CN101578239A - 具有高固体浓度的材料的厌氧处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在封闭的槽(1)形式的消化器中厌氧处理具有高固体浓度即高于15％的固体浓度的材料的方法，所述封闭的槽(1)配备有待处理材料的供给装置(2)和消化的材料的排出装置(3)以及在槽(1)的底部(7)的气态流体注射器形式的垂直均化装置(6)。通过材料供给装置(2)相对于排出装置(3)在槽(1)处的分布并且通过利用该槽中垂直区段(8)确保材料均匀性的垂直均化装置(6)，在所述供给装置(2)和所述排出装置(3)之间，在槽(1)的整个横截面上并依循基本上水平的分量，赋予槽(1)中的材料以均匀受迫的单向流通。本发明还涉及用于实施该方法的设备。

Description

具有高固体浓度的材料的厌氧处理方法和设备

技术领域

本发明涉及具有无论如何高于15％，特别是25％至30％的高固体浓度的糊料(

)形式的含固体有机材料的废料的厌氧降解方法和设备。

本发明更特别地涉及由非均质固体有机材料构成的废料的厌氧降解领域，所述非均质固体有机材料含有可能在发酵槽(cuve)中沉降的不希望的颗粒，特别是重质和非有机颗粒，例如石头、玻璃或金属化合物。

以其降解为本发明目标的固体有机废料预先以具有高固体浓度的糊料形式制备，所述糊料可以是含纤维的，但无论如何是密实的。

背景技术

在具有低固含量的排放物(其因此更接近液态而非糊状)的厌氧降解领域中，使用适合的槽的厌氧降解法是已知的。

文献FR 2 510 605例如公开了有机废料、副产物、产品的湿厌氧介质降解的方法和设备，包括具有被中央隔板垂直分成两部分的圆柱形发酵槽的反应器。第一部分通过虹吸管连接到供料井，而第二部分通过虹吸管连接到材料的排出井。通过气动推力实现产品的供料和排出。

文献FR 2 530 659采用这种相同的结构并提议对其进行如下改进：在槽的内部对排放物施以一定方向的搅动环流，同时经通向该槽底部的管道通过短暂和相继的射流注入生物气。

根据这些文献中描述的槽的实施方案，供料和排出井彼此相邻设置，上述隔板垂直设置在通向反应器的所述井的两个开口之间。这种隔板具有小于槽宽度的宽度和小于槽高度的高度，槽底部具有双斜面(double pente)，其基本具有椭圆形状。

根据同样在这些文献中描述的槽的另一实施方案，上述供料和排出井是基本上以直径方式相对的，垂直隔板基本上直径分隔发酵槽，具有小于槽高度的高度，并在上部和下部的两个隔室之间留出连通通道以利于第一部分中的材料向上移动和第二部分中的材料向下移动，槽底部具有单一斜面。

更具体地，文献FR 2 551 457提出将容器细分成多个区段，这是通过在预定压力和时间周期下将取自合适储槽的生物气间歇注入每一所述区段来实现的。将生物气相继再注入各区段，即在时间上错开，由此实现生物气从一个区段到另一个区段轮流注入容器。

最后，文献FR 2 577 940提出除去材料供料和排出井以降低构造成本。在这种情况下，将要降解的产品直接注入容器中，优选朝向所述容器的底部，且降解的产品在重力作用下离开。通过用于浓稠材料的泵，优选用活塞泵或螺杆泵实现机械推力。

现有的已知解决方案的缺点之一在于由此获得的消化器的复杂性。特别地，由于内部隔板的约束和用于供给和排出排放物的装置的特殊设计，这些消化器的制造是昂贵的。

这是因为，如果这类消化器用于具有高固体浓度的糊料，由于移动中的稠糊料所施加的压力，所用隔板必须具有高机械强度。这造成高制造成本。

事实上，消化器的槽尺寸越大，对现有技术的消化器的制造约束越高。

从现有技术状况的这种描述中也可以看出，现有消化设备和方法未能完美解决的问题之一在于要消化的材料在供料与排出通道之间的均匀流通的控制。

迄今为止通过分隔和搅动控制所述槽内的排放物流来实现排放物形式的材料的流通。

发明内容

本发明意在通过最终非常简单的方法和设备克服现有技术的这些缺点。

为此，本发明涉及在封闭槽形式的消化器(digesteur)中厌氧处理具有高固体浓度(即高于15％的固体浓度)的材料的方法，所述封闭槽配备有待处理材料的供给装置(moyens)和消化的材料的排出装置以及在槽的底部的气态流体注射器形式的垂直均化装置，其特征在于通过材料供给装置相对于排出装置在该槽处的分布并且通过利用该槽中垂直区段(secteurs)确保材料均匀性的垂直均化装置，在所述供给装置和所述排出装置之间在槽的整个横截面上并依循基本上水平的分量，赋予槽中材料以均匀受迫的单向流通(circulation)。

有利地，所述槽的内部空间通过均化装置的布置分割成垂直区段，并且用均化装置间歇和相继地均化所述垂直区段。

还可以进行槽下部的沉降颗粒的优先提取和/或材料在排出装置与供给装置之间的再流通。

根据另一特征，这种再流通可以在短周期内进行。

本发明还涉及用于实施该方法的设备，包括封闭槽形式的消化器，所述封闭槽配备有待处理材料的供给装置和消化的材料的排出装置以及在槽的底部的气态流体注射器形式的垂直均化装置，其特征在于，材料供给装置在该槽处以与消化的材料的排出装置以直径方式相对(diamétralement opposée)的方式布置，并且组合地，垂直均化装置由在槽中材料流的基本水平方向的横向上在槽的底部延伸的气态流体的注射坡道(rampes)构成。

根据另一特征，材料供给装置和消化的材料的排出装置在槽的圆形横截面上按圆弧布置。它们还可以在槽的不同高度上布置。

有利地，气态流体注射器被布置在与槽中的材料的行进方向垂直的彼此平行的坡道上。

该设备还可以包括消化的材料的排出装置，特别是能使它们额外脱水的装置。

根据另一特征，该设备可以另外包括在排出装置与供给装置之间的材料再流通线路。

本发明由此能够在有利条件下通过消化处理具有高固含量(如大约25％至30％)的非均质固体有机产品，例如生活垃圾和类似废料(城市垃圾、工业废料、农业废料等)。

由于本发明，设备构造将被简化，并且制造成本从根本上降低。此外，更宽范围的材料将可用于所述构造。

附图说明

根据下列说明，本发明的其它目的和优点变得显而易见。参照附图有利于理解该说明，其中：

-图1是根据实施方案第一变体的槽的示意性正视图，

-图2是根据本发明设备的构成消化器的槽的横截面示意图，

-图3是描述在槽的底部延伸的气态流体注射坡道的示意图，

-图4是根据实施方案第二变体的槽的示意性正视图，

-图5是在位于槽下部的材料排出出口处的气态流体注射器的特定布置图，

-图6是配备有槽中材料的加速装置的槽的示意性正视图。

具体实施方式

如可以从附图的图中看出的那样，本发明涉及具有高固体浓度的废料的厌氧处理方法和设备。在这方面要指出，本发明尤其涉及含固体有机材料的这类废料的处理，所述废料为具有无论如何高于15％，特别是25％至30％的高固体浓度的糊料形式，并由此由具有低水含量的材料组成。

以其降解为本发明目标的固体有机废料预先以具有高固体浓度的糊料形式制备，特别是通过添加液体如由消化的材料的脱水产生的水来进行，所述糊料可以是含纤维的，但无论如何是密实的。

这些废料可另外(并不是必然地)含有可在发酵槽中沉降的非有机重质颗粒。

其高固体浓度为在本发明范围内处理的糊料提供了限制沉降现象(即使存在这些现象)的粘度。

由于所用材料为糊料的形式，术语“材料”和“糊料”因而一般无区别地用以表示可借助本发明处理的所有这些材料。

根据本发明的方法，在无任何隔板及任何内部机械设备的包括垂直圆柱形发酵槽1的设备中进行固体有机材料的厌氧降解，所述固体有机材料具有无论如何高于15％，特别是25％至30％的高固含量。

在这个槽1处，提供待处理材料的供给装置2和消化的材料的排出装置3，装置2和3分别由供料口2和排出口3构成。

如图1和2中所示，供料口2和排出口3的布置要使得保持该材料在基本水平的面上和在该槽2的大部分横截面上的单向受迫行进。这是因为，待处理材料的供料口2位于这个槽2的壁上，具有圆形形状，与发酵的材料的排出口3是基本上以直径方式相对的。由于通过推力进行供料，优选借助泵如活塞泵或螺杆泵来进行，由此在水平方向上对发酵中的材料施以单向受迫流通。

图2显示此类槽1的优选实施方案，其中供料口2A、2B、2C以及出口3A、3B、3C分布在圆弧上，确定该圆弧的圆周角α(无论如何小于180°)以使进入该槽的材料分布在该槽的横截面的大表面上。箭头显示材料流通方向。

有利地，一侧的2A、2B、2C和另一侧的3A、3B、3C通过单一管道4和5连接，以确保材料通过这些口的均匀供料和/或离开流量，并在该槽的整个横截面上获得类似的材料行进速度。

另一方面，如图1中所示，供料口2A、2B、2C和/或出口3A、3B、3C可有利地分布在槽壁上的不同高度处。

此外，通过在槽1的底部7处在压力下的气态流体的注射喷嘴6形式的均化装置6来促进该流通。

要理解的是，在压力下的气体注射利用槽中的垂直区段8通过使材料在槽1的整个高度上向上垂直运动来引发均化。所考虑的垂直区段8由注射喷嘴的位置确定，并有利地采取平行段(tranches)的形式。

均化装置6是本发明方法和设备的运行中的首要元件。在图1中显示了发酵中的材料运动的两个分量：水平行进H和垂直运动V。

在待处理材料的供料推力作用下获得该水平行进H。

垂直运动V有利于使处理中的材料不沉降，其通过在槽的下部在压力G下注射流体特别是气体而产生。

有利地，槽的下部的流体注射压力高于或等于槽中静压的两倍。例如，对于槽内20米的材料高度来说，注射压力高于或等于4巴。

事实上，通过限制区段中以及总体而言槽中的沉降，并且通过降低材料间出现流通差速的风险(特别是在同一区段8的内部以及总体而言在槽中)，垂直均化装置有助于注射到槽中的材料的均匀前进，该前进总体上对应于垂直区段8的前进。

通过发酵槽1的底部的注射喷嘴4的分布将槽1虚拟划分成多个区段8。在压力下独立地向各区段8供应气体。将气体相继注射到各区段8中并且在时间上错开。

图3特别显示了这些区段8的布置。这些区段的布置使得槽的底部被编号为a至h的彼此平行并垂直于槽1中材料行进方向(简言之，垂直于连接中间供料口2B和排出口3B的平面D)的坡道虚拟划分。由此，从供料口2A、2B、2C一侧上的坡道a向与排出口3A、3B、3C对应的相对侧上的坡道h，相继进行向各区段8中的注射，这有助于材料在受迫水平单向流通方向上的移动。

有利地，垂直于前述坡道并位于槽1边缘上的坡道i和j补充这些均化装置6。这经证实通过限制消化槽1中的死体积(这对于该方法和用于实施该方法的设备的良好运行是必要的)而特别有利于体积非常大的槽。

通常，隔板的缺失在本发明中对材料流通而言构成了一个优点。从经济角度看，这种缺失也降低了槽1的制造成本。

根据图4中所示的槽1的实施方案的第二变体，槽1的底部7具有斜坡，所述斜坡的定向使得发酵中的材料，特别是(如果存在的话)可能沉降在该槽的底部的重质颗粒，通过重力从供料口2A、2B、2C行进到排出口3A、3B、3C。根据待处理糊料的性质和粒度分布调节斜坡的角度β，以使该行进是渐进的并且与发酵作用下的有机材料的转化相适应。

有利地，排出口中的至少之一3D位于槽1的壁的下部，以致如果重质颗粒积聚在槽1的底部7的低点时，它们会在重力作用下离开该容器。

根据实施方案的这种第二变体，喷嘴6(流体在压力下注射通过所述喷嘴)在这个槽1的倾斜的底部7上水平延伸，以在与材料行进方向相同的方向上导入流体。下面说明这样布置的优点。首先，这种布置能在该喷嘴周边产生材料流通方向上的气动推力，这有利于所述材料，特别是可能沉降在槽1的底部7上的重质颗粒的横向行进。其次，由此避免这些重质颗粒在重力作用下进入喷嘴6的口中。

如图5中所示，在压力下的流体的注射喷嘴6有利地设置在位于槽1的低点的排出口3D的面前。由此，通过这些喷嘴6，不用直接干涉所述开口(这可能构成本发明设备和方法的运行的主要干扰)就能实现机械或气动作用，从而在设备维护方面在必要时疏通全部或部分开口3D。

根据另一特征，本发明利用槽1的几何构造一方面进行提取，另一方面进行发酵的材料的重力再循环。

因而，本发明的方法还能实现可能沉降在发酵槽的低点的重质惰性材料的优先提取。

在这方面要重申的是，本发明的方法和设备旨在处理由非均质固体有机废料构成的材料，所述非均质固体有机废料可含有可能在发酵槽中沉降的不希望的颗粒，例如石头、玻璃或金属化合物。

如图6中所示，至少一个出口3D经阀9连接到能够排出消化后的材料的装置10，其有利地设计成能将它们额外脱水的装置10的形式。

在这方面要重申的是，由这种脱水产生的水可用于制备以其降解为本发明目标的固体有机废料，用于制备供给到该设备中的糊料。

在本发明的构造中，可能沉降在槽1的低点的重质颗粒在阀9打开之后通过重力夹带到材料流中，并且这优先在提取的第一阶段中。由此将与该第一阶段对应的物流导向能够排出消化后的材料的装置10。

另一方面，为了在产品进入槽1前接种该产品，提供将一部分消化后的材料再流通到供料口2的再流通线路11。

在这方面要重申的是，根据本发明的精神，本发明追求材料在槽中的均匀流通。随之可以考虑控制材料在槽中的流通速度。

由于本发明的方法和设备涉及连续消化方法和装置，结果在于，针对进入系统的给定量的材料，提取出等量的消化后的材料。

因而，本发明的另一有利特征在于，在发酵材料的高流量再循环过程中，赋予所述材料高流通速度以夹带可能沉降在管道中的重质颗粒。

用于实施本发明方法的设备包括，用于再流通线路11，在槽1外部的介于排出装置3与待处理材料供料装置2之间的连接件。

根据图6中所示的本发明的特征，至少一个出口3D经由配有至少一个自动控制阀15的管道14连接到在大气压下工作的由位于引入泵13上的供料斗构成的储存装置12上。这个阀15的打开能实现发酵槽与由装置12构成的缓冲储存器之间的直接连通。

由此将槽1中正在发酵的材料的高度H产生的静压直接传送给管道14内部的材料。

通过适当地选择管道的直径，实现所述阀15的打开期间的极高材料流量，其远高于仅用与供应材料所用的泵相同类型的泵可确保的流量。这种高流量产生高的材料流通速度，从而使可能沉降的重质颗粒夹带在材料流中。由此避免管道堵塞。

该阀的合适次序的相继打开和关闭能够在短周期内达到高流量，并因此按时实现该材料在管道内的高流通速度，同时确保所选的所得平均流量。

为了改善对流量的控制，泵仍可有利地完善该装置。

Claims (11)

1.在封闭的槽(1)形式的消化器中厌氧处理具有高固体浓度即高于15％的固体浓度的材料的方法，所述封闭的槽(1)配备有待处理材料的供给装置(2)和消化的材料的排出装置(3)以及在槽(1)的底部(7)的气态流体注射器形式的垂直均化装置(6)，其特征在于通过材料供给装置(2)相对于排出装置(3)在槽(1)处的分布并且通过利用该槽中垂直区段(8)确保材料均匀性的垂直均化装置(6)，在所述供给装置(2)和所述排出装置(3)之间，在槽(1)的整个横截面上并依循基本上水平的分量，赋予槽(1)中的材料以均匀受迫的单向流通。

2.根据权利要求1的在封闭的槽(1)形式的消化器中厌氧处理具有高固体浓度的材料的方法，所述槽(1)的内部空间通过均化装置(6)的布置分割成垂直区段(8)，其特征在于用均化装置(6)间歇和相继地均化垂直区段(8)。

3.根据权利要求1或2的在封闭的槽(1)形式的消化器中厌氧处理具有高固体浓度的材料的方法，其特征在于进行槽(1)的下部的沉降颗粒的优先提取。

4.根据权利要求1至3之一的在封闭的槽(1)形式的消化器中厌氧处理具有高固体浓度的材料的方法，其特征在于进行在排出装置(3)与供给装置(2)之间的材料的再流通。

5.根据权利要求4的在封闭的槽(1)形式的消化器中厌氧处理具有高固体浓度的材料的方法，其特征在于在短周期内进行在排出装置(3)与供给装置(2)之间的材料的再流通。

6.用于实施根据权利要求1至6的方法的设备，包括封闭的槽(1)形式的消化器，所述封闭的槽(1)配备有待处理材料的供给装置(2)和消化的材料的排出装置(3)以及在槽(1)的底部(7)的气态流体注射器形式的垂直均化装置(6)，其特征在于，材料供给装置(2)在槽(1)处以与消化的材料的排出装置(3)以直径方式相对的方式布置，并且组合地，垂直均化装置(6)由在槽(1)中材料流的基本水平方向的横向上在槽(1)的底部(7)延伸的气态流体的注射坡道(a、b、c、d、e、f、g、h)构成。

7.根据权利要求6的设备，包括封闭的圆柱形槽(1)形式的消化器，其特征在于材料供给装置(2)和消化的材料的排出装置(3)在槽(1)的圆形横截面上按圆弧布置。

8.根据权利要求6或7的设备，包括封闭的圆柱形槽(1)形式的消化器，其特征在于材料供给装置(2)和消化的材料的排出装置(3)在槽(1)的不同高度上布置。

9.根据权利要求6至8之一的设备，包括配备有垂直均化装置(6)的封闭的槽(1)形式的消化器，其特征在于气态流体注射器被布置在与槽(1)中的材料的行进方向垂直的彼此平行的坡道(a、b、c、d、e、f、g、h)上。

10.根据权利要求6至9之一的设备，其特征在于该设备另外包括消化的材料的排出装置(10)，特别是能使它们额外脱水的装置(10)。

11.根据权利要求6至10之一的设备，其特征在于该设备另外包括在排出装置(3)与供给装置(2)之间的材料再流通线路(11)。

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