CN1173205A - 城市固体废物处理设备和商用乳酸的生产方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种处理废物的方法,其中城市固体废物被分离和处理以回收可重新使用的橡胶、金属、塑料、玻璃、废物中的剩余的有机物部分可用于生产乳酸和其它化学物质。一个过程应用了使用稀硫酸的预处理步骤以减少城市固体废物的纤维素组分中的重金属含量,这些重金属会污染所生产的乳酸或抑制由上述废物所得到的糖的发酵过程。另外,在用硫酸水解后,城市固体废物的纤维素组分中的重金属含量被通过离子交换过程除去。还公开了一种由城市固体废物经济地、节能地生产乳酸的方法。

Description

城市固体废物处理设备和 商用乳酸的生产方法

本发明涉及用于自动化地处理城市固体废物(MSW)(挖坑填埋的或直接来自城市的)、污泥和废轮胎以除去和回收任何可利用物质的方法和设备，以及用于生产商用乳酸的方法和设备。

固体废弃物和废渣通常通过挖坑填埋和/或焚化方法处理。由于对挖坑填埋和焚化炉的环境限制，需要补充另外一种固体废物的处理方法。涉及由焚化炉而造成的污染的公众呼声已经阻止了很多焚化炉工程的建设。作为对与挖坑填埋有关的问题的反应，政府规定必须进行废物回收以节省自然资源和阻止固体废弃物向填埋坑的流入。

为了从固体废物中回收可再生物量，已经开发了很多方法以生产燃料和商用物质。例如：

U.S.5,198,074公开了一种由竹子生产乙醇的方法，它包括对竹子进行切割、粉碎和清洗，压榨以除去水分。然后用蒸汽对纤维进行预水解以产生可溶性的糖，再进行发酵以产生乙醇。

U.S,5,184,780公开了一种用于处理固体废物的系统，它具有一个或多个处理流程用于处理固体废物以回收诸如瓦楞纸、黑色金属、塑料制品、纸和玻璃等可再生物量。

U.S.5,135,861公开了从生物量中生产乙醇的方法，该生物量的水解使用由发酵反应产生的二氧化碳或由柠檬废弃物中自然产生的有机酸作为催化剂。

U.S.5,104,419公开了一种由固体废物，例如城市固体废物生产甲醇的方法，它使固体废弃物部分氧化和燃烧，将已燃气体、氧气和二氧化碳通过固体废弃物，将气体中的不易挥发组分与易挥发组分分离，然后使易挥发组分与二氧化碳反应以生成甲醇。

U.S.5,060,871公开了通过区分颗粒大小、密度和/或电导率来分离金属合金颗粒的方法。

U.S.5,036,005公开了一种由糖连续发酵生产燃料级乙醇的方法，其中的乙醇在一个溶剂萃取柱中被移出，柱中的溶剂对发酵微生物是无毒的。

U.S.5,009,672公开了一种通过高压压缩和筛分以及磁性分离步骤来循环和回收城市固体废物组分的方法。然后将所回收的易腐烂的有机组分用于厌氧发酵过程以产生沼气，沼气可直接被用于产生电能。

U.S.4,974,781公开了一种纸和塑料的分离方法，它使材料中的纸在湿热的作用下再次浆化。然后将再次浆化了的物质与不能被浆化的物质分离，前者被循环利用、燃烧或用作一种化学处理方法的原料。

U.S.4,952,503公开了一种用离心分离步骤除去酵母以连续生产乙醇的方法。

U.S.4,874,134公开了一种处理固体废物以回收诸如瓦楞纸、黑色金属、有色金属、塑料制品、纸和玻璃容器以及可被用于生产混合肥料的可生物降解废弃物等可循环利用的物质的方法。首先被回收的是大块的值钱物品、不可处理的物质和可收回的物质，然后磁性分离第一组黑色金属成分，粉碎废弃物，然后磁性分离第二组黑色金属成分，然后用压缩空气分离含纸部分以生产出可用于施肥的可生物降解成分。

U.S.4,692,167公开了一种处理固体废物的设备，它通过研磨、磁性分离黑色金属、筛分、干燥、重力分离、旋风分离、筛分和压缩制粒来生产一种粒状的固体燃料。

U.S.4,650,689公开了一种由纤维素原料制备乙醇的方法，它是将纤维素原料在高压下用高浓度的矿物酸气体如HCl作用，然后用热水处理以产生含糖的水解液，该液体可用于发酵。

U.S.4,612,286公开了一种在一个逆流扩散处理装置中酸解含有可发酵物质的生物量的方法。优选地，该酸是大约2至10％体积浓度的硫酸。

U.S.4,553,977公开了一种用一个一级转筒筛来分离固体废物组分的方法，该设备将铝罐除去以得到富含有机物的部分，从中可分离出可循环利用的纤维制品。用磁性分离法将铁罐分出。经过浆化回收纸浆或不经过这一步，将有机物分离以用作燃料。

U.S.4,541,530公开了一种将处理后的固体废物中的金属颗粒和非金属颗粒分离的方法，它是将废物组分均匀化和磁性处理以产生金属富集物，如铝富集物。

U.S.4,384,897公开了一种通过两步水解处理来处理生物量原料的方法，在第一步中，容易被水解的多糖被解聚，在第二步中，不易被解聚的多糖被解聚。在第一步和第二步水解之间，通过与分子氧接触，将生物量原料用活化步骤处理。用诸如碳酸钙或氢氧化钙的碱将酸中和，所产生的溶液可用于发酵生产乙醇。

U.S.4,341,353公开了一种利用盘筛和风力分级器从废物中回收燃料和可循环利用的物质的方法。

U.S.4,288,550公开了一种消化垃圾的方法，它是在乙醇生产酵母的作用下进行厌氧发酵，这样不经过预先的水解处理就可将淀粉直接转化为乙醇，然后将该产物进行甲烷生产厌氧发酵以生产甲烷。

U.S.4,069,145公开了一种在电磁涡流分离设备中将具有高电导率的颗粒与具有低电导率的颗粒分离的方法。

U.S.4,063,903公开了一种用于处理固体废物的装置，它回收无机组分并将有机组分转化为燃料或燃料添加剂。将粉碎后的原料用酸处理，然后将其加热、干燥并研磨成细分散的燃料产品。

自然存在于许多食品中的乳酸被用作防腐剂以防止加工后的肉类、海味、蛋黄酱和沙拉调料由微生物而引起的变质；它还可以被用作生产诸如乳酰脂肪酸以及乳酸单甘油酯和双甘油酯等乳化剂的原料，用于烘烤产品、填充物和覆盖物；它也可以被用作软饮料、人造黄油、果酱、果冻、糖果、葡萄酒以及啤酒中的风味促进剂。医药上的应用包括静脉注射和透析液。美国每年大约要消耗四千万磅乳酸，其中大部分是进口的。

最近，乳酸的生产受到了人们的关注，原因是聚乳酸(PLA)塑料的开发，该塑料可100％地降解而且得到了美国食品和药物管理局的使用许可(U.S.Department of Energy，Innovations for Tomorrow，National Renewable Energy Laboratory，Golden，CO(1992)，PP.1-2)。PLA塑料可以赶上目前用于包装商品的许多热塑性塑料的特性，它将成为对环境有利的高聚物家族中的基本原料(Lipinsky，E.S.etal.，Chem.Engin.Progresses 8：26(1986))。

生产乳酸的细菌主要包括如下各属：链球菌属(Streptococcus)、片球菌属(Pediococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)和乳杆菌属(Lactobacillus)(Murray，R.G.E.，Bergey’s Manual of DeterminativeBacteriology，Vol.2，Sneath，P.H.A.，ed.，Williams and Wilkins，Baltimore.MD(1986)，p.1209)。另外，产生乳酸的乳杆菌属细菌主要包括：阿拉伯糖乳杆菌(Lactobacillus arabinosus)、戊糖乳杆菌(Lactobacilluspentosus)、胚芽乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、木糖乳杆菌(Lactobacillus xylosus)、德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)和莱氏乳杆菌(Lactobacillus leichmannii)(McCaskey，T.A.et al.，Appl.Biochem.Biotech.45-46：555(1994))。

本发明的一个目的是提供一种自动化的、高效的方法来处理城市固体废物和污泥，优选是污泥饼，以回收任何可循环利用的物质和生产商用乳酸。

本发明进一步的目的是提供一种用于回收已经存在的填埋废物的方法，因而减少旧的填埋废物对将来环境的影响。

本发明的另一目的是提供一种处理设施，它在操作时将对环境没有不利影响。

用于连续地、自动化地处理城市固体废弃物和污泥以除去和回收任何可利用的物质并用于生产商用乳酸的方法，包括如下步骤：

(a)将城市固体废物大量输入处理设备中；

(b)从上述废物中除去轮胎、大块的黑色和有色金属、塑料和玻璃以产生一种纤维素组分；

(c)将由步骤b)得到的纤维素组分粉碎；

(d)用稀释的(大约1至10％)的硫酸处理上述粉碎的纤维素组

分和可选择处理的污泥，在大约40至100℃的温度下处理大

约0.25至4小时以将剩余的大部分重金属溶解，制成一种可

   溶性组分和一种不溶性组分；

(e)将由步骤(d)得到的可溶性组分从不溶性组分中除去；

(f)将由步骤(e)中得到不溶性组分干燥；

(g)用与不溶性组分的重量比约为1∶1的浓硫酸(大约70％)

   处理由步骤(f)得到的干燥的不溶性组分以产生一种部分

   水解的混合物；

(h)用温度大约为80℃至约100℃的水将由步骤(g)得到的部

   分水解的混合物稀释以产生一种溶液，举例来说，以重量计，

   其中每含有大约1份的部分水解物就含有大约4至6份的水；

(i)在大约80℃至大约100℃下将由步骤(h)得到的稀释的混

   合物搅拌大约1至4小时以产生一种被消化了的物质；

(j)将固体从由步骤(i)中得到的消化混合物中除去以得到滤

   液；

(k)将滤液分离为含酸溶液和含糖溶液；

(l)将含糖溶液浓缩至含大约1％-20％的糖；

(m)将由步骤(l)中得到的浓缩的含糖溶液的pH调节至大约

   4.5至7.5；

(n)在大约25℃至大约50℃下将由步骤(m)中得到的溶液用

   乳酸细菌发酵以产生含乳酸的溶液；

(o)对由步骤(n)得到的乳酸溶液进行处理以得到一种商业上

   可接受形态的乳酸。

本发明还涉及生产乳酸并将绝大部分重金属和氯化物从城市固体废物(MSW)和/或污泥中的纤维素组分中除去的方法，其中包括：

(a)将城市固体废物中的纤维素组分粉碎；

(b)在大约30℃至80℃下，用与固体组分的重量比大约为1∶

   1的浓硫酸(大约70％)处理由步骤(a)得到的粉碎组分

   和/或污泥以产生一种部分水解的混合物；

(c)将由步骤(b)得到的部分水解的混合物用温度大约为80

   ℃至100℃的水稀释以产生一种悬浮液，举例来说，其液体：

   固体比率大约为5∶1，硫酸浓度大约为12％；

(d)例如，在大约80℃至100℃下，将由步骤(c)得到的稀释

   的混合物搅拌大约1至4小时以产生一种被消化了的物质；

(e)将含有绝大部分重金属的不溶性组分从由步骤(d)得到的

   可溶性组分中除去；

(f)对可溶性组分进行处理以生产一种商业上可接受形态的乳

   酸。

令人惊奇的是，上述组合的处理过程能够高效地和低成本地由污泥和/或城市固体废物生产乳酸。

包括本发明装置的废物回收方法绘于所附的示意图中，它构成了本说明书的一部分，其中图1是用于处理城市固体废物和/或污泥的完整方法的详细流程图；

图标     设备描述

1A/1B    粗原料贮料筒仓

2        计量容器

3        预处理室

4        稀硫酸存储容器

5A       初级螺杆压榨机

5B       次级螺杆压榨机

6        干燥器

7        处理后的原料的存储容器

8        稀硫酸中和容器

9        石灰存储容器

10       石膏压带机

11       中和水存储容器

12       水解系统

13       蒸煮容器

14       存储容器#1

15       压滤机

16       酸回收存储容器

17       酸回收系统

18       蒸发器

19       存储容器#2

20       反渗透过滤器

21       氨和pH平衡系统

22       乳酸菌注入系统

23       存储容器#3

24       发酵容器

25       乳酸菌过滤器和存储容器

26       乳酸处理设备

27       冷冻器盘管

28       乳酸存储容器

29A/29B  水存储容器

30       浓硫酸存储容器

31       废水存储容器(可选)

32       水加热器

A        木质素存储容器

B        锅炉原料存储容器

C        锅炉

在本发明的实施中，原料可以是城市固体废弃物，其中包括直接从城市得到的废物，或者是原先挖坑填埋，而后回收的城市固体废物。除了城市固体废物外，原料也可以是污泥，优选是饼状的污泥，其中也包含了相当大量的纤维素物质(大约35％重量：重量)。通过一个完全自动化的接收站，固体废弃物被通入设备中。然后废弃物被倾倒在一个散装运输机上。然后其中任何可循环利用的物质，如值钱的大块物品、黑色金属、诸如铝的有色金属、玻璃、塑料以及橡胶得到了回收。用于回收这类物品的方法是众所周知的和公开的，例如美国专利5,184,780,5,104,419，5,060,871，5,009,672，4,974,781，4,874,134,4,692,167，4,553,977，4,541,530，4,341,353，4,069,145和4,063,903，上述每一专利的内容都并入本文作参考。

优选地，废轮胎物料被分离至一个分离散装运输机上，它通向废轮胎处理和橡胶回收系统，在其中废轮胎被粉碎，橡胶、铁和纤维被分开。

使用一台遥控磁力起重机将任何过大的、大块的钢铁材料从固体废物运输机上移走。然后将这些过大的材料通过一个粉碎机处理，使该材料减小至易加工的体积。然后将该材料送至一个循环料斗等待打包。

将过大的物料除去后，通过使用转筒筛或其它能使任何外壳破碎的筛分设备，剩余的废弃物被分类并得到了两股分离的物料流。通过适当的分类，一股物料将含有主要由纤维素材料组成的有机废物，另一股将含有特定尺寸的金属产品，以及塑料、玻璃和橡胶。

废弃物经过多步磁性分离处理以除去任何黑色金属。然后将废物通过一个涡流分离机以除去任何有色金属。黑色和有色金属都被送运至料斗等待打包。然后将有机废物粉碎并在乳酸生产系统中处理，该系统接收并处理废弃物以得到可用于商业出售的乳酸。优选地，当使用污泥时，应首先将其干燥以获得污泥饼。对污泥脱水以获得污泥饼的方法在本领域是众所周知的。例如，用真空过滤机可将污泥的湿含量减至70-75％以得到污泥饼。由于污泥饼中通常不含有相当大量的可循环利用物质(铝、玻璃、塑料等)，可以直接用浓硫酸对其进行处理并且在乳酸生产系统中处理。然而，如有必要，对污泥饼进行进一步干燥，这可以通过闪蒸或喷雾干燥的方法实现，其中污泥饼颗粒被悬浮于热气流中干燥，这使多余的水分几乎在瞬间被除去。也可以使用转筒式干燥机和间接加热系统。这些干燥技术一般包含一个搅拌机、回转窑式干燥机、干式旋流集尘器和一个网洗涤塔(Web-scr ubber)。上述干燥技术公开于Sludge Digestion and Disposal，Public Works 125：D47-D58(1994)，其内容完全并入本文作参考。

由乳酸处理所产生的部分副产物可用于商业出售和/或用于发电以帮助设备的运行。例如，在对MSW和/或污泥中的纤维素组分水解后所得到的不溶性物质主要由木质素组成，木质素是存在于所有维管植物中的天然芳香有机聚合物。我们惊奇地发现，通过使用木质素作为锅炉燃料，在本公开中用于操作处理设备的能源消耗将明显降低。另外，通过与MSW中的能够完全燃烧、非氯化的塑料相结合，所得到的木质素的惊人地高的每磅的BTU值(大约4,000-13,350)可以得到提高。一种能够将非氯化塑料与氯化塑料(例如PVC)分离的称作Vinyl Cycle^TM的技术，可从National Recovery Technologies，Nashville，Tennessee购得。Vinyl Cycle^TM技术公开于美国专利No.5,260,576，其内容完全并入本文作参考。这种复合的木质素/塑料物质也可被作为锅炉燃料而烧掉，因而进一步减少了本发明的乳酸生产方法的能量消耗。

经过上述筛分过程后所剩余的任何非有机物质可被制粒并在商业上用于建筑材料的添加剂。

本发明是完全自动化的，只需在每一轮操作结束时进行例行的维护。完全自动化的筛分技术消除了不卫生的、手工分类的需要。

本发明可供完全无排出物的设备之用。所有建筑物可以是完全封闭的。所有的空气和水的污染物都可被收集和集中处理。所有进入设备的物质都可被处理和转化成商业上可用的物质。

从下面的描述和对设计的详细说明中，上述和其它的应用和优点将是显而易见的。

表1详细描述了由Environmental Protection Agency确定的干燥城市固体废物的组成

表1城市固体废物的组成
		有机物黑色金属有色金属玻璃塑料非有机物	74.0％7.5％1.5％10.0％5.0％2.0％

设计本发明是为了回收象详细列于表1中的那种固体废物，来自填埋废物的城市固体废物以及污泥，优选是污泥饼。最后两种原料与表1中所描述的有不同的组成，然而这并不影响它们在本公开发明中的使用。对通过系统的固体废物的处理速率主要取决于本发明将服务的社区的大小。该系统可以处理每小时25吨至每小时125吨或更多。设备的大小也相应变化。

不能处理的物质是有害废物、炸药和传染性废物。该系统可以处理冰箱、洗衣机、烘干机、炉灶、汽车废金属、大块物料、小块工业废料和普通城市固体废物。设计本系统是为了从固体废物中回收塑料、玻璃、橡胶、黑色金属和有色金属。

卡车将废物倾倒在散装运输机上，比如可从E&H System得到的运输机，它在装有初始粉碎机的建筑物内沿纵向往返移动。然后使用一台可遥控的磁力起重机以除去任何大块的金属物体。这些被移走的物体被放入一台自动粉碎机中以减小体积。当减小体积的工作完成后，将废物重新导入系统，进入储料仓中以便在普通打包机上打包。

然后用通常来源于诸如MacLanahan Corporation的转筒筛自动地打开袋子，移走小块杂质以及碾碎任何玻璃物料。

乳酸物流中的物质在被运送时通过一系列的五个磁性分离机，它将除去大部分黑色金属。也就是说，主要含有金属和纤维素组分的废料物流从转筒筛中被运送至一系列的倾斜的运输机，每台运输机都有磁性分离设备，比如在本领域众所周知的转鼓或传送带。每一台运输机的输出端都高于后续运输机的输入端，这样通过磁力筛选的物料在从一个运输机传至另一个运输机时会受到重力扰动，因而促进了下一个磁性分离机对剩余的黑色金属的回收。运输机的设计是这样的，它能够将黑色金属完全自动化地分离至一个集中的区域内。这种运输机的设计还能够将物料混合以保证将所有黑色金属的98％移走。将所分离的黑色金属从一个垂直卸料槽中倒出并运送出设备至一个储料仓中以用于循环利用。

然后将剩余的物料运送至一个涡流分离机中，例如一个EriezFerrous Metal Separator中。涡流分离机用于自动地将包括电池的有色金属物料除去。

涡流分离机被放置在磁性分离机之后，以保证涡流分离机设备不被黑色金属所损坏。存在于涡流分离机之中或之上的任何黑色金属物料都会导致涡流分离机的严重的和昂贵的损坏。用运输机将剩余的废料送进一个锤式粉碎机中，它将物料的尺寸减小至-3″至-4″。物料尺寸的减小有助于乳酸的生产过程。

锤式粉碎机和括一个防爆罩以消除任何潜在的可因粉尘引起的爆炸。

物料流可被分成两个不同的路径；即乳酸生产过程和腐殖质生产过程。废物在这两个系统中的分配取决于进入设备的废物的确切体积。

正如前面所讨论的，含有污泥或污泥饼的原料通常可以免去上述的分类步骤而用浓硫酸直接处理以用于乳酸生产系统。

参照图1，在下面对本发明的方法进行了全面的概述。

根据废物来源的不同，在污泥(及其饼状物)或MSW的纤维素组分中的重金属含量会明显地变化。举例来说，一些来自城市或工业高度发达地区的MSW样品，由其纤维素组分产生的水解物显示该水解物已被重金属所污染，其严重程度达到将会抑制乳酸发酵过程或对随后所生产的乳酸造成污染。因此，在进行水解之前，应该对这类MSW样品进行处理以减少其重金属含量，避免对发酵液的污染。另一方面，我们发现从轻微污染的样品中除去重金属可以在对纤维素原料水解后，通过一个高效离子交换过程完成。

下面的讨论描述了两种过程，它们可用于减少原料纤维素组分中的重金属含量。一种是在水解前减少重金属含量，另一种是在水解后。选用何种方法取决于原料中的重金属污染程度。

A.一种自动处理MSW的方法

第1阶段：预处理

图标1A/1B-11

目的：

预处理过程的目的是通过将所输入的粉碎纤维素组分与稀硫酸相混合，将可能会污染所生产的乳酸的重金属，或抑制MSW和/或污泥的水解纤维素组分发酵的重金属加以分离。然后将固体压缩，用石灰处理液体，产生了一种副产物：石膏。然后将石膏除去，对剩余的固体进行精制以在水解系统中将其粉碎为糖。

根据本发明的方法处理的基本上不含微量金属的样品是一种这些金属的含量至少减少了70％的样品。

描述：

粗原料贮料筒仓(图标1A和1B)接收一种预先经过粉碎的纯有机物含量大约为85％-90％的原料，其颗粒大小是-2″(5/8″×2″)。每个贮料筒仓大约储存25吨的原料，这大致相当于2-1/2天的原料供应量。检测不到其重金属含量的材料不需要预处理，所以将它们另存于贮料筒仓1B中。

用散装运输机将物料从贮料筒仓1A运送至一个计量筒仓(图标2)。计量筒仓将未经处理的原料分配至一个预处理室中(图标3)，同时在大约40至100℃下将稀硫酸(大约1至10wt％)与原料混合。这会使原料中的重金属和氯化物(金属氯化物及可能的有机氯化物)溶解。然后用螺旋运输机将物料运送至螺杆压榨机(图标5A和5B)中以除去大约60％-80％的液含量，从而将可溶性组分从不溶性组分中除去。需要进行一次次级冲洗以消除任何残余的酸(图标5B)。然后将来自螺杆压榨机的固体以大约每小时3.25吨的进料速率加入一个运输干燥机中(图标6)。运输干燥机进一步将原料的湿含量减至大约5％-10％。具有轻的和蓬松的紧密度的干燥不溶性组分被用风力运送至一个处理后原料的贮料筒仓(图标7)。

来自螺杆压榨机的液体被用管路输回至稀硫酸存储容器(图标4)以便再次使用。另外，来自酸回收系统(图标17)的稀酸被用管路输送至稀酸存储容器。来自存储容器的重金属和沉淀物被排至一个中和罐(图标8)。将中和罐中的液体与石灰混合并泵送至压带机(图标10)，在此处将石膏除去。然后使含有水和颗粒的剩余的中和液体通过一个颗粒过滤机并返回至水存储容器(图标11)以便在系统中再次使用。

如下面的讨论所示，除去大部分重金属的另一种离子交换方法包括实施下述的水解步骤以及回收水不溶性木质素。我们发现绝大部分重金属被结合于木质素之上。

第2阶段：水解

图标12-16，31，A，B，C

目的：

水解过程的目的是通过将物料与浓硫酸(大约65至93％，优选为大约70％)混合，使原料的分子结构降解为糖。在一段确定的时间内蒸煮糖/酸/水溶液，然后将固体除去。将溶液送至酸回收系统以便分离。

描述：

将来自贮料筒仓(图标7或图示1B)的预处理后的原料计量送至水解系统(图标12)，大约70％的浓硫酸也以大约1∶1的比率自动地加入其中。如果不作特别说明的话，这里的所有比率和百分含量都基于重量：重量比率。在描述中，大约为1∶1的比率表示含有重量比由60∶40变化至40∶60。优选地，加入预处理后的原料中的浓硫酸的比率是按重量计大约45∶55至55∶45。

将物料混合大约2至15分钟，优选是大约10分钟，然后与升温至大约88℃的水一同加入蒸煮容器(图标13)中。该溶液的比率大约为2∶1(以重量计，大约2份水对大约1份的水解了的物料)。将该物料缓慢搅拌，在96℃的恒定温度下保持大约1-4小时。在这种条件下，纤维素和半纤维素分别被转化为葡萄糖和木糖。在这一阶段结束时，将蒸煮容器中的物料排空至一个存储容器(图标14)，以使蒸煮容器能够被再次装填。存储容器维持物料的温度不变并调节其流向压滤机(图标15)的流量。

然后来自存储容器的物料被过滤，例如通过将其泵入一台压滤机中(图标15)，该压滤机将悬浮的固体除去以产生滤液。可以将该固体磨成粉状、干燥并送回至干燥器(图标6)中以用作锅炉燃料。然后将滤液由压滤机泵送至酸回收存储容器(图标16)中。

注：来自废水存储容器(图标31)中的废水可用作水解系统(图标12)中新鲜水的替代物。废水中所含的病菌在水解系统中都被消灭了。废水中保留了相当高的氮含量，基本上不需要再加入含氮物质，如氨(在乳酸发酵过程中的一种有用的营养成分)。

第3阶段：酸回收

图标16-19

目的：

酸回收过程的目的是从糖/酸/水溶液中回收硫酸以产生一种含酸溶液和一种含糖溶液。然后将浓缩后的硫酸和水再次用于系统中。一旦将糖和水从溶液中除去，就将它用管路输入发酵罐中以使其发酵成为乳糖。

有许多众所周知的方法用于从水流中回收硫酸，其中的任何一种方法都可用于本发明的实施。例如，可使水流通过一个活性炭过滤器以截留住糖分，用水清洗以冲洗掉剩余的酸。所吸附的糖可以随后用加热的乙醇洗脱掉。参见，M.R.Moore and J.W.Barrier，“Ethanol fromCellulosic Residues and Crops，”Annual Report，DOE/SERI ContractNo.DK-6-06103-1，Tennessee Valley Authority，Muscle Shoals，Alabama，October 1987，pp.27-49，其内容并入本文作参考。然而，这种用于将硫酸从糖中分出的方法不是最好的，因为在发酵前必须将乙醇从所得到的糖溶液中蒸出，因而增加了需要能量输入的另一步骤。当酸在吸附和脱附循环中转移时也可能会遇到问题，这可以通过在循环中使用氮冲洗加以改善。当流出的乙醇在70℃下不饱和时也可能会遇到问题，这将导致糖的含量较低。较低的乙醇流率和延长脱附循环时间会促进糖的脱附，使流出的液体被糖95-100％所饱和。

更优选的是，可以使用离子交换树脂将酸和糖分离成一股含酸液流和一股含糖液流，这类树脂包括“GEL”型的Amberlite强酸性阳离子交换树脂，例如硫酸型的IR 120 PLUS，可由Aldrich Chemical Company购得。糖被吸附在强酸性树脂上，这产生了一种可回收的含酸液流。所吸附的糖随后用纯水通过洗脱树脂得以回收。参见，M.R.Moore andJ.W.Barrier，“Ethanol from Cellulosic Residues and Crops”，AnnualReport，DOE/SERI Contract No.DK-6-06103-1，Tennessee ValleyAuthority，Muscle Shoals，Alabama，October 1987，pp.30-39，其内容收入本文作参考。一种能够连续分离含酸和含糖物流的设备可由AdvancedSeparation Technologies Incorporated，Lakeland，Florida(Model ISEPLC 2000)购得，它使用一种强酸性离子交换树脂(Finex CS16G，平均粒径310微米)。举例来说，这类设备公开于美国专利Nos.4,522,726和4,764,276，其内容完全收入本文作参考。

使用一种溶剂将酸与糖分离也是可能的，该溶剂从糖溶液中将酸选择性地抽提和除去。参见，M.R.Moore and J.W.Barrier，“ Ethanol fromCellulosic Residues and Crops，”Annual Report，DOE/SERI ContractNo.DK-6-06103-1，Tennessee  Valley Authority，MuscleShoals，Alabama，October 1987，pp.39-49，其内容收入本文作参考。分离过程可在一个往复振动板式萃取柱中进行。在柱的每一末端都有接收容器用于溶剂和水解物的分离。由联接在马达上的聚四氟乙烯板进行混合。酸-糖溶液由柱的顶端加入，在向下流动的过程中该水溶液与溶剂充分混合。溶剂被从柱的底部加入。含糖的水溶液从柱的底部排出，而含酸的溶剂溶液从柱的顶端排出。然后就可以从溶剂中回收酸，例如对溶剂进行蒸馏或用蒸馏水对溶剂进行洗涤。用于从含糖水溶液中将酸连续分离的设备和溶剂，举例来说，可从Glitsch，Inc.，Parsippany，NJ购得。

可以预想到由上述任一种分离方法所得到的含糖液流都会含有残留的酸。优选地，残留的酸随后用石灰或氨水中和至pH大约为4.5至7.5。描述：

将含有大约10％的糖、10％的酸和80％的水的液体由酸回收存储容器(图标16)泵送至酸回收系统(图标17)，该系统将液体分离为酸/水溶液和糖/水溶液。将糖/水溶液泵送至一个存储容器(图标19)；将所回收的酸/水溶液泵送至一个蒸发器(图标18)，在其中通过蒸发将水从酸中除去并送回至水存储容器(图标29A)。水的除去使酸的浓度又回到其初始水平即大约70％。这样就能够将酸由蒸发器送回至浓酸存储容器(图标30)以便在系统中再次使用。

第4阶段：发酵

图标19-24

目的：

如果需要，在发酵之前可以使用氢氧化钙对糖/水/微量酸溶液进行处理以除去乳酸发酵的抑制剂，如硫酸根离子、酚醛化合物和糖醛，这描述于McCaskey，T.A.et al.，Appl.Biochem.Biotech.45-46：555(1994)。另外，所使用的乳酸细菌的最佳发酵条件，包括培养温度、接种量、发酵时间和pH，可由常规的实验方法(i.d.)确定。

发酵过程的目的是浓缩糖溶液并将其与乳酸细菌混合以生产乳酸。这里所用的乳酸细菌是指能够把碳源发酵成为乳酸的任何微生物。另外，这里所使用的“商业上可接受形态的乳酸”这一词组是指可用于商业出售和使用的乳酸的任何盐类或任何形态的乳酸，固体或溶液。通过蒸发(例如应用加热和/或抽真空)或使用反渗透过滤器可将糖溶液的浓度浓缩至大约1％-20％。

一旦发酵完成后，在对乳酸溶液进行处理之前，可以将乳酸细菌除去。描述：将来自存储容器(图标19)的糖、水和微量的酸(小于大约1％)泵入反渗透过滤器(图标20)中以除去溶液中的部分水并使糖的浓度变为大约1％-20％。可通过加入氨水小心地控制pH以维持最佳发酵条件所需的pH平衡，即大约4.5至7.5。这时就可以加入乳酸细菌以及需要的话加入用于乳酸菌发酵的任何基本营养物质(Prescott andDunn，Industrial Microbiology，3rd.Ed.，McGraw-Hill Book Company，Inc.(1959)pp.304-330)，将其混合并泵入存储容器(图标23)，随后泵入发酵罐(图标24)。冷冻器盘管(图标27)帮助维持发酵所需的大约25-50℃的温度。在发酵完成后，发酵液被计量输入一台过滤器和存储容器(图标25)，在其中乳酸菌被除去并用管路输送至细菌存储容器。剩余的液体被计量输入一个存储容器(图标25)中以等待处理。

第5阶段：乳酸处理过程

图标25-26

目的：

乳酸处理的目的是将由发酵过程得到的乳酸溶液提纯和浓缩。描述：

由发酵过程得到的乳酸溶液可用石灰处理并在一个蒸发器(图标18)中浓缩，然后泵入结晶盘中以得到乳酸钙结晶。优选地，离子交换树脂可用于浓缩和提纯由发酵过程生产的乳酸。例如，可以使用来自Sigma Chemical Co.，St.Louis，MO的Amberlite型离子交换树脂。更优选地，举例来说，也可以使用美国专利Nos.4,522,726和4,764,276所公开的设备，其内容完全收入本文作参考。这些设备能够从发酵液中连续浓缩和提纯乳酸。

B.用于从MSW中除去重金属的离子交换方法

我们惊奇地发现，典型地存在于MSW或污泥中的重金属污染水平相当低，因而缔合了的重金属基本上保持与在纤维素组分酸解后所得到的不溶性组分的配位状态。因此保留在水解液中的可溶性重金属浓度正好低于可能会明显地污染所得到的乳酸或影响发酵过程的程度。基于这个发现，本发明还涉及一种在水解后将MSW和/或污泥的纤维素组分中的重金属除去的有效方法。

除了将重金属从预粉碎的原料中除去这一步被延迟至水解步骤之后进行外，对原料的处理步骤与上述的描述类似。通过这样作，涉及用稀硫酸对纤维素原料进行预处理的步骤可以省略，因而也就省去了次级清洗以及耗时、耗能的对预处理原料的干燥步骤。因此，不用使用稀硫酸预处理经过预粉碎的原料，就可将其直接加入水解系统中，同时以大约1∶1的比率(酸/原料)自动向其中加入大约70％的浓硫酸。然后将该悬浮液在大约30-80℃下混合，时间优选是大约2-20分钟，或更优选是大约2-15分钟，然后送入蒸煮容器中，在其中用大约80至100℃的水将悬浮液稀释，直至液体比固体的比率变为大约5∶1以及硫酸浓度大约为12％。将物料维持在大约80-100℃的恒定温度下搅拌大约1-4小时。在这种情况下，纤维素和半纤维素转化为葡萄糖和木糖的完全程度大约为87-100％。

一旦水解完成，蒸煮容器中的物料被排空至一个存储容器，因而使蒸煮容器能够被再次装填。存储容器维持水解物的温度不变并调节其流向压滤机的流量，在压滤机中悬浮固体被除去以得到滤液。滤液被分离成含酸溶液和含糖溶液，处理含糖溶液以生产乳酸。

将收集于压滤机的不溶性组分干燥，可选择性地将其与MSW中的非氯化塑料组分相混合，将其用作锅炉燃料来产生能量，如用来发电，该电能可用于出售或用于本处理设备的操作。如果需要的话，在燃烧前，用1-10％的盐溶液处理，然后再用水冲洗，可以降低与不溶性组分相缔合的重金属的水平。

至此已对本发明进行了大体的描述，参照下述实施例也能对本发明有大体的了解，如果不作另外说明的话，这些实施例只是为了举例说明而不是为了限制本发明的范围。

上述和下面的所有应用、专利和出版物中的全部内容收入本文作参考。

实施例

实施例1用稀硫酸预处理以从MSW中除去重金属

对一个城市固体废物(包括所有固体)的样品进行分析以确定重金属含量。结果如下所示(表2)：

表2

金属	mg/kg(ppm)
		锌	86
铜	30
		铬	10.6
镉	0.6
		铅	20
铁	1190
		镍	0.5
锡	＞1(未检测到)

将200g 2％硫酸水溶液中的20gm MSW样品加热回流2小时。将固体过滤、清洗，然后进行分析(表3)：

表3

金属	mg/kg(ppm)	降低的百分数％
			锌	7.8	91
铜	3.0	90
			铬	2.4	77
镉	N.D.1	100
			铅	6.0	70
铁	98	92
			镍	N.D.	100
锡	N.D.	-

¹N.D.＝未检测到

这些数据显示，一步简单的稀释热酸的清洗有效地降低了MSW中重金属的水平。

实施例2通过离子交换方法将MSW中的重金属除去

将MSW样品混合在一起以形成一种复合样品。然后从复合样品中取出四个样品并用下述步骤分析它们的纤维素、木质素和灰份。

在一台微波炉中将复合MSW样品干燥至水含量少于1％，然后将其粉碎并过一个20目的筛。然后将该样品与相同量(重量)的10％硫酸混合，在大约100℃下加热两个小时。完成加热后，通过过滤将液体除去，将固体收集、清洗、干燥和称重。由于用10％的硫酸处理而造成的重量损失代表MSW样品中的半纤维素含量。然后将收集到的固体与70％的硫酸混合并置于一个含有5份水和1份固体的反应器中，在一台微波炉中于大约100℃下加热3小时。然后从悬浮液中过滤出固体并测定液体中的葡萄糖含量。然后将过滤的固体干燥，在大约600℃下加热，确定其灰份含量。每个样品中的木质素含量由样品中灰份的重量与样品的总重量之差确定。

列于表4中的结果显示，对于纤维素、木质素、灰份和半纤维素而言，复合样品是均匀的。

表4

检测序号	纤维素，％	木质素，％	灰份，％	半纤维素，％
					1	53	20	18	9
2	55	20	18	7
					3	58	18	17	7
4	56	19	19	6
					平均值	55	19	18	7

将100g MSW样品和100g(酸：样品比率为1∶1)70％的硫酸充分混合，直到形成一种黑色的膏状物。在大约20分钟的混合时间内，将温度维持在大约30℃。然后将反应混合物加入预热至大约88℃的水中，使水与固体的比率为5∶1，硫酸浓度大约为12％。然后将悬浮液在大约100℃下加热约2-3小时以完成水解过程。该过程完成后，将水解液和固体残余物分离，分析它们的碳水化合物和重金属含量。

对水解的固体剩余物的分析

使用前面所描述的步骤对由水解过程所得到的固体剩余物的纤维素、木质素和灰份含量进行分析。结果列于表5。

表5

纤维素，％	木质素，％	灰份，％
			7	49	44

这些结果清楚地显示，本发明的水解条件足以明显地降低含纤维素的MSW和/或污泥的纤维素含量。

水解液的分析

将水解液用已知体积的氢氧化钠溶液中和。然后用一台YSI model20葡萄糖分析仪分析中和的样品中的葡萄糖含量。该过程的结果显示水解液含有大约10％的糖(对其作稀释方面的校正)。糖的理论产率是10.4％。分析中的误差和一些葡萄糖的分解最有可能是造成差异的原因。

对水解液和不溶性组分中重金属的分析

对初始的复合MSW样品、水解液中的剩余固体以及水解液(水解液中的重金属含量以干重为基准)进行了分析，以确定其铜、锌、铬、镍和铁的含量。分析的结果列于表6中。

表6

金属	MSW(ppm)1	水解液(ppm)1	水解液中的不溶性组分(ppm)1
				铜	18	0.94	50
锌	140	23	39
				镍	10	2.1	7.1
铁	2,300	480	1,100
				铬	12	4.0	17

¹以干重为基准

初始的水解前的MSW原料含有与预测大致相当的重金属。然而，令人惊奇的是，在水解步骤后得到的不溶性剩余物中的重金属浓度比基于对预处理考察而预测的重金属浓度要高得多。尽管本发明者不想局限于任何特殊理论，但是看来剩余的固体在水解反应中有可能被部氧化，转化成了能够与重金属结合的低等级的离子交换树脂。剩余物保留了90％以上的铜、55％的铬，以及20-30％的锌、镍和铁。另外，水解液中的大部分重金属在酸/糖分离过程中将与酸共同流走，从而进一步减少了重金属含量。在本离子交换方法中可除去水解液中的绝大部分重金属，所处理的样品中的大约90％的铜、大约55％的铬以及大约20-30％的锌、镍和铁保留在了不溶性组分中。

实施例3重金属对水解的影响

下述步骤确定循环使用的酸中Cu、Zn、Cr、Ni和Fe的积累是否会影响MSW和/或污泥的纤维素的水解。皮棉是一种不含有任何重金属的纤维素物质，将其用上述步骤水解，所不同的是向70％的酸中加入Cu、Zn、Cr、Ni和铁的硫酸盐，使它们的浓度是根据表6中所列数据预计浓度的20倍。测定纤维素转化为葡萄糖的量并将其与不加入重金属时(对照组)的转化率进行比较。进行了两组反应，纤维素转化为葡萄糖的百分率，对于含有重金属的样品是85％和87％，而对照组是86％和87％。这些实验的结果显示，预计比MSW水解液组分中高20倍的重金属浓度不会明显地影响水解的效果。

基于这些结果可以明显地看到，为防止重金属污染问题，利用预处理步骤除去MSW或污泥中的重金属不总是必需的，因为通常存在于原料中的重金属在很大程度上可以随着水解步骤所产生的固体残留物而除去。然而，对于重金属污染比较严重的MSW和/或污泥，在发酵之前对纤维素原料或水解液进行预处理就是必要的了。

实施例4在发酵前除去水解液中的重金属

在水解液中存在过量的重金属会影响发酵过程或污染所生产的乳酸。因此，在从水解液中检测出了过量重金属的特殊情况下，可以使用下列步骤将它们除去。

向水解液中加入石灰直至pH达到约10.5-11。将悬浮液中的石膏和过量石灰过滤掉，测量水解液中的重金属浓度。根据列于表7中的结果，水解液中的重金属含量被降低了。

表7

金属	初始ppm	最终ppm	百分变化率％
				铜	0.94	0.19	80
镍	2.1	1.5	29
				铬	4	0.4	90
铁	480	66	86

列于表7的结果显示，石灰的加入有效地降低了水解液中的重金属浓度。还应提到的是，通过加入石灰除去了80-90％的铜和铬。因此，如表7所示，如果所得到的水解液中的重金属浓度相当高，以至于严重影响发酵过程或污染所生产的乳酸，石灰的加入会缓解这一问题。

实施例5从水解后所得到的剩余物中除去重金属

如果需要的话，在燃烧前，可以使用下述步骤来减少与水解后所得到的不溶性组分相缔合的重金属的含量。在室温下收集不溶性组分并用1％的NaCl溶液清洗。清洗完毕后，将不溶性组分与NaCl溶液分离，测定所缔合的重金属量。与不溶性组分相缔合的重金属按表8所列结果降低。

表8

金属	初始ppm	最终ppm	百分变化率％
				铜	50	13	74
镍	7.1	2.9	59
				铬	17	5.3	69
铁	1100	260	76

结果表明，在作为燃料燃烧之前，可以降低与水解后所得的不溶性组分相缔合的重金属含量。

实施例6把糖与硫酸分离

在下列实施例中，用下列装置从4.5％糖/4.2％酸(wt)溶液中分离糖和硫酸：采用树脂Finex CS 16G的ISEP LC200 ，310微米平均大小，得自Advanced Separation Technologies Incorporated，LakelandFL。

树脂体积为1.22英尺³。糖/酸溶液的进料量为0.082BV(床体积)/hr。以1.65加仑水/加仑进料洗涤树脂。结果如下：

表9

	糖	酸
			回收率	99.87％	96.08％
纯度	95.5％	99.88％
			浓度	4.0％	4.25％

因此，ISEP装置能有效分离糖和硫酸，使硫酸得以在该过程中循环。

实施例7对由水解过程所产生的木质素和石膏组分的分析

为了确定通过本水解方法所生产的木质素和石膏的物理和化学特性，根据本发明将典型的MSW样品分类、粉碎和水解。所得到的样品根据EPA和ASTM检测标准进行分析，以确定其燃烧前、后的物理和化学特性。在本实施例中，木质素的分析使用的是Toxicity CharacteristicLeaching Procedure(TCLP)，它是用醋酸或醋酸钠溶液将样品浸提18小时，随后对浸出液中包括金属、杀虫剂和半挥发性有机化合物的污染物进行分析。TCLP的详细内容可参见Test Methods for EvaluatingSolid Waste，Physical/chemical Methods，EPA Publication SW-846，其内容完全收入本文作参考。这一分析的结果列于表10。

表10

检测方法	结果1
		一般
TCLP浸提物的pH	4.91
		TCLP浸提液的pH	1
金属
		砷，可用TCLP浸提	0.11mg/l
钡，可用TCLP浸提	1.35mg/l
		镉，可用TCLP浸提	0.05mg/l
铬	2.2ppm
		铬，可用TCLP浸提	0.13mg/l
铜	58ppm
		铅	11ppm
铅，可用TCLP浸提	0.11mg/l
		汞，可用TCLP浸提	0.0002mg/l
镍	＜0.7mg/l
		硒，可用TCLP浸提	0.07mg/l
银，可用TCLP浸提	0.05mg/l
		锌	2.4ppm
挥发性物质
		苯，可用TCLP浸提	0.001mg/l
四氯化碳，可用TCLP浸提	0.001mg/l
		氯苯，可用TCLP浸提	0.001mg/l
氯仿，可用TCLP浸提	0.001mg/l
		1，4-二氯苯，可用TCLP浸提	0.001mg/l
1，2-二氯苯，可用TCLP浸提	0.001mg/l
		1，1-二氯乙烯，可用TCLP浸提	0.001mg/l
甲基乙基酮，可用TCLP浸提	0.003mg/l
		四氯乙烯，可用TCLP浸提	0.001mg/l
三氯乙烯，可用TCLP浸提	0.001mg/l

检测方法	结果1
		氯乙烯，可用TCLP浸提	0.001mg/l
不可挥发物质
		0-甲酚，可用TCLP浸提	0.05mg/l
m，p-甲酚，可用TCLP浸提	0.10mg/l
		2，4-二硝基甲苯，可用TCLP浸提	0.05mg/l
六氯代苯，可用TCLP浸提	0.05mg/l
		六氯丁二烯，可用TCLP浸提	0.05mg/l
六氯乙烷，可用TCLP浸提	0.05mg/l
		硝基苯，可用TCLP浸提	0.05mg/l
五氯苯酚，可用TCLP浸提	0.05mg/l
		吡啶，可用TCLP浸提	0.10mg/l
2，4，5-三氯苯酚，可用TCLP浸提	0.05mg/l
		2，4，6-三氯苯酚，可用TCLP浸提	0.03mg/l
杀虫剂
		氯丹，可用TCLP浸提	0.001mg/l
内氮甲桥萘，可用TCLP浸提	0.0002mg/l
		七氯，可用TCLP浸提	0.0002mg/l
环氧七氯，可用TCLP浸提	0.0001mg/l
		林丹，可用TCLP浸提	0.0001mg/l
甲氧氯，可用TCLP浸提	0.0003mg/l
		毒杀芬，可用TCLP浸提	0.00005mg/l
除草剂
		2，4-D，可用TCLP浸提	0.010mg/l
2，4，5-TP(Silvex)，可用TCLP浸提	0.010mg/l
		混杂的
样品中的固体含量	100.00％
		总PCB	1ppm
干基数据
		灰份，干	20.86％

检测方法	结果
		燃烧热，干	10564BTU/1b
碳，不挥发的，干	18.91％
		易挥发物质，干	60.23％
硫，干	0.66％
		按来样计算的基本成分
总湿含量	65.19％
		灰份，按来样计算	7.47％
燃烧热，挥来样计算	37835 BTU/1b
		碳，按来样计算	6.77％
易挥发物，按来样计算	21.57％
		硫，按来样计算	0.24％
灼烧后的基本成分，元素形式
		铝，灼烧后的基本成分	17.10％
钙，灼烧后的基本成分	1.64％
		铁，灼烧后的基本成分	1.03％
镁，灼烧后的基本成分	0.90％
		锰，灼烧后的基本成分	0.03％
钾，灼烧后的基本成分	0.56％
		硅，灼烧后的基本成分	24.06％
钠，灼烧后的基本成分	1.62％
		硫，灼烧后的基本成分	0.10％
钛，灼烧后的基本成分	3.57％
		灼烧后的基本成分，氧化形式
氧化铝(Al2O3)，灼烧后的基本成分	32.32％
		氧化钙(CaO)，灼烧后的基本成分	2.30％
氧化铁(Fe2O3)，灼烧后的基本成分	1.47％
		氧化镁(MgO)，灼烧后的基本成分	1.49％
氧化锰(MnO2)，灼烧后的基本成分	0.04％
		氧化钾(K2O)，灼烧后的基本成分	0.67％

检测方法	结果1
		氧化硅(SiO2)，灼烧后的基本成分	51.49％
氧化钠(Na2O)，灼烧后的基本成分	2.19％
		三氧化硫(SO3)，灼烧后的基本成分	0.25％
氧化钛(TiO2)，灼烧后的基本成分	5.96％
		灼烧后的氧化物总量	98.18％
一般
		木质素和丹宁(水溶性)	0.13％
燃烧热，无水分及灰分	13348BTU/1b

¹百分率为wt％。

列于表10中的结果显示，通过本水解方法所得到的木质素中的杂质含量是可以接受的，而且它的BTU/磅数值出人意料地高。因此，根据本发明，由处理MSW和/或污泥的纤维素组分所得到的木质素代表了一种有价值的燃料来源。

根据EPA和ASTM标准，对所生产的石膏也进行了分析。这一分析的结果列于表11，而且它显示通过本处理方法所生产的石膏适用于做建筑添加剂或用于其它适当的用途。

测定	1百分数
		湿含量灰份硫	10.283.916.9
金属	ppm
		铅铜镍铬锌	389.5214082

¹百分数以重量计。

实施例8由MSW生产乳酸

在下面的实施例中对本发明的全部过程进行了更为详细的描述。

粗原料贮料筒仓(图标1A/1B)

描述：

这些处理站将接收含有85％-90％纯有机物的原料。可作为原料的物质包括处理后的棉籽废弃物、柳枝稷、纸浆、生活垃圾中的纺织袋、农业废弃物、甜菜废弃物、甘蔗废弃物、城市固体废物(MSW)和污泥中的纤维素组分以及其它任何含有所需要的有机物组成的相类似原料。MSW中的纤维素组分或大块的任何其它原料将被粉碎至-2″或(5/8″×2″)的颗粒大小。根据原料的不同，每个贮料筒仓将储存大约25吨的物质，这相当于两天半(2-1/2)的原料供应量。必须在稀硫酸预处理步骤中加工的原料将被存储于图标为1A的筒仓中；不需要预处理的物料将被存储于图标为1B的筒仓中。

输入：

如果需要的话将再次装填。乳酸生产系统的设计能力是每天处理10吨原料。而贮料筒仓将以间歇方式接收物料，平均的输送量将为41.7磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输出：

输送至计量容器的物料：41.7磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

规格：

粗原料贮料筒仓由10′高的组件制成。组件是12号焊接钢板制成，根据不同体积的需要用螺栓将它们连在一起。

每个筒仓有大约2-1/2天的存储面积(用15磅/立方英尺作为标准)。存储容量随筒仓中的原料而变。

计量容器(图标2)

通过一个可变速度的螺旋进料系统将粗原料贮料筒仓(图标1A)中的物料以每分钟41.7磅的流量计量送至预处理室(图标3)中(来自贮料筒仓1B的原料不需要预处理)。计量容器能够精确地控制加入预处理室(图标3)中的原料体积。

输入：

来自粗原料贮料筒仓1A的物料：41.7磅/分钟，(8小时/天，5天/周)。

输出：

输送至预处理室的物料：41.7磅/分钟，(8小时/天，5天/周)。

规格：

计量容器由12号焊接钢板制成，它有一个带有螺旋输送系统的进料料斗，能使物料均匀地进入预处理室(图标3)中。

计量容器的大致容量是670立方英尺(1/2天，以15磅/立方英尺作为标准密度)。

存储容量随筒仓中的原料而变。

预处理室(图标3)

描述：

以每分钟41.7磅的流量将粗原料计量输入预处理室中。将来自稀硫酸存储容器(图标4)、40至100℃的稀硫酸(浓度为1％-2％)以每分钟250磅的流量注入预处理室中，同时与原料混合。混合比率大约为4∶1至6∶1(每磅原料中加入四至六磅浓度为1％-2％的硫酸)。在连续加料过程中，在混合室中维持十分钟的停留时间以将重金属从粗原料中分离。将处理后的原料以每分钟291.7磅的流率连续计量送至初级螺杆压榨机(图标5A)中。

输入：

原料：41.7磅/分钟，(8小时/天，5天/周)。

稀酸(1％-2％)：250磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输出：

输入初级螺杆压榨机(图标5A)的原料：291.7磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

规格：

预处理室有一个具有防漏槽的螺旋输送机。该室由耐酸材料和耐腐蚀密封材料制成。被输送的物料在预处理室中有10分钟的停留时间并且被制成一定的尺寸(大约20英尺长)。

预处理室的大致容积是66.7立方英尺(500加仑)，容量随筒仓中的原料而变。

稀硫酸存储容器(图标4)

描述：

用于存储稀硫酸(浓度为1％-2％)。以每分钟250磅的流率将稀硫酸用管路输送至预处理室(图标3)。从初级螺杆压榨机(图标5A)回收的稀硫酸被以每分钟187.5磅的流率返回(基于除去了75％的水分)。稀硫酸存储容器装备有一个泄放阀，其作用是除去一部分溶液并以27.4磅/分钟的流率将其用管路输送至稀硫酸中和容器(图标8)。稀硫酸存储容器的设计容量大约为8000加仑。

输入：

循环使用的稀酸：187.5磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

补充稀酸：36.0磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

补充水：54.0磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输出：

输送至预处理室(图标3)的液体：250磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输送至稀硫酸/石灰中和容器(图标8)的液体：27.4磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

规格：

稀硫酸存储容器由一种耐酸的Premium/iso。树脂制成，它的顶部和侧部开有人孔，它还有由环氧树脂涂覆的没有支架(cage)的梯子。

稀硫酸存储容器的容量是1070立方英尺(8000加仑)。

初级螺杆压榨机(图标5A)

描述：

将中和后的原料以每分钟291.7磅的流率由预处理室(图标3)排至初级螺杆压榨机。控制的压缩率能够以大约每分钟187.5磅的流率除去60％-80％的稀硫酸(基于75％的水分除去率)。然后将稀硫酸送回至稀酸存储容器(图标4)以便再次使用。螺杆压榨机的操作压缩了固体，然后将该固体粉碎并同水一道用一台混合螺杆压榨机运送至次级螺杆压榨机(图标5B)，水的加入能够在物料被送入次级螺杆压榨机(图标5B)时对其进行清洗。

输入：

291.7磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输出：

输至稀硫酸存储容器的液体：187.5磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输至次级螺杆压榨机的固体：104磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

规格：

初级螺杆压榨机由耐腐蚀材料制成，它应具有大约10分钟的停留时间。至少需要抽提出60％的液体。

次级螺杆压榨机(图标5B)

描述：

将中和后的原料以每分钟104磅的流率由初级螺旋压缩机(图标5A)输送至次级螺旋压缩机。

将来自水存储容器(图标29B)的水以每分钟187.5磅的流率用管路输送至一台螺旋运输机并与来自初级螺杆压榨机(图标5A)的固体混合。固体与水的混合可以将最后的微量硫酸从固体物料中除去。次级螺旋压缩机对混合物的压缩能够以大约每分钟187.5磅的流率除去60％-80％的水。然后将水送回至水存储容器(图标29B)。次级螺杆压榨机的操作压缩了固体，然后将该固体粉碎并运送至干燥器(图标6)。

输入：

来自初级螺杆压榨机(图标5A)的固体：104磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

来自水存储容器(图标29B)的水：187.5磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输出：

输送至干燥机(图标6)的固体：104磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输送至水存储容器(图标29B)的水：187.5磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

规格：

次级螺杆压榨机由耐腐蚀材料制成，它应具有大约10分钟的停留时间。至少需要抽提出60％的液体。

                  干燥器(图标6)描述：

该设备以大约每分钟104磅的量接收来自次级螺杆压榨机(图标5B)、湿含量大约为30％-50％的物料。该干燥器的处理容量为每小时4.00吨，其产品湿含量大约为5％-10％。所干燥的物料具有轻的和蓬松的紧密度。然后将干燥后的物质用风力运送至处理后原料的贮料筒仓(图标7)。输入：

来自次级螺杆压榨机(图标5B)的固体：104磅/分钟(8小时/天，5天/周)。输出：

输送至处理后原料的贮料筒仓(图标7)的固体：45.0磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

干燥过程中的液体损失：59.1磅/分钟(8小时/天，5天/周)。规格：

每小时4.00吨的处理量。

保持设计所要求的空气、温度和停留时间参数以进行适当的干燥和冷却。

使用多级风扇、气闸和内部通风管对通入的空气进行简易的控制。

设计了编织的或有波纹的桨叶以生产混合物。

普通的制造工艺(不需要食品级的制造工艺)。

为达到均一、受控的热损失，采用各区域都能对产品进行控制和混合的两通道设计。

            处理后的原料的存储容器(图标7)描述：

将处理后的原料以每分钟45.0磅的流率由干燥器(图标6)用风力输送至存储容器。该容器的设计容量为25吨原料(大约两天半(2-1/2天)的供应量)。以每分钟27.8磅的精确流量将物料计量送入水解系统(图标12)中。输入：

来自干燥器(图标6)的固体：45.0磅/分钟(8小时/天，5天/周)。输出：

输送至水解系统(图标12)的固体：27.8磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的1小时操作和1小时休息)。规格：

处理后原料的存储容器由耐腐蚀的、12号焊接钢板制成，其存储容量大约为2-1/2天的存储面积(以15磅/立方英尺作为标准)。

存储容量随筒仓中原料的密度而变。筒仓能保持原料所需的5-10％湿含量。

                    稀硫酸中和容器(图标8)描述：

重金属溶液和颗粒沉积于稀硫酸存储容器(图标4)的底部。将稀硫酸(浓度1％-2％)与污染物一道以每分钟27.5磅的流率从稀硫酸存储容器(图标4)的底部用管路输送至稀硫酸中和容器。以一周为基准，要用1020磅石灰处理被污染的酸溶液。石灰与酸反应，吸收重金属，形成石膏。将该液体以每分钟142.8磅的流率用管路输送至石膏压带机(图标10)。输入：

来自稀硫酸存储容器(图标4)的溶液：27.5磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

来自石灰存储容器(图标9)的石灰：每周向容器中人工加入1020磅的石灰。尽管这1,020磅是一次加入的，石灰的平均加入速率是2.1磅/分钟(8小时/天，周末的1天)。输出：

输送至石灰压带机(图标10)的溶液：142.8磅/分钟(8小时/天，周末的1天)。规格：

由premium/iso树脂制成，顶部和侧面有人孔，用环氧树脂涂覆的梯子(无支架)，8000加仑的容量，其公称尺寸为10′4″内径×16′7″高，平底上至少有4个接地支管或承重腿。

                  石灰存储容器(图标9)描述：

该容器存储石灰以用于周期性的中和反应以及从稀硫酸中吸收重金属。液体或固体状态的石灰以大约每分钟2.1磅(每周1020磅)的量被人工加入稀硫酸中和容器中(图标8)。输入：

石灰：按需要进行更换。输出：

加入到稀硫酸中和容器(图标8)中的石灰：每周向稀硫酸中和容器(图标8)中人工加入1020磅的干石灰。尽管这1020磅是一次加入的，石膏的平均加入量是2.13磅/分钟(8小时/天，周末的一天)。规格：

如果石灰是以散装形式购买的，用具有人工卸料槽的该容器存储1,500磅干燥状态的石灰。

如果是以袋装形式购买的，将省略该容器，将袋装干石灰堆积在货架上。

石膏压带机(图标10)描述：

液体以每分钟142.8磅的流率由稀硫酸中和容器(图标8)被泵送至石膏压带机。将石膏从被中和的液体中分离并以每分钟3.9磅的流量被运送至一个存储容器。以每分钟136.6磅的流率将中和的液体用管路输送至中和水存储容器(图标11)。输入：

来自稀硫酸中和容器(图标8)的溶液：142.8磅/分钟(8小时/天，周末的一天)。

输出：

石膏：3.9磅/分钟(8小时/天，周末的1天)。

加入中和水存储容器(图标11)的水：138.9磅/分钟(8小时/天，周末的一天)。

规格：具有压送辊的高压压带机将从中和的混合物中除水并将水从石膏中分离出来。所生产的产品的湿含量大约为50％。

                中和水存储容器(图标11)描述：

来自水存储容器(图标29A)和石膏压带机(图标10)的经过滤的液体在需要时被分送至中和水存储容器以维持在预处理过程中所需要的稀硫酸的平衡。中和水存储容器的容量是3000加仑。输入：

来自石膏压带机(图标10)的水：136.6磅/分钟(8小时/天，周末1天)。

来自水存储容器(图标29A)的水：26.6磅/分钟(8小时/天，5天/周)。输出：

输送至稀硫酸存储容器(图标4)中的水：54.0磅/分钟(8小时/天，5天/周)。规格：

间苯二酸树脂，顶部和侧面有人孔，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)，容量8000加仑，公称尺寸为7′6″内径×10′高。平底上至少有4个接地支管或承重腿。

            水解系统(水解器)(图标12)描述：

水解系统的目的是将固体原料降解为纤维素和半纤维素。来自任一存储容器(图标7或1B)的原料以每分钟27.8磅的量被计量输入。来自浓硫酸存储容器(图标30)的浓硫酸(浓度为70％)以每分钟27.8磅的量被自动注入水解器中。在一个连续进料系统中，原料和酸被连续混合，它们的停留时间大约为10分钟。两种物质形成了一种胶状物，将它以每分钟55.6磅的流率由水解器排放至蒸煮容器(图标13)中。用88℃的水自动冲洗水解器以清洗该容器并将任何残余物输送至蒸煮容器中。将原料计量通过水解系统、冲洗系统以及充填蒸煮容器(图标13)大约花费1小时。水解系统操作一小时并充填一个蒸煮容器。将系统闲置一小时，然后重新开始操作以充填第二个蒸煮容器。输入：

来自存储容器(图标7或1B)的原料：27.8磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。

来自浓硫酸存储容器(图标30)的浓硫酸：27.8磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。输出：

输送至蒸煮容器(图标13)的胶状物：55.6磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。规格：

水解系统包含一个具有防漏槽的螺旋运输机。

水解容器由耐酸材料和耐腐蚀密封材料制成。

被运送的物料在水解系统中有10分钟的停留时间并被制成一定的尺寸(大约15英尺长)。

水解系统的量大约为55.6磅/分钟。

                  蒸煮容器(2个)(图标13)描述：

每个蒸煮容器被独立地操作，它们由聚乙烯树脂制成，每个大小为1250加仑(大约直径为6′，高为6′-8″)。每一个罐都装备有搅拌装置和热量跟踪装置以维持反应所需的大约95℃-99℃的温度。将每个罐用2″厚的聚亚胺酯保温材料包裹以使热量损失最少。将水解后的物质加入790加仑88℃的水中。来自水加热器(图标32)的水以每分钟111磅(每分钟13.3加仑)的流量流入蒸煮容器中。蒸煮容器中的产品比率为二至四份的水，一份70％的浓硫酸和一份原料。蒸煮容器中的停留时间为两小时，外加一小时的填料时间和一小时的排料时间。两小时停留时间的目的是为了进一步降解原料物质并将纤维素转化为糖。在两小时的停留时间结束时，以每分钟166.7磅的流量将容器中的物料排空至存储容器#1(图标14)。在被排空后，该容器就可用于接收来自水解系统(图标12)的产品。输入：

来自水解系统(图标12)的胶状物：55.6磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。

来自水加热器(图标32)的水：111磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。输出：

输送至存储容器#1(图标14)的液体产品：166.7磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。规格：

6′内径×80″高，iso.树脂，碟形底，与地面有2′距离的钢腿，装有法兰的顶盖用螺栓紧固，18″的QA人孔，钢搅拌器支撑组件，热量跟踪以维持在88℃，2″厚的聚亚胺酯保温材料。

               存储容器#1(图标14)描述：

每个蒸煮容器(图标13)中的物料用一小时以每分钟166.7磅的流率排空至该罐。由于蒸煮容器(图标13)的停留时间是2小时，因此在存储容器#1的装填时间之间有一个小时的延迟时间。存储容器使原料冷却并使蒸煮容器被新原料装填。该罐的容量是600加仑，由聚乙烯制成，没有保温材料。该罐被设计成以每分钟83.3磅的恒定流量向压滤机(图标15)中排出物料。输入：

来自蒸煮容器(图标13)的液体：166.7磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。输出：

输送至压滤机(图标15)的液体：83磅/分钟(24小时/天，5天/周)。规格：

42″内径×82″高，iso.树脂，30°的锥形底，与地面间距2′的钢腿，带有18″QA人孔的拱形顶盖(关闭的)。平底上至少有四个接地支管或承重腿。

                  压滤机(图标15)描述：

来自存储容器#1(图标14)的物料以每分钟83磅的流率被管路输送至压滤机。使用薄膜压滤机是为了除去悬浮于液体混合物中的固体。所得到的固体的湿含量大约为30至50％并以每分钟5.2磅的量流入木质素存储容器(图标A)中以等待清洗。来自压滤机的液体以每分钟78磅的流量被用管路输送至酸回收存储容器(图标16)。输入：

来自存储容器#1(图标14)的液体：83磅/分钟(24小时/天，5天/周)。输出：

输送至木质素存储容器(图标A)的固体：5.2磅/分钟(24小时/天，5天/周)。

输送至酸回收存储容器(图标16)的液体：78磅/分钟(24小时/天，5天/周)。规格：

薄膜压滤机的液体处理量是83磅/分钟。其中包括压榨机框架、PLC控制系统、积油盘、具有集流腔的膜板单元-通过面板、线路等自动控制。

                酸回收存储容器(图标16)描述：

来自压滤机(图标15)的液体以每分钟78磅的流率被泵送至酸回收存储容器中。酸回收存储容器使酸回收系统(图标17)可以每天运行24小时，每周运行7天(预处理阶段和水解过程每周运行5天)。酸回收存储容器被设计成可容纳19,000加仑(两天的用量)用于酸回收系统(图标17)的液体产品。这样大小的存储容器只能使酸回收系统(图标17)在周末时运行。以每分钟55.8磅的流率将液体产品用管路输送至酸回收系统(图标17)。输入：

来自压滤机(图标15)的液体：78磅/分钟(24小时/天，5天/周)。输出：

输送至酸回收系统(图标17)的液体：55.8磅/分钟(24小时/天，7天/周)。规格：

11′-9″内径×24′-2″高，iso.树脂制成，顶部和侧面有人孔，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)。平底上至少有四个接地支管和承重腿。

                 酸回收系统(图标17)描述：

来自酸回收存储容器(图标16)的液体以每分钟55.8磅的流量被泵送至酸回收系统。同时将来自水存储容器(图标29A)的水以每分钟118磅的流量用管路输送至酸回收系统。在酸回收系统中回收了大约96-99％的硫酸和大约92-99％的糖，它们被分成两股不同的物流。将硫酸溶液(此时被浓缩成5％的硫酸)以每分钟116.2磅的流量泵送至蒸发器(图标18)。如果正在进行预处理操作，将该酸溶液分别以每分钟36.0磅和每分钟80磅的流量用管路输送至稀硫酸存储容器(图标4)和蒸发器。将糖溶液(已浓缩为9-12％的糖)以每分钟58.1磅的流量泵送至存储容器#2(图标19)以便随后输入反渗透过滤器(图标20)中。输入：

来自酸回收存储容器(图标16)的液体：55.8磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

来自水存储容器(图标29A)的水：118.5磅/分钟(24小时/天，7天/周)。输出：

输送至存储容器#2(图标19)的糖溶液：58.1磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

输送至蒸发器(图标18)的酸溶液：116.2磅/分钟(从8小时-24小时，5天/周，周末为一天24小时)。在8小时的预处理操作过程中：输入：

来自酸回收存储容器(图标16)的液体：55.8磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

来自水存储容器(图标29A)的水：118.5磅/分钟(24小时/天，7天/周)。输出：

输送至存储容器#2(图标19)的糖溶液：58.1磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

输送至蒸发器(图标18)的酸溶液：80磅/分钟(从0小时-8小时，5天/周)。

输送至稀酸存储容器(图标4)中的酸溶液：36磅/分钟(从0小时-8小时，5天/周)。规格：

离子交换系统被设计成以24小时/天、7天/周来处理糖/酸/水溶液，该系统可由Advanced Separation TechnologiesIncorporated，Lakeland，Florida(Model No.ISEP LC 2000)购得。使用了购自Advanced Separation Technologies的强酸性离子交换树脂(Finex SC 16G，310微米的大小)。

                    蒸发器(图标18)描述：

将来自酸回收系统(图标17)的酸溶液以每分钟116.2磅的流量泵入蒸发器中。将水从硫酸中蒸出，使酸浓度重新变为70％(其初始状态)。将浓缩后的酸以每分钟8.3磅的流量泵入浓硫酸存储容器(图标30)中以便再次使用。蒸发出的水被蒸发器收集并冷凝，以107.9磅/分钟的流量输送至水存储容器(图标29)中以便系统再次使用。在预处理过程的8小时操作时间内，该站的流量如下：1)酸溶液输入：每分钟80磅，2)浓酸的输出：每分钟5.7磅，3)水的输出：每分钟74.5磅。输入：

来自酸回收系统(图标17)的酸溶液：116.2磅/分钟(从8小时-24小时，5天/周，在周末时每天24小时)。输出：

输送至浓硫酸存储容器(图标30)的浓酸溶液：8.30磅/分钟(从8小时-24小时，5天/周，在周末时每天24小时)。

输送至水存储容器(图标29)的水：107.9磅/分钟(从8小时-24小时，5天/周，在周末时每天24小时)。在8小时的预处理操作过程中：输入：

来自酸回收系统(图标17)的酸溶液：80磅/分钟(从0小时-8小时，5天/周)。输出：

输送至浓硫酸存储容器(图标30)中的浓酸溶液：5.7磅/分钟(从0小时-8小时，5天/周)。

输送至水存储容器(图标29)的水：74.5磅/分钟(从0小时-8小时，5天/周)。规格：

盘式蒸发器或类似设备，将H₂O从酸中除去，使H₂SO₄的浓度至少恢复到70％。

             存储容器#2(图标19)描述：

将来自酸回收系统(图标17)的糖溶液以每分钟58.1磅的流量用管路输送至存储容器#2。该容器被设计成从酸回收系统(图标17)中接收糖/水溶液并作为连续向反渗透过滤器(图标20)所输送的液体的来源。将来自存储容器(容量为600加仑)的糖溶液以每分钟58.1磅的流量用管路输送至反渗透过滤机中。输入：

来自酸回收系统(图标17)的糖溶液：58.1磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

输出：

输送至反渗透过滤机(图标20)的糖溶液：58.1磅/分钟(24小时/天，7天/周)。规格：

48″内径×80″高，iso.树脂、平底、封闭顶盖，具有18″QA的人孔。平底上至少有四个接地支管和承重腿。

                反渗透过滤机(图标20)描述：

将来自存储容器#2(图标19)的糖溶液以每分钟58.1磅的流率用管路输送至反渗透过滤机。反渗透过滤机的作用是提高溶液中的糖浓度。该过滤机将糖的浓度由1％提高到大约20％。然后以每分钟34.1磅的流率将糖溶液用管路输送至氨和pH平衡系统。将抽提出的水以每分钟24.0磅的流率泵送至水存储容器(图标29A)。输入：

来自存储容器#2(图标19)的糖溶液：58.1磅/分钟(24小时/天，7天/周)。输出：

输送至氨和pH平衡系统(图标21)的糖溶液：34磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

输送至水存储容器(图标29A)的水：24磅/分钟(24小时/天，7天/周)。规格：

为浓缩糖/水溶液而特别设计的毫微米级过滤系统。

              氨和pH平衡系统(图标21)描述：

氨和pH平衡系统由氨水存储容器和用于将氨水输入糖溶液的在线喷射器组成。将糖溶液以每分钟34磅的流量从反渗透过滤机(图标20)中用管路输送至氨和pH平衡系统。以大约每分钟0.047磅的量将精确量的氨水自动地注入溶液中，同时严格控制pH平衡。氨水将pH平衡稳定在六(6)左右，创造适于乳酸细菌与糖反应的环境。整个过程是在溶液以每分钟34磅的流量流入乳酸菌注入系统(图标22)时进行的。输入：

来自反渗透过滤机(图标20)的糖溶液：34磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

来自氨水存储容器的氨水：0.1磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

需要补充的氨水：484磅/周。输出：

输送至乳酸菌注入系统(图标22)的糖/氨水溶液：34磅/分钟(24小时/天，7天/周)。规格：

将氨水以精确的量注入糖、水和微量酸的流送管内的流量控制单元。该单元包括pH平衡传感器，它通过控制喷嘴向液流内加入适量的维持平衡的氨水来控制pH值。

              乳酸菌注入系统(图标22)描述：

与氨和pH平衡系统(图标21)类似，乳酸菌注入系统是一个在线系统。乳酸菌注入系统由一个乳酸菌存储容器和用于将乳酸菌输入糖/氨水溶液的在线喷射器组成。将糖溶液以34磅/分钟的流量由氨和pH平衡系统(图标21)用管路输送至注入系统。以大约每分钟0.85磅的量将乳酸细菌以精确的量自动注入溶液中。整个乳酸菌注入过程是在溶液以每分钟35磅的流量流入存储容器#3(图标23)时进行的。输入：

来自氨和pH平衡系统(图标21)的糖/氨水溶液：34磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

来自存储容器的乳酸细菌：0.85磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

需要补充的乳酸细菌：至今不能确定。如果所有的细菌都能被过滤系统(图标25)所重新捕获，需要补充的细菌将是非常少量的。输出：

输送至存储容器#3(图标23)的糖/氨水/细菌溶液：35磅/分钟(24小时/天，7天/周)。规格：

将细菌以精确的量注入用于发酵的糖和水的流送管内的流量控制单元。容量为1000加仑，6′内径×5′6″高，iso树脂，平底，封闭顶盖，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)。

存储容器#3(图标23)

描述：

将来自乳酸细菌注入系统(图标22)的糖/氨水/细菌溶液以每分钟35磅的流量用管路输送至存储容器#3。存储容器被设计成可存储3000加仑溶液。存储容器的大小能够在12小时内向发酵容器内充填够其使用完整一天的溶液。将该溶液在12小时内以每分钟70磅的流量由存储容器#3用管路输送至发酵容器(图标24)。输入：

来自细菌注入系统(图标22)的糖/氨水/细菌溶液：35磅/分钟(24小时/天，7天/周)。输出：

输送至发酵容器(图标24)的糖/氨水/细菌溶液：70磅/分钟(12小时/天，7天/周)。规格：

容量3000加仑，7′-6″内径×10′-1″高，带有Nexus幕的prem/iso.树脂，带有24″的侧面和顶部的人孔，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)。

              发酵容器(数量3)(图标24)描述：

将来自存储容器#3(图标23)的糖/氨水/细菌溶液以每分钟70磅的流量用管路输送至发酵容器。发酵容器的容量为6500加仑。将发酵容器充填完毕后，将混合物加热到约25至50℃以开始发酵反应。在发酵过程中，乳酸菌将糖转化为乳酸。反应一开始它就将产生热量。冷冻器盘管(图标27)被用来将混合物的温度维持在大约25至50℃从而防止温度上升。当发酵容器中的发酵过程完成后，用大约2小时将发酵液以每分钟419.8磅的流量用管路输送至细菌过滤器和存储容器(图标25)。然后将发酵容器用蒸汽清洗以用于下一批次的发酵。输入：

来自存储容器#3(图标23)的糖/氨水/细菌溶液：70磅/分钟(12小时/天，7天/周)。输出：

输送至细菌过滤器和存储容器(图标25)的发酵液：419.8磅/分钟(2小时/天，7天/周)。规格：

容量6,500加仑，10′-4″内径×11′高，iso.树脂，平底，封闭的顶盖，24″的侧部和顶部人孔，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)。

             乳酸菌过滤器和存储容器(图标25)描述

乳酸菌过滤器和存储容器包括一个截流过滤器以捕获细菌并将其返回至乳酸菌注入系统(图标22)，还包括一个存储容器以控制流入乳酸处理设备(图标26)的液流量并为发酵容器(图标24)提供一个短暂的排空时间(大约2小时)。将乳酸溶液以每分钟419.8磅的流量由发酵容器(图标24)用管路输送至细菌过滤器。截流过滤器将细菌从溶液中除去并将细菌以每分钟10.2磅的量泵入注入系统(图标22)。将剩余的乳酸溶液以每分钟409.6磅的流量用管路输送至存储容器。细菌过滤器和存储容器将流入乳酸处理设备(图标26)的乳酸溶液的流量控制在每分钟34磅。输入：

来自发酵容器(图标23)的溶液：419.8磅/分钟(2小时/天，7天/周)。输出：

输送至细菌注入系统(图标22)的细菌：10.2磅/分钟(2小时/天，7天/周)。规格：

容量6,500加仑，10′-4″内径×11′高，iso.树脂，平底，封闭的顶盖，24″的侧面和顶部人孔，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)。

               乳酸处理设备(图标26)描述：

乳酸处理设备可以是任何适用于将发酵过程所生产的乳酸浓缩和提纯的方法和/或设备。例如，可用石灰处理发酵过程所得到的乳酸溶液并在一台蒸发器(图标18)中将其浓缩，然后泵入结晶盘中即可得到乳酸钙结晶。优选地，可以使用离子交换树脂以浓缩和提纯发酵过程所生产的乳酸。例如，可以使用Amberlite型离子交换树脂，购自Sigma ChemicalCo.，St.，Louis，MO。更优选地，举例来说，美国专利Nos.4,522,726和4,764,276公开了一种设备，其内容完全收入本文作参考，该设备可以连续地浓缩和提纯来自发酵液的乳酸。

               冷冻器盘管(图标27)描述：

冷冻器盘管是用于加热和从发酵容器(图标24)中将热量移走的基本热交换器。该盘管利用来自锅炉的蒸汽热量开始发酵反应。在反应开始后，该冷冻器盘管利用来自贮水池的冷水将发酵容器中的热量移走。冷冻器盘管将发酵容器(图标24)中的温度维持在25至50℃。输入：

来自贮水池的水：按需要而定(24小时/天，7天/周).

来自锅炉的蒸汽：表压为50磅/平方英寸的蒸汽，按需要而定。输出：

输送至贮水池的水：按需要而定(24小时/天，7天/周)。

输送至锅炉的蒸汽：表压为50磅/平方英寸的蒸汽，按需要而定。规格：

按照冷冻器盘管所需的量输送水。

按照冷冻器盘管所需的量提供锅炉蒸汽。

                  乳酸存储容器(图标28)描述：

将回收的乳酸以每分钟4.6磅的量用管路输送至乳酸存储容器(使用每吨干原料为100加仑作为标准)。每周以大约每分钟340磅的量将乳酸存储容器中的物料排空至一台油罐卡车。所有的存储罐都是经过ASME认证的，并且超过EPA和其它环境组织以及任何州和地方的协会标准和工业规范。由于所盛装的物质，按照防止物质泄漏和排放的标准和规范规定了110％的密封保险值。输入：

来自处理系统(图标26)的乳酸：4.6磅/分钟(24小时/天，7天/周)。输出：

输送至油罐卡车的乳酸：340磅/分钟(2小时/天，每周一次)。规格：

10′4″内径×13′5″高，Premium 470树脂/iso.，平底，封闭顶盖，侧面和顶部人孔，环氧树脂涂覆的梯子。平底上至少有四个接地支管和承重腿。

              水存储容器(图标29A)描述：

用于乳酸生产过程、预处理过程和设备中的洁净水被存储于水存储容器中。水将被管路输送到所需要的不同部位。水的大致流量如下所示：输入：

来自反渗透过滤器(图标20)的水：24磅/分钟(24小时/天，7天/周)。

来自蒸发器(图标18)的水：74.5磅/分钟(在0-8小时内，一周5天)。

来自蒸发器(图标18)的水：107.9磅/分钟(在8-24小时内以及在周末)。

补充的水：408,000磅/周。输出：

输送至中和水存储容器(图标11)的水：26.6磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

输送至水加热器(图标32)的水：111磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。

输送至酸回收系统(图标17)的水：118磅/分钟(24小时/天，7天/周)。规格：

11′-9″内径×31′-7″高，间苯二酸树脂，顶部和侧面24″的人孔，用环氧树脂涂覆的梯子和支架。平底上至少有四个接地支管和承重腿。容器的大致容量为25,600加仑。

              水存储容器(图标29B)描述：

在预处理过程中循环的水被存储于水存储容器(图标29B)。这些水被用来除去预处理原料中的任何微量重金属和剩余的酸。将水以每分钟187.5磅的流量用管路输送至次级螺杆压榨机(图标5B)。然后水又以每分钟187.5磅的流量从次级螺杆压榨机返回。这些水需要周期性地用大约20磅的石灰进行中和。通过检测来确定两次中和之间的确切天数。输入：

来自次级螺杆压榨机(图标5B)的水：187.5磅/分钟(8小时/天，5天/周)。输出：

输送至次级螺杆压榨机(图标5B)的水：187.5磅/分钟(8小时/天，5天/周)。规格：

(3000加仑)7′-6″内径×10′-1″高，带有Nexus幕的prem/iso.树脂，包括24″的侧面和顶部人孔，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)。平底上至少有四个接地支管和承重腿。

               浓硫酸存储容器(图标30)描述：

浓硫酸存储容器是用于处理过程的70％浓硫酸的存储容器。该容器接收来自蒸发器(图标18)的浓缩的酸，在预处理系统的8小时操作过程中流量是每分钟5.7磅，在剩余的16小时操作过程和周末时是每分钟8.3磅。将浓硫酸以每分钟27.8磅的量，以交替的一小时输送和一小时休息的方式从浓硫酸存储容器用管路输送至水解系统(图标12)。浓酸存储容器是经过ASME认证的，并且超过EPA和其它环境组织以及任何州和地方的协会标准和工业规范。由于所盛装的物质，按照防止物质泄漏和排放的标准和规范规定了110％的密封保险值。输入：

来自蒸发器(图标18)的浓硫酸：5.7磅/分钟(从0-8小时/天，5天/周)。

来自蒸发器(图标18)的浓硫酸：8.30磅/分钟(从8-24小时，5天/周以及在周末)。

需要补充的硫酸：22,500磅/周。输出：

输送至水解系统(图标12)的浓硫酸：27.8磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时操作和一小时休息)。规格：

10′4″内径×16′7″高，Premium/iso.树脂，顶部和侧面的人孔，环氧树脂涂覆的梯子和支架。平底上至少有四个接地支管和承重腿。该容器的容量大约为10,400加仑。

             废水存储容器(可选)(图标31)描述：

城市废水或污水可被用来作为加入到蒸煮容器(图标13)中的水的替代物。在硫酸和大于93℃的温度的作用下，所有微生物和病原体都被破坏了。存在于废水中的任何固体都是极少量的而且它们不会影响木质素的BTU值。废水中较高的氮含量不仅可以作为乳酸菌的营养物，还可以降低氨水的使用量，氨水也是适当的发酵过程所需的氮源营养物。将废水(如果使用的话)以每分钟111磅的流量用管路输送至水加热器(图标32)。输入：

来自供应处的废水：按需要大批量运输。如果仅使用废水而不以清水作为补充，需要量将达到400,000磅/周。平均的运送量将是55.6磅/分钟(24小时/天，5天/周)。输出：

输送至水加热器(图标32)的废水：111磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时泵送和一小时休息)。规格：

10′4″内径×16′7″高，间苯二酸树脂，顶部和侧面24″人孔，环氧树脂涂覆的梯子(无支架)。平底上至少有四个接地支管或承重腿。该容器的容量大约为10,400加仑。

                水加热器(图标32)描述：

将来自水存储容器(图标29A)的洁净水以每分钟111磅的流量用管路输送至水加热器(如果使用废水，将来自废水存储容器(图标31)的该液体以同样的流量输送)。将水加热到大约88℃并以每分钟111磅的流量将其用管路输送至蒸煮容器(图标13)，交替的一小时泵送和一小时休息。输入：

来自水存储容器(图标29A)或废水存储容器(图标31)的水：111磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时泵送和一小时休息)。输出：

输送至蒸煮容器(图标13)的水：111磅/分钟(24小时/天，5天/周，交替的一小时泵送和一小时休息)。规格：

间接火焰热水加热器，36″直径×52″长度，适用于125磅/平方英寸表压的垂直ASME罐，具有镀铜衬里以及用外套进行保温。罐的容量为200加仑。

该单元装备有P&T减压阀，压力表和温度表，具有有色金属加热管隔板的单壁罐式加热器，自动控制的蒸汽控制阀，输入蒸汽过滤器，滴水存水器和F&T存水器。处理量为每小时1000加仑，16℃至88℃，表压100磅/平方英寸的蒸汽。该单元的连续处理能力为1000加仑/小时，不用时其存储容量为200加仑。

                木质素存储容器(图标A)描述：

一个简单的存储容器，粉碎后的木质素存储于其中，直至将原料人工运送至清洗和中和区域。以每分钟5.2磅的量将木质素从压滤机(图标15)中除去。将木质素人工装入次级螺杆压榨机(图标5B)中并将其清洗，然后以大约每分钟15.6磅的量使其通过干燥器(图标6)进行干燥。干燥完成后，每磅木质素的BTU值大约为10,000至13,350，将其送入锅炉原料存储容器(图标B)中。输入：

来自压滤机(图标15)的木质素：5.2磅/分钟(24小时/天，5天/周，人工操作)。输出：

输送至次级螺杆压榨机(图标5B)的木质素：15.6磅/分钟(在8-16小时，5天/周)。规格：

可移动储料斗，尺寸大约为6′×6′×5′，存储容量大约为180ft³。

锅炉原料存储容器(图标B)描述：

用于贮存粉碎的木质素和木屑的简单存储容器。木质素/木屑或木质素/非氯化塑料混合物将作为锅炉燃料。以每分钟15.6磅的量将木质素运送至锅炉燃料存储容器。锅炉燃料燃烧的速率将大约是每分钟15.8磅，每小时的蒸汽产量是3800磅。输入：

来自干燥器(图标6)的木质素：15.6磅/分钟(8小时/天，5天/周)。

木屑：按需要而定(取决于输出的木质素)。输出：

输送至锅炉的锅炉燃料(图标C)：15.8磅/分钟(24小时/天，7天/周)。规格：

锅炉燃料存储料斗，尺寸大约为10′×10′×16′，其存储容量大约为1600ft³。

                     锅炉(图标C)描述：

使用一台整装锅炉以产生用于系统的蒸汽和热水。系统中需要蒸汽和热水的设备有蒸煮容器(图标13)，酸回收系统(图标17)，发酵容器(图标24)。设计了蒸汽生产设备，最大能够以每小时950磅的速率使木质素/木屑燃料燃烧，每小时产生大约3800磅的蒸汽，在125磅/平方英寸的表压下运送。输入：

来自锅炉原料存储容器(图标B)的锅炉燃料：15.8磅/分钟(24小时/天，7天/周)。输出：

蒸汽：3800磅/小时的蒸汽(24小时/天，7天/周)。规格：

锅炉系统包括燃料进料系统，切向炉系统，HRT锅炉压力容器，机械集尘器，引风机和排风管，冷凝水回流和锅炉进料系统，锅炉进料泵和控制系统，控制面板和化学进料系统以及水质软化器。

对固体废物处理系统的总结

用于处理固体废物、污泥和废轮胎以及生产可利用的、商用产品的方法是一种无排放物的系统。该过程是完全封闭的并可以控制气味。在使用后所有的水都被过滤和提纯，所有的气味和灰尘都被收集和过滤。

尽管本实施例描述了一个十吨/天的处理过程，同样的过程可以很容易被放大到每天50-1,000吨。所改变的将是流量和/或每天该过程所需运行的小时数。

现在已经对本发明进行了完全的描述，本领域的普通技术人员应该了解的是，本发明的实施可以在操作方式或者其它参数的宽广的等同范围内进行，这不会影响本发明的范围或它的任何实施方案。

Claims (22)

1.用于由城市固体废物生产乳酸的方法，包括如下步骤：

(a)得到城市固体废物；

(b)从废物中除去轮胎、大块的黑色和有色金属、塑料、玻璃和橡胶以产生一种纤维素组分；

(c)将由步骤(b)得到的纤维素组分粉碎；

(d)在40至100℃的温度下用稀硫酸处理粉碎的纤维素组分以将剩余的大部分重金属溶解并得到一种可溶性组分和一种不溶性组分；

(e)将由步骤(d)得到的可溶性组分从不溶性组分中除去；

(f)将由步骤(e)中得到的不溶性组分干燥；

(g)用与不溶性组分的重量比约为1∶1的浓硫酸处理由步骤(f)得到的干燥的不溶性组分以产生一种部分水解的混合物；

(h)用温度大约为80至100℃的水将由步骤(g)得到的部分水解的混合物稀释；

(i)在大约100℃下将由步骤(h)得到的稀释的混合物搅拌以产生一种被消化了的物质；

(j)将固体从由步骤(i)中得到的消化混合物中除去以得到滤液；

(k)将滤液分离为含酸溶液和含糖溶液；

(l)将含糖溶液浓缩至含大约1-20％的糖；

(m)将由步骤(l)中得到的浓缩的含糖溶液的pH调节至大约4.5至7.5；

(n)将由步骤(m)中得到的溶液用乳酸细菌发酵以产生含乳酸的溶液；

(o)对由步骤(n)得到的溶液进行处理以得到一种商业上可接受形态的乳酸。

2.权利要求1的方法，其中在步骤(e)中，在一台螺杆压榨机中将可溶性组分从不溶性组分中分离。

3.权利要求1的方法，其中在步骤(h)中，水是废水或含氮污水。

4.权利要求1的方法，其中在步骤(j)中，被消化的混合物在一台压滤机中过滤。

5.权利要求1的方法，其中在步骤(k)中，用连续离子排阻色谱将滤液分离为含酸溶液和含糖溶液。

6.权利要求1的方法，其中在步骤(k)中，用连续逆流排阻色谱将滤液分离为含酸溶液和含糖溶液。

7.权利要求1的方法，其中在步骤(l)中，用一台反渗透过滤机将含糖溶液浓缩至含大约1-20％的糖。

8.权利要求1的方法，其中在步骤(m)中，通过加入氨水将由步骤(l)中得到的浓缩的含糖溶液的pH调节至大约4.5至7.5。

9.权利要求1的方法，其中在步骤(o)中，在处理乳酸前，通过过滤将乳酸菌从溶液中除去。

10.权利要求1的方法，其中在步骤(h)中，用大约80至100℃的水将由步骤(g)得到的部分水解物稀释以产生一种溶液，以重量计，其中每含有大约1份的部分水解物就含有大约4至6份的水。

11.权利要求1的方法，其中步骤(g)中的干燥的不溶性组分在用浓硫酸处理之前与污泥或污泥饼混合。

12.一种由城市固体废物生产乳酸的方法，包括如下步骤：

(a)得到城市固体废物；

(b)从废物中除去轮胎、大块的黑色和有色金属、塑料、橡胶和玻璃以产生一种纤维素组分；

(c)将由步骤(b)得到的纤维素组分粉碎；

(d)用1至10％的硫酸在大约40至100℃的温度下处理粉碎的纤维素组分大约0.25至4小时，以将剩余的大部分重金属溶解并制成一种可溶性组分和一种不溶性组分；

(e)使用一台螺杆压榨机将步骤(d)得到的可溶性组分从不溶性组分中除去；

(f)将由步骤(e)中得到的不溶性组分干燥；

(g)用与不溶性组分的重量比约为1∶1的浓硫酸在大约30至80℃下处理由步骤(f)得到的干燥的不溶性组分大约10分钟，以产生一种部分水解的混合物；

(h)用温度大约为80至100℃的水将由步骤(g)得到的部分水解的混合物稀释以产生一种溶液，以重量计，其中每含有大约1份的部分水解物就含有大约4至6份的水；

(i)在大约100℃下将由步骤(h)得到的稀释的混合物搅拌大约1至4小时以产生一种被消化了的物质；

(j)用一台压滤机将由步骤(i)得到的消化混合物过滤以得到滤液；

(k)用连续离子排阻色谱将滤液分离为含酸溶液和含糖溶液；

(l)用一台反渗透过滤机将含糖溶液浓缩至含大约1-20％的糖；

(m)用氨水将由步骤(l)中得到的浓缩的含糖溶液的pH调节至大约4.5至7.5；

(n)在大约25℃至大约40℃下将由步骤(m)中得到的溶液用乳酸细菌发酵以产生含乳酸的溶液；

(o)对由步骤(n)所得到的溶液中的乳酸细菌进行过滤；

(p)对由步骤(o)所得到的过滤后的溶液进行处理以得到一种商业上可接受形态的乳酸。

13.权利要求12的方法，其中步骤(g)中的干燥的不溶性组分在用浓硫酸处理之前与污泥或污泥饼混合。

14.一种由城市固体废物生产乳酸的方法，包括如下步骤：

(a)得到城市固体废物；

(b)从废物中除去轮胎、大块的黑色和有色金属、塑料、玻璃和橡胶以产生一种纤维素组分；

(c)将由步骤(b)得到的纤维素组分粉碎；

(d)用与固体组分的重量比大约为1∶1的浓硫酸处理由步骤(c)得到的粉碎的纤维素组分以产生一种部分水解的混合物；

(e)用温度大约为80至100℃的水将由步骤(d)得到的部分水解的混合物稀释；

(f)在大约100℃下将由步骤(e)得到的稀释的混合物搅拌以产生一种被消化了的物质；

(g)从由步骤(f)得到的消化了的混合物中除去固体和绝大部分的重金属以得到一种滤液；

(h)将滤液分离为含酸溶液和含糖溶液；

(i)将含糖溶液浓缩至含大约1-20％的糖；

(j)将由步骤(i)得到的浓缩的含糖溶液的pH调节至大约4.5至7.5；

(k)将由步骤(j)中得到的溶液用乳酸细菌发酵以产生含乳酸的溶液；以及

(l)对由步骤(k)所得到的溶液进行处理以得到一种商业上可接受形态的乳酸。

15.权利要求14的方法，其中在步骤(e)中，用大约80至100℃的水将由步骤(d)得到的部分水解混合物稀释以产生一种溶液，以重量计，其中每含有大约1份的部分水解物就含有大约4至6份的水。

16.权利要求14的方法，其中步骤(d)中的粉碎的纤维素组分在用浓硫酸处理之前与污泥或污泥饼混合。

17.一种由城市固体废物的纤维素组分生产乳酸的方法，包括如下步骤：

(a)将城市固体废物中的纤维素组分粉碎；

(b)用酸将步骤(a)中的纤维素组分水解以得到一种可溶性组分和一种不溶性组分；

(c)将由步骤(b)得到的可溶和不溶性组分分离；

(d)用连续离子排阻色谱将由步骤(c)得到的可溶性组分分离为含酸溶液和含糖溶液；

(e)用一台反渗透过滤机将含糖溶液浓缩至含大约1-20％的糖；

(f)用氨水将由步骤(e)得到的浓缩的含糖溶液的pH调节至大约4.5至7.5；

(g)在大约25℃至大约40℃下将由步骤(f)中得到的溶液用乳酸细菌发酵以产生含乳酸的溶液；

(h)将由步骤(g)所得到的溶液中的乳酸细菌除去；

(i)对由步骤(h)所得到的溶液进行处理以得到一种商业上可接受形态的乳酸；

(j)将由步骤(c)得到的不溶性组分干燥；

(k)将由步骤(j)得到的不溶性组分作为一种锅炉燃料燃烧以产生能量。

18.权利要求17的方法，其中在进行步骤(k)的燃烧之前，将由步骤(j)得到的不溶性组分与非氯化塑料混合。

19.权利要求17的方法，其中在用酸进行水解之前，将步骤(b)中的纤维素组分与污泥或污泥饼混合。

20.权利要求1、12或14的方法，其中在城市固体废物的纤维素组分完全水解后所得到的不溶性组分被干燥并作为锅炉燃料燃烧以产生能量。

21.权利要求1、12、14或17的方法，其中孔酸细菌从下组微生物属中选出：链球菌属，片球菌属，明串珠菌属和乳杆菌属。

22.权利要求1、12、14或17的方法，其中乳酸细菌从下组微生物种中选出：阿拉伯糖乳杆菌，戊糖乳杆菌，胚芽乳杆菌，木糖乳杆菌，德氏乳杆菌，保加利亚乳杆菌，干酪乳杆菌，莱氏乳杆菌和乳链球菌。