可降解废物处理

背景技术：

1、目前每年产生约20亿吨城市垃圾，其包括有机固体垃圾。处理这些废物并从中回收资源是一个新兴的研究领域，其总体目标是扭转废物材料的积累，降低废物处理成本，并提高辅助过程的效率和从这些废物中回收的带有材料的产品。特别值得关注的是人体排泄物的处理，其处置存在物流问题，特别是在人口稠密的地区，并且对其处理的不足可能会具有严重的当地环境和健康影响。

2、即使是用于处理诸如人体排泄物之类的可降解废物的现代系统也具有重大缺陷，这些缺陷使人们对哪些系统作为整体长期可行性产生疑问，无论是因为能源效率低下、空间效率低下、使用刺激性化学品等。一种常用于可降解废物固液分离的系统利用沉降，例如沉淀，但该过程需要化学絮凝剂并产生低质量的排放水。另一种这样的系统是利用膜生物反应器来分离固体和液体废物，但主要挑战是膜的污染和膜材料的高成本。

3、因此，所期望的是简化的系统和方法，其能够缩放以处理包括可降解材料的流，以便再利用或易于处置，并且这些系统和方法具有适当的效率，使得它们可以成本有效地操作并且几乎没有环境影响。

技术实现思路

1、本公开的各方面涉及一种用于处理反应物的反应器系统。在一些实施例中，该反应器系统同时从反应器中分离反应产物或溶剂。在一些实施例中，该系统包括反应器，该反应器包括内部反应器容积；与内部反应器容积流体连通的第一入口，该第一入口构造成接收包括第一反应物的液体流入流；与该内部反应器容积流体连通的至少一个出口，该至少一个出口构造成去除包括一定量溶剂蒸气的第一气体流出流；以及与内部反应器容积流体连通的第二入口，该第二入口构造成接收包括第二反应物的气体流入流。在一些实施例中，该系统包括定位在内部反应器容积中的生物质；定位在第二入口和生物质之间的多孔基材；与第一入口流体连通的液体流入流，该液体流入流包括水性组合物并且第一反应物包括一种或多种可降解组分；与至少一个出口流体连通的第一气体流出流，溶剂蒸气包括水；以及与第二入口流体连通的气体流入流，该气体流入流包括气体组合物，该气体组合物包括第二反应物，第二反应物包括氧气。在一些实施例中，反应器系统缺少在出口之后的分离系统，例如澄清器、膜等。在一些实施例中，反应器系统缺少在反应器流体出口之后的分离系统，例如澄清器、膜等。在一些实施例中，反应器系统缺少用于在反应物的反应后使用的分离系统。

2、在一些实施例中，多孔基材包括平均直径在约1mm至约300mm之间的多个孔口。在一些实施例中，可降解组分包括粪便、卫生纸、尿液、食物垃圾、工业废物、农业废物或其组合。在一些实施例中，气体组合物包括空气、纯氧或其组合。在一些实施例中，气体组合物包括新鲜空气流、第一气体流出流的至少一部分、或其组合。在一些实施例中，生物质包括多种嗜热细菌。在一些实施例中，嗜热细菌包括厚壁菌门、嗜热球菌门、变形菌门、芽胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、广古菌门或其组合。在一些实施例中，内部反应器容积中的温度保持在约40℃至约80℃之间。

3、在一些实施例中，该系统包括与该至少一个出口流体连通的冷凝器，该冷凝器包括液体冷凝器出口和气体冷凝器出口，液体冷凝器出口构造成从冷凝器去除一定量的液体组分，该液体组分包括一定量的溶剂蒸气，该气体冷凝器出口构造成从冷凝器去除一定量的气体组分，该气体组分包括一定量的第一气体流出流。在一些实施例中，气体冷凝器出口与内部反应器容积流体连通。

4、本公开的各方面涉及一种用于处理可降解废物的系统，该系统包括反应器，该反应器包括气泡分布器，该气泡分布器定位在反应器内并在气泡分布器和反应器的相对端之间限定内部反应器容积，该气泡分布器包括延伸穿过其中的多个基本均匀分布的孔口，孔口具有的直径在约1mm至约300mm之间，与内部反应器容积流体连通的第一入口，与内部反应器容积流体连通的至少一个出口，与内部反应器容积流体连通的第二入口，以及定位在内部反应器容积中的生物质，该生物质包括多种嗜热细菌。在一些实施例中，该系统包括与第一入口流体连通的第一流入流，该第一流入流包括水性组合物，该水性组合物包括一种或多种可降解组分；与该至少一个出口流体连通的第一气体流出流，第一气体流出流包括一定量的水蒸气；与第二入口流体连通的第二流入流，该第二流入流包括气体组合物，该气体组合物包括氧气组分；热源，该热源构造成将内部反应器容积维持在约40℃到约80℃之间的温度；冷凝器，该冷凝器与第一气体流出流流体连通；与冷凝器流体连通的液体冷凝器出口流，液体冷凝器流包括与第一气体流出流隔离的一定量的液体组分，并且具有小于约30mg/l的化学需氧量；以及与冷凝器和第二流入流流体连通的气体冷凝器出口流，该气体冷凝器流包括与第一气体流出流隔离的气体组分，其中第二流入流包括气体冷凝器出口流和一定量的空气。

5、在一些实施例中，嗜热细菌包括厚壁菌门、嗜热球菌门、变形菌门、芽胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、广古菌门或其组合。在一些实施例中，至生物质的氧转移速率等于或大于内部反应器容积的累积生物需氧量。在一些实施例中，第一气体流出流中的水蒸气的流速等于或大于第一流入流的流速。

6、本公开的各方面涉及一种用于处理可降解废物的方法。在一些实施例中，该方法包括提供反应器，该反应器包括内部反应器容积、与内部反应器容积流体连通的第一入口、与内部反应器容积流体连通的至少一个出口、与内部反应器容积流体连通的第二入口、定位在内部反应器容积中的生物质、以及定位在第二入口与生物质之间的多孔基材。在一些实施例中，该方法包括使第一流入流经由第一入口流至内部反应器容积，该第一流入流包括液体组合物，该液体组合物包括一种或多种可降解组分。在一些实施例中，该方法包括使第二流入流经由第二入口并穿过多孔基材流至内部反应器容积，第二流入流包括气体组合物，该气体组合物包括一种或多种反应物。在一些实施例中，该方法包括使一种或多种可降解组分与一种或多种反应物反应。在一些实施例中，该方法包括使第一流出流从内部反应器容积经由至少一个出口流动，该第一流出流包括一定量的溶剂蒸气。在一些实施例中，该方法包括使第一流出流的至少一部分流至冷凝器。在一些实施例中，该方法包括冷凝来自第一流出流的液体冷凝器出口流。在一些实施例中，该方法包括将液体冷凝器出口流与气体冷凝器出口流隔离。在一些实施例中，该方法包括将气体冷凝器出口流的至少一部分与第二流入流合并，其中一种或多种反应物包括氧气。

7、在一些实施例中，多孔基材包括平均直径在约1mm至约300mm之间的多个孔口。在一些实施例中，可降解组分包括粪便、卫生纸、尿液、食物垃圾、工业废物、农业废物或其组合。在一些实施例中，生物质包括多种嗜热细菌，嗜热细菌包括厚壁菌门、嗜热球菌门、变形菌门、芽胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、广古菌门或其组合。

技术特征：

1.一种用于处理反应物的系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多孔基材包括平均直径在约1mm至约300mm之间的多个孔口。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可降解组分包括粪便、卫生纸、尿液、食物垃圾、工业废物、农业废物或其组合。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气体组合物包括空气、纯氧或其组合。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气体组合物包括新鲜空气流、所述第一气体流出流的至少一部分、或其组合。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述生物质包括多种嗜热细菌。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述嗜热细菌包括厚壁菌门、嗜热球菌门、变形菌门、芽胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、广古菌门或其组合。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述内部反应器容积中的温度保持在约40℃至约80℃之间。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述气体冷凝器出口与所述内部反应器容积流体连通。

12.一种处理可降解废物的方法，包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多孔基材包括平均直径在约1mm至约300mm之间的多个孔口。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述可降解组分包括粪便、卫生纸、尿液、食物垃圾、工业废物、农业废物或其组合。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述生物质包括多种嗜热细菌，所述嗜热细菌包括厚壁菌门、嗜热球菌门、变形菌门、芽胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、广古菌门或其组合。

18.一种处理可降解废物的系统，包括：

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述嗜热细菌包括厚壁菌门、嗜热球菌门、变形菌门、芽胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、广古菌门或其组合。

20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：

技术总结
将一定量的第一反应物，比如来自废物处置系统的可降解废物、如粪便和卫生纸作为液体流入物提供至反应器。还提供气体流入流，该气体流入流提供例如空气的第二反应物，用于与第一反应物反应。该反应产生含有溶剂的气体流出物，将该气体流出物去除。反应器可以包括多种嗜热细菌，其中流入的空气流构造成给生物质通气并且能够进行废物的有氧消解。然后能够将去除的流出物中的溶剂、例如水冷凝并从中分离。以这种方式分离的冷凝物已被证明从消费者的人体排泄物流入流来实现至少28mg/L的化学需氧量(COD)和1.2mg/L的总悬浮固体(TSS)。能够回收该流出流，以在大大降低功率损耗的情况下实现几乎相同的COD去除率。

技术研发人员：R·赖
受保护的技术使用者：纽约市哥伦比亚大学理事会
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15