[发明专利]用于有效处理有机材料的热处理系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年11月4日提交的美国临时申请序列号61/899,495 的优先权，其公开内容在此明确地通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开内容涉及对有机材料的处理。更具体地，本公开内容涉及用于 处理有机材料的热处理系统和方法。

背景技术

有机材料，例如来自污水和废水处理厂(WWTP)的淤泥表现出严 重的处置问题。这种淤泥一般包含固体(通常称为生物固体)与不同量的 游离水的混合物。

生物固体中的大量细胞结合水使得对含生物固体的污水淤泥的处置 具有挑战性。特别地，因为细胞结合水使得生物固体具有负的较低净热值， 所以焚烧污水淤泥的成本过高。同样地，如果对污水淤泥进行热脱水，由 于从污水淤泥中蒸发水所需的能量，该过程可能具有负的净能量平衡。另 外，因为细胞结合水影响淤泥重量，所以运输污水淤泥的成本很高。通常， WWTP必须支付“倾倒费”以使另一方处置其生物固体。目前对含生物 固体的淤泥通常进行填埋、土地施用、或干燥并且用作肥料。但是，这些 处置方法可能具有不利的环境影响，例如产生难闻的气味以及通过包含在 生物固体中的活的致病生物体、有毒重金属、和/或其他化学或药物化合 物污染土壤或地下水。仅美国每年产生约710至760万干(短)吨的生物 固体。因此，适当的处置方法很重要。

除目前对于处置生物固体的适当方法的需要之外，对于增加可再生或 “绿色”能源的利用的公众支持也越来越高。公知的可再生能量形式包括 太阳能、风能和地热能，但是这些来源缺少充分的供应。生物质材料，例 如磨坊残余物、农业作物和废物、以及工业废物已经被长期用作可再生燃 料。另一方面，由于生物固体中包含的大量细胞结合水，之前不认为生物 固体是可再生能源。如上文讨论的，生物固体中的大量细胞结合水显著影 响焚烧生物固体的成本以及运输生物固体的成本。

因此，需要加工和处置有机材料的新的系统和方法。

发明内容

本公开内容提供了用于处理有机材料的热处理系统和方法。在基本操 作模式中，系统对未消化的材料进行处理以分解和溶解有机材料以促进生 物消化，在热处理后从有机材料中分离不可消化的固体材料，以及通过厌 氧生物处理将可消化的溶解和未溶解的有机材料转化成甲烷。

根据本公开内容的一个实施方案，提供了用于处理包含有机材料和水 的浆料的热处理系统。所述系统包括：泵，其将浆料加压至比后续升高温 度下的水的饱和压力更高的压力；至少一个热输入装置，其将浆料加热至 足以发生细胞分解和炭形成的升高温度；反应装置，其提供升高温度下的 停留时间以在升高温度下对经加热的浆料进行热处理；固体分离装置，其 将经热处理的浆料至少分离成包含有机材料的第一流和包含惰性材料的 第二流；以及厌氧生物反应器，其将第一流中的有机材料转化成甲烷，所 述生物反应器保留固体比保留液体更久，使得固体在生物反应器中具有比 液体更久的停留时间。

根据本公开内容的另一个实施方案，提供了用于处理包含有机材料和 水的浆料的热处理系统。所述系统包括：泵，其将浆料加压至比后续升高 温度下的水的饱和压力更高的压力；至少一个热输入装置，其将浆料加热 至足以发生细胞分解和炭形成的升高温度；反应装置，其提供升高温度下 的停留时间以在升高温度下对经加热的浆料进行热处理；固体分离装置， 其将经热处理的浆料至少分离成包含有机材料的第一流和包含惰性材料 的第二流；以及厌氧生物反应器，其将第一流中的有机材料转化成甲烷， 所述生物反应器使废生物固体再循环至所述泵、所述至少一个热输入装置 以及所述反应装置用于进一步热处理。

根据本公开内容的另一个实施方案，提供了用于处理包含有机材料和 水的浆料的方法。所述方法包括以下步骤：通过对浆料加热和加压对所述 浆料进行热处理；将经处理的浆料至少分离成第一液体流和适于作为惰性 废物处置的第二固体材料；对所述第一液体流进行生物处理以产生甲烷和 废生物固体；以及使废生物固体从生物处理步骤再循环至热处理步骤。