CN1089738C - 用厌氧菌致分解垃圾的生物有机组分的垃圾处理的方法 - Google Patents

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Abstract

应用厌氧菌致分解垃圾中的生物有机组分，特别是分离的有机垃圾、湿垃圾、残留物和工业垃圾的垃圾处理方法，易脱水的生物有机物悬浮液在预处理阶段通过机械处理形成，该机械处理包括有选择的对生物有机物的溶解和脱纤维。根据调整固粒浓度，控制流动力的作用，以致非生物有机物在预处理结束时，运走之前不受到明显的粉碎。非分解物被除去，悬浮液经厌氧分解转化成沼气和混合状残留物。根据本发明的设备，粘附在原垃圾上的固粒在预处理阶段进行轻微处理，在此，碎浆机13中的叶轮14的转速根据固粒浓度控制，这样可大大节省能源和具有高的效率。

Description

用厌氧菌致分解垃圾的生物有机组分的垃圾处理的方法
本发明涉及应用厌氧菌致分解垃圾的生物有机组分，特别是分离的有机垃圾，湿垃圾，残余物和工业垃圾的垃圾处理方法及其设备。
垃圾尤其是生活和工业垃圾的预处理和分拣，现几乎都采用专用分拣装置进行，各种粒度的分选与它们相当大的湿度变化无关。通用的分拣装置包括各种分离机，筛子，空气分级机以及手拣装置的不同组合。德国专利3037714号的说明书公开了这种装置的一个实施例。
已经提出通过液力分离废物的方法，这可以形成独立的方法，也可以作为上述分拣装置中的一个处理步骤。
例如，德国专利3325504号申请叙述了处理并部分回收生活垃圾，松散废弃物，主要包括包装材料，污泥的工业垃圾的方法，以及完成该方法的设备，其中，废物首先粉碎并分离为三种过筛粒度，并提出将分离的中级粒度首先喂入注水槽，这样，重的无机物沉入底部，而轻的物质浮在水面可被撇去，以及进行混合或厌氧菌致分解。
在公布的德国3836379号申请中叙述了类似的方案，它涉及污水泥浆与有机组分一起的厌氧菌致分解处理湿垃圾的方法，以及废弃物中有机物与无机物的机械分离设备，在此，筛过的中级粒度通过一个具有钉辊的设备，并使有机组分与无机组分分离。
公布的德国3500132号申请叙述了从垃圾中回收和分离有机物的方法，其中，未进行粉碎的轻质组分通过鼓风使其从混合的垃圾中，被气动地分离，并喂入水池，重物下沉，而浮在水面的物体被弱水流引入出料装置。
但是，在停滞或微流动的水中，废物的分离是不满意的，无机物，尤其是碎屑的沉降速度只能是低的，不可能把塑料与类似密度的有机组分分离开。由于这个原因，公布的德国3500132号申请叙述了，浮在水面的废物应煮沸，使有机物的结构破坏至被压过细筛，并能与诸如塑料的抗热组分分离开的程度。但这种方法需要高价的设备和高的能源消耗。
存在的进一步缺点是，一方面，在停滞或轻微流动水流中分离一定量的固体需大量的水，另一方面，未提及有关的处理过程中用来溶解的或悬浮颗粒的有机和无机物的水是怎样利用或净化。
在生物工程处理前对废物的预处理，特别是生产沼气，在分离前，中或后减少有机物的体积，以便提高反应速度。据公布的德国3836379号申请，在分离后使用球磨机来粉碎有机颗粒，该专利还叙述了，在球磨机中粉碎有机物形成浆液，这样粉碎的有机物只能用来在普通沼气或农业沼气生产装置中进行单级菌致分解，它类似公知的污水分解。
单级沼气反应器中作业的困难和限制已在文献中详细解释，如果在分离反应器中，有机固体的溶解(水解)在沼气生产之前进行，这样，只有溶解的有机物才喂入沼气反应器，已经知道，这样可提供更高效的沼气反应器系统。从溶解的有机物生产沼气的高效反应系统，在工业上已是可行的。
但是，两级分解需要把有机物从无机废物中更高效地分离，上述的有机物以保护它们的纤维组织的方式粉碎，这不可能通过上述的用来减小废物尺才的粉碎装置，特别是上述的球磨机来完成。但是，这样对有机废物的粉碎将不可避免地形成浆，这样，去掉不能溶解的有机固体是困难的，粉碎物将相反总包含过度细粒的无机物，这样重金属将非愿望地被收入。
上述的分拣装置仅限于对非分解性的物质的分离使用(玻璃、塑料片、塑料容器，金属、石块、砂)，因为这些物质紧密附着在潮湿的有机物上。由于这个原因，上述的分拣和粉碎设备和其中应用这些设备的处理工艺，不可能用来处理要用来生物工程使用的废物。
碎浆机可以用来对废物的湿处理，无需在先分拣和粉碎，这些例如在德国专利2047006号说明书中已有叙述，杂混的废物连续地喂入碎浆机，它们同时在其中脱纤维和粉碎。稀浆连续地通过多孔筛以悬浮物排出。脱纤维作用于生物有机废物，尤其是纸、碳化原料，厨房和工厂垃圾。叶轮设计成使其余一切物料打碎或切断，玻璃被压碎，铝被挤压成球，通过较大穿孔的筛子与含纤维浆料一起泵送，并在接着的处理步骤中分离。由于无机和金属碎粒通过水力旋流器与有机物分离，碎浆机必须工作在低的固粒浓度下。这样无法脱纤维或粉碎的非分解物质通过底部的开口进入特殊的分离和清洗系统，其中分离的纤维再回到碎浆机。
在此实施例中，无机非分解物质的粉碎对纤维有机物的质量有巨大的不利影响，因为重金属细粒将作为粉碎物的产物析出，并进入最终产品，把它作为农业土壤的调整剂使用将受阻甚至不可能。其特殊的不足在于玻璃破碎时由于碎玻璃的锐边粒子导致泵和管道的严重磨损，以及容器和管路中的阻塞。
在碎浆机中处理废物的另一特殊问题是，由于以大片或容器形式的塑料制品引起的。在处理废纸中，其中所包含的非生物制品具有这样的特性：绳和线将形成一串，这将通过绞盘装置排出。即使在处理废纸时，其中非生物制品的含量可能太高以至这些办法不适用。为此目的，德国专利3525026号说明书叙述了一耙式设备，它被认为以小的操作劳动消耗，可靠和连续地去掉大和重的废料。
在处理垃圾，特别是残余的和工业废物中，必须假设，片状组分(塑料片)和松散组分(容器、瓶)不能形成绳索，基于此理，公布的德国申请2406404号涉及一从废物中回收了重复利用的组分的方法，其中提出通过部分悬浮物流将塑料从碎浆机输送出来，并在不同的辅助装置中实现分别分离成含纤维悬浮物和非生物降解的组分。在此例中，碎浆机中的悬浮物也需要在低固粒浓度下工作。
欧洲专利0286100号公开了生物有机废物的预处理和厌氧菌致分解的方法和实现该方法的设备，在该方法中，不能生物降解的碎粒首先从原始废料中除去，在预处理阶段，加入水或污液来软化废物中的生物有机碎块，并同时进行水力和机械的联合剪切作用以同时保护纤维结构下粉碎废物。结果形成原始悬浮液，它包括3-15％重量的有机固粒，在随后的碱法预处理中，原始悬浮液中加入药品并加热至40-60℃保湿2-12小时调整至碱性状态。从碱法预处理后排出的悬浮液进而在固液分离阶段分成含水溶性生物物质的液流和含20-40％重量的有机固粒的载固流。液流进一步进行发酵沼气，而载固流在碱性条件下在适中温度范围内进行固粒的厌氧水解，其水解物进行发酵沼气。用来预处理的碎浆机在同族申请公布的德国3711813号申请中公开。
上述的设备和分离有机纤维颗粒的操作方式不适于所述的纤维颗粒的随后的厌氧处理。也不能以分别回收处理的方式回收非分解物。处理的废物中非分解物的含量越高，此特点越明显，因为在碎浆过程中只有很少部分的非分解物浮在悬浮物中被撤去。高比重物的分离也是不适合的，尤其是悬浮液中固粒浓度尽可能高时。另外，非分解物上同时粘附纤维物，所以在处理或再生回收之前必须进行二次处理。
结果是非分解物不能清理，除非碎浆机运行长于有机物碎浆和脱纤维必要的时间，但高速不长时间的运行会增加能量消耗和磨损。
尽管悬浮液中的固粒浓度降低会改善分离效果，但需要所不希望的更高价的设备，并给随后的步骤增加能源消耗，特别是液固分离和固粒水解步骤。
本发明的一个目的在于提供一种方法和设备，它具有上述的性能，它能用来从不能利用生物工程处理的物质中分离溶解的有机组分和有机纤维物，并使分离平稳、高效。
具体地说，本发明的一个目的是提供一种处理用于厌氧消化生物有机物的废料和/或废料状混合物的方法，该方法包括下列步骤：
(a)通过下列处理进行预处理步骤：
在装有旋转叶轮的碎浆容器中通过机械处理废料和/或废料类混合物，制备易脱水的生物有机物悬浮液；该机械处理包括，将废料和/或废料类的混合物与水混合，随后借控制的流动力作用将所述生物有机物选择性地溶解和/或脱纤维，其中流动力是通过所述的旋转叶轮形成的且旋转叶轮速度的控制应使废料和/或废料类混合物中的不适合厌氧消化的物质不被机械处理明显的粉碎；
(b)通过厌氧消化法转化至少一部分所述生物有机物悬浮液成沼气和混合肥料类残留物。
本发明另一个目的是提供实施上述方法的设备，包括用于预处理步骤的碎浆器，它有一旋转叶轮，控制叶轮的转速以控制流动力的作用使得废料和/或废料类混合物中的物质不被机械处理明显的粉碎，且其中叶轮被设计成在碎浆机中对悬浮液产生旋转和/或环形流动；和用于消化法的用来微生物分解固体的反应器。
根据本发明的方法和设备，非生物有机物的非分解物只进行较少的机械处理和尺寸减小，分离上述的固粒是容易的。进而，压碎易碎材料例如玻璃，由不可避免的磨擦颗粒造成的磨损会降低。
由于在预处理阶段进行有机物的碎浆和脱纤维，纤维悬浮液排出，非分解物在碎浆机中在接下去的过程中进行分离操作，该操作专门用于达到上述目的。这些操作集中在一个从得到的悬浮液来生产沼气的工厂中，这样的预处理可达到低磨损和相对低的能量消耗。
由于非分解物全部移去，在接下去的处理步骤中分解悬浮液至相当高的程度，处理过程中不希望的混合状的，在过程中形成的重金属残余将避免。
由于从原料中有效地分离出生物有机物，分离的非分解物可很高程度地处理或回收。很高程度地处理或回收。
图1是表示本发明的方法的各相关步骤的流程图。
图2表示了完成本方法的设备及其辅助部分和它们之间的结合。
图3是表示碎浆机中的工作，并表示出液面、能量消耗以及速度在各处理阶段对时间的关系。
图4表示了碎浆机及相连的耙式设备。
图5表示了没有图4中的耙式设备，而以清洗部分代之的碎浆机。
下面结合附图详细说明本发明。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括下列步骤：
(i)排出至少一部分所述生物有机物的悬浮液；
(ii)用水将余下的不适合厌氧消化的物质淤浆化；
(iii)从部分(ii)的混合物中除去重质固体，并将轻质物与
(ii)的混合物分离。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
(i)将所述生物有机物悬浮液分成含水溶性有机物的液流和载固流的固-液分离步骤；
(ii)将所述的液流进行甲烷发酵；和
(iii)对所述的载固流进行需氧肥料化处理。
本发明的方法优选将所述生物有机物悬浮液的pH调节到碱性，将其加热到40-90℃并保温多达12小时。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
(i)将所述生物有机物分成含水溶性有机物的液流和固含量小于50％(重量)的载固流的固液分离步骤；
(ii)将所述液流进行甲烷发酵；
(iii)在中温和高温范围对所述的载固流进行固体厌氧水解；和
(iv)将(iii)中所得的水解物进行甲烷发酵。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
(i)将所述生物有机物分成含水溶性有机物的液流和载固流的固液分离步骤，所述载固流包括含纤维的有机固体；
(ii)在固体水解反应器中通过至少一步将所述含纤维的固体转化成水溶性有机物，其中通过外加酶进行水解，所述的酶或者在一个并联的反应器中制备或者用特定的微生物培养固体来制备，其中所述的水解生产溶解的有机物；和
(iii)连续或间歇地从(ii)中除去所述溶解有机物并对其进行甲烷发酵。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：
(1)用与所述碎浆器相联的耙装置撇去或分离轻质的，所述耙装置包括一个带齿的齿支架，其中所述的撇去或分离所述轻质物包括下列步骤：
(A)垂直调节所述齿支架使所述的齿能捕获轻质物；
(B)将所述耙设备移出所述碎浆器以除去所述的轻质物；和
(C)所述齿支架翻转以倒掉所述轻质物。
在一个优选的实施方案中，本发明的设备的特征在于在碎浆机13中的溶解操作适于在40-90℃温度之间进行，优选的是60-70℃，并且预热工艺水用来加热悬浮液。物的原垃圾通常装袋运来，在开袋机中开口，并在其中原垃圾被轻微的预粉碎和疏松。此后，黑色金属通过磁力分离机分离并回收。已基本除去黑色金属的原垃圾喂入碎浆机，加入水，尤其是工艺水，垃圾在其中经水力和机械剪切力的联合作用生成基本不含非分解物的初始悬浮液，悬浮液被泵抽走，碎浆机中重新注水时，重的固粒被排出。轻质物，指与水的比重仅有轻微不同的非分解物，浮在水中或升至水面，也被清除，可以选择地进行后续处理以清除任何粘附的诸如纤维和类似物的生物有机物。
泵走的悬浮液可选择地在碱性状态和升温下进行物理和/或化学处理，为增加某些废物的消化性能。
如果不进行上述的选择，从碎浆机出来的悬浮液将直接进入固液分离阶段，在此，悬浮液分成液流和含固流。悬浮液已选择性地进行物理和/或化学处理后也进行固液分离(1)。已分流的液流含水溶物，而含固流含20-50％重量的固粒。
液流喂入沼气反应器生产沼气。沼气反应器的废水可用作预处理过程中的碎浆机中的工艺水和水解反应器中的稀释水，剩余的水可排放到环境中。
第一步固液分离阶段排出的含固流直接或把固粒进行物理和/或化学处理例如，应用臭氧处理后喂入水解反应器，在水解反应器中，与沼气反应器出来的稀释污水混合。水解反应过程中生成的悬浮液再回到固液分离器(1)，在此把水解物与非水解固粒分开。然后，水解物喂入沼气反应器，而固粒返回水解反应器。经过固液分离阶段(1)的循环一直进行到处理的水解物中不含有用量的溶解性有机物。
如果进行到此状态，处理过程中已无法用的固粒进入第二固液分离器，从此，固粒供给对剩余有机物进行最后处理，包括有氧混合处理的设备。第二固液分离所产生的液流也喂入沼气反应器。
图2示意性地表示了设备的各部分组成和它们在工艺过程中功能上的联结。基于此理由，设备各部分组成将根据工艺流程排列进行描述。
通常装在垃圾袋中的原垃圾首先经过开袋机11，在此垃圾袋开口使原垃圾的各部分容易供入。原垃圾从开袋机11进入输送机，例如皮带输送机12，然后间歇送进碎浆机13。一定种类的原垃圾或废物在碎浆机13中处理前，可能需要筛选以去掉细粒的非分解无机物，分拣去掉大和松散的块粒或通过磁力分离铁磁性材料。
碎浆机13设计成相当大的类似处理废纸用的碎浆机，它包括一中心叶轮14，它围绕着垂直轴旋转，如图4所示，该叶轮通过电机15和三角皮带轮驱动。在碎浆机13工作的每一阶段，根据需要，通过电控制调整电机的速度，进而调节叶轮的转速至一定的预定值，图上未示。
碎浆机13包括一同心地位于叶轮14下方的含筛板的孔筛17，孔筛的孔直径在8-12mm左右，碎浆机13底部具有用于重物的封腔，它由顶门阀19和底门阀20所限定。料车21位于用于集中重物的封腔18的下方，用于收集重物并将其运走。
叶轮14呈锥形，叶轮外壁上突出的导环条绕锥面园周从底部到顶部以45°左右的角度，螺旋延伸。在碎浆机13中叶轮的转动造成对悬浮物的旋流或环流。该流动径向扩展地指向底部，并具有小的流动分量。叶轮14生成的流动造成对悬浮液的水力剪切，所说的剪切力物有机物的脱纤维。
一耙式设备22装在碎浆机13中，包括一垂直可调并装有齿23’的齿支架23，它可浸入碎浆机13的液面24，所以可捕获轻质物质，齿支架23可从图4实线所示的浸入位置可转动地运动至碎浆机外的虚线所示的位置，这里捕获的轻质物会从耙上落入撕碎机25进行进一步处理，通过此，它们足以被破碎并进入位于撕碎机25下面的振动分粒机26中脱水。从振动分粒机26排出的水通过泵27返回碎浆机13，参见图4。分离出的轻质物进入料车28送走。
当轻质物已从碎浆机13中除去，在稠悬浮液经过筛板17用泵29泵走，并喂入搅拌反应器30进行热和化学预处理后，碎浆机准备接收新一批的原垃圾或其它废物的配料。通过那些热和化学预处理，液相中溶解的有机物的含量升高，悬浮液经巴氏灭菌，可进行更有效的脱水。热和化学预处理在温度50-90℃下进行，最好是在60-70℃，碱性状态下进行，碱液31最好是氢氧化钠加入进去，这样，脂肪皂化成水溶物。
热和化学处理后，悬浮液通过泵22输送至悬浮液贮罐33，从此，悬浮液通过计量泵34不断地喂入固液分离器35，从此，在预处理中已溶解和溶于水的有机物通过泵36喂入贮罐37。当悬浮液一经脱水，已溶解的有机物被分离出来直接喂入沼气反应器，最终的液流具有20-40克的COD(化学需氧量)/升，悬浮固粒残余量小于1％。
在固液分离器35中已脱水的固粒主要包括不溶碳水化合物，脂肪，蛋白质，纤维素和木质纤维素，它通过浆泵38喂入固粒水解反应器39，在适宜的高温范围内作业。通过固粒的水解，生物聚合物通过特殊的水解微生物分解成可溶物，固粒与工艺水混合提供搅动悬浮液，工艺水通过泵40从贮罐41中泵出。
在水解过程中，悬浮液通过泵42不断地泵入固液分离器35，水解产品在其中分离进而喂入沼气反应器43生产沼气。
仅含有少量水解产物的悬浮液通过泵44喂入第二固液分离器45并在其中脱水，脱水的固粒46可进行有氧混合处理，能用来改善土壤。在固液分离器45中分离出来的液体通过泵47供到贮罐37，并与固粒水解反应器中出来的液流混合。
溶解在水中的有机物通过计量泵48从贮罐37连续地喂入沼气反应器43，通过甲烷菌转为沼气49，它含有沼气和二氧化碳，从沼气反应器43的顶端排出，并输送到利用该气的地方。从沼气反应器43排出的污水收集在工艺水贮罐41中，通过泵50供给碎浆机13，在此用来浆化废物或原垃圾，另外，通过泵40将工艺水供给固粒水解反应器39，如上文已叙述的。
本发明的方法中的预处理步骤下面将详细解释。一批原垃圾供给碎浆机13，图3以速度记录，能源消耗和液面与时间的关系表示了叶轮的工作阶段的顺序，图3示出了处理一批加料的工作周期，该周期对每次加料是重复的。
为改善碎浆机13中废物与水的混合，叶轮14以低速度旋转搅动碎浆机13中的物料。一批物料的量应定在使碎浆机13中的固体含量在10％左右。根据图3的例子示出的时间表，第一步操作过程需约5分钟，由于叶轮的低速，在第一步骤操作过程中仅需要叶轮用下限的能量消耗。当全部物料加到碎浆机13中，叶轮14在高速下旋转，有机物溶解或脱纤维。结果是，固粒有机物悬浮，包含在细胞中的可溶物例如糖被溶解。特别地由自然引发生物处理到形成的脂肪酸，当废物放置几天将会溶解，形成的悬浮液具有10-35克/升的COD(溶解)值。另外80-100克/升量的有机物未溶解包含在悬浮液中。由于叶轮产生的螺线管形的流动，它朝向底部向园周扩散开，并有小的轴向流速分量，水力剪切力作用到悬浮物，并用来使已软化的生物有机物脱纤维。在此，第二步操作阶段，由于叶轮14的高速用掉高的能量。
几分钟，例如图3上的5分钟后，悬浮液中溶解的有机物的浓度提高到饱和值，超过该时间的高能量消耗的浆化的延长不会进一步使溶解物的浓度升高，并带来对非分解固粒的非愿望的粉碎的危险。实践中浆化5至15分钟是需要的。
溶解操作后，悬浮液通过泵29送过筛板17进入搅拌反应器31。没溶的组分，主要是塑料，皮革，木材，被筛板17阻住。在泵送时，叶轮14的速度降低，这样可避免非愿望的破碎，并节约能源，因为此时仅需低的能量消耗，可从图3看出这一点。
当叶轮低速旋转时，碎浆机连续注入工艺水，工艺水通过泵50从工艺水贮罐41中放出，在正常工作过程中工艺水包括沼气反应器43的污水。在沼气反应器中，在碎浆机13溶解的有机物或在固粒水解反应器中水解的有机物，反应生成沼气和二氧化碳。
在注工艺水时，碎浆机13中的重物被收集，通过流动液体把重物输入现开放的封腔18中。图上未示的泄排控制器，它仅在此过程中工作，使重物封腔18在预定时间间隔内通过挡板19关闭。封腔18中的重物然后水洗并打开后挡板20泄放。如果底挡板20关闭，顶挡板19打开，重物封腔18准备再次接纳重物。重物排到料车21中收集起来，在料车21装满后处理。
下表表示了上述处理过程中分离的重物的组分，为确定组分，重物封腔中的物料在浆化一批物料后排出并手工分拣，然后干燥。
颗粒           干重量kg        含量％大石块(＞10mm)       1.24           8.3石块(＜10mm)         1.72           11.5混合物(＜10mm)       7.40           49.6粘土、砖块           1.77           11.9玻璃                 1.57           10.5骨                   0.43           2.9电池                 0.06           0.4黑色金属             0.59           4.0其它金属             0.14           0.9总计                 14.92          100.00
轻质物由适于此特殊用途的耙式装置22排出。由于轻质物的比重仅与水相差很小，它们浮出液面或浮在液中，所以排卸这些轻质物的齿支架23可通过电或液力驱动装置使其下降到没入碎浆机13的水面以下的全部深度。碎浆机13中的叶轮14与其壁之间的断面空间尽可能让齿支架23占据，该齿支架为具有横杆的框架，齿23’安在上面，齿23’的长度为10-15cm，以5-7cm间隔，并以垂直于横杆排列。
耙装置22的几何运动设计成耙能从碎浆机13移出，并且其移动不会造成被耙捕获的轻质物落下。仅当耙移出碎浆机13，齿支架转到水平位置，轻质物下落。传给耙装置22的运动是全自动过程控制的，直至仅小量轻质物仍留在齿23’上时它才会转回。
用上述过程分离的轻质物的典型组分列于下表。分类颗粒  重量kg  湿的％  含量kg  干的％  水量％  固粒挥发％塑料    70.98   26.1    36.85    31.5    48.4    88.2织物    43.50   16.0    12.67    10.8    70.8    87.0天然有机物13.05   4.8     2.76     2.4     79.8    89.4木料、骨、惰性物质  27.02   9.9     14.05    12.0    47.9玻璃    0.46    0.2     0.46     0.4     10.7硬塑料   7.56    2.7     7.14     6.1     5.2金属    4.12    1.5     3.45     2.9     16.6细屑    50.37   18.5    21.42    18.3    57.9    58.5剩余无法分类物   54.95   20.2    18.19    15.6    66.9    80.0
当从碎浆机13泄去轻质物，碎浆机准备接收新一批物料，轻质物直接或在撕碎机25和振动分选机26中处理后投入料车28中。
当悬浮液泄走，叶轮14减至第一中速，该速度接近第一阶段时的低速，在此，碎浆机已注入工艺水，结果是能源消耗显著减小。往碎浆机13中注水的第二阶段需再花费5分钟，在上述的第二阶段和随后的通过耙式设备22除去轻质物的阶段，叶轮14运行在第二中速下，该速度处在排悬浮液的第一中速和装入垃圾的初速之间。相对于无此速度控制的能量节约可以从图3中的阴影面积估算，基本上取决于轻质物的比例，完全排出轻质物需要的时间越长，其值越大，例如，对4m3容积的碎浆机13中叶轮14的驱动功率在溶解阶段需要大约10-15kw/m3，而在排出轻质物的混合阶段仅需2.5-3kw/m3。下表表示出上述处理方法的效率，已除去的非分解物(重和轻质物)的量与同样垃圾手工分拣的量相比较，每种碎粒的除去几乎是100％，这意味着上述方法可除去高比例的非分解物。碎粒           玻璃kg 金属kg 矿物kg 塑料kg 纺织品kg 木料kg预分拣除去的量  3.4    3.3    0.8    0.7重固粒          0.8    0.4    2.6耙走的轻质物    0.1    0.8           10.8    3.1     3.4总计            4.3    4.5.   3.4    11.5    3.1     3.4手工分拣回收的量4.7    4.5    3.9    9.2     2.6     3.8效率            0.91   1.0    0.87   1.25    1.2     0.89
效率表示每种碎粒在设备中机械分离与相同碎粒手工回收的重量比比较的两批物料从同一供应的垃圾中各自取出典型的料样。100％的偏差在容许的20％范围内，是由废料不可避免的非均质性造成。
下表汇集了对湿垃圾(生活垃圾中的干的纸、玻璃、金属、塑料回收分离后的碎粒)和分离的有机废物在搅拌反应器30中热和化学处理的典型结果。热和化学处理使有机固粒(OS)进一步溶解，与原始废物相比增加了中性清洁纤维的含量(NDF)，它是衡量物质能容易进行生物化学处理转化的尺度。基料      加入氢氧化钠  OS的溶解性  NDF含量  PH值
        g NaoH/kg固粒湿垃圾       15-50        17％       55％    7-9分离的有机废物 14-45        14％       45％    6.3
通过热和化学处理溶解的量可通过处理中选择的温度来控制。在下表中，列出在溶液中有机物含量的增加，即COD和固粒量在不同操作温度下的典型值。
     温度％   在溶液中COD的增加％   溶解的有机固粒的增加％湿垃圾    65            18                      26
      70            50                      71分离的有机废物  65            6                       1
      70            23                      54
通过在固液分离步骤35对悬浮液脱水，早先溶解的有机物排出，并直接送入沼气反应器43。形成的液流中具有10-40gCOD/l的浓度，并含有小于1％的未溶固粒。
在固粒水解反应器39中水解产生的剩余有机固粒的溶解量和有机物含量百分数的减少列于下表。稀释速度 水解时间      溶解的OSR生成物 OS含量的降低1/d         h                ％             ％1.5        49.5             19.34          64.251.5        70.5             45.33          85.891.5        49.3             66.78          93.912.0        23.2             16.50          18.042.0        44.5             17.23          43.472.0        47.0             16.42          74.841.0        42.5             58.50          76.891.0        20.0             55.14          66.62
除了上述的耙装置22，冲洗部分51可用来排去轻质物，可直接接至碎浆机13或管线连接，冲洗部分51包括一封闭的槽，通过阀门52时刻连接至碎浆机13。
当原悬浮液已从碎浆机13中排出，当阀门52开启后，用工艺水将轻质物从碎浆机13输送至冲洗部分51。冲洗部分51有一几乎垂直的叶轮53，它安在水平轴上。叶轮53背后装有由缝隙形成的穿孔筛54，通过泵55，细的含纤维悬浮物穿过筛54排出。如果需要，泵56接着工作以输入另外的工艺水，作为冲洗水，这样另外的含纤维悬浮液也可泵走。从冲洗部分51泵出的稀释悬浮液含有一部分水可用来在碎浆机13中溶解下一批物料。轻质物可经过阀门57从冲洗部分51排出，并在盛料车58中收集，运走。
正似图4中耙装置22的应用，冲洗部分的应用结果是低能消耗。驱动叶轮53的功率等于驱动碎浆机13中叶轮14的功率，耙装置22操作过程中，叶轮14连续运转，而在具有冲洗部分51的另一实施例中，碎浆机13中的叶轮14不必运转来排泄轻质物。
在处理垃圾中，使用冲洗部分51是特别需要的，在此，纤维有机物与轻质物紧密混合，而采用耙式装置22不能达到所需要的分离。

Claims (26)

1.一种处理用于厌氧消化生物有机物的废料和/或废料状混合物的方法，该方法包括下列步骤：
(a)通过下列处理进行预处理步骤：
在装有旋转叶轮的碎浆容器中通过机械处理废料和/或废料类混合物，制备易脱水的生物有机物悬浮液；该机械处理包括，将废料和/或废料类的混合物与水混合，随后借控制的流动力作用将所述生物有机物选择性地溶解和/或脱纤维，其中流动力是通过所述的旋转叶轮形成的且旋转叶轮速度的控制应使废料和/或废料类混合物中的不适合厌氧消化的物质不被机械处理明显的粉碎；
(b)通过厌氧消化法转化至少一部分所述生物有机物悬浮液成沼气和混合肥料类残留物。
2.根据权利要求1的方法，它还包括下列步骤：
(i)排出至少一部分所述生物有机物的悬浮液；
(ii)用水将余下的不适合厌氧消化的物质淤浆化；
(iii)从部分(ii)的混合物中除去重质固体，并将轻质物与
(ii)的混合物分离。
3.根据权利要求1的方法，其中所述的机械处理是在碎浆容器中进行的，所述的碎浆容器包括一个旋转叶轮，其中所述旋转叶轮的速度的选择应使得对废料和/或废料状的混合物中的不适合厌氧消化的物质进行轻度处理。
4.根据权利要求3的方法，其中所述的叶轮在所述的生物有机物溶解和/或脱纤维期间于高速下运转，在除去所述的不适合厌氧消化的物质期间于降速下运转。
5.根据权利要求1的方法，其中所述流动力的作用在至少是所述生物有机物溶解和/或脱纤维初始期间引起旋流或环形流。
6.根据权利要求1的方法，其中对所述轻质物进行附加的清洗处理以除去粘附到所述轻质物上的纤维物，并将所述的纤维物返回到所述预处理步骤。
7.根据权利要求1的方法，它还包括：
(i)将所述生物有机物悬浮液分成含水溶性有机物的液流和载固流的固-液分离步骤；
(ii)将所述的液流进行甲烷发酵；和
(iii)对所述的载固流进行需氧肥料化处理。
8.根据权利要求1的方法，其中在所述的易脱水的悬浮液中所述生物有机物与固体含量的比高于废料和/或废料类混合物中生物有机物与固体含量的比。
9.根据权利要求1的方法，其中将所述生物有机物悬浮液的pH调节到碱性，将其加热到40-90℃并保温多达12小时。
10.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括：
(i)将所述生物有机物分成含水溶性有机物的液流和固含量小于50％(重量)的载固流的固液分离步骤；
(ii)将所述液流进行甲烷发酵；
(iii)在中温和高温范围对所述的载固流进行固体厌氧水解；和
(iv)将(iii)中所得的水解物进行甲烷发酵。
11.根据权利要求1的方法，其中该方法还包括：
(i)将所述生物有机物分成含水溶性有机物的液流和载固流的固液分离步骤，所述载固流包括含纤维的有机固体；
(ii)在固体水解反应器中通过至少一步将所述含纤维的固体转化成水溶性有机物，其中通过外加酶进行水解，所述的酶或者在一个并联的反应器中制备或者用特定的微生物培养固体来制备，其中所述的水解生产溶解的有机物；和
(iii)连续或间歇地从(ii)中除去所述溶解有机物并对其进行甲烷发酵。
12.根据权利要求11的方法，其中步骤(ii)包括附加的机械、化学或热处理或这些处理的混合处理以提高所述含纤维固体的水解性和促进不水解的固体与所述溶解的有机物的分离。
13.根据权利要求2的方法，其中将所述轻质物降低尺寸并进行清洗处理。
14.根据权利要求13的方法，其中将所述的清洗后的轻质物压缩并借压缩设备脱水，被挤出的水返回到所述的预处理步骤。
15.根据权利要求13的方法，其中可再循环的物料与所述的清洗后的轻质物分离。
16.根据权利要求1的方法，其中所述的旋转叶轮在碎浆容器中产生旋转或环形流动。
17.根据权利要求1的方法，它还包括经筛分设备除去所述的含溶解后的和/或脱纤维的生物有机物的悬浮液。
18.根据权利要求1的方法，它还包括：
(1)用与所述碎浆器相联的耙装置撇去或分离轻质的，所述耙装置包括一个带齿的齿支架，其中所述的撇去或分离所述轻质物包括下列步骤：
(A)垂直调节所述齿支架使所述的齿能捕获轻质物；
(B)将所述耙设备移出所述碎浆器以除去所述的轻质物；和
(C)所述齿支架翻转以倒掉所述轻质物。
19.根据权利要求18的方法，它还包括粉碎在(C)中获得的所述的轻质物以降低其尺寸并用振动分选机冲洗掉仍粘附到所述轻质物上的残留纤维物。
20.根据权利要求1的方法，它还包括：
借含叶轮的洗涤室将不适合厌氧消化的轻质物分离出来；
洗涤所述轻质物以除去仍粘附到所述轻质物上的纤维物；和
经筛分将所述纤维物从所述洗涤室中排出并将所述纤维物泵回到所述碎浆器中。
21.实施权利要求1的方法的设备，包括用于预处理步骤的碎浆器13，它有一旋转叶轮14，控制叶轮14的转速以控制流动力的作用使得废料和/或废料类混合物中的物质不被机械处理明显的粉碎，且其中叶轮14被设计成在碎浆机13中对悬浮液产生旋转和/或环形流动；和用于消化法的用来微生物分解固体的反应器。
22.根据权利要求21的设备，其特征在于，用于除去溶解的和脱纤维的生物有机物的悬浮物的筛板17位于叶轮14的垂直正下方。
23.根据权利要求21的设备，其特征在于，撇去或分离轻质物的耙装置22与碎浆机13相连，并包括齿支架23，支架装有齿23’并可垂直调整使齿能捕获轻质物，而且适于浸入碎浆机13的液面24下，耙装置22可转动地移出碎浆机13，所以轻质物可以卸出，齿支架23适于翻转以倾倒轻质物。
24.根据权利要求23的设备，其特征在于，安装了撕碎机25以降低通过耙装置22卸下的轻质物的尺寸，后续接振动分选机26以冲洗任何仍粘附的纤维物的残余。
25.根据权利要求23的设备，其特征在于，轻质物与水一起输进冲洗室，冲洗室有一垂直朝向叶轮，水和任何仍粘附在轻质物上的纤维物；通过筛子从上述冲洗室排出，并泵回碎浆机13中。
26.根据权利要求21的设备，其特征在于，在碎浆机13中的溶解操作适于在40-90℃温度之间进行，优选的是60-70℃，并且预热工艺水用来加热悬浮液。
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