CN115301706A - 用于废物处理的协同系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于废物处理的协同系统。该协同系统包括废物处理系统，该废物处理系统被配置成执行废物的生物处理。此外，该协同系统包括气体净化系统，该气体净化系统被配置成净化在废物的生物处理过程中产生的废气。该协同系统进一步包括反馈系统，该反馈系统被配置成将来自气体净化系统的过量热反馈回废物处理系统。该废物处理系统进一步被配置成将反馈的过量热用于废物的生物处理。

Description

用于废物处理的协同系统和方法
技术领域
本公开涉及废物处理。特别地，示例涉及一种用于废物处理的协同系统和方法。
背景技术
垃圾填埋场排水由于其受到有机物和/或其它物质的高污染而被收集和被处理。诸如像芬顿工艺的用于水处理的工艺需要高于环境温度的温度，并且因此需要大量的能量。同样地，用于废物的机械生物处理的工艺或用于污水处理厂中的水处理的工艺，需要在高于环境温度的水平上的受控温度，并且因此需要大量的能量。
此外，使用多种净化技术分别处理垃圾填埋场气体排放或废物处理厂的气体排放，以符合法定排放限制。
可需要改进的废物处理。
发明内容
该需求可由所呈权利要求的主题满足。
示例涉及一种用于废物处理的协同系统。该协同系统包括废物处理系统，该废物处理系统被配置成执行废物的生物处理。此外，该协同系统包括气体净化系统，该气体净化系统被配置成净化在废物的生物处理期间产生的废气。该协同系统进一步包括反馈系统，该反馈系统被配置成将来自气体净化系统的过量热反馈回废物处理系统。该废物处理系统进一步被配置成将反馈回的过量热用于废物的生物处理。
另一示例涉及一种用于废物处理的方法。该方法包括使用废物处理系统执行废物的生物处理。此外，该方法包括使用气体净化系统将在废物的生物处理期间产生的废气净化。该方法进一步包括使用反馈系统将来自气体净化系统的过量热反馈回废物处理系统。此外，该方法包括在废物处理系统中将反馈回的过量热用于废物的生物处理。
将来自气体净化系统的过量热反馈至废物处理系统并且在废物处理系统中将反馈回的过量热用于废物的生物处理，可以允许气体净化系统和废物处理系统的协同操作。特别地，在废物处理系统中将反馈回的过量热用于废物的生物处理，可以允许覆盖废物处理系统的能量需求的至少一部分。因此，根据所提出的技术，可以减少用于废物处理的总能量消耗。此外，反馈回的过量能量可以允许优化用于废物的生物处理的工艺条件，并且因此，允许以高效率执行废物的生物处理。
说明书附图
下文将仅通过示例并参照附图来描述装置和/或方法的一些示例，其中
图1示出了用于废物处理的协同系统的第一示例；
图2示出了用于废物处理的协同系统的第二示例；
图3示出了气体净化系统的第一示例；
图4示出了气体净化系统的第二示例；
图5示出了气体净化系统的第三示例；以及
图6示出了用于废物处理的方法的示例的流程图。
具体实施方式
现在参照附图更详细地描述一些示例。然而，其他可能的示例不限于所详细描述的这些实施例的特征。其他示例可包括特征的修改以及特征的等同物和替代。此外，在本文中用于描述一些示例的术语不应限制其他可能的示例。
在图示的整个描述中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件和/或特征，这些元件和/或特征可以是相同的或者以修改的形式实现，同时提供相同或相似的功能。为了清楚起见，图示中线的厚度、层和/或区域也可被放大。
当使用“或(or)”组合两个元件A和元件B时，这应理解为公开了所有可能的组合，即，仅A、仅B以及A和B，除非在个别情况中另有明确定义。作为相同组合的替代措辞，可以使用“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。这同样适用于两个以上元件的组合。
如果使用诸如“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”的单数形式，并且仅单个元件的使用没有被明确或者隐含地定义为强制性的，其他示例还可以使用若干元件来实现相同的功能。如果下文将功能描述为使用多个元件来实现，其他示例可以使用单个元件或单个处理实体来实现相同的功能。还应当理解的是，术语“包含(include)”、“包含(including)”、“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”在使用时描述特定特征、整体、步骤、操作、工艺、元件、组件和/或它们的组的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、工艺、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
图1示意性地示出了用于废物处理的示例性协同系统100。该协同系统100包括用于处理废物101的废物处理系统110。特别地，废物处理系统110被配置成执行废物101的生物处理。
废物101一般可以是可通过生物工艺处理的任何类型的废物。例如，废物101可以是固体废物、液体废物、气体废物或它们的组合。废物的生物处理可以是废物101的任何处理，该处理包括一种或更多种生物工艺和/或涉及一种或更多种生物体以转化废物101的有机组分和/或无机组分。例如，废物101的可生物降解组分可以通过生物处理(例如堆肥、厌氧消化或需氧消化)分解。在其他示例中，生物处理可以用于废物101的脱氮，即用于减少废物101中的硝酸盐。同样地，生物处理可以用于减少废物101中的其他无机组分。废物处理系统110可以使用多种有机体，特别是诸如藻类、真菌、细菌或纤毛虫的微生物，用于废物101的生物处理。例如，废物处理系统110可以是用于处理诸如像垃圾填埋场排水、家用废水、城市废水或工业废水的废水的废水处理系统。在其他示例中，废物处理系统110可以是固体废物处理系统，例如使用机械废物分类和生物处理以用于处理固体废物(诸如家用固体废物、城市固体废物或工业固体废物)的机械生物处理系统。然而，应注意的是，废物处理系统110不限于以上示例。
废物处理系统110被配置成输出由废物101的生物处理所产生的经生物处理材料102。例如，该经生物处理材料102可以是经净化的废水、堆肥、消化物、残余不可用材料、可再生燃料、诸如金属、纸、塑料、玻璃等的回收可再循环材料、或它们的组合。输出的生物处理材料102可例如再利用、进一步处理(例如，热处理或再循环)、或沉积在垃圾填埋场中。
除了经生物处理材料102之外，废物101的生物处理产生废气111(例如，废气流)。协同系统100还包括气体净化系统120，该气体净化系统120耦接至废物处理系统110，并且被配置成用于净化在废物的生物处理期间产生的废气111。
气体净化系统120是在入口处接收废气111、并且从废气111中去除杂质或者一种或多种污染物的系统，使得在气体净化系统120的出口处输出(排放/释放)经净化的(干净的)废气103。经净化的废气103可以释放到环境中。在上下文中，污染物可以被理解为当以特定量或浓度(例如，定义为废气111的每单位体积的污染物质量或废气111的每单位体积的污染物颗粒的数量)出现时危害系统、动物、人类和/或环境的物质。因此，废气111的净化可以包括例如脱毒、脱氮、脱酸、脱硫、除尘或它们的组合。例如，有机和/或无机污染物可以通过气体净化系统120从废气111中去除。有机和/或无机污染物可以是例如氮氧化物(NOx)、甲烷(CH4)、硫氧化物(SOx)、氟化氢(HF)、氨(NH3)、氯化氢(HCl)、二噁英、呋喃、或具有基本结构CxHyOz(C表示碳；H表示氢；O表示氧；x、y、和z是自然数)的污染物。
气体净化系统120可使用多种方法来净化废气111。例如，气体净化系统120可以使用已知的浓缩方法/工艺(例如，借助于吸收、吸附或膜)、冷凝方法、催化方法、非催化化学方法、使用非热等离子体(冷氧化)的方法、生物方法(例如，生物洗涤器、生物过滤器)、机械方法、机电方法、热方法、或以上所提及的方法中的若干种的组合。根据一些示例，气体净化系统120可以被配置成通过诸如再生热氧化(RTO，Regenerative Thermal Oxidation)的热方法、或诸如再生催化氧化(RCO，Regenerative Catalytic Oxidation)的催化方法，来净化废气111。气体净化系统120可以使用一个或更多个火焰或无焰过程来净化废气111。例如，气体净化系统120可被配置成通过无焰RTO或无焰RCO净化废气111。然而，应注意的是，气体净化系统120不限于以上示例性气体净化技术。
在废物处理系统110中进行的用于处理废物101的一种或更多种生物工艺的效率取决于废物处理系统110内的环境条件。特别地，一种或更多种生物工艺的效率取决于废物处理系统110内的环境温度。生物工艺在特定温度范围内最有效。如果环境温度高于或低于特定温度范围，则生物工艺的效率降低。因此，将废物处理系统110内的环境温度调节至特定温度范围，可以允许优化生物废物处理的效率。
调整废物处理系统110内的环境温度需要热。在许多常规系统中，热是不可获得的，使得废物处理系统110内的环境温度低于特定温度范围。因此，在废物处理系统110中进行的生物工艺的效率降低。例如，生物工艺的效率可随一年中的季节而变化(例如，由于夏季的较高温度，在夏季比在冬季更高效)。在其他常规系统中，使用诸如电能或化石燃料的外部能量产生热。例如，电能或化石燃料可以在废物101的生物处理之前或期间，转化为用于加热废物101的热。可替代地或可附加地，可以加热废物处理系统110的处理空间，在该处理空间中进行废物101的生物处理。常规使用的外部能量提高了效率，但也增加了废物处理的成本。此外，在将来自非可再生源的化石燃料或电能用于加热的情况下，废物处理引起温室气体排放。
气体净化系统120在操作期间产生过量(过剩)热121。过量热121是在气体净化系统120处从用于净化废气111的净化工艺回收的热能。过量热121可以理解为气体净化系统120的废热，因为它是净化工艺的“废产物”。例如，过量热可以在气体净化系统120的工艺室中回收，或者从由气体净化系统120处理的气流(例如经净化废气103)回收。
根据所提出的构造，气体净化系统120的过量热121协同地用于废物处理系统110。特别地，协同系统100包括反馈系统130，该反馈系统被配置成将来自气体净化系统120的过量热121反馈回废物处理系统110。废物处理系统110进一步被配置成将反馈回的过量热121用于废物101的生物处理。
将废物101生物处理的反馈回的过量热121用于废物处理系统110，可以允许优化(提高)生物废物处理的效率，因为反馈回的过量热121可以用于调整(提高)废物处理系统110内的环境温度。因此，与不使用热进行温度优化的常规系统相比，可提高废物101的生物处理的效率。进一步地，与使用外部能量来调节废物处理系统110内的环境温度的常规系统相比，反馈回的过量热121可以允许减少用于调节废物处理系统110内的环境温度的外部能量的消耗，因为反馈回的过量热121可以允许覆盖废物处理系统110的热需求的至少一部分。因此，与常规方法相比，可以减少用于废物101的处理的协同系统100的总能量消耗和总温室气体排放。另外，废物101的生物处理可以由具有降低的能量消耗的废物处理系统110以高效率和/或在较短的时间来执行。
废物处理系统110可以以多种方式使用反馈回的过量热121。例如，废物处理系统110可以被配置成使用反馈回的过量热121来加热处理空间，在该处理空间内进行废物101的生物处理。替代地或可附加地，废物处理系统110可以被配置成使用反馈回的过量热121来加热废物101。通过加热处理空间和/或废物101，如上文所描述的，可以提高废物101的生物处理的效率。
反馈系统130可以以多种方式将过量热121反馈回废物处理系统110。例如，反馈系统130可以将诸如流体(例如，水或热油)或气体(例如，空气或蒸汽)的热传输介质从废物处理系统110反馈至气体净化系统120，使得热传输介质被过量热121加热，并且将经加热的热传输介质反馈回废物处理系统110。废物处理系统110可以将存储在经加热的热传输介质中的热用于废物101的生物处理(例如，如上文所描述的)。
协同系统100进一步包括废气传输系统140，该废气传输系统140被配置成将废气111从废气处理系统110传输至气体净化系统120。废气传输系统140可以是单独的系统(如图1所示)、或者是废气处理系统110和气体净化系统120中的一个的一部分。废气传输系统140在废气处理系统110处收集废气111，并且将废气111传输至气体净化系统120。废气传输系统140可以包括用于传输废气111的管道以及可选地一个或更多个诸如泵、通风机、鼓风机或压缩机的其他元件。
如图1所示，气体净化系统120可进一步被配置成接收并净化其他废气104。从与废物处理系统110不同的来源接收其他废气104。在一些示例中，废气的另一来源可位于废气处理系统110附近，使得气体净化系统120可用于净化两个来源的废气111和104。例如，如果废物处理系统110是用于处理垃圾填埋场的排水的废水处理系统，不仅可以通过气体净化系统120净化废物处理系统110的废气111，而且可以净化垃圾填埋场本身的气体排放物。
根据一些示例，废物处理系统110也可以将经净化的废气103用于废物的生物处理。因此，协同系统100可以任选地进一步包括经净化的废气传输系统150，该经净化的废气传输系统耦接至气体净化系统120的出口，并且被配置成将经净化的废气104传输至废物处理系统110。经净化的废气传输系统150可以包括用于传输经净化的废气103的管道以及可选地一个或更多个诸如泵、通风机、鼓风机或压缩机的其他元件。例如，废物处理系统110可以被配置成使用经净化的废气104加热处理空间，在该处理空间中进行废物101的生物处理。替代地或可附加地，废物处理系统110可以被配置成使用经净化的废气104来加热废物101。废物处理系统110可以例如通过将经净化的废气104鼓入或吹入废水中来加热废水。在其他示例中，废物处理系统110可以被配置成使用经净化的废气104来调节废物处理系统110内的一个或更多个其他环境条件(例如，在废物处理系统110内的环境空气中的诸如氧气的一种或更多种物质的对应的浓度)。
图2示意性地示出了用于废物处理的另一示例性协同系统200。协同系统200用于处理垃圾填埋场的废水201。换言之，经处理的废物是垃圾填埋场的废水201。例如，废水201可以是垃圾填埋场的排水或渗漏水。
协同系统200的废物处理系统110可以例如耦接至用于收集垃圾填埋场的排水或渗漏水的池或坝。废物处理系统110接收废水201，并且将废水201反馈至诸如像箱或池的处理空间116中。在处理空间116中生物地处理废水201(例如通过芬顿工艺)，以减少或去除污染垃圾填埋场排水的有机物质或其他物质。
经净化的废水202由废物处理系统110输出(排放、释放)。例如，经净化的废水202可返回至用于收集垃圾填埋场的排水或渗漏水的池或坝。
在废水201的生物处理期间产生废气111。例如，废气111可以包括在废水201的生物处理期间产生的甲烷或其他有气味的物质。进一步地，废水201从处理空间116的蒸发可以引起部分废气111。
协同系统200的废气传输系统140被配置成收集废气111，并且将来自废气处理系统110的废气111传输至协同系统200的气体净化系统120。气体净化系统120被配置成在入口处接收废气111，并且净化废气111。在图2的示例中的气体净化系统120被配置成通过RTO净化废气111。然而，应注意的是，这仅仅是示例。一般而言，任何其他合适的技术(例如RCO)也可以用于净化废气111。气体净化系统120进一步被配置成在出口处释放经净化的废气103。例如，经净化的废气103可以释放到环境中。热能在气体净化系统120处被回收，并且可用作过量热121用于其他目的。
协同系统200的反馈系统130被配置成将来自气体净化系统120的过量热121反馈回废物处理系统110。如图2所示的，反馈系统130可以将来自废物处理系统110的热传输介质反馈至气体净化系统120，使得热传输介质被过量热121加热，并且将经加热的热传输介质反馈回废物处理系统110。
废物处理系统110包括热交换器115。热交换器115从反馈系统130接收经加热的热传输介质，并且使用储存在经加热的热传输介质中的过量热121来加热废水201，使得经加热的废水201被反馈至处理空间116中。
当废水201在其被反馈至处理空间116之前被加热时，处理空间116中的环境温度可以增加。特别地，可以将处理空间116中的环境温度调节至特定温度，以便提高(优化)生物处理的效率。因此，可以改进废水201的处理。此外，当使用在气体净化系统120回收的过量热121时，不需要或需要较少量的外部能量来加热处理空间116中的废水201。
换言之，来自废气处理的废热用于优化上游生物工艺(特别是气候条件)，以通过生物处理用于优化的废物处理。此外，通过过量热121加热废水201可以允许降低废水201在冬季结冰的风险，使得具有提高的效率的废水201的生物处理在整年内是可能的。由于废水201的生物处理的废气(废物)111用于改进生物水处理过程，水处理可以更有效地执行并且具有减少的温室气体排放。
在图2的示例中，气体净化系统120不仅接收并净化来自废气处理系统110的废气111。此外，气体净化系统120被配置成从诸如垃圾填埋场本身的另一来源接收并净化其他废气104。垃圾填埋场还排放被诸如甲烷的有害和/或有气味的物质污染的废气。因此，气体净化系统120可另外用于净化垃圾填埋场本身的气体排放。
废气111的一种组分以及其他废气104是甲烷。倾倒在垃圾填埋场中的废物中的有机材料的含量随时间而减少，所以废气111和其他废气104的甲烷含量也减少。如果常规的气体燃烧器用于废气净化处理，则需要大约30％的甲烷含量以维持气体净化系统中的用于废气氧化所需的温度。在没有用于外部使用的热回收的被覆盖的火光将用于废气净化处理的情况下，将需要至少15％-20％的甲烷含量来维持温度。如果甲烷浓度较低，则需要外部燃料来维持氧化所需的温度。然而，在填埋场的寿命期间，废气111和其他废气104的甲烷含量可低于1％，使得这些技术不适用于气体净化处理。另一方面，对于具有非常低的能量含量(即，非常低的杂质含量)的气体，RTO可以允许自热气体净化处理和热回收。特别地，RTO可以允许小于1％的甲烷含量的自热气体净化处理和热回收，这使得RTO成为用于气体净化系统120的合适的净化技术。例如，RTO可以允许协同系统200操作超过25年。RCO提供与RTO类似的优点，因此RCO可以被用作气体净化系统120的替代方案。
类似于上文参照图1所描述的，经净化的废气103可以可选地反馈回废物处理系统100。例如，经净化的废气103可以喷射至处理空间116中用于温度优化。例如，经净化的废气103可以鼓泡到废水201中以加热废水201。
如图2所示，废物处理系统110可以被配置成将来自周边环境的新鲜空气105反馈回处理空间116，用于支持或改进废水201的生物处理。
如图2所示的对来自垃圾填埋场的废气的处理仅仅是所提出的构造的一个示例性应用。类似于上文参照图1所描述的，所提出的构造可以例如用于使用RTO来氧化排放物的废水处理厂的废气处理。所提出的能量回收(例如通过热水)可以用于为水处理工艺提供热，并且因此提高这些工艺的效率。
虽然图1和图2的上文的描述集中于所提议的构造的整体结构，但是下文的描述将集中于气体净化系统的多个方面。特别地，下文将参照图3至图5描述多种示例性气体净化技术及其实施方式。
图3示意性地示出了用于废气111的无焰RTO的气体净化系统300的截面图。气体净化系统300包括用于接收废气111的入口350。图3的子图(a)示出了穿过气体净化系统300的废气111的第一流动方向，而图3的子图(b)示出了穿过气体净化系统300的废气111的相反的第二流动方向。
此外，气体净化系统300包括填充有用作传热材料的多孔陶瓷材料315的单个(即，恰好/仅一个)传热床310。陶瓷材料315可以被结构化地或随机地封装在传热床310中，以形成规则的或不规则的图案(例如，可以使用陶瓷蜂窝或陶瓷鞍状物)。
另外，气体净化系统300包括电加热器320(例如，电线圈栅格)，该电加热器320被配置成初始地将陶瓷材料315加热至适于废气111的热氧化的预定温度(范围)。例如，电加热器320可将陶瓷材料315加热至适于废气111的热氧化的约1000℃。
气体净化系统300进一步包括气流控制系统330。一旦陶瓷材料被电加热器320加热，气流控制系统330就被配置成使废气111流过经加热的陶瓷材料315，使得废气111在流过陶瓷材料315的同时升温并氧化。在图3的子图(a)中，气流控制系统330使废气111穿过加热的陶瓷材料315从顶部流到底部。随着废气111从多孔陶瓷材料315的顶部通到底部，废气111中的挥发性有机化合物(VOCs)变得足够热，以经历热氧化成水蒸气和二氧化碳。底部的陶瓷介质315回收经净化的废气103中的热能。换言之，陶瓷材料315被配置成储存由废气111在氧化期间释放的热。经净化的废气103在气体净化系统300的出口360处释放。例如，经净化的废气103的温度可以比废气111的温度高小于100℃(例如，温度可以仅高20℃至50℃)。
气流控制系统330进一步被配置成周期性地使废气111穿过陶瓷材料315的流动方向反转(例如，每90至120秒)。这在图3的子图(b)中示出。在图3的子图(b)中，气流控制系统330使废气111穿过陶瓷材料315从底部流到顶部。当气流控制系统330使废气111穿过陶瓷材料315从顶部流到底部时，先前储存在陶瓷材料315的底部部分中的热能现在用于将废气111加热至氧化温度。因此，在顶部部分的陶瓷介质315回收经净化的废气103中的热能。
废气111穿过陶瓷材料315的流动方向的周期性反转，可允许维持陶瓷材料315的高热交换效率(例如，高于95％)。因此，气体净化系统300可回收维持传热床310的所需的氧化温度所需的基本上所有热。此外，废气111的流动方向的周期性反转可以允许沿着传热床310的竖直延伸维持传热床310的预定温度分布。特别地，废气111的流动方向的周期性反转可以允许将最热区域沿着传热床310的竖直延伸保持在传热床310的中心。
在图3的示例中，气流控制系统330由位于传热床310上方和下方的气室370、375和多个阀380、385形成。
气体净化系统进一步包括布置在传热床310中的热交换器340。热交换器340被配置成将来自陶瓷材料315的热传递到流动通过热交换器340的热传输介质345。如图3所示，热交换器340可由穿过传热床310延伸的一个或更多个管形成，使得陶瓷材料315包围一个或更多个管。例如，多个管可布置在传热床310中的一个或更多个层中，以从传热床310提取热。热传输介质流过一个或更多个管。一个或更多个管或层的竖直位置可根据传热床310的温度分布来选择。通过热交换器340的热提取可以进一步允许稳定经净化的废气103的温度(例如，降低经净化的废气103的温度对废气111中的VOC浓度的依赖性)。
热传输介质可以是气体或诸如水或热油的流体。使用流体热传输介质对于使用气态热传输介质可是有利的，因为从固体管壁到流体介质的热传递，与从固体管壁到气态介质的热传递相比，是较优的。
在传热床310的中心中的最热区域的竖直延伸可以取决于废气111中的VOC浓度。废气111中的较高的VOC浓度可以导致最热区域的较大的竖直延伸。因此，对于废气111中的较高VOC浓度，可以提取较多的热能。
经加热的热传输介质345通过所提出的协同系统的反馈系统被传输到废物处理系统，使得废物处理系统能够将从传热床310回收的过量热用于废物的生物处理。换言之，反馈系统被配置成将经加热的热传输介质345反馈至废物处理系统。闭环和开环两者都可用于热传输介质。
在废气111中的甲烷含量仅为百分之一的部分的情况下，则气体净化系统300可以例如允许回收所有热能。
图4示出了气体净化系统300的扩展变型。特别地，图4示出了气体净化系统400的截面图。与气体净化系统300相比，气体净化系统400另外包括耦接至出口360的热交换器470，该出口360用于释放经净化的废气103。热交换器470被配置成将来自经净化的废气103的热传递至流过热交换器470的热传输介质475。热传输介质475可以是诸如水、蒸汽或热油的气体或流体。
热传输介质475通过管道480反馈至热交换器470。可选地，一个或更多个诸如泵485、通风机、鼓风机或压缩机的其他元件可用于将热传输介质475传输至热交换器470。
热交换器470可以允许从在出口360处释放的经净化的废气103回收过量热。
经加热的热传输介质475通过所提出的协同系统的反馈系统被传输至废物处理系统，使得废物处理系统能够将从经净化的废气103回收的过量热用于废物的生物处理。换言之，反馈系统被配置成将经加热的热传输介质475反馈至废物处理系统。闭环和开环两者都可用于热传输介质。
在图4的示例中，热通过热交换器340从传热床310回收，并且另外通过热交换器470从经净化的废气103回收。气体净化系统400可以允许回收比气体净化系统300更多的过量热，并且因此，为废物的生物处理提供增加量的过量热。
在一些示例中，可以省略用于从传热床310回收热的热交换器340。换言之，根据本公开的气体净化系统可以仅包括热交换器470，而不包括热交换器340。
图5示意性地示出了用于废气111的RTO的另一气体净化系统500的截面图。气体净化系统500是三床塔式RTO系统。
气体净化系统500包括三个竖直传热床510、520和530，每个竖直传热床填充有用作传热材料的多孔陶瓷材料505。陶瓷材料505可以被结构化地或随机地封装在对应的传热床中，以形成规则的或不规则的图案。
气体净化系统500的气流控制系统使废气111流过传热床510、520及530中的一个的经加热的陶瓷材料。在图5的示例中，使废气111流过传热床510。当废气111行进通过传热床510时，来自陶瓷材料505的热传递至废气111。经加热的废气111离开传热床510并进入氧化室540。燃烧器545加热氧化室540，使得经加热的废气111氧化成水和二氧化碳。如图5所示，燃烧器545被馈送有燃料502和空气503，用于将氧化室540加热到用于氧化的预定温度(范围)。
气流控制系统使得经净化的废气103朝向释放经净化的废气103的出口560流过其他传热床520和530中的一个的陶瓷材料505。在图5的示例中，使经净化的废气103流过传热床530。当经净化的废气103行进通过传热床530时，经净化的废气103将其大部分热传递至传热床530的陶瓷材料505，用于在第二反转循环中回收。
在该反转循环期间，气流控制系统使废气111流过传热床530的先前的经加热的陶瓷材料，并且进一步使经净化的废气103朝向出口560流过传热床520的陶瓷材料505。气流控制系统使吹扫剂(purge case)501在初始循环期间流过传热床520，以从传热床520吹扫先前循环的残余气体。类似地，气流控制系统使吹扫剂501在反转循环期间流过传热床510。
在第三循环中，气流控制系统使废气111流过传热床520的先前的经加热的陶瓷材料，并且进一步使经净化的废气103朝向出口560流过传热床510的陶瓷材料505。在第三循环期间吹扫传热床530。
连续重复这三个循环，以交替地冷却传热床510、520和530中的一个，加热另一个，并吹扫第三个。
在图5的示例中，气流控制系统由管道506和多个阀507提供，用于控制废气111和吹扫剂501流入传热床510、520和530，并且用于控制经净化的废气103流出传热床510、520和530。
过量热可以以多种方式回收。例如，类似于上文参照图4所描述的，热交换器590可以耦接至出口560。热交换器590被配置成将来自经净化的废气103的热传递至流过热交换器590的热传输介质595。热传输介质595可以是气体或诸如水或热油的流体。热交换器590可以允许从在出口360处释放的经净化的废气103回收过量热。经加热的热传输介质595通过所提出的协同系统的反馈系统被传输至废物处理系统，使得废物处理系统能够将从经净化的废气103回收的过量热以用于废物的生物处理。闭环和开环两者都可用于热传输介质。
可选地，诸如气体净化系统500的三床塔式RTO系统可包括旁路550，该旁路550被配置成使部分经净化的废气103转向以绕过(bypass)传热床510、520和530中的相应的一个，旁路550用于将剩余的经净化的废气103引导至出口560。旁路550也可被称为“热旁路”，因为操作(流动)通过旁路550的经净化的废气103呈现出比由传热床510、520和530中的相应的一个释放至出口560的经净化的废气103显著更高的温度。旁路550绕过传热床510、520和530，且将氧化室540与出口560直接耦接。
气体净化系统500包括耦接至旁路550的热交换器580。热交换器580被配置成将来自流过旁路550的经净化的废气103的热传输至流过热交换器580的热传输介质585。热传输介质585可以是气体或诸如水或热油的流体。热交换器580可允许回收来自流过旁路550的热的经净化的废气103的过量热。经加热的热传输介质585通过所提出的协同系统的反馈系统被传输至废物处理系统，使得废物处理系统能够将从经净化的废气103回收的过量热用于废物的生物处理。闭环和开环两者都可用于热传输介质。
可选地，气体净化系统500可包括另一热交换器570，热交换器570耦接至热交换器580上游的旁路550。另一个热交换器570被配置成将来自流过旁路550的经净化的废气103的热传递至流过另一个热交换器570的另一热传输介质575。另一热传输介质575可以是气体或诸如水或热油的流体。与热交换器580类似，另一热交换器570可允许回收来自流过旁路550的热的经净化的废气103的过量热。另一热交换器570可以允许回收用于不同于上文所描述的废物处理系统的热消耗系统的过量部分。例如，不同于上文所描述的废物处理系统的热消耗系统可以是工业工厂的工业系统或气体净化系统500附近的区域加热系统。因此，在一些示例中，所提出的协同系统可包括被配置成将加热的另一热传输介质575反馈到不同于废物处理系统的热消耗系统的另一反馈系统。闭环和开环两者均可用于另一热传输介质575。因此，不仅废物处理系统而且另一热消耗系统可以被设置有来自气体净化的可用的过量热。
在图5的示例中，热交换器570可允许过量能量的高温提取，并且热交换器580可允许过量能量的低温提取。
根据一些示例，气体净化系统500可以包括混合器(未示出)，该混合器被配置成将流过旁路505的经净化的废气103的至少一部分与气流混合以便产生经加热的气流。气体净化系统500可包括除热交换器580之外或替代热交换器580的混合器。气流可以例如是空气流。然而，应注意的是，也可以使用其他气体。而且，混合器可以允许从流过旁路550的热的经净化的废气103回收过量热。经加热的气流通过所提出的协同系统的反馈系统被传输至废物处理系统，使得废物处理系统能够将从经净化的废气103回收的过量热用于废物的生物处理。闭环和开环两者均可用于经加热的气流。例如，废物处理系统可以将经加热的气流作为用于生物处理或用于加热经处理的废物或处理空间的工艺气体。
应注意的是，其他RTO系统也可以用于所提出的用于废物处理的协同系统。例如，可以使用具有热气体冲洗的三床塔式RTO系统代替图5所示的吹扫气体冲洗。同样地，可使用双床塔式RTO系统。例如，双床塔式RTO可配备有缓冲箱或配备有躺着的(即，水平对齐的)床而不是图5中所示的竖直对齐的床。通常，可以使用任何多床RTO系统。还可使用一床RTO系统。在一些示例中，可使用具有旋转传热床的RTO系统。可替换地，传热床可以是固定的，并且用于将废气注入到传热床中并且用于收集离开传热床的经净化的废气的分配和收集系统可以旋转。这些用于RTO的气体净化系统的共同之处在于它们包括相应的气流控制系统，该气流控制系统被配置成：
使废气流过经加热的第一陶瓷材料，使得该废气升温并氧化；以及
使经净化的废气朝向用于释放经净化的废气的出口流过第二陶瓷材料。
与图5所示的相似，用于RTO的这些气体净化系统可包括旁路，该旁路被配置成使经净化的废气的一部分转向以绕过第二陶瓷材料。
过量热可以在用于RTO的这些气体净化系统中以多种方式回收。类似于上文参照图5所描述的，热交换器可耦接至用于RTO的相应的气体净化系统的出口，以将来自经净化的废气的热传递至流过热交换器的热传输介质。在用于RTO的相应气体净化系统包括旁路的情况下，一个或更多个热交换器可耦接至旁路(类同于图5中示出的热交换器570和580)，以将来自流过旁路的经净化的废气的热传递至流过相应的热交换器的相应的热传输介质。可附加地或可替代地，混合器可耦接至旁路上，以将流过旁路的经净化的废气的至少一部分与气流混合，以便产生经加热的气流。类似于上文参照图5所描述的，经加热的热传输介质和经加热的气流可以反馈至废物处理系统，和任选地反馈至其他热消耗系统。
本文所描述示例中的陶瓷材料可以是例如氧化铝瓷、莫来石、耐火粘土(火泥)、堇青石、锆石或它们的混合物。然而，本公开不限于此。也可以使用其他类型的陶瓷材料。
除了上文参照图3至图5所描述的气体净化系统的一个或更多个传热床之外，还可提供催化材料。因此，用于氧化废气所需的温度可以较低，使得气体净化系统可以在较低温度下操作。例如，一个或更多个催化材料层可以沿着废气的(可能)流动方向附接至相应的传热床的一端或两端。可替代地或可附加地，一个或更多个传热床中的陶瓷材料(例如堇青石)可至少部分地涂覆有催化材料。进一步可替代地或可附加地，催化材料可在一个或更多个传热床中与陶瓷材料混合。例如，可以使用一种或更多种氧化催化剂和/或一种或更多种还原催化剂。然而，本公开不限于此。也可以使用其他类型的催化剂。这样的气体净化系统可以被理解为RCO系统。
为了进一步说明用于废物处理的所提出的构造，图6示出了用于废物处理的方法600的流程图。方法600包括使用(在)废物处理系统执行废物的生物处理602。此外，方法600包括使用(在)气体净化系统来净化在废物的生物处理过程中产生的废气604。方法600进一步包括使用反馈系统将来自气体净化系统的过量热反馈回废物处理系统606。此外，方法600包括在废物处理系统中将反馈回的过量热用于废物的生物处理608。
方法600可以允许气体净化系统和废物处理系统的协同操作。特别地，在废物处理系统中使用用于废物的生物处理的反馈回的过量热可以允许覆盖废物处理系统的能量需求的至少一部分。因此，根据所提出的技术，可以减少废物处理的总能量消耗。此外，反馈回的过量能量可以允许优化用于废物的生物处理的工艺条件，并且因此，允许以高效率执行废物的生物处理。
例如，净化604废气可包括通过(例如无焰的)RTO或(例如无焰的)RCO净化废气。
在一些示例中，气体净化系统可包括填充有陶瓷材料的单个传热床。在这种情况下，净化604废气可包括使用(通过)电加热器初始地将陶瓷材料加热至预定温度。此外，净化604废气可以包括使废气流过经加热的陶瓷材料，使得废气在流过陶瓷材料的同时升温并氧化。陶瓷材料储存在氧化期间由废气释放的热。此外，净化604废气可以包括周期性地反转废气通过陶瓷材料的流动方向。
可选地，该气体净化系统可以进一步包括被设置在该传热床中的热交换器。在这种情况下，方法600可进一步包括将来自陶瓷材料的热传递到流过热交换器的热传输介质。此外，将来自气体净化系统的过量热反馈606回废物处理系统，可以包括将经加热的热传输介质反馈至废物处理系统。如上文所描述的，热交换器可包括穿过传热床延伸并由陶瓷材料围绕的一个或更多个管。热传输介质流过上述一个或更多个管。
在其他示例中，净化604废气可以包括使废气流过经加热的第一陶瓷材料，使得废气升温和氧化。此外，净化604废气可以包括使经净化的废气朝向用于释放经净化的废气的出口流过第二陶瓷材料。此外，净化604废气可以包括使用旁路以将经净化的废气的一部分转向以绕过第二陶瓷材料。
在一些示例中，气体净化系统可以包括耦接至旁路的热交换器。在这种情况下，方法600可以进一步包括将来自流过旁路的经净化的废气的热传递到流过热交换器的热传输介质。此外，将来自气体净化系统的过量热反馈606回废物处理系统，可以包括将经加热的热传输介质反馈至废物处理系统。
可选地，气体净化系统可以包括耦接至热交换器上游的旁路的另一热交换器。在这种情况下，方法600可以进一步包括将来自流过旁路的经净化的废气的热传递到流过另一热交换器的另一热传输介质。此外，方法600可以包括使用(通过)另一反馈系统将经加热的其他热传输介质反馈至不同于废物处理系统的热消耗系统。
可附加地或可替代地，气体净化系统可以包括混合器。在这种情况下，方法600可以进一步包括将流过旁路的经净化的废气的至少一部分与气流混合，以产生经加热的气流。此外，将来自气体净化系统的过量热反馈606回废物处理系统，可以包括将经加热的气流反馈至废物处理系统。
根据一些示例，气体净化系统可以包括用于释放经净化的废气的出口、以及耦接至该出口的热交换器。在这种情况下，方法600可以进一步包括将来自经净化的废气的热传递到流过热交换器的热传输介质。此外，将来自气体净化系统的过量热反馈606回废物处理系统，可以包括将经加热的热传输介质反馈至废物处理系统。
在一些示例中，气体净化系统进一步包括用于释放经净化的废气的出口。在这种情况下，方法600可以进一步包括使用(通过)经净化的废气传输系统将经净化的废气传输至废气处理系统。此外，将608反馈回的过量热用于废物的生物处理，可以包括将经净化的废气用于废物的生物处理。
根据示例，方法600可以进一步包括使用(通过)废气传输系统将来自废气处理系统的废气传输至气体净化系统。
在一些示例中，方法600可以进一步包括在气体净化系统处接收并净化来自不同于废物处理系统的来源的其他废气。
如上文所描述的，废物处理系统可以包括处理空间，在该处理空间中进行废物的生物处理。在这种情况下，将608反馈回的过量热用于废物的生物处理，可以包括将反馈回的过量热用于加热处理空间。
可附加地或可替代地，将608反馈回的过量热用于废物的生物处理可以包括将反馈回的过量热用于加热废物。
方法600的更多细节和方面结合所提出的技术或上文(例如，图1至图5)所描述的一个或更多个示例来解释。方法600可以包括与所提出的技术的一个或更多个方面或上文所描述的一个或更多个示例对应的一个或更多个另外的可选特征。
与先前示例中的特定示例相关的所描述的方面和特征也可与其他示例中的一个或更多个相组合以替代该其他示例的相同或类似特征或另外的将该特征引入到该其他示例中。
应进一步理解的是，说明书或权利要求中公开的若干步骤、工艺、操作或功能的公开不应被解释为意味着这些操作必然取决于所描述的顺序，除非在个别情况中明确说明或由于技术原因是必要的。因此，先前的描述并不将若干步骤或功能的执行限制为确定的顺序。此外，在其他示例中，单个步骤、功能、工艺或操作可以包括和/或被分解成若干子步骤、子功能、子工艺或子操作。
如果已经描述了与装置或系统相关的一些方面，则这些方面还应被理解为对应方法的描述。例如，装置或系统的块、装置或功能方面可对应于诸如方法步骤的对应方法的特征。因此，与方法有关的所描述的方面还应被理解为对应装置或对应系统的对应块、对应元件、属性或功能特征的描述。
在此，下文权利要求结合在详细描述中，其中，每个权利要求可独立作为单独的示例。还应注意的是，虽然在权利要求中，从属权利要求引用与一个或更多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例也可以包括从属权利要求与任何其他从属权利要求或独立权利要求的主题的组合。这样的组合在此被明确地提出，除非在个别情况下说明特定的组合不是有意的。此外，权利要求的特征也应当被包括在任何其他独立权利要求中，即使该权利要求没有被直接定义为从属于其他独立权利要求。

Claims (17)

1.一种用于废物处理的协同系统(100)，包括：
废物处理系统(110)，所述废物处理系统(110)被配置成执行废物(101)的生物处理；
气体净化系统(120)，所述气体净化系统(120)被配置成净化在所述废物(101)的生物处理期间产生的废气(111)；以及
反馈系统(130)，所述反馈系统(130)被配置成将来自所述气体净化系统(120)的过量热(121)反馈回所述废物处理系统(110)，
其中，所述废物处理系统(110)进一步被配置成将反馈回的所述过量热(121)用于所述废物(101)的生物处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)被配置成通过再生热氧化或再生催化氧化来净化所述废气(111)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)被配置成通过无焰再生热氧化或无焰再生催化氧化来净化所述废气(111)。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)包括：
单个传热床(310)，所述传热床(310)填充有陶瓷材料(315)；
电加热器(320)，所述电加热器(320)被配置成初始地将所述陶瓷材料(315)加热至预定温度；以及
气流控制系统(370，375，380，385)，所述气流控制系统(370，375，380，385)被配置成使所述废气(111)流过经加热的所述陶瓷材料(315)，使得所述废气(111)在流过所述陶瓷材料(315)的同时升温并氧化，
其中，所述陶瓷材料(315)被配置成储存在氧化期间由所述废气(111)释放的热，以及
其中，所述气体流动控制系统(370，375，380，385)进一步被配置成周期性地反转通过所述陶瓷材料(315)的所述废气(111)的流动方向。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)进一步包括布置在所述传热床(310)中的热交换器(340)，其中，所述热交换器(340)被配置成将来自所述陶瓷材料(315)的热传递至流过所述热交换器(340)的热传输介质(345)，并且其中，所述反馈系统(130)被配置成将经加热的所述热传输介质(345)反馈至所述废物处理系统(110)。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述热交换器(340)包括穿过所述传热床(310)延伸并且由所述陶瓷材料(315)包围的一个或更多个管，其中，所述热传输介质(345)流过所述一个或更多个管。
7.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)包括：
气流控制系统(506，507)，所述气流控制系统(506，507)被配置成：
使所述废气(111)流过经加热的第一陶瓷材料，使得所述废气(111)升温并氧化；以及
使经净化的废气(103)朝向用于释放所述经净化的废气(103)的出口流过第二陶瓷材料；以及
旁路(550)，所述旁路(550)被配置成将所述经净化的废气(103)的一部分转向以绕过所述第二陶瓷材料。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)进一步包括热交换器(580)，所述热交换器(580)耦接至所述旁路(550)，并被配置成将来自流过所述旁路(550)的所述经净化的废气(103)的热传递至流过所述热交换器(580)的热传输介质(585)，其中，所述反馈系统(130)被配置成将经加热的所述热传输介质(585)反馈至所述废气处理系统(110)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)包括另一热交换器(570)，所述另一热交换器(570)耦接至所述热交换器(580)上游的所述旁路(550)，其中，所述另一热交换器(570)被配置成将来自流通过所述旁路(550)的所述经净化的废气(103)的热传递至流过所述另一热交换器(570)的另一热传输介质(575)，并且其中，所述系统包括另一反馈系统，所述另一反馈系统被配置成将经加热的所述另一热传输介质(575)反馈至不同于所述废物处理系统(110)的热消耗系统。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)进一步包括混合器，所述混合器被配置成将流过所述旁路(550)的所述经净化的废气(103)的至少一部分与气流混合，以产生经加热的气流，其中，所述反馈系统(130)被配置成将所述经加热的气流反馈至所述废气处理系统(110)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)包括：
出口(360，560)，所述出口(360，560)用于释放经净化的废气(103)；以及
热交换器(470，590)，所述热交换器(470，590)耦接至所述出口(360，560)，并且被配置成将来自所述经净化的废气(103)的热传递至流过所述热交换器(470，590)的热传输介质(475，595)，
其中，所述反馈系统被配置成将经加热的所述热传输介质(475，595)反馈到所述废物处理系统(110)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)进一步包括用于释放经净化的废气(103)的出口(360，560)，并且其中，所述系统进一步包括经净化的废气传输系统(150)，所述经净化的废气传输系统(150)被配置成将所述经净化的废气(103)传输至所述废气处理系统(110)，其中，所述废气处理系统(110)进一步被配置成将所述经净化的废气(103)用于所述废气(101)的生物处理。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，进一步包括废气传输系统(140)，所述废气传输系统(140)被配置成将来自所述废气处理系统(110)的所述废气(111)传输至所述气体净化系统(120)。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述气体净化系统(120)进一步被配置成接收并净化来自不同于所述废物处理系统(110)的来源的其他废气(104)。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述废物处理系统(110)包括处理空间(116)，在所述处理空间(116)内进行所述废物(101)的生物处理，并且其中，所述废物处理系统(110)被配置成使用反馈回的所述过量热加热所述处理空间。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述废物处理系统(110)被配置成使用反馈回的所述过量热加热所述废物(101)。
17.一种用于废物处理的方法(600)，所述方法包括：
使用废物处理系统执行废物的生物处理(602)；
使用气体净化系统将在所述废物的生物处理期间产生的废气净化(604)；
使用反馈系统将来自所述气体净化系统的过量热反馈回所述废物处理系统(606)；以及
在所述废物处理系统中，将反馈回的所述过量热用于所述废物的生物处理(608)。
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