CN103906712B - 提升废弃物品质的方法及相应的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基材处理领域，特别是以提升它们品质为目的的基材处理领域。本发明涉及一种提升基材品质的方法，包括：A.引入(110)大量的基材(10)到沥滤器，(20)，B.湿化(120)一定的体积以便水解其有机成分，C.将来自湿化的体积的沥滤液注入(140)到厌氧消化器(30)中，D.将来自消化器的一部分液体送回到沥滤器中进行步骤B，以及E.重复步骤B到D。所述方法的特征在于所有的沥滤液被直接注入到消化器中，并且在于，超过时间阈值，所述方法还包括：F.在沥滤器中将所述体积的基材进行需氧发酵(181)；和G.在另一个需氧位置(50)将所述体积的基材进行需氧熟化(182)以便获得低于最大阈值和/或高于最小阈值的稳定的堆肥。

Description

提升废弃物品质的方法及相应的装置

本发明涉及基材处理领域，特别是以提升它们品质为目的的基材处理领域。

“基材”泛指任何一种废弃物：家居的、园林的、工业的废弃物或生物质。通常，基材以部分固体的形式存在。基材包括有机组成部分和可能地无机组成部分。

更具体地，对于本发明的第一个目的，本发明涉及一种用于提升至少部分是有机的且至少部分是固体的基材的品质的方法，包括以下步骤：

A.将多个体积的新鲜基材引入到多个各自分开的渗滤器(percolateur)中，

B.湿化至少一个渗滤器的量的基材，以便确保所述体积的有机成分的至少一部分水解，

C.将来自至少一个湿化的体积的基材的沥滤液(lixiviat)注入到厌氧消化器中以便产生生物气，

D.将来自所述消化器的液体的至少一部分送回到至少一个渗滤器，以便进行步骤B，以及

E.重复步骤B到步骤D，持续确定的时段。

这类方法被本领域的技术人员所熟知。

然而，基材(特别是家居的)通常在湿化的上游需要一类复杂的和昂贵的机械制备步骤，由此大大地降低了有机组分的被送去进行消化的部分，并且此外，特别是由于惰性物的存在，该机械制备步骤可以造成对利用和维护的有效的制约。

而且，基材(生物质、园林垃圾、纸和硬纸板)包含在厌氧消化期间未被降解的重要的有机物质，所以它们的消化处理通常会导致消化器的尺寸过大。

此外，在现有技术中，提供了一种单相渗滤步骤，其中步骤A和B在闭合并密封的封闭物中实施以产生例如沼气和产生沼气的通道。

本发明提出一种方法，其特征基本上在于：

对步骤C，来自湿化的体积的基材的所有沥滤液被直接注入厌氧消化器中，

并且在于：超过时间阈值时，对于至少一个渗滤器的一定体积中的基材，所述方法还包括以下步骤：

F.需氧发酵的步骤，该步骤在于：在渗滤器中，通过需氧发酵、通过停止所述体积的基材的湿化以及通过风干渗滤器，进行堆肥化所述体积的基材的第一阶段，和

G.需氧熟化的步骤，该步骤在于：通过需氧熟化、通过从渗滤器去除已发酵的体积的基材以及通过将已发酵的体积的基材放置于需氧储存装置，将所述体积的基材进行第二阶段的堆肥化以便于获得一种稳定的堆肥，堆肥的湿度率低于最大阈值和/或高于最小阈值。

例如，湿度率在最小阈值等于25％和最大阈值等于70％之间变动，高于25％的湿度率允许避免在摊开期间形成灰尘。湿度率的最大和/或最小阈值可以对应于比如实施中的标准或规则。

有利的是，方法还包括以下步骤：

H.从消化器提取全部或一部分液体，和

I.在将所提取的液体的全部或一部分送入至少一个渗滤器中进行步骤B之前，氧化所提取的液体的全部或一部分。

因此，特别允许限制渗滤器中产甲烷细菌的存在。

消化器的液体的提取可以分一次或多次进行。

还可以提供在于将厌氧消化器中的沥滤液与其它液体或来自具有产甲烷潜能的其它来源的难消化的有机基材混合的步骤。

在一个实施方案中，至少一个体积的新鲜基材包括无机组成部分，方法还包括在第二堆肥化阶段之后通过不同的已知分离技术来分离有机组成部分和无机组成部分的分离步骤。

在含有无机组成部分的有机基材处理的传统技术中，分离步骤是在将多个体积的新鲜基材引入到多个各自分开的渗滤器的上游进行的，与该传统技术相比，本发明允许限制对基材的操作并且优化了处理的成本。

有利的是，可以提供在于将新的体积的新鲜基材引入到渗滤器中的步骤，其中所述体积的基材已经被去除用于需氧熟化步骤。

因此，通过连续地更换渗滤器中的体积的基材，允许在消化器中获得甲烷的恒定生产。

可以提供一个步骤，该步骤在所述引入步骤之前并且在于使有机物质对于用于湿化步骤的液体是可达到的。

在一个实施方案中，还提供了检测渗滤器中甲烷和/或硫化氢的步骤，该步骤可与第一堆肥化阶段期间风干渗滤器的步骤相配对。

在一个实施方案中，还提供了化学分析沥滤液和/或用于湿化步骤的液体的步骤。

优选地，需氧发酵步骤与化学分析沥滤液和/或用于湿化步骤的液体的步骤相关联。

还可以进一步提供测量渗滤器中基材的温度的步骤，至少在需氧发酵步骤期间，需氧熟化步骤与温度测量步骤的结果相关联。

根据本发明的另一个目的，本发明涉及一种用于提升至少部分是有机的且至少部分是固体的基材的品质、易于实施根据本发明的方法的装置，所述装置包括：

—多个渗滤器，其中多个体积的各自分开的新鲜基材可以被引入所述多个渗滤器，

—喷雾器，其用于湿化至少一个渗滤器中的体积的基材并对所述体积的有机成分的至少一部分进行水解，

—厌氧消化器，其用于产生生物气，

—至少一个用于将来自至少一个湿化的体积的基材的沥滤液注入所述消化器中的的泵，

和

—至少一个用于将来自消化器的液体送回到至少一个渗滤器中的泵。

装置的特征基本上在于它还包括：

—每个渗滤器至少一个管道系统，由此来自所述湿化的体积的基材的所有所述沥滤液被直接注入到厌氧消化器中，

—一个用于停止渗滤器的湿化的装置，

—至少一个通风设备，其用于通过需氧发酵进行堆肥渗滤器中的体积的基材的第一阶段，和

—不同于渗滤器的至少一个需氧储存位置或装置，以通过需氧熟化进行堆肥化所述体积的基材的第二阶段以便获得稳定的堆肥，该堆肥的湿度率低于最大阈值和/或高于最小阈值。

可以进一步提供用于从消化器提取一部分液体的至少一个管道系统和用于氧化所提取的部分的气罐(airedtank)。

还可以进一步提供用于分离稳定的堆肥中的有机组成部分和无机组成部分的装置，该堆肥的湿度率低于最大阈值和/或高于最小阈值。

因为本发明，可以减少放置于无害废弃物储存设施(NHWSF)中的有机成分的一部分。

因为本发明，可以整体处理有机基材，即呈固体形式的和呈液体形式的。

本发明允许有效地解决了涉及减少基材掩埋的世界性问题。

在渗滤器中或者甚至在需氧熟化阶段期间不处置基材允许简化工业开发和减少实施和维护。而且，这也改善了工人的健康，因为根据本发明的方法产生更少的由于现有技术中大量的基材处置作业所导致的尘土和生物气溶胶。

当阅读以下通过非限制性的示例性实施例所给出的并参考附图所做出的描述，本发明的其它特征和优势将变得明显，其中：

图1阐明了根据本发明方法的一个实施方案，和

图2阐明了根据本发明装置的一个实施方案。

通常，提供了，基材(在此情况下为家居废弃物)对于液体是可直接达到的，这使水解变得可能。然而，偶尔基材是难以达到的，比如因为它们被封闭在塑料袋中。在这种情况下，提供了步骤100，其在于：在引入到渗滤器的步骤之前，一般通过打开乃至去除塑料袋来使得有机物质是可达到的。从而，有机物质可以如后来描述地被渗滤器中的液体湿化。图1中的虚线阐述了可选择的方面。

这里提出了提升既呈固体形式(本身)又呈液体形式(即，从固体形式的基材提取的液体)的基材的品质。

为了这个目的，提出将多个体积的新鲜基材10按照现状(也就是说，没有机械振动或研磨它们)引入110到多个各自分开的渗滤器20，例如通过机械设备11如传送带、拖车或甚至送料机。对照现有工艺的技术，按照现状留下的新鲜基材允许加快基材处理的速度，原因将在后面概述。一定体积的基材是任意单位的体积，例如确定的体积、一袋子的体积、一渗滤器的体积等等。

新鲜基材，是指之前没有经历任何预先的工业化学品的重大升级转化的基材，即例如直接来自于收集点的基材。

渗滤器20是防水的但不是不透气的封闭物，它配置有喷雾器21，允许对它里面的一定体积的基材湿化或浇水并且由此确保在湿化或不明显地渗滤阶段的体积的至少一部分有机成分的水解。

在引入基材的步骤和需氧熟化步骤之间，在湿化120中喷雾到该体积的基材的液体的总体积优选地高于渗滤器20中基材的体积。

优选地，一旦实施基材的湿化，新的基材在第二堆肥化阶段、后来描述的称为需氧熟化阶段之前不会被再引入到渗滤器中20。

在渗滤器中，被喷雾到该体积的基材(也叫基材团块)上、适合于湿化步骤(也叫渗滤或浇水)120的液体在重力的作用下流动并且在与所述基材10接触时装载有机物质。由于位于渗滤器20的底部和/或侧面的孔，这种渗滤步骤通过在管道系统22的出口收集沥滤液(也叫渗透水)形式的液体来允许提取步骤。

虽然基材已经被按照现状留在渗滤器中，没有预先的机械研磨或振动，但是基材团块中天然地存在需氧袋。

而且，团块的结构、密度和粒度允许促进所喷的液体在团块中流动，从而改善水解条件和限制产生生物气的风险。

尽管渗滤器的需氧条件，可能出现不需要的气体(CH₄,H₂S)产生的情况。因此还可以提供检测渗滤器中甲烷和/或硫化氢的步骤130，以及如果需要用于去除这些气体的风干设施(未图示)，例如通风设备(未图示)允许将不需要的气体排入到特定的管道系统(未图示)中以便避免不需要的气体从渗滤器20逃逸到大气中。事实上，法规约束强制要求提升品质或燃烧生物气。

例如因为至少一个未图示的泵，来自湿化的体积的基材的沥滤液从管道系统22被注入140到厌氧消化器30中，该厌氧消化器30是一种不同于渗滤器20的设备，是不透液和不透气的。厌氧消化器30允许来自厌氧消化阶段的液体产生生物气。有利的是，厌氧消化器包括其它液体或难消化的、从其它来源来的、并具有产生甲烷潜能的有机基材，比如由处理市政废水和工业废水的工厂产生的污泥，其中沥滤液与其混合，例如污水污泥，从而允许优化在一个位置使用的消化器，例如通过同一个消化器被用于多个渗滤器和/或多个基材品质提升方法。

因此，渗滤器中(其中图1仅仅列出一个)的湿化允许水解基材中包含的有机物质并且通过液体处理提取它以便在厌氧消化器30中产生生物气。

在渗滤器中，湿化步骤120优选地被控制，比如通过计算器控制喷雾器21的输出量。可以提供间断性地湿化，比如基于湿化曲线，也就是说给定的液体量，取决于例如基材的体积、可能地它们的厚度、以及时间，根据参考模型，比如储存于存储器中并且计算器可访问的参考模型。

因为所注入的液体，湿化步骤120允许维持足以适合于水解所述有机物质的湿度，也就是说，允许有机大分子的溶解和转化成挥发性的脂肪酸(VFA)。它也允许通过溶解挥发性脂肪酸(VFA)和其它的可溶性有机分子抽出，也就是说，运送所溶解的有机物质到消化器30。

通过每个渗滤器至少一个管道系统22，来自不同渗滤器的所有沥滤液被直接送到厌氧消化器30。也就是说，与现有技术的解决办法相反，在渗滤器的输入部没有直接再循环：在可能的再循环之前沥滤液不可避免地被消化器30处理。这允许优化消化器中生物气的产量。

优选地，条件是来自消化器的部分被送到至少一个渗滤器的液体是所述消化器的上清液。因此，通过至少一种管道系统31和至少一种泵(未图示)可以从消化器30提取150所有或部分的上清液。在这种情况下，优选地氧化所提取的部分160(在这种情况下用气罐40)。

优选地，提供了来自消化器的所有液体被送到至少一个渗滤器。

因此，提供了需氧处理160厌氧消化器中的上清液的步骤，由此允许清除其中含有的产甲烷的细菌并且减少或甚至清除其中以氨的形式溶解的氮的浓度，当液体被再注入到其时，从而优化渗滤器中的液体的提取潜能并限制在渗滤器中产生甲烷的风险。

为了这个目的，用于处理上清液的罐40可以例如具有可以调整功率和操作模式如双重的(开/关)的空气系统。

处理过的上清液由此变成在渗滤-消化循环中的湿化步骤的渗滤器中使用的提取液的全部或者部分。根据渗滤器中的水平衡，通过添加‘处理’水(即废水或其它的沥滤液)来补充处理过的上清液。

来自消化器的至少一部分液体因此经由管道系统41和至少一个泵(未示出)被送回到湿化步骤的至少一个渗滤器20中。湿化步骤、消化步骤和再注入步骤循环重复确定的时间段，该时间取决于基材的性质10。

提供了一种混合模式，其中仅仅来自消化器的一部分上清液被送到渗滤器经历氧化；另一部分上清液与氧化部分混合用于湿化步骤。

还可以提供化学分析170沥滤液和/或用于湿化步骤的液体(这种情况下，包括上清液)的步骤。对沥滤液和/或上清液的化学分析或甚至沥滤液的化学分析与上清液的化学分析的对比允许提供对某一体积的基材的产甲烷潜能的指示。

例如，化学分析沥滤液的步骤，包括测量在渗滤器的输出部的管道系统22中的化学需氧量(COD)。该化学需氧量(COD)是例如用于测量固体或液体基材的有机负载量的参数，由氧化所述固体或液体基材的有机物质所需要的氧气量表示。

一旦湿化步骤完成，提供在渗滤器20中的需氧发酵步骤181，由此允许堆肥化所述体积的基材的第一阶段。

优选地，需氧发酵是根据化学分析步骤的结果实施的；例如根据阈值和沥滤液的化学分析步骤170的参考值与结果值之间的差别的绝对值之间的差别。

需氧发酵步骤通过停止渗滤器的湿化来实施。例如，因为停止设备如受控阀或安置在连接消化器的输出部的管道系统(在这种情况下，连接气罐的出口部和渗滤器的进口部的管道系统41)上的泵。需氧发酵允许清除渗滤器中的基材的致病菌并产生未熟化的堆肥。

堆肥的熟化水平对应于它的有机物质的稳定水平，因此它同时随堆肥的基材种类和所应用方法变化。熟化水平可以以不同的指标表达，最常见的一个是Rottergrad，分为I到V级，一种新鲜的或未熟化的堆肥对应于RottergradII到III，在下面的URL中举例描述：http://wiki.laboratoirelca.com/index.php/test_de_maturit％C3％A9。根据堆肥用途，不同的熟化水平可以被寻找。

意图泛指熟化的堆肥。

而且，为了增加发酵速度，提供了机械风干渗滤器20的步骤。例如提供了至少一种通风设备(未图示)。该通风设备还允许清除可能的痕量的甲烷或硫化氢。

尽管基材已经按照现状(没有机械研磨或振动)被留下，天然地存在促进空气在团块中和需氧发酵中流动的需氧袋。

考虑到需氧发酵发生在与湿化步骤相同的封闭物中，在这种情况下，对固体有机基材的处置被减少到不进行处置，因为在渗滤-消化-再注入循环期间，无需搅拌体积中的基材，在需氧发酵期间或在这两个步骤之间也没必要，这尤其节约了时间。而且，不存在机械作用改善了所制造的堆肥的品质并且在这种情况下允许制造出高品质的堆肥。

事实上，最初可能存在于处理过的基材中的不需要的惰性污染物比如塑料、玻璃，在它们还未被粉碎时，在生物处理后更容易和有效地被分类工具所清除。这允许在最终的堆肥中获得非常低水平的不需要的惰性物，比如法规所要求的(如，法国法规，监管标准NFU44051，关于惰性物和杂质的极限值的要素可在以下的URL中找到：http://wiki.laboratoirelca.com/index.php/NFU44-051)。

一旦需氧发酵被认为结束，例如当它被认为可从至少一个渗滤器的体积的基材提取的有机物质被消耗完时，渗滤-消化-再注入循环就被停止，并且然后堆肥化所述体积的基材的第二阶段开始，该阶段被需氧熟化182所确保。

需氧熟化或需氧稳定182的目的是稳定剩余的有机物质以允许后来的呈堆肥形式的农业物提升品质。

可以提供用于测量渗滤器中的基材的温度的步骤。超过温度阈值，和/或超过时间阈值，可以认为需氧发酵步骤已经完成并且实施需氧熟化步骤182。

例如，渗滤器中的基材的温度随时间的推移经过最大值，通常70℃。优选地，一旦达到最大温度值，需氧熟化步骤182就被实施。

对于需氧熟化骤182，该体积的固体基材10不需要留在渗滤器中20。然后，发酵的体积的基材被有利地从渗滤器20中去除并且移动(由图2的实线箭头标示)到另一个需氧位置(在这种情况下，需氧储存装置例如在混凝土表面50上的露天料堆)以便于获得稳定的堆肥，该堆肥的湿度率低于最大阈值和/或高于最小阈值。有利的是，料堆的有效体积高于渗滤器的体积，因此料堆可以聚积来自多个渗滤器的体积的基材。使用料堆中的未被扰动的空气也避免了必须具有用于注入空气或氧气的结构物(由此而来的费用)。

可以提供一种用于收集来自料堆的可能的沥滤液的系统，此沥滤液构成前面提及的“处理”水的一部分的以及排放它们到渗滤器或消化器。

需氧熟化阶段182允许彻底地稳定有机物质以适合于随后呈堆肥形式的提升品质。因此，该体积的基材在该需氧位置50保持确定的时段。该需氧熟化阶段允许获得与它的农业品质提升相容的稳定的堆肥，特别是当需氧熟化阶段与允许将有机组成部分与无机组成部分分离的步骤190相配对时。

堆肥化180基材分为两个阶段进行：需氧发酵阶段181和需氧熟化阶段182。

被释放了其体积中的基材10的渗滤器20可以填充新的体积的新鲜基材适合于新的渗滤-消化-再注入循环。

通常，对于渗滤-消化-再注入循环，一定体积的基材10在渗滤器20中停留确定的时段，通常几天。然后一定体积的基材10在渗滤器中经历确定时段(通常几周)的需氧发酵阶段181。该体积的基材然后从渗滤器20去除并在另一个位置50在需氧熟化182放置确定的时段，通常几个月。

在某些情况下，至少一个所述体积的基材还包括不能以生物气形式或堆肥形式提升品质的无机组成部分。

还提供了分离步骤190，该步骤在第二堆肥化阶段之后用于分离有机组成部分与无机组成部分。为了这个目的，分离设施(未图示)被使用，例如粒度分离设施、曝气设施(aeraulicmeans)、光学设施、密度分离设施以及更多。

有利的是，因为下游的分离，基材既不是处理流的上游的研磨的、混合的也不是筛选过的，因此允许更容易地且成本更低地处置不需要的无机组成部分，特别是允许避免惰性物(如玻璃)存在于堆肥中。分离下游的比新鲜基材干燥的堆肥意味着分离步骤的非常重要的成本降低，特别是由于所要处理的团块被大大减少并且粘度更小，因此分离设备的性能被显著增强。

而且，值得注意的是，分离步骤190意味着向机械分离设施供应能量。然而，在这个阶段，因为消化器，有机基材已经被部分地提升成液体形式。因此消化器的甲烷生产可以有利地允许向机械分离设施供应能量。

分离步骤190也允许获得更好品质的无机物质，因为它不含有机物质。无机物质可以被升级成如固体恢复燃料(SRF)，或用于不同的回收利用或储存使用。

因为本发明，固体基材被静置：只要它们在渗滤器中，它们就不被移动，并且在需氧熟化步骤也可以不被移动，从而允许获得没有惰性碎片的高品质的堆肥。

因为本发明，湿化步骤可以持续最多3周并且需氧发酵步骤可以持续最多6周。因此，一定体积的基材在渗滤器中停留最多2个月。

这种非常快速的少于两个月的处理具有以下的优势：

—能够增加一个处理场所的产量，

—减少用于储存新鲜基材需要的面积，以及

—还允许生产高品质的堆肥。

有利的是，方法可以免于对沥滤液的任何热处理，从而特别地允许节约成本和空间。

值得注意的是，正如在用于需氧发酵的渗滤器中一样，基材在用于湿化的渗滤器中依然是固体，它们不是难消化的并且不能被泵送。

Claims (10)

1.一种用于提升至少部分是有机的且至少部分是固体的生物质或基材的品质的方法，包括以下步骤：

A.将多个体积的新鲜基材(10)引入(110)到多个各自分开的渗滤器(20)中，

B.湿化(120)至少一个渗滤器(20)中的所述体积的基材，以便确保所述体积中的有机成分的至少一部分发生水解，

C.将来自至少一个湿化的体积的基材的沥滤液注入(140)厌氧消化器(30)中来制造生物气，

D.将来自所述消化器的液体的至少一部分送回到至少一个渗滤器中进行步骤B，以及

E.重复步骤B到步骤D持续确定的时段，

其特征在于：

对步骤C，来自所述湿化的体积的基材的所有所述沥滤液被直接注入所述厌氧消化器(30)中；

并且在于：超过时间阈值时，对于至少一个所述渗滤器的一定体积的基材，所述方法还包括以下步骤：

F.需氧发酵(181)的步骤，该步骤在于：在所述渗滤器中，通过需氧发酵(181)、通过停止所述体积的基材的所述湿化和通过风干所述渗滤器，进行堆肥化所述体积的基材的第一阶段，和

G.需氧熟化(182)的步骤，该步骤在于：通过需氧熟化(182)、通过从所述渗滤器(20)去除已发酵的体积的基材以及通过将所述已发酵的体积的基材放置于需氧储存装置(50)内进行堆肥化所述体积的基材的第二阶段以便于获得稳定的堆肥，所述堆肥的湿度率低于最大阈值和/或高于最小阈值，并且在于：所述基材按照现状留在所述渗滤器中，且在所述渗滤器中不进行预先的机械研磨或振动。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

H.从所述消化器提取(150)全部或一部分所述液体，和

I.在将提取的液体的全部或一部分送入至少一个渗滤器中进行所述步骤B之前，氧化(160)所述提取的液体的全部或一部分。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：将在所述厌氧消化器中的所述沥滤液与来自具有产甲烷潜能的其它来源的其它液体或难消化的有机基材混合。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中至少一个所述体积的新鲜基材包括无机组成部分，所述方法还包括在所述堆肥的所述第二阶段之后用于分离(190)所述有机组成部分和所述无机组成部分的步骤。

5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：将新的体积的新鲜基材引入到所述渗滤器(20)中，其中所述体积的基材已经被去除用于所述需氧熟化步骤(182)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，包括步骤(100)，该步骤(100)在所述引入步骤之前并且在于使所述有机物质对于用于所述湿化步骤的所述液体是可达到的。

7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在渗滤器(20)中检测甲烷和/或硫化氢的步骤(130)，该步骤可与在第一堆肥化阶段期间风干所述渗滤器的所述步骤相配对。

8.根据权利要求1或2所述的方法，还包括化学分析所述沥滤液和/或用于所述湿化步骤的所述液体的步骤(170)。

9.根据权利要求8所述方法，其中所述需氧发酵步骤(181)与所述分析步骤(170)相关联。

10.根据权利要求1或2所述的方法，还包括测量渗滤器(20)中所述基材的温度，

至少在所述需氧发酵步骤(181)期间，所述需氧熟化(182)的步骤与所述温度测量步骤的结果相关联。