申请日2010.07.07
公开(公告)日2015.11.25
IPC分类号C02F3/28; C02F11/04; C02F1/44; B01D53/22; C12M1/107; B01D53/04
摘要
本发明涉及用于纯化和/或处理有机废物和/或废水流的系统和工作方法。本发明还涉及用于产生生物气的工作方法。本发明的系统包含：可密封压力容器，所述压力容器配有进口，用来供应待纯化和/或待处理的物流，所述压力容器因此可用于实施该待纯化/待处理物流的厌氧微生物转化，形成生物气等;至少一个排放歧管，用于根据需要从所述压力容器排出产物;控制系统，用于驱动所述过程;泵，用于与进口协同作用，输送待纯化/待处理物流，所述泵可通过来自所述压力容器的生物气驱动。
翻译权利要求书
1.一种在压力下纯化/处理有机物、废物和/或污物的封闭能量系统 (1)，所述系统包含：
·可密封压力容器(8)，该容器具有进口(25)，用于供应待纯化和 /或待处理的流入物(4)，从而使该可密封压力容器适合通过厌氧微生物将 流入物转化为生物气;
·至少一个排放装置(3,16)，用于从可密封压力容器排出产物;
·控制系统(2)，用于控制纯化过程;
·泵(22)，其与用于供应待纯化和/或待处理的流入物的所述进口功 能连接;以及
·能量发生机构，它利用所产生的至少一部分生物气调节和/或产生能 量，
其特征在于，所述泵可通过来自可密封压力容器的生物气驱动，从而 利用通过生物方式形成的压力，并将其转化为劳动力形式的可用能，并且 所述封闭能量系统还包含压力机构，用来实现压力，使所产生的生物气得 到额外纯化。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统配有流量调 节机构，用于控制通过淤泥水膜(12)的流量。
3.如权利要求1所述的系统，它还在所提供的可密封压力容器中包含 膜(6)，用于分离需要纯化和/或处理的流入物所产生的至少一部分生物气。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述膜包含选择性气体膜， 用于除去氢-硫-碳酸和/或二氧化碳和/或不需要的气体。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的系统，其特征在于，所述进口和 所述至少一个排放装置配有阀(18)。
6.如权利要求1-4中任何一项所述的系统，其特征在于，所述泵包含 气动泵。
7.如权利要求1-4中任何一项所述的系统，其特征在于，所述控制系 统配有调节机构，用于根据所述可密封压力容器内的压力调节泵的排量。
8.如权利要求1-4中任何一项所述的系统，它还包含热泵。
9.如权利要求1-4中任何一项所述的系统，它还包含气体缓冲器，用 于储存所产生的生物气。
10.一种纯化和/或处理有机废物和/或污物的方法，所述方法包含以下 步骤：
·提供如权利要求1-9中任何一项所述的封闭能量系统(1);
·向所述系统供应需要纯化和/或处理的流入物(4);
·从残余物流中分离和移出所产生的水;
·从残余物流中分离和移出脱水淤泥。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所产生的生物气用于产 生封闭的能量系统。
12.一种产生生物气的方法，所述方法包含以下步骤：
·提供如权利要求1-9中任何一项所述的封闭能量系统(1);
·向所述系统供应需要纯化和/或处理的流入物(4);
·从残余物流中分离和移出所产生的生物气。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述生物气包含甲烷。
14.如权利要求10、11或12所述的方法，其特征在于，液相中的二氧化 碳由压力下降得到，并用于减轻膜的污染和/或淤塞和/或结垢。
说明书
在压力下纯化水性有机物、废物和/或废水的系统和方法以及制备生物气的方法
本发明涉及在高压下纯化和/或处理有机废物和/或废水的系统。更具体 地，所述系统涉及纯化和/或处理类似的有机物、废物和/或污物的稀释物流 的(微)生物方法，特别适合产生可持续能量。
人们熟知的纯化装置利用放有微生物的容器和/或反应器等。这些微生 物纯化和/或处理所供应的流入物。
随后对剩余物流的处理更容易，成本也更低。实践中使用的是厌氧微生物 工艺。
经过处理的水/淤泥混合物一般通过沉降法分离。最常规的纯化水的工艺在 常压下进行。
本发明的目的是提出一种使用效率更高的系统，用于在高压下纯化和/ 或处理有机物、废物和/或废水的物流。
此目的通过本发明的在高压下纯化和/或处理有机物、废物和/或污物的 系统得到实现，所述系统包含：
●可密封压力容器，该容器具有进口，用于供应待纯化和/或待处理的 流入物，从而使该压力容器适合通过厌氧微生物将流入物转化为生物气等;
●至少一个排放歧管，用于从压力容器排出产物;
●控制系统，用于控制纯化过程;以及
●协同作用泵，用来操纵进口，供应待纯化和/或待处理的物流，使来自 压力容器的生物气能驱使泵运转
将待纯化和/或待处理的由气体、液体、固体物质或其组合组成的物流(流 入物)供应给生物反应器或压力容器。在微生物的支持下，待纯化和/或待处理 的物质在压力容器中发生厌氧微生物转化，由此形成生物气等。 为此，压力容器是可密封的。这样，由于发酵形成气体，产生了自生压力。
在较高压力下产生的生物气中，至少有一部分用来驱动泵，以供应需要纯 化和/或处理的物流。
通过供应泵的这种有效驱动，获得了封闭的能量系统，在该系统中，营养 物如C6H12O6在厌氧微生物条件下转化为CO2、CH4(即甲烷)和能量，压 力容器通过它们形成压力。
这样就实现了以下效果：既不需要另外供应能量来输送需要纯化和/或处理 的物流，也不需要另外供应能量在压力容器内完成转化和形成压力。这就能 够对有机物的水性物流如废水进行效果好、效率高的纯化/处理。根据本发明， 在上述系统中，有机物在压力容器内转化为压力等。
形成的压力用于驱动有机物进料泵。此外，形成的压力优选用于其它目 的，如从压力容器中排出产物和/或产生额外的能量。
利用前面所述的封闭能量系统，配上由通过生物方式形成的压力驱动的进 料泵，就能得到连续或半连续工作装置，如水处理设备。
这样就也可能实现所谓的“独立”系统，在该系统中，供应有机物所需的能量 由压力容器内形成的压力提供。
本发明系统的另一个优点是，在连续或半连续使用状态下，压力容器内的 工艺条件大致可保持在恒定的工作点。因此，该工艺可在更长的时间内受到 最佳驱动，这样，所述系统的效率得到提高，所实施的工艺也因此得到提升。
此外，所述压力容器优选配有淤泥膜，用来将淤泥从待纯化和/或待处理的 物流中分离出来。
控制系统驱动整个工艺和/或调整工艺，因此压力容器内的压力等可调节。 为此，优选在压力容器的进口和所述至少一个排放歧管内放置阀，供控制系统 调节此压力容器内的压力。较佳的是，所述压力容器包含用于所产生的生物 气的第一排放歧管和用于待纯化和/或待处理的物流中剩余水/淤泥混合物的第 二排放歧管。
所述系统还具有能量发生机构，以便利用至少一部分所产生的生物气产生 能量。此气体包含内能，所述内能可例如用于下一过程。其中一个例子是以 生物气形式形成的甲烷发生燃烧，燃烧产生的能量可用于下一过程。
在本发明的系统中，一个突出的特点是借助于能量发生机构，同样的 生物气可用来产生第二种形式的能量。
因此，压力容器内通过生物方式形成的压力可加以利用，并可转化为 劳动力形式的可用能。
这使得本发明系统的纯化步骤具有高效率，该步骤在能量发生机构的 帮助下，能实现对流入物的高效率的纯化。形成的生物气优选为甲烷、二 氧化碳、氢-硫-碳-酸(hydrogen-thio-carbon-acid)和/或硫化氢。
这些气体的形成强烈依赖于待纯化和/或待处理物流的组成、温度和pH 值。此外，气体的形成会受到微生物数量、种类以及压力容器内所加条件 的影响。因此，甚至有可能更为有效地利用所述系统。
此外，气体的形成会受到压力容器内介质的pH影响。溶解的二氧化碳 和其它气体的量以及所加工艺条件影响压力容器内的Ph。
因此，甚至有可能更为有效地利用所述系统。
在根据本发明的一个较佳的优选实施方式中，所述控制系统配有控制 机构，以便调节通过膜的流量。
基于压力容器内的压力，所述控制系统能控制通过淤泥膜的流量。
为此，可采用调节液体和气体(流入物和流出物)的进入流量和排出 流量的方法。
通过这样做，有可能将需要纯化和/或处理的配料合适的物流与反应器 中的淤泥分离。
在根据本发明的另一个较佳的优选实施方式中，安装选择性膜，以便 除去二氧化碳。
通过挑选选择性气体膜或膜过滤器，有可能从压力容器内存在的水和/ 或气相中除去溶解的二氧化碳(H2OCO3)。清除这种二氧化碳可在压力容 器内得到更纯的物流。
在根据本发明的另一个较佳的优选实施方式中，安装选择性膜，以便 除去硫碳酸(thiocarbonacid)。
通过挑选选择性气体膜或膜过滤器，有可能从压力容器内存在的水和/ 或气相中除去溶解的硫碳酸(H2CSO2)。
这种硫碳酸是在压力下形成的。
清除这种硫碳酸可在压力容器内得到更纯的物流。
在根据本发明的一个较佳的优选实施方式中，所述系统包含压力发生 机构，以便获得压力，从而进一步纯化所产生的生物气。
通过使压力升高，气相中例如甲烷的纯度会提高。
导致这个结果的原因是，根据亨利定律，二氧化碳、硫化氢及其可能 的组合如硫一碳酸在水性液相中比甲烷溶解得更多。这造成所产生的生物气 (甲烷)的热值增加。
另一个优点是，二氧化碳的排放有可能减少;另外，气相中硫化氢和 二氧化碳的量也减少。
二氧化碳和硫化氢及其可能的组合如氢硫碳酸在液相中的含量增加。 这种积聚使得这些物质能够与甲烷分离。这就使得本实例中的气相具有更 高的甲烷含量或纯度。若需要，所得格外纯的甲烷可用于其它目的。
在根据本发明的一个较佳的优选实施方式中，所述泵包含气动泵。
通过提供直接由压力容器中通过生物方式产生的气体驱动的气动泵， 除生物气燃烧热之外的第二种形式的能量可得到相对简单的应用。
使用所谓气动泵的优点是，压力容器产生的生物气如甲烷可直接驱使 它运转。这样就避免了由能量转化引起的能量损失。
因此，整个系统的效率进一步提高。
较佳的是，来自压力容器的通过生物方式形成的较高压力可例如部分用于 驱动所谓的热泵。通过利用高压容器中的生物气产生的高压，可提高热泵 的输出量。因此，根据本发明的整个系统的生产量也进一步提高。
较佳的是，根据本发明的系统配有控制系统，所述控制系统包含使进 料泵的流量与容器压力匹配的机构。这进一步提高了根据本发明的系统的 效率。
在根据本发明的又一个较佳的实施方式中，所述系统包含气体缓冲器， 以便储存所产生的生物气。
通过引入气体缓冲器，能量可以通过生物方式产生的压力的形式储存 在生物反应器的压力容器中，或者在压力容器或生物反应器之外单独储存。 通过这样做，所产生的能量可在任何需要的时候高效地加以利用，因此提 高了系统的效率。
本发明还涉及纯化和/或处理有机废物和/或污物的方法，所述方法由以 下工艺步骤组成：
●提供如上所述的系统;
●向所述系统提供待纯化和/或待处理的物流;
●从残余物流中分离并排出所产生的生物气。
这种工作方法提供了在所述系统中提到的同样的效果和优点。
较佳的是，在较高压力下，所产生的生物气至少有一部分用于驱动待 纯化或待处理的物流，也就是说驱动进料泵。由此得到了一个封闭的能量 系统，在该系统中，营养物如C6H12O6或其它有机烃在厌氧微生物条件下 转化为气体如CO2(即二氧化碳)、CH4(即甲烷)和能量，压力容器通 过它们形成压力。这样就实现了以下效果：既不需要另外供应能量输送需 要纯化和/或处理的物流，也不需要另外供应能量在压力容器内完成转化和 形成压力。这就能够对有机物的水性物流如废水进行效果好、效率高的纯 化/处理。此外，所产生的生物气优选用来通过能量发生机构产生能量。这 样就实现了一种高效率的工艺。
此外，本发明涉及产生生物气的工作方法，所述方法包含以下步骤：
●提供如上所述的系统;
●向所述系统提供待纯化和/或待处理物流;
●从残余物流中分离并排出所产生的生物气。
这种工作方法提供了在所述系统中提到的同样的效果和优点。在较佳 的优选实施方式中，所述生物气包含甲烷，它是通过较简单的方式产生的。
因此，除了甲烷的热值外，甲烷还可这样利用：将高压转化为可用能 的形式如劳动力或气体纯度。
