CN110730814B - 有机废物处理系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种有机废物处理系统和方法，所述系统包括：接收有机废物的入口；与所述入口相连且用于减小有机废物尺寸的破碎机；提高有机废物温度的预处理室；以及通过炭化或焙烤处理有机废物而形成生物炭的炭化室。所述系统还包括金属分离器、废液收集和过滤单元以及废气处理系统。所述系统用于将系统的一部分所产生的热量收回以加热系统可能需要加热的其他部分。还提供一种有机废物处理方法，包括：将有机废物经入口提供给破碎机；破碎有机废物，以减小有机废物尺寸；对有机废物进行加热，以提高有机废物的温度；以及焙烤有机废物，以形成生物炭。

Description

有机废物处理系统
技术领域
本发明涉及一种有机废物处理系统以及有机废物处理方法。
背景技术
在城市固体废物当中，有机废物占相当大的一部分，但是其利用率却很低。与填埋和焚烧相比，对环境管理、政策要求以及可持续发展更为有利的一种做法是将有机废物从城市固体废物中转出。目前，将有机废物从填埋物和焚烧物中转出的主要处理/管理方法为堆肥和厌氧消化等生物方法。与填埋法相比，这些技术可以减少温室气体排放，而且与此同时，还能产生肥料、甲烷气体等有用资源。然而，现有技术的问题在于，在处理之前，必须将有机废物与相应包装材料分离。此外，相应处理过程较为耗时，碳排放量较高，废物的体积减少小，而且释放出令人不快的气味。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，和/或提供一种改进的有机废物处理系统。
总体而言，本发明涉及一种以快速、有效、绿色环保的方式持续进行有机废物转化的系统。特别地，该系统在设计上能够利用其一部分所产生的热量加热其可能需要加热的其他部分，从而使得系统能耗相对较低。通过这种方式，可以降低系统运行所需要的外部热量。此外，该系统能够将有机废物转化为生物炭，该生物炭无任何生物危害物质，是一种有使用价值且环境友好的最终产品。本发明的方法能耗较低且可减小有机废物的体积，因此是一种绿色环保的方法。此外，本发明的系统和方法能够在产生有机废物的现场运行，从而可降低将有机废物运送到废物处理厂的物流成本，并且减少有机废物气味的散发。
根据本发明的第一方面，提供一种有机废物处理系统，包括：
-接收有机废物的入口；
-与所述入口相连的破碎机，用于减小所述有机废物的尺寸；
-对所述有机废物进行预处理的预处理室；以及
-用于对预处理后的所述有机废物进行处理以形成生物炭的炭化室。
所述有机废物可以为适于本发明目的的任何有机废物。
根据一个具体方面，所述预处理室可包括一个或多个单元。具体而言，该预处理室可包括两个或更多个单元。更具体而言，所述预处理室可包括两个单元。相应地，该预处理室可包括热交换单元和预加热单元。
所述系统可进一步包括用于对所述炭化室和预加热单元内包含的气体进行加热的热源。该热源可以为任何合适的热源。
根据一个具体方面，所述系统可进一步包括设于所述预处理室和收集室之间的热交换器。
所述炭化室可包括用于接收添加物的入口。该添加物可以为任何合适的添加物。举例而言，该添加物可以为惰性气体。具体而言，该添加物可以为氮气、氩气、氦气或其组合。
所述系统可进一步包括用于收集已形成的所述生物炭的收集室。
根据一个具体方面，所述系统可进一步包括设于所述入口处的分离器，其中，该分离器用于分离出经所述入口接收的有机废物中的金属。
所述系统可进一步包括传料装置，该传料装置用于使经所述入口接收的有机废物通过所述预处理室和所述炭化室。
所述系统可进一步包括温度控制器，该温度控制器用于测量所述预处理室和所述炭化室的温度，并调节所述传料装置的速度。
根据一个具体方面，所述破碎机可包括密封件，该密封件用于防止任何来自所述有机废物的气味逸入大气中。如此，可将有机废物的气味遏制于该系统内。
根据一个具体方面，所述系统可进一步包括废液收集室，该废液收集室与所述破碎机流体连接以用于收集来自所述破碎机的废液。该废液收集室可进一步包括液体过滤系统，该液体过滤系统用于在排放前处理所收集的废液。如此，在上述有机废物的处理之后，该系统将排放出清洁液体。
根据一个具体方面，所述系统可进一步包括废气处理系统，该废气处理系统与所述收集室流体连接以用于处理来自所述炭化室的废气。在使用过程中，所述炭化室可释放废气，而该废气可在排入大气之前得到处理。
根据第二方面，提供一种使用上述系统的有机废物处理方法。
根据第三方面，提供一种有机废物处理方法，所述方法包括：
-将有机废物经入口提供给破碎机；
-破碎有机废物，以减小有机废物的尺寸；
-对有机废物进行加热，以提高有机废物的温度；以及
-焙烤有机废物，以形成生物炭。
所述有机废物可以为适于本发明目的的任何有机废物。
所述焙烤可包括在惰性气体存在的条件下焙烤有机废物。该惰性气体例如为氮气、氩气、氦气或其组合。
所述方法可进一步包括：在破碎前，分离出经所述入口接收的有机废物中的金属。其中，可采用任何合适的金属分离方法。
根据一个具体方面，所述方法可进一步包括：在液体过滤系统中处理所述破碎过程所得的废液。
根据一个具体方面，所述方法可进一步包括：对所述焙烤过程中生成的废气进行处理。
附图说明
为了使本发明能被完全理解且易于实施，以下将参考说明性附图，仅对例示实施方式进行非限制性举例描述。附图中：
图1为根据本发明一种实施方式的有机废物处理系统的示意图；
图2为根据本发明一种实施方式的有机废物处理系统的密封系统的示意图；
图3为根据本发明一种实施方式的废水过滤系统的示意图；
图4A和图4B为根据本发明一种实施方式的废气处理系统的示意图；
图5为不同温度下的碳转化率图。
具体实施方式
如上所述，当前需要一种改进的有机废物处理系统和方法。
本发明涉及一种有机废物处理系统。具体而言，该有机废物处理系统能够使有机废物转化为富含能量且可在其他应用中用作能源的生物炭。与传统的有机废物处理系统相比，该系统使用的能量较少，因此还能实现有机废物的快速环保处理。
通过本发明的系统，有机废物能够现场处理，从而节省将有机废物运送至其他处理场所的时间和成本。该系统还具有处理与废物相伴的塑料材料和包装的功能，从而节省了在废物处理前通过其他系统进行分离所需的时间。该系统的所有输出物均为环境友好物质，而且使用过程中可最大程度地减小能量消耗，因此还是一种低碳排放量的绿色环保系统。
本发明还涉及一种有机废物处理方法。该方法能够自身对副产物进行循环再利用，从而降低能耗，因此是一种低碳排放量的绿色环保方法。
总体而言，本发明系统和方法提供一种持续运行、快速且绿色环保系统和方法，与传统有机废物处理工艺相比，其不但能够降低碳排放量，减小有机废物体积，易于操作，而且还同时生成生物炭形式的有用最终产品。
根据本发明的第一方面，提供一种有机废物处理系统，包括：
-接收有机废物的入口；
-与所述入口相连的破碎机，用于减小有机废物的尺寸；
-对有机废物进行预处理的预处理室；以及
-用于对预处理后的有机废物进行处理以形成生物炭的炭化室。
所述有机废物可以为适于本发明目的的任何有机废物。例如，该有机废物可含有食物，动物和植物类材料，纸、硬纸板、木料等可降解碳，塑料等材料。
所述破碎机可以为任何合适的能够减小有机废物的尺寸的破碎机。例如，该破碎机可包括用于将包括塑料材料在内的有机废物切成碎片的机刃。该破碎机还用于去除进料至所述系统内的有机废物中的水分，从而使得破碎后的有机废物具有高固体含量。由于通过该破碎机去除有机废物中的水分，可以降低该系统的下游部件的能量需求，从而提高该系统的总体效率。
所述破碎机可进一步包括防止有机废物的任何气味逸出该系统并进入大气中的密封件。如此，可将有机废物的气味遏制于该系统内部。任何能够通过密封所述系统而防止该系统向外排放的合适密封件均可用于本发明目的。具体而言，该密封件可以为橡胶密封件或垫圈。
所述系统可进一步包括设于该系统入口处的分离器，其中，该分离器用于将金属从经所述入口接收的有机废物中分离出。具体而言，所述分离器设于所述破碎机上游。如此，可防止该破碎机因质地坚硬的金属而损伤，从而保持该破碎机机刃部分的工况。
所述分离器可以为任何合适的分离器。根据一个具体方面，所述分离器可以由金属探测器和警报器组成。当该金属探测器检测到金属时，所述警报器可发出警报，以提示对以检测到的金属进行分离和去除。根据另一具体方面，所述分离器可以为电磁体。具体而言，该分离器可包括电磁金属检测器和警报器。
此外，还可设置与所述破碎机连通的废液收集室。该废液收集室可用于在有机废物的破碎过程中，收集来自所述破碎机的废液。
所述废液收集室可进一步包括液体过滤系统，用于在废液排放之前，对该废液进行处理。通过这种方式，所述系统可在有机废物处理后，排放出清洁液体。所述液体过滤系统可以为任何适于将废液处理成清洁液体的过滤系统。
所述预处理室可以为任何适用于在炭化室处理前对有机废物进行预处理的预处理室。该预处理例如包括，对有机废物进行加热。含于本发明系统中的所述预处理室可包括一个或多个单元。具体而言，该预处理室可包括两个或更多个单元。更具体而言，所述预处理室可包括两个单元。相应地，该预处理室可包括热交换单元和预加热单元。该热交换单元可不含外部热源。所述预加热单元可包括用于加热所述预加热单元内所盛的气体和有机废物的外部热源。该热源可以为任何合适的热源。例如，该热源可以为电加热器、蒸汽、微波、燃气燃烧器、太阳能板等。
所述炭化室可以为任何适于对预处理后有机废物进行处理的炭化室。该处理可例如包括对预处理后有机废物的炭化和/或焙烤。该炭化室可包括用于接收添加物的入口。该添加物可以为任何适合用于对预处理后有机废物进行炭化和/或焙烤的添加物。例如，该添加物可以为惰性气体。具体而言，该惰性气体可以为氮气、氩气、氦气或其组合。
所述炭化室可包括用于加热该炭化室内所盛气体的外部热源。该热源可以为任何合适的热源。该热源可例如为电加热器、蒸汽、微波、燃气燃烧器、太阳能板等。
所述系统可进一步包括收集已形成的生物炭的收集室。该收集室可与所述炭化室相连，并可与所述预处理室相邻。该收集室可包括产物抹平杆，用于使已形成的生物炭在所述收集室内均匀分布。
所述系统可包括用于将经所述入口接收的有机废物通过所述预处理室和炭化室的传料装置。有机废物在炭化室中接受处理并形成生物炭后，沉积于所述收集室中。所述传料装置可以为任何适于将有机废物从入口传送至所述收集室的传料装置。该传料装置可例如为，但不限于，传送带或柱塞进料式螺运机。根据一个具体方面，所述传料装置可部分为过滤传送带，部分为传送带。
根据一个具体方面，所述系统可进一步包括设于所述预处理室和收集室之间的热交换器。该热交换器可以为任何合适的热交换器。该热交换器可实现所述收集室内收集的生物炭与所述预处理室内所含的气体之间的热交换。具体而言，该热交换器能够通过所述生物炭与预处理室之间的热交换而提高该预处理室的温度，或者将预处理室的温度保持于预设温度。
所述预处理室和炭化室保持于合适的温度。相应地，为了最大程度地减小热损失，所述系统中，所述预处理室和炭化室之间绝热。具体而言，(一)所述热交换单元和预加热单元之间，(二)所述预加热单元和炭化室之间，和/或(三)所述炭化室和收集室之间绝热。该绝热可通过任何适合的方式实现。例如，该绝热可通过，但不限于，陶瓷、蛭石、石棉、珍珠岩、硅酸钙砖、岩棉等实现。
所述系统可进一步包括温度控制器，该温度控制器用于测量所述预处理室和炭化室的温度，并相应调节所述传料装置的速度。具体而言，该温度控制器用于根据每个所述预处理室和炭化室的温度调节所述传料装置的速度，以确保有机废物在每个所述预处理室和炭化室能够经受足够的温度。该温度控制器可包括警报器，用于在所述预处理室和/或炭化室的温度降至某一预设温度之下时，向用户作出警告。进一步地，该温度控制器可与上述热源相连，以调节向所述预处理室和炭化室提供的热量。
根据一个具体方面，所述系统可进一步包括与所述收集室流体连接的废气处理系统，用于处理来自所述炭化室的废气。在使用过程中，所述炭化室可释放废气，因此该释放的废气可在排放至大气中前得到处理。如此，本发明系统将不会向大气排放任何有害和/或有气味的气体，因此成为一种环境友好型系统。所述废气处理系统可以为任何适于本发明目的的系统。
图1所示为根据本发明一种实施方式的有机废物处理系统100。系统100包括供待处理有机废物进料的入口102。入口102与破碎机104相连，该破碎机可如上文所述。破碎机104可进一步包括破碎机出口密封系统106，该系统可如图2所示。入口102和破碎机104之间还设有金属探测器和警报器108。该金属探测器和警报器确保经入口102进料的有机废物中的任何金属均可与该有机废物的剩余部分分离。如此，可确保破碎机104的所有破碎操作将金属排除在外，从而实现对破碎机104内所含机刃的保护。系统100还包括将破碎后的有机废物从破碎机104传送至系统100的其他部分的第一传料装置110。具体而言，第一传料装置110可以为过滤传送带。破碎机104对有机废物的破碎作用可将该有机废物内的液体挤出，该液体可经第一传料装置110流入废液收集室112内，而与此同时，破碎后的有机废物仍保持于第一传料装置110上。废液收集室112可进一步包括液体过滤系统114。液体过滤系统114的一例如图3所示。
随后，破碎后的有机废物由第一传料装置110送入预处理室116。该有机废物在炭化前经历加热等预处理。预处理室116包括热交换单元118和预加热单元120。其中，有机废物先在热交换单元118内加热，然后在其他预加热单元120内加热。具体而言，第一传料装置110与第二传料装置124相连，而且有机废物从第一传料装置110传出后，送入第二传料装置124。第二传料装置124可以为任何合适的传料装置，如设有三个侧面板、前端底刃以及后端顶板的传送带。根据本实施方式，第二传料装置124可起始于热交换单元118的头端。如此，传料装置124可使有机废物传送通过热交换单元118和预加热单元120。
热交换单元118和预加热单元120之间设有绝热板122。绝热板122可由任何合适的绝热材料制成。具体而言，绝热板122确保热交换单元118和预加热单元120能够将热量保留于其内。
系统100还包括炭化室126，用于通过对预处理后有机废物进行处理而形成生物炭。炭化室126可以为任何适于在其内对有机废物进行焙烤或炭化的处理室。炭化室126可包括接收惰性气体等添加物的入口130。
预加热单元120和炭化室126之间设有绝热板128。绝热板128可由任何合适的绝热材料制成。具体而言，绝热板128确保预加热单元120和炭化室126能够将热量保留于其内。
为了加热预加热单元120和炭化室126中的气体，可以分别设置外部热源132和134。外部热源132和134与温度控制器和警报器(未图示)连接。具体而言，当所述温度控制器检测到预加热单元120和炭化室126内的温度降至预设温度之下时，该温度控制器可发出警报。该温度控制器可进一步使得所述热源增大向预加热单元120和炭化室126供应的热量。或者，所述警报器可提示系统100的用户打开所述热源，以通过向预加热单元120和炭化室126供应更多的热量而使其达到预设温度。
随后，形成于炭化室126内的生物炭被收集至收集室136。收集室136可包括产物抹平杆，用于确保收集室136内收集的生物炭均匀分布于该收集室136内。
炭化室126和收集室136之间也设有绝热板140。绝热板140可由任何合适的绝热材料制成。具体而言，绝热板140确保炭化室126和收集室136能够将热量保留于其内。
系统100还包括设于热交换单元118和收集室136之间的热交换器142。该热交换器可实现将已形成的生物炭的热量与收集室136内的热量供应给热交换单元118。如此，即使热交换单元118不含有任何外部热源，热交换单元118内的有机废物也可获得加热。
热交换单元118和收集室136可与废气处理系统144流体连接。具体而言，热交换单元118和收集室136中的气体可分别经管道146和148进入废气处理系统144，然后经出口150排出。废气处理系统144可以为任何适于废气处理的系统。废气处理系统144可例如图4所示。
图2所示为破碎机出口密封系统的一例。该所述密封件可以为水平圆柱体，沿其水平轴线被三个四边形分为三个相等的部分。该水平圆柱体密封件的两侧为圆形，并去除曲面。该圆柱体设置为沿其水平轴线转动。当该圆柱体的其中一个部分暴露于入口102中时，其另外两个部分面向破碎机104，并为入口102提供密封，从而防止任何气味从系统100中逸出。经入口102进料的有机废物随所述圆柱体的转动而进入破碎机104。如此，破碎机104可始终实现密封。
图3所示为对容器本体200内所包含的废液进行处理的液体过滤系统114的一例。液体过滤系统114包括沉积筐202。沉积筐202包括允许溢出液体流入砂滤筐206内的出口204a和204b。砂滤框206可包括石块、粗砂206b及细砂206c等任何合适材料。系统114内的液体随后进一步流入盛有颗粒状活性炭过滤物208a的活性炭筐208。处理后的液体可经出口210a和210b流出容器本体200。
液体过滤系统114可进一步包括用于砂滤筐206再生的反向冲刷系统。该反向冲刷系统可包括冲刷水入口212，冲刷漏斗214以及冲刷水出口216。
图4A和图4B所示为对炭化室126和收集室136中排出的废气进行处理的废气处理系统144的例子。该废气系统的选择可取决于待处理废气的组成。举例而言，可根据废气中一氧化碳(CO)的含量高于氮氧化物气体(NOx)的含量，还是NOx的含量高于CO，选择所述废气系统。当废气中CO含量高于NOx含量时，选择图4A所示的废气系统；而当废气中NOx含量高于CO含量时，选择图4B所示废气系统。在图4A和图4B中，类似部件以相同附图标记表示。
在废气处理系统144a和144b中，设有供待处理废气进入系统144a和144b的废气入口300。进入系统144a和144b中后，废气先通过碱性气体洗涤器302，以去除其中的NH3等所有碱性气体，然后通过酸性气体洗涤器304，以去除其中的SO2、SO3、H2S、HCl等酸性气体。随后，该废气进一步通过过滤袋306，以去除其中的所有颗粒物质。在此之后，进一步进行CO、NOx以及碳氢化合物的去除。
在系统114a的情形中，待处理废气的CO含量高于NOx含量。相应地，为了去除CO、NOx以及某些碳氢化合物，采用三路转化器308。在系统114b的情形中，待处理废气的NOx含量高于CO含量。相应地，为了去除NOx、CO以及某些碳氢化合物，联合采用选择性催化还原(SCR)催化剂310和双路转化器312。
在催化转化器308和312下游，废气中的甲醛及其他痕量有害气体等剩余碳氢化合物可通过碳氢化合物吸附剂314去除。其中，可使用任何合适的碳氢化合物吸附剂。举例而言，该碳氢化合物吸附剂可以为颗粒状活性炭。随后，可通过汞吸附剂316捕获所述废气中任何残留汞。该汞吸附剂可以为任何合适的吸附剂，如注硫或注碘活性炭。最后，处理完毕的废气可经出口150排出所述系统之外。
根据第二方面，提供一种使用上述系统的有机废物处理方法。
根据第三方面，提供一种有机废物处理方法，该方法包括：
-将有机废物经入口提供给破碎机；
-破碎有机废物，以减小有机废物的尺寸；
-对有机废物进行加热，以提高有机废物温度；以及
-焙烤有机废物，以形成生物炭。
所述有机废物可以为适于本发明目的的任何有机废物。例如，该有机废物可如上文所述。
所述破碎包括将有机废物减小至更小的尺寸。与此同时，在该破碎过程中，有机废物的液体含量可因有机废物内的液体在破碎过程中被挤出而降低，从而实现有机废物的干燥。破碎后的有机废物可转入传料装置，以待进一步转入用于加热的预处理室。
所述破碎可通过任何合适手段实施。举例而言，该破碎可由含有将材料破碎至更小尺寸的机刃的破碎机实施。该破碎机可以为任何合适的破碎机。具体而言，该破碎机可如上文所述。
所述方法可进一步包括，在破碎前，对所述有机废物进行分离。具体而言，该分离可包括对有机废物内的任何金属成分的分离。通过这种方式，可实现所述金属成分的循环再利用。此外，通过将所述金属成分与有机废物的其他部分分离，可以保护破碎机的机刃避免因所述质地坚硬的金属成分而损伤。所述分离可通过任何合适手段实施。举例而言，该分离可由金属探测器和/或金属去除器实施。具体而言，该金属探测器可包括电磁体。
设于所述破碎工位下游且供破碎后的有机废物转入的传料装置可以为任何合适的传料装置。根据一个具体方面，所述传料装置可以为过滤传送带。具体而言，该过滤带可使得破碎中从有机废物排出的任何液体均能够经该过滤带流入废液收集室。
所述加热可在预设温度下实施。根据一个具体方面，该加热可分步实施。举例而言，该加热可以以两个或更多个步骤实施。具体而言，该加热可以以如下两个步骤实施：第一加热步骤和第二加热步骤。该加热可在预处理室内实施。所述第一加热步骤和第二加热步骤可在所述预处理室的不同单元内实施。具体而言，所述预处理室可包括热交换单元和预加热单元。更具体而言，所述第一加热步骤可在热交换单元内实施，而所述第二加热步骤可在预加热单元内实施。
所述第一加热步骤可在热交换单元内实施。该第一加热步骤可以无需外部热源的方式实施，而且该第一加热步骤的热量可由所述热交换单元所含的高温气体提供。具体而言，所述热交换单元内的高温气体可将有机废物加热至约80～100℃的合适温度。
在第一加热步骤中，破碎后的有机废物可以以50～100℃范围内的温度进行加热。具体而言，该第一加热步骤可包括以55～95℃、60～90℃、65～85℃、70～80℃、72～75℃范围内的温度加热破碎后的有机废物。更具体而言，所述第一加热步骤可包括以约80～100℃的温度加热破碎后的有机废物。
所述第二加热步骤可在预加热单元内实施。具体而言，所述移动传料装置使得有机废物能够从所述热交换单元传送至所述预加热单元。更具体而言，所述过滤传送带可与所述热交换单元内的传送带相连。该传送带可包括三个侧面板、前端底刃以及后端顶板。
所述第二加热步骤可通过以外部热源向所述预加热单元提供加热其内所含气体的热量的方式实施。所述外部热源可以为任何合适的热源。具体而言，所述预加热单元内的高温气体可以约100～320℃的合适温度加热有机废物。该预加热单元内的加热有机废物的温度可以为120～300℃、150～280℃、180～250℃、200～230℃、210～220℃。更具体而言，该预加热单元内的温度可以为约200～280℃。
有机废物可在所述热交换单元和预加热单元内逗留预设时间长度。该预设时间长度可随所述热交换单元和预加热单元内的温度条件变化。平均预设时间长度可以为约5～120分钟。具体而言，该平均预设时间长度可以为约10～30分钟。根据一个具体方面，该平均预设时间长度可由所述传料装置将有机废物从所述破碎机传送至所述预处理室的速度决定。该传料装置的速度可由控制器调节。该控制器可以为温度控制器。该温度控制器可与上述热源相连。
具体而言，所述温度控制器用于测量所述热交换单元和预加热单元内的温度。如果所述预加热单元内的温度降至预设温度以下，所述温度控制器可发出警报，和/或调节所述传料装置的速度，以确保有机废物在所述热交换单元和预加热单元中的每一者内逗留更长时间。该温度控制器可进一步使得所述外部热源向所述预加热单元提供更多热量，从而使得该预加热单元内的温度升至所述预设温度。
在所述预加热单元内的加热步骤之后，所述方法还包括，对处于炭化室内的所述有机废物进行焙烤，以形成生物炭形式的处理后有机废物。相应地，在预加热之后，可将有机废物从所述预加热单元传送至炭化室。所述焙烤可通过以外部热源向所述炭化室提供加热其内所含气体的热量的方式实施。该外部热源可以为任何合适的热源。具体而言，所述炭化室内的高温气体可以约280～450℃的合适温度加热有机废物。有机废物在所述炭化室内的加热温度可以为290～440℃、300～430℃、310～420℃、320～410℃、330～400℃、340～390℃、350～380℃、360～370℃。更具体而言，该炭化室内的温度可以为约350～400℃。
所述焙烤可包括在添加物存在的条件下对所述有机废物进行焙烤。该添加物可以为适于本发明目的的任何添加物。例如，该添加物可以为惰性气体。具体而言，该惰性气体可以为氮气、氩气、氦气或其组合。通过这种方式，焙烤所得的生物炭可具有更高的碳含量。
有机废物可在所述炭化室内逗留预设时间长度。该预设时间长度可随所述炭化室的温度条件变化。平均预设时间长度可以为约5～120分钟，优选约15～30分钟。根据一个具体方面，该平均预设时间长度可由所述传料装置将有机废物从所述预处理室传送至所述炭化室的速度决定。所述传料装置的速度可由控制器调节。所述控制器可以为温度控制器。该温度控制器可与所述热源相连。
具体而言，所述温度控制器可用于测量所述加热炭化室内的温度。如果该炭化室内的温度降至预设温度之下，所述温度控制器可发出警报，和/或调节所述传料装置的速度，以确保有机废物在所述炭化室中逗留更长时间。该温度控制器可进一步使得所述外部热源向所述炭化室提供更多热量，从而使得该炭化室内的温度升至所述预设温度，以确保有机废物的处理以及生物炭的形成。
根据一个具体方面，所述加热在存在供应至所述炭化室的惰性气体的条件下实施。供应至用于焙烤的该炭化室的惰性气体可流向所述预处理室。该焙烤还可产生蒸汽，该蒸汽可与所述惰性气体一道流向所述预处理室。所述惰性气体和蒸汽因所述焙烤而获得的热能可用于加热所述热交换单元内的有机废物。该惰性气体和所述蒸汽可经所述热交换单元的出口排出。
该方法还包括将已形成的生物炭传送至收集室。该收集室与所述预处理室相邻，从而使得该收集室与所述预处理室之间能够持续进行热交换。其中，所述收集室的热量可源自所形成的生物炭。所述热交换可通过热交换器实现。具体而言，该热交换可发生于所述收集室与所述热交换单元之间。该收集室与热交换单元之间的热交换可使得所述热交换单元内的气体获得加热，从而实现对经过所述热交换单元的有机废物的加热。所述收集室和热交换单元之间的热交换还能够使得已形成的生物炭获得冷却。因此，本发明的方法能够实现热能的循环再利用，从而减少外部热源所供应的热量。这使得该方法对环境更加友好。
根据一个具体方面，该方法还包括对所述破碎过程得到的废液进行处理。该处理可在液体过滤系统内实施。该处理可采用任何合适的液体过滤系统。具体而言，该液体过滤系统可以如上文所述。更具体而言，该液体过滤系统可以如图3所示。该处理可包括，在排放前，根据当地法规对废液进行处理。
根据一个具体方面，所述方法可进一步包括对所述焙烤过程中生成的废气进行处理。该处理可在废气处理系统内实施。举例而言，所述方法可包括，在排放前，对所述惰性气体和蒸汽进行处理。具体而言，所述热交换单元的出口可与所述废气处理系统相连。所述收集室可与所述废气处理系统相连。如此，本发明的方法产生的气体可被所述废气处理系统吸收，从而最大程度上减少气味和/或对环境有害的气体的排放。具体而言，所述废气处理系统可包括用于消除气味的吸附性溶液和/或固体滤筒。
该处理可采用任何合适的废气处理系统。具体而言，所述废气处理系统可以如上文所述。更具体而言，该废气处理系统可以如图4所示。
本发明的方法的优点在于，所述破碎步骤能够将经入口进料的有机废物所含的大部分水分去除，从而缩短焙烤前所需的干燥工作量，进而缩短有机废物的预处理时间。此外，鉴于所述破碎步骤，有机废物干燥所需的热能减少。如此，使得本发明的方法在时间和能量方面更为有效率。
本发明的方法还可以作为一种连续操作的方法。这使得该方法对于操作人员而言成为一种简单的方法。具体而言，本方法的使用者只需以规律的时间间隔向所述入口供应有机废物并从所述收集室收集已形成的生物炭即可。
以下，结合有机废物处理系统100，对本发明方法进行描述。有机废物经有机废物处理系统100的入口102进料后，于入口102处使用金属探测器108对有机废物进行分离操作，以将金属废物与所述有机废物的其余部分分离。随后，剩余的有机废物进料至破碎机104，以实现有机废物的破碎，以及有机废物尺寸的减小。其中，有机废物所含的液体从该有机废物中大量挤出，而且该液体收集至废液收集室112中。废液收集室112可进一步包括废水过滤系统114(如下所述)。破碎后的有机废物从破碎机104中落至过滤传送带形式的第一传料装置110上，以供破碎后有机废物中可能存在的过量液体继续流入废液收集室112中。第一传料装置110将破碎后的有机废物传送至包括热交换单元118和预加热单元120的预处理室116。其中，第一传料装置110与第二传料装置124在预处理室116处相连。相应地，有机废物从第一传料装置110传至第二传料装置124上。
在热交换单元118中，对破碎后的有机废物进行第一加热步骤。具体而言，该第一加热步骤的温度可以为约80～100℃。该第一加热步骤用于升高有机废物的温度，从而在所述破碎之后实现对有机废物的进一步干燥。具体而言，对有机废物的所述第一加热步骤通过热交换单元118内所含的气体的热量实现。
在预设时间长度之后，第二传料装置124将有机废物传送至用于对破碎后有机废物进行第二加热步骤的预加热单元120。该第二加热步骤的温度可以为约200～280℃。该第二加热步骤用于在焙烤前，进一步提高有机废物的温度，已对其进行进一步的干燥。由于第二加热步骤的温度更高，因此可借助外部热源132向预加热单元1120提供更多热量。热源132所提供的热量用于加热预加热单元120内的气体，并由该气体加热经过预加热单元120的有机废物。
预设时间长度之后，第二传料装置124将有机废物传送至用于通过焙烤有机废物以形成生物炭的炭化室126。预处理室116对有机废物的总预设处理时间长度可以为约10～30分钟。然而，该预设时间长度可随第二传料装置124的速度而变化，而该速度可取决于热交换单元118和预加热单元120的温度。
所述焙烤可在约350～400℃的温度下进行。由于该焙烤的温度比预加热单元120的温度还高，因此可借助外部热源134向炭化室126提供更多热量。热源134所提供的热量用于加热炭化室126内的气体，并由该气体对经过炭化室126的有机废物进行焙烤。有机废物可在炭化室126内停留预设时间长度，以实现焙烤。该预设时间长度可以为约15～30分钟。然而，该预设时间长度可随第二传料装置124的速度变化，而该速度可取决于炭化室126的温度。
炭化室126内的焙烤可在添加物存在的条件下进行。该添加物可经入口130供应至炭化室126内。该添加物可以为惰性气体。具体而言，该添加物可以为氮气。
随后，炭化室126内对有机废物的焙烤所形成的生物炭收集于收集室136内。其中，热交换器142使得收集室136与热交换单元118之间可进行热交换。具体而言，形成于炭化室126内且收集于收集室136内的生物炭的热量可由热交换器142传递给热交换单元118内所含的气体。
加热器132和134与温度控制器(未图示)相连，该温度控制器与第二传料装置124相连。当所述温度控制器检测到预加热单元120和/或炭化室126内的温度降至预设温度之下时，该温度控制器将对第二传料装置124的速度进行调整，以确保有机废物在预加热单元120和/或炭化室126内的逗留时间得到延长，从而使得有机废物获得充分的加热和/或焙烤。与此同时，所述温度控制器还打开加热器132和134，以向预加热单元120和/或炭化室126提供更多的热量。类似地，当预加热单元120和/或炭化室126的温度高于预设温度时，所述温度控制器可通过调节第二传料装置124的速度而确保有机废物在预加热单元120和/或炭化室126内的停留时间获得相应的缩减。其中，由于无需提供更多热量，因此所述温度控制器还可关闭加热器132和134。
炭化室126和预处理室116的氮气、蒸汽以及废气，以及收集室136的气态排放物分别经管道146和148导入废气处理系统144。废气处理系统144可如图4所示。在各气体在废气处理系统144中接受净化处理之后，净化后的气体经出口150排出至系统100之外。
废液收集室112中收集的废液由液体过滤系统114处理。液体过滤系统114如图3所示。具体而言，从破碎机104流出的废液以及经第一传料装置110滤出的废液流入沉积筐202内。在该沉积筐202中，污泥218沉落于底部，而清液溢流至砂滤筐206中。砂滤框206内盛有石块206a、粗砂206b和细砂206c。在流经砂滤筐206后，液体进一步向下流入盛有颗粒状活性炭过滤物208a的活性炭筐208内。在历经上述沉积、沙滤及碳滤之后，废液被净化为清洁的水。该清洁的水流至废液收集室112底部后，作为清洁液体经出口210a和210b排出。
砂滤筐206可由包含冲刷水入口212、冲刷漏斗214及冲刷水出口216的反向冲刷系统再生。
本发明具有多项优点。具体而言，所述有机废物处理系统和有机废物处理方法能够循环利用有机废物处理过程中产生的热能，从而最大程度降低对外能能源的使用，并降低碳排放量。该系统和方法能够将有机废物转化为有用形式。该系统和方法还能使得任何废气得到合适的处理，从而免于释放令人不快的工艺相关气体和气味。此外，与现有炭化/焙烤处理工艺相比，本发明的方法能够极大地缩短有机废物的处理时间。
另外，令人惊异的是，与设置两个加热区的情形相比，通过如图1所示设置三个加热区(即热交换单元、预加热单元和炭化室)能够极大地改善节能效果。当仅设置两个加热区(一个用于预加热，另一个用于焙烤)时，可存在两种情形。在第一种情形中，当预加热温度介于100℃和250℃，尤其约180℃时，炭化/焙烤生成的蒸汽温度仅约100℃，不足以向所述预加热单元传热，从而使得消耗了预加热和焙烤过程中大部分能量的蒸汽的热量被浪费。
在第二种情形中，当预加热温度低于100℃，尤其约98℃时，由于未达水分蒸发所需的100℃，因此该预加热单元内的大部分水分无法蒸发。如此，在预加热单元处理后的物料传送至炭化室进行焙烤时，仍然需要将这些水分全部蒸发，这恰恰是最大的耗能项。此外，由于炭化室需要高的能量输入才能在需要蒸发的质量较大时保持高温，因此炭化室的温度也将受到影响。与此同时，由于仅一小部分水分能够得到蒸发，因此炭化室的蒸汽能量可能无法在所述预加热单元中得到完全利用。当设置三个加热区(第一个用于100℃以内的热交换，第二个用于从100℃至250℃的预加热，第三个用于从280℃至450℃的焙烤)时，能够极大地提升热能的循环再利用效率。其中，所述预加热单元将大部分的水分蒸发(最大的耗能项)，而且所生成的蒸汽将能量带回所述热交换单元，从而将物料加热至100℃，实现循环热量的完全利用。此外，所述预加热单元还起到缓冲所述热交换单元和炭化室间的温差的作用，从而将炭化室温度稳定保持于适于焙烤的温度。另外，由于所述预加热单元将大部分水分移除，因此所述炭化室内需要蒸发的水分质量大幅度减少，从而即使在保持高温的情况下，大幅减少耗能。
虽然上文对例示实施方式进行了描述，但是相关技术领域技术人员可理解的是，在不脱离本发明的情况下，还能做出多种变化。
以上给出的是本发明的总体描述，通过参考以下实施例，能够更加容易地理解本发明的内容。这些实施例用于说明目的，并不旨在构成限制。
实施例
通过考察处理产物相对于进料的碳转化率，对预加热单元和炭化室的效率进行评价。具体而言，以两个具有良好温度控制和气流控制功能的管式炉代表所述预加热单元和炭化室。
图1所列为各实验当中上述两室采用的处理条件(温度、时间)。
表1：预加热单元和炭化室采用的处理条件
Figure BDA0002304760710000181
初始样本的重量为6g，水分含量为67％，干重下的碳含量为19.7％。
反映该处理工艺效率的碳转化率(固态碳转化程度)可按照下式计算：
η＝(Cfeed-Ct)/(Cfeed-G∞)
其中：Cfeed为初始进料中的碳质量；Ct为时间t时回收固体中的碳质量；C∞为长时间焙烤(24小时以上)后回收固体中的碳质量。
图5所示为上述实验的碳转化率的计算结果。
计算结果表明，在相同进料(初始碳含量约20％)下，当在200℃下预加热处理30分钟，且不进行后续焙烤时，碳转化率约为60％。当预加热处理所得的干燥有机废物进一步经焙烤处理时，碳转化率将提升至90％以上，这表明预加热/焙烤组合工艺的有效性。所述焙烤室的温度优选为350～400℃，有机废物在炭化室内的平均驻留时间优选为15～30分钟。
通过计算可知，焙烤处理后的最终生物炭产物的热值约为6000kcal/kg，范围为4700～7000kcal/kg。在考虑本发明系统运行时每天所需的电能消耗后，其每天可产生83820kcal的热量。因此，本发明的方法生成的生物炭可用作良好的能源。

Claims (17)

1.一种有机废物处理系统，其特征在于，包括：
- 接收有机废物的入口；
- 与所述入口相连的破碎机，用于减小所述有机废物的尺寸；
- 对所述有机废物进行预处理的预处理室，所述预处理室包括热交换单元和预加热单元；以及
- 用于对预处理后的所述有机废物进行处理以形成生物炭的炭化室，
其中，所述系统包括用于分级加热所述有机废物的三个加热区，所述三个加热区包括温度在80℃至100℃之间且包括所述热交换单元的第一加热区、温度在100℃至320℃之间、用于加热所述有机废物且包括所述预加热单元的第二加热区和温度在280℃至450℃之间、用于焙烤所述有机废物且包括所述炭化室的第三加热区，
其中，所述系统还包括收集已形成的所述生物炭的收集室以及设于所述预处理室和所述收集室之间的热交换器，所述收集室与所述预处理室相邻。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述炭化室包括用于接收添加物的入口。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述添加物为惰性气体。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述添加物为氮气、氩气、氦气或其组合。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括对所述炭化室和所述预加热单元中包含的气体进行加热的热源。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括设于所述入口处的分离器，所述分离器用于分离出经所述入口接收的所述有机废物中的金属。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括传料装置，所述传料装置用于使经所述入口接收的所述有机废物通过所述预处理室和所述炭化室。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括温度控制器，所述温度控制器用于测量所述预处理室和所述炭化室的温度，并调节所述传料装置的速度。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述破碎机包括密封件，所述密封件用于防止任何来自所述有机废物的气味逸入大气中。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括废液收集室，所述废液收集室与所述破碎机流体连接以用于收集来自所述破碎机的废液。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述废液收集室包括用于处理废液的液体过滤系统。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括废气处理系统，所述废气处理系统与所述收集室流体连接以用于处理来自所述炭化室的废气。
13.一种使用根据权利要求1所述的系统的有机废物处理方法，其特征在于，所述方法包括：
- 将有机废物经入口提供给破碎机；
- 破碎所述有机废物，以减小所述有机废物的尺寸；
- 对所述有机废物进行加热，以提高所述有机废物的温度；以及
- 焙烤所述有机废物，以形成生物炭，
其中，所述加热包括在所述焙烤中的第三级加热前对所述有机废物进行的两级加热，所述两级加热包括在80℃至100℃下的第一级加热和在100℃至320℃下的第二级加热，所述焙烤包括在280℃至450℃下的焙烤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述焙烤包括在惰性气体存在的条件下焙烤所述有机废物。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：在所述破碎前，分离出经所述入口接收的所述有机废物中的金属。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：在液体过滤系统中处理所述破碎过程所得的废液。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：对所述焙烤过程中生成的废气进行处理。
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