CN104023863A - 用于加工混合固体废弃物的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

包含湿有机材料和干有机材料的混合物的固体废弃物可以使用机械分离进行分离以产生富含湿有机物的湿有机流以及富含干有机物的干有机流。使用特别适合于所分离的湿有机流和干有机流的不同转化技术分别将分离的湿有机流和干有机流转化成可再生或可再循环的产品。

Description

用于加工混合固体废弃物的系统和方法
技术领域
本发明涉及被适配用于废弃物再循环和转化的系统和方法。更具体地，本发明涉及衍生自例如商业、工业、或生活垃圾的固体废弃物的再循环以及转化。
背景技术
商业、工业以及生活消费者产生了大量的需要以环境满意的方式处理和处置的丢弃及废弃产品(即，城市固体废弃物)。传统地，城市固体废弃物(以下称为“MSW”)通过填埋或焚烧来处置。然而，这些废弃物产品处置方法污染了土壤、水以及空气。环境限制以及住房的土地使用需求减少了填埋可用的地点的数量。
作为响应，政府以及公众已经要求在任何可能的情况下应该使用再循环系统来节约材料资源并且减少污染问题。已经做出了努力来从废弃物材料回收有价值的资源，例如玻璃、塑料、纸张、铝以及铁的和非铁的金属。例如，许多城市中的家庭被要求将其垃圾分类成可再循环物(例如，纸张、塑料容器、金属容器和玻璃容器)以及不可再循环物。然而，不遵守以及未能遵守的的比率非常高。有些人根本不能将他们的废弃物分类并且其他的将其错误的分类，他们或者将可回收的材料分类为废弃物流或者用废弃物材料污染了可再循环物流。不遵守和错误的遵守降低了与针对所加工的预分类废弃物的再循环系统的运行有关的效率并且提高了其成本。
一些再循环系统通过尝试从混合废弃物来回收可再循环的材料而试图避免预分离的废弃物的问题。然而，许多这些系统具有以高度劳动密集操作的倾向，同时提供了相对较低的可再循环物的回收率。
许多再循环系统的能量平衡是低水平的，在某些情况下是负的。一些再循环系统如此低效，以至于回收、运输以及再循环可再循环的材料的过程与简单地将垃圾填埋并且从原材料制造新产品所节省的能量相比消耗了更多的能量。在其他情况下，回收了如此少的可再循环的材料以至于废弃物流处置问题实质上未缓解。
发明内容
本披露涉及加工废弃物的方法和系统，该废弃物包括湿有机材料和干有机材料以及任选地无机材料的混合物。这些系统和方法将该混合固体废弃物机械地分开以产生富含湿有机物的湿有机流以及富含干有机物的干有机流。对每个流分开地进行加工以将每个流的至少一部分转化成可再生的或可再循环的产品。
这些分离的并且回收的湿有机产品和干有机产品构成了能量转化的高效原料。湿有机产品可以在厌氧消化器中消化以产生沼气或者堆肥以用作土壤改良物。在厌氧消化器中产生的沼气可以被压缩或液化用作运输燃料和/或可以用来产生电力或热以便在现场使用和/或递送到电力网和/或转化成液体燃料。干有机材料可以进行再循环和/或作为有机生物质燃料使用或销售以产生热和/或电。无机材料可以进行再循环和/或填埋。
将干有机材料、湿有机材料、以及任选的无机材料分离使下游转化技术的效率最大化。例如，湿有机物能够以更高的效率在厌氧消化器中得以转化。将不易消化的干有机物和无机材料在装载到消化器之前除去提高了可用于微生物培养和沼气生产的体积。类似地，将湿有机物和无机材料从干有机物移除提高了干有机物的热转化效率，因为蒸发水份消耗更少的能量并且燃烧后材料产生更少的灰分。在其中从干有机物回收可再循环物的情况下，移除湿有机物和无机材料降低了分类过程中的负担深度，由此允许分类设备适当地并且更有效地运行并且减少了对机器的磨损和损耗。此外，不可再循环的无机部分可以更容易地填埋，因为填埋材料的体积将更小并且更浓缩。
从不同的混合废弃物流中有效地提取多种类型的可再循环的材料的需求是一种长期盼望但是未满足的需求。行业不能从不同的混合废弃物流提取相当比例的不同类型的可再循环材料在世界上许多地方已经导致了熟知的政治运动，教育外行的人群将可再循环物在产生时间和地点进行手动分类并且然后处置是他们的责任。由于自然的人类行为，这些努力尽管可赞但是还没有产生所希望的再循环以及相应的转移率。绝大多数的可再循环废弃物材料继续被不充分地回收和/或使用。本文中描述的方法和系统通过使用被安排并且配置为有效地处理不同固体废弃物流的机械装置来有效地回收可再循环物满足了的这种长期想要而未满足的需要。此外，传统的路边住宅再循环项目以及商业再循环项目要求昂贵的并且污染性的分开的收集路径和车辆。此外，在通过分开的车辆收集时，这些材料仍然需要被分离并且可再循环物在传统的材料回收设施(MRF)中回收。这是高度低效并且昂贵的。
在本文中描述的系统和方法可以处理大量的高度不同的混合废弃物材料。这些系统和方法可以有效地从未分类的混合废弃物(例如，黑色垃圾箱MSW)、其中错误遵守很高的家庭分类的可再循环流(例如，蓝色垃圾箱MSW)、以及其他类型的MSW，例如从零售店、光源制造、仓库、办公楼、等的不同商业废弃物流，以及工业废弃物流提取可再循环物。与已知的系统相比，本文中描述的这些方法和系统可以从不同的废弃物流中回收显著更大比例的不同类型的可再循环材料以及有机材料以便转化为可再生燃料和能量。这种能力很大部分是由于机械分离使用机械分类机，例如破碎机、大小分离器、密度分离器和/或尺寸分类机将湿有机材料从干有机材料以及任选的有机材料中分离出，这产生了浓缩的、均匀的中间废弃物材料流，可再生能量和可再循环物可以从该中间废弃物材料流中机械提取。不像传统的垃圾衍生燃料设备，本发明的这些方法和系统将废弃物材料充分地分级并且展开以制备用于有效的转化的中间流。
在此披露的实施例的这些以及其他特征从以下的说明和所附的权利要求书中将变得更十分清楚。
附图说明
为了进一步澄清本发明以上以及其他的优点和特点，通过参照在附图中示出的其具体实施例将提出本发明的更具体的描述。要理解的是这些附图仅说明本发明的实施例并且因此不被认为是限制其范围。本发明将通过使用附图以额外的特性和细节来说明并且解释，在附图中：
图1是用于将混合的干有机和湿有机废弃物材料(以及任选地无机材料)转化为更高价值的产品的机械系统的示意图；
图2是示出用于加工干有机物的转化选项的示意图；
图3是示出用于加工湿有机物的转化选项的示意图；
图4是示出用于加工无机物的转化选项的示意图；
图5是示出用于从混合固体废弃物流中提取可再循环材料的方法的流程图；
图6根据本发明的一个实施例示出被适配为用于在通过密度分离固体废弃物的系统中使用的空气鼓式分离器的剖视图；以及
图7根据本发明的又另一实施例示出用于分离固体废弃物的系统的流程图。
具体实施方式
I.引言
图1是从混合固体废弃物材料中产生可再生能量和/或产品的集成废弃物加工和回收系统100的示意图。系统100包括混合固体废弃物流的来源110。该混合固体废弃物流包括至少10％的湿有机废弃物材料以及至少10％的干有机材料以及任选地无机废弃物材料。
将混合废弃物材料110机械分类以产生湿有机物114和干有机物116，以及任选无机物118。将废弃物材料在机械分离系统112中加工以产生适用于转化成可再生能量和/或产品的多个单独分类的废弃物部分。分别使用单独的转化过程131和139将至少一部分的干有机物和湿有机物独立地进行加工。使用无机转化技术135可以将任选无机物118转化成可再生的或可再循环的产品。干有机转化131特别适合于将干有机材料转化成更高价值的产品并且湿有机转化139特别适合于将湿有机物转化为更高价值的产品。通过将湿有机物以及干有机物浓缩成单个的部分，与对混合固体废弃物执行相同的转化处理相比，专用的转化处理的效率远远更高。
分离系统112可以包括诸如输送机、研磨机和/或破碎机、筛子、空气分类器、磁铁、涡电流分离器、分类器以及塑料分类机的部件，这些部件一起将湿有机材料与干有机材料分离。用于将湿有机物与干有机物分离的机械分类机可以包括研磨装置、尺寸分类装置、和/或密度分离器。
在将废弃物材料110装载到分离系统112之前，可以对废弃物材料110进行手动分类以除去可能损害分离系统112的重金属、混凝土和岩石物品；整体纸板；电子废弃物和/或明显有毒的废弃物/化学品。手动分类通常是最低程度的。例如手动分类可以由同时将废弃物材料装载到分类系统112中的地面分类机的装载机操作者执行或者由一个或多个将明显地有价值的物品从废弃物流拉出的生产线操作员执行。在一个优选实施方案中，将小于40％、20％、10％或甚至小于1％(按重量计)的混合废弃物流手动分类以除去可再循环物。
自动化系统的使用允许更高的吞吐量以及提高的燃料和/或可再循环物的回收。在一个实施例中，分离系统的机械分类机的吞吐量是至少2、5、10、20、50、或100公吨混合废弃物/小时/单线和/或小于200、150、100、或50公吨混合废弃物/小时/单线，或前述的吞吐量的上限和下限率的范围。术语“单线”意在指代产生不同材料的单部分流的单个输入线。
分离系统112产生具有低水份含量的干有机材料116。在一个实施例中，该分离产生具有小于30％的水份含量、小于25％的水份含量、小于20％的水份含量、或甚至小于15％的水份含量的干有机材料。值得注意地，这些水份含量可以从该分离系统实现而无需用干材料进一步干燥或与混合来稀释该水份含量。
参见图2，以第一转化技术131将干有机物116转化成可再生材料。该干有机物转化可以用于回收可再循环物(步骤124)和/或用于燃料生产120。回收可再循环物124可以包括充分地分离材料以产生再循环商品107，该再循环商品可以在市场上销售和/或转化成再循环产品133。燃料生产120可以包括将干有机物转化为液体燃料119、发电122、转化为油121、或化学转化109或一些其他形式的能量。
甚至在水份含量适度高时，由于水的均匀展开的分布，这种干有机燃料也可以是有利的。在一个实施例中，该分离系统112产生具有按质量计小于5％的颗粒的的干有机材料，这些颗粒带有大于40％(更优选地大于30％或甚至大于25％)的水份含量。在一个实施例中，该干有机材料具有按重量计小于3％、2％，或甚至1％的颗粒，这些颗粒带有大于40％、30％、或25％的水份含量。
尽管所希望的是在分离时产生具有所希望的水份含量的干有机物部分，本发明还包括其中可以对干有机燃料进行干燥的系统。在一个优选实施例中，使用废热诸如来自干有机物发电系统122和/或沼气发电系统145(图3)的废热进行干燥。在一个优选实施例中，仅使用废热进行干燥(例如，没有燃烧燃料用于主要的干燥目的)。
在一个实施例中，本发明涉及在干有机部分中随着时间的推移保持所希望的水份含量。随着时间的推移保持相同的水份含量对于操作利用有机燃料的热转化装置可能是重要的。分离系统112可以被操作从而最小化干有机材料116的水份含量的变化。在一个实施例中，在密度分离中可以将密度分类器上调或下调以捕获更多或更少的湿有机部分，从而在干有机材料中保持所希望的水份含量。在一个实施例中，随着时间的推移测量从分离系统112输出的干有机材料并且将其输入到被配置为控制分离系统112的一个或更多个部件的计算机，从而在干有机材料116中实现所希望的水份含量。
参见图3，使用第二转化技术139将湿有机物114转化为可再生材料。该第二转化技术可以包括厌氧消化，该厌氧消化通常通过在预加工134中加工湿有机物114并且在厌氧消化器126中消化该湿材料进行。可替代地，湿有机物114可以在有氧消化器130中加工或者使用堆肥129进行转化。来自厌氧消化器126的产品可以包括沼气132或沼渣128。沼气132可以使用调节141来调节或清洗并且随后转化成压缩的天然气143。可替代地，沼气132可以被用于发电145、被转化成管道或工业气147，或者被转化成液体燃料(例如，通过费托合成法)。
可以使用固/液分离对来自厌氧消化器126或有氧消化器130的沼渣进行进一步加工以产生土壤改良物和/或液体肥料137。可以使用堆肥129对来自沼渣128的固体进行进一步改良。
无机物118也可以被加工来产生可再生产品。加工无机物118的选择倾向于很大程度上取决于材料的类型和可再生的市场距离系统100的位置的接近度。无机物可以被转化成建筑材料153，该建筑材料153可以被用在混凝土中或作为土壤改良物。可以将玻璃产品熔化并且再加工以生产再循环玻璃产品155。金属倾向于具有高价值但是可能难以使用传统的系统提取。相比之下，本发明的高效的分离系统可以从材料诸如电子设备以及其他难以分离的不均匀废弃物材料中回收再循环金属产品157。
II.干有机废弃物与湿有机废弃物的分离
使用机械分离将混合废弃物流的组分分离以产生富含湿有机物的湿有机流以及富含干有机物的干有机流。图5描述了示出用于从混合废弃物中提取可再循环物和可再生物的示例过程140的流程图。将干有机物与湿有机物分离的步骤152包括以下步骤的全部或一部分：(i)提供固体废弃物流142，(ii)将固体混合废弃物粉碎，(iii)按大小将废弃物流分级146，按密度将废弃物流分级148，以及机械分类150。
A.提供固体废弃物流
在本文中所描述的方法和系统中使用的废弃物流包括不同类型的固体材料的混合物。该废弃物流包括可再生以及可再循环的材料，这些材料在与其他类型的可再生和可再循环垃圾分离后可以使用并且因此具有价值。在一个实施例中，该混合固体废弃物可以是城市固体废弃物(“MSW”)(即，废物或垃圾)。MSW是一种废弃物材料类型，该材料主要包括生活废弃物，有时候加入由城市当局或城市当局雇佣的承包商或给定区域内的商业和/或工业企业收集的商业和/或工业废弃物。商业固体废弃物是诸如通常从企业(例如办公楼或企业机构)收集的废物的类型的废弃物。工业固体废弃物通常在重型制造业中发现。MSW和商业废弃物通常不包括工业有害废弃物。该混合废弃物可以是“黑色垃圾箱”废弃物，其中废弃物的源已经执行很少或没有执行可再生和可再循环材料的移出，或者替换地，混合废弃物可以是可再循环的或“蓝色垃圾箱”废弃物，其包括可再生和可再循环废弃物材料的混合物(也称作“单流废弃物”)。该单流废弃物可以是商业或的或住宅的并且可以具有低或高的错误遵守。
混合废弃物包含多种组分，这些组分只有在与其他组分分离时作为可再生以及可再循环材料具有价值。这些可再生的以及可再循环的材料可以包括一系列塑料；纤维材料，包括纸张和纸板；金属，包括铁金属以及非铁金属例如青铜和铝；玻璃；织物；橡胶以及木材。优选地，该废弃物流包括1、2、3、或更多种高价值的材料，包括但不限于纸张、塑料以及非铁金属中的一种或更多种。
尽管甚至小比例的这些材料可能是有价值的，然而将混合固体废弃物流中的可再生物以及可再循环物与彼此以及与其他组分分离是极具挑战性的。特别是需要分离两、三、四种或更多种不同类型的可再生物以及可再循环物时尤其如此。
在本文中描述的方法和系统包括提供混合固体废弃物流，该固体废弃物流包括掺合的至少10％的湿有机材料以及至少10％的干有机材料。该混合废弃物流还可以包括可能是可再生的或可再循环的或者是非可再生的以及非可再循环的无机材料。
在该流中可再生以及可再循环材料的量、回收的可再生以及可再循环材料的比例、以及可再生以及可再循环材料的价值对于通过机械化分类提取可再生以及可再循环材料的经济可行性具有重要影响(更大的价值是更希望的)。
在一个实施例中，混合废弃物流包括至少10wt％的选自由下列群组的干有机废弃物：3维常见的硬质塑料、膜塑料、纸张、纸板、织物、橡胶以及木材。混合废弃物流可以包括按重量计至少15％、20％、25％、30％、40％、50％、70％或90％的干有机材料以及按重量计小于90％、80％、60％、50％、40％、30％、25％、20％、或15％的干有机材料或任何前述上限或下限端点值的范围。
在一个实施例中，混合废弃物流可以包括至少10wt％的选自下列群组的湿有机材料：食品废弃物(工业、城市、或家庭厨房废弃物)、动物废弃物(例如，粪便如人或其他动物粪便废弃物)、或绿色废弃物(例如，工业、城市或家庭草坪剪切物或树木剪切物)。这种混合废弃物流可以包括按重量计至少15％、20％、25％、30％、40％、50％、70％或90％的干有机材料以及按重量计小于90％、80％、60％、50％、40％、30％、25％、20％、或15％。
湿有机物与干有机物的比率通常取决于填料流。在某些情况下，湿有机物可以比干有机物更浓缩，或者反之亦然。然而，在许多情况下，由于食品废弃物，湿有机流可能更普遍。在一个实施例中，湿有机流大于至少5％、10％、15％、20％、30％、50％、或70％，并且/或者按重量计大于40％、50％、60％、或80％的湿有机物是食品废弃物。
在某些实施方案中，很大一部分的该废弃物流可以是可再生或可再循环材料。至少一部分的废弃物流可以包括可再循环或可再生材料。混合废弃物流可以包括至少2.5％、5％、7.5％、或10％的可再循环塑料材料或小于60％、40％、20％(按重量计)或任何前述的重量百分比的上限和下限范围的可再循环塑料材料。
混合废弃物流可以包括至少5％、10％、15％、20％、25％、或30％的可再循环或可再生混合纸材料或小于80％、70％、60％、50％或40％(按重量计)或任何前述的重量百分比的上限和下限范围的混合纸材料。
混合废弃物流可以包括至少15％、25％、35％的可再循环或可再生干有机材料并且小于80％、70％、60％、50％或40％(按重量计)或任何前述的上限和下限重量百分比的范围的干有机材料。混合废弃物流可以包括湿有机物、干有机废弃物和/或无机废弃物。在一个实施例中，混合废弃物流中的湿有机废弃物、干有机废弃物以及无机废弃物的重量百分比各自(彼此独立地)是至少5％、至少10％、至少20％、至少50％、或至少75％(三个重量百分比的总和不超过140％)。
在一个实施例中，混合废弃物流可以包括至少0.5％、1％、2％、3％、4％、5％的可再循环金属或小于30％、20％、15％、10％或5％(按重量计)或任何前述的重量百分比的上限和下限范围的可再循环金属材料。
在一个实施例中，混合固体城市废弃物可以是未加工的城市废弃物。例如，固体废弃物流可以由城市垃圾收集过程直接提供。可替代地，固体城市废弃物可以被部分预加工(例如，由房主或企业)以除去一部分的可再循环和/或可回收材料。例如，固体城市废弃物可以来自于广泛的住宅或商业废弃物流，该废弃物流包括排除通过再循环项目收集的源分离材料的剩余材料，在再循环项目中某些可再循环物和/或可再生物(例如，混合纸张、报纸、纸板、塑料、铁金属以及非铁金属和/或玻璃容器)的一部分已经被移除(即，MSW可以是循环后的废弃物)。
在任一情况下(即使用未加工的MSW或源分离的MSW的方法)，混合废弃物可以被手动地预分类以回收并且去除难以破碎或研磨的、明显有害的和/或特别大(即，容易分类的)以及具有高回收价值的物品。这种预分类可以在设施下端的地面(facility tip floor)上在将废弃物装载到系统之前进行或者可以由专用的预分类线上的人员进行。例如，可以在预分类传送带上测量废弃物，在那里手动劳动识别预分类的物品。通常，预分类物品将包括可能损害或造成对破碎机或研磨机过度磨损的物品。示例包括汽车发动机缸体、结构钢、轮箍、丙烷罐、混凝土块、大岩石、等等。有害废弃物优选地在研磨之前被去除以避免污染混合废弃物中的其他材料。明显有害的废弃物的示例包括溶剂以及化学品容器、油漆桶、电池、等等。
预分类也可以被用来移除容易从混合废弃物流中挑出的特别大的以及有价值的物品。通常，在预分类中回收的可再循环物将是比加工流的负荷深度大若干倍的物品，使得它们容易看到并且被有效地手动移除。例如，大硬纸板箱(例如瓦楞箱)、结构性金属件以及电子废弃物(例如e废弃物)可以在预分类中回收。以上描述的混合废弃物流中的材料的百分比是指紧接其经受粉碎和/或尺寸调整之前(即预分类之后)的废弃物流的百分比。
如所提及的，本文中描述的方法允许材料从城市固体废弃物机被械地分类，甚至是在废弃物包括大比例的不可再循环的材料时。在一个实施例中，固体废弃物流包括至少20％、25％、35％、50％、或75％的一种或更多种低价值材料。低价值材料是使得高价值材料难以分离并且它们本身通常不是分离经济性的材料。在一个实施例中，该低价值材料可以选自由以下各项组成的群组：湿有机物、园林废弃物、食品废弃物、砂砾、小于1英寸的细料、沥青、混凝土、织物、木材、橡胶、膜塑料、PVC、箔、岩石、用过的消费者产品、低价值玻璃(离再循环器太远的玻璃)、复合材料(例如，网球鞋)、其他在固体废弃物中常找到的材料以及这些的组合。本文中描述的方法克服了长期需要但是未满足的需求，从而在这些难以处理的废弃物流中经济地回收(即机械地分类)所有或一部分有价值的可再循环物和/或可再生物。单独的低价值材料能以至少5％、10％、15％、20％或更大的浓度在该固体废弃物流中。
本领域的普通技术人员将认识到，固体废弃物流的成分在短时期内基本上变化。在MSW中发现的所有可变性中，存在三种恒定的变化程度或百分比特征：密度、维度(2维或3维)以及水份含量。本发明部分地使用通过尺寸、密度以及维度分离的各种设备，并且然后将材料引导到通过材料类型(例如塑料的树脂类型、铁金属、非铁金属、玻璃、纸张等)分离或回收的设备。为了本发明的目的，废弃物流内的特定类型的材料的百分比可以根据可接受的的工业标准进行计算，例如由加利福尼亚资源再循环和回收部门出版的2011废弃物处置指南(也称为“CalRecycle”并且之前称为加利福尼亚综合废弃物管理委员会(California Integrated Waste Management Board)，其通过引用合并于此(在www.calrecycle.ca.gov/wastechar/YourData.htm#Stepl以及与其相关的链接可得)。废弃物流的最小采样应当包括分析至少200lbs并且在多个不同的天、周、和/或月的采样的样品。
B.粉碎
将湿有机物与干有机物分离可以任选地包括将混合废弃物研磨或破碎。粉碎(例如破碎或研磨)可以提高其他加工过程(例如尺寸分离和密度分离)的效率。
粉碎的废弃物将具有粒度尺寸的范围。在一个实施例中，粉碎的废弃物流具有16英寸或更小、14英寸或更小、12英寸或更小、10英寸或更小，或8英寸或更小的上限切割，或者大于1英寸、2英寸、4英寸或6英寸的下限切割，或者可以具有带有任何前述的用于粉碎的废弃物的上限与下限切割的上限与下限切割的分布。在一个实施例中，上限切割与下限切割的比率可以小于8、6或4。
任何特定的断裂材料的尺寸分布通常取决于其材料特性。例如某些物品如运输货盘或轮胎将被研磨或破碎为相对较大的粒度尺寸。相比之下，易于破碎的脆性材料如玻璃以及易于粉碎的食品废弃物在被破碎后将特别小。
被用来粉碎混合废弃物流的破碎机或研磨机可以包括一个或多个包含多个切割头的轴，这些切割头可以将进来的废弃物材料切割和/或破碎到选定的尺寸。可以通过安装有抵靠刚性刀片壳体的切割刀片或刀的旋转转子将废弃物材料研磨或破碎，然后它们通过该研磨机或破碎机掉落到筛篮(圆形穿孔板或鳍状设计的网筛)。具有小于选定尺寸的研磨切割尺寸的材料通过筛子掉落并且被移动到该过程中的下一步骤。太大而不能穿过筛子的物体通常通过研磨机或破碎机反复地再循环直到它们被研磨成可以通过该筛子的尺寸。
在市场上可得到的许多固体废弃物研磨机或破碎机可以或者适配为或者可以适配为用于粉碎初始固体废弃物流。例如，北卡罗来纳高点的维阔普兰有限公司(Vecoplan,LLC of High Point,NC)制造了许多可以合并到该系统中并且在本文中所描述的方法中使用的固体废弃物破碎机。
优选地，来自粉碎装置的粉碎的废弃物被研磨或破碎到小于18英寸、16英寸、12英寸、10英寸、或8英寸并且大于2英寸、4英寸、6英寸、8英寸、10英寸的尺寸，或来自任意前述上限和下限截止尺寸的范围。在尺寸分离和密度分离之前粉碎混合的MSW粉碎将提高密度分离器的分离效率。
在本披露中，关于用于固体废弃物的分离的方法和系统描述了多个粉碎和/或尺寸分级步骤。通常，这些步骤中的每个都具有相关的尺寸截止。本领域技术人员将理解，分级的材料典型地表现出颗粒分布。任何具体部分的分布通常将包括高于或低于截止值的微不足道数目的颗粒。除非另外说明，上限截止数(例如16"或更小、12"或更小、8"或更小、8"至2"的过尺寸的上限范围)通常意味着在该特定部分中约90％的颗粒具有小于该截止数的尺寸，而该特定部分中约10％的颗粒将比该上限截止尺寸更大。除非另外说明，否则下限截止数(例如8"至2"的过尺寸的下限范围)通常意味着在该特定部分中约90％的颗粒具有大于截止数的尺寸，而该特定部分中约10％的颗粒小于该下限截止尺寸。在某些实施例中，该截止值可以比90％以及10％更有效。例如，特定部分95％或99％的颗粒的上限截止数可以小于该上限截止数和/或该部分中的小于5％或小于1％的颗粒可以小于该下限截止尺寸。特定的截止数涉及特定部分，不是整个分布。根据废弃物流，显著比例的进料废弃物流可以小于下限截止数和/或大于该上限截止数，不管该分离设备的效率。
C.尺寸分离
可以将粉碎的废弃物运输到尺寸分离器，该尺寸分离器通过尺寸将混合废弃物分级以产生两个或更多个尺寸的废弃物流(例如，至少一个过尺寸的以及至少一个尺寸不足的)。
可以进行尺寸分离以产生具有特别希望的粒度尺寸分布的尺寸废弃物流，从而有助于密度分离并且产生富含特定的可再循环或可再生材料的中间流。本领域的普通技术人员将认识到，可以对粉碎的废弃物流进行分析以确定尺寸截止值，在这些截止值中该流的部分将不同类型的材料分离成不同的流，同时将相似类型的废弃物流浓缩为稍微浓缩的流。此外，该尺寸废弃物流可以通过产生具有窄颗粒分布的尺寸废弃物流而进行优化用于密度分离。
在一个实施例中，尺寸废弃物流可以具有小颗粒与大颗粒的比率小于约10(即，上限截止值与下限截止值的比率具有小于约10的比率)的尺寸分布，更优选地，小于约8、6或4。来自尺寸分离的不足尺寸部分可以具有小于约6英寸、5英寸、4英寸、3英寸或两英寸并且大于0.5英寸、1英寸、2英寸、或3英寸的上部尺寸截止值，或任何前述的该上部尺寸切割的上限值与下限值内的范围。该上限部分具有的上限尺寸截止值可以小于16英寸、12英寸、10英寸、8英寸或六英寸，并且下限尺寸截止值可以大于2英寸、4英寸、6英寸、或8英寸，或任何前述上限截止值与下限截止值内的范围。
在本方法中可以使用的尺寸分离器的适当的示例包括具有橡胶或钢制盘的盘筛分离器、指形筛分离器、滚筒筛分离器、振动筛分离器、瀑布筛、震荡筛、花盘筛、和/或其他本领域已知的尺寸分离器。
盘式筛使用一系列具有一系列附接的盘的滚动轴，其中盘之间的空间可以使得物体掉落通过。轴的滚动产生了在进来的材料向前传送时对其搅拌的波浪状作用。这种搅拌通过筛孔释放了更小的材料并且不伴随震荡或堵塞。盘筛设计大大降低了操作过程中阻塞或抓取的可能性。本领域已知的滚筒筛、振动、或指形筛、瀑布筛、震荡筛、花盘筛、和/或其他尺寸分离器也实现了相同类型的尺寸分离的目的，同时使用有些不同的工程设计。在本发明中有用的各种尺寸分离器通过在世界各地的许多不同的制造商可商业性地得到。例如，盘式筛、转筒筛、振动筛以及瀑布式筛从北卡罗来纳高点的维阔普兰有限公司(Vecoplan,LLC of HighPoint,NC)商业性地得到。
D.密度分离
一种或多种尺寸废弃物流可以通过密度进行分离以产生单独地富含湿有机物、干有机物、和/或特定的可再生材料的中间废弃物流。尽管不要求，然而密度分离优选地在尺寸分离器下游的分离装置中进行。下游密度分离允许对各个尺寸部分使用不同密度的分离器，这允许各个密度分离器针对具体的材料和流进行配置。可以对密度分离器单元进行校准以提供混合废弃物流中具体材料之间的分离。密度分离可以被用来分离不同类型的材料，例如湿有机物、干有机物以及无机材料，由此在一种或更多种不同类型的可再循环和/或可再生材料中富集一种或多种特定的中间流。
在混合城市废弃物流中，无机废弃物、湿有机物、以及干有机物经常显示在特定范围内的密度。例如，干有机物具有的密度倾向于大于1.0磅/立方英尺并且小于12或15磅/立方英尺；湿有机物具有的密度倾向于大于8、10或12磅/立方英尺并且小于60、80或140磅/立方英尺；无机材料具有的密度倾向于大于80或140磅/立方英尺。因此通过相应地设定密度分离器，可以基于密度分离湿有机物、干有机物和无机部分。类似地，具体类型的可再循环和/或可再生材料诸如木材和织物通常将落入某一密度范围内并且可以在中间废弃物流中选择性地富集。尽管前述的密度对于许多城市废弃物流是有用的，然而本领域的普通技术人员将认识到本文中提供的技术可以用来分析任何废弃物混合固体废弃物流并且确定产生富集可再循环或可再生材料的中间废弃物流的密度截止值。
在某些实施例中，可以使用一系列密度分离器来进一步将中间废弃物流分级。在下游密度分离器中，密度截止值选择为将该上游密度分离器中接收的下限部分亦或上限部分进行分级。在密度分离流上还可以使用另外的尺寸分离器。尺寸和密度分离被执行直到中间流充分富集特定的可再循环或可再生材料并且是均匀的，从而允许使用机械分类设备有效地提取该可再循环或可再生材料。
现在参见图6，其示出被适配为通过密度分离城市固体废弃物的密度分离单元的示例。图6展示了空气鼓式分离器200。该空气鼓式分离器200包括输入运输机204、鼓风机206、转鼓210、输出运输机222、重质部分运输机218以及轻质部分运输机226。混合密度废弃物202在输入运输机204上被输入。当该废弃物材料202被加入时，它从运输机202的末端落下，其中废弃物202遇到了来自鼓风机206的运动空气流208。
重质部分216由于太重而不能被空气流208提升而从混合废弃物材料202分离。重质部分因此下落到转鼓210前并且落到重质部分运输机218上。相比之下，更轻的废弃物被空气流208提升并且携带越过转鼓210并且被空气流220亦或222携带向前。轻质部分224从运输机222的末端落下并且落到轻质部分运输机226上。如所希望的，这些机器是高度可调节的以改变重量密度分离系数。
重质部分216与轻质部分224的相对密度可以通过控制穿过空气鼓式分离器200的空气流来调节。穿过该鼓式分离器200的空气的气流的速度以及体积可以通过提高或降低风扇206的速度或通过开放或闭合阀门212来调节。总体而言，打开阀门212和/或提高风扇206的速度将携带更重的物体越过该转鼓210，使得轻质部分具有更高的平均质量。类似地，关闭阀门212或减小风扇206的速度将引起重质部分216具有更低的平均质量并且轻质部分224具有更低的平均质量，因为仅有更轻的物体被携带越过该转鼓210。适合于在本发明中使用的密度分离器包括但不限于空气分离器(从德国东贝沃恩(Ostbevern)Westeria FordertechnikGmbH可得)。尽管在图6中展示的具体示例在某些实施例中是优选的，然而也可以使用其他的分离器，包括不含转鼓的密度分离器(例如重力/空气分离器、风力移动装置(windsifters)、风力移动装置、空气刀、等等)。
当进料到该密度分离器中的最大与最小物体的比率较窄时，如在图6中展示的密度分离器工作最好。因此，优选的是在本文中所描述的方法和系统中进料到密度分离器中的最大与最小物体的比率是约12比1、约10比1、约8比1、6比1、或约4比1。更优选地，本文中所描述的方法和系统中进料到密度分离器中的最大与最小物体的比率是约6比1(即，其中上限截止值与下限截止值的比率在前述的比率内)。在一个实施例中，本发明的方法和系统被设计为将具有这些近似范围内的粒度比率的废弃物材料提供到的这些密度分离器。
E.计量以控制流速和负载深度
任选地，该方法还包括计量整个系统中的尺寸分离的废弃物流和中间废弃物流以实现所希望的质量流和负载深度。在一个实施例中，粉碎设备、尺寸分离器、密度分离器、和/或机械化分类机通过一个或更多个具有不同速度控制的运输机进行分离。可以设定不同的速度控制来通过粉碎设备、尺寸分离器、密度分离器和/或机械化分类机的质量优化流优化，从而通过确保向各个装置提供计量的并且均匀分布的材料来优化从总系统回收的可再循环或可再生材料的品质、纯度、和/或价值。可以使用定位在上游、下游、或该系统的一个或更多个部件内的一个或更多个传感器来监控该可再循环或可再生材料的分离效率、效力、分离纯度和/或回收率。然后这些值可以被用来优化或最大化该系统中的一个或更多个参数，例如回收的可再循环或可再生材料的回收品质、纯度、和/或价值。可以被用来控制废弃物流流速的传感器的示例包括水平传感器，例如但不限于光学传感器和/或超声传感器，这些传感器测量在运输机上和/或计量装置的上游积累的材料的高度和/或测量传送带上的开放空间。传送带、计量装置或其他种类的设备可以使用传感器数据被加速或减速以确保在传送带、或在一件处理设备中或通过该处理设备(例如尺寸分离器)和/或本文中描述的系统的任何其他部分实现流速或所希望的负载深度。其他传感器包括通过积累超过一个所希望的水平(例如高度)的废弃物流物理致动的机械开关，其启动该机械开关以提供随后可以被用来调节流动或负载深度的信号。所有计量设备，包括步行板(walking floor)、运输机；计量鼓；破碎机和研磨机；空气转鼓式分离器；所有类型的筛子；振动进料器；计量进料器桶；负载调平器；以及其他此类装置的速度可以通过控制系统和其他装置控制和调节以便适当地计量通过本发明的所有部分的材料。在某些实施方案中，该计量对于从混合固体废弃物中获得所希望的可再循环或可再生材料的高回收率和纯度可能是关键的。
这些系统和方法可以包括使用多个传感器并且计量运输到多个分类装置的废弃物材料的流速和深度负载。尽管不要求，然而优选的是每个分类装置具有与其相关联的的传感器并且该传感器可以被用来独立地控制这两个或更多个分类装置的计量。例如，水平传感器或流速传感器可以邻近3维分类机、光学分类机、涡电流磁选机等任何组合的入口被定位。
III.可再生材料的转化
分别使用第一和第二转化技术分别将分离的干有机流和湿有机流转化为可再生的产品。可以使用任何数目的转化技术来加工在分离系统112(图1)中产生的任何数目的、分离的、富集的中间废弃物流。第一和第二转化技术是不同的技术，与单一的转化技术相比，这允许这些技术被选择为更适合用于分别转化湿有机物或干有机物。例如，干有机物可以被转化为垃圾衍生的燃料，该燃料比包括湿有机物的材料消耗更少的能量，并且湿有机物可以在厌氧消化器中更有效地转化，而没有干有机物和无机物。
A.干有机材料的转化
可以使用任何数目的干有机转化技术将干有机部分转化成可再生产品，例如垃圾衍生的燃料(RDF)或可再循环材料。适当的转化技术的示例包括等离子体电弧热转化、汽化分级、热解、生物质热转化、塑料至油、沼气至液体燃料(例如费托合成)、化学转化过程(例如，塑料至化学的品)。
在一个实施例中,通过将干有机废弃物加工成具有特别所希望的水份含量和BTU值而将该干有机材料转化成垃圾衍生的燃料。在一个实施例中，干有机材料具有的BTU值是在从约4000到15,000的范围内，更具体地约为5000-10,000，并且甚至更具体地约为6000-8,000，并且具有如以上所述的水份含量。
可以将该垃圾衍生的燃料(RDF)压缩以允许其运输和/或在生物质锅炉中适当地燃烧。通常，压缩的干有机材料116具有的密度在约0.5lb/ft3-50lb/ft3，更具体地约1lb/ff3-30lb/ft3，甚至更具体地约2lb/ff3-20lb/ft3，并且最具体地约3lb/ft3-10lb/ft3。
该RDF燃料可以压缩形成小片或球粒并且可以通过任何装置到一个地点，在那里使用该RDF燃料，例如但不限于可以使用该干有机材料加热生产水泥的窑炉的水泥厂。
在一个优选实施例中，该干有机材料不进行成粒并且以一种或多种转化技术(例如热转化或发电)现场使用。当产生电能时，该电力可以在现场使用或者链接到地区电网上。因为电能是在本地产生的，因此这种电能更有价值，因为将在传输过程中损失非常少的电能。
在一个实施例中，该干有机材料116可以用作生物质锅炉中的燃料来产生蒸汽并且驱动蒸汽涡轮机发电。生物质锅炉的一个示例在授予Furman的美国专利申请公开2009/0183693中进行了描述，将其通过引用而合并。
在一个实施例中，生物质锅炉可以被配置为使用流化进料(fluidizedfeed)点燃。干有机材料可以相对很轻并且容易流化以便在流化生物质锅炉中良好燃烧。这种类型的生物质锅炉与现场发电结合的使用节省了压缩和/或成粒的成本，产生了锅炉内的有效燃烧，允许在当地使用电力和废热，由此将干有机材料的卡路里值最大化并且将碳排放最小化。
该干有机材料可以用在气化过程中。气化作用可以通过在高温下(>700℃)将该干有机废弃物(无需燃烧)与控制量的氧气和/或蒸汽反应产生合成气而实现。该合成气可以进一步用来产生燃料。若干种不同的气化方法可用于与不同的干有机废弃物一起使用。适当的气化器的示例包括并流式固定床气化器、流化床反应器、气流床气化器以及等离子体气化器。
在一个实施例中，该干有机材料可以转化为一种高价值的化合物(即，非烃的燃料)。例如，塑料盒橡胶可以通过催化裂化使用两步蒸馏法转化成聚苯乙烯；聚烯烃材料可以通过催化裂化形成并且聚对苯二甲酸乙酯可以从PETE中通过溶剂分解产生。用于产生这些高价值化合物的转化技术从Gossler Envitec GmBH(德国)可得。
在又一个实施例中，分离的塑料，例如模塑料可以通过本领域已知的的塑料到燃料的转化技术(通常是催化法和/或热解法)转化成液体燃料。干有机流的组分还可以通过消化转化成沼气。例如，纸类产品可以通过成浆并且然后通过厌氧消化而消化来生产沼气，沼气可以燃烧或使用适当的方法(费希尔特罗普希法)转化成一种液体燃料。
湿有机物可以部分地使用机械生物处理转化，其中将湿有机物和干有机物压缩并且允许释放出水分而降低水份含量。然后可以使用一种或更多种其他转化技术将干燥的有机废弃物进一步加工。
本文中描述的方法还包括使用一种或更多种机械化分类装置从中间废弃物流中提取多种可再循环材料或可再生材料。所使用的具体的机械化分类装置取决于有待提取的具体可再循环材料或可再生材料。
再次参见图2，方法140包括(i)在第一步骤142中，提供包含可再循环的材料(例如纸张、塑料、和金属(特别是非铁金属))的混合废料流；(ii)在第二步骤144中，将该混合废弃物流粉碎；(iii)在第三步骤146中将该混合废弃物流通过尺寸进行分级以产生多个尺寸分离的废弃物流；(iv)在第四步骤148中，将这些尺寸分离的废弃物流的至少一部分通过密度分级以产生多个单独富含一种或更多种可再循环材料的中间废弃物流；(v)在第五步骤150中，使用一种或更多种分类装置将该多个中间废弃物流单独地分类以产生可再生产品诸如但不限于可再循环的纸类产品、可再循环的塑料产品和/或可再循环的金属产品。任选地，该方法可以包括计量和/或分布遍及过程140的任何或所有部分的尺寸分离的废弃物流以控制质量流和/或负载深度。在一个实施例中，该分类装置可以是维度分类机，例如2维-3维分类装置。2D-3D分类机的示例包括被配置为将二维物品与三维物品分离的冲击式分离器和/或筛。可以串联或并联使用两个或更多个冲击式分离器和/或筛。维度分离器可以用于回收一种或多种彼此掺合的具有类似的密度但是具有基本上不同的维度特性(非尺寸)的材料。例如，在一个实施例中，该2D-3D分离器可以用来从通常是二维并且柔性的塑料膜和/或纸张中分离硬性塑料(它们倾向于是三维的)。包括膜和硬性材料的二维塑料通常具有小于1/8英寸的厚度。因此，2维材料被认为是2维的，因为它们的厚度远远小于其长度和宽度(例如小10倍或140倍)。此外或替代地，2D-3D分离器可以被用来将木材(倾向于更多是三维的)与织物(倾向于更多是二维的)。冲击式分离器还可以将材料分离成硬性的和柔性的种类。
可以使用的另一种机械化分类装置是光学分类机。光学分类机可以被配置为将纸张与膜塑料分离或将不同类型的塑料与彼此分离。例如，光学分类机可以被配置为从中间废弃物流中回收HDPE和/或PETE。一个或更多个光学分类机还可以被配置为回收#1-7塑料和/或移除和/或回收PVC塑料。光学分类机还可以用来从富含小无机颗粒的中间流中分类出玻璃。存在许多类型的光学分类机技术，包括但不限于近红外(NIR)、摄像颜色分类机、X-射线，等等。
光学分类机可以扫描中间废弃物流并且确定正在分析的材料是否是特定类型的塑料、纸张、或玻璃。光学分类机在检测具体材料时使用穿过喷嘴引导的空气来喷射该目标/识别材料从而产生一种或更多种可再循环产品，例如可再循环PETE、可再循环HDPE、可再循环膜塑料、可再循环#3-7和/或可再循环纸类产品。
可以使用本领域已知的任何光学分类机。例如，在一个实施例中，该光学分类机可以通过使用照相机扫描自由下落的中间废弃物流进行操作。该照相机检测该材料并且然后空气喷射可以在自由下落时迅速喷射该材料。还存在利用近红外、X-射线和其他扫描技术来从混合流中分离目标材料的光学分类机。能够以串联或并联使用任何数目的光学分类机。光学分类机制造商包括TiTech Pellenc、MSS、NRT以及其他。
B.湿有机材料的转化
湿有机部分可以以一种或更多种最适合于具有高水份含量(例如大于25wt％或30wt％)水的材料的转化技术进行加工。适当的湿有机流转化技术包括湿或干消化，其包括厌氧消化、有氧消化和堆肥化。
参见图1，分离系统112产生了湿有机材料114，该材料在厌氧消化126中消化。分离系统112可以使用任何厌氧消化，包括完全混合、平推流、和/或上流式厌氧消化。在一个优选实施例中，厌氧消化系统126包括上流式厌氧消化器，并且最优选地，该上流式厌氧消化器系统是感应毯上流式厌氧消化器。感应的上流式厌氧消化器包括水平隔膜，该隔膜增加了固体和细菌的截留并且减小了消化有机固体所需的液压保留时间。
在一个实施例中，厌氧消化器的液压保留时间是小于20天，更优选地小于15天，并且最优选地小于约10天。优选地，厌氧消化系统126包括多个允许保养而不中断总体运行的单独的槽。优选地，厌氧消化器包括单个槽中的产甲烷的以及产酸的细菌。
可以用来消化在本方法中产生的湿有机废弃物产品的适当微生物消化系统可以在以下中找到：标题为“Methods for removal of non-digestiblematter from an upflow anaerobic digester”的美国专利7,615,155；标题为“Induced sludge bed anaerobic reactor”的美国专利7,452,467；标题为“Upflow bioreactor having a septum and an auger and drive assembly”的美国专利7,290,669以及标题为“Induced sludge bed anaerobic reactor”的美国专利6,911,149以及标题为“Upflow bioreactor with septum and pressurerelease mechanism”的美国专利公开2008/0169231，将这些全文通过引用合并于此。
为了在消化器系统126中提供最佳的消化，可以使用如以上关于图3讨论的预加工消化器进料系统134。消化器进料系统1134可以包括用于减小湿有机材料的粒度的研磨机或破碎装置。在一个实施例中，粒度减小到小于约1英寸，更优选地小于3/4英寸，并且甚至更优选地小于1/2英寸。消化器进料系统134还可包括将该湿有机材料的温度提高以实现高于该消化器的操作温度所希望的接近或在2℃-10℃内的温度。此外，可以将水加入到该有机材料中以实现所希望的固体浓度。在一个实施例中，该温度可以是中温或高温。在一个实施例中，该温度是在从约110°F至约180°F的范围内，更具体地约120°F至约150°F。这些温度可以使用来自使用现场的有机燃料和/或沼气的发电现场和/或来自操作加热炉的废热来实现。该加热可以到进料系统134的部件或直接到厌氧消化器。
在一个实施例中，加入到该湿有机材料中的水从来自厌氧消化器系统126的流出物获得。该消化器进料系统134可以产生一种湿有机材料的混合物，该混合物具有范围从约5％至约40％的固体含量，更具体地范围从约10％至约35％的固体含量，大约甚至更具体地约15％至约30％的固体含量。
如以上关于图3所提及的，厌氧消化系统126或有氧消化系统130可以产生堆肥状的产品(即，沼渣128)。可以将沼渣128直接脱水或干燥或通过有氧堆肥129进一步固化和/或以其他方式加工成高营养的土壤改良物137。在一个优选实施例中，沼渣128具有降低的致病菌和/或降低的菌种含量(seed content)并且应该尽可能不含无机材料，例如玻璃和塑料。可以在厌氧消化器126中使用高温温度，结合粗分离过程112以及消化器进料预加工134除去不希望的无机材料来生产高品质的沼渣。沼渣128可以使用机械法131脱水并且使用沼气发电系统145和/或干有机物发电系统122的废热进行干燥。在本实施例中，来自燃烧的废气可以直接加热沼渣或者该废气可以间接地通过使用换热器加热沼渣。替代的干燥法包括厌氧堆肥129、太阳干燥、或空气干燥。
如以上提及的，厌氧消化系统126可以产生沼气132，该沼气可以使用沼气调节剂进行调节以除去杂质和/或提高烃的浓度。沼气调节141可以包括除去硫化氢、二氧化碳、水、和/或沼气中常见的其他组分。气体的调节可以通过将不希望的组分吸附到吸附剂(例如沸石)上进行。
调节的沼气132可以加工成液体的或浓缩的燃料131。典型地，将沼气132在一系列压缩机中压缩以实现所希望的压力以便在运输燃料中使用。压缩并且调节的沼气132可以在现场使用以便为传统地使用柴油燃料的设备提供动力。可替代地，压缩并且调节的沼气132可以被销售或运输，以便在常规的压缩天然气应用中使用。在又一个实施例中，调节的沼气132可以使用压缩机和/或冷冻液化。液化的沼气可以被出售或运输用于常规的液化天然气应用中使用。调节的沼气132还可以使用费托合成法转化成生物柴油。
调节的沼气132还可以在沼气发电系统145中燃烧来产生热和/或电能。沼气发电系统145可以使用本领域已知的用于燃烧甲烷发电的发电系统。发电系统145可以使用微型涡轮机或常规的内燃发动机结合发电机和/或结合蒸汽发电机的热氧化器。调节沼气132可以改善沼气132的燃烧特性以及发电系统145。然而，当该发电系统145被设计为燃烧低BTU沼气和/或包含例如硫化氢的气体的沼气时，沼气132可以在发电系统145中使用而无需气体调节。
用于湿有机废弃物转化的其他技术的示例包括堆肥，其中允许湿有机物材料在氧气的存在的情况下降解以产生具有有氧条件的堆肥。这项技术是能量密集的并且当希望获得沼气时不是优选的。
湿有机物还可以在干消化作用中加工，其中湿有机物可以单独地或结合其他干有机物或无机材料被置于消化器中，通过该消化器水份在低氧条件下通过材料渗出以产生厌氧调节。干消化产生的沼气可以收集并且燃烧用于发电或转化成一种液体燃料。
C.无机材料的回收
在一个实施例中，中间废弃物流可以富含金属，包括铁金属和/或非铁金属。为了提取非铁金属，可以使用涡电流磁选机。该涡电流磁选机可以回收非铁金属，例如铝、青铜和铜。可替代地或另外地，这些金属可以包括铁金属并且一种或更多种磁性分离装置可以被定位在整个系统中并且被配置为收集铁金属。磁性分离器的示例包括鼓式磁铁、交叉带磁铁、天轮磁铁(head pulley magnet)，等等。可以使用光学分类机、不锈钢分类机、红外分类机、摄像分类机器、感应分类机、金属检测系统、X-射线分类机等来将不同类型的材料彼此分离，以产生一种可再循环的产品。在本文中描述的方法和系统中产生的可再循环的金属产品可以选自包括下列材料的群组：非铁可再循环产品诸如铝、青铜、和铜和/或其他金属诸如铁和/或不锈钢。
在本文中描述的系统和方法的机械分级和分类对于提取高价值的废弃物材料诸如非铁金属，以及纸张和塑料是特别有用的。在现有技术系统中，这些物品特别难以(或实际不可能)从混合固体废弃物提取和/或分类。常规的系统通常不能提取显著部分的纸张或塑料和/或非铁金属，因为这些材料不能使用磁铁提取。已知的是在传统的混合废弃物加工系统中使用磁铁。磁铁非常廉价并且可以在系统内的多个位置使用从而使得其使用是经济可行的，甚至当磁铁仅仅提取小百分比的铁金属时。然而，然而由于在混合固体废弃物中发现许多不同的材料，因此从混合固体废弃物中回收甚至铁金属是极其困难并且低效的。混合固体废弃物的典型条件，在它从收集车辆和/或运输拖车清扫时，是使得简单的磁性装置将可能得到非常小百分比，低于20％的在该混合固体废弃物流中包含的可得的铁金属并且以此方式回收的任何金属将被该混合固体废弃物中发现的其他材料高度污染，这些材料将被捕捉在该磁铁表面与该所吸引的金属物体(例如纸板、塑料、等)之间。相比之下，像可再循环的塑料、纸张以及非铁金属(例如，青铜)类材料经常不能从混合废弃物中提取，因为用于这些特定材料的分类设备不能如在这些系统中所配置的处理废弃物流。尽管事实是非铁金属和许多分类的可再循环塑料典型地具有铁金属的高达5-15倍值，然而工业中通常仅使用用来从混合废弃物中提取铁金属的装置。此外，通过同样常用的混合固体废弃物条件来回收这些更高价值的可再循环物诸如纸张、塑料盒非铁材料是困难的，因为此种可再循环物是如此完全地与混合废弃物流中发现的大量的其他不可再循环的物品(例如，有机物，惰性材料、木材、织物、细料、等等)混合或隐藏在其中。另外，大部分的混合固体废弃物，尤其是来自城市收集路线和多家庭住宅的废弃物是存放在塑料袋中并且被丢弃的。将从混合固体废弃物挑选的垃圾袋以某种方法手动打开并且随后任何释放出的可再循环物分离并且回收实际上在大多数不发达国家是成本高昂的。最后，最高价值的可再循环商品/材料(例如PETE塑料、HDPE塑料、#3-7塑料、铝盒、不锈钢、铜、青铜、混合的非铁金属)通常被发现，相对于总的混合固体废弃物流，基于单独的材料基础占非常小百分比，在.1％至4％之间。没有在本文中描述的大多数的或所有的部分(例如制备、尺寸分离、计量加入、均匀化以及分类)，从混合废弃物流内具有此种低可用百分比的材料分离这些高价值的可再循环材料几部不能以经济可行的方法这样做。在本文中描述的方法，提高了新颖的、有效的并且高生产量的解决这种废弃物加工行业长期挑战的方案。
D.可再循环和可再生材料的回收率。
本发明对于回收混合固体废弃物流中存在的一种或更多种可再循环和可再生的材料绝大部分是特别有利的。这些方法可系统在高价值的可再循环物以非常低的浓度存在时是特别有用的。这些系统和方法允许加工混合的废弃物流，比方来说“从甘草堆离挑针”。在一个实施例中，该混合固体废弃物流可包括至少一种类型的浓度小于15％、小于10％、小于5％或甚至小于1％的可回收材料，其中该系统和方法被配置为回收具体可回收材料的至少50％，至少70％，至少80％或甚至至少90％。
此外，在本文中描述的方法和系统可以回收该废弃物流中(按重量计)至少25％、50％、75％或90％的可再循环金属，作为具有适合于销售给可再循环金属批发商的纯度的可再循环金属产品。
该方法可以回收混合废弃物流中(按重量计)至少25％、50％、75％或90％的可再循环塑料材料，以产生具有适合于销售给可再循环塑料产品批发商的纯度的可再循环塑料产品。
该方法可以回收混合废弃物流中(按重量计)至少25％、50％、75％或90％的可再循环混合纸类产品，以产生具有适合于销售给可再循环混合纸张批发商的纯度的可再循环混合纸类产品。
该方法可以回收至少25％、50％、75％或90％的可再循环干有机材料，以产生一种或更多种(例如1、2、3、4或更多种)可再循环或可再生的干有机产品。该干有机产品可以选自混合纸、3维塑料、膜塑料、织物以及木材的群组。
可以使用粉碎、尺寸分离、和/或密度分离来产生均匀的可再循环流，这些可再循环流基本上不含再循环的或使用的污染物，无需进一步从该混合废弃物中存在的和/或作为可再循环商品销售的其他类型的组分中分离。
可以在分离系统的现场或非现场使用不同的可再生材料和产品以产生可再生产品，例如塑料瓶、金属零件、能量和/或用于进行本领域已知的任何制造过程以利用可再生的能量和产品的的热量。
IV.分离混合固体废弃物的系统
图7示出可以被用来从混合废弃物流中分离湿有机材料和干有机材料并且回收可再生以及可再循环的产品的系统300。在图7中，将混合固体废弃物，例如城市固体废弃物计量加入到预分类运输机302。计量加入可以使用计量转鼓304和进料运输机306进行，该进料运输机接收来自步行板斗式给料机308的混合固体废弃物。将运输机302上的混合固体废弃物输送到破碎机或研磨机316。运输机302上的混合废弃物可以手动分类。例如，手工劳动者可以挑拣出大块的纸板，这些纸板容易从大量的废弃物中识别并且选择。其他材料可以在破碎、研磨、或尺寸减小之前手动挑拣，包括大块的经处理的木材、电子设备废弃物(例如e废弃物)或可以有效地手拣出或者以其他方式便利地从运输机302拉出的其他明显有价值的物品。家庭有害废弃物(HHW)也可以从运输机302移除并且适当地包装并且移出到适当的设施。挑出的纸板可以在桶310中收集并且分类或者打包并且运输到造纸厂。其他可再循环的材料，例如非铁金属以及铁金属和/或其他来源的可再生材料可以在桶312或常规的桶中收集并且分类。此外，有害的废弃物可以在桶314中收集并且分类并且随后以适当的方式处置。尽管预分类不是所要求的，然而预分类对于避免有害废弃物的污染以及重铁结构性金属、水泥、大石头以及其他物品潜在的危害破碎机可以是特别有用的。
来自运输机302的未挑出的材料被递送到破碎机或研磨机316，该破碎机或研磨机将废弃物破碎或研磨到所希望的以上所述的上限截止值。破碎的材料在悬浮磁铁320下的运输机318上移动，该磁铁收集暴露于废弃物流中的铁金属并且将其递送到铁金属存储点322。由于负载深度，磁铁320优选地是一个悬浮的转鼓式磁铁，然而其他的磁铁可以单独地或与悬浮的转鼓磁铁结合来使用。由于在尺寸分类之前的负载深度以及其捕获从运输机318卸下的飞行中的铁金属的能力，转鼓式磁铁是有利的，因此最小化提取的铁金属的绝大多数非金属交叉污染。还能够以悬浮在运输机传送带驱动轴上方的方式安装其他类型的磁铁(例如交叉带磁铁)。
在磁铁320下方通过的粉碎的废弃物被递送到筛324，该筛将粉碎的废弃物流按尺寸分离以产生第一过尺寸部分以及第一尺寸不足部分。筛324可以包括一个筛或多个类似的和/或不同尺寸筛以及多种类型的筛来产生一个或更多个尺寸不足的部分以及一个或更多个过尺寸的部分。过尺寸的部分可以富集干有机物并且尺寸不足的部分可以富含湿有机物。
来自筛324的尺寸不足部分(即，细料)在运输机326上被运输到第二筛328。来自第二筛328的尺寸不足部分(即，细料)可以包括湿有机物和/或重质无机材料，这些材料可以使用涡电流磁选机330加工以除去非铁金属。运输机329可以是可切换的以将细料从筛328直接引导至运输机336(如果无机部分是主要的话)或者引导至涡电流磁选机330(如果湿有机物是主要的话)。来自涡电流磁选机330的湿有机物可以在桶332中收集并且分类并且非铁金属在桶333中收集。
来自细筛328的过尺寸部分(即，粗料)可以在密度分离器334中进一步加工以生产具有小粒度的轻质部分以及重质无机部分。重质无机部分可以运输到运输机336并且轻质部分可以任选地装载到第二密度分离器338用于另外分离成轻质的干有机部分和重质湿有机部分。
现在参见第一过尺寸部分(来自筛324)，该过尺寸部分在运输机340上运输到第三密度分离器342。第三密度分离器342可以被配置为产生轻质中间流以及重质中间流。例如，第三密度分离器342可以配置为在从8-15lbs范围内截取。轻质中间流(即，小于8-15lbs)可以是富含干塑料、纸张、轻质铁金属(例如锡罐和锡罐盖子以及其他轻质的铁金属物品)以及轻质的非铁金属(例如铝罐、以及其他轻质的非铁物品)，将这些输送到运输机344。
来自第三密度分离器342的重质中间废弃物流(即，大于8-15lbs)可以是富含无机和重质湿有机材料以及重质干有机材料(例如，木材和织物)，将它们递送到第四密度分离器346用于另外的分离。第四密度分离器346可以在从60-120lbs范围内截取以产生轻质中间流，将该轻质中间流被递送到第五密度分离器364。第五密度分离器364可以从10-15lbs的主要由木材和织物组成的干有机材料中截取40-60lbs的湿有机材料。第五密度分离器346还可以产生富含重无机废弃物的重质中间流(即，大于60-120lbs)，将该中间流被递送到运输机336。运输机336上的中间流可以使用悬浮的转鼓式磁铁分类以收集铁金属以及负载在振动送料器350上对涡电流磁选机352进料的流的其余部分，这将非铁金属与无机废弃物的其余部分分离。非铁金属可以在红外或其他分类机381中进一步分离以从其他非铁金属中提取铜和/或青铜(即，在桶396中存储的混合非铁产品以及在桶398中存储的铜产品)。该非铁金属可以被打包/或批量存储以便运输至研磨机。
离开涡电流磁选机352的废弃物流的其余部分被装载到运输机354上并且使用不锈钢分类机356和玻璃光学分类机358进一步加工。可以将该中间流分类以使用不锈钢分类机356提取不锈钢和/或使用光学分类机358提取玻璃。这种分类可以产生可再循环的不锈钢产品和可再循环的玻璃产品，将其分别存储在桶362和360中。
再次参照第五密度分离器364，来自分离器346的轻质中间流可以对于木材和织物以高达15lbs的密度并且对重质湿有机物以高达40lbs-60lbs的密度被分级以产生富含木材和织物的轻质中间废弃物流。木材和织物可以在2D-3D分类机诸如如冲击式或角度盘式筛分分离器或其他类型的2D-3D分离器366上分离以产生三维的可再循环或再生的木材产品以及二维的可再生或可再循环的织物产品，将它们分别在桶368和320中收集。来自分离器364的重质流可以是富含重质湿有机物的并且可以被递送到涡电流磁选机330和/或与来自筛328以及密度分离器338的废弃物结合。
再参照运输机344，来自密度分离器342的中间轻质流可以通过悬浮磁铁372加工以产生在桶373中收集的可再循环的铁金属产品。在磁铁372下通过到振动送料器374的中间流的一部分被装载到一系列涡电流磁选机376和378上，它们对该中间流加工来收集非铁金属。非铁金属可以在运输机377上收集并且使用打包机379压缩成包并且然后存储用于运输。
在涡电流磁选机376和378中回收的干有机物提供富含纸张和塑料的中间流。该富含纸张和塑料的中间流可以使用2D-3D分离器诸如如冲击式或角度盘筛分离器或其他类型的2D-3D分离器380加工。冲击式或角度盘筛分离器或其他类型的2D-3D分离器380将塑料膜和/纸张(即2维颗粒)从三维颗粒(例如破碎的硬性塑料)分离。该2D-3D分离器可以在悬浮磁铁372以及涡电流磁选机376和378之前或之后放置。
来自冲击式或角度盘筛分离器或其他类型的2D-3D分离器380的二维材料可以被递送到运输机400并且三维材料可以使用光学分类机进一步加工。三维材料可以在第一光学分类机382中加工以产生HDPE塑料产品或PETE塑料产品或#3-7塑料产品，将该产品存放在质量控制运输机383并且存放入桶384或在打包机385中打包。然后可以在第二光学分类机388中加工该中间流以产生PETE塑料产品或HDPE塑料产品或#3-7塑料产品，将该产品存放在质量控制运输机389并且存放入桶386或在打包机387中打包。最后，该中间废弃物流可以在第三光学分类机390中加工以产生#1-7塑料产品或HDPE塑料产品或PETE塑料产品，将该产品存放在质量控制运输机391并且存放入桶392或在打包机397中打包。来自光学分类机382、388和390的废弃物流的剩余物可以是不可再循环或可再生的残余材料或不适当地存储的可再循环材料(例如，PVC、石头、泡沫、e废弃物、充满液体的塑料瓶、铝罐的碎片等等)，这种材料可以在运输机393上回收和/或存放在桶395中或送至运输托盘，之后再进行填埋处置或者进一步分离成潜在地可再循环的混合无机材料部分并且转化成可以潜在地销售或在建筑应用中使用的不同建筑材料。
现在参照在运输机400上接收的来自冲击式或角度盘筛分离器或其他类型的2D-3D分离器380的二维材料，该二维材料可以是富含膜塑料盒混合纸的中间流。该二维材料可以装载到一计量给料桶或其他类型的计量存储和加料装置402中并且然后计量加入到多个(例如2-12个)光学分类机404中，这些光学分类机被配置为将膜塑料盒硬性塑料与纸张分离。光学分类机404产生可再循环的高度浓缩的塑料膜产品或燃料406以及可再循环或可再生的混合纸产品408，这些产品中任一种或全部可以打包和/或存储以便销售或运输。
系统300中产生的湿有机物(例如，桶332中的湿有机物)以及任何或所有干有机物可以使用以上描述的转化技术进一步加工。在一个实施例中，可以将塑料膜产品406或混合塑料运输到运输机430A并且递送到材料存储仓库432。从材料存储仓库可以将塑料产品以塑料转化过程434被加工成可再生燃料。可替代地，该塑料产品可以在破碎机436中破碎并且在运输机440上运输到气化器442。气化器442可以产生热来驱动涡轮机444并且产生电或产生机械功率。在替代性实施例种，混合纸或混合纸408或混合纸以及塑料可以运输到运输机430并且递送到气化器442。
在系统300中产生的湿有机物(例如桶332中的湿有机物)可以作为一种高度浓缩的混合湿有机物流(例如食品废弃物和庭院废弃物以及园林废弃物)进一步被加工、堆肥、提供到或销售到加工商。图7示出用于将湿有机物转化为更高价值的产品(例如沼气或电力)的实施例。来自桶332的湿有机物被运输到计量/存储桶446以被馈送到预加工装置448中。预加工装置448可以是分离器，例如斯科特涡轮分离器，该分离器具有将加入到厌氧消化器450中的颗粒打碎的破碎条并且喷射柔性物品，像橡胶和织物，这些物品可以喷射到运输机460并且送到残余物桶462亦或递送到运输机440进行气化(如果适当的话)。
厌氧消化器450产生沼气和沼渣。沼渣可以使用脱水装置452脱水。分离的沼渣可以存储在批量存储点454中或者递送到运输机440用于在气化器442中气化。来自沼渣的固体可以被干燥和/或堆肥来产生土壤改良物。
在消化器450中产生的沼气可以在内燃机458中燃烧之前进行调节以产生电力。沼气调节剂458可以包括吸收污染物和/或二氧化碳的吸收剂。从内燃机458产生的电力可以在现场使用从而对该废弃物加工系统的部件供电和/或可以置于电网中由消费公众使用。沼气调机剂可以周期地再生以保持其吸收污染物的能力。
干有机染料可以例如单独地或者与另一只燃料一起代替在许多工业以及发电过程中的煤以及其他碳基燃料。干有机燃料还可以用作燃料来通过许多高温热转化过程(例如，气化、等离子体弧气化以及热解)制造合成气。干有机材料还可以在具有机械化填充和卸载系统的批量存储库房亦或具有卸载装置的存储仓中现场存储。
本领域的普通技术人员将认识到使用在本文中描述的方法生产的可再循环产品高度富含特定类型的可再循环材料，这使得一种或更多种不同产品作为再循环过程中的进料材料是有用的。尽管如此，该可再循环产品通常不是100％纯的。尽管再循环工业不能使用原始的未加工的垃圾，大多数循环系统可以具有少量的杂质适当地运行。本发明的系统和方法可以用来生产具有适用于再循环工业中的纯度的再循环的产品。
还希望的是将回收的可再循环物使用常规的制造技术(例如造纸的制纸浆，从铝罐生产铝锭，PETE瓶到PETE瓶的制造，PETE到绝缘材料，HDPE到HDPE瓶或包装材料，玻璃到建筑材料，等等)转化成新的产品，针对销售再循环的材料到常规的再循环材料市场上。
尽管可能所希望的是从固体废弃物流的基本上所有部分回收价值，本发明包括以下实施例，其中所有的或一部分的湿有机部分、干有机部分或无机部分没有完全分离成回收的产品。例如，在一个实施例中，所有或一部分的湿有机部分、干有机部分或无机部分(不论是混合的、适当地分离的、或不适当地分离的)可以仅仅进行填埋，取决于该具体部分的纯度和/或针对再循环该具体部分的市场条件(例如可以将膜填埋)。
尽管在本文中披露的许多方法和系统描述为包括密度分离，本领域的普通技术人员将认识到在某些实施例中无需密度分离就可以实现充分的分离，只要将该废弃物流粉碎并且通过尺寸分离以产生富含至少一种可回收材料的中间流。
本发明的另外的实施例包括结合了在以下申请中所述的系统和方法中的一个或多个特征：2010年1月25日提交的美国临时专利申请号61/298,208，2010年2月25日提交的61/308,243，以及2010年11月24日提交的61/417,216；和/或美国非临时专利申请号12/897,996；将所有这些通过引用结合在本文中。
本发明能够以其他不背离其精神或实质特征的形式实施。认为所描述的实施例在各方面仅仅作为说明性的而不是限制性的。因此本发明的范围由所附的权利要求书而不是由前述的说明确定。在权利要求书的等效性意义和范围内的所有改变应包括在其范围内。

Claims (20)

1.一种用于加工混合固体废弃物的方法，包括：
提供混合废弃物流，所述混合废弃物流包含掺合的至少10wt％的湿有机废弃物以及至少10wt％的干有机废弃物；
使用至少一个机械分离器将所述湿有机废弃物与所述干有机废弃物分离，以产生中间湿有机流以及中间干有机流；
使用至少第一转化技术将至少一部分所述中间湿有机流转化成一种或更多种可再生的产品；以及
使用至少第二转化技术将所述中间干有机流转化成一种或多种可再生的产品，其中所述第二转化技术不同于所述第一转化技术。
2.如权利要求1所述的方法，其中使用手工劳动将小于40wt％的所述混合废弃物流分离为回收产品。
3.如权利要求1所述的方法，其中使用手工劳动将小于1wt％的所述混合废弃物流分离为回收产品。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述混合废弃物流包含至少15％的干有机废弃物以及至少30％的湿有机废弃物。
5.如权利要求1所述的方法，其中至少10wt％的所述混合废弃物流是选自由3维塑料、膜塑料、纸、纸板、橡胶、织物以及木材组成的群组的干有机废弃物。
6.如权利要求1所述的方法，其中至少10wt％的所述混合废弃物流是选自由食品废弃物、动物废弃物、庭院废弃物以及园林废弃物组成的群组的湿有机废弃物。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述机械分类机包括破碎机、粒度分离器、密度分离器或其组合。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述机械分类机的吞吐量具有至少2公吨/小时/单线混合固体废弃物的吞吐量。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一转化技术选自湿消化、干消化、厌氧消化、有氧消化或堆肥化。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一转化技术产生沼气。
11.如权利要求10所述的方法，其中将所述沼气转化成液体燃料或电力。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述第一转化技术包括在感应毯上流式厌氧消化器中消化所述有机废弃物。
13.如权利要求1所述的方法，其中在通过所述第二转化技术转化之前，使用有氧堆肥、空气干燥、日光干燥、来自燃烧沼气和/或来自燃烧干有机材料的废热进一步干燥所述干有机材料。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述湿有机材料与所述干有机材料的分离产生具有小于25％的水份含量的干有机材料并且所述干有机材料被转化成废物衍生燃料。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述第二转化技术包括压缩所述干有机材料和/或热氧化所述干有机材料以产生电力和/或热。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述混合废弃物流包含按重量计至少20％的低价值材料，所述低价值材料选自由以下各项组成的群组：湿有机物、绿色废弃物、食品废弃物、砂砾、小于1英寸的细料、沥青、混凝土、织物、木材、橡胶、膜塑料、PVC、箔、岩石、用过的消费者产品、低价值玻璃、复合材料，以及这些的组合。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述干有机废弃物富含塑料，所述第二转化技术包括通过分离3维塑料与2维塑料来分类所述干有机材料以产生3维可再循环的塑料产品。
18.如权利要求17所述的方法，其中将所述2维塑料转化成燃料并且将所述3维塑料再循环以形成塑料产品。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述混合废弃物流包括无机废弃物，所述方法进一步包括将至少一部分的所述无机废弃物与所述湿有机废弃物材料以及所述干有机废弃物材料分离以形成富含无机废弃物材料的无机废弃物流。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述混合废弃物流包含无机废弃物，所述方法进一步包括：
将至少一部分的所述无机废弃物与所述湿有机废弃物材料以及所述干有机废弃物材料分离以提高所述湿有机废弃物流以及所述干有机废弃物流的纯度；以及
将至少一部分的所述干有机材料作为可再循环的产品进行回收。
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