一種用于垃圾分離的裝置制造方法

一種用于垃圾分離的裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于垃圾分類的裝置及其用于將所述垃圾分離成有機物質和無機物質的用途，包括其使用方法及在一些實施方案中隨后從所述垃圾物質生產沼氣的方法。
【專利說明】—種用于垃圾分離的裝置
[0001]領域
[0002]本發明涉及一種用于垃圾分離的裝置及其用途。
[0003]背景
[0004]每天，大量的垃圾被機構和家庭所產生，大多數垃圾目前被儲存在垃圾填埋池中。除了可用于這樣的垃圾填埋池的土地的數量日益減少之外，在垃圾填埋池中存儲垃圾也造成了許多其他的問題，包括水資源的污染、不良的氣味和對周圍居民的其他影響。而且，垃圾填埋池中產生大量的對環境有害的溫室氣體類(GHG)。
[0005]為了克服GHG對環境的有害影響，生物有機垃圾可以通過使存儲在垃圾填埋池中的物質的體積和數量都減少且還產生新能源的過程被轉化成沼氣。垃圾流比如農業垃圾和家庭垃圾，包括高百分數的生物有機物質。厭氧反應器可以用于將生物有機物質轉化為沼氣。但是，大部分的垃圾流包括其他的成分，比如塑料、金屬、砂礫等，它們不能被轉化為沼氣。這樣的非生物有機成分傾向于物理地阻塞反應器、干擾消化過程和污染另外可以使用/再使用的輸出物質，比如可堆肥的有機殘余物。
[0006]已有多種的方法和系統被建議以克服從垃圾流產生沼氣的這個問題。美國專利第5679263號描述了一種裝置，該裝置中三種不同類型的垃圾物質(waste material)在三個不同的點進入系統:液態、固態和“泥濘的”垃圾。但是，在生物有機垃圾可以被用作沼氣生產前，非生物有機垃圾必須分離出來。美國專利第4111798號涉及一種裝置，該裝置根據選定的臨界密度用于分離垃圾:不如特定的臨界值致密的物質漂浮，而比該臨界值致密的物質下沉，因此允許這兩種類型的物質分離。美國專利第2202772號涉及浸煮器，所述浸煮器維持污泥處于懸浮狀態。
[0007]概述
[0008]本發明提供了一種裝置，所述裝置包括:反應器，所述反應器用于接納垃圾物質；混合器，所述混合器用于混合所述物質與液體；撇除器(skimmer)，所述撇除器用于去除所述垃圾物質中具有與所述液體密度相似或比所述液體密度輕的部分；以及沉降器，所述沉降器用于去除所述垃圾物質中具有比所述液體密度高的部分。
[0009]術語“垃圾物質”應該被理解為包括來自于任何來源(包括家庭、垃圾填埋池、工業的、農業的、海洋的、市政的、下水道、排水道等等)的任何類型的(包括未分類的或部分分類的)垃圾物質。被本發明的裝置和方法分離的所述垃圾物質包括來自于生物源的有機物質、非生物有機物質(比如，不是來自于生物源的有機物質、任何有機合成的物質比如有機塑性材料、任何種類的有機聚合物材料)以及來自任何來源的無機物質。
[0010]本發明的所述裝置中，所述物質在反應器內與液體被均勻地混合(在一些實施方案中反應器配置有混合器)。所述反應器具有較高的頂部部分和下部部分。在所述混合中，所述垃圾物質具有與所述反應器中的所述液體密度相似或比所述液體密度輕(即，具有與所述液體相同的密度或具有小于所述液體的密度)的部分懸浮在所述反應器的頂部部分，并且所述垃圾物質具有比所述反應器中的所述液體密度高的部分沉降到所述反應器的下部部分。[0011]撇除器(在一些實施方案中具有機械旋臂)位于所述反應器的頂部部分，并且能夠接納所述垃圾物質中具有與所述液體密度相似或比所述液體密度輕的部分，并且將其撇除至出口，所述出口位于所述反應器的所述頂部部分。
[0012]位于所述反應器的下部部分的沉降器(在一些實施方案中具有圓錐形狀)能夠接納所述垃圾物質中具有比所述反應器中的所述液體密度高的部分，并且通過位于所述反應器的下部部分的出口將其去除。
[0013]在一些實施方案中，所述垃圾物質具有與所述液體密度相似或比所述液體密度輕的部分包括有機垃圾物質和非生物有機垃圾物質。
[0014]在一些實施方案中，所述垃圾物質具有比所述液體密度高的部分包括無機垃圾物質。
[0015]在另外的實施方案中，所述反應器中的所述液體是水。[0016]在其他的實施方案中，本發明的所述裝置還包括擴散器，所述擴散器用于將氣體氣泡鼓入所述反應器內。在一些實施方案中，所述氣體氣泡是微氣泡。在其他的實施方案中，所述氣體是甲烷(在另外的實施方案中，所述氣體是沼氣)。
[0017]在另外的實施方案中，所述反應器還包括厭氧菌。這樣的厭氧菌能夠從所述垃圾物質生產沼氣。
[0018]在另外的實施方案中，所述垃圾物質包括少于10%wt的固體。在其他的實施方案中，所述垃圾物質包括約2%wt-8%wt之間的固體。當提及所述垃圾物質中的固體的重量百分數，其應該被理解為涉及在進入本發明的所述裝置前未被溶解或水合的固體在所述垃圾物質中的重量。由于所述垃圾物質中的固體重量低，所述垃圾的水解的進行實質上對所述垃圾未進行萃取或乙酰化和/或甲醇化(methanolyzation)。
[0019]在另外的實施方案中，本發明提供了分離垃圾物質的方法，所述方法包括:將所述垃圾物質投入裝置內，所述裝置包括用于接納垃圾物質的反應器；在所述反應器中用混合器混合所述垃圾物質與液體；用撇除器去除所述垃圾物質中具有與所述液體密度相似或比所述液體密度輕的部分；以及用沉降器去除所述垃圾物質中具有比所述液體密度高的部分。
[0020]本發明的方法的另外的實施方案包括將氣體氣泡擴散至所述反應器內。
[0021]在本發明的方法的還另外的實施方案中，所述反應器還包括厭氧菌。因此，在一些實施方案中，本發明的方法還從所述垃圾物質提供沼氣。
[0022]在本發明的方法的一些實施方案中，所述垃圾物質包括少于10%wt的固體。在其他的實施方案中,所述垃圾物質包括約2%wt-8%wt之間的固體。
[0023]附圖簡述
[0024]為了理解公開內容及為了明白可以如何實踐，現在僅通過非限制性的實施例且參考附圖來描述實施方案，其中:
[0025]圖1示出根據本發明至少一些實施方案中的典型的說明的裝置。
【具體實施方式】
[0026]本發明針對用于有效地分離垃圾的分離反應器及其使用方法，包括作為過程一部分的去除非生物有機物質，以及在一些實施方案中，從部分分類的垃圾生產沼氣。[0027]根據本發明的至少一些實施方案，垃圾物質通過任選地包括至少約40%的有機垃圾被進一步表征，在其他的實施方案中至少約55%的有機垃圾，在其他的實施方案中至少約65%的有機垃圾，在另外的實施方案中至少約75%的有機垃圾，并且在另外的實施方案中至少約85%的有機垃圾以及在另外的實施方案中至少約95%的有機垃圾。
[0028]作為非限制性的實施例，這樣的垃圾可以任選地通過垃圾流提供，所述垃圾流在來源處分離和/或在收集后分離，所述垃圾流還可以包括非有機物質。
[0029]所述垃圾物質通過使用撇除器和依靠重力的去除裝置在本發明中的反應器中分離，撇除器能夠去除與相似或較輕的(較不致密)非生物有機物質，依靠重力的去除裝置用于去除較重的(較致密)非生物有機物質。
[0030]參考附圖和隨后的描述，可以更好地理解本發明的原理與操作。
[0031]現在參考附圖，圖1是根據本發明的至少一些實施方案的示例性的、說明性的裝置。根據這個實施方案，垃圾流在進入裝置前進行預處理；但是，任選地，裝置可以自身進行預處理(未顯示)。考慮到有機物質的百分比，垃圾流具有如前所述的特征。垃圾流還假定包括至少一些固體成分。
[0032]對于預處理，所述垃圾流在混合器中被液化。在液化過程中，以前被處理的流出物被加入至混合器中的垃圾。混合的流出物/垃圾被泵送入系統的反應器內。
[0033]如所示的，系統100以反應器102為特征。反應器102包括沉降器1，混合部(mixing V0lume)2和撇除器3。所述反應器裝滿水最多至反應器頂部平面部分。沉降器I由反應器102的圓錐形的下部部分形成。反應器102的中間部分是柱體，所述柱體用于平滑地混合并減少混合部內的湍流。
[0034]垃圾流被泵送通過至少一個`入口 6，僅為了描述的目的，只有一個入口被顯示且沒有限制的用意。機械均質化機構或液壓均質化機構(4)應用于反應器102 ;例如，均質化機構4可以任選地是簡單的混合器，無論基于機械混合器或流體混合器，但是還可以任選地以其他均質化部件為特征。垃圾在反應器102通過均質化機構4混合，混合后具有較大密度的重物質(比如，具有比流出物的比重大的物質)由于重力傾向于下降到沉降器(I)內。
[0035]機械元件比如帶或螺旋運輸器(5)從反應器102去除重物質，螺旋運輸器(5)通過某些類型的分離器和/或出口連接到沉降器I。如下所示的，金屬、玻璃和其他的重物質下降到沉降器I且通過重物質的出口 13離開到運輸器5。重物質的出口 13可以任選地包括管和/或孔和/或更精心制作的分離裝置或其組合。
[0036]有機物質和輕的非生物有機物質比如具有相似比密度的塑料保持在反應器102的混合部2中，由于有機物質和輕的非生物有機物質的較低的密度阻止其進入重物質的出口 13。為了去除這樣的非生物有機物質，撇除器3去除這些物質。
[0037]任選地，根據本發明的至少一些實施方案，并且為了加強生物有機物質和非生物有機物質的進一步分離，細小的氣泡擴散器(7)設置到反應器102，在一些實施方案中，所述擴散器附著在反應器102的下部部分中，接近于沉降器但稍微在沉降器(I)之上，以阻止與水具有相似密度或較輕密度的物質進入沉降器1，同時仍然維持物質混合物的循環。在一些實施方案中，處理的沼氣任選地通過沼氣鼓入器(8)被泵送入擴散器7。在其他的實施方案中，來自外部來源的沼氣(和/或另外類型的氣體)可以任選地被使用。氣泡從擴散器7鼓入，然后移向反應器102的頂部，且因此移動朝向撇除器3。[0038]從擴散器7鼓入的所述氣泡是細小的沼氣氣泡,該沼氣氣泡意指該氣泡的尺寸優選地從10微米到100微米，且更優選地從20微米到50微米。僅僅作為非限定的實施例，沼氣氣泡可以任選地例如在IOOpsi的壓力下產生；所述壓力根據反應器102的高度確定。這樣的氣泡的使用允許反應器102的更高的分離率和更大的分離效率。該氣泡的尺寸被設計且被加壓以便以最小的湍流或微擾在反應器102內的物質中向上流動。不希望被理論限制，期望這些氣泡將在顆粒表面成核且粘著到顆粒表面以增大輕物質比如塑料和生物有機物質的浮力。具有更大表面積的物質比如塑料，將傾向于捕獲更多的氣泡且因此將傾向于在反應器102內浮動得更高。
[0039]而且，將這樣的氣泡注入反應器102中的流體物質增大了反應器102內的氣體的總量，并且還使不同的物質間能夠進行此處所述的相分離。
[0040]如上所述的，規定非生物有機物質比如塑性材料傾向于捕獲沼氣氣泡；這樣的氣泡降低了物質的總比重。因此，該物質浮動朝向反應器102的頂部且因此浮動朝向撇除器3，在流出物的頂部或上表面上浮動。出口管(9)位于反應器102的上部部分，在撇除器3的附近。非生物有機垃圾和有機垃圾通過這個管9離開反應器102。機械的撇除元件10比如旋轉式撇除元件或水力流，有助于非生物有機物質向出口方向流動且有助于防止其阻塞管9，如果必要的話，任選地通過應用機械和/或流體壓力。在一些實施方案中，反應器102中的水(或一般的流體或流體/物質混合物)平面在管9之上，以防止產生的或使用的沼氣在分離過程中通過管9從反應器102散逸。
[0041 ] 反應器102還可以生產沼氣，此外任選地通過擴散器7提供沼氣。為了此處討論的目的，沼氣生產假定為厭氧過程，盡管本發明不一定局限于厭氧的沼氣生產。這樣的厭氧過程可以任選地包括消化和/或發酵。消化任選地通過生物體進行，比如已知的適合于這個任務的細菌或酵母。比如，過程可以任選地開始于將更復雜的有機物質經細菌的水解形成更簡單的糖和氨基酸，隨后通過產酸細菌將糖和氨基酸轉化為二氧化碳、氫氣、氨氣以及有機酸。產酸細菌然后將這些得到的有機酸轉化為乙酸，連同額外的氨氣、氫氣和二氧化碳。任選地，產甲烷菌(產生甲烷的細菌)將 這些產物轉化為甲烷和二氧化碳，即沼氣；但是，反應器102可以任選地不以這樣的產甲烷菌為特征。
[0042]在本發明的實施方案中，其中沼氣在反應器102中產生，所述沼氣通過沼氣出口管(11)去除，該沼氣出口管(11)位于反應器102的頂部且連接到沼氣鼓入器(8)(連接在圖中未顯示)，以便將氣體提供到擴散器7。更具體地，如所示的，沼氣出口管11 (通過管或未顯示的其他連接器)連接到沼氣鼓入器8的進口。氣體蓄能器或其他的存儲設備還可以任選地存在于這個電路中(未顯示)。另外或可選擇地，一些氣體可以被“排出”或另外被去除，比如為了用作能源，和/或維持上述的電路和/或反應器102內的優選的壓力(或壓力范圍)。閥、壓力計和這樣的電路中的其他部件可以容易地被本領域的普通技術人員設計和實施，以維持期望的壓力，因為不同的壓力可以任選地在電路的不同部分內實施(例如且無限制，不同的壓力可以任選地在反應器102和電路的剩余的部分之間實施)。
[0043]任選地，有機污泥或泥漿(比如，生物有機物質)可以任選地通過生物有機物質出口 12從反應器102去除，比如為了再循環和/或進一步處理(未顯示)。生物有機物質出口12可以任選地包括管和/或其他的連接器(未顯示)。
[0044]此外，塑料或重物質可能被污染或與令人滿意的生物有機物質混合，這是可能的。任選地，這樣的混合物仍然可以如上所述地從反應器102去除；但是，為了從這樣的混合物捕獲和分離額外的生物有機物質，任選地這樣的非生物有機物質被再處理(比如任選地通過在不同的單元或元件中的后分離，比如，如磁渦流一未顯示)。
[0045]雖然本發明已關于有限數量的實施方案被描述，但是將理解，可以做出本發明的許多變化、改進和其他 的應用 。
【權利要求】
1.一種裝置，所述裝置包括: -反應器，所述反應器用于接納垃圾物質； -混合器，所述混合器用于混合所述物質與液體； -撇除器，所述撇除器用于去除所述垃圾物質中具有與所述液體密度相似或比所述液體密度輕的部分；以及 -沉降器，所述沉降器用于去除所述垃圾物質中具有比所述液體密度高的部分。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述垃圾物質中具有與所述液體密度相似或比所述液體密度輕的所述部分包括有機垃圾物質和非生物有機垃圾物質。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述垃圾物質中具有比所述液體密度高的所述部分包括無機垃圾物質。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述液體是水。
5.根據權利要求1所述的裝置，還包括擴散器，所述擴散器用于將氣體氣泡鼓入所述反應器內。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中所述氣體氣泡是微氣泡。
7.根據權利要求5或6所述的裝置，其中所述氣體選自甲烷。
8.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中所述反應器還包括厭氧菌。`
9.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中所述垃圾物質包括少于10%wt的固體。
10.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中所述垃圾物質包括約2%wt-8%wt之間的固體。
11.一種用于分離垃圾物質的方法，所述方法包括:將所述垃圾物質投入裝置內，所述裝置包括用于接納垃圾物質的反應器；在所述反應器中用混合器混合所述垃圾物質與液體；用撇除器去除所述垃圾物質中具有與所述液體密度相似或比所述液體密度輕的部分；以及用沉降器去除所述垃圾物質中具有比所述液體密度高的部分。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括將氣體氣泡擴散至所述反應器內。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述氣體氣泡是微氣泡。
14.根據權利要求11或12所述的方法，其中所述氣體選自甲烷。
15.根據權利要求11-14中任一項所述的方法，其中所述反應器還包括厭氧菌。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括從所述垃圾物質生產沼氣。
17.根據權利要求11-16中任一項所述的方法，其中所述垃圾物質包括少于10%wt的固體。
18.根據權利要求11-16中任一項所述的方法，其中所述垃圾物質包括約2%wt-8%wt之間的固體。
【文檔編號】C12M1/107GK103517979SQ201280015107
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年3月28日 優先權日:2011年3月28日
【發明者】利奧爾·扎伊德 申請人:倫博泰克環境解決方案2010有限公司