[发明专利]生物污泥的气化

说明书

废水处理设施将废水组分分离成粗固体、浮渣粗砂和污泥。污水污泥是悬浮的、胶态的和溶解的有机物和无机物的混合物，它是在处理过程中从废水分离的。

废水通常经受一级处理，其中，通过物理方法(例如筛选和重力沉降)除去悬浮的固体成分。化学沉淀适用于除去轻质悬浮固体和胶态固体。

然后将残余的液体污水进行二级处理，其中，应用微生物(主要是细菌)通过使复合有机物降解和/或杀伤病原体而使废物成分稳定和变性。微生物的混合物通常被称为“生物量”。在废水或污水的生物处理中，废物成分起微生物的营养物作用，随着它们使废物成分稳定和变性，能使它们繁殖和增殖。

所以，废物处理体系中生物量的量在稳定化和变性处理过程中增大了。为了避免过量的微生物聚集(它能“阻塞”处理过程)，必须从处理体系除去或“废弃”一部分微生物。废弃的微生物被称为“生物污泥”。所有基于生物的处理操作的主要费用部分是需要以环境上可接受的方式处置该生物污泥。

污泥的一般性处理或管理包括生物可降解有机物的稳定化、浓缩和脱水，以及稳定、脱水后的残渣的最后处置。

产生的污泥通常是稀释的，数量级为约1～2wt％固体物。为了减少对其它操作的容量负荷，污泥处理中的第一步通常是浓缩(通过诸如重力增浓和浮选这样的方法)。

来自一级处理的有机污泥通常可被浓缩到约5～8wt％固体物。来自二级处理的污泥通常可被重力增浓到约2～4wt％固体物。

脱水与浓缩不同，因为浓缩仍余下具有液体性质的污泥。脱水则应用机械操作(例如离心、真空和/或加压过滤)和砂床产生基本上是易碎固体的产品。当污泥的水含量通过脱水被减少到约65～80％时，它形成被称为“污泥饼”的多孔性固体。污泥饼中没有游离水，因为水与固体物化学结合或被紧密吸附在内孔中或被保持在微生物的细胞内。

生物污泥是生物废水处理后残余的有机生物量。通常必须将生物污泥机械脱水而减少水含量低于约96wt％。生物污泥中主要的水源含于生物污泥中存在的生物区系的细胞内，被称为“胞内水”。不含游离液体的脱水的生物污泥滤饼可能仍具有80wt％以上的水含量(主要是由于含于脱水的生物污泥细胞中的胞内水的量)。

“干固体”是样品在105℃的氮气中被干燥直至未观察到进一步的重量降低后留下的无水残渣。术语“游离液体”是未被物理吸附的或阻塞的或化学结合的液体，而且可通过常规过滤操作释放。

目前可获得的减少生物污泥的水含量和利用生物污泥的技术费用大而且需要过多的能量。尤其，发现它们都是对于将生物污泥和污水污泥转化为部分氧化气化反应适用的原料来说不经济和不实际的方法。

含于脱水的生物污泥细菌细胞细胞壁内的高胞内水含量通过变性操作中除去胞内水而降低了。该操作包括，在足以弱化细菌细胞壁的温度下加热生物污泥。然后使弱化的细胞壁暴露于足以在细胞内形成蒸汽的减压中而使弱化的细胞壁破裂，于是作为游离水或呈热的水蒸气形式释放胞内水。然后，减少了水的浓缩生物污泥就可作为用来生产合成气的部分氧化反应中的燃料源。

图1是表示生物污泥浓缩处理的简化示意图。

按本发明，含于生物污泥中的热值可被用作生产合成气的部分氧化法中简单而有效的燃料源。通常将生物污泥与附加的烃类燃料(例如煤或油)结合，在部分氧化反应中经历共同气化而产生合成气。

部分氧化气化反应是在足以将所需量的燃料或原料转化为合成气的反应条件下进行的。反应温度一般在约900℃～约2,000℃、优选约1,200℃～约1,500℃的范围内。压力一般在约1～约250大气压、优选约10～约200大气压、最优选约20～80大气压的范围内。反应区中的平均停留时间一般在约0.5～约20秒、优选约1～约10秒的范围内。

离开部分氧化反应器的合成气反应产物通常包含CO、H₂、蒸汽、CO₂、H₂S、COS、CH₄、NH₃、N₂、挥发性金属和惰性气体(例如氩气)。具体产物组成将随原料的组成和反应条件而变。非气态副产物包括特定的物质，通常是碳和无机灰。