用於降低糞便排放物汙染物負荷的方法

2023-08-04 01:16:36 2

專利名稱：用於降低糞便排放物汙染物負荷的方法
技術領域：
總的來說，本發明涉及糞便排放物的處理。更特別地，本發明涉及通過生物消化和蒸餾、用於降低糞便排放物汙染物負荷的方法。
常規地，由於其有機物質、氮、磷、鉀以及其它用於莊稼的營養物含量很高，將來自畜牧場的廢物，特別是來自豬和牛的糞便排放物用作肥料。
但是，降低動物產品成本的、密集畜牧業導致在一些地理區域堆積糞便排放物，該排放物在可被鄰近土地吸收的限度之上，其具有不期望的結果如汙染地表和地下水，以及消化和鹽化土壤。在這些情況下，糞便成為必須作為廢物進行處理的多餘物質。
將多餘的、通常含有超過90％水的糞便運輸到沒有密集畜牧業的地理區域用作肥料是無利可圖的，已有幾種過程旨在處理糞便，從而將其轉化為可再使用或排放到公共水道中的乾淨水。如果將其用以灌溉或施肥，還試圖減少糞便中一些不期望的元素，該元素導致討厭的氣味或對土地和水有害(氮和磷)。
背景技術：
如在專利ES2151389(ROS ROCA S.A.)以及專利申請WO97/47561(Biospecific Systems S.L.)中公開的一樣，通過結合需氧和缺氧的物理化學和生物處理可進行糞便的處理，從而獲得可再使用或排放到公共水道中的水。還公開了用於分離固體和用於蒸餾揮發性化合物(氨，CO2等)的方法，該方法用氧化鈣處理塔底餾出物，並使其碳酸鹽化，從而分離沉澱物和乾淨水(J.Kristoufek US 4710300)。但是，這些方法複雜、成本高，不容易製備滿足所有要求從而可倒入公共水道中的水。
其它方法基於通過蒸發掉水來濃縮該糞便固體以及乾燥該濃縮物，從而獲得固體肥料，該肥料是可運輸的，且可在沒有多餘糞便排放物的任何時間或地點，將之施加到土地上。由於在蒸發和乾燥過程中需要大量的能量，所以這些方法成本很高，且該蒸發水通常攜帶揮發性脂肪酸和氨，從而導致氣體的排放(如果該蒸發水凝結的話，或者導致液體的排放)。
為了避免這些缺陷，已經研究了使用廢熱發電能量降低操作成本的方法(EP0805130，SICOGESA S.A.以及EP1138185Universidad de Santiago de Compostela)。在西班牙專利ES2157779中公開的方法(Servicios de S.A.)將厭氧消化和廢熱發電系統相結合，之後進行離心分離、用酸中和、蒸發和乾燥。獲得了可被儲存和運輸的穩定肥料以及水凝結物。可將該具有低含量氨和揮發性有機酸的水再使用或排放，該氨和揮發性有機酸產生氣味。
還設計了更簡單的方法，該方法不需要用於水蒸發的能量，如消毒該糞便，之後將氨氮沉積為鳥糞石(磷酸銨鎂)，通過沉澱或過濾分離該鳥糞石(EP1041058，ROS ROCA S.A.)；或者通過將熱空氣鼓入通過該消過毒的糞便以用於汽提氨(EP1041057，ROS ROCA S.A.)。這些設計用來降低糞便中氮含量的過程不能消除揮發性有機酸，從而導致處理過的糞便、氨汽提空氣或獲得的氨鹽溶液中的氣味排放，且沒有降低糞便中的磷含量。
因此，在現有技術中，仍然需要在過量產生的區域，通過簡單和成本不太高的過程優化糞便排放物的處理，該過程降低了糞便中氮、磷和揮發性有機酸的含量，且既優化了肥料營養物的回收，又優化了能量效率。
發明目的因此，本發明的目的在於提供一種新型、簡單的方法，以用於降低糞便排放物的氮汙染物負荷，從而使得在鄰近畜牧場的區域，可將處理過的水用作灌溉水，而不使地力飽和。
本發明的另一個目的還在於在土地和地表和地下水處於要超過(或者已經超過)最大允許磷水平的危險情況下，任選降低磷含量。
本發明的另一個目的在於降低糞便令人厭惡的氣味，特別是降低那些由具有超過3個碳原子的有機酸(丙酸、丁酸、異丁酸等)導致的大便的特徵，該氣味影響鄰近農業開發區的住宅區，該農業開發區使用糞便施肥。
本發明的另一個目的在於能量的自給自足，該能量通過廢熱發電(cogeneration)單元提供，該單元生產來自生物沼氣的電能和熱能，該生物沼氣在厭氧生物消化步驟中產生。
最後，本發明的另一個目的是優化肥料營養物的回收以及優化能量效率，該營養物含在糞便中。通過將本發明的方法同在現有技術中公開的其它方法中的一種相結合，來實現這種優化，本發明的方法部分降低汙染物，現有技術的方法幾乎100％地消除了汙染物。
發明詳述本發明提供了一種用於降低糞便汙染物負荷的方法，其特徵在於包括以下步驟(a)厭氧生物消化該糞便；(b)從在步驟(a)中獲得的、生物消化過的糞便分離固體物質；以及(c)蒸餾在步驟(b)中獲得的澄清糞液，從而獲得具有更低汙染物負荷的最終的糞液；以及特徵在於將在步驟(a)的生物消化中產生的生物沼氣用在廢熱發電單元中，以提供所有上述步驟以及廢熱發電自身需要的熱能和電能。
因此，本發明發放的實質特徵在於將糞便進行厭氧生物消化，分離固體部分，蒸餾含在該消化過的糞便中的氨，以及特徵在於使用來自於生物沼氣的能量，從而提供整個過程需要的能量，該生物沼氣在厭氧生物消化中產生。
可連續或不連續地進行該方法，優選以連續方式進行。
厭氧生物消化通常將揮發性有機酸的含量從大約10,000ppm的值降低到低於50ppm，換句話說，濃縮到接近氣味檢測閾值，該有機酸具有3個或更多碳原子。類似地，生物消化以通常超過70％的高百分比將有機氮轉化為氨氮。由於氨氮的濃度通常為糞便中總氮的75％，所以使用生物消化，可將超過90％的氮轉化為氨的形式，且可通過隨後顯示本發明特徵的蒸餾過程分離。
類似地，生物消化將揮發性有機物質轉化為生物沼氣，該沼氣通常為甲烷和二氧化碳的混合物，通常以體積計甲烷含量為60-70％，該沼氣提供了供應本方法所需要能量的能量源。該生物沼氣在生物消化過程中產生，通常量在10-25Nm3/m3糞便之間，將該沼氣用來產生本發明糞便處理方法所需要的熱能和電能。
在本發明的一種具體實施方案中，使用生物沼氣的廢熱發電單元至少包括連接到發電機的內燃機或燃氣輪機，該生物沼氣在步驟(a)的生物消化中產生。
在一種具體實施方案中，將在步驟(a)中產生的生物沼氣作為燃料用在這種廢熱發電單元中，該沼氣通過礦物燃料如天然氣補充。
因此，在廢熱發電單元中，將在步驟(a)中產生的生物沼氣用作燃料，該沼氣任選通過礦物燃料如天然氣補充，該廢熱發電單元產生電和熱，從而提供步驟(a)的生物消化、步驟(b)的分離、步驟(c)的蒸餾以及廢熱發電過程自身需要的電和熱。
如上所述，該廢熱發電單元可為耦合到發電機的燃氣輪機或內燃機。在為燃氣輪機的情況下，僅使用來自於所產生的廢氣的熱。在為內燃機的情況下，除了來自於廢氣的熱，還使用來自於汽機冷卻水的熱能。在兩種情況下，將熱能回收為蒸汽、熱水或其它熱載流。
已知生物消化可在嗜常溫條件(約37℃)或嗜熱條件(約55℃)下進行，在第一種情況下，在消化池中的保留時間約為20天，在第二種情況下約為15天。兩種工序均可應用在本發明的情況下。
因此，在本發明方法的優選實施方案中，在嗜常溫條件下進行步驟(a)中的厭氧生物消化，優選在30-45℃之間的溫度，且保留時間在10-30天之間。
在另一種優選實施方案中，在嗜熱條件下進行步驟(a)的厭氧生物消化，優選在45-65℃之間，且保留時間在8-20天之間。
以更穩定的方式進行糞便的生物消化，當該糞便同其它廢物混合時，還產生大量的生物沼氣，該廢物增加了C/N的比率以及糞便可消化的有機物質。因此，例如將豬和牛的糞便混合是有利的，或者添加來自排放廢水處理廠的淤泥、屠宰場廢物、家禽飼養場垃圾(雞、鶉等)、食品工業廢物等。根據本發明，添加以重量計0.5-10％之間的這些產物可將產生的生物沼氣的量增加到高達50％。
因此，在本發明方法的一種具體實施方案中，步驟(a)的厭氧消化相應於糞便和其它廢物的共消化，該廢物來自於農場、食品或水處理工業如屠宰場廢物、來自植物油、糖或啤酒製造業的廢物、來自畜牧場而不是養豬場的廢物、來自乳製品、水果、蔬菜、魚類等加工的廢物，以重量計，通常其量在0.5-30％的範圍內。
在生物消化之前或之後，要不就在蒸餾之後可進行固體自該糞便的分離。通常在厭氧生物消化之後和蒸餾之前分離該固體是有利的。以這種方式，所有來自於該糞便的不可溶的物質也可被消化(溶解、去除氣味、將有機氮轉化為氨氮等)；以及由於在蒸餾之前分離該固體物質，所以阻止了在蒸餾設備中積垢和沉積。
因此，在本發明方法的一種實施方案中，在步驟(a)之前，這種方法包括另外的、通過過濾、離心分離或潷析該糞便來分離該固體物質的步驟。
在另一具體實施方案中，在步驟(a)的生物消化之後以及在步驟(c)的蒸餾之前進行該固體物質的分離；優選離心分離該生物消化過的糞便。因此，通過離心分離分離出一餅狀物，該餅狀物通常相當於以重量計10-15％的初始糞便，其通常具有以重量計20-30％的固體物質含量。但是，這種可經乾燥或堆制用作肥料的餅狀物通常保留60-70％的磷，該磷含在該初始糞便中。
以這樣一種方式進行澄清糞液的蒸餾(c)，該糞液在步驟(b)中獲得，從而使得將少量產品收集為餾份，以重量計，其通常在初始進料糞便的2-10％之間。這種通常為溶液的餾份以碳酸鹽形式保留了高百分比、通常超過95％的氨，該氨來自於消化過的糞便，以重量計，該溶液具有5-20％的氨，其相當於超過90％的總氮，該總氮包含在起始糞便中。
因此，在本發明方法的一種具體實施方案中，在蒸發或蒸餾設備中進行步驟(c)中的蒸餾，從而使得小部分的糞便、通常以重量計，在2-10％之間得以蒸餾，作為含水充碳酸氣化氨溶液，其含有大多數來自於糞便的氮。另一方面，如果在水和氨凝結期間添加酸，例如硫酸、硝酸或鹽酸，或者將之作為用作非凝結物的清洗液，將氮收集為相應酸的氨鹽水溶液。
根據本方法的另一種實施方案，取代獲得如前所述的充碳酸氣化氨溶液，在步驟(c)中的蒸餾之前，可用鹼金屬或鹼土金屬氫氧化物(例如2-4％的氫氧化鈉)處理在步驟(b)中獲得的澄清糞液，其使蒸餾過的氨作為氫氧化銨溶液(通常以重量計，具有10-20％的氨含量)獲得。
因此，在本發明方法的一種具體實施方案中，在步驟(c)的蒸餾之前，以通常在0.1-1.0Kmol/m3消化過的糞便的量，添加相應於鹼金屬或鹼土金屬氫氧化物的鹼。
可將在蒸餾過程中獲得的氨溶液以及在固體物質的分離中產生的、含有磷酸鹽的餅狀物(以重量計，其通常相當於低於15％的初始糞便)用作肥料或堆肥的製造，從而將之用在未被這些營養物飽和的農業農場區域。
換句話說，如前面所示，使用本發明的方法，可將糞便中的氮含量降低超過90％，且任選將磷酸鹽降低超過60％。這樣獲得的、最終的糞液具有較低的肥料負荷，可將之用作灌溉水或稀釋肥料，與初始糞便相比，其大體上具有更低的、令人厭惡的氣味排放水平，且不具有其先前具有的、初始的大便的特殊氣味。
本發明的另一種實施方案包括將先前公開的、降低糞便汙染物的簡單方法同使用廢熱發電的、蒸發和乾燥方法相結合，其如在西班牙專利ES2157779中公開的一樣，從而使得
-從廢熱發電單元獲得本發明聯合方法所需要的熱能和電能，該單元使用從步驟(a)產生的生物沼氣和礦物燃料；-在其中和、濃縮以及乾燥之前，將在步驟(c)的蒸餾中獲得的氨溶液添加到澄清糞便中；-將在步驟(b)的分離中分離的固體物質添加到待乾燥的產品中；-該聯合方法獲得三種產品(1)具有較低汙染物負荷的糞液，從而將之用作灌溉水或者稀釋的液體肥料；(2)獲得的幾乎沒有汙染物的生產用水或灌溉水，以及(3)固體肥料。
使用這種實施方案，通過聯合乾燥過程和本發明的方法，優化多餘糞便的管理是可能的，該乾燥過程處理一部分糞便，將肥料成分100％的回收為固體肥料，本發明方法降低了剩餘糞便肥料負荷。通過這種聯合方法，將更多的糞便添加到土地以及避免令人厭惡的氣味是可能的。
因此，在本發明的一種具體實施方案中，該方法的特徵在於，在步驟(a)的生物消化和步驟(b)的固體物質的分離之後，將在步驟(b)中獲得的一小部分澄清糞液進行乾燥處理，其包括以下步驟(d)通過酸化固定含在該小部分澄清糞液中的氨，優選使用pH在2-7之間的硫酸；(e)濃縮在步驟(d)中酸化的澄清糞液，獲得優選含有以重量計，10-30％固體物質之間的漿；以及(f)乾燥在步驟(e)中獲得的漿，從而獲得以重量計，含水量通常在1-20％之間的粉末。
在一種具體實施方案中，如前所述，這種方法的特徵在於在一個廢熱發電單元中，將在步驟(a)中產生的生物沼氣用作燃料，該沼氣通過礦物燃料如天然氣補充，從而提供所有步驟以及廢熱發電自身需要的熱能和電能。
因此，在廢熱發電單元中，將在步驟(a)中產生的生物沼氣用作燃料，該沼氣通過礦物燃料如天然氣補充，該單元產生電和熱，從而提供例如步驟(a)的生物消化、步驟(c)的蒸餾、步驟(e)的濃縮以及步驟(f)的乾燥所需要的熱。
在另一種實施方案中，這種方法的特徵在於在步驟(d)的氨固定之前，將在步驟(c)的蒸餾之後獲得的氨溶液添加到其它小部分澄清糞液中；以及特徵在於在乾燥步驟(f)之前，將在步驟(b)中分離的固體物質添加到在步驟(e)中獲得的漿中。
最後，在另一個具體實施方案中，這種方法的特徵在於將在步驟(f)中獲得的粉末聚結，從而通過處理如粒化或球粒化提高其處理和應用。


圖1所附圖1說明了本發明的方法，如下所述將糞便(1)裝載進儲存設備(A)中，在儲存設備的入口具有分離粗固體物的柵網和勻質化該糞便的研磨機。將該糞便連續泵入厭氧生物消化反應器(B)中，其中產生生物沼氣(2)和生物消化過的糞便(3)，通過(C)中的過濾、潷析或離心分離技術將生物消化過的糞便的固體物質分離為富含磷酸鹽的漿(4)。將澄清糞液(5)進行(D)中的蒸餾處理，產生在(E)中冷凝的餾份(6)，從而以碳酸鹽形式產生含有氨的氨溶液(7)。
任選地，將稀酸(20)添加到餾份(6)中，從而使得當氨溶液流(7)的pH降到低於7時，將氨保留為相應酸的氨鹽，且釋放CO2(12)。
在分離生物消化過的糞便的固體物質之後，大多數澄清糞液(5)作為塔底餾出物獲得，該餾出物組成具有較低汙染物負荷的最終糞液(8)。
通過將生物沼氣(2)進料給廢熱發電單元如馬達發電機(motogenerator)(F)實現該熱自給自足的方法，從該發電機獲得用於所有設備的電能(9)。還將熱能(10)作為用於(D)中蒸餾的蒸汽以及用於(B)中生物消化、來自發電機氣缸套的熱水獲得。
通過將含在最終糞液(8)中的熱同熱交換器中的澄清液流(5)交換進一步提高了能量效率。
在本發明的另一種實施方案中，將鹼金屬或鹼土金屬氫氧化物(11)添加到澄清糞液(5)的流中，從而在(E)中獲得氨溶液(7)，該溶液含有氫氧化銨形式的氨。還產生了CO2流(12)，最後可用酸性溶液，優選硫酸溶液清洗該流，從而回收仍保留在這種CO2流中的氨。
在本方法的另一種實施方案中，在(B)的生物消化前進行固體物質的分離。
在本方法的另一種實施方案中，在生物消化前將糞便同其它廢物(19)混合，其增強了厭氧消化，且增加了生物沼氣的量。
圖2圖2說明了本發明方法的另一種實施方案，該方案將蒸發和乾燥系統與廢熱發電進行了結合。在首先將之破碎並研磨之後，將糞便(1)裝載進(A)中。
將破碎和研磨過的糞便連續泵送到生物消化池(B)中，產生生物沼氣(2)以及生物消化過的糞便(3)，固體物質以(C)中淤泥(4)的形式與該糞便分離開。
將在(C)中分離該固體物質之後獲得的澄清糞液分為兩部分，將其一部分、流(5)如圖1所示蒸餾。將另一部分、流(12)用酸(18)優選硫酸中和，並將之帶到蒸發器(G)。將來自蒸發器G的水蒸汽(15)分離開並在(I)中冷凝。將來自蒸發器G的濃縮物(13)泵送到乾燥器(H)中，其中形成乾燥施肥粉末(14)。將來自H的水蒸氣(16)在(I)中冷凝。可將乾燥和蒸發過程的冷凝物(17)用作工業用水或灌溉水。
將生物沼氣(2)同礦物燃料(21)、通常為天然氣混合，將之進料到以熱水和蒸汽的形式產生電能(9)和熱能(10)的馬達發電機(F)中。將來自發電機氣缸套的熱水和同馬達發電機的廢氣一起產生的蒸汽用作給(B)中的生物消化、給(D)中的蒸餾、給(G)中的蒸發以及給(H)中的乾燥提供熱。為了將之轉化為固體肥料，將淤泥(4)添加到濃縮物(13)中。
在用酸(18)將之中和之後，將氨溶液(7)添加到澄清糞液部分、流(12)中，並在(G)中濃縮和在(H)中乾燥，從而回收乾燥施肥粉末(14)中的氨氮。
在本方法另一種實施方案中，在生物消化之前，將糞便同其它廢物(19)混合，其增強了厭氧消化和增加了所產生的生物沼氣的量。
實施例下面公開的實施例僅僅是說明性的，本發明無論怎樣都不局限於這些應用。
實施例n°1(根據圖1)待處理的糞便來自養豬場，並具有以下成分總乾燥物質 以重量計6.6％揮發性固體 以重量計4.5％COD 75,000g/m3總氮以重量計0.68％氨氮以重量計0.15％磷(P) 1.4kg/m3揮發性有機酸C3+ 9,900ppm密度1,080kg/m3將總量為12.5t/h的糞便從罐(A)連續泵送到消化池(B)，該糞便具有上述分析成分，該消化池由幾個並聯工作的攪拌罐組成，其具有5000m3的總有效容積，且將其維持在35℃，將該糞便循環通過熱交換床，該床具有來自廢熱發電的熱水。生物消化產生7,100Nm3/天的生物沼氣，其含有3,057Kg/天的甲烷，且具有1,770kWh/h的熱值。
將從該生物消化池溢出的、消化過的糞便(3)送到脫氣容器中，其中自發地排放CO2。其具有以下成分總乾燥物質以重量計4.1％揮發性固體以重量計1.8％總氮 以重量計0.70％氨氮 以重量計0.66％揮發性有機酸C3+ 33ppm
將該脫氣的糞便進料到離心分離機(C)，其分離出含有25％總固體物質的淤泥(4)1.5t/h。使用該淤泥，分離12.5kg/h的氮和以11.4kg/h的磷。
將在離心分離之後獲得的澄清糞液(5)以11.0t/h的速率連續泵送到直徑600mm、高20米、具有28個多孔板的蒸餾柱(D)中，其含有73kg的N/h。在進入該柱之前，該糞便同柱的底部交換熱，並被加熱到超過90℃。通過釜加熱該柱的底部，該釜具有由鍋爐產生的4kg/cm2的飽和蒸汽。獲得600kg/h的餾份，該餾份含有89kg/h的氨(68kg/h的N)。
將生物沼氣(2)提供給產生1.8MWh/h電能的馬達發電機(F)，將該電能部分地用作本過程的能量需要(約200kWh/h)，並將剩下的電能輸出到電網。以4kg/cm2來自廢氣的、1.8t/h的蒸汽和來自氣缸套、作為85℃熱水的1000kWh/h都各自提供(D)中蒸餾和(B)中生物消化所需要的熱能。
在該柱的底部(8)，將10.4t/h的糞便運送到具有處理過的糞便的罐，從而將之應用到農用土地或者用作灌溉，該糞便含有4kg/h氮(5％的初始量)和6.1kg/h的P(35％的初始量)。
實施例n°2(根據圖1)將來自實施例n°1的糞便同以重量計20％、用在脫色植物油(19)中的漂白土混合，其用作糞便生物消化中的助營養物(conutrient)。在嗜熱條件(55℃)下，在總容積為3,500m3的生物消化池(B)中，將總量為12.5t/h的混合物如實施例1一樣處理。該生物沼氣產量增加到19,500Nm3/天，其提供4,960kWh/h的等量熱能。
將生物沼氣(2)進料到產生1.8MWh/h電能的馬達發電機(F)，將該電能部分地用作提供過程所需要的能量(約200kWh/h)，將剩餘的電能輸出到電網。以4kg/cm2來自廢氣的、1.8t/h的蒸汽和來自氣缸套、作為85℃熱水的1000kWh/h都各自提供(D)中蒸餾和(B)中生物消化所需要的熱能。
消化過的糞便的處理同實施例n°1中的一樣，且得到類似的結果。
實施例n°3(根據圖2)將實施例1公開的、總量為25t/h的糞便進料到容積為10,000m3的生物消化池(B)中。該生物消化池產生600Nm3/h的生物沼氣(2)，其具有1,540kWh/h的熱含量。
(C)中的離心分離產生3t/h的淤泥(4)和澄清糞液，將該淤泥送到(H)中進行乾燥，將該糞液分成兩均等的流(5)和(12)。
如實施例1一樣，將流(5)泵送到蒸餾區域(D)，從而從柱的底部獲得10.4t/h處理過的糞便，以將之用作灌溉水。將蒸餾通過頂部的、600kg/h氨溶液(7)返回到澄清糞液(12)的第二流中，將其用pH4.5的硫酸(18)酸化，並在(G)中的真空下濃縮。
在(G)中濃縮的產品為具有20％固體物質的、1.7t/h的濃縮溶液，將其同3t/h的流(4)混合併在水平旋轉乾燥機(H)中蒸發到乾燥，該乾燥機通過蒸汽和熱空氣加熱。該產品(14)為粉末形式的固體肥料，其具有5％的含水量，可這樣或以顆粒或片劑形式使用該產品。以這種方式，可獲得總量為940kg/h的礦物有機肥料，該肥料具有35％的有機物質和15.7.5(N，P2O5，K2O)的營養成分。
該廢熱發電單元(F)具有6個耦合到發電機上的內燃機，該發動機用在生物消化過程中產生的生物沼氣(2)(3.540kWh/h)和用天然氣(21)(34,000kWh/h)進料，從而產生15,000kWh/h的電。將來自發電機氣缸套的熱(8,000kWh/h)用來加熱該生物消化池(B)(500kWh/h)，以及用來濃縮(G)中的糞便(7,500kWh/h)。來自廢氣的熱在鍋爐中產生4kg/cm2的、6t/h的蒸汽，將該熱用在乾燥機(H)和蒸餾過程(D)中。
權利要求
1.用於降低糞便汙染物負荷的方法，特徵在於其包括以下步驟(a)厭氧生物消化該糞便；(b)從在步驟(a)中獲得的生物消化過的糞便分離固體物質；以及(c)蒸餾在步驟(b)中獲得的澄清糞液，從而獲得最終的、具有較低汙染物負荷的糞液；以及特徵在於將在步驟(a)的生物消化中產生的生物沼氣用在廢熱發電單元中，從而提供所有上述步驟以及廢熱發電自身所需要的熱能和電能。
2.根據權利要求1的方法，特徵在於使用在步驟(a)的生物消化中產生的生物沼氣的廢熱發電單元至少包括耦合到發電機的內燃機或燃氣輪機。
3.根據權利要求2的方法，特徵在於用礦物燃料如天然氣補充在步驟(a)中產生並用在這種廢熱發電單元的生物沼氣。
4.根據權利要求1-3的方法，特徵在於在嗜常溫條件下、優選在30-45℃之間的溫度進行步驟(a)的厭氧生物消化，且保留時間在10-30天之間。
5.根據權利要求1-3的方法，特徵在於在嗜熱條件下、優選在45-65℃之間進行步驟(a)的厭氧生物消化，且保留時間在8-20天之間。
6.根據在前權利要求的方法，特徵在於步驟(a)的厭氧生物消化為糞便同其它廢物的共消化，該廢物來自農業、食品或水處理工業，如屠宰場廢物、來自植物油、糖或啤酒製造業的廢物、來自畜牧場而不是養豬場的廢物、來自乳製品、水果、蔬菜、魚類等加工的廢物，以重量計，其量通常在0.5-30％之間。
7.根據在前權利要求的方法，特徵在於在步驟(a)之前，其包括另外的、通過過濾、離心分離或潷析該糞便來分離固體物質的步驟。
8.根據在前權利要求的方法，特徵在於通過離心分離該生物消化過的糞便進行從步驟(b)分離固體物質。
9.根據在前權利要求的方法，特徵在於在蒸發或蒸餾設備中進行步驟(c)的蒸餾，從而在塔頂獲得以重量計，通常在2-10％之間的小部分糞便，其含有來自於糞便的大部分氮，且為含水充碳酸氣化氨溶液或酸的氨鹽水溶液，該酸例如為硫酸、硝酸或鹽酸，所述酸在水和氨的凝結過程中添加，或者作為用於從非凝結物提取氨的清洗液。
10.根據權利要求9的方法，特徵在於在蒸餾步驟(c)之前，以通常在0.1-1.0Kmol/m3消化糞便的量，添加可為鹼金屬或鹼土金屬氫氧化物的鹼。
11.根據在前權利要求的方法，特徵在於在生物消化步驟(a)和固體物質的分離步驟(b)之後，對在步驟(b)中獲得的小部分澄清糞液進行乾燥過程，該過程包括以下步驟(d)通過酸化固定含在該小部分澄清糞液中的氨，優選使用pH在2-7之間的硫酸；(e)濃縮在步驟(d)中酸化的澄清糞液，獲得含有優選以重量計，10-30％之間固體物質的漿；以及(f)乾燥在步驟(e)中獲得的漿，從而獲得以重量計，含水量通常在1-20％之間的粉末。
12.根據權利要求11的方法，特徵在於在廢熱發電單元中，將在步驟(a)中產生的生物沼氣用作燃料，該沼氣通過礦物燃料如天然氣補充，從而提供所有上述步驟以及廢熱發電自身需要的熱能和電能。
13.根據權利要求11-12的方法，特徵在於在氨固定步驟(d)之前，將在蒸餾步驟(c)之後獲得的氨溶液添加到其它小部分的澄清糞液中；以及特徵在於在乾燥步驟(f)之前，將在步驟(b)中分離的固體物質添加到在步驟(e)獲得的漿中。
14.根據權利要求11-13的方法，特徵在於將在步驟(f)中獲得的粉末聚結，從而通過如粒化或球粒化過程改善其處理和應用。
全文摘要
本發明涉及用於降低糞便排放物汙染物負荷的方法，其包括以下步驟(a)厭氧生物消化該糞便；(b)分離生物消化過的糞便的固體物質，該糞便在步驟(a)中獲得；以及(c)蒸餾在步驟(b)中獲得的澄清糞液，從而獲得最終的、具有較低汙染物負荷的糞液；將在步驟(a)的生物消化中產生的生物沼氣用在廢熱發電單元中，從而滿足所有步驟以及廢熱發電自身的熱能和電能需要。本發明還涉及用於降低糞便排放物汙染物負荷的方法，其將以前的方法同蒸發和乾燥方法相結合，將這種生物沼氣用在廢熱發電單元中，該沼氣通過礦物燃料補充，從而滿足所有步驟以及廢熱發電自身的能量需要。
文檔編號C02F1/16GK1867519SQ200480030232
公開日2006年11月22日 申請日期2004年9月23日 優先權日2003年9月24日
發明者J·安古洛阿蘭布魯 申請人:西耐爾工程集團有限公司