采用圆形罐的厌氧消化器的制作方法

专利名称：采用圆形罐的厌氧消化器的制作方法
采用圆形罐的厌氧消化器
领域
本发明涉及用于处理有机废弃物材料的废弃物处理系统。
背景
许多现有技术的废弃物处理系统被设计用于具有约1 %的固体含量的
低固体废弃物，诸如市政废弃物。诸如肥料的具有约5%到12%的固体含 量的高固体废弃物(high-solids waste )或者阻塞系统，或者未被充分处理。 高固体废弃物的处理通常使用塞式流工艺来进行，塞式流工艺(plug flow process)的特征是直通系统(straight-through system )。
现有技术的用于高固体废弃物或低固体废弃物的废弃物处理系统使 用大量购买的电或天然气形式的能量来产生热并运行泵以处理废弃物，这 是因为当处理废弃物时，这些系统通常表现为低效地加热废弃物。此外， 现有技术的废弃物处理系统在处置它们处理的产物时存在额外的问题。由 于废弃物的磷酸盐和氮成分，所以预期更严格的环境法规将会限制废弃物 能够作为肥料施用于田地的量。当田地达到它们的限值时，必须找到其他 田地。当未施肥的土地的量逐渐减少时，或者必须找到废弃物的其他出路， 或者必须提出并使用满足更严格的环境法规的处置方法。
概述
在一个实施方案中，本发明提供了 一种用于厌氧消化高固体废弃物材 料的方法。该方法包括提供具有相对圓形的外壁的密闭容器。密闭容器可 以包括第一通道、第二通道和间隔物(divider),第一通道具有入口，废弃 物材料在第一通道中在第一方向上流动，废弃物材料在第二通道中在第二方向上流动，间隔物具有端。间隔物可以将第一通道与第二通道分开，且 当废弃物材料从第一通道流向第二通道时，废弃物材料围绕间隔物的端流 动。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种用于消化高固体废弃物材料 的厌氧消化器。厌氧消化器包括相对圓形的密闭容器，该密闭容器具有第 一通道和第二通道，废弃物材料在第一通道中在第一方向上流动，废弃物 材料在第二通道中在相对于第一方向相反的第二方向上流动，第一通道通 过间隔物与第二通道分开。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种用于消化高固体废弃物材料 的密闭的厌氧消化器。该厌氧消化器包括第一部分，其被构建成接纳来自 密闭的厌氧消化器外部的来源的废弃物材料并预加热废弃物材料。第一部 分可以具有外周，该第一部分的外周至少部分地形成圓形形状。厌氧消化 器可进一步包括第二部分，其被构建成接纳来自第一部分的预加热的废弃 物材料并厌氧消化预加热的废弃物材料。第二部分可以具有第 一通道和通 过一个或多个间隔物与第 一通道分开的至少 一个第二通道。当废弃物材料 从第一通道流向至少一个第二通道时，废弃物材料改变方向。第二部分具 有外周，第二部分的外周至少部分形成与第 一部分相同的圓形形状。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得明显。 附图简述


图1是根据本发明一个实施方案的废弃物处理系统的示意图。
图2是图1所示的废弃物处理系统的消化器的部分截面正视图。 图3是混合室与消化器之间的壁且沿图1中的3-3线取的截面图。 图4是沿图1中的4-4线取的澄清器(clarifter)的部分截面正视图。 图5是图I所示的废弃物处理系统的堆肥机(composter)的透视图。 图6是沿图5中的6-6线取的堆肥机的截面图。 图7是图1所示的废弃物处理系统中采用的工艺的流程图。图8是类似于图7的视图，且显示了本发明的可选择的工艺。
图9是类似于图7和8的视图，且显示了本发明的另一种可选择的工
图10是类似于图7-9的视图，且显示了本发明的另 一种可选择的工艺。
图11是图1所示的废弃物处理系统的一部分的放大图。
图12是体现本发明的可选择的废弃物处理系统的示意图。
图13是沿图12中的线13-13取的消化器的部分截面图。
图14是沿图]2中的14-14线取的消化器的部分截面正视图。
图15是根据本发明一个实施方案的废弃物处理系统的示意图。
图16是根据本发明另一个实施方案的废弃物处理系统的示意图。
详细描述
在详细iii明本发明的一个实施方案之前，应该理解，本发明在其应用 方面并不受限于下面的描述中提出的或下面的附图中阐释的结构的细节 和部件的配置。本发明能够是其他实施方案，且可以按不同的方式被实施 或进行。而且，应该理解，此处使用的措辞和术语是为了描述的目的，且 并不应该被认为是限制性的。此处使用的"包括(including)"和"包括 (comprising )"及其变体意指包括下文列出的条目及其同等物以及另外的 条目。
图1 - 10阐释了体现本发明的废弃物处理系统10。图I -6显示了在 其中进行处理的设备。用处理肥料来描述系统10，但是系统10通常也可 以用来处理木浆、市政废弃物或有机废弃物产品。
图1示意性地显示了用于处理高固体农场废弃物的设备。消化器外壳 20包括三个主要部分混合室30、消化器40和澄清器50。消化器外壳 20被设置成使得相对大的消化器40可以安装在相对小的空间内。
图2阐释了消化器外壳20的外壁54的构造。消化器外壳20的外壁 54的高度约为17英尺，且消化器外壳20内的液体深度58约为14英尺，
8液体58上方的沼气储存区域59约为18英寸。底座(footing) 62提供壁 54和地面66之间的界面，并支撑壁54和底面(floor) 74的边缘70。底 座62和壁54都采用灌浇混凝土建造。壁54在其下端78处为约12英寸 厚，而壁54在其上端82处为约8英寸厚。消化器外壳20的底面74为约 4英寸的混凝土。约4英寸厚的隔离件(insulation) 86可以^皮设置在底面 74的下面，并4是供底面74与地面66之间的界面。
消化器外壳20的顶部(roof) 90位于消化器外壳20的底面74之上约 15英尺8英寸处。顶部90用约10英寸厚的SPANCRETE混凝土 98建造， 其上盖有一层厚度在4英寸到8英寸之间，更特别地是在3英寸到4英寸 之间的隔离件94。
沼气储存室102可以位于顶部90的上方。室102的主要部件是包括 上部内衬部分110和下部内衬部分114的内衬106。内衬106优选由高密 度聚乙烯(HDPE)构建，但也可以是任何其他适合的材料。内衬106通 过将边缘118锁定(capture )在6英寸的槽铁122的下面而在内衬106的 边缘118的周围形成密封，而其中所述槽铁122通过使用嵌入在消化器外 壳的壁54内的多个锚栓130上的螺母126而可拆卸地连接到消化器外壳 的壁54上。环绕内衬106内的室102的外围，嵌入有10英寸的PVC管 134，用来辅助保持环绕内衬106的外围的密封。内衬106被构造成使得 当在消化器40中产生沼气时，内衬能够灵活地(flexibly)填充沼气，且 如果需要可以排空沼气。作为消化器外壳20内的沼气储存59的附加物， 沼气储存室02可以被包括有顶的储存系统(roofed storage system)的任 何其他适合的气体储存系统所替代。
回到图1,混合室30具有约36英尺xl5英尺的水平尺寸。设置在混 合室30内的是约2000英尺的3或4英寸的黑色加热管142，其被设计成 在混合室30内输送热水以加热淤渣(sludge) 144。流入物管148将肥料 336输送到混合室30中。密闭的容器可以进一步包括加热装置，且可以包 括或可以不包括分隔物(partition )。加热装置可以包括具有排放喷嘴的包 含液体或气体的导管以进一步搅动废弃物材料，加热装置被设置成加热废 弃物材料以形成加热的废弃物材料。通过至少一种利用循环沼气的混合喷嘴的系统(喷嘴位于活化淤渣循环管147的端上)以及通过加热管142加 热肥料336产生的对流来提供混合室30内的混合。在一个实施方案中， 循环管可以将流出物输送至消化器166，在另一个实施方案中输送至混合 室30。如果需要，用于从混合室30去除固体的标准螺丝钻146被设置在 混合室30的底面150附近，使得其能通过混合室30的壁154从混合室30 的底面150输送固体至收集装置158。收集装置158是任选的。在另一个 实施方案中(未显示)，固体可以通过其他任何适合的系统从混合室30移 除，比如集污泵。
如图3所示，在混合室30和消化器40之间的壁162上形成的切口 160 允许淤渣从混合室30流至消化器40。此外，可移动的板61可以设置成 阻塞壁162上的开口 163。图3显示的可移动的板是任选的。如果希望的 话，可移动的板161可以按照需要被移开，以允许从混合室30至消化器 40更大的流量。
回到图I,消化器40是通常U形的容器，其整个水平尺寸为约100 英尺长和72英尺宽。长约90英尺的中间壁165将消化器40分隔为U形 的2个支路166、 170。这样，消化器40的每个支路166、 170为约100英 尺长和36英尺宽。
消化器40的第一支路166包括约800英尺的3或4英寸的黑色加热 管]74，热水或热气能够流过黑色加热管174。加热管174或者分隔的气 管沿着中间壁165设置。消化器40的第二l路170包括约200英尺的4 英寸的黑色加热管178，其也沿着中间壁165设置。在图11阐释的另一个 实施方案中，加热管74、 ]78或分隔的气管178可以包括喷嘴180，以将 加热的气体或者循环沼气分配到淤渣144中。
除了产生活性淤渣184外，消化器40内的厌氧消化也产生甲烷气体 形式的沼气，其被收集在位于消化器40内的液体上方和顶部98下方之间 的空间内，并且也可以储存在气体储存室102中。室102内浓缩的任何液 体被引导穿过流出物管196(参见图7-9)至液体储存池198(见图7-9)。 收集的沼气用于为内燃发动机138供给燃料(见图7),该内燃发动机l38 与发电机组合可以用于生产电力，卖给电网332 (参见图7)。内燃发动机138的冷却系统也可以产生热的冷却剂，该热的冷却剂可以用于混合室30
中的加热和搅拌，且可选择地，用于混合室30和消化器40中的加热和搅 拌。来自发动机138的热水通过气/液冷却器334 (参见图7)，以将发动机 138出口处的约180。F的水的温度降至混合室30和消化器40中使用的约 160°F。
如图1所示，任选的澄清器50邻近澄清器板182外的消化器40且邻 近混合室30设置。澄清器50的水平尺寸为约36英尺x21英尺，除了设备 室183外，任何设备或硬件中的大部分是空的。转向图4，澄清器板182 由高密度聚乙烯构建，并在消化器40和澄清器50之间形成局部屏障。澄 清器板182从中间壁165至外壁54横跨澄清器50来覆盖整个水平尺寸。 澄清器50内的分隔板186起到沿向下的方向引导固体至澄清器50的底部 190的作用，在底部190处，固体收集到集污池194中。集污管198引至 标准固体压机214 (参见图7-9),并引至将活性淤渣184输送至混合室 30或可替代的，输送至消化器40 (参见图I )的活性淤渣循环管147。
如图7 - 9所示，由于操作固体压机214而产生的液体的一部分可以 循环至混合室30或消化器40,用以进一步处理。
回到图4，澄清器50中的液体通过缺口 202例出并收集到集液池206 中。集液池206内的液体流出物管210通向热交换器340 (参见图7)并 引至液体储存池198 (参见图7 )。
图5和6中更详细阐释的堆肥机220设置在固体压机214的下游。堆 肥机是任选的。堆肥4几220的主要部件包括水箱224和堆肥桶(composting barrel) 228。水箱224通常是由混凝土建造的具有6英寸厚的壁230的矩 形平行六面体。隔离件232的4英寸的层(图6中未显示)覆盖了壁230 的外周。集污池236位于水箱224的底面240。延伸通过水箱224的底面 240的是供气管244。水箱224的第一壁252上的端口 248容纳连接固体 压机214与堆肥桶228的淤渣供给管256。水箱224的第二壁264上的端 口 260容纳堆肥才几固体出口管268。
水箱224的水位272可以是变化的，以对堆肥桶228提供浮力支持； 如图5和6所示的水位272表示典型的水位。水276的典型温度是140°F-160°F 。进水管280提供了流向堆肥桶228和水箱224的水276的流 动。水276由发动机138的冷却器334供给。
堆肥桶228界定了内室232。淤渣供给螺丝钻284位于淤渣供给管256 内，并从淤渣供给管256内延伸到桶228的室232中。堆肥固体出口螺丝 钻(composted solids exit auger) 288从桶228的室232内部延伸到堆肥机 固体出口管268中。使用具有内部气压/排水(未显示)的双旋转联合密封 件将每根管256、 268连接至堆肥桶228的端292、 294。管256、 268和螺 丝钻284、 288被设计成使千燥淤渣和厌氧消化所必需的空气可以通过堆 肥桶228。空气通过固体出口管268和进气管266，进入堆肥桶228，并通 过出气管258和淤渣供给管256出来。空气管258、 266垂直延伸以使他 们的端270保持在堆肥桶228中的活性淤渣184的上方。
堆肥桶228通常是圓柱形的，约100英尺长且直径10英尺。多个耐 磨条296附着在桶228的外周上。作用于耐磨条296的橡胶轮胎300起到 将堆肥桶228固定在合适位置的作用。
如图5和6所示，多个叶片304附着在桶228上。这些叶片304在第 三和第四耐磨条308、 312之间延伸。叶片304通常平行于堆肥桶228的 纵轴。如图6所示，为了实现与叶片304的协作，进水管280和进气管244 从堆肥桶228的垂直中心线以相反的方向横向偏移。因此，当水276从进 水管280流入时，水276聚集在堆肥桶228的第一恻面316的叶片304上， 而当气体320从进气管244流入时，气体320聚集在与堆肥桶228第一侧 面316相对的第二侧面318的叶片304的下面。堆肥桶228的第 一侧面316 上的水276的重量和堆肥桶228第二侧面上的气体320的浮力形成的横向 不平衡使得桶228以图6显示的顺时针方向旋转。
堆肥桶228朝堆肥桶228的出口端294略微倾斜，促使堆肥桶228内 的活性淤渣184沿着堆肥桶228的纵轴朝出口端294移动。如图6所示， 堆肥桶228还包括内挡板296,其在堆肥桶228旋转的时候起到挡住并翻 转活性淤渣184的作用。
如图I所示，堆肥机固体出口管268连接至标准包装设务234，将堆 肥固体置于包328中供出售。
12如图1和图7所示，在操作废弃物处理系统10时，来自农场区和其
他来源的未处理粗肥料336被输送至废弃物处理位置并转移至热交换器 340，如果需要的话，在热交换器340处，将使用经由液体流出物管210 来自澄清器50的热水解冻肥料336。
之后，通过流入物管148，将肥料336从热交换器340转移至混合室 30,可选择地，其中肥料336可以与通过活性淤渣循环管147从澄清器50 循环的活性淤渣184混合以成为淤渣144。通过将约160下的冷却剂从发 动机冷却器334引导通过混合室加热管142来将淤渣144加热至约95下-130°F。此外，如果需要，诸如砂砾的固体在重力影响下掉落到混合室30 底部，并被混合室螺丝钻146去除。然后固体被转移到处置位置。
在混合室30中停留约1天后，淤渣144流过壁162上的切口 160或 开口 163,并流入进行厌氧消化的消化器40中。加入混合室30的肥料336 中的活性淤渣184起到开始厌氧消化过程的作用。
与现有技术的系统中的塞式流不同，此处描述的装置和方法采用了改 进的塞式流或浆体流来移动淤渣。消化器加热管174、 178利用来自发动 机138的冷却器334的约160。F的热水来局部加热淤渣144，使加热的混 合淤渣在对流力下上升。对流在消化器40中产生流，这不是现有技术的 高固体消化器的典型特征。淤渣144被消化器中间壁165附近的消化器加 热管174、 178加热，使得对流力引起加热的淤渣144在中间壁165附近 上升。同时，相对较冷的外壁54附近的淤渣在对流力下下降。因此，对 流力使淤渣144沿着中间壁165向上并沿着外壁54向下的环形流路前行。 同时，淤渣144沿着消化器50的第 一和第二支路166、 170流动，导致形 成淤渣144的组合的螺旋形流路。
在另一个实施方案中(未显示)，利用来自发动机138的输出中的热 气的热气喷嘴代替热水消化器加热管174、 178来作为加热源和产生电的 来源(current-generating source )。注入的热气通过自然对流和强制对流l吏 淤渣144循环。在消化器40中形成类似的螺旋形流路。
如图11所示，为了进一步增强中间壁165附近的加热淤渣14的向上 流动，可以从消化器40中的沼气储存区域59移出沼气，用气体离心机或旋转叶片鼓风机加压，并通过设置在导管378上的喷嘴376注入到加热的 淤渣144中。这种在消化器40的底面74附近注入循环沼气起到提高用于 加热的淤渣144的螺旋形流路快速形成的作用。
在图l的设置中，消化器40的U形产生了长的淤渣流路，且因而产 生约20天的长停留时间。当淤渣144流经消化器40时，厌氧消化将淤渣 144处理为活性淤渣184。厌氧消化工艺也降低了去除固体后的液体流出 物中的磷酸盐含量，降低了约50%,这是符合未来环境法规的重要因素。
活性淤渣184从消化器40流入任选的澄清器50。澄清器50利用重力 将活性淤渣184分离成液体和固体部分。在重力和分离板186的影响下， 液体部分上升到混合物的顶部，并通过缺口 202被倾倒入集液池206中。 稍后，液体部分通过流出物管210被转移至储存池198。然后，从储存池 198中取出液体用于处理或用作肥料。
活性淤渣184的固体部分沉降到集污池194中的澄清器50的底部190。 从该处，约10 %到25%的活性淤渣184通过活性淤渣循环管147循环至 消化器40或混合室30，以与进入的肥料336混合，正如上面描述的。剩 下的约75 %到90 %的活性淤渣184通过集污管198从澄清器50中去除并 被转移至固体压机214，在固体压机214中，活性淤渣184的水含量降至 约65 % 。
利用淤渣供给螺丝钻284,活性淤渣184通过淤渣供给管256从固体 压机214转移至堆肥桶228的内室232，在该内室232中，加热并搅拌活 性淤渣184，使得好氧消化将活性淤渣184转化为可使用的肥料。可以向 室232中加入外部的散装堆肥材料以使肥料更适于后续的零售。当堆肥桶 228转动时，室232内的挡板296搅拌并转动淤渣。这种搅拌也起到使淤 渣暴露于空气中以增强好氧消化的作用。同时，桶228位于水箱224中， 水箱224加热桶228。这种加热也促进了好氧消化。
在优选的实施方案中，从进水管280落下的水276和从进气管244上 升的气体320聚集在叶片304上，且使堆肥桶228绕其纵轴转动。在其他 实施方案中，电动机直接驱动或带驱动，或其他任何合适的驱动装置可以 转动堆肥桶228。当活性淤渣184在室232中翻转并进行好氧消化时，借助消化器固体 出口螺丝钻288的驱动，活性淤)'查也沿纵向移动并最终通过堆肥机固体出 口管268离开堆肥桶228。处理后的淤渣变成约40 %水分的可利用的肥料， 该淤渣被转移至打包设备324。在打包设备324中，处理后的淤渣被打包 当作肥料出售。
在图8阐释的可选择的实施方案中，涡轮机139替代上述内燃发动机。 涡秀&才几139优选为由Unicom Distributed Energy分销的AlliedSystems TURBOGENERATOR涡轮动力系统。涡轮机139由沼气储存室59或102 中收集的甲烷供给燃料。涡轮机139的使用与前述工艺的不同将在下面概 述。与发动机冷却器334产生加热的冷却剂不同，涡轮机139产生约455°F 的废气。热废气用于在闭路335中通过气/水热交换器337来加热水。然后， 加热的水用于在混合室30中进行加热以及用于在消化器40中进行加热和 搅拌。该实施方案与上述堆肥机(未显示)联合使用。
如图8所示，堆肥机被固体干燥器218代替，在固体千燥器2I8中， 来自涡轮机139或往复式发动机138的热废气用于千燥从固体压机214取 出的淤渣。活性淤渣184从固体干燥器218转移至打包设备324。在打包 设备324中，处理后的淤渣被打包当作肥料出售。
在图9阐释的另一个实施方案中，来自涡轮机139的热废气用于在气 /气热交换器220中将来自沼气储存室102的甲烷加热至约160下。然后， 加热后的曱烷被注入混合室30以及消化器40中，用于加热和搅拌。在此 实施方案中，可以密封消化器40而与任何气体污染物隔绝，这是因为只 有甲坑用于加热和搅拌。然后，甲烷被重新收集到沼气储存室中，供重新 使用。该实施方案与上述堆肥机(未显示)联合使用。
在图9阐释的实施方案中，堆肥机被固体干燥器218代替，在固体千 燥器218中，来自涡轮机139的热废气用于干燥从固体压机214取出的淤 渣。而且，活性淤渣184从固体干燥器218转移至打包设备324。在打包 设备324中，处理后的淤渣被打包当作肥料出售。
在图10阐释的另一个实施方案中，流化床干燥器350代替了前面的 实施方案中描迷的堆肥机或固体千燥器。来自固体压机214的约35%固体
15的加压生物固体进入流化床千燥器350，在流化床千燥器350中，利用闭 路气体系统354中的热气使固体流化。这种流化导致生物固体中的水分被 热气带走。含水的热气通过水冷凝器358，在水冷凝器358中，水被从热 气中除去并循环回到混合室30中的加热管142以及回到消化器40中的加 热管174中。通过气/气热交换器362将热提供给闭路气体系统354。来自 一系列涡轮机139的热废气将热提供给气/气热交换器362。然后，在剩余 气体排放入大气之前，废气进入水冷凝器358以除去来自涡轮机废气的燃 烧水分。除了重新捕集水分外，水冷凝器358也重新捕集涡轮机废气和闭 路气体系统354中的热气携带的热。此捕集的热用于加热闭路水加热系统 中循环的水。
流化床千燥器350和气/气热交换器362的组合重新捕集涡轮机139产 生的热，否则热将会损失在涡轮机废气中。流化床千燥器350中的热气使 来自固体压机的流出物携带的水蒸发。由流化床千燥器350中剩余的空气 中的水分携带的蒸发潜热基本上被水冷凝器358重新捕集。闭路气体系统 354允许氧含量减少的空气用在流化床干燥器350中，以降低与干燥有机 材料有关的火突的风险。此外，如果需要的话，闭路气体系统354允许增 加辅助的燃烧器(未显示)以在流化床千燥器350中处理更湿的材料。可 以在水冷凝器358之后向闭路气体系统354中加入可变速的风扇(未显 示)，用于流化床干燥器350的空气加压。
在图10阐释的实施方案中，活性淤渣184从固体千燥器218转移至 打包设备324。在打包设备324中，处理后的淤渣被打包当作肥料出售。
在另一个实施方案(未显示)中，堆肥机被固体干燥器218代替，在 固体千燥器218中，来自内燃发动机138的热废气用于千燥从固体压机214 取出的淤渣。而且，活性淤渣184被从固体干燥器218转移至打包设备324。 在打包设备324中，处理后的淤渣被打包当作肥料出售。
图12阐释了本发明的废弃物处理系统的另一个实施方案，其中相同 的部件具有相同的数字。具体地说，图12阐释了废弃物处理系统10'，该 废弃物处理系统10'包括消化器外壳20'、混合室30'、消化器40'和澄清器 50'。中间壁65'将消化器40'分隔为第一支路166'和第二支路170'。因此，淤渣144可以在第一方向上沿着第一支路166'从混合室30'移入消化器40' 中，并在与第一方向相反的第二方向上沿着消化器40'的第二支路170' 朝澄清器50'移动。
如图12所示，第一支路166'和第二支路170'中的每一个包括相对于 中间壁65'设置的分隔物370，使得分隔物370和中间壁65'之间形成空间 380。分隔物可以包括硬板或厚板、布或帘、油布、膜及其组合中的至少 一种。此外，分隔物可以由多种材料构建，材料包括，但不限于，金属、 木材、聚合物、陶瓷、复合材料及其组合中的至少一种。第一支路166'和 第二支路170'中的每一个进一步包括位于分隔物370和中间壁65'之间的空 间380内的加热装置372，使得当淤渣144或活性淤渣184 (为了简化， 从此位置向前都称为淤渣144)接触加热装置372时就会被加热。加热的 淤渣144通过自由对流而相对于较冷的淤渣144上升，并被允许在空间380 内向上升。
图13和14更详细地显示了加热装置372和分隔物370。为了简化， 将更详细地描述加热装置372和分隔物370的其中一个，但是应该注意该 描述也可以同样适用于其他加热装置372和分隔物370。如图13和14所 示，加热装置372包括一系列导管374，每一个包含加热介质。本发明中 可以使用多种加热介质，包括水和气体中的至少一种。导管374并不需要 都包含相同的加热介质。也就是说，导管374中的一些可以包含气体，而 其他的包含液体，诸如水。
如图13和14所示，废弃物处理系统10'可以进一步包括至少一根导 管378，其包含来自沼气储存区域59的压缩的循环沼气，且具有喷嘴376。 喷嘴376是气体出口 。包含在导管378中的压缩沼气流经导管378,并从 喷嘴376中流出，使得当气体经由喷嘴376从导管378逸出时，气体在空 间380中^t向上推以促使淤渣144通过气/水上升原理而向上移动。图13 和14阐释了具有喷嘴376的2根导管378。可以使用任何数目的具有喷嘴 376的导管378而并不背离本发明的主旨和范围。喷嘴376可以是钻到导 管378上的简单的孔或者是通过焊接或攻丝(t叩p]ng)连接到导管378上 的专门喷嘴376。参考图13和14，框架364设置在空间380内以支撑加热装置372和 导管378。框架364被阐释为包括多个梯状单元365和通常平行于中间壁 65'延伸以连接单元365的连接棒369。如图13和14所示，每个单元365 由位于空间380的相对侧面上的2根竖直柱366和横^争空间380的连接2 根竖直柱366的多根横梁368形成。框架364只通过示例来阐释，且本发 明决不限于所阐释的支撑结构。多种框架元件可以用于支撑加热装置372、 导管378和/或空间380内的废弃物处理系统10'的其他部件而并不背离本 发明的主旨和范围。
如图13和14所示，分隔物370具有顶部边缘371和底部边纟彖373。 此外，所阐释的分隔物370是基本上垂直的且其高度比消化器40'低，使得 加热的淤渣144可以在分隔物370的顶部边纟彖371之上移动并从分隔物370 与中间壁65'之间的空间380出来，且冷却的淤渣144可以在分隔物370 的底部边缘373下移动并进入空间380。因此，如图13和14的箭头所示， 分隔物370与加热装置372联合促进淤渣144向上和向下移动。当淤渣144 沿着消化器40'的第一支路166'和第二1路170'移动时，这种淤渣144的向 上和向下移动导致了淤渣144总的螺旋形移动。具有喷嘴376的2根导管 378进一步促进了这种螺旋形运动，这2根导管378在图13和14中位于 加热装置372的一系列导管374下面。遍及消化器40'的淤渣144的螺旋形 运动4足进了淤渣144的热混合以产生活性淤渣184。
图12 - 14阐释的一系列导管374由空间380内的2x5的构型(即，2 根导管374横跨，5根导管374上下放置)形成，且导管374通常平行于 中间壁65'。另一个示例是2x6的构型，如图13所示。此外，具有喷嘴376 的2根导管378通常也平行于中间壁65'延伸，并设置在刚刚描述的一系列 导管374下面。然而，应该注意，可以采用按多种构型设置的任何数目的 包含加热介质的导管374和任何数目的具有喷嘴376的导管378而并不背 离本发明的主旨和范围。图12-14仅通过示例描述了一系列导管374和具 有喷嘴376的导管378。
图15阐释了根据本发明的另一个实施方案的用于处理高固体废弃物 的废弃物处理系统410。消化器外壳420包括3个部分混合室430、消化器440和澄清器450。消化器外壳420设置成使相对大的消化器440可 以安装在相对小的空间内。
如图15所示，消化器外壳420的外壁454通常是圆形的，使得消化 器外壳420的外周通常也是圓形的。此外，外壁454构成混合室430、消 化器440和澄清器450的外周的至少一部分。换句话说，混合室430、消 化器440和澄清器450中的每一个均具有由消化器外壳420的通常是圓形 的外壁454界定的外周。
混合室430包括流入物管448,该流入物管448用于接收进入混合室 430中的来自消化器外壳420外部的废弃物材料。在混合室430和消化器 440之间的壁462上形成切口 460,该切口 460允许淤渣从混合室430流 到消化器440中。混合室430也包括加热装置，当淤渣流过混合室430时， 加热装置用于加热淤渣。加热装置可以是，如加热管442或者包含液体或 气体的其他导管。加热装置442可以包括排放喷嘴(未显示)以进一步搅 动〉於法。
消化器440包括第一支路或通道441、第二支路或通道442以及第三 支路或通道443。第一和第二支路441、 442被第一间隔物444相互分开， 而第二和第三支if各442、 443被第二间隔物445相互分开。第一通道441 具有第 一端441 a和第二端44 lb ，第二通道具有第 一端442a和第二端442b, 且第三支路443具有第一端443a和第二端443b。第一通道441的第一端 441a邻近切口 460，因而该切口还起到接收进入消化器440的淤渣的进口 的作用。第一通道441的第二端44lb邻近第二通道442的第一端442a。 第二通道442的第二端442b邻近第三通道443的第一端443a。第三通道 443的第二端443b邻近澄清器450。第一间隔物444具有端444a,淤渣围 绕该端444a从第 一通道441流向第二通道442。同样地，第二间隔物445 具有端445a,淤渣围绕该端445a从第二通道442流向第三通道443。废弃 物从消化器440流向任选的澄清器450中。
消化器440为淤渣形成通常是S形的流路。然而，应该注意的是，通 过添加额外的通道，可以采用额外的间隔物来增加流路的长度。消化器440 为由外壁454围住的相对小的区域内的淤渣提供了相对长的流路。如图15所示的废弃物材料处理系统410可以包括关于前面的实施方
案讨论的任何一个特征。例如，消化器440可以包括加热装置，当废弃物 材料流经消化器440时，加热装置用于加热废弃物材料。在一个实施方案 中，加热装置包括加热管478，这些加热管478纟皮沿着第一通道441、第 二通道442、第三通道443或其组合内的一个或两个间隔物444、445设置。 消化器加热管478使用，如热水或热气来局部加热淤渣，从而在对流力下 使加热混合的淤渣上升。对流力造成加热的淤渣在第一和第二间隔物444、 445附近上升。同时，靠近相对较冷的外壁454的淤渣在对流力下下降。 因此，对流力使淤渣沿着穿过第一通道441,沿着间隔物444上升并沿着 外壁454下降的环形流路前行。类似地，对流力使淤渣沿着穿过第三通道 443 ，沿着第二间隔物445上升并沿着外壁454下降的环形流路前行。同 时，淤渣沿着第一、第二和第三通道441、 442、 443流动，从而导致为淤 渣形成组合的类似螺旋形的流路。加热管478可以包括将水或气体扩散到 淤渣中的喷嘴。在另一个实施方案中，使用来自发动机(未显示)的输出 中的加热气体进行热气喷注(injection jet)来替代热水消化器加热管作为 加热的来源和发电的来源。注入的热气通过自然对流和强制对流使淤渣循 环。由此在消化器440中形成类似螺旋形的流路。
图16阐释了本发明的废弃物处理系统的另一个实施方案，其中相同 的组件相对于图15中通常显示的实施方案具有相同的数字。具体地说， 图16阐释了废弃物处理系统410'，其包括消化器外壳420'、混合室430'、 消化器440'和澄清器450'。第一间隔物444'和第二间隔物445'将消化器440' 分隔为第一通道441 '、第二通道442 '和第三通道443 '。
消化器440'进一步包括相对于第一间隔物444'和第二间隔物445'设置 的一个或多个分隔物370'，使得在分隔物370'和相应的间隔物之间形成空 间380'。分隔物370'可以包括硬板或厚板、布或帘、油布、膜及其组合中 的至少一种。此外，分隔物370'可以由多种材料构建，材料包括，但不限 于，金属、木材、聚合物、陶瓷、复合材料及其组合中的至少一种。第一 通道441 '和第三通道443 '中的每一个进一步包括位于分隔物370'和间隔物 之间的空间380内的加热装置478'，使得当淤渣接触加热装置478'时就会#皮加热。加热的淤渣通过自由对流相对于4交冷的淤渣上升，并一皮允许在空
间380'内向上升。
所阐释的分隔物370'基本上是垂直的且其高度比消化器440'低，使得 加热的淤渣可以在分隔物370'的顶部边缘之上移动并从分隔物370'与间隔 物之间的空间380'出来，且冷却的淤渣可以在分隔物370'的底部边缘下移 动并进入空间380'。因此，分隔物370'与加热装置478'联合促进淤渣的向 上和向下移动。当淤渣沿着消化器440'的第一通道441'、第二通道442'和 第三通道443'移动时，这种淤渣的向上和向下移动导致了淤渣总的螺旋形 移动。任选地，第二通道443'包括加热装置372'和/或第 一间隔物444'和第 二间隔物445'中的4壬一个或两个上的分隔物370'。
本发明的不同的实施方案提供在所附的权利要求收中。
权利要求
1.一种用于厌氧消化高固体废弃物材料的方法，所述方法包括提供具有相对圆形的外壁的密闭容器，所述密闭容器包括第一通道、第二通道和间隔物，所述第一通道具有入口，废弃物材料在所述第一通道中在第一方向上流动，废弃物材料在所述第二通道中在第二方向上流动，所述间隔物具有端，所述间隔物将所述第一通道与所述第二通道分开，当废弃物材料从所述第一通道流向所述第二通道时，所述废弃物材料围绕所述间隔物的所述端流动。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，所述第一通道或所述第二通道包 括所迷相对圓形的外壁的至少 一部分。
3. 如权利要求1所述的方法，其进一步包括第三通道，废弃物材料在 所述第三通道中在大体类似于所述第一通道的所述第一方向的方向上流动。
4. 如权利要求1所述的方法，其进一步包括使用设置在所述第一通 道或所述第二通道内的加热装置来促使废弃物材料以螺旋形的方式移动 通过所述第一通道和所述第二通道中的至少一个。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，所述加热装置邻近所述相对圓形 的外壁设置，且所述加热装置提供使加热的废弃物材料在所述相对圓形的 外壁附近上升的对流力。
6. 如权利要求4所述的方法，其中，所述加热装置包括加热管，且进 一步包括借助加热管来增强对流并促使形成螺旋形流路。
7. 如权利要求4所述的方法，其中，所述加热装置邻近所述间隔物设 置，且所述加热装置提供使加热的废弃物材料在所述间隔物附近上升的对 流力。
8. 如权利要求4所述的方法，其中，所述加热装置包括导管，所述导管具有至少一个气体出口 ，所述至少一个气体出口设置成利用循环沼气来 促使加热的废弃物材料向上移动。
9. 一种用于消化高固体废弃物材料的厌氧消化器，所述厌氧消化器包括相对圓形的密闭容器，其具有第一通道和第二通道，废弃物材料在所 述第一通道中在第一方向上流动，废弃物材料在所述第二通道中在相对于 所述第一方向相反的第二方向上流动，所述第一通道通过第一间隔物与所 述第二通道分开。
10. 如权利要求9所述的消化器，其进一步包括混合室，所述混合室 设置在所述第一通道之前，且,皮构建成在废弃物材料进入所述第一通道之 前预加热所述废弃物材料。
11. 如权利要求9所述的消化器，其进一步包括澄清器室，所述澄清 器室设置在第三通道之后，且被构建成允许来自所述第二通道的废弃物材 丰卜沉降为液体和固体《且分。
12. 如权利要求9所述的消化器，其进一步包括第三通道，废弃物材 料在所述第三通道中在大体类似于所述第一通道的所述第一方向的方向 上流动，所述第二通道通过第二间隔物与所述第三通道分开。
13. 如权利要求9所述的消化器，其进一步包括加热装置，以加热废 弃物材料，所述加热装置设置在所述第一通道、所述第二通道或其组合内， 以促使废弃物材料以螺旋形的方式移动通过所述第一通道和所述第二通 道中的至少一个。
14. 如权利要求13所述的消化器，其中，所述加热装置包括加热管， 所述加热管被构建成增强对流并促使形成螺旋形流路。
15. 如权利要求9所述的消化器，其进一步包括分隔物，所述分隔物 相对于一个或多个壁设置，使得在所述壁与所述分隔物之间形成空间，且 其中，在所述空间内i殳置有一加热装置，用于加热废弃物材料，并使加热 的废弃物材料能够在所述空间中向上流动。
16. 如权利要求15所述的消化器，其中，所述分隔物具有顶部边缘，加热的废弃物材料在所述顶部边缘上移出所述空间。
17. 如权利要求15所述的消化器，其中，所述分隔物具有底部边缘， 加热的废弃物材料在所述底部边缘下移入所述空间。
18. —种用于消化高固体废弃物材料的密闭的厌氧消化器，所述厌氧 消化器包括第 一部分，其被构建成接纳来自所述密闭的厌氧消化器外部的来源的 废弃物材料并预加热所述废弃物材料，所述第一部分具有外周，所述第一 部分的外周至少部分^L形成圓形形状；以及第二部分，其被构建成接纳来自所述第一部分的预加热的废弃物材料 并厌氧消化所述预加热的废弃物材料，所述第二部分具有第一通道和通过 一个或多个间隔物与所述第一通道分开的至少一个第二通道，其中，当废 弃物材料从所述第一通道流向所述至少一个第二通道时，所述废弃物材料 改变方向，所述第二部分具有外周，所述第二部分的外周至少部分地形成 与所述第 一部分相同的圓形形状。
19. 如权利要求18所述的消化器，其进一步包括分隔物，所述分隔物 具有顶部边缘和底部边缘，所述顶部边缘与密闭的第二部分的顶部间隔一 距离，且所述底部边缘与所述密闭的第二部分的底部间隔一距离。
20. 如权利要求18所述的厌氧消化器，其进一步包括第三通道，废弃 物材料在所述第一通道中在第一方向上移动，废弃物材料在所述第二通道 中在相对于所述第一方向相反的第二方向上移动，废弃物材料在所述第三 通道中在与所述第一方向大体相同的第三方向上移动。
21. 如权利要求8所述的厌氧消化器，其进一步包括第三部分，所述 第三部分被构建成接纳来自所述第二部分的废弃物材料，并允许来自所述 第二部分的废弃物材料沉降为液体和固体组分，所述第三部分具有外周， 所述第三部分的外周至少部分地形成与所述第一部分和所述第二部分相 同的圓形形状。
22. 如权利要求18所述的厌氧消化器，其进一步包括外壁，所述外壁 呈圓形形状，并界定所述第一部分和所述第二部分的外周。
23. 如权利要求18所述的厌氧消化器，其进一步包括加热装置，所述 加热装置设置在所述第二部分上，所述加热装置被构建成促使废弃物材料 对流流过所述第 一通道或所述至少 一 个第二通道。
24. 如权利要求23所述的厌氧消化器，其中，所迷加热装置邻近外壁 设置。
25. 如权利要求23所述的厌氧消化器，其中，所述加热装置邻近所述 一个或多个间隔物中的 一个或多个设置。
26. 如权利要求23所述的厌氧消化器，其中，所述加热装置包括加热 管，所述加热管被构建成增强对流并促使形成螺旋形流路。
27. 如权利要求23所述的厌氧消化器，其中，所述加热装置被构建成 用气体加热废弃物材料。
全文摘要
一种用于厌氧消化高固体废弃物材料的方法和装置。该装置包括具有相对圆形的外壁的密闭容器。密闭容器具有第一通道、第二通道和间隔物，第一通道具有入口，废弃物材料在第一通道中在第一方向上流动，废弃物材料在第二通道中在第二方向上流动，间隔物具有端。间隔物将第一通道与第二通道分开，使得当废弃物材料从第一通道流向第二通道时，废弃物材料围绕间隔物的端流动。
文档编号C02F3/28GK101600660SQ200680056886
公开日2009年12月9日 申请日期2006年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者斯蒂芬·W·德沃夏克 申请人:Ghd公司