专利名称：用于处理废弃物的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理废弃物的装置及方法。更特别的是，本申请涉及一种用 于处理生物废弃物淤泥的装置及方法，通过将含氧化物的化学品与淤泥混合以消毒和/或 净化淤泥，进而，循环部分处理过的淤泥，以提高该方法的效率和效果。
背景技术：
欧洲、美国和其他地方的立法设定了处理过的污水淤泥成分中关于病菌(例如， 粪大肠杆菌)和易挥发固体数量的标准。如果没有达到这些标准，那么能够处理这些污水 淤泥的方法将会很复杂，并且昂贵。在美国，这些标准设置在美国环境保护署(EPA)联邦法规典(CFR)第40册的503 部分中的第32和33章中。在欧洲，这种产物的性质由欧洲法规86/278管理。符合这些法 规的已处理淤泥被认为是A级/高品质(EQ)的产物。为了简化淤泥的处理(例如，通过摊铺在农用地中)，需要通过使用合适的处理方 法来达到这些标准。同时也需要的是，该方法在资本支出需求和持续经营费用方面要尽可 能高效且便宜的。从美国专利US 5868942中已知，将生物淤泥和氧化钙(CaO，生石灰)、氨和二氧化 碳混合以提高该淤泥的温度(由于淤泥和氧化钙之间的化学反应)，并给淤泥加压。在这些 条件下在反应室中经过合适的停留时间后，就可以获得符合前述标准的淤泥。在上述专利提交之后，已经认识到可通过循环部分处理过的淤泥以优化上述的方 法。这可以通过使用用于限制排出物管道的阀或固定的孔板，以转移部分源自反应室的流 出物来实现。但是，本申请人认识到使用孔板依然不能提供优化的淤泥处理方法，因为在 没有堵塞风险出现的情况下，处理过的与未处理的淤泥的循环比例的值实际最大只能达到 0. 3-0. 8:1。本发明试图克服或者至少减轻现有技术的问题。
发明内容
因此，本发明的一个方面提供了用来处理生物固体淤泥的装置，该装置包括初级淤泥流动路径；混合器，用于混合淤泥与含氧化物的化学品；初级泵，用于驱使淤泥沿着初级淤泥流动路径流动；位于混合器下游、初级淤泥流动路径内的初级反应室，用于使混合物反应，并使混 合物温度升高；从初级反应室下游的初级流动路径分支的循环流动路径，用于使初级流动路径的 淤泥部分转移回到混合器；和位于分支下游的二级泵，用于控制将要被循环的处理过的淤泥部分和将要被排放 的处理过的淤泥部分。
本发明的第二方面提供了一种处理生物固体淤泥的方法，其包括以下步骤a)混合淤泥与含氧化物的化学品；b)在压力下供给淤泥，使其通过初级反应室，由此发生化学反应，提高淤泥温度；c)循环部分处理过的淤泥回到混合步骤；和d)排放部分处理过的淤泥，其中被循环的淤泥与在步骤a)中引入的淤泥和含氧化物的化学品的比例大于
1 Io
现在将仅仅通过实例的方式、通过参考以下附图描述本发明的实施方案，其中图1是依据本发明实施方案的处理装置的示意图；图2是说明装置中循环比例和剩余生石灰含量之间关系的曲线图；图3是说明循环比例对温度影响的曲线图；和图4是说明在要求特定温度下的特定停留时间时，循环比例对温度的影响的曲线 图。
具体实施例方式根据附图1，依据本发明的装置10包含进料料斗12，淤泥14通过传送装置16被引 入其中。淤泥14优选脱水到一定浓度，其含水量可以是在2%和99%之间，更典型是50% 到93%。脱水可以通过使用离心(未显示)或任何其他合适的已知方法实现。淤泥可以是 从废水处理厂产生的废水淤泥，例如剩余的活性淤泥(SAQ (在美国有时被称为废活性淤 泥)，市政(初级)淤泥，农业废弃物，生物工业废弃物或类似物。氧化钙18 (CaO,生石灰)也被从贮料垛20引入到料斗12。生石灰18和淤泥14 的比例由为获得A级淤泥而提升淤泥温度达到预设温度至50°C -120°C、优选68°C _70°C所 需生石灰的量确定。然而，如果需要的是B级(例如，较低灭菌水平的)标准的淤泥，超过 25°C的温度就足够了。通常生石灰18包含大约1140kJ/kg的能量，而淤泥中固体和液体的 比热容分别为大约1. ^Jg/K和4. 19J/g/K。因此，达到需要温度所需的生石灰18的量是可 以估算的(也考虑通过反应室壁的热量损失的因素)。这样，对于典型的脱水淤泥，将IOOkg 淤泥14温度提高10°C需要的生石灰18大约是22kg。生石灰18和脱水淤泥14中剩余水的反应是典型的一阶化学反应，其可以做如下
表述Ca = Ca。e(-kt)这里Ca是未反应的生石灰的含量，Cao是原始生石灰的剂量，k是反应系数，t是时 间。这个方程能被用来估算生石灰和淤泥在一起混合后随时间变化淤泥中未反应的 生石灰18的含量。实际反应速率随着淤泥类型、所用的生石灰18类型和混合方法而稍有 变化。但是，它提供了有用的解释。为保证淤泥14和生石灰18的混合效果，并进一步保证正确的反应压力和停留时 间，初级泵24被用来沿着封闭(enclosed)的初级流动路径21向初级反应室22内同时加 入生石灰18和淤泥14，并导致淤泥和生石灰混合，从而使这两种物质发生反应。
泵M优选容积式泵，更优选逐步运动混合器例如螺杆型泵，渐进式空腔泵或往复 泵，其混合包含在其中的物质，而在初级泵下游的初级反应器22内提供活塞式流的条件。反应导致淤泥的温度提高到50°C-80°C (对于将要获得A级处理过的淤泥而言)， 且PH值提高到11-12。在初级反应室22内，淤泥被加压到超过IOOkPa,典型的是200到 50 之间。由于反应室是加压的，所以大体上所有化学反应产生的热都被用来提升淤泥 混合物的温度(没有热量在蒸发中损失)。这增加了该方法的热效率，并导致与其他在常压 下运行的方法相比较少量生石灰18需求。在pH值为10. 5时，且在上述提及的升温下，先前包含在淤泥14中的氨从淤泥中 释放，进一步提高PH值到大约13. 3。这样高的pH值与升高的温度共同作用，以进一步增强 灭菌。初级反应室22设计为具有合理的尺寸，以保证在其中获得最短停留时间的管，由 此实现需要的病菌去除。为了使热损失最小化和进一步最大化反应效率，初级反应室22也 是很大地隔热的。在初级反应室22下游，处理过的淤泥流被分为两部分。一部分处理过的淤泥25 沿着初级流动路径21被排放进入收集料斗沈，或车辆装载区域(未显示)，以进行进一步 处理。剩余的部分沿着封闭的循环流动路径四被转移。排放的处理过的淤泥25的量通过二级泵28来控制，任何没有被排放的物质通过 循环流动路径四循环并存放回进料料斗12内。二级泵观也是优选容积式泵，诸如例如螺杆型泵、渐进式空腔泵或往复泵。可以理解，相比于初级泵对，二级泵观的通过量决定了淤泥和生石灰18通过初级 反应室22的通过量，以及放置进入排放料斗沈的已处理淤泥25的部分与循环回到进料料 斗12的部分的比例。未处理的淤泥14和生石灰18的进料速率和已处理淤泥25进入进料 料斗12的速率的比决定了本方法的循环比例。在优选的实施方案中，为该装置提供了合适的控制系统，用于保证初级和二级泵 24,28的正确运行比例，从贮料垛20中来的生石灰的进料速率，和未处理的淤泥的进料速 率，其使得处理过的淤泥符合所需的规范，同时保证了方法运行的经济性。温度探头(未显 示)和/或泵速度数据可用于该目的的使用。如上所述，已知的方法未采用任何循环，或由于通过用现有技术的孔板或阀而仅 仅转移部分排放流体所引起的堵塞风险，将循环比限制到小于约0.8 1。本申请人已经认 识到由于提高循环比例到11或更高(即1份循环的已处理淤泥比1份要被引入到初级 反应室22内的未处理淤泥和生石灰)，其导致的在效率方面产生的显著提高，可以通过使 用控制循环的二级泵观和初级泵M的配合来实现。有利的是，使用泵克服了堵塞的风险。 此外，其使得循环比例能够“实时(on the fly)”调节。在试验工作中发现，循环比例超过1 1，优选1.5-4 1，更优选2-3 1代表了 本方法效率提高(且由此使生石灰需求量最小化)相对运行成本增加(主要由于较大量物 质被泵传送导致的对能量需求的增加)之间最佳的平衡。在大多数情况下也同样发现停留 时间优选在30-90分钟的范围内。从图2和3可以看出实施例中阐明的使用特定的运行参数产生的效率提高。图2 显示通过在初级反应室内固定的60分钟停留时间内，增加循环量减少了在反应室末端出口未反应的生石灰18的量，这样使得引入的生石灰的使用效率更高，且使得达到需要的反 应温度和PH值所需的生石灰的量减少。图3显示了提高循环比例对沿初级反应室22长度方向不同位置的淤泥温度的影 响。由于循环的淤泥和反应室进口末端未处理的淤泥16相比有较高的温度，沿着反应室长 度方向温度提高，因此，沿着初级反应室更大的部分反应更有效地发生。进而，当法规规定 最低淤泥温度需要持续的最短时间段时，温度的增加尤其有利。就这样制订的法规而言，美 国EPA法规规定了有关的例子。当已处理的淤泥25从初级淤泥路径21中排出时，压力就释放了，此外蒸汽、氨、胺 和易挥发固体也蒸发了。装置10还包括源自排放料斗沈的蒸汽收集管线32，和源自进料料斗12的第二蒸 汽收集管线34。蒸汽被收集到大气水冷凝器36，其也具有进水口 38。蒸汽溶入水，水通过 液体排放管线40排出，该排出的水可以被收集用作肥料，或返回到废水处理装置前端。大 气水冷凝器也具有已处理气体排放口 42。从已处理淤泥25这些蒸汽的损失导致pH值降低到大约11-12，并且干固体的比例 增加。通过将它和硫酸盐、或任一 PH值低于5的合适的物质(包括有机物质)混合，该pH 值可以进一步降低。从处理过的淤泥中损失的氨降低了其氮含量，因此，允许处理过的淤泥 以更高的比例用到田地中。在一些实施方案中，可能会需要提高处理过的淤泥的“可操作性”和“可堆放性”。 在这些实施方案中，相对少量的凝硬类型的物质也可在处理前添加到淤泥中，以提高其最 终的质地。合适的凝硬类物质是例如飞灰。处理过的淤泥因此高度稳定、臭味低且病菌低，因此不需要贮料垛存贮。这对于该 装置可以实现的总成本来讲产生了额外的节省。现在将使用特定的例子来阐明本发明。
实施例1在70°C处理淤泥30分钟将淤泥在70°C保持30分钟是为满足美国EPA法规以提供A级/高品质生物固体 (1994年美国EPA联邦法规典(CFR)第40册的503部分)特定的标准。表1中显示了在不 同循环比例下淤泥(15%干固体)和生石灰18的速率，图4中显示了沿着反应室的温度。 这些图表清楚地显示了达到这个要求所需的生石灰的减少。通过循环所需的生石灰的量减 半。而且，沿着反应室长度方向的温度图形也更加一致了。表1在70°C处理淤泥30分钟时作为循环比例函数的石灰剂量减少的比较
权利要求
1.用于处理生物固体淤泥的装置，该装置包括 初级淤泥流动路径；混合器，用于混合淤泥与含氧化物的化学品； 初级泵，用于驱使淤泥沿着初级淤泥流动路径流动；位于混合器下游、初级淤泥流动路径内的初级反应室，用于使混合物反应，并使混合物 温度升高；从初级反应室下游的初级流动路径分支的循环流动路径，用于使初级流动路径的淤泥 部分转移回到混合器；和位于分支下游的二级泵，用于控制将要被循环的处理过的淤泥部分和将要被排放的处 理过的淤泥部分。
2.权利要求1的装置，其中二级泵位于初级流动路径内。
3.权利要求1的装置，其中二级泵位于循环流动路径内。
4.前述权利要求之一的装置，其中初级泵也用作混合器。
5.前述权利要求之一的装置，其中初级泵是容积式泵，优选螺杆型泵，渐进式空腔泵或往复泵。
6.前述权利要求之一的装置，其中二级泵是容积式泵，优选螺杆型泵，渐进式空腔泵或往复泵。
7.前述权利要求之一的装置，其中初级反应室被构建成使淤泥以活塞式流动通过其内。
8.前述权利要求之一的装置，其中初级和二级泵及初级淤泥路径的几何形状被构建为 在初级反应室内产生大于IOOkPa的淤泥压力，优选200-500kPa。
9.前述权利要求之一的装置，其中循环路径包含循环反应室。
10.一种处理生物固体淤泥的方法，其包括以下步骤a)混合淤泥与含氧化物的化学品；b)在压力下供给淤泥，使其通过初级反应室，由此发生化学反应，提高淤泥温度；c)循环部分处理过的淤泥回到混合步骤；和d)排放部分处理过的淤泥，其中被循环的淤泥与在步骤a)中引入的淤泥和含氧化物的化学品的比例大于1 1。
11.权利要求10的方法，其中比例在1.5 1-4 1范围内。
12.权利要求11的方法，其中比例在2 1-3 1范围内。
13.权利要求10-12之一的方法，其中初级反应室下游的泵控制被循环的淤泥与被引 入的淤泥和含氧化物的化学品之间的比例。
14.权利要求13的方法，其中初级反应室上游的另外的泵和下游的泵联合控制被循环 的淤泥与被弓I入的淤泥和含氧化物的化学品之间的比例。
15.权利要求10-14之一的方法，其中步骤b)的压力大于IOOkPa,优选在200-500kPa 的范围内。
16.权利要求10-15之一的方法，其中步骤b)中淤泥的温度达到25°C-120°C，优选 500C -80"C。
17.权利要求10-16之一的方法，其中步骤b)中初级反应室内的停留时间在30分钟-90分钟的范围内。
全文摘要
用来处理生物固体淤泥(14)的装置(10)，该装置包括初级淤泥流动路径(21)；混合器(12)，用于混合淤泥与含氧化物的化学品(18)；初级泵(24)，用于驱使淤泥沿着初级淤泥流动路径(21)流动；位于混合器(12)下游、初级淤泥流动路径(21)内的初级反应室(22)，用于使混合物反应，并使混合物温度升高；从初级反应室(22)下游的初级流动路径(21)分支的循环流动路径(29)，用于使初级流动路径(21)的淤泥部分转移回到混合器(12)；和位于分支下游的二级泵(27)，用于控制将要被循环的处理过的淤泥部分，和将要被排放的处理过的淤泥部分。
文档编号C02F11/18GK102123958SQ200880115448
公开日2011年7月13日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月9日
发明者J·C·斯普纳 申请人:S·谢泼德