專利名稱：從廢物中產(chǎn)生天然能量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢物的生命周期，更具體地，涉及選擇性收集后城市固體廢物(MSW)的生命周期，或從所述廢物得到或衍生的級分的生命周期。
更特定地，本發(fā)明涉及已知技術(shù)(如用于穩(wěn)定MSW的BIOCUBES方法、從該方法得到的燃料的焚燒)與新技術(shù)(如分離具有高的凈熱值(LHV)的級分，以及在生物反應(yīng)器中應(yīng)用具有低LHV的級分生產(chǎn)沼氣)的綜合方法。
厭氧的/需氧的生物反應(yīng)器由此并不與現(xiàn)有的垃圾掩埋場等價(jià)，生物反應(yīng)器具有更短的壽命并且在壽命結(jié)束時(shí)可以完全回收。
本發(fā)明公開了在廢物的生命周期中引入新技術(shù)以持續(xù)生產(chǎn)電能或熱能而不必惰性化并傾倒灰燼的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，來自選擇性收集的城市固體廢物(MSW)在壓緊后通常傾倒在具有預(yù)先防水底部的可控制的垃圾填埋場(常規(guī)垃圾填埋場)中。
不斷增加的廢物產(chǎn)生和隨之發(fā)生的對于可控制的垃圾填埋場更多空間的需要使得需要開發(fā)處理方法來替代在常規(guī)的垃圾填埋場中傾倒。
也需要注意的是這些垃圾填埋場在它們啟動(dòng)和培養(yǎng)(cultivation)期間以及在壽命結(jié)束時(shí)土地回收中都存在相當(dāng)大的環(huán)境問題和社會(huì)接受性問題。
垃圾填埋場的壽命是大約20年，其間生產(chǎn)的沼氣達(dá)150Nm3/t MSW，即大約300Nm3/t可降解的有機(jī)物。
在美國，土地的可用性不存在問題，但是廢物的生產(chǎn)出現(xiàn)猛烈增加，為了提高M(jìn)SW垃圾填埋場的性能，進(jìn)行了研究。
在這方面，在此提到了外環(huán)垃圾填埋場計(jì)劃(Outer Loop Landfillproject)(Louisville，KY)，該計(jì)劃在關(guān)于生物反應(yīng)器垃圾填埋場的US EPA工場會(huì)議(US EPA Workshop conference on bioreactor landfills，2003年2月27-28日，Arlington，VA)中提到，包括通過回收滲出液加速消化對厭氧垃圾填埋場和組合的需氧/厭氧垃圾填埋場性能進(jìn)行定量研究。
專利申請US 2003/0108394要求保護(hù)在需氧條件下轉(zhuǎn)化常規(guī)垃圾填埋場以加速生物可降解廢物部分的轉(zhuǎn)化過程。
相反地，歐洲共同體(1999/31/EC)制定了到2009使傾倒的MSW減少50％和開發(fā)備選的回收方法。
這些備選方法的共同特點(diǎn)是通過選擇性收集回收和再循環(huán)至少一部分的廢物(大約30％)和燃燒剩余的70％。
如在表1中顯示的，選擇性收集后的殘余物包含由濕的有機(jī)物組成的易消化的級分，由玻璃和金屬組成的不可燃的無機(jī)級分，以及具有高的凈熱值(LHV)的易燃級分，其包含包裝材料、具有塑料性質(zhì)的材料、木頭、卡片和紙。
表1-選擇性收集后MSW的典型組成


目前優(yōu)選的選擇是燃燒MSW生產(chǎn)電能和傾倒灰燼，但是這一選擇也會(huì)引起環(huán)境問題和公眾的可接受性問題，并且最重要的是由于燃燒室的不連續(xù)性和材料和供應(yīng)的不均一性而不能完全消除MSW的傾倒。
因?yàn)檫@個(gè)原因，已經(jīng)開發(fā)了方法以將具有高的環(huán)境影響的惡臭的和非均質(zhì)的廢物轉(zhuǎn)化成易于處理和儲存的惰性、均質(zhì)的材料，這樣提供了對于廢物問題的確定的解決方法并且提供了使用所衍生材料的多種選擇，增加了廢物自身完整周期的靈活性。
這些新材料在焚化爐中的應(yīng)用代表了一種可能的選擇并且其它應(yīng)用是可能的，如在水泥生產(chǎn)或在火電廠中與常規(guī)燃料結(jié)合，在常規(guī)垃圾填埋場壽命結(jié)束時(shí)進(jìn)行實(shí)際傾倒和環(huán)境恢復(fù)。
已知通過存在于廢物自身的可消化級分的需氧消化生成的熱量制備生物干燥和生物穩(wěn)定化材料的方法。
在歐洲專利EP-A-706839中，以相同申請人的名義，給出了以制備非常規(guī)燃料從MSW中回收能量的方法(BIOCUBES)的描述，所述方法包括如下階段廢物的粗略粉碎、在封閉區(qū)域中在多孔床上積累粉碎的廢物，在高達(dá)65-70℃溫度下強(qiáng)行需氧消化直到廢物干燥(通過吸入的空氣穿過廢物自身流動(dòng)的方法進(jìn)行)，以及通過生物濾器去除輸出空氣的氣味。
以這種方式生物干燥的產(chǎn)品可以通過篩選、去除金屬和粉碎剩余級分來精煉直到得到最大為幾厘米的最終直徑。
意大利專利IT-A-1283805描述了從MSW中回收能量的方法，其包括最初粉碎以勻化并且限制厭氧消化的局部區(qū)域的形成的階段和強(qiáng)制消化直到廢物干燥的階段。空氣的流動(dòng)去除了濕氣并且當(dāng)剩余的水不足以維持消化過程時(shí)，消化停止。在該過程中不加入水。主要從消化的、干燥和篩選過的粉碎到3cm的廢物中去除金屬和部分惰性材料。
專利申請BS2002A000055詳細(xì)描述了廢物生物干燥工廠和管理需氧消化過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
還未被精煉的生物干燥材料比MSW更均質(zhì)并且具有更高的LHV(3000Kcal/kg)，已經(jīng)主要以蒸發(fā)水的形式失去了大約27％的重量并且可以應(yīng)用在與燃燒實(shí)際的MSW的網(wǎng)格焚化爐(grid incinerator)相同的網(wǎng)格焚化爐中。
從生物干燥的材料中通過篩選和分離篩選過的廢物、粉碎和分離金屬得到的精煉的材料可以有用地應(yīng)用在流化床或再循環(huán)床燃燒室中。
這些精煉的材料被稱為RDF(廢物衍生燃料)或SF(二級燃料)，具有大約4000Kcal/kg的凈熱值并且占最初MSW的約50％。
此焚化方法的缺點(diǎn)最重要的是生物干燥材料的灰分含量，其次是SF，必須使它們惰性化并傾倒。
此外，灰和相當(dāng)大量的鹽(主要是氯化物)的存在極大地限制了焚化廠熱電的產(chǎn)量，其一般不超過25％。
當(dāng)?shù)群蚩傻玫侥軌驖M足不斷增加的MSW的產(chǎn)生的垃圾填埋場之時(shí)，生物穩(wěn)定的材料或RDF/SF可以有用地儲存在垃圾填埋場中，如必要的話，可以以后從垃圾填埋場回收它們。
相同申請人的專利申請VI2002A000196公開了通過使用壓縮成包的生物干燥材料(BIOCUBES)，在常規(guī)垃圾填埋場壽命結(jié)束時(shí)再生具有環(huán)境益處的垃圾填埋場和垃圾填埋場的土地回收。此垃圾填埋場實(shí)際上用粘土層覆蓋(不是用不滲透的薄片)，粘土層可使植被快速扎根。
也建造了很多垃圾填埋場，其只是由壓縮成包的生物干燥材料組成，已經(jīng)證明不僅在它們的建造期間而且在第一年的使用期間，這些垃圾填埋場具有可以忽略的環(huán)境影響。
生物干燥的材料不會(huì)散發(fā)氣味和沼氣，也不會(huì)產(chǎn)生濾出液。
雨水被覆蓋的粘土吸收，蒸發(fā)并且被植被吸收，即使在大的降雨量的情況下，其滲透也被限制在幾厘米的生物干燥材料。事實(shí)上材料的吸水性達(dá)到其重量的60％。
相反地，隨后發(fā)現(xiàn)，在充分的濕潤后，生物穩(wěn)定的材料具有高的厭氧反應(yīng)性。
以相同申請人的名義的專利申請MI2003A001903公開了活化生物干燥/生物穩(wěn)定材料的垃圾填埋場的方法和系統(tǒng)，所述垃圾填埋場具有高的沼氣產(chǎn)量并且耗盡垃圾填埋場的生物可降解材料的使用時(shí)間縮短。
該方法的缺點(diǎn)是未使用具有高能量和不可降解成分如塑料的級分，其可以有用地用于能量生產(chǎn)。
發(fā)明描述本發(fā)明一般目標(biāo)是消除上述的缺點(diǎn)，使得可以得到可用于開發(fā)廢物的能量含量和生產(chǎn)具有高LHV的級分如塑料、塑料/紙和沼氣的方法。
一個(gè)特定的目標(biāo)是以生物干燥的和生物穩(wěn)定的MSW或以RDF/SF開始，分離用于能量用途的廢物的惰性(noble)級分如塑料和紙，和幾乎完全不發(fā)生在燃燒原樣的MSW和來自其的正常燃料中不可避免地產(chǎn)生大量爐渣和灰燼的情況的方法。
另一目標(biāo)是使得可以得到從由惰性材料和生物穩(wěn)定的有機(jī)物組成的惰性較低的殘余物中以沼氣形式回收高水平能量的方法。
另外的目標(biāo)是使得可以得到制造不透水生物反應(yīng)器的方法，所述生物反應(yīng)器可以活化并且可以連續(xù)生產(chǎn)集中用于能量用途的沼氣。
再一個(gè)目標(biāo)是在生物反應(yīng)器的壽命結(jié)束時(shí)將材料完全惰性化和可能地回收殘?jiān)退錾锓磻?yīng)器占據(jù)的區(qū)域。
這些目標(biāo)和將在下文更詳細(xì)解釋的其他目標(biāo)是通過一種方法實(shí)現(xiàn)的，所述方法考慮了廢物的完整生命周期并且整合已知技術(shù)和能夠結(jié)束該生命周期的新技術(shù)。
因此本方法構(gòu)成了在焚化爐中燃燒MSW和來自其中的燃料以及它們在垃圾填埋場中的傾倒的常規(guī)系統(tǒng)的備選方案。
本方法可應(yīng)用在未加工的生物穩(wěn)定材料和在前述專利中描述的精煉的類型(SF，RDF)，并且通過在處理步驟中插入塑料和纖維素材料的流體力學(xué)分離以及通過使用用于處理具有低熱值材料的生物反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)它的目標(biāo)。
參考應(yīng)用在未加工的生物穩(wěn)定材料的

圖1，該方法可以如下圖解a)用BIOCUBES方法生物穩(wěn)定化，目的是將MSW轉(zhuǎn)化成干燥均質(zhì)材料，其尺寸為大約20-30cm，易于處理。
b)在篩選生物穩(wěn)定材料以清除細(xì)屑和篩選過的廢物后，用專門的機(jī)器進(jìn)行流體力學(xué)分離，此機(jī)器可以吸出由塑料和紙組成的輕浮材料并且將其收集在靜止區(qū)域中，其中將所述輕浮材料從所述區(qū)域取出，當(dāng)所述材料被粉碎到2-3cm尺寸時(shí)，組成了具有高熱值的所稱作的優(yōu)質(zhì)RDF或SF。重的材料不會(huì)被帶走并且被取出，并且從夾帶空氣過濾灰塵。
c)前面階段的篩選過的廢物、重的材料和灰塵被壓縮成包并以有序方式排列在生物反應(yīng)器中，當(dāng)生物反應(yīng)器裝滿時(shí)，將其密封并且通過供水活化以生產(chǎn)沼氣。因?yàn)橄惹巴ㄟ^BIOCUBES方法需氧消化的材料的特定性質(zhì)并且因?yàn)樯锊豢山到獾挠袡C(jī)成分存在的減少，相比在常規(guī)的垃圾填埋場中得到的沼氣，這種沼氣生產(chǎn)特別有效率。生物反應(yīng)器的尺寸和完成厭氧過程所需的時(shí)間減少，并且似乎可以組合一系列生物反應(yīng)器，它們及時(shí)確保沼氣的持續(xù)生產(chǎn)。
d)在沼氣生產(chǎn)后，生物反應(yīng)器需氧轉(zhuǎn)化以干燥和穩(wěn)定化，并且如果需要，回收空間和殘余材料。
備選地，根據(jù)圖2的圖示可以將具有高熱值的級分與SF分離。
由于一些操作是作為SF生產(chǎn)的一部分進(jìn)行的，因此圖表被簡化并且具體包括a)如在IT-A-1283805中描述的通過生物穩(wěn)定化、篩選、粉碎和去除金屬產(chǎn)生SF。這樣，從100kg MSW中得到大約50kg尺寸減小到2-3cm的SF，其具有大約4000kcal/k的熱值。殘余物為蒸發(fā)的水、篩選過的廢物和金屬。
b)應(yīng)用吸氣系統(tǒng)進(jìn)行流體力學(xué)分離，該吸氣系統(tǒng)和圖1圖示的系統(tǒng)相似，但是在更加受控制的和溫和條件下運(yùn)行，并且能夠富集塑料級分中的產(chǎn)物，分離灰塵和重的材料。
c)將重的材料和灰塵與SF生產(chǎn)的經(jīng)篩選的廢物壓緊，放置在生物反應(yīng)器中并且活化用于沼氣的厭氧生產(chǎn)。
d)在耗盡生物反應(yīng)器后，吹入或吸入空氣并且回收生物反應(yīng)器和其中包含的材料。
圖1和2的圖示是實(shí)例并且可以通過加入其他操作和/或回收材料、生物干燥、塑料和紙的分選以及在本發(fā)明必不可少的高效密封的生物反應(yīng)器中精煉沼氣殘余物來改良。
生物干燥在前述的專利中詳盡地描述并且它的功能是干燥和穩(wěn)定廢物，使得能夠分選材料并且產(chǎn)生特別反應(yīng)性底物，其可以活化以在生物反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧消化。
在如圖3中圖示吸氣裝置中實(shí)現(xiàn)材料分選。
組成粗品的和精煉的生物干燥材料的材料喂飼到室1中，室1中輕的材料和灰塵被從入口門穿過的來自外面的空氣流帶走而重的材料則從底部取出。
含有所帶走的材料的空氣流被風(fēng)扇3吸出到沉降室2中。
粗糙的固體被沉降并且從所述的沉降室底部被取出而由有機(jī)物和惰性材料形成的更細(xì)的顆粒被風(fēng)扇3吸出并送去過濾。
控制風(fēng)扇3的轉(zhuǎn)速以改變流速并從而改變吸入的空氣的速度以及確保具有最高LHV的級分(更確切的說是塑料，即使伴隨著很大部分的喂飼的紙和纖維素材料)的最大回收。
如將從應(yīng)用實(shí)施例中解釋清楚的，工作條件和分離效率取決于原材料的性質(zhì)，不管是生物干燥的或SF。
通過基于在表1中顯示的類型的100kg MSW，可以得到20-35kg具有大約4500-5500kcal/kg LHV的優(yōu)質(zhì)SF和35-45kg將送入生物反應(yīng)器的有機(jī)殘余物。
殘余部分主要由可降解的、不可消化的和生物學(xué)上無活性的組分組成，它的水含量不足以引發(fā)此過程。
本發(fā)明的想法是以局限和受控的方式降解該組分以減少其體積、消除潛在的環(huán)境影響并且同時(shí)生產(chǎn)一定量的可再生能量。
此組分放置在反應(yīng)器內(nèi)為了捕獲產(chǎn)生的沼氣而特別準(zhǔn)備的小室中，該組分將用水“活化”，直到總體上達(dá)到以最佳動(dòng)力學(xué)啟動(dòng)厭氧類型的生物學(xué)消化過程所需的45％的濕度。
在水的使用可以減少時(shí)，用產(chǎn)生的濾出液替代水。
這些過程導(dǎo)致了可降解材料總體產(chǎn)生大約250Nm3/t的沼氣，所述沼氣在生物反應(yīng)器的六年活性內(nèi)擴(kuò)散，該擴(kuò)散呈指數(shù)減少。
這一值為MSW噸數(shù)的大約2倍，其中已經(jīng)去除了塑料和部分相對不可降解的產(chǎn)物，并且生物反應(yīng)器的體積減小，具有更高效率。
沼氣的生產(chǎn)必定使得揮發(fā)一部分存在的有機(jī)內(nèi)容物，這使得第一年送入生物反應(yīng)器的質(zhì)量減少了17％，之后在第6年逐漸減少到3％。質(zhì)量總共減少了大約50％。
在厭氧分解中產(chǎn)生的甲烷僅僅是在由多種有機(jī)組分組成的降解鏈中的最終產(chǎn)物。
為了完全消除這些組分并且確定地確立(establish)積累的殘余物，在沉積后第七年期間向物質(zhì)中吹入空氣。
這一過程使用氣阱管道(gas trapping line)進(jìn)行，以脈沖的方式吹氣并且同時(shí)在脈沖之間的時(shí)間間隔內(nèi)吸氣。
這一過程除了消除殘余的厭氧組分外，將促進(jìn)物質(zhì)自身溫度的提高和消除在生物活化時(shí)添加的大部分水(70％)。據(jù)估計(jì)廢物質(zhì)量進(jìn)一步減少2％。
在厭氧/需氧活化過程結(jié)束時(shí)，與最初積累的有機(jī)殘余物的量相比，質(zhì)量將減少52％。
剩余的殘余物將主要由惰性組分和能夠絡(luò)合存在的金屬并且避免它們吸附的濕潤化的有機(jī)殘余物組成。
此殘余物也將易于篩選，并且其一定量——估計(jì)有5％-10％——可以作為RDF再利用以進(jìn)一步減少其體積。
在質(zhì)量以及由此也在體積方面的總的減少將使得掩埋坑的最初計(jì)劃的堆積容量加倍。
通過在內(nèi)燃機(jī)中燃燒沼氣得到的電能的回收也是重要的，并且例如在水泥生產(chǎn)中通過使用優(yōu)質(zhì)SF確保能量回收，提供了非常有趣的總體能量值和一種最高可能的總體能量值。
如果為常規(guī)垃圾填埋場建造的空間要用作生物反應(yīng)器，那么需要一些技術(shù)改動(dòng)。
在這種情況下，區(qū)域要首先分成2個(gè)或多個(gè)亞區(qū)域以方便生物反應(yīng)器過程的管理和及時(shí)順序活化反應(yīng)器以提供沼氣的持續(xù)生產(chǎn)。
圖4顯示了可以及時(shí)(一般為每六個(gè)月或一年)實(shí)現(xiàn)的一系列生物反應(yīng)器的垂直剖面，所述生物反應(yīng)器生產(chǎn)有機(jī)殘余物，用不滲透的薄片1覆蓋。
用于控制薄片2密封的排水系統(tǒng)經(jīng)裝配用于收集濾出液，該排水系統(tǒng)也同時(shí)使用水力防護(hù)系統(tǒng)捕獲沼氣。
在放置壓縮成包的殘余物期間，有槽管(slotted pipe)4的網(wǎng)絡(luò)以亞水平的模式布置，與放置在底部5的管相似，大約位于駐堤(embankment)的中間。當(dāng)堆積和充滿小室后，在放置最后的覆蓋片之前，在廢物表面的調(diào)節(jié)層(regularisation layer)放置額外的有槽管3的網(wǎng)絡(luò)。
所有上述的系統(tǒng)都與沼氣的調(diào)節(jié)和吸出裝置6相連接。
為了使廢物極好地潤濕以引發(fā)生物降解過程和隨后沼氣的大量產(chǎn)生，放置在表面調(diào)節(jié)層的系列有槽管3用于注水和/或使濾出液再循環(huán)以達(dá)到活化和控制該過程的目的。
如前所述的，當(dāng)厭氧階段結(jié)束后，上述的多種管道系統(tǒng)用于吹入空氣和恢復(fù)需氧條件并且確定地穩(wěn)定積累的殘余物。
與優(yōu)質(zhì)SF類似，沼氣可以用在燃燒系統(tǒng)中以生產(chǎn)熱能和/或電能或用于水泥生產(chǎn)。
例如它可以用于結(jié)合熱電廠的燃料或用于代替常規(guī)燃料提高在廢物焚化廠中蒸汽的熱含量，得到高于30％的熱電產(chǎn)率。
有利地，它可以用于內(nèi)燃機(jī)中，內(nèi)燃機(jī)可能是汽車的并且裝備交流發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生可以現(xiàn)場使用的電能，或者此電能供應(yīng)入配電網(wǎng)中，其電產(chǎn)率為大約35-40％。
本發(fā)明得到的結(jié)果在下列應(yīng)用實(shí)施例中給出，此應(yīng)用基于工業(yè)生物干燥工廠的經(jīng)驗(yàn)、從生物干燥材料和SF中分離塑料的實(shí)驗(yàn)和對可用的垃圾填埋場的現(xiàn)場測試。
實(shí)施例1對于如在表1中給出并在圖1的結(jié)構(gòu)圖中表示的MSW，該廢物BIOCUBES工廠中處理，該工廠能夠作為用戶庫，具有60,000t/a的產(chǎn)量。
大約72kg的具有表2中顯示的組成的生物干燥材料從100kg MSW得到。
為了實(shí)現(xiàn)19％的殘余物濕度，穩(wěn)定廢物并且準(zhǔn)備可降解的有機(jī)部分用于厭氧消化，只有5％的最初存在于MSW的能量被消耗。
表2來自表1的MSW的生物干燥材料

將生物干燥材料送入圖3中描述的吸氣機(jī)器中，在此機(jī)器中從100kgMSW可以得到33kg優(yōu)質(zhì)SF，按照表3，其大約90％由具有減少的灰含量和高的LHV的塑料和紙組成。
表3來自生物干燥材料的優(yōu)質(zhì)SF

39kg由不在吸氣機(jī)器中沉降的重且細(xì)的材料組成的殘余物具有高含量的灰和可以被活化的有機(jī)物以及低的LHV，如在表4中所示。
該壓縮成包的材料作為燃料具有低價(jià)值，但是可以有用地放置在生物反應(yīng)器中用于生產(chǎn)沼氣，其大約50％由甲烷組成，具有大約4400kcal/Nm3的LHV，沒有灰并且可以直接供應(yīng)給內(nèi)燃機(jī)，熱電產(chǎn)率為35％到40％。
表4可以活化的殘余物

對于前述的60,000t/年MSW(具有1.34×1011kcal/年的熱含量)的用戶庫，生產(chǎn)大約20,000t/年的優(yōu)質(zhì)SF，其含量為9.0×1010kcal/年，相當(dāng)于67％的初始能量。
根據(jù)圖4圖示的，壓縮成包的密度為700kg/m3的23,000t/年的殘余物占據(jù)大約33,000m3的體積并且這可以是第一個(gè)生物反應(yīng)器的體積，其將在第一年填充并在第二個(gè)生物反應(yīng)器填充期間在第二年開始生產(chǎn)沼氣，等等。
沼氣的理論產(chǎn)量估計(jì)達(dá)到260Nm3/t可降解的材料，并且已經(jīng)注意到的是以這種方式處理的材料一旦潤濕到大約45％的濕度，就具有增強(qiáng)的活性并且濾出液產(chǎn)生減少。
在生物反應(yīng)器6年的壽命中，它似乎可以開發(fā)理論沼氣的70％，總產(chǎn)量為2.36×106Nm3，相當(dāng)于1.98×1010kcal，是MSW中包含的最初能量的15％。
以這種方法，高達(dá)82％的MSW的能量在能量水平上使用并且其污染物含量允許其以較高的產(chǎn)率應(yīng)用于工業(yè)和能量應(yīng)用中。
在壽命結(jié)束時(shí)，末端生物反應(yīng)器的物質(zhì)含量按重量計(jì)是初始值的大約50％并且由此和常規(guī)的MSW焚化爐放出的灰燼相同數(shù)量級的灰燼。
用空氣處理生物反應(yīng)器中殘余的有機(jī)物以氧化有惡臭的化合物并且生物干燥和生物穩(wěn)定化。
這些材料，不同于焚化爐中的灰燼，不需要在處理和堆積中特別謹(jǐn)慎，并且由此可以進(jìn)一步的分選以回收殘余塑料、金屬和在農(nóng)業(yè)中使用的惰性基質(zhì)。
實(shí)施例2圖2的圖示表示了一種過程，其使用通過篩選、細(xì)微粉碎和去除金屬在工業(yè)上得到的精煉的SF作為生物穩(wěn)定化材料的替代物。
因此在圖3的流體力學(xué)分離機(jī)器的樣機(jī)上對該通常用在流化床焚化爐中的精煉產(chǎn)品進(jìn)行了一系列測試，以評估它生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)SF的性能。
使用的SF的性質(zhì)是平均尺寸為大約3cm、均質(zhì)并且具有高熱值的顆粒，其組成如表5中顯示。
SF代表了在最初MSW中含有的47％的重量以及79％的能量，所述最初MSW已經(jīng)在篩選期間從生物干燥材料除去了已知為篩選過的廢物和多數(shù)金屬的21％的級分。
表5 SF的組成

說明了供應(yīng)系統(tǒng)完整吸氣機(jī)器的非常常規(guī)的操作，所述機(jī)器在低速運(yùn)行并且具有低的空氣流速。
如在表6中顯示的，在沉降室中收集的產(chǎn)物代表了最初MSW的大約23-24％的重量和56％的能量，具有高含量的塑料和接近于常規(guī)燃料的LHV。
由在SF生產(chǎn)中丟棄的篩選過的廢物、沒有被分離機(jī)器吸走的重的材料和空氣過濾保留的輕的材料組成的殘余級分在單獨(dú)的有機(jī)殘余物中合并，其通過天平估計(jì)的組成為表7中顯示的類型。
表6來自MSW的優(yōu)質(zhì)SF


該有機(jī)殘余物代表了大約44％的最初MSW并且比先前的情形顯著更豐富，最主要是由于高含量的紙和纖維素材料。
在SF生產(chǎn)中進(jìn)行粉碎后，預(yù)期在隨后的厭氧消化階段具有更高的反應(yīng)性。
表7有機(jī)殘余物

由于較高含量的可降解級分，沼氣的理論產(chǎn)量更高，為大約300Nm3/t殘余物。
但是對比先前的情形在反應(yīng)性上沒有明顯差別，可能是因?yàn)榕c厭氧降解相比紙具有更大的惰性。
主要的優(yōu)點(diǎn)仍然是優(yōu)質(zhì)SF的高LHV和用稍微更復(fù)雜的工廠和更大尺寸的生物反應(yīng)器可以得到改善的加工性能。
在兩種情形下都開發(fā)了廢物中以低水平含有的最初能量的多數(shù)，并且通過天然方法如需氧消化和厭氧消化，使能量達(dá)到了工業(yè)開發(fā)上值得注意的水平。
也消除了常規(guī)焚化爐的缺點(diǎn)，如低熱電產(chǎn)率和必須處理并且傾倒的爐渣與灰的產(chǎn)生。
使用生物反應(yīng)器描述的步驟在其填充和服務(wù)期間不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境影響并且產(chǎn)生的材料不是廢物而是可以返回到天然循環(huán)中。
權(quán)利要求
1.從城市固體廢物(MSW)中產(chǎn)生天然能量的方法，其包括下列階段a)生物穩(wěn)定化以將MSW轉(zhuǎn)化成干燥和均質(zhì)的易于處理的材料；b)流體力學(xué)分離富含具有高熱值、構(gòu)成所稱作的優(yōu)質(zhì)SF(二級燃料)的材料的級分；c)壓緊富含生物可降解的和惰性物質(zhì)的殘余物，并且將其儲存在可以密封和活化的生物反應(yīng)器中；d)用水活化生物反應(yīng)器并且在厭氧消化期間及時(shí)讓它們發(fā)揮作用以生產(chǎn)沼氣；e)用空氣將生物反應(yīng)器的厭氧處理的殘余物生物穩(wěn)定化和脫水；f)可能地回收以這種方式產(chǎn)生的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述的流體力學(xué)分離中，由塑料和紙組成的輕浮材料被吸出，形成所述的優(yōu)質(zhì)SF，而重的材料未被帶走并且被取出，并且通過夾帶空氣過濾灰塵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中預(yù)見到在所述的分離階段上游進(jìn)行生物干燥材料的篩選以除去細(xì)小材料和篩選過的廢物的階段，并且在所述分離階段下游為粉碎到2-3cm大小的階段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中預(yù)見到在所述的流體力學(xué)分離的上游，為篩選以除去細(xì)小材料和篩選過的廢物的階段和粉碎到2-3cm大小和除去金屬以產(chǎn)生SF的階段。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中喂飼到生物反應(yīng)器中的殘余物含有篩選過的廢物、重的材料和灰塵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在生物反應(yīng)器耗盡時(shí)，可能回收的所述材料是塑料、金屬和惰性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述的階段e)中，在生物反應(yīng)器耗盡時(shí)，向物質(zhì)內(nèi)部以脈沖方式吹入空氣并且同時(shí)在脈沖之間的時(shí)間間隔內(nèi)吸氣。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述的流體力學(xué)分離通過向室(1)喂飼粗品或精煉的生物干燥材料來進(jìn)行，從室(1)的底部取出重的材料，同時(shí)輕的材料和灰塵用風(fēng)扇(3)吸入到沉降室(2)中的空氣氣流帶走，粗糙的固體沉降并且從所述沉降室的底部取出，同時(shí)由有機(jī)物和惰性材料組成的更細(xì)小的顆粒由風(fēng)扇(3)吸走并送去過濾。
9.根據(jù)前面權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述的生物反應(yīng)器含有放置在不滲透的薄片上的壓緊殘余物物質(zhì)，所述生物反應(yīng)器包含放置在底部的有槽管(5)的網(wǎng)絡(luò)，有槽管(4)的至少一個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)，和有槽管(3)的上部網(wǎng)絡(luò)，所有網(wǎng)絡(luò)都連接到用于沼氣調(diào)節(jié)和吸出的裝置(6)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述有槽管(3)的上部網(wǎng)絡(luò)用于注入水以潤濕廢物和引發(fā)生物降解過程，和再循環(huán)濾出液。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中所述管的網(wǎng)絡(luò)在生物反應(yīng)器耗盡時(shí)用于向物質(zhì)內(nèi)部吹入空氣。
全文摘要
本方法目標(biāo)是通過天然技術(shù)從廢物中，并且更具體地從城市固體廢物(MSW)中以最高水平得到包含在其中的能量用于工業(yè)并且具有低的環(huán)境影響。以首字母縮寫為NEW(來自廢物的天然能量)的方法通過下列處理階段操作a)需氧消化易腐爛的生物部分以產(chǎn)生易于操作的穩(wěn)定化的廢物，b)分離富含具有高熱值物質(zhì)的級分，c)儲存富含生物可降解的和惰性物質(zhì)殘余物，將其在可活化和密封的生物反應(yīng)器中壓縮成適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?，d)用水活化生物反應(yīng)器并且在厭氧消化期間及時(shí)讓它們發(fā)揮作用以提供用于產(chǎn)生能力的沼氣，e)用空氣將厭氧處理的殘余物生物穩(wěn)定化和脫水，f)可能地回收以這種方式產(chǎn)生的材料。這樣，在廢物中包含的能量以最精煉的水平以塑料、塑料/紙和甲烷的形式提取用于能量應(yīng)用，其具有最大產(chǎn)率并且灰燼產(chǎn)生減少，并且留在生物反應(yīng)器中的最終材料被完全耗盡其能量含量并且惰性化。
文檔編號F23G5/02GK1946491SQ200580012475
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者G·納塔, G·多納蒂 申請人:?？频驴素?zé)任有限公司