[发明专利]用于消化固体废弃物的系统及方法

说明书

相关申请案

本申请案主张对2011年7月8日申请的第61/505,696号美国临时专利申请案及2011年9月6日申请的第13/226,006号美国专利申请案的优先权及权益，所述专利申请案的揭示内容特此以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体来说涉及固体废弃物的消化。更特定来说，在某些实施例中，本发明涉及用于将有机物质分解成沼气及堆肥的设备及方法。

背景技术

有机物质的降解是本质上通过大量微生物的复杂相互作用而以好氧方式及/或以厌氧方式发生的工艺。受控制的或多或少工业化的方法早已为人所知且针对好氧工艺称为堆肥而针对厌氧工艺称为发酵、生物甲烷化或简称为厌氧消化(AD)。可将AD工艺划分成两个主要步骤：水解及甲烷产生。

最近多年以来，堆肥及AD的两种工艺一直独立地发展。在许多地方已全面地描述了作为用以产生用于施肥及土壤改进的堆肥的方式的堆肥。同样地，已在多样的开发形式的基础上开发了一阶段、两阶段或多阶段AD方法。除从液体粪肥及废水处理开发的湿式AD以外，还实践了干式AD。

在1978年高希(Ghosh)第一次描述了两步骤、两阶段AD的原理。在此工艺中，在厌氧反应器中渗滤废弃物。随后在甲烷反应器中将渗滤水发酵成沼气。在20世纪80年代雷根斯(Rijkens)及霍凡克(Hofank)针对有机废弃物进一步开发了所述方法并取得其专利权(第4,400,195号美国专利)。所述方法在实践时被两次转换为：甘德尔克塞(Ganderkesee)的ANM方法及布雷达的Prethane-Rudad方法。埃林杰(Wellinger)及苏特(Suter)在20世纪80年代用固体粪肥且威德默(Widmer)用市场及肉类加工废弃物进行了测试。在后一情况中，还在好氧环境中驱动渗滤器。

已根据此方法开发的最新设施(针对残余废弃物)为Sansenheck的渗滤方法及方法(DE19846336Al)。此处，在机械预处理(举例来说，筛选、金属分离)之后，使废弃物在渗滤器中水解。因此，渗滤器配备有搅拌机构，使得废弃物被连续输送穿过反应器。在2天到3天的停留时间之后，渗滤物被无水地排放且准备好供进一步处理或沉淀成一层。在分离出沙子及纤维之后，在甲烷反应器中使渗滤水以厌氧方式发酵成沼气。以此方式清洁的水直接用作渗滤水或在另一次清洁(例如，用于移除氮)之后使用。

在全世界许多的城镇及城市中产生大量的有机固体废弃物，且处理方法通常受对这大量沉重的固体废弃物的充分灭菌的固体处置要求限制。因此，需要用于以受限的固体处置要求消化及堆肥固体废弃物的经改进的系统及方法。

发明内容

呈现一种用于固体废弃物处理的系统，其不需要在工艺的不同阶段之间移动废弃物的固体部分。仅需要对废弃物的初始装载及在消毒之后对固体物的最后卸载。

在一个实施例中，将有机废弃物装载到类似于车库的腔室中。在填充之后，关闭门且形成厌氧条件。厌氧甲烷提取发生达一时间周期(例如，从1周到4周)，此后好氧堆肥工艺在同一腔室中开始。有机废弃物保持在原位且迫使(例如，空气中的)氧气进入到所述腔室中达额外时间周期(例如，从2周到4周)。在好氧堆肥阶段结束时，所述工艺产生稳定且无病原体的粗堆肥产物。可进一步处理并掺和所述粗堆肥以形成高价值工程土壤。不需要在堆肥之前处置原始、甲烷提取后的沼渣。与使用其它工艺的大约55%-60%相比，所产生的沼气具有高甲烷含量，例如，大约70%或更多。沼气还具有较低的VOC、硅氧烷及其它污染物浓度。

所述系统采用其中细菌水解(也就是说，从有机固体废弃物沥滤出脂肪酸)与甲烷产生在物理上分离的干式厌氧消化。在厌氧条件下进行一系列的水解及甲烷产生(气化)阶段达一时间周期(例如，从1周到4周)，其中废弃物处理罐中的固体废弃物在周围(例如，大气)压力下操作。在水解阶段期间通过在废弃物处理罐的基底处或附近的格栅使渗滤物液体再循环。将渗滤物抽运到沼气反应器罐中，在所述沼气反应器罐中产生甲烷及/或其它沼气、接着对其进行过滤，将经脱气渗滤物抽运回到所述废弃物处理罐。在水解及气化完成之后，所述废弃物处理罐变为堆肥器，使得空气流动穿过固体废弃物、穿过基底处的格栅、接着通过生物过滤器之后被释放到大气中。在堆肥之后，固体废弃物为足够卫生的以供移除且可经安全地处置或用作副产物。