對生物淤泥進行處理的方法與流程

本發明涉及對生物淤泥進行處理的方法。本發明還涉及可由該方法獲得的產品。

發明背景

制漿和造紙工業廢水通常含有木質材料，無論是其原始形式還是其變化形式(例如，木質素、淀粉、醇類)。廢水還含有各種工藝物質和化學品，同樣無論是其原始形式還是某種變化形式。

出于環境原因，目前對來自于工廠如制漿工藝或來自市政污水的流出物或廢水中對于環境有害的化合物含量進行相當嚴格的控制。工廠采用各種類型的解決方案用于廢水處理，從而確保工廠符合環境法規。

制漿和造紙工業的大多數流出物在生物污水處理廠(活性淤泥工廠)中進行處理。它們中的一部分還處理來自周圍社區的流出物。特別地，生物廢水處理系統可用于減少小分子有機物質的量。生物純化利用的是微生物在流出物中生存的能力。微生物將溶解的廢物和膠狀廢物用作營養物，從而消除它們。廢物中的一部分作為生物質被去除，另一部分是通過將它們轉變為二氧化碳和水來去除。

廢水處理工藝通常涉及許多化學階段和機械階段。在早期階段，從廢水去除纖維狀淤泥。然后，可以調節pH，因為對于生物淤泥而言，最合適的pH是7-7.5，合適的范圍是6.8-8。取決于輸入的流出物pH，通過在曝氣之前向流出物投加堿(通常是石灰CaCO₃)或酸來控制pH。也可以對剩余廢水的營養物濃度進行調節，因為采用細菌工藝的后續好氧處理需要一定量的營養物。在生物純化中，使用天然微生物，其使用流出物的有機物質作為它們的營養物。生物純化方法可包括例如活性淤泥工藝、厭氧處理、生物過濾和曝氣池。生物工藝中存在的細菌對廢水中共存在的有機化合物進行氧化降解處理，從而降低了化學需氧量(COD)。由于在工藝中需要氧，這可以通過曝氣添加。在細菌工藝運行充分的時間之后，例如約3周之后，從廢水分離生物淤泥。

通常在脫水帶壓機(drain tape press)中增稠之后對淤泥進行加工，然后在樹皮鍋爐(bark boiler)中與來源于木材剝皮的樹皮一起焚燒，將灰置于填埋場中。還可通過厭氧消化對淤泥進行生物處理以提供有價值的生物氣，或者通過堆肥進行生物處理，其中，可以將淤泥用作肥料或者用于綠化。但是，目前來說，生物污泥的排放引起各種問題。其具有難聞的氣味，并且對于環境是潛在有害的，因為其含有細菌和其他可能的微生物。通常來說，其還含有大量磷、其他營養物、鉀、氯、殘留化學品、各種不可加工元素(NPE)和重金屬。生物淤泥保留了大量的水，所以通過燃燒來處置生物淤泥在能源上而言不是特別高效的，即使是例如在燃燒之前通過離心去除部分水也是如此。造紙工廠通常將生物淤泥與黑色液體混合，但是生物淤泥的NPE傾向于干擾這些過程。如果將生物淤泥進料到蘇打回收單元，則由于例如存在NPE可能引起蘇打回收中的問題。例如，存在鉀和氯可能引起在蘇打回收單元的熱傳遞表面形成渣，從而降低了蘇打回收單元的產熱能力。此外，還將生物淤泥在熱電聯產鍋爐中焚燒，例如在其與纖維狀初級污泥混合之后。但是，一些造紙工廠的熱電聯產鍋爐可能具有明顯的停工期，特別是在夏季而言，在該過程中，可能需要對生物淤泥進行處置的其他方法。

本發明的發明人認識到需要一種對生物淤泥進行處理的方法。

發明目的

本發明的目的是提供一種對生物淤泥進行處理的新型方法。此外，本發明的目的是提供一種可通過該工藝獲得的產品。

技術實現要素：

根據本發明的所述方法，其特征如權利要求1所述。

根據本發明的所述產品，其特征如權利要求21所述。

附圖說明

附圖用來幫助進一步理解本發明，包含在說明書中，構成說明書的一部分，附圖顯示了本發明的實施方式，與說明書一起幫助解釋本發明的原理。附圖中：

圖1是根據本發明的一個實施方式，用于執行方法的反應系統的示意圖。

發明詳述

本發明涉及對生物淤泥進行處理的方法，其中，該方法包括：

-混合生物淤泥和基于生物的材料以形成混合物，其中，生物淤泥的干物質至少是混合物的總干物質的0.01％(w/w)；

-在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物；以及

-釋放壓力。

術語“生物淤泥”應理解為表示可通過生物廢水處理獲得的淤泥，即來自于生物廢水處理工藝的殘留半固體材料。生物淤泥通常含有各種有機物、無機物和微生物污染物。

生物淤泥和基于生物的材料可以通過如下方式混合，例如通過使用合適的設備(如混合機或摻混機)進行混合，之后在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下進行處理。基于生物的材料可以是經過粉碎的、切碎的或者研磨的。例如，基于生物的材料可以在混合之前經過錘式粉碎。

可以在例如反應器容器中，完成在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下的處理。合適的反應器容器可以是例如反應器或者螺塞(plug screw)。在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下的處理過程中，混合物發生一定程度的水解，并且混合物中存在的細胞結構發生分解。例如，在處理過程中，可在混合物中形成乙酸。混合物中含有的一些組分(例如木質素)可能從細胞壁釋放，并且可在混合物中更為均勻地分布。這可以使得混合物更易于進一步物理和/或化學處理。

可以通過如下方式釋放壓力，例如迫使在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下經過處理的混合物通過卸料閘門。在卸料閘門之后的壓力應該低于在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下進行處理過程中的壓力。

由于壓力釋放，特別是如果壓力是突然釋放或者爆發式釋放的話，則混合物的結構(例如，混合物中所含的生物質中存在的細胞壁和纖維的結構)可能破裂。

在一個實施方式中，壓力突然釋放或者爆發式釋放，以破壞混合物的結構。

在一個實施方式中，生物淤泥的干物質至少是混合物的總干物質的0.1％(w/w)，或者至少是1％(w/w)，或者至少是2％(w/w)，或者至少是5％(w/w)，或者0.01-40％(w/w)，或者0.1-20％(w/w)，或者1-10％(w/w)，或者2-5％(w/w)。

混合物的總干物質中生物淤泥的干物質的量沒有特別限制。例如，對于其中生物淤泥的干物質約為混合物的總干物質的1-10％(w/w)或者約為2-5％(w/w)的混合物的情況，這可能就足以實現對工廠(例如紙漿廠)的廢水處理工藝中產生的生物淤泥進行處置。此外，取決于生物淤泥的含水量、所使用的基于生物的材料和設備，生物淤泥的干物質的最大量可以發生變化，并且因而可以是大于混合物的總干物質的40％(w/w)。可以對混合物的總干物質中生物淤泥的干物質的量進行選擇，從而形成均勻混合物。

可以隨著混合物中所含的水分或水汽的蒸發，在壓力下，在160-295℃的溫度范圍的處理過程中形成蒸汽，或者可以在處理過程中，將蒸汽進料到混合物中。在一個實施方式中，將蒸汽進料到混合物中。可以是在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度范圍的處理混合物的過程中和/或在此之前進料蒸汽。

在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度范圍處理混合物所需的時間取決于許多因素，例如所使用的基于生物的材料、溫度、壓力和設備尺寸。

在一個實施方式中，在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度范圍處理混合物持續1-60分鐘，或者1-5分鐘，或者5-30分鐘。

在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度范圍處理混合物所需的壓力也可取決于許多因素，例如所使用的基于生物的材料、溫度和設備。

在一個實施方式中，壓力至少為2巴、或者至少3巴、或者至少5巴、或者至少10巴、或者2-50巴、或者3-10巴、或者5-10巴、或者10-20巴。

在一個實施方式中，壓力足以實現突然或爆發式地釋放壓力。

在一個實施方式中，將壓力釋放至低于5巴、或者低于4巴、或者低于2巴或者約為1巴的壓力，或者釋放至環境壓力。

在一個實施方式中，通過降低壓力的方式來釋放壓力，其至少降低壓力的50％、或者至少降低壓力的60％、或者至少降低壓力的70％、或者至少降低壓力的75％。

在許多實施方式中，不需要將壓力釋放至環境壓力或者約為1巴的壓力，前提是壓力釋放至足夠低的壓力。

在存在蒸汽的情況下，在壓力下處理混合物所需的溫度也可發生變化。例如，如果生物淤泥含有大量的水，則可能需要較高的溫度(和/或任選的較長處理時間)。

在一個實施方式中，在215-295℃、或者160-260℃、或者200-230℃、或者190-230℃、或者190-220℃的溫度范圍處理混合物。

在一個實施方式中，生物淤泥在與基于生物的材料混合之前，對其進行了預處理。可以對生物淤泥進行預處理來提升生物淤泥的干物質含量。這可以通過例如生物淤泥的離心來完成。預處理可以使得生物淤泥的干物質含量提升約10％或者甚至約15％。在一個實施方式中，生物淤泥在與基于生物的材料混合之前，使其與纖維狀初級淤泥混合。

術語“纖維狀初級淤泥”應理解為表示可通過廢水的機械純化(例如初步澄清)獲得的淤泥。可通過從例如制漿工藝產生的廢水獲得的纖維狀初級淤泥通常含有源自樹皮、纖維、各種添加劑和顏料的組分。

在一個實施方式中，混合物進行脫水，之后在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物。可以通過例如壓制混合物或者用螺塞對混合物施力來完成脫水。但是，該方法對于水量不是特別敏感。

在一個實施方式中，混合物進行壓制以形成餅，之后在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物。

可以通過迫使混合物通過螺塞來對混合物進行壓制。

還可以壓制混合物，以及將混合物或餅以迫使混合物通過螺塞的方式進料到反應器中，使得在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物。

可以壓制混合物以形成餅，以及將餅以迫使混合物通過螺塞的方式進料到反應器中，使得在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物。

可以通過迫使混合物通過具有向下逐漸變細的橫截面的螺塞來完成壓制。隨著混合物的壓制，從混合物去除了水。在該實施方式中，混合物可能在螺塞的外殼的內表面上形成預涂層。該預涂層可有助于壓制和/或水去除。

在一個實施方式中，混合物用水或者水性溶液浸漬，之后在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物。水性溶液可以是例如稀釋的酸溶液。

可以以連續或間歇工藝執行該方法。

可以在與生物淤泥混合之前對基于生物的材料進行脫水。脫水增加了其干物質含量并且可減少方法的后續階段中(例如混合物的預處理)的混合物的脫水。

在一個實施方式中，基于生物的材料是木基材料。

在一個實施方式中，基于生物的材料包括基于生物的纖維狀材料、非木質生物質、樹皮或其任意混合物。

在一個實施方式中，基于生物的材料包括選自下組的材料：基于生物的纖維狀材料、非木質生物質、樹皮及其任意混合物。

在一個實施方式中，基于生物的材料是如下材料或者由如下材料構成：基于生物的纖維狀材料、非木質生物質、樹皮及其任意混合物。

在一個實施方式中，基于生物的材料包括樹皮。

在一個實施方式中，基于生物的材料是樹皮或者由樹皮構成。

樹皮作為基于生物的材料展現出有利的可壓制性和將混合物粘結在一起的能力。其還可實現以適合(例如采用螺塞)進行壓制的形式提供生物淤泥，并進料到反應器，在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度進行處理。其還可以實現以連續方式來執行該方法。生物淤泥與包含樹皮的基于生物的材料的混合物還可具有有利的組成。生物淤泥與包含樹皮的基于生物的材料的混合物還可具有高能量含量。因而，這使得該方法的產物適合用于例如在熱電聯產鍋爐或石灰窯中進行燃燒，因為混合物可含有低的有害組分(例如，鉀、氯和/或其他非工藝元素)的量，并且當燃燒時，產物可提供較低的灰量，并且灰可具有有利的組成。

在生物淤泥與樹皮混合的實施方式中，不一定要在混合物中排除其他基于生物的材料或者其他組分的存在。

可以對樹皮進行研磨或粉碎。

在一個實施方式中，基于生物的纖維狀材料包括木基纖維狀材料、泥炭、纖維狀初級淤泥或其任意混合物。

在一個實施方式中，基于生物的纖維狀材料包括選自下組的材料：木基纖維狀材料、泥炭、纖維狀初級淤泥及其任意混合物。

在一個實施方式中，基于生物的纖維狀材料是如下材料或者由如下材料構成：木基纖維狀材料、泥炭、纖維狀初級淤泥及其任意混合物。

在一個實施方式中，木基纖維狀材料包括粉碎的再循環木材、木屑、鋸屑或其任意混合物。

在一個實施方式中，木基纖維狀材料包括選自下組的材料：粉碎的再循環木材、木屑、鋸屑及其任意混合物。

在一個實施方式中，木基纖維狀材料是如下材料或者由如下材料構成：粉碎的再循環木材、木屑、鋸屑及其任意混合物。

一般而言，生物淤泥可獲得自或者源自涉及好氧廢水處理工藝的任意工藝。

在一個實施方式中，生物淤泥可獲得自廢水的處理工藝，所述廢水可獲得自制漿工藝或市政污水。

在一個實施方式中，生物淤泥可獲得自廢水的處理工藝，所述廢水可獲得自制漿工藝、化學制漿工藝或造紙工藝。

在一個實施方式中，在壓力釋放之后對混合物進行干燥。這可以通過例如將混合物排放到干燥器來完成。可以在壓力下完成干燥。在一個實施方式中，在低于5巴、或者低于4巴、或者低于2巴或者約為1-5巴、或者約為1巴的壓力下，或者在環境壓力下，對混合物進行干燥。在一個實施方式中，在20-150℃、或者50-150℃、或者70-140℃的溫度范圍對混合物進行干燥。

在一個實施方式中，在壓力釋放之后對混合物進行焚燒。

在一個實施方式中，在壓力釋放之后對混合物進行制粒。

在一個實施方式中，在壓力釋放之后對混合物進行制粒和焚燒。

在一個實施方式中，在熱電聯產鍋爐或石灰窯中對混合物進行焚燒。

在一個實施方式中，所述方法包括：

-混合生物淤泥和樹皮以形成混合物，其中，生物淤泥的干物質至少是混合物的總干物質的0.01％(w/w)；

-在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物；以及

-突然釋放壓力或者爆發式地釋放壓力。

在一個實施方式中，方法包括：

-混合生物淤泥和樹皮以形成混合物，其中，生物淤泥的干物質至少是混合物的總干物質的0.01％(w/w)；

-壓制混合物以形成餅，以及將餅以迫使混合物通過螺塞的方式進料到反應器中，以便在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物；

-在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度下處理混合物；以及

-突然釋放壓力或者爆發式地釋放壓力。

該方法可以連續工藝執行。

本發明還涉及可通過根據本發明一個或多個實施方式的方法獲得的產物。

產物通常具有棕色或褐色顏色，并且具有泥炭狀稠度。

本發明還涉及將可通過根據本發明一個或多個實施方式的方法獲得的產物用于產生能量的用途。

本發明還涉及將可通過根據本發明一個或多個實施方式的方法獲得的產物用作肥料的用途。

本發明還涉及將可通過根據本發明一個或多個實施方式的方法獲得的產物用于改善土壤物質的質量的用途。

上文所述的本發明的實施方式相互間可以任意組合使用。幾個實施方式可組合在一起形成本發明的又一實施方式。本發明涉及的方法、產品或用途，可包含至少一個或更多個上文所述的本發明的實施方式。

本發明的一個優點在于，可通過所述方法獲得的產物具有高的干物質含量。因而其可以以高能量效率進行燃燒。產物的燃燒可以產生比生產產物所需更多的熱能。產物還具有較低的污染物(例如，NPE、鉀、氯和重金屬)含量。

本發明的一個優點在于，所述方法從生物淤泥去除了大量的NPE。

本發明的一個優點在于，所述方法顯著增加了生物淤泥的能量含量。這為將更多生物淤泥用于產生能量提供了更為廣泛的可能性。

本發明的一個優點在于，所述方法是穩固且較為能源有效的。產物可以進行干燥并以能量有效的方式進一步使用或加工。

本發明的一個優點在于，可通過所述方法獲得的產物通常是無菌的并且具有比原生物淤泥更少的臭味。

本發明的一個優點在于，其實現了去除和處置從經由廢水獲得的生物淤泥和廢水中存在磷、NPE和其他組分。

本發明的一個優點在于，所述方法可連續執行。

本發明的一個優點在于，生物淤泥可配制成實現高效處理和生物淤泥的處置。包含生物淤泥的混合物可展現出有利的可壓制性和將混合物粘結在一起的能力。因此，其還可實現以適合(例如采用螺塞)進行壓制的形式提供生物淤泥，并進料到反應器，在壓力下，在存在蒸汽的情況下，在160-295℃的溫度進行處理。

本發明的一個優點在于，可以減少或者甚至消除在處理之前對生物淤泥進行脫水的需求。

實施例

下面詳細描述本發明的實施方式，在附圖中示出這些實施方式的一個例子。

以下描述揭示了本發明的一些實施方式，使得本領域技術人員能夠基于本文來利用本發明。對有些實施方式的步驟沒有詳細討論，因為許多步驟對于本領域技術人員來說基于本說明書是顯而易見的。

圖1顯示反應器系統，其可用于執行根據本發明一個實施方式的方法來處理生物淤泥。

將生物淤泥和基于生物的材料的混合物1從散裝容器2進料到系統。混合物從散裝容器2開始在帶式運輸機3上移動，在端部，校平器(leveller)4，例如靶或刷，校平了混合物。將經校平的混合物通過強制進料螺桿(force feed screw)5進料，并進一步進料通過螺塞進料機6。在該實施方式中，螺塞進料機6是豎直的，并且具有向下逐漸變細的橫截面。螺塞進料機6的外殼含有穿孔(圖中未示出)，水可以通過所述穿孔。隨著混合物受迫通過螺塞進料機6，水作為壓出物(pressate)7被去除。混合物在螺塞進料機6的底端形成壓餅。該壓餅對于蒸汽是不可滲透的。餅受迫到達反應器容器8。在該實施方式中，反應器容器8也是螺塞。將蒸汽9進料到反應器容器8中。在該示例性實施方式中，反應器容器中的壓力可以約為3-4巴，以及溫度約為200-220℃。在反應器容器8的端部，通過使得經處理的混合物到達卸貨處10，來釋放壓力。卸貨處10可包括例如螺塞。卸貨處10的壓力明顯低于3-4巴，例如約為1巴。將排出的混合物傳輸到干燥器11，并且回收經干燥的產品12。

實施例1-生物淤泥的處理

以試運轉來處理干物質含量為4.7％的生物淤泥的批料。采用20mm篩孔直徑的分離板對來自軟木和硬木兩者的干物質含量為47％的樹皮混合物進行錘式粉碎，并脫水。在混凝土攪拌機中，以緩慢混合的方式使得經脫水的樹皮混合物與生物淤泥混合。獲得生物淤泥的干物質是混合物的總干物質的2.5％或5％(w/w)的混合物。

首先采用受迫進料螺桿將混合物進料到螺塞。在螺塞中，混合物中含有的部分水作為壓出物去除，并對混合物進行了壓制。通過螺塞將經壓制的混合物進料到水平反應器，將蒸汽進料到所述水平反應器。在不同運轉中，反應器中處理參數如下：

通過排出經處理的混合物，以爆發式的方式將壓力釋放到約為3.8巴。將排出的混合物傳輸到干燥器。干燥器中的條件如下：

在每次運行之后，從進料、收集的螺塞壓出物和干燥的最終產物收集樣品。測得的質量平衡表明，在進入反應器的混合物中包含約50％的生物淤泥。

進行處理沒有任何出乎意料的運行性擾動。混合物經良好脫水。

對本領域技術人員顯而易見的是，隨著科技的發展，本發明的基本理念可以以各種方式實施。因此，本發明及其實施方式不限于上文所述實施例；相反，它們可以在權利要求的范圍內變化。