用於處理廢物、特別是由廢水淨化產生的汙泥的方法

2023-12-10 09:03:07 1

專利名稱：用於處理廢物、特別是由廢水淨化產生的汙泥的方法
用於處理廢物、特別是由廢水淨化產生的汙泥的方法 本發明涉及用於處理廢物的方法，特別是用於處理由廢水淨化產生的汙泥的方法。更具體地，本發明涉及用於處理廢物的方法，特別是通過化學方式用於處理由廢水淨化產生的汙泥直至其基本完全消除的方法。在處理結束時可能殘留的任何排出的汙泥具有例如用於農業領域中作為天然生物肥料的所有物理、化學、感官和微生物特性。目前，所有類型廢物的受控處置由歐盟指令和法規(EU Directives andregulations)規定，成員國必須在其領土上引入和應用所述歐盟指令和法規。根據目前的法規，廢物被分為以下類型(i)城市固體(或類似的)廢物，和(ii)特殊廢物；特殊廢物繼而分成無害的特殊廢物和有害的特殊廢物。廢物由於其特定的化學、物理和/或感官組 成而被歸類為有害廢物，必須經受區別化的處置エ藝。迄今為止在世界上各個國家處置廢物的最古老和普遍實行的主要方法是將廢物轉移至填埋場，因為該方法提供了有機成分的自然降解，並使得有可能儘管經過極長的時間段(約25年)，但通過有機碳級分(被氧化至最高氧化態(CO2))和其他主要成分(如氮、磷和氫)兩者的自然氧化發酵過程而實現了徹底破壞和礦化。在填埋場中處置是全世界使用最早的方法，因為其簡単、實用且(以前)廉價。然而，目前由於在用的填埋場地的更快速耗盡並且由於不利的經濟、健康和環境副作用，人們已經意識到需要開發可替代的技木，例如肥灌(fertirrigation)、生物堆肥和其他可替代的快速處置技術(生物氣化、熱破壞、廢物轉化為能量エ藝、熱解和其他技術)。然而，就經濟方面而言，考慮到直接和間接成本的總和非常昂貴且不總是合乎情理的，在填埋場中處置的傳統エ藝和快速處置技術(其隨時間推移已經作為填埋場的備選而出現，並具有大大降低成本的所期望的更好結果)自身均顯示出在操作上越來越少的優點，且相應的最終操作通常顯示為損失。這些可替代的快速處置技術中的每ー個，現在經過很多年操作的過程，已經顯現出對於周圍環境(莊稼、土壌、牧場、地下水位等)和對於人體健康(內部員エ、居住在周圍地區的人群等)，以及對於動物(以植物為食)，歸根到底，對於食物鏈整體不可否認的不利副作用(有時非常嚴重)。就肥灌而言，這是基本上僅對無害的特殊廢物施用的方法，該方法在於在適於接收它的土壤上以受控劑量直接散布廢物。一方面，該技術要求適度的結構和相對簡單的操作，具有非常小的經濟投資和中-低的運行成本，但是另一方面，缺點也是相當多的，該技術對於操作者(由於非常高的微生物進料)和環境(由於有惡臭和毒性的散發物、表面土壤的汙染、甚至可能深的地下井水的汙染，以及生物毒性和潛在致癌重金屬在植物(食物鏈)中的積聚)而言均是有害的過程。此外，土壤變成了昆蟲、鳥和齧齒動物的貯藏室，且該過程僅在一年的特定時間段可施行，且僅可以與被處理區域成比例的特定使用濃度施行。就生物堆肥而言，其針對的是歸類為無害且之前已經去毒的特殊廢物。該技術在於以少施肥和改進的作用產生有機-生物堆肥，且必須在使用之前與大約70%的優質植物物質(通常為纖維素衍生物)混合。雖然一方面該方法的特徵在於技術上、操作上和組建上的相對簡單性，但另一方面其需要排他生物源的主要植物材料的良好可獲得性。此外，僅僅當所得堆肥作為利基產品銷售時，才能獲得好的回報。此外，該堆肥考慮到其低的總體施肥價值而不能取代傳統的肥料，且該堆肥相比於其產生的實際作用具有高的銷售價格，而且，其必須與傳統肥料結合使用。就傳統熱燃燒而言，這是為無害的特殊廢物所保留的一種處理方法，該方法由焚化構成，燃燒氣體直接排放到環境中。儘管一方面該技術相當簡單，另一方面其也是被替代的和被廢棄的技木，因為該技術將在燃燒中產生的所有揮發性物質(包括實際上對環境、對食物鏈和對人體健康有害的那些物質)直接排放到大氣中。此外，該技術產生毒性和有害的廢渣，該廢渣必須花費額外費用在填埋場中進行處置。最後，由於不能回收能量且由於廢渣不得不在填埋場中被處置，因此運行成本高。就廢物轉化為能量(即部分能量被回收的廢物焚化)而言，該方法可施用於無害的特殊廢物，但是，更加適用於城市固體廢物。與該技術相關的問題之ー在於釋放到周圍大 氣中的燃燒氣體攜帯有歸類為致畸的或致癌的揮發性物質揮發性重金屬、ニ噁英、呋喃、多環芳族烴類(PAH)和多氯聯苯(PCB)。也存在實驗和實踐證據證實這些物質進入人體和動物食物鏈，因為它們返回到排放源周圍的地區。這也會引發所牽涉人群的呼吸不適。在熱燃燒過程中也產生有毒有害廢渣，其無論如何必須花費額外的費用在受控的填埋場中進行處置。儘管有能量回收，但認為操作費用高，且固定投資成本非常高，因為結構尺寸大。就氣化而言，該技術適於特殊的垃圾，條件是該垃圾是無害的，該技術導致生成由有機碳的厭氧發酵產生的甲烷和ニ氧化碳。該技術更適合用於處理密集化農場的廢棄的木質植物物質和動物排洩物，其中存在高效價的有機碳。此外，儘管該過程能夠以有限的運行成本甚至由廢棄材料和廢物產生相當大的替代能量(甲烷)，但是另一方面該技術僅理論上簡單，結果在操作中存在問題，導致來回擺動的產率，該產率遠低於供應商宣稱的產率。實際上存在影響結果的很多因素，例如原材料的品質以及外界溫度的季節性變化。此外，該技術需要高初始投資和連續供給大量要處理的有機材料，這需要使用優質生物質，其具有高水平的較低熱值(LCP)，優選包括具有高有機碳含量的植物物質。儘管是可用的，但是該技術實際上不適合用於處置過剩生物汙泥。此外，該技術產生由厭氧處理引起的有害廢渣，該廢渣無論如何必須花費額外費用在循環結束時在填埋場中進行處置。同類相食(cannibalization，ー種僅可用於處理過剩生物汙泥的技術)是對在生物氧化槽與具有厭氧活性的外部單元之間再循環的過剩汙泥進行的交替氧化/厭氧生物處理。一方面，該技術不僅是在現場的在線過程而且從環境和健康角度來看似乎是清潔的技術，另一方面，其使得過剩的汙泥能夠相對溫和地減少(40%)。但無論如何，與所獲得的結果有關，處理的費用高且該技術的操作相當苛刻，特別是如果還考慮所需的高的固定投資。最後，臭氧化是僅對於過剩生物汙泥可用的技木，該技術由以下構成用現場由作用於空氣或蒸發的液氧的合適的電弧臭氧化裝置產生的臭氧(O3)進行的強大的氧化作用。一方面該技術在環境和健康方面是清潔的，並可以現場在線操作，另ー方面此時獲得的過剩汙泥的大量減少相對溫和(40% )，此外，處理的費用相對於所獲得的結果而言無論如何是高的，特別是如果還考慮所需的高的固定投資。總之，所有可影響對上述快速處置處理評價的不利副作用主要可歸因於排放到大氣中的副產物的形成，已發現該副產物隨時間推移是毒性或致突變的或者致畸或直接致癌的，因為它們僅部分被最終的過濾系統捕獲。帶來最嚴重影響的物質為多環芳烴(PAH)、多種組成的ニ噁英、多氯聯苯(PCB)、呋喃(TE)和揮發性無機微量汙染物(由具有被證實的毒性的重金屬(鎘、鉛、錫、鋅及其他)組成)。對周圍人群的不利作用是不容置疑的，該副作用經對義大利及其它地方的人群以及操作場地的周圍區域所進行的嚴格的流行病學研究而彰顯。最後，生態-環境考慮因素應該得到應有的重視，所述快速處理過程釋放作為過程副產物的歸類為有害的特殊廢物，因為所述廢物由重金屬及它們的絡合衍生物如鉻、錳、鎳、銅和其他過渡元素的無機鹽組成，目前，除了填埋法外已知對於它們沒有其他的安全處
置方法。
除了城市廢物(SUW)以外，另ー產生大量有機生物衍生的廢物的行業是對城市和エ業源的汙水(廢水)的處理。實際上，在這些過程中，產生大量廢物或過剩生物和/或化學-生物汙泥，該汙泥是固有的，且不可能被消除，且汙泥的定性和定量的組成隨產生汙泥的淨化過程而變。實際上，所採取的每種處理類型以及每種技術可產生不同品質和數量的過剩汙泥。化學-物理浄化過程產生有機-無機過剩汙泥，該汙泥主要由熟石灰以及較少量的主要為無機的初級絮凝劑(鐵(II)、鐵(III)、鋁鹽等)和有機聚電解質(加入以改進絮凝-沉積階段)組成。由這些過程產生的汙泥的平均量估計為每立方米處理的廢水4-10千克乾物質，但是在ー些特殊行業(例如紙、脂肪、洗滌劑)可達到20kg/m3之多。生物淨化過程產生過剩的生物-有機汙泥，其具有非常複雜的組成，其中一部分以多種分子量的大量蛋白質級分(通常與糖苷單元(糖蛋白)和脂質(脂蛋白)結合)為代表，其中產生的平均量與有機進料(BOD)直接成比例，估計平均為4kg/m3的淨化的廢水。在較少數情況下施用混合過程(化學-物理和生物或反之亦然)，特別是當在廢水中存在的汙染物生物降解性差時；產生的類型和數量變化多端，因此不能歸類。根據目前的規定歸類為特殊的廢物的過剩汙泥,取決於其中存在的歸類為有毒或有害元素的含量，可繼而進一歩歸類為(i)有害的特殊廢物，如果其中存在的毒性物質超過了最大允許的閾值，或者(ii)無害的特殊廢物，如果存在的毒性物質沒有超過最大允許的閾值。廢水淨化後所產生的汙泥，為了能夠送去進行處置，需要預增稠/濃縮，隨後需要通過過濾進行脫水處理，這兩個處理的最終目的均是增加總固體(TS)含量，並因而減少汙泥的體積和重量。在這些處理之後，汙泥最終被送去進行與所有其他廢物相同方式的受控處置。由於在目前的最佳技術知識的狀態下，還沒有發現再利用該過剩汙泥的在經濟上有利的方法，因此以受控方式進行的不可避免的處置(無論在目前使用中採用的是什麼體系或技術，包括在填埋場中的處置)為操作者帶來了經濟上顯著不利的費用。在各個可選方案中，在填埋場中的處置代表了現今最經濟不利的選擇之一，儘管很多時候是強制性的當必須處置來自採用其他技術/類型的處置方案處理廢物而殘留的毒性廢物吋，以及不得不允許在不提供可替代技術的區域處置廢物吋。不考慮目前在使用中的各種處置的效率和效能，在受控填埋場處置的方法即使當今仍代表主要的解決方案，儘管其不是最廉價的。在廢水和汙水的淨化過程中對過剩汙泥的處置在整個循環中在經濟影響方面是最大的借項實際上，其佔淨化過程的總體費用的大於50-55%。因此，如今的研究興趣應該主要集中在如下方面是完全正常的(i)降低處理的単位成本；(ii)最小化在淨化過程中產生的汙泥的量；(iii)最小化/消除並行的生態、環境、社會和健康問題。綜上可見，似乎很顯然需要ー種可用的方法，該方法能夠滿足所有剛剛指出的需求，能夠提供一種可替代方案，該方案不僅非常有效，而且從技術和エ藝、生態、健康和經濟角度來看均有所改進，因而克服了本身作為已知的快速處置技術的缺點隨時間推移而顯現出來的那些嚴重問題。這就是根據本發明的方案所處的背景，本發明意欲提供一種可替代方案，該方案從技術、生態和經濟觀點來看相對於其他已知的且目前使用的技術有所改進，且與其他已知的且目前使用的技術相比具有如下另外的且改進的特徵-非常有效地減少廢物重量；-該方法非常廉價；-總的來說不存在對周圍環境、常住人群、動物或植物並因而對食物鏈本身產生影響的生態、環境、衛生和健康問題；-總的來說對エ廠的僱員是安全的；-增加了對可能在處理結束時存在的任何排放的殘餘物的農業利用。特別地，本發明的方法可用於有機化學、生態學、環境保護、受汙染場地的恢復、廢物處理中的很多領域以及任何其中化學結構的分解、溶解(也是部分的)和/或修飾以及獲得具有高得多的生物降解性的更簡單分子可證明是有用的或有利的其他情況。與上文所述的基於快速熱破壞或在相對長時間段(約30天)內的有機碳材料(生物氣)的生物氣化的加速破壞性技術不同，本發明主題的方法與這些技術的不同之處在於如下特定方面a)該方法將經處理的廢物中的不可忽視的有機碳級分(取決於其品質和類型，在乾物質的25%至40%之間變化)化學氧化為CO2 ；b)該方法對所得的殘餘級分進行了結構修飾，處理結束時(所述處理在水性環境中進行)產生主要包含完全溶解在澄清水溶液中的可快速並完全生物降解的溶質的洗出液；c)在該方法結束時，可能存在的以不溶體形式的殘餘物質可通過簡單的過濾或沉積或者機械壓榨而除去，所述殘餘物質主要由惰性植物材料(土壌、植物纖維素、不溶性食物部分、其他不溶性物質，通常為植物性的)組成；d)所述排放的材料(其可由該方法留下，參照控制農業用途的法律)被確定為「無害的特殊廢物」，其特徵符合對可堆肥廢物規定的法規。所述材料因而為完全可用於農業目的的產品。因此，本發明的目的是提供ー種有可能克服根據已知技術的方案的限制並獲得如上所述的技術效果的方法。
本發明的另一目的在於所述方法可以在啟動成本和操作成本方面均以相當受控制的成本施行。本發明的目的尤其是獲得ー種非常簡單、安全和可靠的方法。因此，根據第一方面，本發明涉及用於廢物處理的方法，該方法包括-對引入的廢物(進料)進行酸氧化水解；對由所述酸氧化水解排出的物料進行鹼氧化水解；
通過加入酸試劑對由所述鹼氧化水解排出的物料進行化學調節；-分離任何不溶解的殘餘物。根據本發明的方法的其他特性詳細記載在本說明書隨附的逐個的從屬權利要求中。本發明的方法的效果是顯然的其本身已經顯示為對於大量廢料和/或廢物和/或過剩固體和液體物質(其被歸類為特殊的廢物，均為有機源，有時是複合物，無機和/或混合源，以及天然、人造或合成源)的破壞性或還原性處理特別有效。本發明的方法特別適用於處理特殊的廢物，特別是由廢水淨化產生的汙泥，可以用於處理大範圍的廢物，例如(以舉例方式但非詳盡的)城市固體廢物的有機級分(OFSUff);來自工業加工過程的廢水；食物加工的有機廢料和碎料；來自研磨過程的植物水；來自葡萄壓榨過程，醋化過程以及發酵和酒精蒸餾過程的廢料；填埋場的滲出液；來自奶酪製備過程的漿液；沉積物；來自汙水坑的汙水；甚至是來自使用其他技術進行的廢物處理的殘餘廢物，例如由有機級分的厭氧發酵、SUff的焚化、有機級分的熱解等獲得的生物氣。本發明的方法提供如下顯著的優點成功地分解、化學破壞、結構轉化、溶解並最終減少這些特殊廢物的重量，在一些情況下達到完全消除它們的程度，優選在產生它們的相同的地點。特別地，在處置由廢水的浄化所產生的汙泥的情況下，根據本發明的方法能夠有利地連續進行並整合到與在現場處理的初級廢水相同的浄化循環。以此方式，有可能消除與伴隨著這樣的廢物的慣常操作相關的成本與風險裝卸、內部移動、運輸、儲存、棄置等。可替代地，該方法可在特定的處理地點進行，在該處待處理的廢物來自其他生產地點。根據本發明的方法使得有可能以簡單、有效、生態、衛生、清潔和經濟的方式使得進行處理的廢物的重量和體積均獲得非常顯著的降低。此外，當需要處理具有低程度的生物降解性(BOD)的汙水或廢物時，本發明的方法特別有用和有利，低程度的生物降解性是所謂「硬」(即抗生物性)合成或半合成物質(其幾乎不能或根本不能生物降解)的很常見的特徵。特別地，與所有其他已知和已經在使用的技術相比，根據本發明的方法由於裝置是閉合循環的，因此不產生且不向大氣中釋放任何類型的散發物。此外，取決於處理的廢物的類型和來源，在過程結束時，仍剩餘中等量的排出的固體產物(不可進ー步減少，被歸類為「無害的特殊廢物」)，其特性符合由Decree of theMinister of the Environment of5/2/98,Ministerial Decree no. 186/06和LegislativeDecree no. 99/92，附件 1A-1B 以及決定 2001/118/EC，2001/119/EC 和 2001/573/EC 對於堆肥的規定。因此，即使在處理結束時剩餘固體殘餘物，該殘餘物可用作土壤改良剤/肥料(其可通過直接肥灌在土壤上而散布)，符合由Legislative Decree no. 99/92,附件1A-1B建立的規定；或者可用作適於製備生物堆肥的產品，可作為可與城市廢物相比的廢物任意處
置的產品。本發明現在將特別地參照附圖，根據優選的實施方案以非限制性舉例說明的方式進行描述，其中引入的廢物由廢水淨化產生的汙泥(所謂的「過剩汙泥」)構成，在附圖中-圖I顯示了方框圖，其中示意了根據本發明的方法的不同階段，-圖2顯示了在本發明的方法的酸氧化水解階段，在70°C的固定溫度下，以分鐘表示的反應時間相對於PH值的圖，-圖3顯示了在本發明的方法的鹼氧化水解階段，在70°C的固定溫度下，以分鐘表示的反應時間相對於PH值的圖， -圖4顯示了在本發明的方法的酸氧化水解階段(pH= 3)，以分鐘表示的反應時間相對於溫度70°C的圖，-圖5顯示了在本發明的方法的鹼氧化水解階段(pH= 11),以分鐘表示的反應時間相對於溫度70°C的圖。根據本發明的方法使得廢物、特別是過剩汙泥以加速的可接受時間進行減少處理，該時間可與用於熱破壞性處理的總時間相比。然而，在以下詳細描述的說明中所述的エ藝條件，儘管特別地指處理過剩的汙泥，但是也可用於處理一般廢物。可基於本領域技術人員的經驗，取決於處理的特定的廢物，對這些條件進行小的修改。參照

圖1，根據本發明的處理過程的總體方案一般包括直接對引入的過剩汙泥進行的初歩機械破壞的第一階段，對所述汙泥進行劇烈砍切以便脫纖維/撕裂具有固體稠密度的物質並產生生物質細胞撕裂，其中所得的細胞內材料洩露。但是，該階段不總是嚴格必須的，特別是在小的エ廠中，然而其有可能減少後續階段的執行時間和/或獲得更高的效率。下一階段為對已經脫纖維化的汙泥進行的酸氧化水解，目的是將所有在エ藝條件下易於氧化的物質直接氧化為ニ氧化碳，以及對通常由結構化多糖化合物構成的殘餘未氧化的材料進行化學改性，所述結構化多糖化合物由如下代表中高分子量的纖維素衍生物(晶體和/或無定形纖維素)、飲食來源的未消化的植物纖維素(緑色蔬菜、水果及類似物)、其他較低的多糖，包括易於通過酸水解(以便使醚鍵水解並釋放連接它們的糖苷配基)而水解成較短鏈的糖苷化合物；甘油酯及其他酷，其由通常為飲食來源(脂肪和油)的長鏈脂肪酸通過ー個或多個基團R(其中R > C6)連接至甘油而構成，但也可以由簡單酯構成，線性和/或支化的，來自各種來源的，例如來自魚食物鏈和合成潤滑劑；複合蛋白，例如糖蛋白、脂蛋白、磷脂、氨基糖和磺基蛋白(sulphoprotein);硫化物質,例如亞硫酸化(R-OSO2-R')、硫酸化(R-OSO3-R')和磺化(R-SO3R')的化合物，其中R為一般有機基團，Ri可為氫(H)，金屬(M)或任何其他有機和/或無機基團；硫衍生有機化合物、硫醇(thioalcohol)、硫醚、硫醇(mercaptan)、亞碸、碸等；無機還原性化合物,例如單質硫,硫化物，亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、連四-硫酸鹽(tetra-ionate)、連ニ亞硫酸鹽等；具有還原作用的其他物質，肼及衍生物、羥胺及衍生物、膦及衍生物、酚和多酚衍生物、具有較低價態的過渡(所謂重)金屬，以及所有其他具有還原性、在反應環境中在較高價態下易於被氧化的化合物；具有氧化作用的物質活性零價滷素(例如活性氯)以及它們的有機衍生物(氯胺)和無機衍生物(次氯酸鹽、ニ氧化氯等)；氮、磷和硫的氧化性化合物以及錳、鉻和其他具有較高價態和氧化特性的重 過渡金屬；所有其他具有氧化特性井能夠幹擾生物量正常活性的有機和/或無機化合物；腐殖酸和黃腐殖酸；所有其他已知和未知的易受反應環境中的變化所影響的化合物。接著進行鹼氧化水解階段，目的是通過皂化使那些複雜物質水解(例如在之前酸階段中釋放的糖苷配基，通常例如屬於以下說明的類別)和使在較高價態下氧化的重金屬(過渡元素)沉澱(其氫氧化物通常不易溶於水性環境中，因此通過絮凝、沉積和過濾進行分離)具有醯胺連接鍵(-C0-NH-)的有機化合物、複雜的細胞蛋白質、簡單蛋白質(P印tose、蛋白腖)，直到反應進行到獲得游離胺基酸以及最終獲得游離氨(這發生在處理時間延長吋)，其他醯胺化合物(包括合成物質)；具有酷連接鍵(-C00R)的可皂化的有機化合物；在之前的酸階段中未水解或僅部分水解的植物和動物脂肪與油的甘油三酸酷，具有不同硝化末端基團和/或不同脂肪基團的植物和動物磷脂，有機磷化的(phosphorated)、膦酸化的、磷酸化的化合物及類似物；葡糖苷和配糖化合物的鹼氧化；β_烷氧基消除用於實現纖維素衍生物的末端葡糖苷鏈的逐步剝離，其立即氧化為具有低分子量的羧酸分子例如異-和間-糖精酸；通過延長處理時間或增加鹼試劑的濃度(提高pH)，有可能繼續反應使得已經形成的糖苷化合物分解，其中存在各種可能的難以控制的重排；任何其他已知或未知的在反應環境中易於變性的化合物。接著將由鹼水解階段排出的物料進行化學調節階段，所述物料任選地不含任何不溶性金屬氫氧化物，所述金屬氫氧化物可已經更好地如下文所述與液相分離。實際上，已經注意到，在鹼水解階段結束時PH從約11. 0-12. O的值減少至3. 5-5. 5之間的值顯著改進了聚結/絮凝階段和最終排出的(即未反應的)殘餘物的沉積速度。因此，在除去不溶性金屬氫氧化物之後，將洗出液進行PH校正，加入酸試劑，優選硫酸(不揮發的)，以達到3. 5-5. 5之間的希望的值。應該注意到，該化學調節在如下的情況下是同樣有利的在後續的不溶解的殘餘物分離的階段之後，所得洗出液向上遊再循環，即進入汙泥所來源的淨化過程。實際上，沒有該調節，洗出液在強鹼PH值(11.0-12. O)下就終止了，其不適合直接再循環至用於生物處理的槽或裝置中，該生物處理在接近中性並通常為7. 0-8. 5之間的低得多的pH範圍下操作。在調節階段之後，將物質傳遞至不溶解的殘餘物的分離階段。該階段可在例如靜態沉積槽中進行，在這裡任何剰餘的不溶解的殘餘物可通過傾析分離。陽離子聚電解質的加入可進ー步加速傾析階段，並顯著増大殘餘物中絮凝物的結構和尺寸。然而，由於在處理循環結束時根據本發明通常存在非常少量的殘餘物，因此靜態沉積操作可能是多餘的，因為根據已知和已經使用的過濾技術將物質進行簡單的袋式過濾或其他類型的過濾要簡單得多、更實際和更廉價。最後，在現場處理汙泥的情況下，則如以上所解釋，可接下來是洗出液再循環至初級淨化過程的階段。經過濾的洗出液(即脫除了殘餘的不溶解的汙泥)再循環到與初級廢水相同的生物浄化裝置中，其與初級廢水可在如下區段中混合(i)在初級儲藏/平衡槽中；或者(ii)在化學調節器中，與引入的初級廢水一起；或者(iii)在生物區段(活性汙泥、生物轉盤、滲濾器、曝氣池等)。
實施例I.過程階段的詳細分析現在對過程的所有階段進行更詳細地評述可進行初級機械破壞階段，目的是使用機械撕裂或對細胞膜脫纖維以提取最大可能量的細胞內液體，同時使過剩汙泥中的植物部分的接觸面積增加至最大，從而更好地製備用於後續處理階段的汙泥。例如，有可能繼續初級機械擊打，其可在冷條件或者甚至更好地在熱調價下進行最佳地，如果在65°C下，且優選在酸性PH下，因為酸化的汙泥趨於明顯地流體化，允許在脫纖維中更好的機械效率並因而更短的處理時間。可在任何已知的裝置(球磨機、攪拌器系統，用齒輪等)上進行該操作，且該操作可持續數秒至數分鐘，這取決於使用的破碎機的旋轉速度和處理的汙泥的物理稠密度。 進行酸氧化水解的下ー階段，目的是對已經在酸環境中脫纖維的物質進行水解。該階段優選在O. 1-5. O、更優選在2. 5至3. 5之間的酸性pH下進行。優選將進料加熱至35°C至100°C之間(更優選60°C至75°C之間)，進行或多或少溫和的機械攪拌(70_125rpm足夠)或者甚至簡單的曝氣。該階段通常可以持續60-90分鐘，但是優選儘可能地長，以確保已經發生細胞內液體的總提取和植物產品的總水解。反應環境的酸性可通過任何具有充分酸作用的無機和/或有機化合物而提供，例如(僅通過非限制性說明的方式)ニ元氫滷酸(鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、氫氟酸)、氮、磷、硫、滷素的三元含氧酸；可溶性鹼金屬和/或鹼土金屬硫酸鹽和磷酸鹽；簡單和/或取代的有機酸草酸、丙ニ酸、琥珀酸、戊ニ酸、己ニ酸、酒石酸、蘋果酸、馬來酸、富馬酸、甲酸、こ酸和滷素取代的こ酸；苯甲酸和/或用ー個或多個活性基團取代的苯甲酸，所述活性基團選自亞硝基、硫酸基、硫酸酷基、竣基、勝酸基、氧齒酸基；燒基苯、燒基酌·、燒基和蔡的橫化、硫酸化、亞硫酸化、膦酸化、磷酸化和亞磷酸化有機酸；苯酚及其衍生物，包括用通常的活性基團取代的那些。氧化反應優選在至少ー種以下氧化劑的反應介質的引入下進行。a)分子氧，例如通過吹入空氣。在較大的處理裝置中，出於經濟原因，可通過在現場注入再氣化的液氧來代替吹入空氣。在酸環境中的分子氧，能夠在採用還原作用氧化大量物質的設想的處理時間裡，根據以下所示的半反應，賦予氧化還原半對相當大的推動力02+4H++4eニ > 2H20E0 = I. 229 伏特b)過氧化物類型的有機和/或無機氧化劑，例如(僅以非限制性實例的方式)-無機過氧基化合物臭氧、硼化合物(過硼酸鹽)、碳化合物(過碳酸鹽)、脲化合物(過氧化脲)、硫化合物(過硫酸氫鹽和過ニ硫酸鹽)、磷化合物(過氧焦磷酸鹽)、過氧化物、過氧化氫(H2O2)，它們在酸處理環境中的反應可以遵循簡單氧化還原或者氧原子加成路徑，這取決於受體的特性，反應如下H202+2H++2eニ > 2H20E0 = +1. 776 伏特H202+2H++2e - >氧加成反應-過氧化特徵的有機化合物過酸(R-C0-00-H)、單烷基過氧化物(R-OO-H)、ニ烷基過氧化物(R-00-R')、醯基過氧化物(R-C0-00-C0-R')、環狀過氧化物、臭氧化物、任何其他過氧化物；-非過氧化的無機氧化性化合物猛、鉻、碘、氟、溴、氯、氮、鉛、銀、鈷、鋪、侃、鐵、硒的化合物；新生態氧、通過強氧化系統原位產生的輕基，例如Fe (II)+H2O2 (Fenton』 s反應)或過硫酸鹽用銀鹽的活化。總反應時間根據如下因素進行顯著調節(i)使用的酸化試劑的強度；(ii)使用的氧化試劑的強度；(iii)工作溫度。這些因素對反應效率的影響示於圖2和3中。有關鹼氧化水解階段，在中等鹼性環境中，優選在8. O至12. O之間的pH範圍內進行該處理。優選在溫和的機械攪拌下進行該過程，並將物料加熱至40°C至100°C之間(更優選60°C至75°C之間)。反應環境的鹼性可通常由任何有機和/或無機化合物與強鹼的反應提供，例如(僅為了說明的目的)鹼金屬和/或鹼土金屬的氫氧化物；含氧三元鹽碳酸鹽、矽酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽等；用鹼反應的有機化合物醇鹽等。在鹼性環境中的氧化反應在與所說明的用於酸氧化水解的那些相同類型的氧化劑的同時存在下產生。
通過環境的pH值和工作溫度調節反應時間，如圖4-5中所示。如果在處理的汙泥中存在重過渡金屬(所述汙泥由於其高毒性而通常是不希望的，汙泥已經在酸環境中氧化為更不溶於含水環境中的高價態)，可進行所述重金屬(作為氫氧化物存在)的分離。摩爾濃度來自溶度積(Ksp)，其值由於產生鹼性環境的氫氧根離子(or)的摩爾濃度而進一歩降低。這些不溶性氫氧化物作為沉澱物(即在底部的泥漿)被提取，並被送至進行差異化的處置。然後在機械攪拌下，通過加入酸試劑對由之前處理得到的物質進行調節，使得達到優選3. 5至4. 5之間的pH值。該範圍有利於絮凝和任何排出的不溶解殘留物的最終沉積(如果存在的話)。在調節後，將物質送至下一分離階段，所述分離階段通常通過沉積或直接過濾進行。在希望促進該殘留物更多的沉積時，有可能採取加入少量的聚電解質水溶液。在分離後，殘餘物可任選地利用通常的裝置進行壓榨，目的是提取存在的最大可能量的水並物理分離排出的潮溼的殘餘物以送至農業用途，或者由於最終的量少，可將其在袋式過濾器或其他類似的裝置中進行合適的過濾。將收集的所有來自壓榨和過濾的水與可再循環的洗出液合併，如將在下文更全面地所述。當直接在廢水淨化所進行的現場對過剩汙泥進行根據本發明的過程時，洗出液可有利地再循環至與引入的初級廢水相同的廢水淨化處理裝置中，洗出液可與初級廢水混合，或者洗出液可以直接送至相同裝置的生物部分(活性汙泥、滲濾、生物轉盤等)。實施例2.過程產率根據本發明的過程利用如下簡單的重量公式證實如下產率(即在開始處理和離開處理之間過剩汙泥的乾物質的重量減少)R% = 100 (Pi-Ps) /Pi = 100 (PcSST% -Ps)其中R%代表在經受處理的過剩汙泥中的總乾物質的重量減少百分比；Pi為初始乾物質的重量；P。為經處理試驗的過剩汙泥樣品的重量；Ps為經過濾、洗滌和在110°C下乾燥直至達到恆重的最終殘餘固體的重量；
SST%為對於過剩汙泥通過乾燥平均代表性樣品直至達到恆重所確定的總乾物質的百分比，以下式表示SST%=(幹樣品重量/初始樣品重量)* 100a)乾物質的重量減少該減少從最小值84%至100%變化。b)潮溼可鏟狀態的經壓榨產品的重量減少當希望的是不是指總乾物質(TDM)的減少而是脫水可鏟潮溼物料(其最終實際上是待棄置的殘餘物料)的總的減少，因為與初始過剩汙泥(原樣並且未處理的)相比，在處理後排出的最終殘餘物具有超級排水能力(即排放游離水)，最小化的效率從上述提及的最小值84%變化至92%。與在以上a)點中所述的產率相比，脫水汙泥可獲得的該較高的產率完全歸因於排水能力，即釋放的游離水的較大單位量，使得乾物質含量在處理後顯著較高。通過使用相同類型的汙泥，在分批進行的實驗室試驗中和在中試裝置和エ業規模裝置上進行的動態試驗中，這些結果已經被反覆證實；它們得到的值實際上彼此之間極好地一致，最大偏差在± I %內。實際上，已經觀察到，可提取的有機物質的含量僅以可忽略不計程度影響根據本發明的方法的產率，相反地，產率受到經處理的原廢水中初始存在的惰性殘餘物的量的影響。更確切地，通過不可水解或者僅可部分水解的材料的存在和通過在土壌、植物殘餘物、不溶解的食物纖維素、晶體植物纖維素、植物皮、樹葉和各種其他外來物質(其在該方法的條件下可證明是不溶性的)中獲得的惰性物質的含量來調節效果。c)通過部分乾燥使得殘餘物可能的進ー步減少在由於汙泥(大工廠)大量產生而可能是有利的情況下，在離開時通過經根據本發明的處理壓榨或過濾的潮溼的殘餘物可任選地進行另ー階段即通過部分乾燥、通過將來自脫水的殘餘物在真空下或採用其他已知技術的部分乾燥來減少水分含量。這可能變得有利，因為由於處理過程排出的殘餘物在約65°C _75°C的溫度下，在該溫度點，待蒸發的水具有遠離可忽略的約200毫巴的蒸氣壓。實施例3.影響過程結果的參數pH的作用參照圖2和3，可觀察到以下趨勢-在酸氧化處理中pH= 4. O的值要求反應時間為約120分鐘，而在pH = 2. 5的值，對於相同的結果要求的時間僅為60分鐘；-在鹼氧化處理中大於12.O的pH值致使一系列如此快速的降解反應和/或在之前酸性環境中釋放的葡糖苷分子轉化為糖類化合物，使得很難控制反應和試驗的可重複性。此外，在該環境中，細胞蛋白質的降解是顯著的，其不僅水解為蛋白腖，而且水解為胺基酸，接著胺基酸變性直至導致氨基(-NH2)的後續釋放，形成游離氨。11. O至12. O之間的pH範圍看似很折衷，因為所需反應時間仍相對較短(小於3小時)，但是對反應的控制和試驗的再現性是令人滿意的。對於甚至更低的8至11之間的pH值，需要的反應時間顯著延長，但是作為補償，反應的控制性改進。關於溫度，參照圖4和5，可觀察到如下趨勢a)在酸氧化處理中，較高溫度值，特別是高於70°C的值，通常有利於反應動力學；相比之下，低於60°C的溫度需要更長的反應時間；也已經注意到80-85°C以上的溫度往往促成洗出液的明顯變暗，可能形成了席夫鹼，席夫鹼可在糖類與蛋白質或游離胺基酸之間的溶液中形成。、
b)在鹼氧化處理中，大於80°C的溫度值導致伴有快速降解的複雜反應，其中控制性和可重複性(如關於pH已經提及的)非常難以控制；65°C至70°C之間的溫度範圍因而被認為是良好的折衷，因為反應更可控制，所需的反應時間仍是技術上可接受的，因為反應時間在3小時以內；對於甚至更低的溫度值，反應時間過分延長。關於酸和鹼試劑的濃度，其為就操作所選的pH值的直接函數，均在酸和鹼範圍內。但是，氧化劑的量原則上不僅為工作pH的函數，而且為包含在處理的汙泥中的可氧化物質的類型和量的函數。可通過例如氧化還原計(即，用於以mV表示的氧化還原勢(E)的測量裝置)調節消耗量。為了使根據本發明的方法在品質、數量和經濟性方面獲得最好的結果，處理的多個階段的漸進順序是相當重要的；根據如下表I中所列的方案獲得最好的結果。表I
權利要求
1.用於處理廢物的方法，所述方法包括 -對引入的廢物(進料)進行酸氧化水解； -對由所述酸氧化水解排出的物料進行鹼氧化水解； -通過加入酸試劑對由所述鹼氧化水解排出的物料進行化學調節； -如果存在不溶解的殘餘物，則分離不溶解的殘餘物。
2.根據權利要求I所述的方法，其中待處理的廢物為由廢水淨化產生的汙泥。
3.根據權利要求2所述的方法，所述方法還包括將分離階段獲得的洗出液再循環至產生所引入的進料的淨化過程中。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述方法進ー步包括對引入的進料進行機械破壞的初始階段。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述方法還包括在鹼氧化水解階段之後對不溶性金屬氫氧化物進行分離的階段。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述酸氧化水解的階段在O.1-5.0，優選2. 5-3. 5的pH值下進行。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述酸氧化水解的階段在350C _100°C，優選60°C -75°C的溫度下進行。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述酸氧化水解的階段在大量分子氧和/或有機或無機過氧化物氧化劑的引入下進行。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述鹼氧化水解的階段在8.0-12. O的PH值下進行。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述鹼氧化水解的階段在400C _100°C，優選60°C -75°C的溫度下進行。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述鹼氧化水解的階段在大量分子氧和/或有機或無機過氧化物氧化劑的引入下進行。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中通過加入酸試劑以達到3.5-4. 5的PH值來進行化學調節的階段。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中通過沉積或直接過濾來進行分離階段。
14.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中在分離階段之後將殘餘物進行脫水。
全文摘要
用於處理廢物的方法，所述方法包括對引入的廢物(進料)進行酸氧化水解；對由酸氧化水解階段排出的物料進行鹼氧化水解；通過加入酸試劑對由鹼氧化水解的階段排出的物料進行化學調節；分離任何不溶解的殘餘物。該方法與已知的和在使用中的其他方法和技術相比，具有以下優點非常有效地減少廢物重量；出色的經濟性；總的來說不存在生態、環境、衛生和清潔問題；總的來說對裝置使用人員是安全的；增加了對可能在處理結束時存在的任何排放的殘餘物的農業利用。
文檔編號C02F9/00GK102666402SQ201080048329
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月27日 優先權日2009年9月28日
發明者M·蒙特姆洛 申請人:紐萊斯股份公司