CN114804564A - 从自沼气厂获得的沼渣中移除固体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种从自沼气厂获得的沼渣中移除固体的方法以提供清洁的液体相的方法。该方法包括步骤a)：在倾析器离心机中从沼渣中分离液体相和固体相，其中所述沼渣是来自沼气厂的废产物，其中已经从有机废料生产了沼气，以及步骤b)：在盘堆叠离心分离器中从在步骤a)中获得的液体相中分离重相和液体轻相，从而提供清洁的液体相。

Description

从自沼气厂获得的沼渣中移除固体的方法

技术领域

本发明涉及沼气生产的领域，更特别地涉及用于从自沼气厂获得的沼渣(digestate)中移除固体的方法。

背景技术

动物养殖场(诸如猪养殖场)生产大量的粪肥。一种用于减少在动物生产中导致的营养物质的损失的技术是从粪肥生产沼气(通常经由厌氧消化过程)。然后，生产的沼气可提供用于动物养殖场的“绿色能量”，即，可在电功率发生器中作为用于功率生产的热量来使用。

然而，即使在沼气生产后，还存在大量剩余的沼渣，即，包含大量液体物质的浆料。为了从液体中移除固体，可将絮凝剂添加到沼渣，随后在倾析器离心机中进行处理。絮凝是聚合物在絮凝体之间形成桥并且使固体微粒结合成更容易分离的大团或大块的反应。在倾析器离心机中处理后，应用膜生物反应器系统(MBR系统)中的复杂过程以用于从液体中移除剩余的固体部分。

然而，在本领域中存在着对于从自有机废物的沼气生产后获得的沼渣中移除固体的改进方法的需要，该方法更环境友好，并且简化了MBR系统中的处理。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地克服现有技术中的一个或多个限制。特别地，本发明的目的在于提供一种用于从自沼气厂获得的沼渣中移除固体的方法。

作为本发明的第一方面，提供了一种从自沼气厂获得的沼渣中移除固体以提供清洁的液体相的方法，其中该方法包括以下步骤：

a) 在倾析器离心机中从沼渣中分离液体相和固体相，其中所述沼渣是来自沼气厂的废产物，其中已经从有机废料生产了沼气；

b) 在盘堆叠离心分离器中从在步骤a)中获得的液体相中分离重相和液体轻相，从而提供清洁的液体相。

因此，沼渣是在沼气厂中的厌氧消化后(即，沼气在沼气生产设施中的生产后)剩余的有机废物的液体浆料。因此，沼渣包括带有悬浮固体的大量废水。

倾析器离心机(也被称为固体转筒离心机)从沼渣中的液体中连续地分离固体物质。在倾析器离心机中，沼渣被泵入旋转的水平转筒中。转筒的快速旋转生成离心力，该离心力将带有较高密度的固体微粒聚集在转筒的壁上。固体相由螺旋输送器输送到转筒的端部，固体相从那里排出。分离的液体相可例如通过内部向心泵从转筒排出。例如，倾析器离心机可为如US 9962715中公开的那样。

盘堆叠离心分离器布置成用于使固体和一种或两种液体相在单个连续过程中彼此分离(使用极其高的离心力，诸如5000G以上)。当密度较大的固体受到这样的力时，它们被迫向外抵靠旋转转筒壁，而密度较小的液体相形成同心的内层。插入特殊板(“盘堆叠”)提供了附加的表面澄清区域，其有助于显著地加速分离过程。取决于分离器类型和特定应用中所涉及的固体的量，由微粒形成的浓缩的固体相可被连续地、间歇地或手动地移除。

盘堆叠离心分离器至少将从倾析器离心机中排出的液体相分离成重相(其因此可包含固体)和液体轻相。液体轻相具有比液体重相更低的密度。

盘堆叠的盘可为截头圆锥盘，即，具有形成分离盘的截头圆锥部分的分离表面。然而，还构思了轴向盘。堆叠的分离盘可例如由金属制成。

在盘堆叠离心分离器中分离的液体轻相为来自沼渣的清洁的液体相，并且可在下游进一步处理。清洁的液体相可具有小于10%的悬浮固体成分。

本发明的第一方面基于下列理解：盘堆叠离心分离器对于沼渣在倾析器离心机中的处理后获得的液体相的固体的进一步的移除非常有效。如由以下实验性示例示出的那样，该方法对于处理从牲畜粪肥(诸如猪粪肥)生产沼气后获得的沼渣特别有效。这促进了例如在布置在下游的膜生物反应器(MBR)系统中使用液体轻相的较不复杂的处理。作为示例，倾析器离心机可能能够移除悬浮固体的70%，且剩余的30%细小悬浮固体可在下游的MBR系统上具有大的影响。然而，通过进一步使用盘堆叠离心分离器，已经发现90%以上的悬浮固体可被移除，因此这在MBR系统中提供更好的处理。

因此，本发明的方法涉及沼气生产后剩余的液体成分的两阶段分离过程(即，在清洁的液体可在例如MBR系统中进一步处理之前，在倾析器离心机中的第一处理和盘堆叠离心分离器中的第二处理)。

因此，在第一方面的实施例中，该方法进一步包括以下步骤：

c) 在膜生物反应器(MBR)系统中处理在步骤b)中获得的清洁的液体相。

膜生物反应器(MBR)系统为使用像微滤或超滤的膜过程与生物废水处理过程的组合以清洁液体相的系统。

有机废物可具有非常不同的种类，诸如源自厨房的废料、源自纸工厂的废料或源自动物养殖场的废料。

在第一方面的实施例中，有机废料是牲畜粪肥。作为示例，牲畜粪肥可为猪粪肥。然而，也可使用例如来自牛的粪肥。因此，沼渣可为来自沼气厂的粪肥废产物，其中已经从粪肥生产了沼气。

在第一方面的实施例中，在步骤b)中，在盘堆叠离心分离器中处理的液体相包含固体微粒，其中多数具有小于20µm的微粒直径。

因此，从倾析器离心机中排出的分离的液体相可包含固体部分，其中微粒的多数具有小于20µm的微粒直径。

在第一方面的实施例中，在步骤b)中获得的清洁的液体相具有小于850mg/L的悬浮固体成分的浓度。因此，从盘堆叠离心分离器中排出的分离的液体轻相可具有小于850mg/L的悬浮固体成分。悬浮固体成分可为活性污泥过程期间在曝气池中的“混合液悬浮固体(MLSS)”(指悬浮固体的浓度)，该活性污泥过程发生在废水的处理期间。

作为示例，在步骤b)中获得的清洁的液体相具有小于500mg/L的悬浮固体成分的浓度。

作为示例，在步骤b)中获得的清洁的液体相可具有150-850mg/L之间(诸如150-500mg/L之间)的悬浮固体的浓度。

从盘堆叠离心分离器中排出的分离的液体轻相(即清洁的液体相)可包含微粒，其中多数具有小于2µm的微粒尺寸。

发明人已经发现，第一方面的方法提供了清洁从沼气生产后获得的沼渣的液体的环境友好的过程，其中，在固体分离前无需向该过程添加附加的絮凝剂。因此，在实施例中，在步骤a)的倾析器离心机中的分离之前，不向沼渣添加絮凝剂(诸如聚合物)。

因此，由倾析器离心机和盘堆叠离心分离器移除的固体可适合用于堆肥，并且可高度地生物降解。

在第一方面的实施例中，沼渣的悬浮固体的至少90%由倾析器离心机和盘堆叠离心分离器移除。

在第一方面的实施例中，通过将所述有机废料引入到有机废料消化器中并且将有机废料中的至少一些在厌氧过程中转化成沼气来获得步骤a)的沼渣。

因此，沼气厂可包括用于在厌氧条件下从有机废料生产沼气的有机废料消化器(诸如粪肥消化器)。沼气可为甲烷。

在第一方面的实施例中，在步骤a)中，在沼渣在倾析器中分离之前，将其输送到存储池。存储池和倾析器离心机之间的输送可例如由泵来促进。

在本发明的第一方面的实施例中，盘堆叠离心分离器为用于固体-液体分离的澄清器。澄清器盘堆叠离心分离器布置成用于固体-液体分离，其从过程液体中移除固体(诸如微粒和沉淀物)。这样做时，在盘堆叠离心分离器中处理的来自倾析器的液体相变得更清澈。澄清器离心分离器可具有用于待处理的液体的入口、用于排出分离的重相的布置在离心机转筒的外围处的固体出口和用于液体轻相的单个液体出口。

进一步，作为示例，可在用于分离的液体轻相的出口处封闭地密封盘堆叠离心分离器。可将封闭密封件设为水密密封件或机械封闭密封件。这可防止将空气引入分离的液体轻相中。

在第一方面的实施例中，盘堆叠离心分离器中的分离的重相和倾析器中分离的固体相被进一步输送到相同的固体存储池。这可减少用于提供来自沼渣的清洁的液体的整个系统的足迹。

作为本发明的第二方面，提供了一种沼气生产系统，其包括：

- 用于从有机废料生产沼气的厌氧消化器；

- 用于存储由所述厌氧消化器生产的沼渣的存储池；

- 布置成用于从所述存储池中的沼渣中分离液体相和固体相的倾析器离心机；

- 布置成用于从所述倾析器离心机中分离的液体相中分离液体重相和液体轻相的盘堆叠离心分离器；以及

- 用于将沼渣从厌氧消化器输送到存储池的第一管道系统、用于将沼渣从存储池输送到倾析器离心机的第二管道系统，以及用于将分离的液体相从倾析器离心机输送到盘堆叠离心分离器的第三管道系统。

该方面可大体上展示与之前的方面相同或对应的优点。该第二方面的效果和特征与以上关于第一和第二方面所描述的那些的效果和特征基本相似。关于第一方面提到的实施例与第二方面很大程度上兼容。

在第二方面的实施例中，沼气生产系统进一步包括：

- 用于从由盘堆叠离心分离器提供的清洁的液体相中移除固体的膜生物反应器(MBR)系统，以及

- 用于将由盘堆叠离心分离器提供的清洁的液体相输送到膜生物反应器(MBR)系统的第四管道系统。

第一、第二、第三或第四管道系统中的任一个可包括管和例如用于在管道系统中提供输送的泵。

附图说明

参考附图，通过下列说明性和非限制性的详细描述将更好地理解本发明性概念的以上以及附加的目的、特征和优点。在图中，除非另外指出，相似的参考标号将用于相似的元件。

图1示出了根据本发明的实施例的沼气生产系统的示意图。

图2示出了根据本发明的方法的流程图。

图3示出了盘堆叠离心分离器的示意图。其可在本发明的方法中使用。

图4示出了盘堆叠离心分离器的离心转子的截面的示意图。

具体实施方式

将参考附图通过下列描述进一步说明根据本公开的方法和沼气生产系统离心。

图1示出了根据本发明的实施例的沼气生产系统1的示意图。系统1包括用于从动物粪肥生产沼气的厌氧消化器2和用于将沼渣从厌氧消化器2输送到存储池4的第一管道系统9a。沼渣因此为包括固体的液体浆料。可将生产的沼气例如经由管道系统9g引导到沼气存储池3。因此，厌氧消化器2、沼气存储池3和存储池4可为沼气厂的部分。

存储池4用于存储由厌氧消化器2生产的沼渣。在存储池4的下游的是：用于从沼渣移除固体的设备，其呈倾析器离心机5的形式，布置成用于从存储池4中的沼渣中分离液体相和固体相；以及布置成用于从所述倾析器离心机5中分离的液体相中分离液体重相和液体轻相的盘堆叠离心分离器10。关于以下的图3和图4更详细地描述盘堆叠离心分离器10。在管道系统9d中提供来自盘堆叠分离器10的清洁的液体相。

第二管道系统9b布置成用于将沼渣从存储池4输送到倾析器离心机5，并且第三管道系统9c用于将分离的液体相从倾析器离心机5输送到盘堆叠离心分离器10的入口。倾析器离心机5中移除的固体经由管道系统9f引导到固体存储池7。

沼气生产系统1进一步包括用于从由离心机分离器10提供的清洁的液体相中移除固体的膜生物反应器(MBR)系统6。因此，第四管道系统9d布置成用于将从盘堆叠离心分离器10排出的分离的液体轻相输送到膜生物反应器(MBR)系统6。

存储池4中存在的沼渣的悬浮固体的至少90%可由倾析器离心机和盘堆叠离心分离器移除。

如在图1中示出的那样，将来自离心分离器10的包含固体的分离的重相输送到相同的固体存储池7，该固体存储池用于存储来自倾析器离心机5的分离的固体。

在图1中示出的实施例中，仅示出了在第二管道系统9b中的用于将沼渣输送到倾析器离心机5的单向泵8。然而，应当理解的是，可存在布置在其他管道系统9a,9c,9d,9e,9f,9g中的用于促进输送的其他泵。特别地，可存在布置在管道系统9c中的用于将液体相从倾析器离心机5输送到盘堆叠离心分离器10的泵。

图2示出了从自沼气厂获得的沼渣中移除固体以提供根据本公开的清洁的液体相的方法100的示意性流程图。方法100包括步骤a)：在倾析器离心机中从沼渣中分离液体相和固体相，其中该实施例中的所述沼渣是来自沼气厂的粪肥废产物，其中已经从粪肥生产了沼气。该方法进一步包括步骤b)：在盘堆叠离心分离器中从在步骤a)中获得的液体相中分离重相和液体轻相以提供清洁的液体相。然后，方法100还可包括步骤c)：在膜生物反应器(MBR)系统中处理在步骤b)中获得的清洁的液体相。

图3示出了本发明的方法和系统中的澄清器类型的离心分离器10的实施例的截面，该澄清器类型的离心分离器构造成从自倾析器离心机排出的液体相中分离重相和液体轻相。

离心分离器10具有包括离心转子11和驱动心轴12的旋转部分。离心分离器1进一步设有驱动马达13。在操作期间，该马达13将驱动力矩传递到心轴12，并且由此传递到离心机转子11。驱动马达13可为电动马达。备选地，驱动马达3可通过传动器件(例如呈推进器轴、驱动带等形式)连接到心轴12。

离心机转子11(在图4中更详细地示出)由心轴12支承，该心轴围绕底部轴承15和顶部轴承16中的竖直旋转轴线(X)可旋转地布置在框架14中。固定框架14包围离心机转子11。

从顶部轴向地延伸到离心机转子11中的入口管17也在图3中示出。因此，经由入口管17引入待进一步在盘堆叠离心分离器中清洁的来自倾析器离心机的液体相。在离心机转子11内已经进行分离后，分离1的液体轻相(即，清洁的液体相)通过固定的出口管18排出。

图4示出了离心分离器10的离心机转子11的更详细的视图。

离心机转子11在其本身内形成分离空间19，其中分离盘的堆叠20围绕旋转轴线(X)同轴地布置并且轴向地布置在顶部盘11的下方，并且因此布置成与离心机转子5一起旋转。分离盘的堆叠提供从倾析器分离机输送的液体相的有效分离。

离心分离器1进一步包括呈中央入口室的形式的入口21，固定入口管17延伸到该入口21中以用于提供待分离的液体进料。入口21经由形成在分配器中的通道22与分离空间19连通。

用于分离的液体轻相的出口23布置在出口室中，其与固定出口管18流体地连通以用于排出分离的液体轻相。液体轻相出口23呈布置在出口室中的固定缩减盘的形式。

离心机转子11进一步设有在分离空间19的径向外围处的出口26。这些出口26围绕转子轴线(X)均匀地分布，并且布置成用于液体进料混合物的固体成分的间歇排出。固体成分包括形成污泥相的密度较大的微粒。如在现有技术中已知的那样，借助于由通道24中的操作的水所致动的操作滑块25来控制出口26的开口。在图中示出的其位置中，操作滑块25抵靠离心机转子11的上部密封地邻接在其外围处，从而使分离空间19从与延伸通过离心机转子11的出口25的连接封闭。

在如图3和图4中示出的分离器的操作期间，通过驱动马达13使离心机转子11开始旋转。经由入口管17，在过程中已经从上游的倾析器离心机5排出的液体相被带到分离空间19中。取决于密度，液体相中的不同的相在堆叠20的分离盘之间分离。固体微粒在分离盘之间径向地向外移动，而液体轻相在分离盘之间径向地向内移动，并且被迫通过出口23。从那里，液体轻相(即，清洁的液体相)经由出口管18排出。

在分离空间19的外围处积累的固体或污泥通过打开的污泥出口26从离心机转子11内间歇地排空。然而，污泥的排出也可连续地进行，在该情况下，污泥出口26采用开放喷嘴的形式，并且借助于离心力连续地排出污泥的某些流。

实验示例

使用从猪粪肥的沼气生产获得的沼渣来说明本发明的优点。

首先在倾析器离心机中处理沼渣，并且然将在离心分离器中处理液体相。倾析器离心机和离心分离器来自阿法拉伐(Alfa Laval)。

在倾析器离心机中的处理前、在倾析器离心机中的处理后以及在盘堆叠离心分离器中的进一步处理后，测量“混合液悬浮固体(MLSS)”。在以下的表1中展示了结果。

这些实验示例清楚地说明，可在本发明的过程中移除MLSS的90%以上。

本发明不限于公开的实施例，而是可在以下所阐述的权利要求书的范围内改变和修改。本发明不限于在图中公开的旋转轴线(X)的方向。用语“离心分离器”还包括带有基本上水平地定向的旋转轴线的离心分离器。以上参考有限数量的示例主要地描述了发明性概念。然而，如由本领域技术人员所容易理解的那样，除以上公开的示例外，其他的示例同样可能在如由所附权利要求书所限定的发明性概念的范围内。

Claims (14)

1.一种从自沼气厂获得的沼渣中移除固体以提供清洁的液体相的方法，其中所述方法包括以下步骤：

a) 在倾析器离心机中从沼渣中分离液体相和固体相，其中所述沼渣是来自沼气厂的废产物，其中已经从有机废料生产了沼气;

b) 在盘堆叠离心分离器中从在步骤a)中的获得的所述液体相中分离重相和液体轻相，从而提供清洁的液体相。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机废料为牲畜粪肥。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述牲畜粪肥为猪粪肥。

4.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：

c) 在膜生物反应器(MBR)系统中处理在步骤b)中获得的所述清洁的液体相。

5.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤b)中在所述盘堆叠离心分离器中处理的液体相包含固体微粒，其中多数具有小于20µm的微粒直径。

6.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤b)中获得的所述清洁的液体相具有小于850mg/L的悬浮固体含量的浓度。

7.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤a)的所述倾析器离心机中的所述分离之前不向所述沼渣添加诸如聚合物的絮凝剂。

8.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，通过将所述有机废物引入有机废物消化器中并且将所述有机废物中的至少一些在厌氧过程中转化成沼气来获得步骤a)的所述沼渣。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述沼渣在步骤a)中在所述倾析器中分离之前被输送到存储池。

10.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述盘堆叠离心分离器为用于固体-液体分离的澄清器。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述盘堆叠离心分离器在用于分离的液体轻相的出口处封闭地密封。

12.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述盘堆叠离心分离器中的分离的重相和所述倾析器中分离的所述固体相被进一步输送到相同的固体存储池。

13.一种沼气生产系统(1)，包括：

- 用于从有机废料生产沼气的厌氧消化器(2)；

- 用于存储由所述厌氧消化器(2)生产的沼渣的存储池(4)；

- 布置成用于从所述存储池(4)中的所述沼渣中分离液体相和固体相的倾析器离心机(5)；

- 盘堆叠离心分离器(10)，其布置成用于从所述倾析器离心机(5)中分离的所述液体相中分离液体重相和液体轻相，从而提供清洁的液体相；以及

- 用于将沼渣从所述厌氧消化器(2)输送到所述存储池(4)的第一管道系统(9a)、用于将沼渣从所述存储池(4)输送到所述倾析器离心机(5)的第二管道系统(9b)，以及用于将分离的液体相从所述倾析器离心机(5)输送到所述盘堆叠离心分离器(10)的第三管道系统(9c)。

14. 根据权利要求13所述的沼气生产系统(1)，其特征在于，所述沼气生产系统进一步包括：

- 用于从由所述盘堆叠离心分离器(10)提供的所述清洁的液体相中移除固体的膜生物反应器(MBR)系统(6)，以及

- 用于将由所述盘堆叠离心分离器(10)提供的所述清洁的液体相输送到所述膜生物反应器(MBR)系统(6)的第四管道系统(9d)。

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