CN106660846A - 对生物淤泥进行处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对生物淤泥进行处理的方法，其中，该方法包括：混合生物淤泥与基于生物的材料以形成混合物，其中，生物淤泥的干物质至少是混合物的总干物质的0.01％(w/w)；在存在蒸汽的情况下，在压力下，在160‑295℃范围内的温度下处理混合物；以及释放压力。

Description

对生物淤泥进行处理的方法
发明领域
本发明涉及对生物淤泥进行处理的方法。本发明还涉及可由该方法获得的产品。
发明背景
制浆和造纸工业废水通常含有木质材料，无论是其原始形式还是其变化形式(例如，木质素、淀粉、醇类)。废水还含有各种工艺物质和化学品，同样无论是其原始形式还是某种变化形式。
出于环境原因，目前对来自于工厂如制浆工艺或来自市政污水的流出物或废水中对于环境有害的化合物含量进行相当严格的控制。工厂采用各种类型的解决方案用于废水处理，从而确保工厂符合环境法规。
制浆和造纸工业的大多数流出物在生物污水处理厂(活性淤泥工厂)中进行处理。它们中的一部分还处理来自周围社区的流出物。特别地，生物废水处理系统可用于减少小分子有机物质的量。生物纯化利用的是微生物在流出物中生存的能力。微生物将溶解的废物和胶状废物用作营养物，从而消除它们。废物中的一部分作为生物质被去除，另一部分是通过将它们转变为二氧化碳和水来去除。
废水处理工艺通常涉及许多化学阶段和机械阶段。在早期阶段，从废水去除纤维状淤泥。然后，可以调节pH，因为对于生物淤泥而言，最合适的pH是7-7.5，合适的范围是6.8-8。取决于输入的流出物pH，通过在曝气之前向流出物投加碱(通常是石灰CaCO3)或酸来控制pH。也可以对剩余废水的营养物浓度进行调节，因为采用细菌工艺的后续好氧处理需要一定量的营养物。在生物纯化中，使用天然微生物，其使用流出物的有机物质作为它们的营养物。生物纯化方法可包括例如活性淤泥工艺、厌氧处理、生物过滤和曝气池。生物工艺中存在的细菌对废水中共存在的有机化合物进行氧化降解处理，从而降低了化学需氧量(COD)。由于在工艺中需要氧，这可以通过曝气添加。在细菌工艺运行充分的时间之后，例如约3周之后，从废水分离生物淤泥。
通常在脱水带压机(drain tape press)中增稠之后对淤泥进行加工，然后在树皮锅炉(bark boiler)中与来源于木材剥皮的树皮一起焚烧，将灰置于填埋场中。还可通过厌氧消化对淤泥进行生物处理以提供有价值的生物气，或者通过堆肥进行生物处理，其中，可以将淤泥用作肥料或者用于绿化。但是，目前来说，生物污泥的排放引起各种问题。其具有难闻的气味，并且对于环境是潜在有害的，因为其含有细菌和其他可能的微生物。通常来说，其还含有大量磷、其他营养物、钾、氯、残留化学品、各种不可加工元素(NPE)和重金属。生物淤泥保留了大量的水，所以通过燃烧来处置生物淤泥在能源上而言不是特别高效的，即使是例如在燃烧之前通过离心去除部分水也是如此。造纸工厂通常将生物淤泥与黑色液体混合，但是生物淤泥的NPE倾向于干扰这些过程。如果将生物淤泥进料到苏打回收单元，则由于例如存在NPE可能引起苏打回收中的问题。例如，存在钾和氯可能引起在苏打回收单元的热传递表面形成渣，从而降低了苏打回收单元的产热能力。此外，还将生物淤泥在热电联产锅炉中焚烧，例如在其与纤维状初级污泥混合之后。但是，一些造纸工厂的热电联产锅炉可能具有明显的停工期，特别是在夏季而言，在该过程中，可能需要对生物淤泥进行处置的其他方法。
本发明的发明人认识到需要一种对生物淤泥进行处理的方法。
发明目的
本发明的目的是提供一种对生物淤泥进行处理的新型方法。此外，本发明的目的是提供一种可通过该工艺获得的产品。
发明内容
根据本发明的所述方法，其特征如权利要求1所述。
根据本发明的所述产品，其特征如权利要求21所述。
附图说明
附图用来帮助进一步理解本发明，包含在说明书中，构成说明书的一部分，附图显示了本发明的实施方式，与说明书一起帮助解释本发明的原理。附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式，用于执行方法的反应系统的示意图。
发明详述
本发明涉及对生物淤泥进行处理的方法，其中，该方法包括：
-混合生物淤泥和基于生物的材料以形成混合物，其中，生物淤泥的干物质至少是混合物的总干物质的0.01％(w/w)；
-在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物；以及
-释放压力。
术语“生物淤泥”应理解为表示可通过生物废水处理获得的淤泥，即来自于生物废水处理工艺的残留半固体材料。生物淤泥通常含有各种有机物、无机物和微生物污染物。
生物淤泥和基于生物的材料可以通过如下方式混合，例如通过使用合适的设备(如混合机或掺混机)进行混合，之后在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下进行处理。基于生物的材料可以是经过粉碎的、切碎的或者研磨的。例如，基于生物的材料可以在混合之前经过锤式粉碎。
可以在例如反应器容器中，完成在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下的处理。合适的反应器容器可以是例如反应器或者螺塞(plug screw)。在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下的处理过程中，混合物发生一定程度的水解，并且混合物中存在的细胞结构发生分解。例如，在处理过程中，可在混合物中形成乙酸。混合物中含有的一些组分(例如木质素)可能从细胞壁释放，并且可在混合物中更为均匀地分布。这可以使得混合物更易于进一步物理和/或化学处理。
可以通过如下方式释放压力，例如迫使在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下经过处理的混合物通过卸料闸门。在卸料闸门之后的压力应该低于在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下进行处理过程中的压力。
由于压力释放，特别是如果压力是突然释放或者爆发式释放的话，则混合物的结构(例如，混合物中所含的生物质中存在的细胞壁和纤维的结构)可能破裂。
在一个实施方式中，压力突然释放或者爆发式释放，以破坏混合物的结构。
在一个实施方式中，生物淤泥的干物质至少是混合物的总干物质的0.1％(w/w)，或者至少是1％(w/w)，或者至少是2％(w/w)，或者至少是5％(w/w)，或者0.01-40％(w/w)，或者0.1-20％(w/w)，或者1-10％(w/w)，或者2-5％(w/w)。
混合物的总干物质中生物淤泥的干物质的量没有特别限制。例如，对于其中生物淤泥的干物质约为混合物的总干物质的1-10％(w/w)或者约为2-5％(w/w)的混合物的情况，这可能就足以实现对工厂(例如纸浆厂)的废水处理工艺中产生的生物淤泥进行处置。此外，取决于生物淤泥的含水量、所使用的基于生物的材料和设备，生物淤泥的干物质的最大量可以发生变化，并且因而可以是大于混合物的总干物质的40％(w/w)。可以对混合物的总干物质中生物淤泥的干物质的量进行选择，从而形成均匀混合物。
可以随着混合物中所含的水分或水汽的蒸发，在压力下，在160-295℃的温度范围的处理过程中形成蒸汽，或者可以在处理过程中，将蒸汽进料到混合物中。在一个实施方式中，将蒸汽进料到混合物中。可以是在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度范围的处理混合物的过程中和/或在此之前进料蒸汽。
在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度范围处理混合物所需的时间取决于许多因素，例如所使用的基于生物的材料、温度、压力和设备尺寸。
在一个实施方式中，在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度范围处理混合物持续1-60分钟，或者1-5分钟，或者5-30分钟。
在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度范围处理混合物所需的压力也可取决于许多因素，例如所使用的基于生物的材料、温度和设备。
在一个实施方式中，压力至少为2巴、或者至少3巴、或者至少5巴、或者至少10巴、或者2-50巴、或者3-10巴、或者5-10巴、或者10-20巴。
在一个实施方式中，压力足以实现突然或爆发式地释放压力。
在一个实施方式中，将压力释放至低于5巴、或者低于4巴、或者低于2巴或者约为1巴的压力，或者释放至环境压力。
在一个实施方式中，通过降低压力的方式来释放压力，其至少降低压力的50％、或者至少降低压力的60％、或者至少降低压力的70％、或者至少降低压力的75％。
在许多实施方式中，不需要将压力释放至环境压力或者约为1巴的压力，前提是压力释放至足够低的压力。
在存在蒸汽的情况下，在压力下处理混合物所需的温度也可发生变化。例如，如果生物淤泥含有大量的水，则可能需要较高的温度(和/或任选的较长处理时间)。
在一个实施方式中，在215-295℃、或者160-260℃、或者200-230℃、或者190-230℃、或者190-220℃的温度范围处理混合物。
在一个实施方式中，生物淤泥在与基于生物的材料混合之前，对其进行了预处理。可以对生物淤泥进行预处理来提升生物淤泥的干物质含量。这可以通过例如生物淤泥的离心来完成。预处理可以使得生物淤泥的干物质含量提升约10％或者甚至约15％。在一个实施方式中，生物淤泥在与基于生物的材料混合之前，使其与纤维状初级淤泥混合。
术语“纤维状初级淤泥”应理解为表示可通过废水的机械纯化(例如初步澄清)获得的淤泥。可通过从例如制浆工艺产生的废水获得的纤维状初级淤泥通常含有源自树皮、纤维、各种添加剂和颜料的组分。
在一个实施方式中，混合物进行脱水，之后在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物。可以通过例如压制混合物或者用螺塞对混合物施力来完成脱水。但是，该方法对于水量不是特别敏感。
在一个实施方式中，混合物进行压制以形成饼，之后在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物。
可以通过迫使混合物通过螺塞来对混合物进行压制。
还可以压制混合物，以及将混合物或饼以迫使混合物通过螺塞的方式进料到反应器中，使得在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物。
可以压制混合物以形成饼，以及将饼以迫使混合物通过螺塞的方式进料到反应器中，使得在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物。
可以通过迫使混合物通过具有向下逐渐变细的横截面的螺塞来完成压制。随着混合物的压制，从混合物去除了水。在该实施方式中，混合物可能在螺塞的外壳的内表面上形成预涂层。该预涂层可有助于压制和/或水去除。
在一个实施方式中，混合物用水或者水性溶液浸渍，之后在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物。水性溶液可以是例如稀释的酸溶液。
可以以连续或间歇工艺执行该方法。
可以在与生物淤泥混合之前对基于生物的材料进行脱水。脱水增加了其干物质含量并且可减少方法的后续阶段中(例如混合物的预处理)的混合物的脱水。
在一个实施方式中，基于生物的材料是木基材料。
在一个实施方式中，基于生物的材料包括基于生物的纤维状材料、非木质生物质、树皮或其任意混合物。
在一个实施方式中，基于生物的材料包括选自下组的材料：基于生物的纤维状材料、非木质生物质、树皮及其任意混合物。
在一个实施方式中，基于生物的材料是如下材料或者由如下材料构成：基于生物的纤维状材料、非木质生物质、树皮及其任意混合物。
在一个实施方式中，基于生物的材料包括树皮。
在一个实施方式中，基于生物的材料是树皮或者由树皮构成。
树皮作为基于生物的材料展现出有利的可压制性和将混合物粘结在一起的能力。其还可实现以适合(例如采用螺塞)进行压制的形式提供生物淤泥，并进料到反应器，在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度进行处理。其还可以实现以连续方式来执行该方法。生物淤泥与包含树皮的基于生物的材料的混合物还可具有有利的组成。生物淤泥与包含树皮的基于生物的材料的混合物还可具有高能量含量。因而，这使得该方法的产物适合用于例如在热电联产锅炉或石灰窑中进行燃烧，因为混合物可含有低的有害组分(例如，钾、氯和/或其他非工艺元素)的量，并且当燃烧时，产物可提供较低的灰量，并且灰可具有有利的组成。
在生物淤泥与树皮混合的实施方式中，不一定要在混合物中排除其他基于生物的材料或者其他组分的存在。
可以对树皮进行研磨或粉碎。
在一个实施方式中，基于生物的纤维状材料包括木基纤维状材料、泥炭、纤维状初级淤泥或其任意混合物。
在一个实施方式中，基于生物的纤维状材料包括选自下组的材料：木基纤维状材料、泥炭、纤维状初级淤泥及其任意混合物。
在一个实施方式中，基于生物的纤维状材料是如下材料或者由如下材料构成：木基纤维状材料、泥炭、纤维状初级淤泥及其任意混合物。
在一个实施方式中，木基纤维状材料包括粉碎的再循环木材、木屑、锯屑或其任意混合物。
在一个实施方式中，木基纤维状材料包括选自下组的材料：粉碎的再循环木材、木屑、锯屑及其任意混合物。
在一个实施方式中，木基纤维状材料是如下材料或者由如下材料构成：粉碎的再循环木材、木屑、锯屑及其任意混合物。
一般而言，生物淤泥可获得自或者源自涉及好氧废水处理工艺的任意工艺。
在一个实施方式中，生物淤泥可获得自废水的处理工艺，所述废水可获得自制浆工艺或市政污水。
在一个实施方式中，生物淤泥可获得自废水的处理工艺，所述废水可获得自制浆工艺、化学制浆工艺或造纸工艺。
在一个实施方式中，在压力释放之后对混合物进行干燥。这可以通过例如将混合物排放到干燥器来完成。可以在压力下完成干燥。在一个实施方式中，在低于5巴、或者低于4巴、或者低于2巴或者约为1-5巴、或者约为1巴的压力下，或者在环境压力下，对混合物进行干燥。在一个实施方式中，在20-150℃、或者50-150℃、或者70-140℃的温度范围对混合物进行干燥。
在一个实施方式中，在压力释放之后对混合物进行焚烧。
在一个实施方式中，在压力释放之后对混合物进行制粒。
在一个实施方式中，在压力释放之后对混合物进行制粒和焚烧。
在一个实施方式中，在热电联产锅炉或石灰窑中对混合物进行焚烧。
在一个实施方式中，所述方法包括：
-混合生物淤泥和树皮以形成混合物，其中，生物淤泥的干物质至少是混合物的总干物质的0.01％(w/w)；
-在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物；以及
-突然释放压力或者爆发式地释放压力。
在一个实施方式中，方法包括：
-混合生物淤泥和树皮以形成混合物，其中，生物淤泥的干物质至少是混合物的总干物质的0.01％(w/w)；
-压制混合物以形成饼，以及将饼以迫使混合物通过螺塞的方式进料到反应器中，以便在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物；
-在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度下处理混合物；以及
-突然释放压力或者爆发式地释放压力。
该方法可以连续工艺执行。
本发明还涉及可通过根据本发明一个或多个实施方式的方法获得的产物。
产物通常具有棕色或褐色颜色，并且具有泥炭状稠度。
本发明还涉及将可通过根据本发明一个或多个实施方式的方法获得的产物用于产生能量的用途。
本发明还涉及将可通过根据本发明一个或多个实施方式的方法获得的产物用作肥料的用途。
本发明还涉及将可通过根据本发明一个或多个实施方式的方法获得的产物用于改善土壤物质的质量的用途。
上文所述的本发明的实施方式相互间可以任意组合使用。几个实施方式可组合在一起形成本发明的又一实施方式。本发明涉及的方法、产品或用途，可包含至少一个或更多个上文所述的本发明的实施方式。
本发明的一个优点在于，可通过所述方法获得的产物具有高的干物质含量。因而其可以以高能量效率进行燃烧。产物的燃烧可以产生比生产产物所需更多的热能。产物还具有较低的污染物(例如，NPE、钾、氯和重金属)含量。
本发明的一个优点在于，所述方法从生物淤泥去除了大量的NPE。
本发明的一个优点在于，所述方法显著增加了生物淤泥的能量含量。这为将更多生物淤泥用于产生能量提供了更为广泛的可能性。
本发明的一个优点在于，所述方法是稳固且较为能源有效的。产物可以进行干燥并以能量有效的方式进一步使用或加工。
本发明的一个优点在于，可通过所述方法获得的产物通常是无菌的并且具有比原生物淤泥更少的臭味。
本发明的一个优点在于，其实现了去除和处置从经由废水获得的生物淤泥和废水中存在磷、NPE和其他组分。
本发明的一个优点在于，所述方法可连续执行。
本发明的一个优点在于，生物淤泥可配制成实现高效处理和生物淤泥的处置。包含生物淤泥的混合物可展现出有利的可压制性和将混合物粘结在一起的能力。因此，其还可实现以适合(例如采用螺塞)进行压制的形式提供生物淤泥，并进料到反应器，在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度进行处理。
本发明的一个优点在于，可以减少或者甚至消除在处理之前对生物淤泥进行脱水的需求。
实施例
下面详细描述本发明的实施方式，在附图中示出这些实施方式的一个例子。
以下描述揭示了本发明的一些实施方式，使得本领域技术人员能够基于本文来利用本发明。对有些实施方式的步骤没有详细讨论，因为许多步骤对于本领域技术人员来说基于本说明书是显而易见的。
图1显示反应器系统，其可用于执行根据本发明一个实施方式的方法来处理生物淤泥。
将生物淤泥和基于生物的材料的混合物1从散装容器2进料到系统。混合物从散装容器2开始在带式运输机3上移动，在端部，校平器(leveller)4，例如靶或刷，校平了混合物。将经校平的混合物通过强制进料螺杆(force feed screw)5进料，并进一步进料通过螺塞进料机6。在该实施方式中，螺塞进料机6是竖直的，并且具有向下逐渐变细的横截面。螺塞进料机6的外壳含有穿孔(图中未示出)，水可以通过所述穿孔。随着混合物受迫通过螺塞进料机6，水作为压出物(pressate)7被去除。混合物在螺塞进料机6的底端形成压饼。该压饼对于蒸汽是不可渗透的。饼受迫到达反应器容器8。在该实施方式中，反应器容器8也是螺塞。将蒸汽9进料到反应器容器8中。在该示例性实施方式中，反应器容器中的压力可以约为3-4巴，以及温度约为200-220℃。在反应器容器8的端部，通过使得经处理的混合物到达卸货处10，来释放压力。卸货处10可包括例如螺塞。卸货处10的压力明显低于3-4巴，例如约为1巴。将排出的混合物传输到干燥器11，并且回收经干燥的产品12。
实施例1-生物淤泥的处理
以试运转来处理干物质含量为4.7％的生物淤泥的批料。采用20mm筛孔直径的分离板对来自软木和硬木两者的干物质含量为47％的树皮混合物进行锤式粉碎，并脱水。在混凝土搅拌机中，以缓慢混合的方式使得经脱水的树皮混合物与生物淤泥混合。获得生物淤泥的干物质是混合物的总干物质的2.5％或5％(w/w)的混合物。
首先采用受迫进料螺杆将混合物进料到螺塞。在螺塞中，混合物中含有的部分水作为压出物去除，并对混合物进行了压制。通过螺塞将经压制的混合物进料到水平反应器，将蒸汽进料到所述水平反应器。在不同运转中，反应器中处理参数如下：
通过排出经处理的混合物，以爆发式的方式将压力释放到约为3.8巴。将排出的混合物传输到干燥器。干燥器中的条件如下：
在每次运行之后，从进料、收集的螺塞压出物和干燥的最终产物收集样品。测得的质量平衡表明，在进入反应器的混合物中包含约50％的生物淤泥。
进行处理没有任何出乎意料的运行性扰动。混合物经良好脱水。
对本领域技术人员显而易见的是，随着科技的发展，本发明的基本理念可以以各种方式实施。因此，本发明及其实施方式不限于上文所述实施例；相反，它们可以在权利要求的范围内变化。

Claims (21)

1.一种处理生物淤泥的方法，其中，所述方法包括：
-混合生物淤泥和基于生物的材料以形成混合物，其中，所述生物淤泥的干物质至少是所述混合物的总干物质的0.01％(w/w)；
-在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃范围内的温度下处理所述混合物；以及
-释放压力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压力是突然释放或者爆发式释放，以破坏所述混合物的结构。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物淤泥的干物质至少是所述混合物的总干物质的0.1％(w/w)，或者至少是1％(w/w)，或者至少是2％(w/w)，或者至少是5％(w/w)，或者0.01-40％(w/w)，或者0.1-20％(w/w)，或者1-10％(w/w)，或者2-5％(w/w)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃范围内的温度下处理所述混合物持续1-60分钟，或者1-5分钟，或者5-30分钟。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述压力至少为2巴、或者至少3巴、或者至少10巴、或者2-50巴、或者3-10巴、或者10-20巴。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，将压力释放至低于5巴、或者低于4巴、或者低于2巴或者约为1巴的压力，或者释放至环境压力。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，通过降低压力的方式来释放压力，其至少降低所述压力的50％、或者至少降低所述压力的60％、或者至少降低所述压力的70％、或者至少降低所述压力的75％。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在215-295℃、或者160-260℃、或者200-230℃、或者190-230℃、或者190-220℃范围内的温度下处理所述混合物。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃范围内的温度下处理所述混合物之前，对所述混合物进行脱水。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，在压力下，在存在蒸汽的情况下，在160-295℃的温度范围处理所述混合物之前，对所述混合物进行压制以形成饼。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，通过迫使所述混合物通过螺塞来对所述混合物进行压制。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于生物的材料包括基于生物的纤维状材料、非木质生物质、树皮或其任意混合物。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述基于生物的纤维状材料包括木基纤维状材料、泥炭、纤维状初级淤泥或其任意混合物。
14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于生物的材料包括树皮或者是树皮。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述木基纤维状材料包括粉碎的再循环木材、木屑、锯屑或其任意混合物。
16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述生物淤泥可获得自废水的处理工艺，所述废水可获得自制浆工艺、化学制浆工艺或造纸工艺。
17.如权利要求1-16中任一项所述的方法，其特征在于，所述生物淤泥可获得自废水的处理工艺，所述废水可获得自市政污水。
18.如权利要求1-17中任一项所述的方法，其特征在于，在释放压力之后，对所述混合物进行焚烧或者经过制粒并焚烧。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在热电联产锅炉或石灰窑中对所述混合物进行焚烧。
20.如权利要求1-19中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法以连续方式执行。
21.一种产品，其可通过如权利要求1-20中任一项所述的方法获得。
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