用于处理生物质废弃物的方法和装置.pdf

根据本发明的方法包括这样的步骤，其中将废弃物如此破碎成8mm或更小尺寸的块，使得空容器被撕开并且其中的有机残留物被排出；不可降解的废弃物被分离并且从固体成分中清除的有机废弃物被处理。在根据本发明的破碎和分选单元中，破碎螺杆(11)是具有相同螺距方向且没有中心轴的螺杆，在它们的被驱动端配有短驱动轴(112)，其中排出螺杆(151)的旋转轴线与由两个破碎螺杆(11)的旋转轴线确定的平面限定一锐角。根据本发明的热处理/混合单元包括热处理罐、混合罐和混合器单元，其中热处理罐(31)同轴围绕混合罐(32)地设置在混合罐(32)的上部；以及热处理罐(31)和混合罐(32)由快速排出组件互连。

1、  一种处理具有有机物质含量的废弃物和污水污泥的方法，包括以下步骤：
-在破碎单元中破碎废弃物；
-如果需要的话，进行热处理，以及将经破碎的物质与污水污泥混合；
-使混合物均质化；
-使均质的物质发酵，以及
-将所得到的生物气体导入气罐中，
-其特征在于，
-将废弃物如此破碎成8mm或更小尺寸的块，使得空容器被撕开并且其中的有机残留物被排出；不可降解的废弃物被分离并且从固体成分中清除的有机废弃物被处理。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，要被均质化的废弃物与污水污泥的体积比率在1,2至0,8的范围内。

3、  如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，要被均质化的废弃物与污水污泥的体积比率在1,2至1,0的范围内。

4、  如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，要被均质化的废弃物与污水污泥的体积比率在1,1的范围内。

5、  如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，被均质化的污水污泥的固体物质含量约为6％。

6、  如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，被均质化的污水污泥的固体物质含量最大为8％。

7、  如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在均质化过程中污水污泥的温度保持在35至55℃的范围内。

8、  一种优选用于处理具有有机物质含量的废弃物和污水污泥的破碎和分选单元，包括接纳盘、破碎螺杆和驱动单元，其中接纳盘(10)的底板(102)是穿孔的并且形成为用于接纳双螺杆的具有敞开上部的螺杆壳罩，两个破碎螺杆(11)设置在所述螺杆壳罩内；在所述底板(102)下方形成有腔室(103)，以便容纳一个或多个搅拌螺杆；以及在接纳盘(10)的与破碎螺杆驱动单元相对的端部如此设置有具有排出螺杆(151)的排出组件(15)，使得排出螺杆(151)的与排出螺杆驱动单元相对的自由端伸入接纳盘(10)的工作空间内，
其特征在于，
破碎螺杆(11)是具有相同螺距方向且没有中心轴的螺杆，在它们的被驱动端配有短驱动轴(112)，其中排出螺杆(151)的旋转轴线与由两个破碎螺杆(11)的旋转轴线确定的平面限定一锐角。

9、  如权利要求8所述的破碎和分选单元，其特征在于，在接纳盘(10)的端板(105)上设置有多个钩齿(106)，在破碎螺杆(11)的端部上设置有多个刃头(111)。

10、  如权利要求9所述的破碎和分选单元，其特征在于，破碎螺杆(11)的螺距彼此相同。

11、  如权利要求8或9所述的破碎和分选单元，其特征在于，破碎螺杆(11)由多层金属片制成。

12、  如权利要求8至11中任一项所述的破碎和分选单元，其特征在于，破碎螺杆(11)的非被驱动端靠近端壁设置。

13、  如权利要求8至12中任一项所述的破碎和分选单元，其特征在于，破碎螺杆(11)适于独立于彼此旋转，并且它们的转速可调。

14、  如权利要求8至13中任一项所述的破碎和分选单元，其特征在于，排出螺杆(151)适于来回转动。

15、  如权利要求8至14中任一项所述的破碎和分选单元，其特征在于，在排出组件(15)上具有一个或多个分开的排出料斗(153，154)。

16、  一种优选用于处理具有有机物质含量的废弃物和污水污泥的热处理/混合单元，包括热处理罐、混合罐和混合器单元，
其特征在于，
热处理罐(31)同轴围绕混合罐(32)地设置在混合罐(32)的上部；以及
热处理罐(31)和混合罐(32)由快速排出组件互连。

17、  如权利要求16所述的热处理/混合单元，其特征在于，热处理罐(31)配有内和/或外隔热部(311；312)。

18、  如权利要求16或17所述的热处理/混合单元，其特征在于，热处理罐(31)的容积小于混合罐(32)的容积。

19、  如权利要求16至18中任一项所述的热处理/混合单元，其特征在于，混合罐(32)配有外隔热部。

用于处理生物质废弃物的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种处理生物质类型的公共废弃物的方法，特别是具有有机物质含量的污水污泥、动物蛋白质加工处理的废弃物、乳制品工业的废弃物、厨房废弃物、油脂污水等。
本发明还涉及用于实施根据本发明之方法的系统的破碎和分选单元以及热处理/混合单元的配置。
背景技术
由于日益严格的环境保护法规，处理和降解/消除含有有机物质的废弃物的问题变得越来越严峻。
由于污水净化技术，在住宅区的污水净化厂中产生了极大量的含有有机物质的污水污泥。
污水污泥的处理问题可被认为已经解决了。在最常见的解决方案中，适当浓缩的污水污泥被送入适中温和/或适高温的发酵罐，在其中，在经过厌氧处理后，生物气体(沼气)从有机物质成分中释放出来。该生物气体通常用于现场发电。
为了利用含有有机物质的废弃物，已使用了各种方法，其中许多是--或者曾经是--受到工业产权保护的。
在HU 204 481(“用于对液体有机物质和生物质进行适中温或适高温的、基于需氧酶的调节的方法”)；HU 208 657(“污水污泥的厌氧净化装置”)或HU 200 139(“含有具有环境破坏作用的有机物质的液体和污泥的处理方法”)中公开了这样的方法。
这些方法和实施方法的装置不能处理或者只具有有限的能力处理异质的和危险的物质。
在HU 208659(“综合处理和利用市政及农业废弃物的方法”)中公开了一种更复杂的解决方案。虽然这种方法在理论上适于处理各种条件状态的物质，但是它不适于处理需要巴氏灭菌的食品废弃物或类似于食品的废弃物。它还具有一个缺点是，根据进料的种类，它需要施用各种添加剂，如石灰乳、磷、钾等。另一个缺点是不能保证连续运行，并且它也没有公开可优选使用何种装置来实施该方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在单个优选为闭环的、连续运行的系统中经济和可靠地处理各种有机物质(也包括需要巴氏灭菌的可生物降解的物质)而与它们的含量和它们的条件状态无关的方法。
本发明的另一个目的是提供装置：用于实施所述方法的系统的破碎和分选单元以及热处理/混合单元。
本发明基于这样的构思，即，天天在住宅区的污水污泥净化厂中产生的非常大量的污水污泥和在同一住宅区中产生的大量生活垃圾和城市废弃物(所有都含有有机物质)能以综合和经济的方式被一起处理。
我们也认识到，含有固体物质的固体和/或液体废弃物以及混入的不可生物降解的空容器可在包括破碎螺杆、搅拌螺杆、排出螺杆和钩齿的适当设计的装置中、在一个步骤内被破碎和分离成可生物降解的有机部分和不可生物降解的部分。
此外，还认识到，鉴于空间和能耗方面的经济性，优选地，在一个集成的单元中进行热处理和混合的步骤。
处理和利用具有有机物质、优选是高含量有机物质的废弃物的方法包括以下步骤：在破碎单元中破碎废弃物；如果需要的话，进行热处理，以及将经破碎的物质与污水污泥混合；使混合物均质化(均匀化，homogenize)；使均质的物质发酵并将所得到的生物气体导入气罐中，根据本发明，所述方法的特征在于，将废弃物如此破碎成12mm或更小尺寸的块，使得空容器被撕开并且其中的有机残留物被排出；不可降解的废弃物被分离并且从固体成分中清除的有机废弃物被处理。
要被均质化的废弃物与污水污泥的体积比率优选在1,2至0,8、更优选为1,2至1,0、有利地为1∶1的范围内。
被均质化的污水污泥的固体物质含量优选为大约6％，最多8％。
在均质化过程中污水污泥的温度优选保持在35至55℃的范围内。
根据本发明的破碎和分选单元包括接纳盘、破碎螺杆和驱动单元，其中接纳盘的底板是穿孔的并且形成为用于接纳双螺杆的具有敞开上部的螺杆壳罩，两个破碎螺杆设置在所述螺杆壳罩内；在所述底板下方形成有腔室，以便容纳一个或多个搅拌螺杆；以及在接纳盘的与破碎螺杆驱动单元相对的端部如此设置有具有排出螺杆的排出组件，使得排出螺杆的与排出螺杆驱动单元相对的自由端伸入接纳盘的工作空间内，其中破碎螺杆是具有相同的螺距方向且没有中心轴的螺杆，在它们的被驱动端配有短驱动轴，其中排出螺杆的旋转轴线与由两个破碎螺杆的旋转轴线确定的平面限定一锐角。
在接纳盘的端板上，优选地具有多个钩齿，并且在破碎螺杆的端部上优选地设置有多个刃头。
破碎螺杆的螺距可由多层金属片制成，优选是彼此相同的并且适于独立于彼此旋转，同时它们的转速可调。破碎螺杆的非被驱动端靠近端壁设置。
排出螺杆可来回转动，并且在排出组件上可具有一个或多个分开的排出料斗。
根据本发明的热处理/混合单元包括热处理罐、混合罐和混合器单元，其中热处理罐同轴围绕混合罐地设置在混合罐的上部；以及热处理罐和混合罐由快速排出组件互连。
热处理罐可配有内和/或外隔热部，混合罐可配有外隔热部。热处理罐的容积优选地小于混合罐的容积。
附图说明
现在参照附图对本发明进行更详细的描述。
图1分别示出根据本发明的方法及实施该方法的系统的工艺流程图和框图。
图2示出根据本发明的破碎和分选单元的一示例性实施例沿主剖面截取的基本示意性线框图。
图3是图2所示的破碎和分选单元沿横剖面截取的示意性线框图。
图4示出根据本发明的破碎和分选单元的一示例性实施例的部分剖切的示意性轴测图。
图5是图4中的放大细节(A)。
图6示出图4所示的破碎和分选单元的实施例从另一个视角看去的示意性轴测图。
图7示出根据本发明的热处理/混合单元的一示例性实施例的基本示意性线框图。
图8示出根据本发明的热处理/混合单元的快速排出组件的一示例性实施例，示出为处于关闭位置。
图9示出根据本发明的热处理/混合单元的快速排出组件的一示例性实施例，示出为处于打开位置。
具体实施方式
为了简化说明和更好地理解该说明，使用以下参考标号：
-固体废弃物和/或固体和液体废弃物的混合物被称为混合废弃物A，而与它们的含量无关；
-液体废弃物被称为液体废弃物C，而与其含量无关；
-就地产生的污水污泥被称为污水污泥D；
-被输送的、固体物质含量等于或小于6％的污水污泥被称为污水污泥D’；
-被输送的、固体物质含量大于6％但小于25％的污水污泥被称为污水污泥D”。
如图1所示，混合废弃物A和/或污水污泥D”被送入破碎和分选单元1中。或者，液体废弃物C和/或污水污泥D’也可在该点被送入系统中。
该单元用于将废弃物破碎成适当尺寸的碎片--达8mm--，并用于将不可生物降解的物质从有机部分中分离。
此后可生物降解的有机部分将被称为有机部分B，而不可生物降解的部分将被称为废弃物H和H’。
废弃物H主要包含无机物质。
废弃物H’是也包含了少量有机物质的不可用废弃物。
混合废弃物A的有机部分B从破碎和分选单元1被导入到热处理/混合单元3的与切换单元2的位置对应的混合罐32或热处理罐31中。
在废弃物如厨房废弃物由于其含量而需要巴氏灭菌的情况下，废弃物首先被导入热处理罐31中，然后导入混合罐32中。当巴氏灭菌没有必要时，这些废弃物被直接送入混合罐32中。
混合废弃物A的生物不可用废弃物部分H和H’从破碎和分选单元1被分别导入废弃物收集罐9d和9d’，供进一步的外部处理。
液体废弃物C和/或污水污泥D’也经引出站5被导入到热处理/混合单元3的与切换单元2的位置对应的混合罐32或热处理罐31中。
被适当预处理的污水污泥D和/或污水污泥D’被送入热处理/混合单元3的混合罐32中。
当然，与有机部分B和液体废弃物C类似地，污水污泥D和/或污水污泥D’也能以与前述相同的方式经切换单元2进料。
热处理/混合单元3具有双重功能：
-对需要巴氏灭菌的废弃物如动物蛋白质加工处理的废弃物、厨房废弃物进行热处理和巴氏灭菌；
-将有机部分B和液体废弃物C与污水污泥D和/或污水污泥D’混合，从而产生具有适于连续发酵的稠度的污泥成分。该污泥成分将被称为污泥成分E。
废弃物A和/或液体废弃物C与总的污水污泥D和/或污水污泥D’的体积混合比率最佳为1∶1，但它可在1,2至0,8的范围内变化，优选体积混合比率为1∶1。
污泥成分E的固体物质含量最佳等于或小于6％，但它可在2％和8％之间变化。
污泥成分E被送入发酵单元4中。优选地，发酵单元4包括适高温单元41和适中温单元42两者。
发酵单元4用于使先前进给的污泥成分E发酵并从其产生生物气体。
生物气体G从发酵单元4被导入气罐7中供进一步处理。发酵的污泥(也被称为发酵污泥F)被传送到污泥处理单元9a中供进一步处理。
图2至5示出根据本发明的破碎和分选单元1的一个示例性实施例，其包括用于在处理过程中接纳混合废弃物A和/或液体废弃物C和/或污水污泥D”并储存它们的料斗101。破碎和分选单元1还包括具有敞开上部的螺杆壳罩形式的穿孔的过滤底板102，设置在所述底板102下方的腔室103，连接腔室103以用于排出被处理废弃物的有机部分B的抽吸短管104，设置在端壁105上并配有钩齿106的接纳盘，设置在过滤底板102中的两个破碎螺杆11，设置在腔室103中的一个或多个滑动螺杆12，用于破碎螺杆11的驱动单元13，用于每个滑动螺杆12的一个或多个驱动单元14，配备有排出螺杆151以用于排出碎裂废弃物的不可生物降解部分、即废弃物H和H’的排出组件15，所述排出组件15设置在接纳盘10的与破碎螺杆的驱动单元相对的端部并配备有排出螺杆驱动单元152。
排出组件15具有一个或多个排出料斗，对于上述实施例的情况为两个排出料斗153、154，用于排出废弃物H和H’。
破碎和分选单元1还配备有工业水供给管系统61和热水供给管系统62。
接纳盘10的最重要的特征是形成为具有敞开上部的螺杆壳罩的穿孔过滤底板102，其中并行设置有两个破碎螺杆11。破碎螺杆11上方的料斗101形成了用于一次接纳大量废弃物的高容量的储存容积。
接纳盘10的形成为具有敞开上部的螺杆壳罩的过滤底板102是穿孔的并且适于分别适当地引导两个破碎螺杆，同时防止它们从它们的旋转轴线偏移。过滤底板102的曲率与两个破碎螺杆11的螺纹牙顶边缘的曲率非常接近。过滤底板102是可拆卸的，并且在磨损的情况下可以被更换。穿孔的模式可以是任意的，但推荐的穿孔D的最大尺寸是10mm，或者更合适地是8mm，这使得固体物质仍可以从其穿过进入发酵罐。但是，在个别情况下，穿孔的尺寸可能会达到12mm。在过滤底板102的下方是腔室103，其用于接纳液体、可生物降解的物质，即混合废弃物A和/或液体废弃物C和/或污水污泥D”的有机部分B，它们都被送入接纳盘10中。在腔室103内，一个或多个滑动螺杆12旋转以防止可能导致故障的任何沉积或堵塞的产生。用于输送有机部分B以供进一步处理的泵的抽吸短管14连接到腔室103，所述抽吸短管的出口被腔室的滑动螺杆12之一刮擦、清洁和疏松，以防止在抽吸短管104上产生任何沉积。
破碎和分选单元1的两个破碎螺杆11用于进行大量制备和处理操作。其操作由其构造支持。两个破碎螺杆11的螺距和旋转方向是相同的(两个螺杆均为右旋或左旋)，从而即使破碎螺杆11独立于彼此旋转，也可避免它们相互卡扣。由于破碎螺杆的独立旋转，接纳盘10中的物质在被搅拌和切碎时可被迫沿各个方向流动。除了在驱动单元的下游部段它们配备了短轴112以外，两个破碎螺杆11都未形成有中心轴。无轴部段一方面需要具有高弹性和柔性，另一方面需要具有高强度和高转矩传递能力。因此，其由多层板制成，从而具有高柔性，同时具有高强度、大重量和高转矩耐受能力。其还具有另一个非常重要的特征：其具有最大的可能直径。良好的制备能力归结于其直径、其柔性、其重量及其转矩耐受能力。
大固体、偶尔是冰冻物块被两个破碎螺杆11高效地切碎和分散。过滤底板102能容易地清除和打开堵塞的穿孔是由于其柔性(尽管其较重)使得其具有容易配合和容易避开障碍物的能力。其几乎不会撕裂任何穿孔，并且由于其柔性，尽管可能存在障碍物，但其也能避开受力。至少700mm的大直径允许固体物质(如空容器：罐、瓶、盒及其它容器)从螺纹之间进入或离开。由于不存在轴，所以在螺旋齿片的邻近旋转轴线的封闭空间内也允许流动，因此其能对成块有机物质进行非常确定和有效的破碎及回收操作。
双破碎螺杆11还具有另一个特征。在邻近其驱动单元及邻近其具有轴的短螺杆部段的端部形成有具有多个刃头111的切割-撕裂-破碎机构。依照设置在接纳盘10的端板105上的钩齿106，设有一行固定不动的刃头，而在旋转的破碎螺杆11的端部设有一行可动的刃头，如从上述特征可显见。这样，朝具有固定刃头的壁移动的物质流中的固体块(也包括啤酒罐)将被切开并适于排空。
在接纳盘10的与破碎螺杆的驱动单元13相对的端部设置有用于排出碎裂废弃物的不可生物降解部分即废弃物H的、配备有排出螺杆151和排出螺杆驱动单元152的排出组件15。排出螺杆151的轴线与由破碎螺杆11的轴线确定的平面限定一锐角。只有在装填的废弃物已被回收、大部分有机部分B已通过穿孔且基本上只有被滤出的空容器、固体块和其它废弃物H被留下时，排出组件15才开始工作。
两个破碎螺杆11借助于变频器来驱动。优选地，操作员能使用无线电频率、便携式开关装置独立地控制破碎螺杆11的旋转方向和关停，从而使得具有适当技能的操作员能够对含有尺寸或状态可能会危害机器的块体的物质进行混合。双螺杆的非被驱动端接近端壁，从而可有效地排出废弃物而不留下死角。
在一优选实施例中，出于安全的原因，接纳盘10的料斗101能被机械地打开，并且能够关闭，这可减少气味和噪声的影响。还可与之连接一抽吸清洁系统。为了稀释和冲洗，可将热的冲洗水引入接纳盘10的内部空间中。
为了允许进行更好的冲洗，应当提供淋浴式的喷射水。建议从发酵罐送回一些污泥。可选地，从装置到发酵罐的泵送适于进行再循环，从而可冲洗更大部分的有机物质。
在一优选实施例中，排出组件是高性能的机器，因为排出组件15可能会被充以被送入接纳盘10以供分离的物质。于是排出组件15的排出螺杆151反向旋转，以便使具有高有机物质含量的物质返回到接纳盘10以供分离。为了更好地压缩废弃物，螺杆应当能够将废弃物提升到一半水平，然后将其返回并再压缩。
在排出组件15上，安装有两个排出料斗153、154，用于根据类型使废弃物H和H’在不同方向上沉降。
在排出料斗153、154下方，可设置一压缩机，其将待输送的外来的包装材料压缩到尽可能小的体积。降到地面水平以下的用于接纳所述装置的混凝土物的底板是倾斜的，并且具有用于收集选出液体的收聚排水孔。
为了安装破碎和分选单元1，建议该装置应当容易由卡车和重型货车接近并且装置前面的路面T应当可用于运输操作。该装置应当从路面T的平面突出最小的高度，使得料斗的平面从路面伸出达500-1000mm的距离。提供突出是为了以避免事故，但是过度突出将使得自卸卡车不能翻斗和卸下其负载。
然而，通过使用可调节的保护屏障，可实现对事故的充分预防。
图7示出根据本发明的热处理/混合单元的一示例性实施例的基本示意性线框图，而图8和9示出根据本发明的热处理/混合单元的快速排出组件的一示例性实施例，分别示出位处于关闭位置和打开位置。除了热处理/混合单元3的结构之外，这些图还示出了优选增强所述单元的操作或有必要使用的附加单元和配件。
厌氧发酵罐适当运行的基本要求之一是将待发酵的物质(即污泥)均匀地(并且如果有可能，连续地和小剂量地，而非突发式地)送入发酵罐中。要被送入的物质应当是均质的，并且其温度应当具有不妨碍在发酵罐中运行的生物系统的值。对于源自各种不同场所的块状有机物质的情况(其中所述物质将要在厌氧环境中被处理)很难满足这些条件。如果所述物质的某些部分还应当进行巴氏灭菌(在70℃)，那么要解决的问题将会变得更加复杂。另一个重要的困难是，厌氧发酵罐对于不可处理的块状物质的引入极其敏感。这样的物质积聚在发酵罐的底部，并且经过一定时间后，它们堵塞管道和热交换器，这最终可能导致发酵罐的关停。
根据本发明的热处理/混合单元3由两个叠置的双壁金属罐形成。在圆筒形中间罐即混合罐32的上部，一较短的第二罐即热处理罐31固定在外侧，其中热处理罐31的容积小于内部的混合罐32的容积。上部由形成巴氏灭菌区的热处理罐31构成，而中部由形成混合区的混合罐32构成。在混合罐32中，经巴氏灭菌的物质被再冷却，并与由这种技术产生的污水污泥D混合和稀释。混合罐32也用于产生均质、均匀的混合物以将其送入发酵单元4中。其内部容积比其外部容积大，这允许从巴氏灭菌区快速排出至混合区中。混合区配备有大功率的机械混合器33，其适于使经巴氏灭菌的物质迅速地再冷却。
热处理罐31优选配有第一隔热部311和外隔热部312，而混合罐32配有外隔热部312。
能利用动力打开和关闭的动力化的快速排出组件35用于通过重力使两个区快速地彼此排入。大直径的排出组件防止了在巴氏灭菌区的底部产生任何沉积。由于其独特的设计，两个区可在打开状态下协同工作，从而可开拓总容量。混合区38配有用于混合区的热交换器，巴氏灭菌区37配有用于巴氏灭菌区的热交换器。由于快速排出组件35，如果需要的话，可利用总容量进行巴氏灭菌。
在该实施例中，切换单元2的形式为在混合罐内延伸并从混合罐32顶部穿过的歧管34，歧管34在此分开以形成两个管段，它们都配备有动力滑门，其中，一个分支导入热处理罐31中，而另一个导入混合罐32中。歧管34的底部在下侧引出，并且由于歧管34，送入其中供处理的物质经浸渍器(macerator)341被容易地和以非常简单的方式导入巴氏灭菌区或混合区中。由于应用了歧管，如果有必要的话，在巴氏灭菌过程中待处理的物质也可经浸渍器341被再循环，以便使经处理的物质尽可能地流畅和均匀，且热损失尽可能地低。
热处理/混合单元3的内罐32的容积大于外部的热处理罐31的容积，因此一定量的冷污泥可能会储存在该内罐中。混合罐32配备有高性能的机械混合器33，其适于通过使经巴氏灭菌的物质与储存在混合罐中的冷污泥快速混合而使所述物质迅速地再冷却。
参照一污水净化厂作为示例来描述根据本发明的方法。
在该污水净化厂中，通过厌氧发酵来利用或破坏物质。所用物质的类型和量在下面列出。