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1、(10)申请公布号 CN 102417283 A(43)申请公布日 2012.04.18CN102417283A*CN102417283A*(21)申请号 201010295408.8(22)申请日 2010.09.27C02F 11/04(2006.01)B09B 3/00(2006.01)(71)申请人财团法人工业技术研究院地址中国台湾新竹县(72)发明人陈幸德 朱振华 张王冠 陈兴梁德明 周珊珊(74)专利代理机构北京戈程知识产权代理有限公司 11314代理人程伟 朱慧宁(54) 发明名称有机固体物水解方法及其装置(57) 摘要本发明涉及一种有机固体物水解方法及其装置，有机固体物水解方法。
2、包括将有机固体物与具有多个纳米气泡的纳米水混合，并形成有机液体，该纳米气泡内有可燃气体；对有机液体施以超音波，使纳米气泡产生额外的气穴效应。装置为应用于厌氧处理槽的有机固体物处理系统的前处理装置，厌氧处理槽具有厌氧生物，以产生可燃气体，前处理装置包括纳米水产生器、反应槽和超音波产生器，通过上述的方法与结构，本发明利用纳米气泡来增加额外气穴效应产生的机率，并通过可燃气体增加气穴效应产生冲击力的效果。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页CN 102417293 A 1/2页21.一种有机固体物水解方法，包括以。
3、下步骤：将有机固体物与纳米水混合形成有机液体，其中，纳米水具有多个纳米气泡，纳米气泡内具有可燃气体；以及对该有机液体施以超音波，使纳米气泡产生气穴效应，以产生爆破力来加速有机固体物的分解。2.根据权利要求1所述的有机固体物水解方法，其中，有机液体中纳米水与有机固体物的体积百分比为0.051至11之间。3.根据权利要求1所述的有机固体物水解方法，其中，各纳米气泡粒径介于10纳米至999纳米。4.根据权利要求1所述的有机固体物水解方法，其中，可燃气体为甲烷、氧气、氢气或其混合气体。5.根据权利要求1所述的有机固体物水解方法，其中，超音波的频率介于20至100千赫兹。6.一种有机固体物水解前处理装置。
4、，其应用于厌氧处理槽，该厌氧处理槽具有厌氧生物以产生可燃气体，该有机固体物水解前处理装置包括：纳米水产生器，其将可燃气体的部分制成多个纳米气泡并将纳米气泡与水混合成纳米水；反应槽，其容置有机液体，该有机液体含有有机固体物及纳米水；以及超音波产生器，其产生超音波至反应槽内的有机液体，使纳米气泡产生气穴效应。7.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其中，可燃气体是沼气。8.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其中，可燃气体是甲烷、氢气或其混合气体。9.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其进一步包括导管及反应槽包括有机固体物入口，该导管连结于厌氧处理槽与纳米水产生器之。
5、间，以导引可燃气体至纳米水产生器，来产生具有可燃气体的纳米水，有机固体物是由外部自有机固体物入口填充至反应槽，纳米水则自纳米水产生器的出水口流入反应槽，并于反应槽内混合形成有机液体。10.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其进一步包括导管与混合槽，该导管连结厌氧处理槽与纳米水产生器，用以将可燃气体导引至纳米水产生器，混合槽具有有机固体物入口、入口及出口，并连结于纳米水产生器与反应槽之间，有机固体物是由外部自有机固体物入口填充至混合槽，入口连接于纳米水产生器，纳米水自入口流入并与有机固体物于混合槽中混合形成有机液体，出口连结于反应槽，以将有机液体输送至反应槽中。11.根据权利要求6所。
6、述的有机固体物水解前处理装置，其中，各纳米气泡粒径介于10纳米至999纳米。12.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其中，超音波的频率介于20至100千赫兹。13.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其中，有机液体中纳米水与有机固体物的体积百分比为0.051至11之间。权 利 要 求 书CN 102417283 ACN 102417293 A 2/2页314.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其中，纳米水产生器的一端具有入水口。15.根据权利要求6所述的有机固体物水解前处理装置，其中，超音波产生器使有机液体产生气穴效应。16.根据权利要求6所述的有机固体物水解。
7、前处理装置，其中，反应槽与厌氧处理槽相连接，使反应槽的有机液体流入厌氧处理槽，以增加后续厌氧生物消化作用所产生的可燃气体的产生量。权 利 要 求 书CN 102417283 ACN 102417293 A 1/4页4有机固体物水解方法及其装置发明领域0001 本发明涉及一种水解方法及其装置，特别涉及一种将有机固体物水解的方法及供厌氧处理的前处理装置。背景技术0002 一般来说，目前有机固体物的处理方式大多是通过喜氧或厌氧生物来将有机固体物消化的方式进行处理，进而达到固体物减量的效果，但这种通过生物消化过程需要耗费相当长的时间，因此，为有效缩短生物消化所需的时间，大多辅以化学或物理的预处理方式，。
8、将有机固体物进行分解或裂解，通过把大分子变成小分子，以增进喜氧或厌氧生物的消化速率，并有效缩短整体有机固体物的消化时间。0003 一种现有且常见的化学预处理是利用加碱水解处理的化学方式，首先，将有机固体物导入处理池，进行沉淀后加碱进行水解后，再重新干燥回收，此方式虽会增加整体有机固体物处理的时间，但所添加的化学药剂，除会造成原有机固体物中盐类增加之外，亦有可能造成化学污染等环境二次伤害，因此，使用此类化学预处理的方式必须非常谨慎，以使得应用上经常受到限制，此外，化学预处理的方式无法进行有机堆肥(organic fertilization)，降低有机固体物处理后的价值。0004 然而，一般现有物。
9、理预处理的方式则大多是通过增加外力来裂解，其中，最常用的方式则是先将有机固体物混水之后，通过施予超音波来进行水解，通过超音波在水中的能量来裂解有机固体物中有机质，以供喜氧或厌氧的生物更容易进行消化，降低了整体有机固体物的消化时间。0005 简言之，利用超音波裂解的物理预处理的方式可避免化学预处理可能造成的二次环境污染，但是超音波需要外部电源供应驱动才能产生，特别是面对大量的有机固体物的处理，势必需要耗费大量的电力。因此，如何能够通过一种方法或手段，在维持相同超音波裂解效率的情况下，减少使用超音波的时间，或者，使用相同时间的超音波，而达到更高水解有机固体物的效率，长久以来一直是相关厂商努力的目标。
10、。发明内容0006 本发明提供一种利用纳米水来增加超音波水解效率的方法以及提供一种应用于厌氧处理槽的有机固体物水解前处理装置。0007 根据本发明所揭露的有机固体物水解方法，包括以下步骤：0008 将有机固体物与纳米水混合以形成有机液体，其中，纳米水具有多个纳米气泡，纳米气泡内具有可燃气体；以及0009 对有机液体施以超音波，使纳米气泡产生额外的气穴效应(相比于有机液体中亦会产生的气穴效应)。0010 根据本发明所揭露的应用于厌氧处理槽的有机固体物水解前处理装置，厌氧处理槽具有厌氧生物，以产生可燃气体，前处理装置包括纳米水产生器、反应槽和超音波产生说 明 书CN 102417283 ACN 1。
11、02417293 A 2/4页5器。0011 纳米水产生器将由厌氧处理槽所产生的可燃气体制成多个纳米气泡，并将纳米气泡与水混合成纳米水。反应槽则容置有机液体，有机液体含有有机固体物及纳米水。超音波产生器则对反应槽产生超音波至有机液体，使纳米气泡产生气穴效应。0012 综上所述，当具有纳米气泡的纳米水与有机固体物混合后，以超音波施加于有机液体，除了原有的有机液体中会产生的气穴效应外，纳米气泡亦会产生额外的气穴效应而崩溃形成更多的爆破现象，来让周围的有机固体物受到更多的爆破冲击力而产生更好的裂解效果，如此即可加速有机固体物的分解，其次，由于纳米气泡的体积特性，纳米气泡会均匀散布于有机液体中而不致因。
12、自身浮力而向上浮，因此，让有机液体中充气均匀且因气穴效应产生爆破的位置很平均。0013 再者，本发明的纳米气泡中另填充有可燃气体，使得纳米气泡在产生气穴效应时，亦会同时发生燃烧现象，进而增加爆破的冲击力道，来提升有机固体物“水解”的效率。0014 有关本发明的特征、实施与效果，且配合附图作实施例详细说明如下。附图说明0015 图1A是本发明有机固体物水解方法的流程图。0016 图1B是本发明有机固体物水解方法实施时的示意图。0017 图2是添有纳米水与未添有纳米水的有机污泥处理的差异示意图。0018 图3是本发明有机固体物水解前处理装置一实施例的示意图。0019 图4是本发明有机固体物水解前处。
13、理装置另一实施例的示意图。0020 主要元件符号说明：0021 20、22：超音波处理前的溶解性有机物浓度0022 21、23：超音波处理后的溶解性有机物浓度0023 31：纳米水产生器0024 311：入水口0025 32：反应槽0026 321、363：有机固体物入口0027 322：出水口0028 323：导引管0029 33：超音波产生器0030 34、34A：导管0031 35：厌氧处理槽0032 36：混合槽0033 361：入口0034 362：出口具体实施方式0035 请参考图1A及图1B所示，图1A是本发明有机固体物水解方法的流程图，图1B是本发明有机固体物水解方法实施时的示。
14、意图，有机固体物水解方法可应用于有机废弃物的说 明 书CN 102417283 ACN 102417293 A 3/4页6处理，将有机固体物裂解后再供喜氧或厌氧生物进行消化，其可以增加有机污泥处理的效率，降低等待生物进行消化反应的时间。0036 有机固体物水解方法包括以下步骤：0037 步骤10：将有机固体物与纳米水混合形成有机液体，其中，有机固体物包括污泥、废弃物或花草树木等，纳米水具有多个纳米气泡，纳米气泡内具有可燃气体；以及0038 步骤11：对有机液体施以超音波，使纳米气泡向内崩裂爆破产生额外的气穴效应，气穴效应会产生范围极小，但高温且高压的冲击力，值得注意的是，由于纳米气泡的体积特性。
15、，纳米气泡会均匀散布于有机液体中而不致因自身浮力而向上浮，而让有机液体中充气均匀且因气穴效应产生爆破的位置很平均。再者，如步骤10所述的纳米气泡中填充有可燃气体，可使纳米气泡在产生气穴效应时，因气穴效应会产生5000以上的高温，故亦会同时发生燃烧现象，进而增加爆破的冲击力道，来提升有机固体物水解的效率。于一实施例中，步骤10所述的有机液体，纳米水与有机固体物的体积百分比范围为0.051至11，纳米水中所含的纳米气泡的粒径介于10纳米至999纳米，可燃气体为甲烷、氧气、氢气或其混合气体，有机固体物可为但不限于纤维性物质、农业废弃物、污泥或厨余。0039 于一实施例中，步骤11所述的超音波的输出功。
16、率范围可以是但不限定为300至1200瓦特，其频率则可介于20千赫兹(kHz)至100kHz，然而，本领域技术人员公知，声波振动频率一旦超过20kHz即属于超音波的范围，且超音波的功率与频率成反比，亦即在相同的超音波产生器，20kHz频率所产生的功率最大，因此在本说明书中所揭示的超音波频率范围仅用作例示，并非用于限定本发明的任何技术特征。0040 请配合参考图2所示，图2是本发明添加有纳米水的有机污泥与未添有纳米水的有机污泥经超音波处理的实验结果示意图，在示意图中，纵轴的数值代表在有机液体中溶解性有机物浓度的大小，单位为mg/L，溶解性有机物浓度则通常代表在液体中有机物分布的密度。当超音波于有。
17、机液体进行水解程序时，因气穴效应产生的冲击力破坏了有机污泥的外层(例如细胞壁)，使得有机污泥中的有机质流出，让有机液体中溶解性有机物浓度增加，简单来说，溶解性有机物浓度越高，喜氧或厌氧的生物更容易进行消化，可增加整体有机污泥的消化速率，缩短有机污泥的消化时间。0041 于此实验中，发明人利用150毫升的有机污泥分别以各150毫升的纯水与具有纳米气泡的纳米水进行混合后，有机污泥中悬浮固体物(SS)浓度为8185mg/L，挥发性固体物(VSS)浓度为5895mg/L，再依序以20kHz频率、700瓦特功率的超音波处理15分钟，以图2进行说明实验结果，图式中左边一组为未添有纳米水的实验数据，包括超音。
18、波处理前的溶解性有机物浓度20及超音波处理后的溶解性有机物浓度21，超音波处理前的溶解性有机物浓度20为128mg/L，而超音波处理后的溶解性有机物浓度21则为3379mg/L。右边一组则为添有纳米水的实验数据，包括超音波处理前的溶解性有机物浓度22及超音波处理后的溶解性有机物浓度23，超音波处理前的溶解性有机物浓度22为165mg/L，超音波处理后的溶解性有机物浓度23为4852mg/L，因此，通过图2所示，在相同的环境下，利用纳米气泡来进行有机污泥水解相比于未添加纳米气泡的有机污泥水解可提升效率达百分之140。0042 请参考图3及图4所示，图3是本发明有机固体物水解前处理装置一实施例的示。
19、意图，图4是本发明有机固体物水解前处理装置另一实施例的示意图，本发明的有机固体物水解前处理装置是应用于具有厌氧处理槽35的有机固体物处理系统，厌氧处理槽35具说 明 书CN 102417283 ACN 102417293 A 4/4页7有厌氧生物，以产生可燃气体，前处理装置系包括纳米水产生器31、反应槽32和一超音波产生器33。0043 纳米水产生器31将由厌氧处理槽35所产生的可燃气体制成多个纳米气泡，并将纳米气泡与水混合成纳米水，其中，纳米气泡的粒径介于10纳米至999纳米。反应槽32容置由纳米水与有机固体物混合的有机液体，其中纳米水与有机固体物的体积百分比范围为0.051至11。超音波产。
20、生器33则对反应槽32提供最大输出功率为700瓦特，频率介于20kHz至100kHz的超音波能量，以使得有机液体中的纳米气泡发生气穴效应，进而裂解有机固体物，然后裂解有机固体物流入厌氧处理槽35，以增加后续厌氧消化沼气的产生量，来提高再生能源的效率。0044 如图3所示的实施例，此实施例的有机固体物水解前处理装置更包括导管34，导管34连结于厌氧处理槽35与纳米水产生器31之间，用于将厌氧处理槽35所产生的部分可燃气体导入纳米水产生器31，纳米水产生器31的一端具有入水口311，该入水口流入水以混合形成纳米水，另一端则具有一出水口322，反应槽32具有有机固体物入口321及引导管323，该有机。
21、固体物入口321自外部填充有机固体物至反应槽32，纳米水经纳米水产生器31的出水口322流入反应槽32，并于反应槽32内混合形成该有机液体，有机液体经超音波产生器33施予超音波能量产生气穴效应后，再将有机液体经引导管323输送至厌氧处理槽35。0045 如图4所示的实施例，此实施例的有机固体物水解前处理装置，则进一步包括导管34A与混合槽36，导管34A连结于厌氧处理槽35与纳米水产生器31，用于将厌氧处理槽35所产生的部分可燃气体导入纳米水产生器31，纳米水产生器31的一端具有入水口311，该入水口流入水以混合形成纳米水，混合槽36具有有机固体物入口363、入口361及出口362，有机固体物。
22、是由外部自有机固体物入口363填充至混合槽36，入口361连接于纳米水产生器31，该纳米水经纳米水产生器31的出水口322自混合槽36的入口361流入并与有机固体物于混合槽36中混合形成有机液体，出口362连结于反应槽32，以将有机液体输送至反应槽32中，有机液体经超音波产生器33施予超音波能量产生气穴效应后，再将有机液体经引导管323输送至厌氧处理槽35。0046 值得注意的是，本发明所述的可燃气体是对应于厌氧处理槽35中厌氧生物经消化所产生的可燃气体，可燃气体可包括但不限于氢气或甲烷或混杂有其他气体，于此将可燃气体定义为沼气(Biogas)。0047 综上所述，本发明所提供的有机固体物水解方法是利用纳米气泡来增加气穴效应产生的机率，并通过可燃气体增加气穴效应产生冲击力的效果，此外，本发明所提供的有机固体物水解前处理装置，通过导管将厌氧处理槽所产生的可燃气体回收利用，增加整体有机污泥处理系统的实用性。说 明 书CN 102417283 ACN 102417293 A 1/3页8图1A图1B图2说 明 书 附 图CN 102417283 ACN 102417293 A 2/3页9图3说 明 书 附 图CN 102417283 ACN 102417293 A 3/3页10图4说 明 书 附 图CN 102417283 A。