CN101568494A - 用于处理基于有机废弃物的液体物料的方法和设备 - Google Patents

用于处理基于有机废弃物的液体物料的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于处理液体物料的方法，所述液体物料基于有机废弃物，尤其为来自污水处理厂等的污泥，其中在使所述污泥物料中的液体汽化并脱气以增加其固体含量期间，将所述污泥物料加入并与尤其为硫酸、硝酸和/或氨的化学品混合。其中，本发明的特征在于，所述物料在竖直混合容器(1)的上部连续引入并在所述竖直混合容器(1)中混合，之后所述物料被送进反应罐(8)中进行硫酸处理，并在通过所述硫酸处理反应罐(8)沉降的同时经历位于所述反应罐(8)中的多个旋转处理装置(9)的撞击作用，然后所述物料被送进反应罐(14)中进行氨处理，并在通过所述氨处理反应罐(14)沉降的同时经历位于所述反应罐(14)中的多个旋转处理装置(9)的撞击作用，之后所述物料最后被送入干燥器(15)中并在其中干燥，直至获得期望的固体含量。

Description

用于处理基于有机废弃物的液体物料的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种处理液体物料的方法和设备，该液体物料基于有机废弃物，尤其为来自污水处理厂的污泥。
背景技术
尤其是，实施该处理方法是为了提供所添加的营养物被有机结合于其中的高价值有机肥料产品。该肥料产品用于提供令人期望的作物产量并代替矿物肥料。目前常规的矿物肥料含有易溶的营养物，最初开发用作粪肥的补充。早些时候，多数农场都具有它们自己的农场牲畜的粪肥。利用矿物肥料中所带来的易溶营养物质，作物产量在短期内得到显著提高。由于矿物肥料的使用逐渐增多，土壤耗竭到产生大面积不可耕种的土地的程度。此外，矿物肥料和铲除剂的使用已导致其大量流向河流、湖泊和海洋，使其它生态系统遭到破坏或正面临威胁。为了阻止这种不幸的趋势，一些国家对矿物肥料征收环境税以限制其使用。因此，本发明的一个目的是提供一种能够改进有机肥料产品供应的方法和设备；从长远来看，这种有机肥料产品可以全部或部分代替矿物肥料。
已知的将污水转化成例如有机肥料产品的加工厂是基于将物料分批进料至添加有化学品的处理室中。化学品加入物料中引起反应发生，从而产生热量、汽化液体、调节pH值并提高最终产品中的氮含量。然后，给经过这种化学处理的物料供热以汽化液体，以获得最终产品中期望的固体百分数。
这些现有技术的方法存在一些缺点和不足。因此分批处理不是非常有效的解决方案。而且，使用相对高的温度(通常远高于200℃)会使对改良土壤重要的腐殖酸和其它物质失效。
此外，当物料内发生反应过程时，液体脱气被阻碍，并且通常降低反应处理的效果。同样，当在脱气/干燥过程和反应处理之后的造粒过程中施加过多的热时，必须将温度保持足够低，使得不损失物料中有用的土壤改良物质。现有各种低温技术工艺可适用于该目的，但经反应处理的物料性质对处理的效果也至关重要。
与本申请具有相同发明人的专利NO 302813涉及一种方法和设备，该方法和设备使得能够进行连续的污泥脱水过程，而不需要对污泥进行外部加热来实现必要的汽化，并同时温度保持足够低，使得物料中有用的土壤改良物质都不损失。当物料在下落穿过竖直处理室的同时通过旋转处理装置进行直接撞击处理时，反应过程开始。液体和空气从物料固体颗粒的孔隙中击出，从而形成压实的游离颗粒，这些游离颗粒具有不受限制的脱气条件。同时，所释放出的液体获得相对大的表面，由此获得优异的汽化/脱气条件和冷却效果，并将温度保持足够低。同时，化学反应和摩擦处理中产生的热足以提供所期望的汽化。在这样的连续处理过程中，颗粒周围的游离液体将会确保充分吸收所供给的热能。
发明内容
本发明涉及改进专利NO 302813记载的技术。尤其是，本发明的一个目的是提高物料运动穿过竖直处理室的过程中通过旋转处理装置进行的撞击处理中的反应程度，由此提高所得肥料产品的氮部分/营养物含量和脱水程度，同时由于肥料产品中获得的添加营养物显著增加，所以可以减少诸如硫酸和氨的化学品的使用。本发明的另一目的是提供用于实施最后脱水步骤的改进方法和设备。
本发明的这些目的是通过所附权利要求中提出的方法和设备实现的。
附图说明
在下文中，将参考附图更为详细地描述本发明，附图中：
图1显示本发明的一个可能实施方案的视图，以及
图2显示根据本发明的干燥器的一个可能实施方案的侧视图。
具体实施方式
如图1中示意性示出的本发明方法包括多个工艺步骤，其中第一步包括将来自污水处理厂的污泥和其它可能的有机废弃物形式的生物质送至例如混合容器1中。该混合容器1可由圆柱形的厚壁钢罐构成，该钢罐配有外部电加热环路、感应线圈、含水/气加热环路2等。优选地，混合容器1包括绝热外套3。在混合容器1内，多个转子4布置在若干竖直高度上，每个转子4包括若干撞击臂。转子4可由例如可能与三角皮带等结合的电动机或液压马达5驱动。混合容器1的作用是将生物质混合成均匀的混合物，将较大的颗粒分割成小的分散颗粒，并且利用摩擦处理和所供给热的联合作用将生物质加热至例如约55℃。废气从混合容器1中出来经由废气出口短管6引导至冷凝器7，从冷凝器7获得的冷凝物非常适合用作流体肥料。
经预处理的生物质在重力作用下从混合容器1直接落入反应罐8中进行硫酸处理。所述硫酸处理构成工艺步骤2。与混合容器1类似，反应罐8包括圆柱形的厚壁钢罐，并且在本示例性实施方案中与混合容器1通过法兰连接。与混合容器1类似，反应罐8包括绝热外套3，但与混合容器1不同的是，反应罐8不含加热环路2。反应罐8也包括转子9，且反应罐8的转子9共用混合容器1的转子4的转子轴10，或连接至转子轴10。转子9布置为在交替相反的方向上撞击。这是可以实现的，因为转子轴10配有多个臂环11，而每个臂环配有多个撞击臂，例如在每个臂环上装配4个。第一臂环可通过花键连接安装至转子轴10，另一个臂环通过花键连接和行星齿轮传动器在相反的转动方向上转动，该行星齿轮传动器由中心齿轮、行星轮、行星轮座和环形内齿轮及转子轴10和行星轮座之间的制动杆式单向离合器组成。所有随后的臂环可以具有与第一个臂环相同的旋转方向，或者(优选)每第二个臂环可以在相反的方向上击打，这取决于所使用的行星齿轮传动器的数目，并且实际上还取决于反应罐8中所包括的臂环11的数目。最下面的臂环被特别设计成通过离心力将生物质甩出，经反应罐8的出口短管12进入接下来的工艺步骤3。
应理解，反应罐8也可以与混合容器1全部或部分分开，在这种情况下，混合容器1可包括出口短管，生物质可通过该出口短管排出并通过合适的管路传送到反应罐8。还应理解，混合容器1与反应罐8并不需要共用相同的转子轴10，但至少在这个实施例中这被认为是可行的。
在本示例性实施方案中，反应罐8中的臂环11的上方设置有硫酸入口管13。反应罐8的用途是利用硫酸对生物质进行反应处理，目的是：1)释放结合在生物质的微观细胞结合部分(microscopic cell binding)中的水，2)将其它有机结合的营养物添加到生物质中，3)对生物质进行摩擦处理，以加速反应并升高温度，4)将pH值降低至例如0.5到2之间的水平，5)由于放热反应的作用将生物质的温度升高至例如约85℃(优选高于约70℃)，并且降低pH和加热为生物质提供双重卫生改善，以及6)使水脱气，向上穿过混合容器1和废气出口短管6而到达冷凝器7。
已经证实，尤其是臂环11的逆向旋转运动，以及因硫酸的添加和摩擦处理引起的温度升高，导致反应罐内的处理时间有益地短。臂环11的逆向旋转及其引起的生物质的逆向旋转优化了硫酸的混合和生物质中细胞结合部分的断裂，同时与臂环11同向击打的方式相比，生物质中的硫酸分布也变得更均匀。
当最下面的臂环通过离心力作用将生物质经反应罐8的排出管12排出时，生物质被送至反应罐14进行氨处理。这就是工艺步骤3。通过例如旋转进料等将生物质从反应罐8转移至反应罐14。根据本实施方案，反应罐14也包括带有绝热外套15的圆柱形厚壁钢罐。理论上，反应罐14不需要加热环路。与硫酸处理反应罐8类似，反应罐14包含逆向旋转的转子、将废气输送至冷凝器7的出口短管等。将氨水形式的氨从位于最上面撞击臂上方的合适喷嘴加入反应罐14中，或者，将氨气经较低撞击臂处的合适喷嘴送入反应罐14中。氨处理进行进一步脱气，并且废气经最上面的撞击臂上边缘处的出口短管排放至冷凝器7，冷凝物在冷凝器7中形成流体肥料。
反应罐14的用途是利用氨对生物质进行反应处理，目的是：1)释放结合在生物质微观细胞结合部分中的水，2)将其它有机结合的营养物添加到生物质中，3)对生物质进行摩擦处理，4)将pH值升高至约6(pH值为5至8，优选为约6)，以及5)由于放热反应的作用将生物质的温度升高至高于100℃(高于85℃，优选高于100℃)，并且升高pH和加热为生物质提供双重卫生改善。此时的生物质已经变成高级有机结合的肥料产品。
经工艺步骤3处理后，生物质的固体含量为约55～60％。为了进一步干燥生物质，将生物质送至干燥器15。干燥器构成工艺步骤4。在本实施方案中，干燥器15包括两个焊接的厚壁钢筒，这两个钢筒并列安装，其中心距等于钢筒直径减去约20毫米。干燥器15包括外部电加热环路、感应线圈或含水/气加热环路16及绝热外套17。构成干燥器15的这两个焊接在一起的并列厚壁钢筒各自包括若干高度上的逆向旋转转子18，每个转子都带有多个撞击臂，例如3或4个。逆向旋转的转子组合件通过由例如凸缘电动机、液压马达等合适电动机22通过传动器21等提供动力的两个逆向旋转的转子轴19、20驱动。
热空气逆流穿过干燥器15送至生物质。热空气旋塞(hot air tap)23将空气加热，然后加热的空气经热空气入口短管24送入。入口管24配有振动电机25，该振动电机25将通常约20kHz的高频震动提供给热空气。通过在生物质入口短管26中心线处与干燥器15连接装配的振动电机25使生物质也振动。有利的是，干燥器15可以倾斜(例如倾斜10°)，以使重力推动生物质穿过干燥器15。图2显示根据本发明的干燥器15的一个示例性实施方案。
干燥器15的用途是除去生物质中的残留水分，并且使生物质达到例如约85％(70％～99％，优选约85％～90％)的固体含量。这通过摩擦处理、加热和振动实现。这些措施的联合作用升高温度，并确保生物质所含水分汽化，从而显著地加快干燥过程。逆向旋转的转子18确保生物质制成，生物质保持均匀，并且由细粒组成，所述细粒提供最大的表面积，从而加快水分汽化。所施加的振动确保水滴汽化形成气溶胶，并且空气流过从干燥器15驱出气溶胶，由此驱出水分。在没有这种施加的振动的情况下，干燥工艺步骤4将会惊人的耗时。在实践中，不可能在最终产品中获得足够高的固体含量。
利用热空气供给和振动的联合作用进行干燥是本发明的一个重要特征。
如上所述，冷凝器7的用途是将来自上述工艺步骤的废气转变成液体形式，由此使冷凝物形成优异的液体肥料产品。
与常规的分批处理方法相比，具有随后的生物质反应室和摩擦处理的本工艺步骤1至4显著缩短反应时间、显著改进更加可靠的反应产品。利用每个工艺步骤中所用撞击臂额外提供逆向旋转，这为接下来的工艺步骤提供了显著改善的湍动且均匀的生物质环境。这种湍动且均匀的生物质环境确保添加到反应罐8中的硫酸被更快地吸收并与生物质充分反应。同样，反应罐15中湍动且均匀的生物质环境确保所添加的氨被更快地吸收并与生物质充分反应。结果是在较短的时间内利用等量或减少量的所添加硫酸和氨获得最终产品中明显更高的重要营养物含量。
而且，试验表明在反应处理过程中在生物质中使用较高的温度减少硫酸和氨的消耗，导致相比较低温下的生物质而减少的pH调节，而温度较低的生物质需要广泛的pH调节，以在液体释放、营养物供给、所谓可食用产品的期望卫生情况以及所期望的最终产品质量(包括有机结合的营养物)方面获得相同的结果。
应当理解，本发明可以以各种方式配置，并且所公开的实施方案仅意在举例说明。可以进行一些修改。例如，该设备可构造成连续的高柱，反应室的设计可以改变，并且转子的数目也可以不同。此外，上述温度、频率、pH值、固体含量等可根据需要调节。另外，即使使用硝酸得不到同样优异的结果，但用其代替硫酸也是可以的。

Claims (16)

1.一种用于处理液体物料的方法，所述液体物料基于有机废弃物，尤其为来自污水处理厂等的污泥，在所述方法中，将所述污泥物料加入并与尤其为硫酸、硝酸和/或氨的化学品混合，在使所述物料中的液体汽化并脱气以增加其固体含量期间，所述物料在竖直混合容器(1)的上部被连续引入并在所述竖直混合容器(1)中进行混合，之后所述物料被送进反应罐(8)中进行硫酸处理，并在通过所述硫酸处理反应罐(8)沉降的同时经历位于所述反应罐(8)中的多个旋转处理装置(9)的撞击作用，然后所述物料被送进反应罐(14)中进行氨处理，并在通过所述氨处理反应罐(14)沉降的同时经历位于所述反应罐(14)中的多个旋转处理装置(9)的撞击作用，之后所述物料最后被送入干燥器(15)中并在其中干燥，直至获得期望的固体含量，
其特征在于，所述处理装置(9)布置为在相反的方向上交替击打。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，将由化学反应或机械处理形成的废蒸汽和/或废气从所述混合容器(1)和/或反应罐(8、14)和/或干燥器(15)中导出并送至合适的收集点。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，所述合适的收集点包括将所述废蒸汽和/或废气转变成液体形式的冷凝器(7)。
4.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述干燥器(15)包括两个并列布置且具有在若干高度上的逆向旋转转子(18)的圆筒，热空气相对于物料运动方向逆流进料通过所述干燥器(15)，并且通过振动电机(25)使所述物料振动。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，热空气相对于所述物料运动方向逆流进料通过所述混合容器(1)和/或反应罐(8、14)。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，通过振动电机(25)使所述混合容器(1)和/或反应罐(8、14)中的所述物料振动。
7.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述物料在所述干燥器(15)中干燥，直至其固体含量达到70～99％，优选85～90％。
8.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，在所述反应罐(8)中对所述物料进行的所述硫酸处理将所述物料的pH值降至约0.5～2的水平，并且将所述物料的温度升至高于约70℃。
9.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，在所述反应罐(15)中对所述物料进行的所述氨处理将所述物料的pH值升至约6的水平，并且将所述物料的温度升至高于约90℃。
10.一种用于处理液体物料的设备，所述液体物料基于有机废弃物，尤其为来自污水处理厂等的污泥，在所述设备中，将污泥物料加入并与尤其为硫酸、硝酸和/或氨的化学品混合，所述设备还配置用于使所述物料中的液体汽化并脱气以增加其固体含量，所述设备包括配置为混合所述物料的混合容器(1)、用于进行硫酸处理且包括布置在其中的多个旋转处理装置(9)的反应罐(8)、用于进行氨处理的且包括布置在其中的多个旋转处理装置(9)的反应罐(14)，所述设备最后还包括配置用于将所述物料干燥至期望固体含量的干燥器(15)，
其特征在于，所述处理装置(9)布置为在相反的方向上交替击打。
11.根据权利要求10所述的设备，
其特征在于，由化学反应或机械处理形成的废蒸汽和/或废气被从所述混合容器(1)和/或反应罐(8、14)和/或干燥器(15)导出并送至合适的收集点。
12.根据权利要求10所述的设备，
其特征在于，所述合适的收集点包括配置为将所述废蒸汽和/或废气转变成液体形式的冷凝器(7)。
13.根据权利要求10所述的设备，
其特征在于，所述干燥器(15)包括两个并列布置且具有在若干高度上的逆向旋转转子(18)的圆筒，所述干燥器(15)配有使热空气相对于物料运动方向逆流流动的装置，所述干燥器还包括配置为使所述物料振动的振动电机(25)。
14.根据权利要求10所述的设备，
其特征在于，与所述混合容器(1)和/或反应罐(8、14)联合提供配置为使热空气相对于物料运动方向逆流流动的装置。
15.根据权利要求10所述的设备，
其特征在于，与所述混合容器(1)和/或反应罐(8、14)联合提供配置为被振动的装置。
16.根据权利要求10所述的设备，
其特征在于，所述干燥器(15)配置为干燥所述物料，直至固体含量达到70～99％，优选达到85～90％。
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