CN113453811A - 一种生物废物处理系统以及与其相关联的生物废物处理方法 - Google Patents

Abstract

一种分散式生物废物处理系统，其用于通过厌氧消化(例如，基于厌氧消化的废物资源化系统)的方式来处理生物废物(即，有机物类型/基于有机物的废物，诸如粪肥、锯末和/或食物残渣)，以及一种与该生物废物处理系统相关联的生物废物处理方法。

Description

一种生物废物处理系统以及与其相关联的生物废物处理方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月18日提交的新加坡申请号10201900495U的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种通过厌氧消化(例如，基于厌氧消化的系统)的方式来处理生物废物(即，有机物类型/基于有机物的废物，诸如粪肥、锯末和/或食物残渣)的方法和系统。

背景技术

有机物类废物通常可以大量产生。有机物类废物(下文中将被称为“有机废物”)的实例可以包括食物废物和/或园艺废物。

例如，根据(新加坡)国家环境局2016年的统计报告，新加坡当年产生了约791000吨的食物废物，其中仅14％被回收，其余(即，不可回收的有机废物)等待处理。此外，2016年，产生320500吨园艺废物。

基于焚烧的处理系统(例如，焚化厂)通常用于不可回收的有机废物。然而，对于这种基于焚烧的处理系统，除了高资本和运行成本的考虑之外，还存在对环境污染(例如，来自大型焚化厂的空气和水排放)的担忧。

此外，例如食物废物的平均水分含量通常可估计为约70％-85％。明显地，这样的水分含量可能对基于焚烧的处理系统的性能(例如，焚烧效率)产生不利影响。

为了解决这种问题(即，含水分的有机废物)，可以考虑基于厌氧消化的处理系统。

然而，如上所述的传统处理系统通常采用需要收集和运输有机废物的集中处理方法。这可能会对废物处置和/或处理的成本和/或效率产生不利影响。

本公开考虑了需要改进处理有机废物的方式。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种废物资源化(waste-to-resource)系统，该系统适用于生物可降解物质(即，生物废物)的厌氧消化和资源产生(电力、热水和肥料)，该系统包含：厌氧消化器；连接至厌氧消化器的生物气发电机；循环泵，其与厌氧消化器连接并适于从厌氧消化器除去消化物并将消化物重新引入厌氧消化器以循环消化物；以及用于控制循环泵的可编程控制器，其中可编程控制器被编程为启动循环泵以在厌氧消化器内以一定间隔混合或循环消化物。

根据本公开的另一个方面，提供了一种与上述废物资源化系统相关联的生物废物处理的方法，该方法包含：(a)将水解的可生物降解物质进料至厌氧消化器中；(b)以一定间隔在厌氧消化器内进行混合和不混合消化物的切换；(d)从厌氧消化器中除去生物气；以及(d)利用生物气发电。

通过结合附图阅读以下对本发明具体实施方案的描述，本发明的其它方面和特征对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

下面结合附图对本公开的实施方案进行说明，其中：

图1示出了根据本公开的实施方案的废物资源化系统，其可以包括预处理子系统部分、处理子系统部分和后处理子系统部分；

图2示出了根据本公开的实施方案的图1的废物资源化系统的示例性实施方式，其可以包括厌氧消化器；

图3示出了根据本公开的实施方案，在图2的示例性实施方式的上下文中，后处理子系统可以包括生物气发电机以及热交换器部件和水箱部件中的一者或两者；

图4示出了根据本公开的实施方案的图2的厌氧消化器的示例性变型；以及

图5示出了根据本公开的实施方案的与图1的废物资源化系统相关联的生物废物处理的方法。

具体实施方式

本公开总体上涉及一种基于厌氧消化的废物资源化型生态系统。特别地，本公开涉及一种适合于生物废物厌氧消化的自持型(self-sustainable)废物资源化生态系统。

更具体地，本公开的方面涉及一种用于生物废物的厌氧消化以将可生物降解的有机废物(例如，食物废物、动物粪便、有机物质/材料、生物废物、生物质、废污泥、家庭生物废物和/或类似物)转化以例如生产/产生电力、热水和/或肥料的废物资源化方法。具体地，在示例性应用中，本公开考虑了可生物降解物质的管理以及电、热和/或肥料方面的资源生产。

根据本公开的一个方面，提供了一种废物资源化系统，该系统包含：厌氧消化器；连接到厌氧消化器的生物气发电机；循环泵，其与厌氧消化器连接并适于从厌氧消化器除去消化物并将消化物重新引入厌氧消化器以循环消化物；以及用于控制循环泵的可编程控制器，其中可编程控制器被编程为启动循环泵以在厌氧消化器内以一定间隔混合或循环消化物。

有利的是，与不混合或连续混合相反，间歇混合允许更有效地进行厌氧消化过程。更有效的厌氧消化过程允许厌氧消化器的尺寸高度紧凑，从而形成一种节省空间并容易控制的便携式的分散式废物资源化系统。

在各实施方案中，与厌氧消化器连接的循环泵用于间歇混合/循环的目的，使得当循环泵被启动时，它混合或循环厌氧消化器中的内容物，并且当它被关闭或停用时，厌氧消化器中的内容物不混合或循环。循环泵占用的空间比传统搅拌器(诸如转子叶片搅拌器)少得多。循环泵的使用还允许厌氧消化器的尺寸高度紧凑，从而形成一种节省空间并容易控制的便携式的分散式废物资源化系统。

在各实施方案中，可编程控制器可以预定的时间间隔被启动。在各种实施方案中，循环泵可被编程为以预定的时间间隔混合或循环厌氧消化器的内容物，该时间间隔为1至10分钟(min)的任何时间或其间的任何间歇范围。在各种实施方案中，循环泵可被编程为使厌氧消化器的内容物混合或循环1min，或2min，或3min，或4min，或5min，或6min，或7min，或8min，或9min，或10min。在各种实施方案中，在10min至59min之间的任何时间内，循环泵可以在无混合或循环的情况下关闭或停用。在各种实施方案中，循环泵可以在无混合或循环的情况下关闭或停用10min，20min，30min，40min，50min或60min。

在各种其它实施方案中，可编程控制器可被编程为以由pH范围、温度范围或压力范围确定的间隔混合或循环厌氧消化器的内容物。在这样的实施方案中，当pH、温度或压力达到某一预定值或范围时，循环泵被启动以混合或循环厌氧消化器中的内容物，并且当pH、温度或压力不再处于预定值或范围内时，循环泵被关闭或停用，导致厌氧消化器中的内容物不混合或循环。

在各种实施方案中，厌氧消化器可用于通过在使用时使水解的可生物降解的物质经历厌氧消化过程(例如，产甲烷作用)而从消化物产生生物气。

在各种实施方案中，厌氧消化器可由玻璃内衬的轻质材料形成。在各种实施方案中，轻质材料可为金属，诸如不锈钢或铝。在各种实施方案中，轻质材料可为塑料。玻璃在使用中与厌氧消化器的内含物的反应性较低，但其需要有外部覆盖物以阻挡可见光进入系统中。使用轻质材料可减轻厌氧消化器的重量，使其更易于运输或成为便携式系统。

在各种实施方案中，生物气发电机可为用于从生物气发电的发动机发电机(即，生物气发电机)。

在各种实施方案中，废物资源化系统还可包括储罐和与废物储罐连接的搅拌机(blender)，其中废物储罐通过其入口与厌氧消化器连接。

在各种实施方案中，搅拌机用于通过使可生物降解物质经受例如研磨过程而将可生物降解物质转化成小片。这样的实施方案具有以下优点：已经被混合、研磨、切成更小片的废物具有更大的用于消化的表面积，并允许厌氧消化器的尺寸高度紧凑，从而形成一种节省空间的便携式的分散式废物资源化系统。

在各种实施方案中，废物储罐(即，混合器)用于通过使可生物降解物质经受例如水解和/或产酸而储存并水解来自共混的可生物降解物质的可生物降解物质。

在各种实施方案中，废物储罐通过进料泵连接至厌氧消化器，用于将水解的生物可降解物质通过入口转移至厌氧消化器。

在各种实施方案中，废物资源化系统还可包含一个或多个外部包裹厌氧消化器的水套。在各种实施方案中，热水可流过该一个或多个水套以将厌氧消化器从约50℃加热至约80℃，或50℃至80℃之间，或从约50℃加热至约70℃，或从约55℃加热至约65℃。在这样的实施方案中，该一个或多个水套可包含一个或多个加热元件。这允许一个或多个水套将厌氧消化器加热至以上所列的任何一个温度。

在各种实施方案中，废物资源化系统还包含太阳能加热系统以加热厌氧消化器。在各种实施方案中，太阳能加热系统可被配置或适于加热厌氧消化器。这允许厌氧消化器被直接加热到以上所列的任何一种温度。在各种其它实施方案中，太阳能加热系统可被配置成经由一个或多个水套的一个或多个加热元件加热厌氧消化器。这允许一个或多个水套将厌氧消化器加热至以上所列的任何一种温度。

在各种实施方案中，废物资源化系统还可包含位于厌氧消化器和生物气发电机之间的生物气储罐。在各种实施方案中，生物气泵可用于将生物气转移至生物气储罐中。

在各种实施方案中，废物资源化系统还可包含位于厌氧消化器和生物气储罐之间的一个或多个除气罐。

在各种实施方案中，所述一个或多个除气罐可包含第一除气罐(例如，用于从生物气除去H₂O)。H₂O可作为蒸汽除去。蒸汽可被冷凝。可使H₂O穿过一个或多个水套以加热如上文所述的厌氧消化器。

在各种实施方案中，一个或多个除气罐可包含第二除气罐(例如，用于从生物气除去H₂S)。

在各种实施方案中，废物储罐还可包含混合器。在各种实施方案中，混合器可包括示例性形式的混合设备，该混合设备为多个侧向延伸的叶片，其可由电机可旋转地驱动。

在各种实施方案中，废物资源化系统还包含厌氧消化器中的至少一个传感器，用于测量酸度、温度和/或压力。

在各种实施方案中，废物资源化系统还包含热交换器部件以回收废热用于例如生产热水。

在各种实施方案中，废物资源化系统还包含由厌氧消化器和生物气储罐中的每一者携带的安全阀。

在各种实施方案中，废物资源化系统还包含与生物气储罐连接的生物气压缩机。

在各种实施方案中，废物资源化系统可以例如包括：

·废物分类子系统

·搅拌机，其用于通过使可生物降解物质经受例如研磨过程而将可生物降解物质转化成小片

·有机废物储罐(即，混合器)，其用于通过使可生物降解物质经受例如水解和/或产酸而储存和水解来自共混的可生物降解物质的可生物降解物质。该混合器可以包括以多个侧向延伸的叶片为示例性形式的混合设备，这些叶片可以由电机可旋转地驱动

·进料泵，其用于将水解的可生物降解物质转移至厌氧消化器

·厌氧消化器，其用于从水解的可生物降解物质产生生物气，使可生物降解物质经受厌氧消化过程(例如，产甲烷)。厌氧消化器可以例如包括一个或多个水套

·第一去除罐(例如，用于从生物气中除去H₂O)

·第二去除罐(例如，用于从生物气中除去H₂S)

·生物气泵，其用于将生物气转移至生物气储罐中

·生物气储罐，其用于储存生物气

·发动机发电机，其用于从生物气发电(即，生物气发电机)

·热交换器部件，其用于回收废热例如产生热水

·太阳能加热系统(即，太阳能电池板的排列)，其用于将厌氧消化器加热至中/高温。例如，为了反应器加热的目的，太阳能电池板可以连接至厌氧消化器的水套/与厌氧消化器的水套连接。

在一个示例性布置中，废物分类机、搅拌机、有机废物储罐、进料泵、厌氧消化器、第一去除罐(即，H₂O去除器)、第二去除罐(即，H₂S去除器)、生物气泵、生物气储罐、发动机发电机和热交换器部件可以依次顺序地定位。

此外，在一个实施方案中，废物资源化系统可以包括至少一个安全阀和至少一个压力计中的一者或两者。具体地，厌氧消化器和生物气储罐中的每一者可携带至少一个安全阀。此外，厌氧消化器和生物气储罐中的每一者可携带至少一个压力计。

在另一实施方案中，废物资源化系统可以包括控制面板，该控制面板可以被配置成控制废物资源化系统的操作过程。

在又一实施方案中，废物资源化系统可以包括可由厌氧消化器携带的一个或多个传感器。传感器可以与控制面板结合用于测量酸度(即，pH)、温度和/或压力。

在又一实施方案中，废物资源化系统可以包括可用于记录/测量功率的电表。该电表可以耦合至发动机发电机。在一个示例中，电表可以位于发动机发电机之后。

根据本公开的另一方面，提供了一种生物废物处理的方法，其包含：(a)将水解的可生物降解物质进料至厌氧消化器中；(b)以一定间隔在厌氧消化器内在混合和不混合消化物之间切换；(d)从厌氧消化器中除去生物气；(d)利用生物气发电。

在各种实施方案中，该方法包含研磨可生物降解物质；以及在将水解的可生物降解物质进料至厌氧消化器中之前将其水解。

在各种实施方案中，可生物降解物质被研磨成较小的尺寸，诸如1mm至5mm。较小的片具有更大的用于消化的表面积，并允许厌氧消化器的尺寸高度紧凑，从而形成一种节省空间的便携式的分散式废物资源化系统。

在各种实施方案中，水解包含混合。

在各种实施方案中，该方法还包含加热厌氧消化器。在各种实施方案中，加热厌氧消化器可包含将厌氧消化器从约50℃加热至约80℃，或在50℃与80℃之间，或从约50℃加热至约70℃，或从约55℃加热至约65℃。当厌氧消化在约50℃至约80℃进行时，效率更高。更有效的厌氧消化过程允许厌氧消化器的尺寸高度紧凑，从而产生一种节省空间并容易控制的便携式的分散式废物资源化系统。

在各种实施方案中，该方法还包含储存生物气。当较大体积的可生物降解物质移动通过该系统时，则有可能连续运行发电机并且不需要储存。然而，在一些实施方案中，当在该方法中使用的可生物降解物质的体积小于50kg/天时，可能需要储存生物气以确保存在足够的生物气来发电。

在各种实施方案中，该方法还包括纯化生物气。在各种实施方案中，纯化生物气包括从生物气中除去一种或多种杂质(诸如H₂S和水分)以产生纯化的生物气。在一个实施方案中，可提供生物气储罐用于储存纯化的生物气。

在各种实施方案中，间隔为基于预定时间的间隔。在各种实施方案中，循环泵可被编程为以预定的时间间隔启动。在各种实施方案中，循环泵可被编程为以基于预定时间的间隔混合或循环厌氧消化器的内容物，该时间间隔为1至10分钟(min)的任何时间或其间的任何间歇范围。在各种实施方案中，对于混合，基于预定时间的间隔为1min，或2min，或3min，或4min，或5min，或6min，或7min，或8min，或9min，或10min。在各种实施方案中，对于不混合或循环，基于预定时间的间隔为10min至59min之间的任何时间。在各种实施方案中，对于不混合或循环，基于预定时间的间隔为10min，20min，30min，40min，50min或60min。

在各种实施方案中，间隔是基于传感器范围计算的，其中当从传感器计算的值达到预定范围时，循环泵被编程以启动以在厌氧消化器内混合消化物，并且当从传感器计算的值在预定范围之外时，循环泵被编程以不混合或停用。

总体上，本公开设想了一种废物资源化系统(即，适用于生物可降解物质的厌氧消化)，其可以包括以下子系统中的任一个或任意组合：

·废物分类子系统

·预处理子系统，其用于由可生物降解物质生产共混废物

·厌氧消化子系统，其用于由共混的可生物降解物质生产生物气

·生物气净化子系统，用于从生物气中除去一种或多种杂质(诸如H₂S和水分)以产生净化的生物气。在一个实施方案中，可以提供生物气储罐用于储存纯化的生物气

·发动机发电子系统，其用于生产例如电力

·热回收子系统，其用于从热废气回收热量

·肥料产生子系统

·太阳能加热子系统，其用于反应堆加热

优选地，废物资源化系统可以是集成式厌氧消化废物资源化系统。

本公开设想了集成式厌氧消化废物资源化系统可以是高度紧凑的分散式废物资源化系统，其可用于原位生物废物处理。这可以促进成本节约和/或效率，因为废物运输和处理可以被最小化和/或流水线化。此外，预期高度紧凑的分散式废物资源化系统通常可与小的占地相关联，从而节省空间并产生一种易于控制的厌氧环境，其用于富集厌氧微生物。

下面将参照图1至图5更详细地讨论上述内容。

参照图1，示出了根据本公开的实施方案的废物资源化系统100。

废物资源化系统100可以包括预处理子系统部分102、处理子系统部分104和后处理子系统部分106。

预处理子系统部分102可以耦合至处理子系统部分104。处理子系统部分104可以耦合至后处理子系统部分106。此外，处理子系统部分104可以与上述厌氧消化子系统和生物气纯化子系统中的一者或两者相关联。在一个实施方案中，处理子系统部分104可以进一步与上述太阳能加热子系统相关联。另外，后处理子系统部分106可与上述发动机发电子系统、热回收子系统、肥料产生子系统中的任一者或其任意组合相关联。

预处理子系统部分102可以被配置成从废物分类子系统(未示出)(其可以被配置成将生物废物与一般废物分离)接收生物废物(例如，经由进料器20)，并对所接收的生物废物进行预处理过程以产生经预处理的生物废物。

在一个实例中，该预处理过程可以包括研磨所接收的生物废物，使得所接收的生物废物可以被压碎以产生经压碎的生物废物。具体地，所接收的生物废物可以被压碎成与最初接收时相比在尺寸上更小(即，与压碎的生物废物的尺寸相比，最初接收的生物废物的尺寸可以在尺寸上更大)。

在另一实例中，该预处理过程可以包括以使得可生物降解物质均质化的方式将压碎的生物废物混合。具体地，压碎的生物废物可以例如以产生均质化的生物废物的方式进一步处理。

在这点上，预处理过程可以例如包括研磨过程(即，以产生经压碎的生物废物)和混合过程(即，以产生经均质化的生物废物)中的一者或两者。

明显地，预处理子系统部分102可以被配置成进行例如研磨过程(即，以产生经压碎的生物废物)和混合过程(即，以产生经均质化的生物废物)中的一者或两者。在一个实施方案中，所接收的生物废物可以经由研磨过程来处理以产生经压碎的生物废物，并且经压碎的生物废物可以经由混合过程来处理以产生经均质化的生物废物。

进一步明显地，预处理的生物废物可以例如包括经压碎的生物废物和均质化的生物废物中的一种或两种。

经预处理的生物废物可以从预处理子系统部分102传送到处理子系统部分104用于进一步处理。

在一个实施方案中，处理子系统部分104可以被配置成用于接收并以产生一种或多种产品的方式进一步处理经预处理的生物废物。具体地，处理子系统部分104可以被配置成对所接收的经预处理的生物废物进行处理过程以产生一种或多种产品。

在一个实例中，该处理过程可以包括对所接收的经预处理的生物废物进行厌氧消化(例如，湿式厌氧消化)以产生生物气。在另一实例中，该处理过程可以包括纯化所产生的生物气以产生纯化的生物气。

在这点上，处理过程可以包括厌氧消化过程(即，以产生生物气)和纯化过程(即，以产生纯化的生物气)中的一者或两者。

在一个示例中，处理子系统部分104可以包括厌氧消化子系统(未示出)(其可以配置成进行厌氧消化过程)和/或生物气纯化子系统(未示出)(其可以配置成进行纯化过程)。

明显地，处理子系统部分104可以配置为进行厌氧消化过程(即，以产生生物气)和纯化过程(即，以产生纯化的生物气)中的一者或两者。在一个实施方案中，所接收的经预处理的生物废物可以通过厌氧消化过程进一步处理以产生生物气，并且所产生的生物气可以通过纯化过程进一步处理以产生纯化的生物气。

进一步明显地，所产生的产品可以包括生物气和纯化的生物气中的一者或两者。该产品可以进一步被传送到后处理子系统部分106。作为一种选择，如稍后将进一步详细讨论的，产品可以在传送到后处理子系统部分106之前被储存。

后处理子系统部分106可以被配置成接收产品(即，生物气和/或纯化的生物气)并将其转化为可用的能源(例如，电能)。

现在将在下文中参考图2在示例性实现的上下文中更详细地讨论前述内容。

图2示出了根据本公开的实施方案的废物资源化系统100的示例性实施方式200。

在示例性实施方式200中，预处理子系统部分102可以包括搅拌机202和混合器204。预处理子系统部分102还可以包括进料泵206。搅拌机202可以耦合至混合器204。混合器204可耦合至进料泵206。

此外，在示例性实施方式200中，处理子系统部分104可以包括厌氧消化器208、循环泵210、第一去除罐212和第二去除罐214。处理子系统部分104还可以包括生物气压缩机216和生物气储罐218。厌氧消化器208可耦合至循环泵210，由可编程控制器(未示出)控制。厌氧消化器208可以经由管道和/或泵耦合至第一去除罐212。第一去除罐212可以耦合至第二去除罐214。第二去除罐214可以耦合至生物气压缩机216。生物气压缩机216可耦合至生物气储罐218。

此外，在示例性实施方式200中，后处理子系统部分106可以包括生物气发电机220。后处理子系统部分106将在后面参考图3更详细地讨论。

通常，进料泵206可以耦合至厌氧消化器208，且生物气储罐218可以耦合至生物气发电机220。因此，如先前参考图1所讨论的，预处理子系统部分102可以耦合至处理子系统部分104(即，经由进料泵206)并且处理子系统部分104可以耦合至后处理子系统部分106(即，经由生物气储罐218)。

现在将依次在以下的示例性操作和示例性布置的上下文中更详细地讨论示例性实施方式200。

关于示例性操作，生物废物可以被进料至搅拌机202(例如，经由进料器20)以通过研磨过程的方式进行处理。在搅拌机202中完成研磨过程(即，以产生压碎的生物废物)之后，搅拌机202中的可生物降解物质(即，压碎的生物废物)可以被转移(即，传送)至混合器204以用于混合和储存中的一者或两者(例如，混合器204可以是混合设备10和有机废物储罐的组合的形式，其中混合设备10可以被布置在有机废物储罐内)。在混合器204随后完成混合过程(即，以产生均质化的生物废物)之后，混合器204携带的可生物降解物质(即，均质化的生物废物)经由进料泵206可以被转移(即，传送)至厌氧消化器208，用于进行厌氧消化过程(即，产生生物气)。在厌氧消化过程中，由可编程控制器(未示出)控制的循环泵210可用于在厌氧消化器208内进行循环/混合消化物的功能。

此外，在一个实施方案中，消化物可以在厌氧消化过程中产生并且可以经由循环泵210从废物资源化系统100传送。本公开预期这种消化物可用作肥料。具体地，本公开设想这种消化物(即，从循环泵210传送的产品)可在后处理之后用作肥料。通常，后处理可以包括诸如脱水、加热和/或干燥的过程。例如，上述消化物可通过离心分离器(未示出)脱水以形成液体肥料和固体肥料。来自例如生物气发电机220的废热(即，副产品)可用于在液体消化液用作液体肥料之前加热液体消化液以杀死细菌性病原体。固体肥料可以例如通过来自例如生物气发电机220的废热干燥以形成/产生粉状肥料。

在厌氧消化器208中后续完成厌氧消化过程之后，厌氧消化器208中的生物气可以被转移(即，传送)至第一去除罐212(例如，用于除去H₂O)和第二去除罐214(例如，用于除去H₂S)以进行纯化过程，从而产生纯化的生物气(即，除去生物气中的H₂S和H₂O组分)。纯化过程完成后，经纯化的生物气可以通过生物气压缩机216转移(即，传送)至生物气储罐218进行储存。可以将纯化的生物气从生物气储罐218转移(即，传送)至生物气发电机220用于发电。

此外，关于示例性操作，在一个实施方案中，在将生物废物进料或装载到废物资源化系统100的过程中，搅拌机202可以向进料器20(例如，生物废物可以从其进料至搅拌机202的源)打开。混合器202可以通过合适的开口、导管或管道机构连接至混合器204，其中开口可以被配置为将处理过的生物废物从混合器202排空至混合器204。具体地，在搅拌机202处的研磨过程之后，在搅拌机202中搅拌/压碎/研磨的生物废物可以经由阀门的开口被转移至混合器204。该开口可以被手动或自动地启动(即，打开或关闭)。

另外，关于示例性操作，混合器204可配置为在进料泵206配置为将预处理的生物废物转移至厌氧消化器208之前操作数分钟。由于固体生物废物可以沉降在混合器204的底部，所以本公开设想这样做可以提供均匀进料的优点和/或防止过载(即，生物废物的过载)的进一步优点。

此外，关于示例性操作，混合器204可通过合适的管道连接至进料泵206，其中可控制这种合适的管道的打开以将预处理的生物废物从混合器204排空至厌氧消化器208。这种合适的管道的打开可以使用计算机领域的普通技术人员已知的通用控制面板自动或手动地启动(即，打开或关闭)。这种机构的一个示例是位于控制面板中的继电器。该继电器在被激活时允许启动进料泵206以将预处理的生物废物从混合器204转移至厌氧消化器208。

此外，关于示例性操作，厌氧消化器208通常可以被配置用于进行生物气生产的厌氧消化过程。更具体地，厌氧消化器208可以被配置用于由预处理的生物废物(例如，水解的可生物降解物质)产生生物气。在一个实施方案中，厌氧消化器208可以包括安全阀(例如，位于厌氧消化器208顶部的安全阀30)，用于在厌氧消化器208内产生生物气时降低厌氧消化器208爆炸的风险。更具体地，安全阀30可用作安全机构(即，用于在例如生物气从厌氧消化器208进入第一去除罐212被无意阻塞的情况下防止厌氧消化器208内积聚过度压力)。

此外，关于示例性操作，生物气压缩机216可用于将纯化的生物气转移至生物气储罐218。更具体地，生物气压缩机216可被配置为当一个或多个前述部件/元件(例如，厌氧消化器208内的部件/元件)内的压力达到一定/预定水平时开始将纯化的生物气转移至生物气储罐218。相反，当压力(例如，厌氧消化器208内的压力)下降到某一/预定水平时，生物气压缩器216可被配置为停止将纯化的生物气转移至生物气储罐218。在一个实施方案中，生物气储罐218可以包括安全阀(例如，位于生物气储存罐218的顶部的安全阀40)，用于降低罐爆炸的风险，因为纯化的生物气可以储存在生物气储罐218内。更具体地，安全阀40可用作安全机构以例如防止生物气储罐218内的压力过度积聚。

另外，关于示例性操作，生物气发电机220可以被配置为将从生物气储罐218传送的纯化生物气转化为电能。例如，在生物气储罐218达到(即，纯化的生物气)最大储存容量后，储存在生物气储罐218中的纯化的生物气可以经由安全阀和流量控制阀被传送至生物气发电机220用于发电。生物气发电机220可以包括开口，其可以被手动或自动地启动(即，打开或关闭)。

以上一般地在示例性操作的上下文中讨论了示例性实施方式200。

现在将在下文中在示例性布置的上下文中更详细地一般性地讨论该示例性实施方式。

关于示例性布置，搅拌机202、混合器204、进料泵206、厌氧消化器208、循环泵210、第一去除罐212、第二去除罐214、生物气压缩机216、生物气储罐218和生物气发电机220可连续地由20英尺容器承载(例如，设置在其内)。具体地，搅拌机202可以位于混合器204之前，混合器204可以位于进料泵206之前，进料泵206可以位于厌氧消化器208之前，循环泵210可以位于厌氧消化器208的附近/底部，厌氧消化器208可以位于第一去除罐212之前，第一去除罐212可以位于第二去除罐214之前，第二去除罐214可以位于生物气压缩机216之前，生物气压缩机216可以位于生物气储罐218之前，生物气储罐218可以位于生物气发电机220之前。

如前所述，根据本公开的实施方案，后处理子系统部分106可以包括生物气发电机220。根据本公开的实施方案，本公开预期后处理子系统部分106还可以包括，如图3所示，热交换器部件302和水箱部件304中的一者或两者。

如图所示，生物气发电机220可以耦合至热交换器部件302，而热交换器部件302可以耦合至水箱部件304。

热交换器部件302可以被配置成回收与废气排放物相关联的废热。此外，水箱部件304可携带冷水，该冷水可以被传送至热交换器部件302(例如，泵送)，以从废气排放物中吸收热量。然后，传送的水可以被加热并储存在水箱部件304中。

图4示出了根据本公开的实施方案的图2的厌氧消化器208的示例性变型400。

关于示例性变型400，厌氧消化器208可以包括太阳能电池板402的布置。具体地，厌氧消化器208可以被配置为承载太阳能电池板402的布置。

太阳能电池板402的布置可用于促进自加热。太阳能电池板402的布置还可用于提高有机负载率和/或甲烷产率。

在一个实施方案中，考虑到太阳能电池板402的布置，本公开设想处理子系统部分104可以被认为是自加热子系统(即，自持子系统)。在这点上，太阳能电池板402的布置可以被认为与上述太阳能加热子系统相关联。

例如，厌氧消化器208可以包括一个或多个水套209，并且太阳能电池板402的布置可以被配置为加热水套。在这点上，由水套携带的水可以例如被加热以产生热水。

在一个实施方案中，太阳能电池板402的布置可以承载在处理子系统部分104的一部分之上(例如，在厌氧消化器208之上)，并且水套209可以在外部包裹消化器208周围。热水可将厌氧消化器208加热至约55-60℃-这可促进厌氧消化器208中的某些微生物的活性增加，从而允许微生物以相对较快的速率(即，与厌氧消化器208未被热水加热时相比)将生物废物(例如，食物废物)转化为生物气。

例如，太阳能电池板402的布置可以通过转换器(未示出)连接到厌氧消化器208的水套209/与厌氧消化器208的水套209连接。可以有一个或多个加热元件(未示出)(例如，四个加热棒)，这些加热元件由水套承载(例如，位于水套内)。更具体地，太阳能电池板402的布置可以被配置成产生基于直流的电力(即，DC电力)，其又可以被转换为基于交流的电力(即，AC电力)。为了反应器加热的目的，AC电力可以用于加热加热元件(例如，在水套209内携带的加热元件)。

在又一实施方案中，废物资源化系统100可以包括由厌氧消化器208承载的一个或多个传感器211。传感器211可以与控制板(未示出)结合用于测量酸度(即，pH)、温度和/或压力。在又一实施方案中，传感器211可以与可编程控制器(未示出)结合用于启动或停用循环泵210。

鉴于上述讨论，可以理解的是，厌氧消化通常可被认为与微生物在不存在氧气的情况下分解可生物降解材料(即，生物废物)的一系列过程有关。在厌氧消化过程中，可生物降解物质可被厌氧菌分解，产生气态副产品(即，生物气)。生物气通常可包括甲烷、二氧化碳和硫化氢。厌氧消化可自然发生，但也可用于工业或家庭应用诸如废物管理和/或燃料生产。在各种工业环境中，厌氧消化可用于处理可生物降解物质/材料，诸如有机物质、生物废物、生物质、家庭生物废物、食物废物和/或类似物，并由此产生生物气。如先前所讨论的，厌氧消化可以在称为厌氧消化器的装置(即，图2的厌氧消化器208)中进行，其可在厌氧细菌和热存在下的情况下，在无氧环境中处理/加工可生物降解物质(即，生物废物)。

本公开考虑了常规的集中式厌氧消化废物资源化方法通常不利于空间效率，因为与常规厌氧消化系统相关联的尺寸将必须增加以便提高效率。此外，这样的常规厌氧消化系统通常是低效的(例如，可能需要额外的生物废物运输，以及与这种额外运输相关的成本)。

明显地，本公开的废物资源化系统100是利用湿式厌氧消化、高固体厌氧消化、生物气纯化和内燃机动力技术的分布式、高度紧凑的基于混合厌氧消化的废物资源化系统。自加热特征(即，太阳能电池板402的布置)可以潜在地提高生物可降解物质(诸如具有高固体含量的食物废物)的厌氧消化过程的效率，从而提高生物气产量并节约能源。因此，在生物可降解物质的处理或加工中存在很高生物气潜能，即在厌氧过程结束时产生更大量的有用材料(例如生物气)，并减少废污泥或残留废物。

此外，本公开设想单元/部件/元件(例如，高效厌氧消化器208和/或其它单元，诸如第一去除罐212)可以以使得废物资源化系统100系统所需的总空间(和体积)可以减少的方式集成在例如容器内。因此，明显的是，废物资源化系统100可以具有更小的占地面积，使得其可以潜在地用于空间有限的位置/地点。

在这点上，在废物资源化系统100可以位于废物产生的位置的意义上，废物资源化系统100可以是分散的(即，废物资源化系统100可以位于/实施在废物源的位置处)。这与传统的集中式系统形成对比，在传统的集中式系统中，食物废物必须被收集(即，从产生这种食物废物的地点)并将其送至集中式系统进行处理。因此，废物资源化系统100可在本地(即，在生物废物的生产地点)使用。例如，废物资源化系统100可以位于/实现在食品和饮料地点/场所(例如，小贩中心和/或餐馆等)中，从而减轻对收集和运输食物废物以进行进一步处理的需要。

应当理解，废物资源化系统100可以是具有高效率和/或多生产能力的分布式且高度紧凑的基于混合厌氧消化的废物资源化系统。具体地，废物资源化系统100可涉及能够为有机废物处理提供有前景的解决方案的组合紧凑系统。此外，为了提高废物资源化系统100的效率，可以实施/进行不同有机废物的共消化。废物资源化系统100还可以与减少废物运输需求和与其相关联的成本的潜力相关联，并且还与资本投资需求相关联。

可以基于示例性参数来对废物资源化系统100的性能进行基准测试。该示例性参数可以例如是甲烷产量。

基于在示例性实施方式200的上下文中进行的实验，由厌氧消化器208产生的生物气的平均具有61％的甲烷成分。有可能除去几乎100％的H₂S。在实验过程中，生物气储罐218中的CH₄成分保持在60％以上。

当废物资源化系统100完全运行时，从第37天开始读取产生的气体量的读数。可以观察到，无论何时增加负载，在前几个负载期间甲烷产率均会降低。然后将比甲烷产率增加至并保持在约0.55-0.60L CH4/g VS。较高负载(20和30kg)的甲烷产率略低于较低负载(10kg)的甲烷产率；然而，没有观察到显著的降低，表明反应器尚未达到其最大有机负载率(OLR)。平均比甲烷产率可以总结如下：

与已知值相比，根据本公开的实验，甲烷产率相对较高。如以上可以注意到的，最高值为0.73L CH4/g VS，采用单级反应器(即，厌氧消化器208)，同时使用果实种子(其富含蛋白质)作为进料(即，进料至搅拌机202的生物废物)。本公开预期显著高的甲烷产率可归因于原料组合物。例如，当收集的食物废物(即，生物废物)含有大量的肉类和豆制品(即，其富含具有高甲烷生成潜力的蛋白质)时，1吨食物废物可以潜在地产生200-400kwh的电力。

图5示出了根据本公开的实施方案的与废物资源化系统100相关联的生物废物处理方法500。

生物废物处理方法500可以包括进料步骤502、预处理步骤504、处理步骤506和后处理步骤508。

关于进料步骤502，生物废物可以经由进料器(即，图2的标签20)进料至废物资源化系统100。

关于预处理步骤504，生物废物可以以前面讨论的相对于预处理子系统部分102研磨可生物降解物质的方式来加工/处理，以产生经预处理的生物废物。

关于处理步骤506，经预处理的生物废物可以以前面讨论的关于处理子系统部分104间歇地混合和/或加热的方式加工/处理，以产生一种或多种产品(例如，生物气和/或纯化的生物气)。

关于后处理步骤508，产品可以以前面讨论的关于后处理子系统部分106发电的方式转化为可用能源(例如，电能)。

本领域技术人员还应当理解，上述特征的变化和组合可以组合(而不是替换或替代)，以形成另外的实施方案。

在一个实例中，可生物降解物质可以包括食物废物或家庭废物的有机基质，其可以被选择并研磨成小颗粒。因此，对于本领域普通技术人员显而易见的是，厌氧消化过程不仅可以应用于家庭生物废物的厌氧消化，而且可以进一步应用于产生有机废物的其他设施中。

在另一个实例中，预处理过程还可以包括另外的过程，其中可以将接种物添加至生物废物(例如，食物废物)中以在其中植入微生物或厌氧细菌。

在又一实例中，由混合器204携带的生物废物可以经受化学水解过程。具体地，由混合器204携带的生物废物可以经受厌氧消化过程的学水解过程。在水解过程中，水解的生物废物(即，可生物降解物质)可以由可生物降解物质产生。更具体地，生物废物(即，可生物降解物质)中的大分子有机物可转化为水解的可生物降解物质的较小分子物质和有机酸。可生物降解物质和所得水解的可生物降解物质在混合器204中的停留时间可以例如长达1天。在厌氧消化过程的混合器204处进行化学水解过程之后，混合器204中的酸化的可生物降解物质可经由进料泵206转移至厌氧消化器208。通常认为水解的可生物降解物质将变得更易溶解。

在又一实例中，早先提及第一去除罐212可(例如)用于除去H₂O，而第二去除罐214可(例如)用于除去H₂S。可以理解，第一去除罐212可以例如用于除去H₂S，而第二去除罐214可以例如用于除去H₂O。

在另外的实例中，废物资源化系统100可以包括可编程控制器，诸如自动计算机控制系统(未示出)，其可以被配置为执行智能数据记录和通信(例如，传输)。本公开设想该自动计算机控制系统可用于促进废物资源化系统100的操作的简易性和/或用于在例如厌氧消化器208内的环境变化的情况下促进智能控制。

在又一个另外的实例中，废物资源化系统100可以包括气密控制系统(未示出)，其可以促进废物资源化系统100的用户的无味体验。例如，后处理子系统部分106的一个或多个部分可以与气密控制系统相关联。

此外，在另一个另外的实例中，废物资源化系统100可以包括至少一个安全阀(即，图2中的标记30和40)和至少一个压力计中的一者或两者。具体地，厌氧消化器和生物气储罐中的每一者均可携带至少一个安全阀。此外，厌氧消化器和生物气储罐中的每一者可携带至少一个压力计(未示出)。另外，混合器204可以包括混合设备(即，图2中的标签10)，其示例性形式为多个侧向延伸的叶片，这些叶片可以由电机(未示出)可旋转地驱动。

以上述方式，描述了用于解决上述缺点中的至少一个的本公开的各种实施方案。此类实施方案旨在由所附权利要求书涵盖，并且不限于如此描述的部件的特定形式或布置，并且鉴于本公开内容，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以进行多种改变和/或修改，这些改变和/或修改也旨在由所附权利要求书涵盖。

Claims (20)

1.一种废物资源化系统，其包含：

厌氧消化器；

生物气发电机，其连接至所述厌氧消化器；

循环泵，其与所述厌氧消化器连接并适于从所述厌氧消化器除去消化物并将所述消化物重新引入所述厌氧消化器以循环所述消化物；以及

可编程控制器，其用于控制所述循环泵，其中所述可编程控制器被编程为启动所述循环泵，以在所述厌氧消化器内按间隔混合或循环所述消化物。

2.根据权利要求1所述的废物资源化系统，其还包含废物储罐和搅拌机，所述搅拌机耦合至所述废物储罐，其中所述废物储罐经由其入口连接至所述厌氧消化器。

3.根据权利要求1或2所述的废物资源化系统，其还包含一个或多个水套，所述水套从外部包裹在所述厌氧消化器周围。

4.根据权利要求3所述的废物资源化系统，其中所述一个或多个水套包含一个或多个加热元件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的废物资源化系统，其还包含适于加热所述厌氧消化器的太阳能加热系统。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的废物资源化系统，其还包含生物气储罐，所述生物气储罐位于所述厌氧消化器和所述生物气发电机之间。

7.根据权利要求6所述的废物资源化系统，其还包含一个或多个除气罐，所述除气罐位于所述厌氧消化器与所述生物气储罐之间。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的废物资源化系统，其中所述废物储罐还包含混合器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的废物资源化系统，其还包含在所述厌氧消化器中的至少一个传感器，所述传感器用于测量酸度、温度和/或压力。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的废物资源化系统，其还包含安全阀，所述安全阀由所述厌氧消化器和所述生物气储罐中的每一者配备。

11.根据权利要求6至9中任一项所述的废物资源化系统，其还包含生物气压缩机，所述生物气压缩机耦合至所述生物气储罐。

12.一种生物废物处理方法，其包括：

将水解的可生物降解物质进料至厌氧消化器；

按间隔在所述厌氧消化器内进行混合和不混合消化物之间的切换；

从所述厌氧消化器中除去生物气；以及

用所述生物气发电。

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括研磨可生物降解物质；以及水解可生物降解物质，然后将水解的可生物降解物质进料至所述厌氧消化器中。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其还包括加热所述厌氧消化器。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其还包括储存所述生物气。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其还包括纯化所述生物气。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其还包括压缩所述生物气。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中水解还包括混合。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中所述间隔为基于预定时间的间隔。

20.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中所述间隔是基于传感器范围计算的，其中当从传感器计算的值达到预定范围时，循环泵被编程以启动以在厌氧消化器内混合消化物，并且当从传感器计算的值在预定范围之外时，循环泵被编程以停用。

Images