TWI537066B - 從有機廢棄物中去除汙染物的方法及裝置 - Google Patents

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Description

從有機廢棄物中去除汙染物的方法及裝置
本發明係關於一種分離方法及裝置。
詳言之，本發明之分離方法及裝置係用於去除城市固體廢棄物有機部分(OFMSW)中之污染物。
眾所周知，固體有機廢棄物之處理可於厭氧或好氧條件下進行，並產生具有生物活性之穩定終端產物，而此終端產物則可做為例如花園用之堆肥。上述處理流程係分別透過厭氧及好氧微生物之作用而完成，該等微生物可促進廢棄物之代謝，從而產生具有生物活性之穩定終端產物。
吾人亦知，固體有機廢棄物可在有氧狀態下產生好氧性分解。好氧性分解過程中所生成之部分能量將以熱能形式釋出，導致廢棄物之溫度上升；在環境條件下，廢棄物之溫度往往可達約75℃。好氧性分解之固態終端產物大多富含硝酸鹽。由於硝酸鹽對植物而言係極具生物可利用性之氮來源，故此終端產物特別適合做為肥料。
吾人亦知，固體有機廢棄物之厭氧性消化係發生於無氧狀態。據瞭解，當有機物質被加熱至嗜中溫細菌或嗜熱細菌可產生作用之溫度時，厭氧性之微生物代謝可達最佳效果。厭氧性之微生物代謝將產生生物氣體，主要為甲烷及二氧化碳。此過程之固態產物通常富含銨鹽。由於此種銨鹽之生物可利用性不高，一般均於可產生好氧性分解之條件下進行後續處理。如此一來，即可以該物質製成具有生物可利用性之產物。
一般而言，有機廢棄物之生物降解系統係擇一選用好氧或厭氧性之處理流程，但亦有少部分系統試圖結合好氧與厭氧性之生物降解流程。第4440750號德國專利及PCT/DE1994/000440號國際專利申請案(WO 1994/024071) 便分別描述一厭氧性發酵單元與一好氧性分解單元之結合體。在此須特別強調，該等系統係以彼此分離之不同容器進行好氧及厭氧性之生物降解。
PCT/AU00/00865號國際專利申請案(WO 01/05729)則說明一種經改良之方法及裝置，以克服先前方法及裝置之諸多缺點。此等經改良之方法及裝置之基本特徵在於，利用單一容器循序進行有機廢棄物之處理，亦即先在一初始好氧步驟中調升有機廢棄物之溫度，繼而執行一厭氧性消化步驟及後續之好氧性處理步驟。在厭氧性消化步驟中係將一含有微生物之操作用水或接種液導入該容器中，藉以營造一種有利於內容物厭氧性消化並進而產生生物氣體之條件。所導入之接種液亦有助於熱能及質量轉移，同時提供避免酸化之緩衝能力。接著將空氣導入容器內之殘餘物，以形成適合好氧性降解之條件。根據上開申請案之進一步說明，於厭氧性消化過程中所導入之水可來自一已執行厭氧性消化之互連容器。
目前在處理上述物料回收設施所產出之城市固體廢棄物有機部分(OFMSW)時，經常可見非有機物質進入此一處理流程，該種狀況不僅對所用之消化及堆肥流程之效率有負面影響，亦對其堆肥產物有負面影響。舉例而言，堆肥產物若含有玻璃，則其實用性與價值均將因而降低。
在處理OFMSW時，各處理步驟之排放流若含有玻璃與粗砂石亦將磨損處理設備，進而對其運作及使用壽命產生負面影響。
第86201987.4號歐洲專利申請案(公開號為0228724 A2)說明一種聚集體分離器，其據稱可從有機物質及堆肥中分離出重聚集體，甚至是灰塵形態之重聚集體。此分離器包含一裝有水之分離容器、一可將夾帶有聚集體之有機物質浸入該分離容器之裝置、一可供有機物質越過之堰體，以及一用以抽取該聚集體且為螺旋運送機形態之裝置。
Manser與Keeling在其著作「城市廢棄物處理回收實用手冊(Practical Handbook of Processing Recycling Municipal Waste)」(1996年，美國佛州Boca Raton市CRC出版社出版)中亦說明一類似之設計。然而，該等習知設計均具有若干困難點或缺點，包括不易使廢棄物之原始進料以均一速度流動。非均速之進料將導致滯留時間中斷以及短路。此外，由於循環流體之黏性有增高之趨勢，玻璃與粗砂石將隨有機部分移動。
第5292075號美國專利則描述一種可從拋棄式尿布中回收紙類與塑膠之方法及裝置。所述方法須使用一第一打碎步驟，後接一清洗步驟。該清洗步驟係分批進行，以便從水與紙漿中分離出塑膠物，其中該紙漿含有有機填料(其來源可為諸如木材或玉米)及acrelites(尿布中之吸收性凝膠)。該打碎步驟涉及添加多種洗滌劑以及氯化鈣，俾在清洗前將acrelites中和。而後，該紙漿將送至一使用篩網及輥壓機之脫水步驟。所述方法係特別針對尿布之處置而設計，且所述結合打碎與批次清洗步驟之作業方式並無法處理後續將用於生物轉化流程之有機廢棄物，遑論以連續方式執行此一作業。詳言之，第5292075號美國專利之方法無法處理有可能出現之玻璃與粗砂石，或類似之污染物。再者，第5292075號美國專利之方法更將大量之操作用水視為污水而予以排出。
本發明提供一種分離方法及裝置，其目的之一係實質克服先前技術之上述一或多種問題，或至少提供一有用之替代方案。
以上有關先前技術之討論僅為使本發明易於瞭解。該討論並非代表申請人認知或承認前述內容乃(或曾為)本申請案優先權日當時之一般通常知識。
在本說明書及申請專利範圍中，除非上下文另有要求，否則「包含」一詞之含意應解讀為包括一所述個體或 所述之個體群組但不排除任何其他個體或個體群組。
本發明提供一種分離方法，其包含下列步驟：(i)將一有機廢棄物送至一初級清洗步驟，從而產出一乾淨有機物質流及一比重大於1之部分；(ii)將步驟(i)之比重大於1之部分送至一次級清洗步驟，以分離出該部分所夾帶的一顯著比例的任何有機材料；(iii)將來自步驟(i)之乾淨有機物質流及步驟(ii)分離出的有機材料送至一排水步驟，藉以去除該乾淨有機物質流及有機材料中之自由水，以獲得一有機物質產物；及(iv)將步驟(iii)之有機物質產物送至一脫水步驟，俾將該有機物質產物之含水量降至一適合送至一生物轉化流程之水準。
較佳者，操作用水係進給到至少一水箱，且可從該水箱進給至該初級與次級清洗步驟。進給至該水箱之水至少有一部分係先送至一過濾裝置，然後才進給至該初級與次級清洗步驟。較佳者係以過濾水之另一部分洗滌該排水步驟所用之篩網以及該比重大於1之部分。
在本發明之一態樣中，該有機廢棄物係城市固體廢棄物之一有機部分。
在本發明之一態樣中，比重大於1之部分包含一玻璃與粗砂石部分。
較佳者，該初級清洗步驟包含：將該有機廢棄物導入一水體，使玻璃與粗砂石在該水體中沉澱，而輕質之有機物質則可越過該水體中所設之一堰體，然後送至該排水步驟。
更佳者，該次級清洗步驟之實施方式係與該初級清洗步驟相同，俾從該初級清洗步驟所產出之比重大於1之部分，分離出其所夾帶之有機物質之一顯著比例部分。
該排水步驟最好包含：將分離出之有機物質導入一繞 設有一旋轉篩之槽中，使該有機物質可越過該槽中之一堰體，從而自該槽中排出至該旋轉篩，且在此過程中，該有機物質將承受一剪力，使該有機物質留在該旋轉篩內，而水則可通過該旋轉篩。
該脫水步驟最好包含：將該排水步驟之有機產物送至一螺旋壓機，其中該螺旋壓機具有一可調整之出口蓋，且所輸送之有機物質在離開該脫水步驟前係抵靠於該出口蓋。該有機產物之後續含水量，最好係受控於該有機產物通過該可調整之出口蓋之難易度。
本發明另提供一種用以從比重大於1之物質中分離出有機物質之裝置，該裝置包含：一初級清洗器，其可產出一乾淨有機物質流及一比重大於1之部分；一次級清洗器，用以分離初級清洗器產出的比重大於1之部分中所夾帶的一顯著比例的任何有機材料；一排水器，其可去除該乾淨有機物質流及有機材料中之自由水，以獲得一有機物質；及一脫水器，其可將該有機物質之含水量降至適合送至一生物轉化流程之水準。
較佳者，該裝置尚包含至少一水箱，以便將水進給至該水箱並從該水箱供水。在將水進給至該初級與次級清洗器前之某處可設置一過濾裝置。
在本發明之一態樣中，該有機廢棄物係城市固體廢棄物之一有機部分。
較佳者，該比重大於1之部分包含一玻璃與粗砂石部分。
較佳者，該初級清洗器包含一水體，使玻璃與粗砂石可在該水體中沉澱，而輕質之有機物質則可越過該水體中所設之一堰體，然後送至排水器。
更佳者，該次級清洗器之形式係與該初級清洗器實質相同，俾從該初級清洗器所產出之玻璃與粗砂石中，分離出其所夾帶之有機物質之一顯著比例部分。
該排水器最好包含一長型槽以便將分離出之有機物質導入其中，且該槽係繞設有一旋轉篩。較佳者，該槽內設有一堰體，且該有機物質可越過該堰體，從而自該槽中排出至該旋轉篩。在此過程中，該有機物質將承受一剪力，使該有機物質留在該旋轉篩內，而水則可通過該旋轉篩。
該脫水器最好包含一螺旋壓機，其中該螺旋壓機具有一可調整之出口蓋，且所輸送之有機物質在離開該脫水器前係抵靠於該出口蓋。一有機產物之後續含水量，最好係受控於該有機產物通過該可調整之出口蓋之難易度。
第1圖繪示一根據本發明之分離方法10。此分離方法10係將一過篩後之有機廢棄物12(例如城市固體廢棄物之有機部分(OFMSW)，其篩後尺寸小於約40mm)送至一混合器14，使OFMSW與水混合，之後再將此混合物送至一初級清洗步驟16。該初級清洗步驟16可產出一乾淨有機物質流18及一比重大於1之部分(例如一玻璃與粗砂石部分20)。
乾淨有機物質流18係送至一排水步驟22以去除該乾淨有機物質流中之自由水。排水步驟22之有機物質產物24則送至一脫水步驟26，藉以將該有機物質產物之含水量降至適合送至一後續生物轉化流程28之水準。
初級清洗步驟16所產出之玻璃與粗砂石部分20係送至一次級清洗步驟30。進給至次級清洗步驟30之操作用水34係來自一水箱36。水箱36可接收來自排水步驟22與脫水步驟26之水，以及水32。超出分離方法10所需之水42則自水箱36排出。水箱36中之水亦用於混合器14，一如前述。此外，水箱36中之一部分水係送至一過濾裝置，例如一振動篩過濾器40，而此振動篩過濾器40之上澄液則送至一水箱38。水箱38中之過濾水係送至初級與次級清洗步驟16與30以及一灑水裝置(圖未示)，藉以洗 滌排水步驟22中之篩網並清洗玻璃與粗砂石部分20與76。水箱36與38可包含單一水箱中由一擋板(圖未示)隔開之兩隔室。
過濾器40可去除來自水箱36之操作用水中之小型有機顆粒，以免該水遭過多固體污染。由該過濾器所去除之小型有機顆粒係排放至一排放流44，而該排放流44則將匯入脫水步驟26之有機產物，然後一併送至生物轉化流程28。據知，將不斷過濾之水進給至清洗器可提高清洗器之分離效率。
第2圖繪示一可用於初級清洗步驟16之初級清洗器50。初級清洗器50包含一蓄水池52，其內盛裝一水體54。一入口56可將進入之OFMSW導入水體54中，而橫跨水體54頂面之一擋板58則可避免OFMSW出現短路。
初級清洗器50尚包含一傾斜之螺旋運送機，其具有一從蓄水池52之一底部62延伸至一遠端64(其為一高架端)之帶軸螺旋體60。遠端64設有一可驅動帶軸螺旋體60之馬達66。一可供玻璃與粗砂石部分20使用之出口68同樣設於遠端64。OFMSW一旦導入蓄水池52及水體54後，其中之玻璃與粗砂石因比重大於1而朝底部62沉澱，然後便由帶軸螺旋體60自底部62輸送至出口68。
此外，初級清洗器50包含一堰體70及一出口室72。OFMSW中大部分之輕質有機物質將在水體54中漂浮，且可越過堰體70，進入該出口室72，自此離開該初級清洗器，成為乾淨有機物質流18。
次級清洗步驟30係利用一構造與初級清洗器50實質相同但尺寸較小之次級清洗器(圖未示)。由初級與次級清洗步驟16與30聯合提供之兩階段分離作業可從有機物質中有效分離出粗砂石與玻璃，並使整套設備所佔用之面積相對較小。
吾人可以想見，初級清洗器50之設計當可將粗砂石去 除率最大化，但如此一來，自初級清洗器50排出之玻璃與粗砂石部分20便將夾帶部分之有機部分。次級清洗步驟30則可分離出有機部分之此一遭夾帶部分，並透過有機物質排放線路74將其排放至排水步驟22，如第1圖所示。次級清洗步驟30可以類似初級清洗器50之方式產出一較重之玻璃與粗砂石流76。
分別來自初級與次級清洗步驟16與30之乾淨有機物質流將送至排水步驟22。排水步驟22之進料含水量取決於稀釋度，但申請人預期含水量應在約90%與97%之間，例如約95%。如第3與4圖所示，排水步驟22係利用一包含一長型槽82之排水器80，前述之乾淨有機物質流可經由一入口84導入槽82中。槽82內設有一堰體86。一旋轉篩88係圍繞長型槽82且可繞其轉動。
分別來自初級與次級清洗步驟16與30之乾淨有機物質流送入長型槽82後，將以越過槽82內所設堰體86之方式排出，並垂洩至旋轉篩88上。參見第3圖，由於旋轉篩88之轉動方向(以箭頭A標示)係與垂洩方向相反，此種逆向關係將在有機物質撞擊旋轉篩88時，對該有機物質施加一剪力。此剪力可提高吾人從通過旋轉篩88之水中分離出有機物質產物24之效率。自步驟22分離出之水將送至水箱36，一如前文所述。
有機物質產物24隨即送至脫水步驟26，此步驟係使用一螺旋壓機90。有機物質產物24之含水量落在約70%至90%之範圍內，例如約80%。螺旋壓機90可降低乾淨有機物質流之含水量，從而產出一適合進給至有機物質生物轉化流程28之產物。脫水步驟26之排出物含水量為約40%至60%，例如約50%。
螺旋壓機90包含一傾斜且設於一篩網94內之螺旋運送機92。一外殼96係環繞該篩網94，且可收集有機物質所釋出之水份。雖然第5圖所示之螺旋運送機92係一局部 設有軸體之螺旋體，但該螺旋運送機最好為一無軸螺旋體。有機物質產物24係由一設於外殼96內之入口98送入螺旋壓機90，其中該入口98係鄰近螺旋運送機92之一底部100。底部100另設有一可驅動螺旋運送機92之馬達102。有機物質產物24係於篩網94內朝一出口端104向上輸送，而出口端104則設有一可調整之出口蓋106。所輸送之有機物質將抵靠於出口蓋106並因此受到壓縮，從而產出一水流。此水流將收集於一集水槽108，然後進給至一水管110，最後送至水箱36，一如前述。
有機物質在螺旋壓機90內之壓縮度乃受控於出口蓋106之調整方式。出口蓋106愈「緊」，則有機物質之壓縮度愈高，而從該有機物質去除之水份亦愈多。
由前文可知，本發明之方法及裝置使吾人得以管理分離過程所用之水之黏性。而達成此目的之手段之一係避免固體在分離過程中聚積。分離過程中不同步驟所產出之固體流均隨分離流程持續前進，直到與水分離為止。此一設計有助於維持分離過程中各排放流之「流動性」。
吾人可以想見，本發明之方法及裝置可用以管理所用之水中之可溶性有機物質。欲達此一目的，可針對操作用水儲存容器內之水進行交換；詳言之，分離過程之所有用水最好可於一天內交換完畢，且用水量為約50,000公升。此作業可與生物轉化流程28(即乾淨有機部分所進入之流程)中之消化流程相互配合。
吾人亦可想見，倘若操作員認為有此需要，則本發明之方法除玻璃與粗砂石外，尚可用於去除OFMSW中之其他污染物，例如石頭、沙及土壤。
凡熟習此項技術之人士可輕易想見之修改及變化，均屬本發明之範圍。
10‧‧‧分離方法
12‧‧‧過篩後之有機廢棄物
14‧‧‧混合器
16‧‧‧初級清洗步驟
18‧‧‧乾淨有機物質流
20‧‧‧玻璃與粗砂石部分
22‧‧‧排水步驟
24‧‧‧有機物質產物
26‧‧‧脫水步驟
28‧‧‧生物轉化流程
30‧‧‧次級清洗步驟
32‧‧‧水
34‧‧‧操作用水
36、38‧‧‧水箱
40‧‧‧振動篩過濾器
42‧‧‧超出分離方法所需之水
44‧‧‧排放流
50‧‧‧初級清洗器
52‧‧‧蓄水池
54‧‧‧水體
56‧‧‧入口
58‧‧‧擋板
60‧‧‧帶軸螺旋體
62‧‧‧底部
64‧‧‧遠端
66‧‧‧馬達
68‧‧‧出口
70‧‧‧堰體
72‧‧‧出口室
74‧‧‧有機物質排放線路
76‧‧‧玻璃與粗砂石流
80‧‧‧排水器
82‧‧‧長型槽
84‧‧‧入口
86‧‧‧堰體
88‧‧‧旋轉篩
90‧‧‧螺旋壓機
92‧‧‧螺旋運送機
94‧‧‧篩網
96‧‧‧外殼
98‧‧‧入口
100‧‧‧底部
102‧‧‧馬達
104‧‧‧出口端
106‧‧‧可調整之出口蓋
108‧‧‧集水槽
110‧‧‧水管
以上僅以本發明之一實施例為例，並參照附圖以說明本發明之內容，附圖中：第1圖係一根據本發明之分離方法及裝置之流程圖；第2圖係第1圖所示方法及裝置中一初級分離器之剖面示意圖；第3圖係第1圖所示方法及裝置中一排水器之剖面示意圖；第4圖係第3圖所示排水器之端視圖；及第5圖係第1圖所示方法及裝置中一螺旋壓機之局部剖面立體圖。
10‧‧‧分離方法
12‧‧‧過篩後之有機廢棄物
14‧‧‧混合器
16‧‧‧初級清洗步驟
18‧‧‧乾淨有機物質流
20‧‧‧玻璃與粗砂石部分
22‧‧‧排水步驟
24‧‧‧有機物質產物
26‧‧‧脫水步驟
28‧‧‧生物轉化流程
30‧‧‧次級清洗步驟
32‧‧‧水
34‧‧‧操作用水
36、38‧‧‧水箱
40‧‧‧振動篩過濾器
42‧‧‧超出分離方法所需之水
44‧‧‧排放流
74‧‧‧有機物質排放線路
76‧‧‧玻璃與粗砂石流

Claims (23)

  1. 一種分離方法，包含下列步驟：(i)將一有機廢棄物送至一初級清洗步驟，從而產出一乾淨有機物質流及一比重大於1之部分；(ii)將步驟(i)之比重大於1之部分送至一次級清洗步驟，以分離出該部分所夾帶的一顯著比例的任何有機材料；(iii)將來自步驟(i)之該乾淨有機物質流及步驟(ii)分離出的有機材料送至一排水步驟，藉以去除該乾淨有機物質流及有機材料中之自由水，以獲得一有機物質產物；及(iv)將步驟(iii)之有機物質產物送至一脫水步驟，俾將該有機物質產物之含水量降至一適合送至一生物轉化流程之水準。
  2. 如申請專利範圍第1項之分離方法，其中操作用水係進給到至少一水箱，且可從該水箱進給至該初級與次級清洗步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項之分離方法，其中進給至該水箱之水至少有一部分係先送至一過濾裝置，然後才進給至該初級與次級清洗步驟。
  4. 如申請專利範圍第3項之分離方法，其中進給至該水箱之水之另一部分係用以洗滌該排水步驟所用之一或多個篩網以及比重大於1之部分。
  5. 如申請專利範圍第1項之分離方法，其中該有機廢棄物係城市固體廢棄物之一有機部分。
  6. 如申請專利範圍第1項之分離方法，其中該比重大於1之部分包含一玻璃與粗砂石部分。
  7. 如申請專利範圍第1項之分離方法，其中該初級清洗步驟包含：將該有機廢棄物導入一水體，使比重大於1之部分在該水體中沉澱，而輕質之有機物質則可越 過該水體中所設之一堰體，然後送至該排水步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項之分離方法，其中該次級清洗步驟之實施方式係與該初級清洗步驟相同，俾從該初級清洗步驟所產出之比重大於1之部分中，分離出其所夾帶之有機物質的一顯著比例部分。
  9. 如申請專利範圍第1項之分離方法，其中該排水步驟包含：將分離出之有機物質導入一繞設有一旋轉篩之槽中，使該有機物質可越過該槽中之一堰體，從而自該槽中排出至該旋轉篩，且在此過程中，該有機物質將承受一剪力，使該有機物質留在該旋轉篩內，而水則可通過該旋轉篩。
  10. 如申請專利範圍第1項之分離方法，其中該脫水步驟包含：將該排水步驟之有機產物送至一螺旋壓機，該螺旋壓機具有一可調整之出口蓋，且所輸送之有機物質在離開該脫水步驟前係抵靠於該出口蓋。
  11. 如申請專利範圍第10項之分離方法，其中該有機產物之後續含水量係受控於該有機產物通過該可調整之出口蓋之難易度。
  12. 一種用以從比重大於1之物質中分離出有機物質之裝置，包含：一初級清洗器，其可產出一乾淨有機物質流及一比重大於1之部分；一次級清洗器，用以分離初級清洗器產出的比重大於1之部分中所夾帶的一顯著比例的任何有機材料；一排水器，其可去除該乾淨有機物質流及有機材料中之自由水，以獲得一有機物質；及一脫水器，其可將該有機物質之含水量降至適合送至一生物轉化流程之水準。
  13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該裝置尚包含至少一水箱，以便將水進給至該水箱並從該水箱供水。
  14. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中在將水進給至該初級與次級清洗器、進給至該排水器及/或為洗滌 之目的而進給至比重大於1之部分前之某處設有一過濾裝置。
  15. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該有機廢棄物係城市固體廢棄物之一有機部分。
  16. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該比重大於1之部分包含一玻璃與粗砂石部分。
  17. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該初級清洗器包含一水體，使比重大於1之部分可在該水體中沉澱，而輕質之有機物質則可越過該水體中所設之一堰體，然後送至該排水器。
  18. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該次級清洗器之形式係與該初級清洗器實質相同，俾從該初級清洗器所產出之比重大於1之部分中，分離出其所夾帶之有機物質的一顯著比例部分。
  19. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該排水器包含一長型槽可供分離出之有機物質導入其中，且該槽係繞設有一旋轉篩。
  20. 如申請專利範圍第19項之裝置，其中該槽內設有一堰體，且該有機物質可越過該堰體，從而自該槽中排出至該旋轉篩。
  21. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該有機物質承受一剪力，使該有機物質留在該旋轉篩內，而水則可通過該旋轉篩。
  22. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中該脫水器包含一螺旋壓機，該螺旋壓機具有一可調整之出口蓋，且所輸送之有機物質在離開該脫水器前係抵靠於該出口蓋。
  23. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中一有機產物之後續含水量係受控於該有機產物通過該可調整之出口蓋之難易度。
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