專利名稱：用于厭氧消化有機(jī)液體廢棄物流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)液體廢棄物流的廢棄物處理，且更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物流、中性高濃度有機(jī)液體廢棄物流或堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物流的廢棄物處理。
背景技術(shù)：
數(shù)百年來(lái),有機(jī)液體廢棄物流(organic liquid waste stream)的厭氧消化一直是廢棄物處理的基本部分。100多年來(lái)，美國(guó)一直在使用厭氧消化技術(shù)來(lái)處理市政廢棄物和工業(yè)廢棄物，且在最近30年，對(duì)較高濃度的動(dòng)物廢棄物進(jìn)行厭氧消化也已成為普遍接受的做法。然而，基于細(xì)菌的厭氧消化方法的局限已經(jīng)不能使厭氧細(xì)菌在窄的PH范圍的參數(shù)之外生長(zhǎng)。厭氧消化包括兩類主要的厭氧細(xì)菌:產(chǎn)酸菌(acid forming bacteria)(產(chǎn)酸細(xì)菌)和產(chǎn)甲燒菌(methanogenic bacteria)(甲燒生成菌(methaneformer))。產(chǎn)酸菌最好在約6.0到約7.0的pH下進(jìn)行，而產(chǎn)甲烷菌最好在約6.5到約8.0的pH下進(jìn)行。這些窄的PH范圍實(shí)際上排除了利用厭氧消化廢棄物處理技術(shù)來(lái)處理pH在約6.5之下或約8.0之上的高濃度的有機(jī)液體廢棄物流。高濃度的有機(jī)液體廢棄物流通常具有約5%到約40%的固體含量。酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物具有小于約5.0的pH。這種廢棄物的示例包括具有約3.5的pH的酸性干酪乳清，以及具有約3.5到約4.0的pH和約30%到約35%的固體含量的來(lái)自乙醇廠的迅速增長(zhǎng)的廢棄物。當(dāng)試圖在混合式消化器(mixed digester)中對(duì)酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物進(jìn)行厭氧消化時(shí) ，傳統(tǒng)的對(duì)策一直是通過(guò)添加昂貴的化學(xué)PH調(diào)節(jié)劑或使堿性廢棄物流與酸性廢棄物共混來(lái)將酸性廢棄物的PH調(diào)節(jié)至約7。堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物具有大于約8.0的pH。這種廢棄物的示例包括來(lái)自將動(dòng)物油或植物油轉(zhuǎn)化成生物柴油的生物柴油廠的甘油副產(chǎn)物廢棄物。甘油通常具有約12到約14的pH和約20%到約35%的高固體含量。當(dāng)試圖在混合式消化器中對(duì)堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物進(jìn)行厭氧消化時(shí)，傳統(tǒng)的對(duì)策一直是添加諸如硫酸或檸檬酸的昂貴的、腐蝕性的酸，以便在厭氧生物降解之前，降低整個(gè)消化器的PH，使得廢棄物流的流入pH持續(xù)被調(diào)節(jié)至約7的pH。發(fā)明概述在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于處理液體廢棄物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括產(chǎn)酸室(acid forming chamber)、塞式流甲燒室(plug-flowmethanic chamber)、固-液分離器和第一流路(first flow path)，產(chǎn)酸室至少部分地將液體廢棄物中的碳分子轉(zhuǎn)化成酸，塞式流甲烷室位于產(chǎn)酸室的下游，所述甲烷室至少部分地將液體廢棄物中的酸轉(zhuǎn)化成甲烷，固液分離器位于甲烷室的下游，該分離器將液體廢棄物的一部分分離成堿性淤渣和流出物，第一流路將堿性淤渣再循環(huán)至產(chǎn)酸室、甲烷室及其組合中的至少一個(gè)。
在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括位于所述產(chǎn)酸室的上游的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)，所述pH監(jiān)測(cè)臺(tái)在液體廢棄物進(jìn)入所述產(chǎn)酸室之前調(diào)節(jié)所述液體廢棄物的pH。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室可包含選自梭狀芽胞桿菌、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌、白色瘤胃球菌、溶纖維丁酸弧菌、反芻月形單胞菌、Streptococcuslovis、哨齒真桿菌、外加酶及其組合中的至少一種的產(chǎn)酸菌。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室可包含選自甲烷絲狀菌、甲烷八疊球菌、甲烷螺菌、甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷短桿菌、運(yùn)動(dòng)甲烷微菌、甲烷鬃菌、嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌、甲酸甲烷桿菌、熱甲酸甲烷桿菌、熱自養(yǎng)甲烷球菌、嗜熱甲烷八疊球菌、高溫甲烷菌及其組合中的至少一種的產(chǎn)甲烷菌。在一些實(shí)施方案中，所述塞式流甲烷室可包括第一支路和第二支路，所述第一支路的一端鄰近所述產(chǎn)酸室，所述第二支路平行于所述第一支路，其中，所述第一支路與所述第二支路部分地被壁分隔，且所述第一支路內(nèi)的液體廢棄物在與所述第二支路內(nèi)的液體廢棄物的方向相反的方向上前行。在一些實(shí)施方案中，所述第二支路可水平地位于所述第一支路旁邊。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)置在所述第一支路和所述第二支路中的一個(gè)的至少一部分內(nèi)以加熱液體廢棄物，液體廢棄物與所述加熱裝置接觸以使所述液體廢棄物熱混合。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括具有氣體出口的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管位于所述第一支路和所述第二支路的至少一部分內(nèi)，以將氣體排出到液體廢棄物中來(lái)使所述液體廢棄物混合。在一些實(shí)施方案中，所述液體廢棄物可沿類似螺旋形的流路前行通過(guò)所述甲烷 室。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括:pH探針，其位于所述產(chǎn)酸室、所述甲烷室或其組合中的一個(gè)內(nèi)；以及再循環(huán)泵，其被所述PH探針激發(fā)，以將堿性淤渣循環(huán)至所述產(chǎn)酸室、所述甲烷室或其組合中的一個(gè)。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)壁、分隔物以及加熱裝置，所述分隔物相對(duì)于所述壁設(shè)置，使得在所述壁與所述分隔物之間形成空間，所述加熱裝置被設(shè)置在所述空間內(nèi)，用于加熱液體廢棄物。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可處理酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物、中性高濃度有機(jī)液體廢棄物或其組合中的一種。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可以是厭氧的。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可由相對(duì)圓形的外壁界定。在一些實(shí)施方案中，所述第一流路可將堿性淤渣循環(huán)至所述甲烷室。在一些實(shí)施方案中，第二流路可用于將液體廢棄物從所述產(chǎn)酸室的下游端循環(huán)至所述產(chǎn)酸室的上游端。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于處理液體廢棄物的方法，該方法包括在含有產(chǎn)酸菌的產(chǎn)酸室內(nèi)將液體廢棄物中的碳分子轉(zhuǎn)化成酸，在含有產(chǎn)甲烷菌的甲烷室內(nèi)將來(lái)自產(chǎn)酸室的液體廢棄物中的酸轉(zhuǎn)化成甲烷，將來(lái)自甲烷室的液體廢棄物分離成堿性淤渣和流出物，以及將堿性淤渣的至少一部分再循環(huán)至產(chǎn)酸室、甲烷室或其組合中的一個(gè)。
在一些實(shí)施方案中，所述方法可進(jìn)一步包括將液體廢棄物供給到所述產(chǎn)酸室中，所述液體廢棄物具有小于約5.0的pH和大于約5%的固體含量。在一些實(shí)施方案中，所述方法可進(jìn)一步包括在將液體廢棄物供給到所述產(chǎn)酸室中之前，將所述液體廢棄物的pH調(diào)節(jié)至約6.0到約7.0。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室可包含選自梭狀芽胞桿菌、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌、白色瘤胃球菌、溶纖維丁酸弧菌、反芻月形單胞菌、Streptococcuslovis、哨齒真桿菌、外加酶及其組合中的至少一種的產(chǎn)酸菌。在一些實(shí)施方案中，所述堿性淤渣可用于將所述產(chǎn)酸室內(nèi)的液體廢棄物保持在約6.0到約7.0的pH。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約97° F到約103° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約132° F到約138° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室可包含選自甲烷絲狀菌、甲烷八疊球菌、甲烷螺菌、甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷短桿菌、運(yùn)動(dòng)甲烷微菌、甲烷鬃菌、嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌、甲酸甲烷桿菌、熱甲酸甲烷桿菌、熱自養(yǎng)甲烷球菌、嗜熱甲烷八疊球菌、高溫甲烷菌及其組合中的至少一種的產(chǎn)甲烷菌。

在一些實(shí)施方案中，所述堿性淤渣可用于將所述甲烷室內(nèi)的液體廢棄物保持在約
6.5到約8.0的pH。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約98° F到約102° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約132° F到約136° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述液體廢棄物可沿類似螺旋形的流路前行通過(guò)所述甲烷室。在一些實(shí)施方案中，相對(duì)于所述甲烷室的壁設(shè)置的分隔物可促進(jìn)所述類似螺旋形的流路。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室和所述甲烷室中的所述轉(zhuǎn)化的步驟可以都是在厭氧條件下進(jìn)行的。在一些實(shí)施方案中，所述液體廢棄物可塞式流過(guò)所述甲烷室。在一些實(shí)施方案中，所述方法可處理酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物、中性高濃度有機(jī)液體廢棄物或其組合中的一種。在一些實(shí)施方案中，所述循環(huán)的步驟可使用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌來(lái)調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)化的步驟的過(guò)程中的液體廢棄物的pH。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于消化液體廢棄物的密閉的厭氧消化器，該厭氧消化器包括第一部分、第二部分、第三部分和流路，第一部分被設(shè)置成接納包括有機(jī)分子的液體廢棄物并將液體廢棄物中的碳分子的至少一部分轉(zhuǎn)化成酸，第二部分被設(shè)置成接納來(lái)自第一部分的液體廢棄物的一部分，所述第二部分具有一個(gè)或多個(gè)壁并將液體廢棄物中的酸的至少一部分轉(zhuǎn)化成甲烷，第二部分具有第一通道和至少一個(gè)第二通道，其中，當(dāng)廢棄物材料(waste material)從第一通道流向至少一個(gè)第二通道時(shí),廢棄物材料改變方向，第三部分被設(shè)置成接納來(lái)自第二部分的液體廢棄物的一部分并將液體廢棄物分離成流出物和堿性淤渣，流路被設(shè)置成將堿性淤渣的至少一部分輸送至第一部分、第二部分及其組合中的至少一個(gè)。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括分隔物，所述分隔物相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)壁設(shè)置，使得在所述壁與所述分隔物之間形成空間，且其中，在所述空間內(nèi)設(shè)置有一加熱裝置，用于加熱液體廢棄物，并使加熱的液體廢棄物能夠在所述空間中向上流動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，所述分隔物可具有頂部邊緣，加熱的液體廢棄物在所述頂部邊緣上移出所述空間。在一些實(shí)施方案中，所述分隔物可具有底部邊緣，液體廢棄物在底部邊緣下移入所述空間。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括具有頂部邊緣和底部邊緣的分隔物，所述頂部邊緣與密閉的第二部分的頂部間隔一距離，且所述底部邊緣與所述密閉的第二部分的底部間隔一距離。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括第四部分，所述第四部分鄰近所述第一部分并位于所述第一部分的上游，以在液體廢棄物進(jìn)入所述第一部分之前調(diào)節(jié)所述液體廢棄物的pH。在一些實(shí)施方 案中，所述第一通道和所述第二通道可被設(shè)置成形成通常是U形的流路。在一些實(shí)施方案中，所述液體廢棄物可在類似螺旋形的流路內(nèi)流過(guò)所述第二部分。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括加熱裝置，所述加熱裝置鄰近所述第二部分內(nèi)的壁中的一個(gè)或多個(gè)，以使液體廢棄物熱混合。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括位于所述第二部分內(nèi)的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管具有氣體出口，以將氣體排出到液體廢棄物中來(lái)使所述液體廢棄物混合。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可具有相對(duì)圓形的外壁。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可處理酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物、中性高濃度有機(jī)液體廢棄物或其組合中的一種。在又一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于處理液體廢棄物的方法，該方法包括在含有產(chǎn)酸菌的產(chǎn)酸室內(nèi)將液體廢棄物中的碳分子轉(zhuǎn)化成酸，其中，產(chǎn)酸室具有下游端和上游端，將液體的至少一部分從產(chǎn)酸室的下游端再循環(huán)至上游端，以及在含有產(chǎn)甲烷菌的甲烷室內(nèi)將來(lái)自產(chǎn)酸室的液體廢棄物中的酸轉(zhuǎn)化成甲烷。在一些實(shí)施方案中，所述方法可進(jìn)一步包括將來(lái)自所述甲烷室的液體廢棄物分離成堿性淤渣和流出物，并將堿性淤渣循環(huán)至所述甲烷室。在一些實(shí)施方案中，所述方法可進(jìn)一步包括將液體廢棄物供給到所述產(chǎn)酸室中，液體廢棄物具有大于約8.0的pH和大于約5%的固體含量。在一些實(shí)施方案中，所述方法可進(jìn)一步包括在將液體廢棄物供給到所述產(chǎn)酸室中之前，將所述液體廢棄物的PH調(diào)節(jié)至約6.0到約7.0。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室可包含選自梭狀芽胞桿菌、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌、白色瘤胃球菌、溶纖維丁酸弧菌、反芻月形單胞菌、Streptococcuslovis、哨齒真桿菌、外加酶及其組合中的至少一種的產(chǎn)酸菌。在一些實(shí)施方案中，可將液體廢棄物從所述產(chǎn)酸室的下游端再循環(huán)至所述產(chǎn)酸室的上游端的步驟使所述產(chǎn)酸室的上游端處的液體廢棄物維持在約6.5到約7.5的pH。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約97° F到約103° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約132° F到約138° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室可包含選自甲烷絲狀菌、甲烷八疊球菌、甲烷螺菌、甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷短桿菌、運(yùn)動(dòng)甲烷微菌、甲烷鬃菌、嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌、甲酸甲烷桿菌、熱甲酸甲烷桿菌、熱自養(yǎng)甲烷球菌、嗜熱甲烷八疊球菌、高溫甲烷菌及其組合中的至少一種的產(chǎn)甲烷菌。在一些實(shí)施方案中，足夠量的淤渣可被循環(huán)至所述甲烷室，以將所述甲烷室內(nèi)的液體廢棄物維持在約6.5到約8.0的pH。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約98° F到約102° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述甲烷室內(nèi)的液體廢棄物可被維持在約132° F到約136° F的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述液體廢棄物可沿類似螺旋形的流路前行通過(guò)所述甲烷
室。 在一些實(shí)施方案中，相對(duì)于所述甲烷室的壁設(shè)置的分隔物可促進(jìn)所述類似螺旋形的流路。在一些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)酸室和所述甲烷室中的所述轉(zhuǎn)化的步驟可以都是在厭氧條件下進(jìn)行的。在一些實(shí)施方案中，所述液體廢棄物可塞式流過(guò)所述甲烷室。在一些實(shí)施方案中，所述方法可處理堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物、中性高濃度有機(jī)液體廢棄物或其組合中的一種。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種用于消化液體廢棄物的密閉的厭氧消化器，該厭氧消化器包括第一部分、第二部分、第三部分和第一流路，第一部分具有上游端和下游端，所述第一部分被設(shè)置成接納包括有機(jī)分子的液體廢棄物并將液體廢棄物中的有機(jī)分子的至少一部分轉(zhuǎn)化成酸，第二部分被設(shè)置成接納來(lái)自第一部分的液體廢棄物的一部分，所述第二部分具有一個(gè)或多個(gè)壁并將液體廢棄物中的酸的至少一部分轉(zhuǎn)化成甲烷，第二部分具有第一通道和至少一個(gè)第二通道，其中，當(dāng)廢棄物材料從第一通道流向至少一個(gè)第二通道時(shí)，廢棄物材料改變方向，第三部分被設(shè)置成接納來(lái)自第二部分的液體廢棄物的一部分并將液體廢棄物分離成流出物和堿性淤渣，而第一流路用于將液體廢棄物從第一部分的下游端再循環(huán)至第一部分的上游端。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括分隔物，所述分隔物相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)壁設(shè)置，使得在所述壁與所述分隔物之間形成空間，且其中，在所述空間內(nèi)設(shè)置有一加熱裝置，用于加熱液體廢棄物，并使加熱的液體廢棄物能夠在所述空間中向上流動(dòng)。
在一些實(shí)施方案中，所述分隔物可具有頂部邊緣，加熱的液體廢棄物在所述頂部邊緣上移出所述空間。在一些實(shí)施方案中，所述分隔物可具有底部邊緣，液體廢棄物在底部邊緣下移入所述空間。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括第四部分，所述第四部分鄰近所述第一部分并位于所述第一部分的上游，以在液體廢棄物進(jìn)入所述第一部分之前調(diào)節(jié)所述液體廢棄物的pH。在一些實(shí)施方案中，所述第一通道和所述第二通道可被設(shè)置成形成通常是U形的流路。在一些實(shí)施方案中，所述液體廢棄物可在類似螺旋形的流路內(nèi)流過(guò)所述第二部分。 在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括加熱裝置，所述加熱裝置鄰近所述第二部分內(nèi)的壁中的一個(gè)或多個(gè)，以使液體廢棄物熱混合。在一些實(shí)施方案中，所述消化器可進(jìn)一步包括流路，所述流路被設(shè)置成將來(lái)自所述第三部分的堿性淤渣的至少一部分輸送至所述第二部分。附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的廢棄物處理系統(tǒng)的示意圖。圖2是圖1中顯示的廢棄物處理系統(tǒng)的甲烷室的部分截面正視圖。圖3是圖1中顯示的甲烷室的部分頂部平面圖。圖4是沿圖1中的線4-4截取的甲烷室的部分截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的可選擇的廢棄物處理系統(tǒng)的示意圖。圖6是沿圖5中的線6-6截取的甲烷室的部分截面圖。圖7是沿圖5中的線7-7截取的消化器的部分截面正視圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案的廢棄物處理系統(tǒng)的示意圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的廢棄物處理系統(tǒng)的示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及有機(jī)液體廢棄物流的廢棄物處理，且更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物流、中性高濃度有機(jī)液體廢棄物流或堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物流的廢棄物處理。在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的任何實(shí)施方案之前，應(yīng)該理解，本發(fā)明在其應(yīng)用方面并不受限于下面的描述中提出的或下面的附圖中闡釋的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)和部件的配置。本發(fā)明能夠是其他實(shí)施方案且能夠以不同的方式被實(shí)施或進(jìn)行。而且，應(yīng)該理解，此處使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的，且并不應(yīng)該被認(rèn)為是限制性的。此處使用的“包括(including) ”、“包括(comprising) ”或“具有”及其變體意指包括下文列出的條目及其同等物以及另外的條目。除非另外規(guī)定或限制，術(shù)語(yǔ)“安裝(mounted) ”、“連接(connected) ”和“支撐(supported)”及其變體被廣泛地使用，且包括直接和間接的安裝、連接和支撐。進(jìn)一步，“連接”并不受限于物理連接或機(jī)械連接。詞“導(dǎo)管(conduit)”被廣泛地使用以表示路徑，且并不意味著受限于任何特定的物理裝置或機(jī)械裝置。還應(yīng)該理解，此處描述的任何數(shù)值范圍包括從下限值到上限值的全部值。例如，如果濃度范圍表示為I %到50 %，那么預(yù)期諸如2 %到40 %、10 %到30 %、或I %到3 %等的值都被清楚地列舉在本說(shuō)明書中。這些只是特別期望的實(shí)例，且列舉的最低值和最高值之間的以及包括最低值和最高值在內(nèi)的數(shù)值的所有可能的組合都被認(rèn)為清楚地表示在本申請(qǐng)中。酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物的處理本發(fā)明允許在進(jìn)行稍微的化學(xué)pH調(diào)節(jié)或不進(jìn)行化學(xué)pH調(diào)節(jié)且無(wú)需與其他較高PH的液體廢棄物共混的情況下來(lái)處理酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物。此廢棄物處理系統(tǒng)允許產(chǎn)生廢棄物的主工廠(host waste productionfaciIity)以小的工廠區(qū)域(plantfootprint)經(jīng)濟(jì)地就地處理自己的廢棄物，并且允許其在其車間工藝內(nèi)部利用所得到的高能量沼氣。正如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物”(以下為“酸性液體廢棄物”)意指PH小于約5.0且固體含量大于約5%的性質(zhì)上有機(jī)的工藝廢棄物。完成酸性液體廢棄物的厭氧降解的挑戰(zhàn)是生物系統(tǒng)中的不平衡。厭氧降解依賴于產(chǎn)酸菌將有機(jī)輸入給料的復(fù)雜的碳分子結(jié)構(gòu)分解成較簡(jiǎn)單的分子結(jié)構(gòu)，諸如乙酸。隨后，產(chǎn)甲烷菌將較簡(jiǎn)單的酸分子結(jié)構(gòu)分解成主要由甲烷和二氧化碳組成的沼氣。自然界中可以找到的合適的產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌諸如，但不限于，奶牛胃中天然存在的細(xì)菌。產(chǎn)酸菌的示例可以包括，但不限于，梭狀芽胞桿菌(Clostridia)、產(chǎn)琥拍酸絲狀桿菌(Fibrobactersuccinogenes)、白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)、溶纖維丁酸弧菌(Butyrivibriofibrisolvens)、反會(huì)月形單胞菌(Selenomonas ruminatium)、Streptococcuslovis、哨齒真桿菌(Eubacterium ruminatium)、外加酶及其組合中的至少一種。產(chǎn)甲燒菌的示例可以包括，但不限于，甲燒絲狀菌(Methanothrix)、甲燒八疊球菌(Methanosarcina)、甲燒螺菌(Methanospirillum)、甲燒桿菌(Methanobacterium)、甲燒球菌(Methanococcus)、甲燒短桿菌(Methanobrevibacter)、運(yùn)動(dòng)甲燒微菌(Methanomicrobiummobile)、甲燒鬃菌(Methanosaeta)、嗜熱自養(yǎng) 甲燒桿菌(Methanobacterium thermoautotrophicum)、甲酸甲燒桿菌(Methanobacterium formicicum)、熱甲酸甲燒桿菌(Methanobacteriumthermoalcaliphilum)、熱自養(yǎng)甲燒球菌(Methanococcusthermolithotrophicus)、嗜熱甲燒八疊球菌(Methanosarcina thermophila)、高溫甲燒菌(Methanosaela thermoacetophila)及其組合中的至少一種。沼氣中的細(xì)菌產(chǎn)生(bacteria production)將消耗液體廢棄物中的酸，并形成更高PH的堿性溶液。在諸如市政廢棄物和動(dòng)物廢棄物的傳統(tǒng)廢棄物中，輸入的廢棄物具有約7的中性pH，并且具有足夠的天然纖維和堿度，使得酸形成反應(yīng)和酸還原反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，且處理工藝中的PH保持在約6.0到約8.0的范圍內(nèi)。這種化學(xué)和生物學(xué)的平衡系統(tǒng)使有機(jī)廢棄物的降解和以沼氣形式的能量生產(chǎn)不受阻礙。對(duì)于傳統(tǒng)厭氧消化工藝，酸性液體廢棄物產(chǎn)生了一個(gè)特別的問(wèn)題。與繁殖緩慢，pH敏感的產(chǎn)甲烷菌相比，產(chǎn)酸菌更具有活力、種群增殖的更快且更能耐受較低的PH條件。當(dāng)以具有非常輕微的天然堿度的酸性液體廢棄物比如乙醇的副產(chǎn)物廢棄物提供時(shí)，產(chǎn)酸菌的增長(zhǎng)超過(guò)產(chǎn)甲烷菌。結(jié)果，液體廢棄物的PH快速降低到pH約4.0或者更低。整個(gè)消化過(guò)程停止，且有機(jī)廢棄物因細(xì)菌在該低的pH水平下不起作用而“死亡(dead)”。在傳統(tǒng)的混合式厭氧消化器產(chǎn)業(yè)中，對(duì)于這種類型的酸性液體廢棄物和隨之而來(lái)的問(wèn)題的對(duì)策一直是避免消化器技術(shù)，或者為了 PH平衡而通過(guò)高技術(shù)/監(jiān)測(cè)和低沼氣產(chǎn)量來(lái)持續(xù)地大量使用化
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本發(fā)明的一個(gè)方面是改進(jìn)塞式流厭氧消化器系統(tǒng)，以采用兩步厭氧生物降解工藝來(lái)處理酸性液體廢棄物。在第一步中，培養(yǎng)產(chǎn)酸菌以將液體廢棄物中的復(fù)雜的碳分子結(jié)構(gòu)分解為較簡(jiǎn)單的酸分子。在第二步中，培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌以隨后將較簡(jiǎn)單的酸分子分解為沼氣?？赡転榇四康亩倪M(jìn)的塞式流系統(tǒng)的示例公開(kāi)在2002年9月17日授權(quán)給Dvorak的美國(guó)專利第6，451，589號(hào)、2003年9月2日授權(quán)給Dvorak的美國(guó)專利第6，613，562號(hào)、2006年7月18日授權(quán)給Dvorak的美國(guó)專利第7，078，229號(hào)、2003年10月27日提交的美國(guó)申請(qǐng)第10/694，244號(hào)(美國(guó)公布第2004/0087011號(hào))以及2006年11月27日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)第_號(hào)，題目為“AnaerobicDigester Employing Circular Tank(采用圓形罐的厭氧消化器)”GHD，Inc.(MBF案號(hào)031154-9005)中，每個(gè)專利的內(nèi)容據(jù)此以引用方式完全并入。圖1-4表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的不同方面。在圖1中，廢棄物處理系統(tǒng)10包括流入物的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)(pH monitoring station) 16和消化器外殼20。消化器外殼20包圍產(chǎn)酸室30、甲烷室40、淤渣坑60和流出物坑50。包含產(chǎn)酸菌的產(chǎn)酸室30和包含產(chǎn)甲烷菌的甲烷室40共同形成厭氧消化器。消化器外殼20被設(shè)置成使得相對(duì)大的甲烷室40可以安裝在相對(duì)小的空間內(nèi)。圖2闡釋了消化器外殼20的外壁54的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方案。消化器外殼20的外壁54的高度為約17英尺，且消化器外殼20內(nèi)的液體深度58為約14.5英尺。底座(footing) 62提供壁54和地面66之間的界面，并支撐壁54和底面(floor) 52的邊緣50。底座62和壁54都采用灌澆混凝土構(gòu)造。壁54在壁54的下端78為約12英寸厚，而在壁的上端82為約8英寸厚。消化器外殼20的底面52為約5英寸的混凝土。約4英寸厚的隔離件(insulation) 86 (任選的)被設(shè)置在底面52的下面，并提供底面52與地面66之間的界面。

消化器外殼20的頂部90位于消化器外殼20的底面52之上約16英尺處。頂部90用約10英寸厚的空心預(yù)制混凝土板98 (諸如可從Spancrete, Inc.,Green Bay, Wisconsin
獲得的Spancrete“ Hollowcore )構(gòu)造，板98上蓋有一層約4英寸和8英寸之間厚的隔
離件94。沼氣儲(chǔ)存室102 (任選的)位于頂部90之上。沼氣儲(chǔ)存室102的主要部件是包括上部?jī)?nèi)襯部分110和下部?jī)?nèi)襯部分114的內(nèi)襯106。內(nèi)襯106優(yōu)選由高密度聚乙烯(HDPE)構(gòu)造，但也可以是任何其他適合的材料。內(nèi)襯106通過(guò)將邊緣118鎖定(capture)在6英寸的槽鐵122的下面而在內(nèi)襯106的邊緣118的周圍形成密封，而其中所述槽鐵122通過(guò)使用嵌入在消化器外殼的壁54內(nèi)的多個(gè)錨栓130上的螺母126而可拆卸地連接到消化器外殼的壁54。環(huán)繞內(nèi)襯106內(nèi)的室102的外圍，嵌入有10英寸的PVC管134，用來(lái)輔助保持環(huán)繞內(nèi)襯106的外圍的密封。內(nèi)襯106被構(gòu)造成使得當(dāng)在甲烷室40中產(chǎn)生沼氣時(shí)，內(nèi)襯106能夠靈活地(flexibly)填充沼氣，且如果需要可以排空沼氣。沼氣儲(chǔ)存室102可以被包括有頂?shù)膬?chǔ)存系統(tǒng)(roofed storage system)的任何其他適合的氣體儲(chǔ)存系統(tǒng)所替代。如圖1所示，在將液體廢棄物送到產(chǎn)酸室30之前，pH監(jiān)測(cè)臺(tái)16測(cè)量并調(diào)節(jié)流入的酸性液體廢棄物的pH。流入物的pH可通過(guò)控制變速的化學(xué)品供給泵(var1-speedchemical feed pump)的pH探頭來(lái)監(jiān)測(cè)。如果流入物的pH太低,則化學(xué)品泵將輸送堿性溶液，堿性溶液將流入物的初始PH調(diào)節(jié)至有利于產(chǎn)酸菌生長(zhǎng)的水平。這種堿性溶液的示例包括Ca (OH) 2溶液、Mg (OH) 2溶液、NaOH溶液、KOH溶液、堿性有機(jī)物質(zhì)溶液或其組合。流入物導(dǎo)管18將液體廢棄物從pH監(jiān)測(cè)臺(tái)轉(zhuǎn)移至產(chǎn)酸室30。位于產(chǎn)酸室30內(nèi)部的諸如熱交換線圈的內(nèi)置加熱裝置22將液體廢棄物維持在有利于細(xì)菌活性的溫度。產(chǎn)酸室30內(nèi)的攪拌機(jī)構(gòu)(stirring mechanism)防止溫度分層并促進(jìn)細(xì)菌更好地生長(zhǎng)。攪拌機(jī)構(gòu)可以包括，但不限于，機(jī)械攪拌器、循環(huán)沼氣產(chǎn)生的攪動(dòng)、循環(huán)液體廢棄物產(chǎn)生的液力攪拌或其組合。圖1中的PH監(jiān)測(cè)臺(tái)A測(cè)量產(chǎn)酸室30內(nèi)的液體廢棄物的pH，并觸發(fā)將堿性淤渣從淤渣坑60經(jīng)由流路42輸送至產(chǎn)酸室30，以將產(chǎn)酸室30中的液體廢棄物的pH維持在約6.0至約7.0。雖然圖1顯示了堿性淤渣被輸送到產(chǎn)酸室30中的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)A，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，堿性淤渣可以被輸送到位于產(chǎn)酸室30內(nèi)任何地方的一個(gè)或多個(gè)位置。流路42可以由任何數(shù)量的裝置界定，所述裝置可以包括，但不限于，管道、瓦管、通道和管。在一些實(shí)施方案中，pH監(jiān)測(cè)臺(tái)A觸發(fā)變速的淤渣循環(huán)泵。該泵將合適量的堿性淤渣從位于廢棄物處理系統(tǒng)10末端處的淤渣坑60循環(huán)至產(chǎn)酸室30中的液體廢棄物。來(lái)自產(chǎn)酸室30中的液體廢棄物通過(guò)液體廢棄物的水平的塞式流運(yùn)動(dòng)(plug-flowmovement)而被轉(zhuǎn)移至甲烷室40。如圖1所示，甲烷室40可以是U形罐，其整個(gè)水平尺寸為約120英尺長(zhǎng)和約72英尺寬，這取決于待處理的液體廢棄物的體積。中心壁(centerwall) 65將甲燒室40分為U形的第一支路或第一通道46和第二支路或第二通道48。一個(gè)或多個(gè)分隔物(partition) 70可以各自與中心壁65平行，且在中心壁65的相對(duì)的兩側(cè)上。分隔物70可以包括硬板或厚板、幕或簾、油布、膜及其組合中的至少一種。此外，分隔物70可以由多種材料構(gòu)造，材料包括，但不限于，金屬、木材、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料及其組合中的至少一種。如圖4所示，分隔物70比中心壁65短，并距甲烷室40的底面一段距離而上升。這允許當(dāng)液體廢棄物塞式流過(guò)甲烷室40時(shí)，液體廢棄物在分隔物70下面流過(guò)，且然后在分隔物70上面流過(guò)。在一些實(shí)施方案中，中心壁65比甲烷室40的底面高約16英尺。分隔物70約10英尺6英寸高，且位于甲烷室40的底面之上約2英尺。分隔物70離中心壁65約2英尺遠(yuǎn)。消化器外殼20離中心壁65約36英尺。如圖3-4所示，內(nèi)置加熱裝置72位于甲烷室40內(nèi)，以將液體廢棄物維持在有利于細(xì)菌活性的溫度。加熱裝置72可以用于加熱或冷卻，這由流入液體的溫度決定。在圖3-4所示的實(shí)施方案中，加熱裝置72包括一系列與中心壁65平行的加熱導(dǎo)管74。加熱導(dǎo)管74每個(gè)都包含加熱介質(zhì)。可以使用任何種類的加熱介質(zhì)，包括，但不限于，水和氣體。加熱導(dǎo)管74被設(shè)置成2X4的格子(two-by-four grid)。然而,本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,可以多種構(gòu)型來(lái)設(shè)置任意數(shù)目的加熱導(dǎo)管74而并不背離本發(fā)明的主旨和范圍。而且，可以采用對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)已知的其他加熱裝置，其包括，但不限于，加熱線圈。除了控制甲烷室40內(nèi)的溫度之外，加熱裝置72可以在液體廢棄物流過(guò)甲烷室40時(shí)促進(jìn)液體廢棄物的混合。加熱裝置72可用于加熱液體廢棄物，從而使加熱的液體廢棄物在對(duì)流力下升過(guò)中心壁65。在采用一個(gè)或多個(gè)分隔物70的實(shí)施方案中，加熱的廢棄物材料在分隔物70和中心壁65之間形成的空間中向上流動(dòng)。同時(shí)，靠近相對(duì)較冷的消化器外殼20的內(nèi)壁的液體廢棄物在對(duì)流力下下降。因此，對(duì)流力使液體廢棄物沿著中心壁65向上并沿著消化器外殼20向下的環(huán)形流路前行(circular flow path)。同時(shí),液體廢棄物沿著甲烷室40的第一支路46和第二 支路48流動(dòng)，產(chǎn)生組合的類似螺旋形的液體廢棄物流路。塞式流的混合防止了消化器內(nèi)的分層。
攪拌機(jī)構(gòu)也位于甲烷室40內(nèi)，且可以包括機(jī)械攪拌器、來(lái)自循環(huán)沼氣的攪動(dòng)、循環(huán)液體廢棄物產(chǎn)生的液力攪拌或其組合。在一些實(shí)施方案中，為了使廢棄物在垂直于廢棄物流向的方向上混合而維持循環(huán)沼氣的攪動(dòng)。如圖3和圖4所示，一根或多根氣體導(dǎo)管30可以與中心壁65和分隔物70平行，并位于中心壁65和分隔物70之間。沿著氣體導(dǎo)管30設(shè)置的空氣擴(kuò)散器噴嘴32將沼氣向上并平行于中心壁65分配。當(dāng)液體廢棄物塞式流過(guò)甲烷室40時(shí)，液體廢棄物被垂直上升的氣體牽引到分隔物70下面，并被迫使回到分隔物70的頂部之上，從而形成通過(guò)甲烷室40的類似螺旋形的流路?？諝鈹U(kuò)散器噴嘴可以是多種尺寸，包括3/4英寸。pH監(jiān)測(cè)臺(tái)位于遍及甲烷室40的不同位置，以將液體廢棄物的pH維持在有利于細(xì)菌活性的水平。圖1顯示了 3個(gè)這樣的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)(B-D)。然而，任何數(shù)目的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)可以分布于甲烷室40各處。這種臺(tái)的數(shù)目可以取決于諸如液體廢棄物的性質(zhì)、產(chǎn)甲烷菌的活性以及系統(tǒng)流速等因素。當(dāng)液體廢棄物的PH降低至可接受的水平以下時(shí)，pH監(jiān)測(cè)器觸發(fā)將堿性淤渣從淤渣坑60經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)流路44輸送至甲烷室40。在一些實(shí)施方案中，pH監(jiān)測(cè)器觸發(fā)變速的淤渣循環(huán)泵，該泵將適當(dāng)量的堿性淤渣輸送至甲烷室40。雖然圖1顯示了堿性淤渣被輸送至甲烷室40的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)(B-D)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，堿性淤渣可以被輸送至位于甲烷室40內(nèi)的任何地方的一個(gè)或多個(gè)位置。流路44可以由任何數(shù)目的裝置界定，這些裝置可以包括，但不限于，管道、瓦管、通道和管。除了產(chǎn)生活性淤渣之外，甲烷室40內(nèi)的厭氧消化也產(chǎn)生甲烷氣體形式的沼氣，其可以在液面58上方收集并可以儲(chǔ)存于沼氣儲(chǔ)存室102中，或者直接作為生物燃料利用。在室102內(nèi)冷凝的液體可以通過(guò)流出物導(dǎo)管被引導(dǎo)至液體儲(chǔ)存池。收集的沼氣可以用于為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)供給燃料，而該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)組合可以用于生產(chǎn)電力，此電力可被使用在廢棄物處理系統(tǒng)10內(nèi)，被賣給發(fā)電站或其組合。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)也可以產(chǎn)生熱的冷卻劑，該熱的冷卻劑可以用于加熱產(chǎn)酸室30中的液體廢棄物和/或加熱并攪拌甲烷室40中的液體廢棄物。來(lái)自內(nèi)燃發(fā)·動(dòng)機(jī)的熱水可以通過(guò)空氣/水冷卻器以將水的溫度從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的約180° F的溫度降至供產(chǎn)酸室30和甲烷室40中使用的約160° F。流出物坑50位于淤渣坑60的附近。液體廢棄物從產(chǎn)酸室30按順序地塞式流過(guò)甲烷室40、淤渣坑60和流出物室50。淤渣的至少一部分可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)流路42、44再循環(huán)至產(chǎn)酸室30和甲烷室40。在一些實(shí)施方案中，來(lái)自流出物室50的集污導(dǎo)管(sump conduit)通向標(biāo)準(zhǔn)固體壓機(jī)以將消化的液體與消化的固體分離。來(lái)自固體壓機(jī)的液體可以被循環(huán)至產(chǎn)酸室30，用于進(jìn)一步處理。來(lái)自固體壓機(jī)的固體可以被送至堆肥機(jī)(composter)并裝入袋內(nèi)，用于商業(yè)出售。自然重力系統(tǒng)可以用于處在廢棄物處理系統(tǒng)10的末端處的淤渣坑60中，用于將固體與液體分離。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何固液分離器可以用于代替重力系統(tǒng)或者除了重力系統(tǒng)外還可以被使用?？梢圆捎猛ㄟ^(guò)重力、差別沉降速度或者尺寸排除來(lái)分離固體與液體的任何固液分離器。其他固液分離器的示例包括沉降池、水力旋流器、離心機(jī)以及膜過(guò)濾器或隔膜分離器。如圖1所示，在操作廢棄物處理系統(tǒng)10時(shí)，將酸性液體廢棄物輸送至廢棄物處理位置。在進(jìn)入產(chǎn)酸室30之前，測(cè)量液體廢棄物流入物的pH，且如果需要的話，將流入物的pH調(diào)節(jié)至約6.0和約7.0之間的范圍以開(kāi)始產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制變速的化學(xué)品供給泵的PH探針用于監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)流入物的初始pH。用于調(diào)節(jié)pH的試劑可包括多種堿性物質(zhì)，如Ca (OH) 2溶液、Mg (OH) 2溶液、Na (OH)溶液、KOH溶液、堿性有機(jī)物質(zhì)溶液或其組合。液體廢棄物經(jīng)由流入物導(dǎo)管18從pH監(jiān)測(cè)臺(tái)16轉(zhuǎn)移至產(chǎn)酸室30。在產(chǎn)酸室30中，內(nèi)置加熱裝置22調(diào)節(jié)流入物的溫度以有利于產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)。溫度控制對(duì)產(chǎn)甲烷菌是重要的(溫度控制對(duì)產(chǎn)酸菌沒(méi)那么重要)，且在產(chǎn)酸室30中精密地調(diào)節(jié)溫度，使得當(dāng)液體從產(chǎn)酸室30 “塞式流”至甲烷室40時(shí)，溫度保持恒定。對(duì)嗜溫操作消化器來(lái)說(shuō)，溫度可以現(xiàn)場(chǎng)確定在約97° F至約103° F，或者對(duì)嗜熱消化器來(lái)說(shuō)，溫度可以現(xiàn)場(chǎng)確定在約132° F至約138° F。持續(xù)攪拌產(chǎn)酸室30中的液體廢棄物，以消除液體廢棄物中的溫度分層并促進(jìn)細(xì)菌更好地生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，采用循環(huán)沼氣的攪動(dòng)來(lái)持續(xù)攪拌產(chǎn)酸室的包含物。在產(chǎn)酸室30中，產(chǎn)酸菌將復(fù)雜的碳分子轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的酸。這些酸又降低產(chǎn)酸室30中的液體廢棄物的pH。為了防止pH下降得太低而無(wú)法維持細(xì)菌的活性，必須經(jīng)常向上調(diào)節(jié)液體廢棄物的pH。不是從廢棄物處理系統(tǒng)外部添加額外的pH調(diào)節(jié)劑，而是可以通過(guò)將來(lái)自廢棄物處理系統(tǒng)10的末端處的淤渣坑60中的堿性淤渣與產(chǎn)酸室30中現(xiàn)存的流入物混合來(lái)內(nèi)部調(diào)節(jié)PH，以將流入物的pH維持在約6.0到約7.0,使得產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)率和效率最大。淤渣坑中的淤渣的PH通常在約7.0到約8.0之間。除了改變pH之外，淤渣還可以用成熟的產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷 菌對(duì)產(chǎn)酸室30中的流入物“接種”。在一些實(shí)施方案中，由圖1中的臺(tái)A標(biāo)記的安裝在頂部的pH監(jiān)測(cè)器(roof mounted pH monitor)控制變速的游洛循環(huán)泵，以將淤渣從廢棄物處理系統(tǒng)10的末端處的淤渣坑60循環(huán)到產(chǎn)酸室30的流入物中。循環(huán)淤渣的流速由PH共混的需要確定，這最終由產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)速率決定。當(dāng)新的流入物進(jìn)入產(chǎn)酸室30時(shí)，產(chǎn)酸室30中處理過(guò)的液體廢棄物將塞式流入甲烷室40。在甲烷室40中，維持促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)的環(huán)境。將甲烷室40中的液體廢棄物的pH維持在pH約6.5到約8.0,且特別是維持在pH約7.5到約8.0。為了達(dá)到這個(gè)條件，pH監(jiān)測(cè)臺(tái)(B-D)遍及甲烷室40而設(shè)置。如果在這些臺(tái)中的任何一個(gè)處的pH降低至設(shè)定值，諸如6.5之下，那么pH監(jiān)測(cè)器將會(huì)激發(fā)一個(gè)或多個(gè)變速的淤渣循環(huán)泵，將來(lái)自淤渣坑60的堿性淤渣添加到甲烷室40的液體廢棄物中。通過(guò)利用循環(huán)沼氣和/或加熱，使甲烷室40中的液體廢棄物螺旋形混合確保了均勻的PH混合，并防止容器中的pH分層。甲烷室40內(nèi)的熱交換線圈將液體廢棄物的溫度維持在設(shè)定點(diǎn)溫度的約I度到約2度的范圍內(nèi)。嗜溫消化器(mesophilictemperature digester)的設(shè)定點(diǎn)溫度為約100° F,而嗜熱消化器的設(shè)定點(diǎn)溫度為約134° F。加熱線圈可以用于加熱或者冷卻，這由流入液體的溫度決定。甲烷室40內(nèi)的液體廢棄物與在垂直于廢棄物流向的方向上噴入液體廢棄物中的循環(huán)沼氣持續(xù)混合?；旌戏乐沽思淄槭覂?nèi)的分層，并增強(qiáng)了生物降解。當(dāng)廢棄物流塞式流過(guò)甲烷室40時(shí)，其不會(huì)與新進(jìn)的廢棄物材料混合，且因此，當(dāng)廢棄物流在水平的類似螺旋形的流徑中流經(jīng)甲烷室40的第一支路46和第二支路48時(shí)，其被允許在多個(gè)部分生物降解。當(dāng)產(chǎn)甲烷菌起作用時(shí)，它們消耗產(chǎn)酸室30中產(chǎn)生的酸，并有效地提高了液體廢棄物流的PH和增大液體廢棄物的堿度。在甲烷室40的末端，在具有基于流入物的性質(zhì)而合適設(shè)計(jì)的水力停留時(shí)間(hydraulic retention time)下,產(chǎn)酸菌將長(zhǎng)期完成它們的功能，且產(chǎn)甲烷菌將消耗細(xì)菌產(chǎn)生的酸。這導(dǎo)致與流入物相比，廢棄物流出物具有高的PH和堿度。在廢棄物處理系統(tǒng)10的最末端，最高的堿度和最大的細(xì)菌種群將存在于允許沉降在位于廢棄物處理系統(tǒng)10末端處的淤渣坑60中的細(xì)菌淤渣中。淤渣坑60不具有混合，且因此允許淤渣沉降到底部。這種具有較高堿度、PH和細(xì)菌種群的淤渣是在遍及廢棄物處理系統(tǒng)10的不同位置(臺(tái)A、B、C和D)處用于控制pH和接種細(xì)菌的循環(huán)淤渣。按照需要，生物降解的流出物可進(jìn)一步通過(guò)發(fā)電設(shè)施來(lái)處理或處置。厭氧生物過(guò)程產(chǎn)生的沼氣可以在液面上方和甲烷室40的頂部下方的氣體收集空間中被收集。沼氣可用作“BTU的替代品”來(lái)發(fā)電或生產(chǎn)天然氣。廢棄物處理系統(tǒng)10將處理固體百分?jǐn)?shù)在約5%和約40%之間變化的酸性液體廢棄物。通過(guò)監(jiān)測(cè)和精密控制液體廢棄物中的PH以及利用與產(chǎn)酸菌，然后是產(chǎn)甲烷菌的兩步厭氧生物降解工藝以及它們所得到的生物廢產(chǎn)物有關(guān)的自然產(chǎn)生的堿度和pH的升高來(lái)做到這一點(diǎn)。優(yōu)選采用混合的塞式流。另外，處理過(guò)的廢棄物在設(shè)計(jì)的水力停留時(shí)間內(nèi)的塞式流分離能夠自然地提高PH和堿度，從而允許產(chǎn)生返回的淤渣。塞式流的混合防止產(chǎn)酸室30和甲烷室40中的分層。消除產(chǎn)酸室30和甲烷室40中的分層防止形成產(chǎn)酸菌菌落和所得到的高酸性液體(低pH) “死”點(diǎn)，有利于產(chǎn)甲烷菌更好地生長(zhǎng)以獲得更好和更快的酸中和以及堿度的產(chǎn)生，以及通過(guò)防止液體流動(dòng)路徑的“短路”來(lái)在廢棄物處理系統(tǒng)10中提供更加統(tǒng)一的水力停留時(shí)間。圖5-7闡釋了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的廢棄物處理系統(tǒng)的可選擇的實(shí)施方案。圖5-7中顯示的廢棄物處理系統(tǒng)310在很多方面與上述圖1-4闡釋的實(shí)施方案類似。因此，除了圖5-7的實(shí)施方案和圖1-4的實(shí)施方案之間互相不一致的特征和元件之外，據(jù)此將參考伴隨圖1-4的實(shí)施方案的上述描述以更完整地描述圖5-7的實(shí)施方案的特征和元件(以及可選擇的特征和元件)。圖5-7的實(shí)施方案中的與圖1-4的實(shí)施方案中的特征和元件對(duì)應(yīng)的特征和元件以300系列進(jìn)行編號(hào)。如圖5所示，廢棄物處理系統(tǒng)310包括消化器外殼320、產(chǎn)酸室330、甲烷室340、淤渣坑360和流出物坑350。pH監(jiān)測(cè)臺(tái)A-D通過(guò)從淤渣坑360經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)流路342、344循環(huán)堿性淤渣來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)酸室330和甲烷室340中的液體廢棄物的pH。該系統(tǒng)310或者系統(tǒng)310的部分可以是厭氧的。中心壁365將甲烷室340分隔成第一支路或第一通道346和第二支路或第二通道348。因此，液體廢棄物可以在第一方向上沿著第一支路346從產(chǎn)酸室330移動(dòng)至甲烷室340，且在與第一方向相反的第二方向上沿著甲烷室340的第二支路348移向淤渣坑360。如圖5所示，第一支路346和第二支路348每個(gè)都包括相對(duì)于中心壁365設(shè)置的分隔物370，使得分隔物370和中心壁365之間形成空間380。分隔物370可以包括硬板或厚板、幕或簾、油布、膜及其組合中的至少一種。此外，分隔物370可以由多種材料構(gòu)造，材料包括，但不限于，金屬、木材、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料及其組合中的至少一種。第一支路346和第二支路348每個(gè)都進(jìn)一步包括位于分隔物370和中心壁365之間的空間380內(nèi)的加熱裝置372，使得當(dāng)液體廢棄物接觸加熱裝置372時(shí)就會(huì)被加熱。加熱的液體廢棄物通過(guò)自由對(duì)流而相對(duì)于較冷的液體廢棄物上升，并被允許在空間380內(nèi)向上升。圖6和圖7更詳細(xì)地顯示了加熱裝置372和分隔物370。為了簡(jiǎn)化，將更詳細(xì)地描述加熱裝置372中的一個(gè) 和分隔物370中的一個(gè)，但是應(yīng)該注意到，該描述可以同樣適用于其他加熱裝置372和分隔物370。如圖6和圖7所示，加熱裝置372包括一系列導(dǎo)管374，每個(gè)都包含加熱介質(zhì)。本發(fā)明中可以使用多種加熱介質(zhì)，加熱介質(zhì)包括水和氣體中的至少一種。導(dǎo)管374并不需要都包含相同的加熱介質(zhì)。也就是說(shuō)，導(dǎo)管374中的一些可以包含氣體，而其他的包含液體，諸如水。如圖6和圖7所示，廢棄物處理系統(tǒng)310可以進(jìn)一步包括至少一根導(dǎo)管378，其包含來(lái)自沼氣儲(chǔ)存區(qū)域(未顯示)的壓縮的循環(huán)沼氣并且具有噴嘴376。噴嘴376是氣體出口。包含在導(dǎo)管378中的壓縮沼氣流過(guò)導(dǎo)管378并從噴嘴376中流出，使得當(dāng)氣體經(jīng)由噴嘴376從導(dǎo)管378中逃逸時(shí)，氣體在空間380中被向上推進(jìn)以促使液體廢棄物通過(guò)空氣/水上升原理而向上移動(dòng)。圖6和圖7闡釋了具有噴嘴376的一根導(dǎo)管378?？梢允褂萌魏螖?shù)目的具有噴嘴376的導(dǎo)管378，而并不背離本發(fā)明的主旨和范圍。噴嘴376可以是鉆進(jìn)導(dǎo)管378的簡(jiǎn)單的孔，或者是通過(guò)焊接或攻絲(tapping)連接到導(dǎo)管378的專門噴嘴。參考圖6和圖7，框架364設(shè)置在空間380內(nèi)以支撐加熱裝置372和導(dǎo)管378?？蚣?64被闡釋為包括多個(gè)梯狀單元363和通常與中心壁365平行以連接單元363的連接棒369。如圖6和圖7所示，每個(gè)單元363由位于空間380的相對(duì)側(cè)上的2根豎直柱366和橫過(guò)空間380的連接2根豎直柱366的多根橫梁368形成?？蚣?64只作為示例來(lái)闡釋，且本發(fā)明決不限于所闡釋的支撐結(jié)構(gòu)。多種框架元件可用于支撐加熱裝置372、導(dǎo)管378和/或空間380內(nèi)的廢棄物處理系統(tǒng)310的其他部件而并不背離本發(fā)明的主旨和范圍。如圖6和圖7所示，分隔物370具有頂部邊緣371和底部邊緣373。此外，所闡釋的分隔物370基本上垂直于甲烷室340且在高度上比甲烷室340低，使得加熱的液體廢棄物可以在分隔物370的頂部邊緣371上面移動(dòng)，并從分隔物370與中心壁365之間的空間380移出，且冷卻的液體廢棄物可以在分隔物370的底部邊緣373下面移動(dòng)并進(jìn)入空間380。因此，如圖6和圖7的箭頭所示，分隔物370與加熱裝置372聯(lián)合促進(jìn)液體廢棄物向上和向下移動(dòng)。當(dāng)液體廢棄物沿著甲烷室340的第一支路346和第二支路348移動(dòng)時(shí)，這種液體廢棄物的向上和向下移動(dòng)導(dǎo)致了液體廢棄物的總的類似螺旋形的移動(dòng)。具有噴嘴376的導(dǎo)管378進(jìn)一步促進(jìn)了這種類似螺旋形的流路，導(dǎo)管378在圖6和圖7中位于加熱裝置372的最靠近中心壁365的一系列導(dǎo)管374的下面。遍及甲烷室340的液體廢棄物的類似螺旋形的流路促進(jìn)了液體廢棄 物的熱混合。圖6闡釋的一系列導(dǎo)管374、378由空間380內(nèi)的2X6的構(gòu)型(即，2根導(dǎo)管374、378橫放，且5根導(dǎo)管374、378上下放置)形成，且導(dǎo)管374、378通常與中心壁365平行。另一個(gè)示例是2X5的構(gòu)型，如圖7所示。如圖6和圖7所示，具有噴嘴376的導(dǎo)管378中的一個(gè)輸送壓縮沼氣，且剩余的導(dǎo)管374輸送加熱介質(zhì)。然而，應(yīng)該注意的是，任何數(shù)目的包含加熱介質(zhì)的導(dǎo)管374和任何數(shù)目的具有噴嘴376的導(dǎo)管378可以多種構(gòu)型結(jié)合，而并不背離本發(fā)明的主旨和范圍。圖5-7中所描述的一系列導(dǎo)管374和具有噴嘴376的導(dǎo)管378僅作為示例示出。圖8闡釋了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的廢棄物處理系統(tǒng)的可選擇的實(shí)施方案。圖8中顯示的廢棄物處理系統(tǒng)410在很多方面與上述圖1-7闡釋的實(shí)施方案類似。因此，除了圖8的實(shí)施方案和圖1-7的實(shí)施方案之間互相不一致的特征和元件之外，據(jù)此將參考伴隨圖1-7的實(shí)施方案的上述描述以更完整地描述圖8的實(shí)施方案的特征和元件(以及可選擇的特征和元件)。圖8的實(shí)施方案中的與圖1-7的實(shí)施方案中的特征和元件相對(duì)應(yīng)的特征和元件以400系列進(jìn)行編號(hào)。
圖8闡釋了廢棄物處理系統(tǒng)410，其包括pH監(jiān)測(cè)臺(tái)416、消化器外殼420、產(chǎn)酸室430、甲烷室440、淤渣坑460和流出物坑450。該系統(tǒng)410或者系統(tǒng)410的部分可以是厭氧的。消化器外殼420被設(shè)置成使得相對(duì)大的甲烷室440可以安裝在相對(duì)小的空間內(nèi)。如圖8所示，消化器外殼420的外壁454通常是圓形的，使得消化器外殼420的外周通常也是圓形的。此外，外壁454構(gòu)成產(chǎn)酸室430、甲烷室440、淤渣坑460和流出物坑450的外周的至少一部分。換句話說(shuō)，產(chǎn)酸室430、甲烷室440、淤渣坑460和流出物坑450中的每一個(gè)均具有由消化器外殼420的通常是圓形的外壁454界定的外周。產(chǎn)酸室430包括流入物導(dǎo)管418，其用于將來(lái)自pH監(jiān)測(cè)臺(tái)416的液體廢棄物接收入產(chǎn)酸室430中。在產(chǎn)酸室430和甲烷室440之間的壁461中形成切口 459，以允許液體廢棄物從產(chǎn)酸室430流到甲烷室440中。產(chǎn)酸室430還包括加熱裝置422，當(dāng)液體廢棄物流過(guò)產(chǎn)酸室430時(shí)，加熱裝置422用于加熱液體廢棄物。加熱裝置422可以是，如加熱導(dǎo)管或者包含液體或氣體的其他導(dǎo)管。加熱裝置422可以包括排出噴嘴(未顯示)以進(jìn)一步攪動(dòng)液體廢棄物。另外，pH監(jiān)測(cè)臺(tái)A測(cè)量產(chǎn)酸室430內(nèi)的液體廢棄物的pH，并觸發(fā)從淤渣坑460經(jīng)由流路442至產(chǎn)酸室430輸送堿性淤渣，以將產(chǎn)酸室430中的液體廢棄物的pH維持在約6.0到約7.0。甲烷室440包括第一支路或第一通道441、第二支路或第二通道443以及第三支路或第三通道445。第一支路441和第二支路443被第一間隔物(divider) 447相互分開(kāi)，而第二支路443和第三支路445被第二間隔物449相互分開(kāi)。第一支路441具有第一端441a和第二端441b，第二支路443具有第一端443a和第二端443b，且第三支路445具有第一端445a和第二端445b。第一支路441的第一端441a鄰近切口 459，因而該切口 459還用作用于將液體廢棄物接收入甲烷室440的進(jìn)口。第一支路441的第二端441b鄰近第二支路443的第一端443a。第二支路443的第二端443b鄰近第三支路445的第一端445a。第三支路445的第二端445b鄰近淤渣坑460。第一間隔物447具有端部447a，液體廢棄物圍繞該端部447a從第一支路441流向第二支路443。同樣地，第二間隔物449具有端部449a，液體廢棄物圍繞該端部449a從第二支路443流向第三支路445。從甲烷室440出來(lái)后，液體廢棄物流入任選的淤渣坑460。甲烷室440形成通常S形的液體廢棄物流路。然而應(yīng)注意的是，通過(guò)添加額外的支路或通道，可采用額外的間隔物來(lái)增加流路的長(zhǎng)度。甲烷室440在由外壁454圍住的相對(duì)小的區(qū)域內(nèi)提供了相對(duì)長(zhǎng)的液體廢棄物流路。甲烷室440可以任選地包括相對(duì)于第一間隔物447和第二間隔物449而設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)分隔物470，使得在分隔物470和相應(yīng)的間隔物之間形成空間480。分隔物470可以包括硬板或厚板、幕或簾、油布、膜及其組合中的至少一種。此外，分隔物470可以由多種材料構(gòu)造，材料包括，但不限于，金屬、木材、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料及其組合中的至少一種。所闡釋的分隔物470基本上垂直于甲烷室440，且在高度上比甲烷室440低，使得加熱的液體廢棄物可以在分隔物470的頂部邊緣上面移動(dòng)，并從分隔物470與間隔物447之間的空間480移出，且冷卻的液體廢棄物可以在分隔物470的底部邊緣下面移動(dòng)并進(jìn)入空間480。如圖8所示的廢棄物處理系統(tǒng)410可以包括關(guān)于前面的實(shí)施方案討論的特征的任何一個(gè)。例如，甲烷室440可 以包括加熱裝置472，當(dāng)液體廢棄物流過(guò)甲烷室440時(shí)，加熱裝置472用于加熱液體廢棄物。在一個(gè)實(shí)施方案中，加熱裝置472包括一根或多根加熱導(dǎo)管(未顯示)，加熱導(dǎo)管沿著第一支路441、第二支路443、第三支路445或其組合內(nèi)的間隔物447、449中的一個(gè)或兩個(gè)而設(shè)置。加熱導(dǎo)管使用，如熱水或熱氣來(lái)局部加熱液體廢棄物，從而在對(duì)流力下使加熱的混合的液體廢棄物上升。對(duì)流力使加熱的液體廢棄物在第一支路447和第二支路449附近上升。同時(shí)，靠近相對(duì)較冷的外壁454的液體廢棄物在對(duì)流力下下降。因此，對(duì)流力使液體廢棄物沿著穿過(guò)第一支路441，沿著間隔物447上升并沿著外壁454下降的環(huán)形流路前行。類似地，對(duì)流力使液體廢棄物沿著穿過(guò)第三支路445，沿著第二間隔物449上升并沿著外壁454下降的環(huán)形流路前行。同時(shí)，液體廢棄物沿著第一支路441、第二支路443和第三支路445流動(dòng)，產(chǎn)生了組合的類似螺旋形的液體廢棄物流路。加熱導(dǎo)管可以包括噴嘴，以將水或氣體分配到液體廢棄物中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)(未顯示)的輸出中的加熱氣體的熱氣噴射流(hot gas injection jet)替代作為加熱和發(fā)電的來(lái)源的熱水加熱導(dǎo)管。熱氣的噴射通過(guò)自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流使液體廢棄物循環(huán)。從而在甲烷室440中形成相似的類似螺旋形的流路。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，至少一個(gè)包含壓縮的、循環(huán)沼氣的導(dǎo)管與加熱裝置472聯(lián)合使用。包含在導(dǎo)管中的壓縮沼氣被迫離開(kāi)導(dǎo)管并向上推進(jìn)，以通過(guò)空氣/水上升原理促使液體廢棄物向上移動(dòng)。釋放的氣體還可以有利于通過(guò)甲烷室440的類似螺旋形的液體廢棄物流路。雖然以處理酸性液體廢棄物 為背景描述了上面的實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，同樣的實(shí)施方案還可以用于處理具有流入物pH約7的高濃度有機(jī)液體廢棄物。堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物的處理本發(fā)明的另一個(gè)方面是改進(jìn)塞式流厭氧消化器系統(tǒng)以處理堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物。正如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“堿性高濃度有機(jī)液體廢棄物”(下文中為“堿性液體廢棄物”)指PH大于約8.0且固體含量大于約5%的工藝廢棄物、天然有機(jī)物。圖9闡釋了根據(jù)本發(fā)明的堿性廢棄物處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖9中顯示的廢棄物處理系統(tǒng)610在很多方面與上述圖1-4的實(shí)施方案中闡釋的酸性廢棄物處理系統(tǒng)類似。除了圖9的實(shí)施方案和圖1-4的實(shí)施方案之間互相不一致的特征和元件之外，據(jù)此將參考伴隨圖1-4的實(shí)施方案的上述描述以更完整地描述圖9的實(shí)施方案的特征和元件(以及可選擇的特征和元件)。圖9的實(shí)施方案中的與圖1-4的實(shí)施方案中的特征和元件相對(duì)應(yīng)的特征和元件以600系列進(jìn)行編號(hào)。如圖9所示，廢棄物處理系統(tǒng)610包括消化器外殼620、產(chǎn)酸室630、甲烷室640、淤渣坑660和流出物坑650。該系統(tǒng)610或者系統(tǒng)610的部分可以是厭氧的。在將液體廢棄物送至產(chǎn)酸室630之前，任選的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)616可用于調(diào)節(jié)流入液體廢棄物的pH。如果液體廢棄物是堿性的，那么液體廢棄物的pH可通過(guò)添加酸性物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)至約7.0的pH。酸性物質(zhì)可包括，但不限于，工業(yè)酸(如H2SO4)、酸性液體動(dòng)物廢棄物或者酸性有機(jī)液體廢棄物。產(chǎn)酸室630包括流入物導(dǎo)管618，其用于將來(lái)自消化器外殼620外部的液體廢棄物接收入產(chǎn)酸室630中。產(chǎn)酸室630具有上游端630a和下游端630b。液體廢棄物在上游端630a進(jìn)入產(chǎn)酸室630，并在下游端630b離開(kāi)產(chǎn)酸室630。在產(chǎn)酸室630和甲烷室640之間的壁661中形成切口 659，以允許液體廢棄物從產(chǎn)酸室630塞式流到甲烷室640中。用于處理堿性液體廢棄物的產(chǎn)酸室630通常會(huì)大于用于處理酸性液體廢棄物的產(chǎn)酸室。在一些實(shí)施方案中，產(chǎn)酸室630比用于處理酸性液體廢棄物的產(chǎn)酸室大約4倍。當(dāng)液體廢棄物流過(guò)產(chǎn)酸室630時(shí)，產(chǎn)酸菌將復(fù)雜的碳分子轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的酸。因此，產(chǎn)酸室630中的液體廢棄物的pH在下游端630b處最低，且在上游端630a處最高。產(chǎn)酸室630中的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)E測(cè)量流入液體廢棄物的pH。當(dāng)流入廢棄物的pH變得太高而無(wú)法維持產(chǎn)酸菌時(shí)，將來(lái)自產(chǎn)酸室630的下游端630b的液體廢棄物經(jīng)由流路693循環(huán)至產(chǎn)酸室630的上游端630a，以降低流入的堿性液體廢棄物的pH。流路693可以由任何數(shù)目的裝置界定，所述裝置可以包括，但不限于管道、瓦管、通道和管。在一些實(shí)施方案中，PH監(jiān)測(cè)臺(tái)E觸發(fā)變速的循環(huán)泵。該泵將合適量的液體廢棄物從產(chǎn)酸室630的下游端630b循環(huán)至產(chǎn)酸室630的上游端630a，以將流入的堿性液體廢棄物調(diào)節(jié)至約6.5到約7.5的中性pH。較低pH液體廢棄物的循環(huán)使得廢棄物處理系統(tǒng)610能夠?qū)⒘魅胍后w廢棄物的pH自行調(diào)節(jié)至在細(xì)菌接受的范圍內(nèi)的水平，并減少或消除外部添加酸的需要。這種較低pH液體廢棄物的循環(huán)還起到在產(chǎn)酸室630的上游端630a處用產(chǎn)酸菌對(duì)液體廢棄物再接種的作用。再接種可以增大液體廢棄物，特別是無(wú)細(xì)菌的流入廢棄物諸如甘油廢棄物上的細(xì)菌活力。從產(chǎn)酸室630的下游端630b被循環(huán)至產(chǎn)酸室630的上游端630a的液體廢棄物量反映在用于估計(jì)廢棄物處理系統(tǒng)610的酸部分的水力停留時(shí)間的增大。進(jìn)入甲烷室640的液體廢棄物包含用于有效轉(zhuǎn)化為甲烷沼氣和還原有機(jī)化合物的適當(dāng)?shù)腜H和簡(jiǎn)單的酸組分，且將在廢棄物處理系統(tǒng)610的已建立模式中處理。產(chǎn)酸室630包括加熱裝置622，當(dāng)液體廢棄物流過(guò)產(chǎn)酸室630時(shí)，加熱裝置622用于加熱液體廢棄物。加熱裝置622可以是，如加熱導(dǎo)管(未顯示)或者包含液體或氣體的其他導(dǎo)管。加熱裝置622可以包括排出噴嘴以進(jìn)一步攪動(dòng)液體廢棄物。來(lái)自產(chǎn)酸室630的液體廢棄物通過(guò)液體廢棄物的水平的塞式流運(yùn)動(dòng)而被 轉(zhuǎn)移至甲烷室640。如圖9所示，甲烷室640可以是U形罐。中心壁665將甲烷室640分為U形的第一支路或第一通道646和第二支路或第二通道648。液體廢棄物在第一方向上沿著第一支路646從產(chǎn)酸室630移動(dòng)至甲烷室640，且在與第一方向相反的第二方向上沿著甲烷室640的第二支路648移向淤渣坑660。一個(gè)或多個(gè)分隔物670可以各自與中心壁665平行且在中心壁665的相對(duì)的兩側(cè)上。分隔物670可以包括硬板或厚板、幕或簾、油布、膜及其組合中的至少一種。此外，分隔物670可以由多種材料構(gòu)造，材料包括，但不限于，金屬、木材、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料及其組合中的至少一種。分隔物670比中心壁665短，并距甲烷室640的底面一段距離而上升。這允許當(dāng)液體廢棄物塞式流過(guò)甲烷室640時(shí)，液體廢棄物在分隔物670下面流過(guò)，且然后在分隔物670上面流過(guò)。圖9所示的甲烷室640可以包括關(guān)于在圖1-7中闡釋的前述實(shí)施方案討論的特征的任何一個(gè)。例如，pH監(jiān)測(cè)臺(tái)B-D可以通過(guò)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)流路644循環(huán)來(lái)自淤渣坑660中的堿性淤渣來(lái)調(diào)節(jié)甲烷室640中的液體廢棄物的pH。另外，甲烷室640可以包括位于甲烷室640內(nèi)并鄰近中心壁665的加熱裝置672，以將液體廢棄物維持在有利于細(xì)菌活性的溫度。加熱裝置672使用，如熱水或熱氣來(lái)局部加熱液體廢棄物，從而在對(duì)流力下使加熱的混合的液體廢棄物上升。對(duì)流力使加熱的液體廢棄物上升超過(guò)中心壁665。同時(shí)，靠近相對(duì)較冷的外壁654的液體廢棄物在對(duì)流力下下降。因此，對(duì)流力使液體廢棄物沿著穿過(guò)第一支路646和第二支路648，沿著中心壁665上升并沿著外壁654下降的環(huán)形流路前行。同時(shí)，液體廢棄物沿著第一支路646和第二支路648流動(dòng)，產(chǎn)生了組合的類似螺旋形的液體廢棄物流路。加熱裝置672可以包括具有噴嘴的加熱導(dǎo)管，以將水或氣體分配到液體廢棄物中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)(未顯不)的輸出中的加熱氣體的熱氣噴射流替代作為加熱和發(fā)電的來(lái)源的熱水加熱導(dǎo)管。熱氣的噴射通過(guò)自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流使液體廢棄物循環(huán)。從而在甲烷室640中形成相似的類似螺旋形的流路。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，至少一種包含壓縮的、循環(huán)沼氣的導(dǎo)管與加熱裝置672聯(lián)合使用。包含在導(dǎo)管中的壓縮沼氣被迫離開(kāi)導(dǎo)管并在導(dǎo)管670和中心壁665之間被向上推進(jìn)，以通過(guò)空氣/水上升原理促使液體廢棄物向上移動(dòng)。釋放的氣體還可以有利于通過(guò)甲烷室640的類似螺旋形的液體廢棄物流路。如圖9所闡釋的，在操作廢棄物處理系統(tǒng)610時(shí)，堿性液體廢棄物被輸送至廢棄物處理位置。在進(jìn)入產(chǎn)酸室630之前，可以任選地將液體廢棄物流入物的pH調(diào)節(jié)至約6.0和約7.0之間的范圍，以開(kāi)始產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制變速的化學(xué)品供給泵的PH探針用于監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)流入物的初始pH。用于調(diào)節(jié)pH的試劑可以包括多種酸性物質(zhì)，諸如工業(yè)酸(如H2SO4)、酸性液體動(dòng)物廢棄物或者酸性有機(jī)液體廢棄物。液體廢棄物經(jīng)由流入物導(dǎo)管618進(jìn)入產(chǎn)酸室630。在產(chǎn)酸室630中，內(nèi)置加熱裝置622調(diào)節(jié)流入物的溫度以有利于產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)。溫度控制對(duì)產(chǎn)甲烷菌是重要的(溫度控制對(duì)產(chǎn)酸菌沒(méi)那么重要)。在產(chǎn)酸室630中精密地調(diào)節(jié)溫度，使得當(dāng)液體從產(chǎn)酸室630 “塞式流”至甲烷室640時(shí)，溫度保持恒定。對(duì)嗜溫操作消化器來(lái)說(shuō)，溫度可以現(xiàn)場(chǎng)確定在約97° F至約103° F，或者對(duì)嗜熱消化器來(lái)說(shuō)，溫度可以現(xiàn)場(chǎng)確定在約132° F至約138° F。持續(xù)攪拌產(chǎn)酸室630中的液體廢棄物以消除液體廢棄物中的溫度分層并促進(jìn)細(xì)菌更好地生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，采用循環(huán)沼氣的攪動(dòng)來(lái)持續(xù)攪拌產(chǎn)酸室的包含物。在產(chǎn)酸室630中，產(chǎn)酸菌將復(fù)雜的碳分子轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的酸。這些酸又降低產(chǎn)酸室630中的液體廢棄物的pH。因此，產(chǎn)酸室630的下游端630b處的液體廢棄物的pH比產(chǎn)酸室630的上游端630a處的流入液體廢棄物的pH低。在一些實(shí)施方案中，產(chǎn)酸室630的下游端630b處的液體廢 棄物的pH是約6.0。當(dāng)流入的堿性廢棄物進(jìn)入產(chǎn)酸室630的上游端630a時(shí)，pH監(jiān)測(cè)臺(tái)E測(cè)量流入的堿性廢棄物的pH。如果流入液體廢棄物的pH大于約7，那么將合適量的液體廢棄物從產(chǎn)酸室630的下游端630b循環(huán)至產(chǎn)酸室的上游端630a，以將流入液體廢棄物的pH降至約中性。這確保了將流入液體廢棄物的PH維持在促進(jìn)產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)率和效率的水平上。在一些實(shí)施方案中，由PH監(jiān)測(cè)臺(tái)E標(biāo)記的安裝在頂部的pH監(jiān)測(cè)器控制變速的淤渣循環(huán)泵，以將液體廢棄物從產(chǎn)酸室630的下游端630b循環(huán)至產(chǎn)酸室630的上游端630a。當(dāng)新的流入物進(jìn)入產(chǎn)酸室630時(shí)，產(chǎn)酸室630中處理過(guò)的液體廢棄物將塞式流入甲烷室640。在甲烷室640中，維持促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)的環(huán)境。將甲烷室640中的液體廢棄物的pH維持在pH約6.5到約8.0，且特別是維持在pH約7.5到約8.0。為了達(dá)到這個(gè)條件，pH監(jiān)測(cè)臺(tái)(B-D)遍及甲烷室640而設(shè)置。如果在這些臺(tái)中的任何一個(gè)處的pH降低至設(shè)定值，諸如6.5之下，那么pH監(jiān)測(cè)器將激發(fā)一個(gè)或多個(gè)變速的淤渣循環(huán)泵，將來(lái)自淤渣坑660的堿性淤渣添加到甲烷室640的液體廢棄物中。通過(guò)利用循環(huán)沼氣和/或加熱使甲烷室640中的液體廢棄物螺旋形混合確保了均勻的pH混合，并防止容器中的pH分層。甲烷室640內(nèi)的加熱裝置672將液體廢棄物的溫度維持在設(shè)定點(diǎn)溫度的約I度到約2度的范圍內(nèi)。嗜溫消化器的設(shè)定點(diǎn)溫度為約100° F，而嗜熱消化器的設(shè)定點(diǎn)溫度為約134° F。力口熱裝置672可以用于加熱或者冷卻，這由流入液體的溫度決定。甲烷室640內(nèi)的液體廢棄物與在垂直于廢棄物流向的方向上噴入液體廢棄物中的循環(huán)沼氣持續(xù)混合。混合防止了甲烷室內(nèi)的分層并增強(qiáng)了生物降解。當(dāng)廢棄物流塞式流過(guò)甲烷室640時(shí)，當(dāng)廢棄物流在水平的類似螺旋形的路徑中流經(jīng)甲烷室640的第一支路646和第二支路648時(shí)，其被允許在多個(gè)部分生物降解。在一個(gè)實(shí)施方案中，廢棄物流不會(huì)與新進(jìn)的廢棄物材料混合。當(dāng)產(chǎn)甲烷菌起作用時(shí)，它們消耗產(chǎn)酸室630中產(chǎn)生的酸，并有效地提高了液體廢棄物流的pH和增大液體廢棄物的堿度。在甲烷室640的末端，在具有基于流入物的性質(zhì)而合適設(shè)計(jì)的水力停留時(shí)間下，產(chǎn)酸菌將長(zhǎng)期完成它們的功能，且產(chǎn)甲烷菌將消耗細(xì)菌產(chǎn)生的酸。這導(dǎo)致與離開(kāi)產(chǎn)酸室630的液體廢棄物相比，廢棄物流出物具有高的PH和堿度。在廢棄物處理系統(tǒng)610的最末端，最高的堿度和最大的細(xì)菌種群存在于允許沉降在位于廢棄物處理系統(tǒng)610末端處的淤渣坑660中的細(xì)菌“淤渣”中。淤渣坑660沒(méi)有混合，且因此允許淤渣沉降到底部。這種具有較高堿度、pH和細(xì)菌種群的淤渣是在遍及廢棄物處理系統(tǒng)610的不同位置(臺(tái)B、C和D)處用于控制pH和接種細(xì)菌的循環(huán)淤渣。廢棄物處理系統(tǒng)610將處理固體百分?jǐn)?shù)在約5%和約40%之間變化的堿性液體廢棄物。通過(guò)監(jiān)測(cè)和精密控制液體廢棄物中的PH以及利用與產(chǎn)酸菌，然后是產(chǎn)甲烷菌的兩步厭氧生物降解工藝以及它們所得到的生物廢產(chǎn)物有關(guān)的自然產(chǎn)生的堿度和pH的升高來(lái)做到這一點(diǎn)。優(yōu)選采用混合的塞式流。另外，處理過(guò)的廢棄物在設(shè)計(jì)的水力停留時(shí)間內(nèi)的塞式流分離能夠自然地提 高PH和堿度，從而允許產(chǎn)生返回的淤渣。塞式流的混合防止產(chǎn)酸室630和甲烷室640中的分層。消除產(chǎn)酸室630和甲烷室640中的分層防止形成產(chǎn)酸菌菌落和所得到的高酸性液體(低pH) “死”點(diǎn)，有利于產(chǎn)甲烷菌更好地生長(zhǎng)以獲得更好和更快的酸中和以及堿度的產(chǎn)生，以及通過(guò)防止液體流動(dòng)路徑的“短路”來(lái)在廢棄物處理系統(tǒng)610中提供更加統(tǒng)一的水力停留時(shí)間。按照需要，生物降解的流出物可以進(jìn)一步通過(guò)發(fā)電設(shè)施來(lái)處理或處置。厭氧生物過(guò)程產(chǎn)生的沼氣可以在液面上方和甲烷室640的頂部下方的氣體收集空間中被收集。沼氣可以用作“BTU的替代品”來(lái)發(fā)電或生產(chǎn)天然氣。雖然以處理堿性液體廢棄物為背景描述了上面的實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，同樣的實(shí)施方案還可以用于處理具有流入物pH約7的高濃度有機(jī)液體廢棄物。因而，本發(fā)明提供了一種用于處理高濃度有機(jī)液體廢棄物的系統(tǒng)和方法以及類似的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的不同的特征和優(yōu)勢(shì)在所附權(quán)利要求中提供。
權(quán)利要求
1.一種用于處理液體廢棄物的系統(tǒng)，包括 產(chǎn)酸室，其至少部分地將液體廢棄物中的碳分子轉(zhuǎn)化成酸； 塞式流甲烷室，其位于所述產(chǎn)酸室的下游，所述甲烷室至少部分地將液體廢棄物中的酸轉(zhuǎn)化成甲烷； 固液分離器，其位于所述甲烷室的下游，所述分離器將液體廢棄物的一部分分離成堿性淤渣和流出物；以及 第一流路，其將堿性淤渣再循環(huán)至所述產(chǎn)酸室、所述甲烷室及其組合中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于所述產(chǎn)酸室的上游的pH監(jiān)測(cè)臺(tái)，所述pH監(jiān)測(cè)臺(tái)在液體廢棄物進(jìn)入所述產(chǎn)酸室之前調(diào)節(jié)所述液體廢棄物的pH。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述產(chǎn)酸室包含選自梭狀芽胞桿菌、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌、白色瘤胃球菌、溶纖維丁酸弧菌、反芻月形單胞菌、Streptococcuslovis、嚙齒真桿菌、外加酶及其組合中的至少一種的產(chǎn)酸菌。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述甲烷室包含選自甲烷絲狀菌、甲烷八疊球菌、甲烷螺菌、甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷短桿菌、運(yùn)動(dòng)甲烷微菌、甲烷鬃菌、嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌、甲酸甲烷桿菌、熱甲酸甲烷桿菌、熱自養(yǎng)甲烷球菌、嗜熱甲烷八疊球菌、高溫甲烷菌及其組合中的至少一種的產(chǎn)甲烷菌。
5.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述塞式流甲烷室包括第一支路和第二支路，所述第一支路的一端鄰近所述產(chǎn)酸室，所述第二支路平行于所述第一支路，其中，所述第一支路與所述第二支路部分地被壁分隔，且所述第一支路內(nèi)的液體廢棄物在與所述第二支路內(nèi)的液體廢棄物的方向相反的方向上前行。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述第二支路水平地位于所述第一支路旁邊。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)置在所述第一支路和所述第二支路中的一個(gè)的至少一部分內(nèi)以加熱液體廢棄物，液體廢棄物與所述加熱裝置接觸以使所述液體廢棄物熱混合。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括具有氣體出口的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管位于所述第一支路和所述第二支路的至少一部分內(nèi)，以將氣體排出到液體廢棄物中來(lái)使所述液體廢棄物混合。
9.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述液體廢棄物沿類似螺旋形的流路前行通過(guò)所述甲烷室。
10.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 PH探針，其位于所述產(chǎn)酸室、所述甲烷室或其組合中的一個(gè)內(nèi)；以及 再循環(huán)泵，其被所述PH探針激發(fā)，以將堿性淤渣循環(huán)至所述產(chǎn)酸室、所述甲烷室或其組合中的一個(gè)。
11.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述甲烷室進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)壁、分隔物以及加熱裝置，所述分隔物相對(duì)于所述壁設(shè)置，使得在所述壁與所述分隔物之間形成空間，所述加熱裝置被設(shè)置在所述空間內(nèi)，用于加熱液體廢棄物。
12.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)處理酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物、中性高濃度有機(jī)液體廢棄物或其組合中的一種。
13.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是厭氧的。
14.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)由相對(duì)圓形的外壁界定。
15.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述第一流路將堿性淤渣循環(huán)至所述甲烷室。
全文摘要
一種用于處理高濃度有機(jī)液體廢棄物的系統(tǒng)和方法。通常而言，該方法包括將流入的包括有機(jī)分子的高濃度有機(jī)液體廢棄物供給到厭氧消化器中，利用產(chǎn)酸菌將液體廢棄物內(nèi)的有機(jī)分子的至少一部分轉(zhuǎn)化成酸，利用產(chǎn)甲烷菌將液體廢棄物內(nèi)的酸的至少一部分轉(zhuǎn)化成甲烷，將用產(chǎn)甲烷菌處理后的液體廢棄物分離成堿性淤渣和流出物，以及利用堿性淤渣來(lái)調(diào)節(jié)厭氧消化器內(nèi)的液體廢棄物的pH。在酸性高濃度有機(jī)液體廢棄物的情形時(shí)，可以將由產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的酸的一部分再循環(huán)至厭氧消化器的前部并與流入的高濃度有機(jī)液體廢棄物混合。
文檔編號(hào)C02F3/28GK103253765SQ20131001987
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者斯蒂芬·W·德沃夏克 申請(qǐng)人:Dvo公司