。
[0040]OFMSff的再循环被理解为对在所述反应容器12的底部的上方的OFMSW中建立拱形或径向应力场做出了积极的贡献，从而通过第一输送机18和20的阵列的OFMSW流体增加。这是由于该拱形应力场的形成使得反应容器12的底部的固结压力减小。
[0041]在压力下将再循 环、重新配置和基本上脱水后的OFMSW重新送回反应容器12中的能力，被认为有利于在需氧堆肥阶段维持给定的水分含量。此外，如前所述，反应容器12不需要在大气中打开，进而能够实现连续处理。更进一步地，空气渗透到OFMSW中的能力有所提高，从而提高了有氧活性以及该过程的整体效率。[0042]OFMSW在反应容器12中的再循环，无论是在压力下或不在压力下(在需氧阶段)被理解为能够保持水分含量，在反应容器12的底部上方产生拱形或径向应力场，提高OFMSff的空气渗透能力并减少OFMSW的固结。
[0043]从上面的描述中可以看出，本发明的装置和方法能够改善在一个容器中采用厌氧消化和/或需氧堆肥处理有机废物的方法的结果。
[0044]根据前面的描述， 申请人:已发现的固体再循环的好处包括:
[0045](i)通过OFMSW的再循环和重新配置提高了生物气的产量并提高了液体的渗透能力:
[0046](ii)通过采用传统的重力排水使OFMSW的快速脱水，提高了厌氧消化阶段到有氧堆肥阶段的转变；
[0047](iii)在有氧堆肥阶段将水分含量维持在了最佳水平；以及
[0048](iv)能够减小OFMSW的固结压力的径向应力场的产生，提高了材料通过出口 16的流动，较大的孔隙度使得空气流能够更好地通过0FMSW，从而提高了有氧堆肥效率。
[0049]本领域技术人员可以想到的各种修改和变化都属于本发明的范围。例如，在上述例子是描述关于OFMSW的处理的情况下，本发明的装置和方法同样适用于其他有机废物源，包括但不限于，MSW、 厨房废物和绿色废物的结合。
【权利要求】
1.一种用于有机材料的加压再循环的装置，所述装置包括:能够被加压并且能够在其中进行有机材料的厌氧消化和需氧堆肥的反应容器，所述反应容器具有有机材料进口和出口、以及将所述有机材料从所述出口输送到所述进口的输送装置，从而所述有机材料能够在维持加压状态的同时在所述出口和所述入口之间传递，进而实现其再循环和重新配置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输送装置至少部分位于所述反应器外并且配置为能够维持其中的加压状态。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输送装置由一系列单独的输送机构成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，被输送的所述有机材料为有机固体。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述有机固体为城市固体废物的有机部分。
6.根据权利要求3-5任一项所述的装置，其特征在于，所述单独的输送机中的一个或多个配置有脱水装置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述脱水装置的一部分配置为180°筛。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述脱水装置的至少一部分配置为一个或多个脱水压力机 。
9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，在到达所述进口之前，被输送的所述有机材料的水分含量减少至约40~60%。
10.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述输送装置配置有有利于维持所述加压状态的密封结构。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述密封结构配置为轴封和/或壳密封形式。
12.一种用于有机材料的加压再循环的方法，所述方法包括以下方法步骤: 加压反应容器，所述反应容器中设有有机材料； 在保持加压状态的同时将所述有机材料再循环到所述反应容器； 其中，所述有机材料大半为固体。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述有机材料的所述再循环需要将所述有机材料送到所述反应容器的范围之外并将所述有机材料再引入所述反应容器中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述有机材料被重新配置。
15.根据权利要求12-14任一项所述的方法，其特征在于，在再循环之前并且在处于加压状态时，在所述反应容器中对所述有机材料进行脱水。
16.根据权利要求12-15任一项所述的方法，其特征在于，所述再循环使得所述有机材料以基本上密封的方式从所述反应容器的出口被输送到所述反应容器的进口。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述有机材料被再循环时，对所述有机材料进行另外的脱水。
18.根据权利要求12-17任一项所述的方法，其特征在于，被输送的所述有机材料的水分含量在再循环到所述反应容器的过程中减少至约40~60%。
19.根据权利要求12-18任一项所述的方法，其特征在于，所述再循环的有机材料中由于所述反应容器的底部的固结压力减小而形成拱形或径向应力场，从而有利于所述有机材料从所述反应容器大致均匀地流动。
20.—种基本上如上文参照附图所述的用于有机材料的加压再循环的装置。
21.—种基本上如上文参照 附图所述的用于有机材料的加压再循环的方法。
【文档编号】C05F17/00GK104024163SQ201280053441
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年9月6日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】亚努兹·克里多夫·傅拉瑞, 马丁·理查德·格雷维特, 肖恩·尼尔·西尔拉斯, 李·理查德·沃克 申请人:安纳科股份有限公司