CN110573229A - 用于巴氏灭菌、水解和碳化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出在不同的温度和压力下、在交替的废物流中使用热水解(或热碳化)，以实现高消化速率和巴氏灭菌速率的最佳混合，同时仍实现粘度大幅度降低。在公开的实施方案中，结合热水解(或热碳化)和巴氏灭菌的方法包括但不限于并联安置废物流、串联安置所述废物流，利用并联的热输入和串联的热交换器来优化水解速率，最大限度地减少高压罐的使用，优化能源使用，并管理固体的粘度特性。

Description

用于巴氏灭菌、水解和碳化的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月23日递交的序列号62/398,936的、名称为“用于巴氏灭菌和热水解的方法和设备”的美国临时申请的优先权。该专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

如今热水解已经成为一种广泛应用的技术，以提高消化速率(通常在高于100℃的温度下，同时对废水固体(或其他废物)进行巴氏灭菌，并降低废水固体和其他废物的粘度。此后，热水解和在高于100℃的温度下的巴氏灭菌的组合被称为热水解。其他形式的水解包括化学水解(如碱水解、酸水解)，(天然的或人造的)酶水解和电子束(电子束)水解。热、碱、酸、天然酶或人造酶、电子束水解的单独形式或(2种或更多种的)组合形式此后一般称为水解。巴氏灭菌也可在大气压下进行(此后简称为巴氏灭菌，以区别＞100C的高压热水解)。虽然通过在较低温度和大气压下操作该方法能够提高消化速率和巴氏灭菌，但是在较高温度和压力下某些类型的固体的粘度的降低最好实现。热碳化是在一定压力下将污泥加热到(在不同的保留时间下)大约高于180℃并且高达大约220℃的温度的实践，此后称为热碳化。本发明的范围是用于改进一种通过(根据并联或串联的废物流的数量)在一个、两个(或多个)温度下进行热处理或水解处理来管理和共混废物流的方法，以实现优化的解决方案)。水解或巴氏灭菌步骤能够被热碳化步骤替代。或替选地，这些过程中的一些能够被组合成单个步骤。例如，巴氏灭菌和化学水解能够被组合成单个步骤。这样能够实现增强的消化能力和较高的固体加载速率，同时高压容器的体积需求最小化，并实现所有固体的整体巴氏灭菌。

发明内容

在本发明中提出，在交替的废物流中，在多个温度和压力下使用巴氏灭菌、水解(包括热水解)和/或碳化，以有效地实现高消化速率和巴氏灭菌速率的最佳组合，同时仍然实现粘度大幅降低和高脱水泥饼固体浓度。这可以通过使用在共混之前进行交替热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程的单独废物流来实现。

在本发明的一些实施方案中，废活性污泥和初沉污泥将并联供给热水解(或热碳化)和巴氏灭菌，同时在厌氧消化器中混合之前被热处理并最终脱水，使得最终泥饼产物与残余的滤清/滤液分离。在其他实施方案中，虽然污泥将串联地供给处理过程，但热输入将在热水解和巴氏灭菌过程中并联发生。在一些其他实施方案中，热交换器将热水解(或热碳化)过程连接到巴氏灭菌过程，使得每个过程仅并联处理一定质量的污泥，同时，在消化器之前发生热传递。在一些这样的实施方案中，热交换连接仍将存在于热水解(或热碳化)和巴氏灭菌之间，然而，热水解(或热碳化)质量流也将与巴氏灭菌串联进行，使得质量和热量都不并联流动。在其他实施方案中，可以使用任意混合来替代强制厌氧消化器，使得每个并联过程可以在泥饼消化、滤清/滤液分离之前单独进行脱水。最后，在本发明中设想了前述变型形式的混合。在本发明在此未明确描述的精神内还可存在其他反应。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的若干实施方案，其中：

图1是描绘具有或不具有回收的后热水解(或热碳化)过程(THP)的固体的时间对温度的曲线图，如示出其中t＝时间(按小时表示)，Temp＝温度(按℃表示)。

图2是示出在THP之前和在THP之后，固体浓度为约10.5％的表观粘度曲线的曲线图，其中分别在130℃、150℃或170℃下进行处理。

图3是表示在7/s的剪切速率下、热预处理温度(按℃表示)对粘度(按mPa·s表示)的曲线图。

图4是描绘废活性污泥和初沉污泥并联供给热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程的流程图，同时在厌氧消化器中混合之前进行热处理并最终脱水，使得最终泥饼产物与残余的滤清/滤液分离。

图5是示出在热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程中并联发生热输入时，废活性污泥进行热水解(或热碳化)，并且同时串联进行初沉污泥供给巴氏灭菌过程的流程图。

图6是表示并联的废弃热活性污泥和初沉污泥供给热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程的流程图，同时热交换器将热水解(或热碳化)过程连接到巴氏灭菌过程，使得通过每个过程并联处理仅一定质量的污泥，同时在厌氧消化器之前发生热传递。

图7是示出废活性污泥供给热水解(或热碳化)并且同时串联的初沉污泥供给巴氏灭菌过程的流程图，在热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程中并联发生热输入，同时热交换器将热水解(或热碳化)过程连接到巴氏灭菌过程，在厌氧消化器之前，污泥处理和热传递均不发生。

图8是表示并联的废弃活性污泥和初沉污泥分别供给热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程的流程图，同时在可选的混合罐中混合之前进行热处理，或者在最终脱水之前保持并联而进行热处理，使得将泥饼进一步厌氧消化而首先与残留的滤清/滤液中分离。

图9是描绘废活性污泥供给热水解(或热碳化)并且同时串联的初沉污泥供给巴氏灭菌过程的流程图，在混合物脱水并且泥饼进一步被厌氧消化而首先与滤清/滤液分离之前，在热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程中并联地发生热输入。

图10是示出并联的废弃热活性污泥和初沉污泥供给热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程的流程图，同时热交换器将热水解(或热碳化)过程连接到巴氏灭菌过程，使得通过每个过程并联处理仅一定质量的污泥，同时在可选的混合罐中混合之前发生热传递，或者在最终脱水之前保持并联而发生热传递，使得泥饼进一步被厌氧消化而首先与残留的滤清/滤液分离。

图11是描绘废活性污泥供给热水解(或热碳化)并且同时串联的初沉污泥供给巴氏灭菌过程的流程图，在热水解(或热碳化)和巴氏灭菌过程中并联发生热输入，同时热交换器将热水解(或热碳化)过程连接到巴氏灭菌过程，使得污泥处理和热传递均不并联地发生在混合物脱水并且泥饼进一步被厌氧消化而首先与滤清/滤液分离出来之前。

图12是示出与恢复性增稠相关的、(热、碱、酸、电子束或其组合)水解的实施方案的流程图。任选地，对流入固体进行巴氏灭菌或任选地增稠，并任选地直接添加到消化中，或者在水解或恢复性增稠过程的上游或下游。

图13是示出与恢复性增稠相关的、(热、碱、酸、电子束或其组合)水解和预巴氏灭菌的实施方案的流程图。在这种情况下，任选地，将流入的增稠固体部分地或者完全地送至巴氏灭菌，剩余物在水解步骤的上游或下游送至消化器。

图14是示出具有单独的固体和液体消化的预消化水解(热、碱、酸、电子束或其组合)的实施方案的流程图。

图15是示出在厌氧消化之前、巴氏灭菌和(热、碱、酸、电子束或其组合)水解的流程图。

可以设想，在某些实施方案中，图4至图11之前可以是增稠或脱水装置。脱水步骤也能够是紧随于水解或碳化之后的最终步骤。

具体实施例

在附图中示出了本发明的一些优选实施方案：

图1是描绘具有或不具有回收的后热水解(或热碳化)过程(THP)的固体的时间对温度的曲线图，如示出其中t＝时间(按小时表示)，Temp＝温度(按℃表示)。

图2是示出在THP之前和在THP之后，固体浓度为约10.5％的表观粘度曲线的曲线图，其中，分别在130℃、150℃或170℃下进行处理。

图3是表示在7/s的剪切速率下、热预处理温度(按℃表示)对粘度(按mPa·s表示)的曲线图。

图4是描绘废活性污泥402供给热水解(或热碳化)404、同时提供热输入406并且热交换器408循环余热的流程图。同时，在厌氧消化器418中混合之前，初沉污泥410并联地供给巴氏灭菌过程412，同时提供热输入414并且热交换器416循环余热(所述厌氧消化器也将余热输送给上述热交换器408、416)，并且送至脱水420，使得产生的最终泥饼422与残留的滤清/滤液424分离。

图5是描绘在污泥串联地输送至巴氏灭菌512之前，废活性污泥502供给热水解(或热碳化)504、同时提供热输入506并且热交换器508循环余热的流程图。同时，在厌氧消化器518中混合之前，初沉污泥510供给巴氏灭菌过程512，同时提供热输入514并且热交换器516循环余热(所述厌氧消化器也将余热输送至上述热交换器508、516)，并且送至脱水520，使得产生的最终泥饼522与残留的滤清/滤液524分离。

图6是表示废活性污泥602供给热水解(或热碳化)604、同时提供热输入606并且热交换器608循环余热的流程图。同时，在厌氧消化器618中混合之前，初沉污泥610并联地供给巴氏灭菌过程612，同时提供热输入614并且热交换器616循环余热(所述厌氧消化器也将余热输送至上述热交换器608、616)，并且送至脱水620，使得产生的最终泥饼622与残留的滤清/滤液624分离。通过使用直接连接两者的热交换器626，在并联热水解(或热碳化)604和巴氏灭菌612过程之间平衡热量。

图7是显示在污泥725串联地输送至巴氏灭菌712之前，废活性污泥702供给热水解(或热碳化)704、同时提供热输入706并且热交换器708循环余热的流程图。同时，在厌氧消化器718中混合之前，初沉污泥710供给巴氏灭菌过程712，同时提供热输入714并且热交换器716循环余热(所述厌氧消化器也将余热输送至上述热交换器708、716)，并且送至脱水720，使得产生的最终泥饼722与残留的滤清/滤液724分离。通过使用直接连接两者的热交换器726，在并联的THP 704和巴氏灭菌712过程之间平衡热量，使得在该实施方案中质量和热量都不真正地并联进行。

图8是呈现废弃活性污泥802供给热水解(或热碳化)804、同时提供热输入806并且热交换器808循环余热的流程图。同时，在任选的混合罐818中混合之前，初沉污泥810并联地供给巴氏灭菌过程812，同时提供热输入814并且热交换器816循环余热，或在任一情况下被送至脱水820之前保持并联，使得泥饼消化过程的最终泥饼产物822与残留的滤清/滤液824分离。

图9是描绘在污泥925串联地输送至巴氏灭菌912之前，废热活性污泥902供给热水解(或热碳化)904、同时提供热输入906并且热交换器908循环余热的流程图。同时，在混合物被送至脱水918和滤清/滤液920与泥饼消化过程的最终产生的泥饼产物922分离之前，初沉污泥910并联地供给巴氏灭菌912，同时提供热输入914并且热交换器循环余热916。

图10是示出废活性污泥1002供给热水解(或热碳化)1004的、同时提供热输入1006并且热交换器循环余热1008的流程图。同时，在任选的混合罐1018中混合之前，初沉污泥1010并联地供给巴氏灭菌过程1012，同时提供热输入1014并且热交换器1016循环余热，或在任一情况下被送至脱水820之前保持并联使得泥饼消化过程的最终泥饼产物1022与残留的滤清/滤液1024分离。通过使用直接连接两者的热交换器1026，在并联的THP 1004和巴氏灭菌1012过程之间平衡热量。

图11是示出在污泥1125串联地送至巴氏灭菌1112之前，废活性污泥1102供给热水解(或热碳化)1104、同时提供热输入1106并且热交换器循环余热1108的流程图。同时，在混合物被送至脱水1118和滤清/滤液1120与泥饼消化过程的最终产生的泥饼产物1122分离之前，初沉污泥1110供给巴氏灭菌过程1112，同时提供热输入1114并且热交换器循环余热1116。通过使用直接连接两者的热交换器1126，在并联的THP 1104和巴氏灭菌1112过程之间平衡热量，使得在该实施方案中质量和热量都不真正地并联进行。

图12是示出与恢复性增稠相关的、(热、碱、酸、电子束或其组合)水解的实施方案的流程图。任选地，对流入固体进行巴氏灭菌或任选地增稠，并任选地直接添加到消化中，或者在水解或恢复性增稠过程的上游或下游。

图13是示出与恢复性增稠相关的、(热、碱、酸、电子束或其组合)水解和预巴氏灭菌的实施方案的流程图。在这种情况下，任选地，将流入的增稠固体部分地或者完全地送至巴氏灭菌，剩余物在水解步骤的上游或下游送至消化器。

图14是示出具有单独的固体和液体消化的预消化水解(热、碱、酸、电子束或其组合)的实施方案的流程图。

图15是示出在厌氧消化之前，巴氏灭菌和(热、碱、酸、电子束或其组合)水解的流程图。

可以设想，在某些实施方案中，图4至图11之前可以是增稠或脱水装置。上述附图中的巴氏灭菌过程能够被水解或热碳化过程替代；或者也能够与水解相结合。下面明确地详述用于这些实施方案的所提出的组件的效用：

反应器和工艺物料流：在反应器中加热固体。用能够直接或间接加热污泥的太阳能电池能够提供巴氏灭菌的热量。流体能够是空气、水或其他热传递材料。反应器可以操作为连续流通过过程、分批过程、顺序分批过程、或活塞式流动过程。任何加压固体能够缓慢或快速减压。反应器能够用蒸汽、热交换器或热泵加热，并用太阳能、热、液压或机械方法加压。单个或多个反应器能够包含在两个或多个流入的热量流和/或质量流量流内，根据需要，所述流完全并联或者串联(例如，支流)到整个热量流和/或质量流量流或者并联或者串联的组合。根据需要，热量流和质量流量流能够是解耦的。例如，热量流可以作为完全并联的质量流量流的支流流入。

建议的反应器处理温度：本发明提出一种方法或一种设备，其中废水固体(或其他产物和废物)的温度在60℃和220℃之间提高(<180℃是热水解，>180℃是热碳化)，以将供给固体浓度增加至厌氧消化，降低消化器体积需求，提高厌氧处理的吞吐率，增加泥饼固体，提高微生物水解速度、灭活病原体或指示剂，或减少水头损失、混合或泵送能量，并降低固体的粘性。可以混合额外的水解(化学物质(酸、碱或其他化合物)、人造酶、例如通过高温有氧预处理而天然产生的酶)或电子束)或方法的组合，以实现期望的性能和比那些通常优选(100℃至180℃)用于热水解而更低的温度。在该方法或设备的一种方法中，更粘稠或能更缓慢水解的固体(例如，废活性污泥、纤维素废物、能缓慢消化的有机废物)在60℃和180℃之间(或用于热碳化的高达220℃)的较高温度下热水解(或其他形式水解或多种形式水解的组合)，并且其中，更容易水解(非限速固体)(如初级固体、食物垃圾或任何其他有机废物或产品)在60℃和100℃之间的较低温度下进行巴氏灭菌。也可以有具有多种废物和温度的两个以上流体。该方法允许管理和优化将一定温度和热量用于两种流，并同时实现粘度的优化降低(从而提高工艺吞吐率)，同时实现巴氏灭菌，提高消化速率和/或增加脱水泥饼固体。两个(或多个)流可以彼此并联或串联，具有热传递/热共享或流混合的可能性。在串联方法的情况下，较低温度的流通常在较高温度的流的下游进行巴氏灭菌(伴随在两个(或多个)流之间发生质量或热传递)。

建议的粘度特性：较高粘度的固体(当在固体浓度约为10％，温度约为20℃，剪切速率为7s-1下操作时，约>2500mPa·s)或不易水解/消化的固体(需要总固体保留时间约大于5天至7天)通常被加热到100℃至180℃(或用于热碳化的220℃)的更高温度(及其相应的压力)，或经历其他形式的水解(碱、酸、(在此类生产的制造过程中)外部制造或自然生产的酶、电子束)。较低粘度的固体(当在固体浓度约为10％，温度约为20℃，剪切速率为7s-1下操作时，约<3500mPa·s)通常被加热到60℃至100℃的较低温度。在2500mPa-s和3500mPa-s之间的固体可以在两种方法中的任一种加热，以产生厌氧消化的粘度特性的合适的“混合”。

建议的增稠/脱水固体浓度：在加热“反应”之前，固体通常预先增稠或脱水至约3％至15％固体，尽管35％的更高浓度的固体也是可能的。在加热反应之后，固体能够被稀释、增稠或脱水至固体浓度为7％至55％，存在较高的固体浓度，以促进“干法消化”。对于干法消化的特殊情况，允许单一流(不需要多重混合流)，其中，在加热反应器和厌氧消化过程之间发生增稠/脱水步骤。(当在“加热反应器”和“消化”步骤之间发生增稠或脱水时)在增稠/脱水之后获得的滤液或滤清能够根据需要用作生物营养物去除或厌氧消化的碳源。如果需要，在加热步骤之前发生的增稠/脱水可以允许在滤清中的滤液中伴随释放磷。脱水也能够是整个过程的最终步骤(此后不包括消化步骤)。

在本发明的另一实施方案中，用于高温水解(或碳化)过程的流被脱水至固体浓度>8，而用于巴氏灭菌过程的流体被增稠至固体浓度<8％，以便管理两个流的相对粘度和热平衡，。

在本发明的一些实施例中，热发生器能够调节135℃至180℃的较高温度，如针对较高粘度固体或较不易消化的固体所保留的。

在管理固体浓度的另一方法中，将一部分固体送至涉及高温的预处理，并控制高固体浓度来匹配下游厌氧消化器中预设的液压停留时间。可以添加稀释水，以另外管理固体浓度和/或液压停留时间。这种固体浓度和时间的管理将允许实现稳定的消化。在一些实施方案中，固体浓度和稀释的管理将解决(例如来自氨)抑制或毒性。

提出使用滤液或滤清(加热反应后)。脱水过程中去除的液体能够由耐火材料或在热水解或碳化过程中产生的物质组成。液体能够收获作为农业用灭菌产品、发酵原料、抗菌混合物或用于螯合作用。脱水过程去除的液体能够包含腐殖质和富里酸物质。去除的液体可以由细菌的抑制剂或生长促进剂组成，用于选择微生物循环内的特定反应。用传感器(例如紫外线(UV)扫描、UV、拉曼、红外线、FTIR、或其他形式的光谱)能够控制该液体中这些成分(例如螯合剂或其他抑制剂)的产生。因此，该控制能够(通过使用控制泵、阀或其他装置的传感器控制的反馈控制)管理用于热水解或碳化反应的温度。在许多情况下，预期热水解和碳化反应在高温蒸汽或其他热交换材料(通过烫洗、焦化、炭化或以其他方式改变污泥的分子结构)对污泥粒子的影响的最大点处产生这些耐火化合物。通过任何可用的方法，包括使用水浴、低温蒸汽浴、更好的混合(闪蒸混合或其他快速混合方法)或可用于防止污泥的烫洗、焦化、炭化或以其他方式改变污泥的分子结构的任何其他方法，能够通过更好的“直接加热”消散来减少或减轻耐火成分的产生。

用传感器能够管理或控制在热水解或碳化过程期间耐火物质(耐火材料)的生产，所述传感器控制泵、阀或其他装置。在热水解或碳化过程中耐火物质的产生能够通过用更好的混合、热传递或热管理方法更快速地散热而最小化。

在本发明的另一实施方案中，用直接或间接加热污泥的太阳能或太阳能电池能够提高温度。

建议使用增稠或脱水的固体。灭菌的固体能够在厌氧消化之前、脱水之前或脱水之后、或在农业使用固体之前，用专门的微生物进行生物强化。这些微生物可以包含可以促进其农业用途的特化细菌或真菌(例如，固氮菌或木霉菌属)。专门的微生物也可以特别用于消耗消化器中过量的氢，在消化器中产生过量的氢，或增加厚壁菌与拟杆菌的比例，或增加厌氧固氮。

恢复性增稠：如一些附图所示，恢复性增稠(厌氧消化器的再循环回路中的污泥增稠)也是可能的。在恢复性增稠工艺、水解工艺、巴氏灭菌工艺或直接消化之前，可以在不同位置添加两个流的流入固体。

巴氏灭菌以解决指示剂和病原体的再生长：通常需要最低温度为75℃、持续约30分钟来解决指示剂和病原体的复苏和再生长，特别是如果存在这些微生物的大约超过3个至4个对数(10³至10⁴个菌落形成单位/克干固体，10³至10⁴最大或然数/克干固体，或10³至10⁴独特DNA拷贝/克干固体。嗜热或高温有氧预处理(也能够改善水解)也能够用于替代巴氏灭菌或与巴氏灭菌相结合。

提出在厌氧消化器中提高水解/颗粒破坏率的方法：通过减少微生物与基质(特别是颗粒基质)的接近度(通过固体增稠/脱水)，微生物-微生物接近度(通过固体增稠/脱水)，或通过降低粘度(与结构水或结合水的破坏/释放相关)增加扩散性，来改善微生物水解/颗粒破坏率。水解形式包括热、化学、酶或电子束或其组合。化学水解能够包括但不限于酸水解或碱水解。碱水解能够包括(但不限于)使用氢氧化钾、氢氧化钠、氧化钙/氢氧化钙或氧化镁/氢氧化物或这些化学品的组合。使用天然产生的酸(VFA)或合成酸能够实现酸水解。

提出基于粘度特性控制温度控制。基于固体的粘度特性能够直接或间接控制巴氏灭菌温度。粘度可以直接测量、或通过基于泵中的水头损失或混合器中的扭矩或任何这样的方法的间接控制来测量。基于粘度的直接控制能够出现于使用所需的剪切速率、使用在线或离线或实验室测量的粘度值。

提出用固体稀释控制粘度特性。固体稀释或增稠用于根据需要通过直接或间接粘度测量来控制固体的粘度。粘度可以直接测量、或通过基于泵中的水头损失或混合器中的扭矩或任何这样的方法的间接控制来测量。基于粘度的直接控制能够出现于使用所需的剪切速率、使用在线或离线或实验室测量的粘度值。

在本发明的一些实施方案中，产生耐火物质。用传感器能够管理或控制在热水解或碳化过程期间的耐火物质的产生，所述传感器控制泵、阀或其他装置。热水解或碳化过程中耐火物质的产生能够通过使用更好的混合、热传递或热管理方法更快速地散热而最小化。

在本发明的另一实施方案中，用直接或间接加热污泥的太阳能或太阳能电池能够提高温度。

本发明还涉及一种用于水解(或热碳化)处理的方法，其中废水固体的温度在60℃和220℃之间提高，以增加供给固体浓度以进行消化，降低消化器体积需求，提高厌氧处理的吞吐率，增加泥饼固体，提高微生物水解速率，灭活病原体或指示剂，或减少水头损失，混合或泵送能量，并降低固体的粘度，其中大部分废活性污泥、纤维素废物、缓慢消化的有机废物在60℃到180℃之间(或用于热碳化的高达220℃)的温度下(用热、嗜热有氧、化学、酶或电子束)水解，其中大部分初级固体、食物垃圾或任何其他有机废物或产品在60℃到100℃的温度下进行巴氏灭菌。水解或碳化方法的较高温度保留用于较高粘度的固体或较不易消化的固体。

在本发明的一些实施例中，在厌氧消化或堆肥这些固体之前，将处理后产生的固体脱水，以增加总干性固体含量为7％至55％的泥饼固体。

在本发明的一些实施例中，用于高温水解过程的流被脱水至大于约8％的固体浓度，而用于巴氏灭菌过程的流被增稠至低于约8％的固体浓度。

在其他实施方案中，控制送至涉及高温和高固体浓度的预处理的固体的一部分，以匹配下游厌氧消化器中的预设的液压停留时间。

在本发明的另一实施方案中，在脱水过程中去除的液体用作生物营养物去除、厌氧消化的碳源。在脱水过程中去除的液体可以收获作为农业用灭菌产品、发酵原料、抗菌混合物或螯合物。如果有针对性的话，在脱水过程中去除的液体可以增加腐殖质向富里酸物质的分解。

在本发明的另一实施方案中，将额外的厌氧消化后产生的固体脱水，以将泥饼固体增加至总干燥固体含量为7％至55％。

在本发明的另一实施方案中，将处理前产生的固体脱水，以将泥饼固体增加至总干燥固体含量为3％至35％。

在本发明的一些实施方案中，需要在75℃的最低温度下持续20分钟至40分钟，以防止指示剂和病原体的复苏和再生长。

在本发明的一些实施方案中，通过降低微生物与基质的接近度，微生物与微生物接近度、或通过降低的粘度增加扩散性，来改善微生物水解速率。

在本发明的另一实施方案中，基于固体的粘度特性，直接或间接控制热水解时间或巴氏灭菌温度。间接控制基于泵中的水头损失、混合器中的扭矩，直接控制基于在线或离线或实验室测量的粘度。

在本发明的另一实施方案中，固体稀释或增稠用于控制固体的粘度。

巴氏灭菌过程能够使用通过混合固体流或通过使用热交换器，从热水解(或热碳化)过程回收的热量。

在本发明的一些实施方案中，灭菌的固体用专门的微生物来生物强化，以促进固体的厌氧消化、脱水和农业使用。专门的微生物可用于消耗氢、增加厚壁菌与拟杆菌的比例、或增加厌氧固氮。

应理解，以上示出和描述了各种公开的实施例，以说明本发明的不同可能特征以及可以组合这些特征的变化方式。除了以不同方式组合上述实施例的特征之外，其他修改也被认为是落入本发明的范围内。本发明不旨在限于上述优选实施例，而是旨在仅由下面陈述的权利要求限制。因此，本发明涵盖落入或等同地落入这些权利要求范围内的所有替代实施例。

本发明不限于上面描述的和附图中所示的结构、方法和手段。所提出的权利要求是示例性的，并且额外的权利要求、或者对权利要求的修改也是可能的。本发明由下面提出的权利要求限定。美国专利证书要求和希望保护的是：

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于处理废水固体的设备，所述设备包括：

反应器，所述反应器用于将所述废水固体的温度在60℃和220℃之间提高，以降低消化器体积需求，提高厌氧处理的吞吐率，增加泥饼固体干燥度，提高微生物水解速率，灭活病原体或指示剂，减少水头损失，减少混合或泵送能量需求或降低粘度，

其中所述设备包括第一***，所述第一***用于在60℃和180℃之间的温度下用热、嗜热有氧、化学、酶或电子束辅助水解进行水解处理，或在高达220℃的温度下对较高粘度的废物流进行热碳化或水解处理，

其中所述设备包括第二***，所述第二***用于在60℃和100℃之间水解或巴氏灭菌较低粘度的废物流，其中所述较高粘度的废物流比所述较低粘度的废物流更粘稠。

2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括脱水机构，所述脱水机构能够在厌氧消化或堆肥这些固体之前，将通过所述第一***和所述第二***产生的固体脱水，以增加总干性固体含量为7％至55％的泥饼固体。

3.根据权利要求2所述的设备，所述设备还包括管道，所述管道用于运输被所述脱水机构去除的液体，所述液体用于生物营养物去除、厌氧消化，或用作碳源。

4.根据权利要求3所述的设备，所述设备还包括机构，所述机构用于将去除的所述液体收获为农业用灭菌产品、发酵原料、抗菌混合物或螯合物。

5.根据权利要求3所述的设备，其中去除的所述液体包括腐殖质和富里酸物质。

6.根据权利要求21所述的设备，所述设备还包括将消化器流出物脱水，以将泥饼固体增加至总干燥固体含量为7％至55％的装置。

7.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括将通过所述第一***和所述第二***产生的固体脱水，以将泥饼固体增加至总干燥固体含量为3％至35％的装置。

8.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括组件，所述组件调节75℃的最低温度、持续20分钟至40分钟，以防止指示剂和病原体的复苏和再生长。

9.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括装置，所述装置用于降低微生物与基质的接近度、降低微生物与微生物的接近度或通过降低的粘度增加扩散性，使得微生物水解速率提高。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一***或所述第二***基于粘度特性直接或间接地调节温度。

11.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括装置，所述装置用于计算泵中的水头损失、混合器中的扭矩以调节间接控制，或用在线或离线或实验室测量的粘度来调节直接控制。

12.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括固体稀释或增稠装置，以控制固体的粘度。

13.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括在固体流中的混合器或热交换器或泵，所述混合器或所述热交换器或所述泵用于回收来自所述第一***的热量。

14.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括第二反应器，所述第二反应器用于保持灭菌固体并且用专门的微生物来生物强化，以促进固体的厌氧消化、脱水和农业使用。

15.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括包含消化器的装置，所述装置用于保持灭菌的所述固体达足够长时间，以使所述专门的微生物用于消耗氢、增加厚壁菌与拟杆菌的比例或增加与厌氧固氮相关的细菌。

16.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括用于控制泵、阀或其他装置的传感器，以管理或控制通过所述第一***产生的耐火物质。

17.根据权利要求1所述的设备，其中通过所述第一***产生的耐火物质通过用混合、热传递或热管理方法更快速地散热而最小化。

18.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括用于直接或间接加热并且因此提高污泥的所述温度的太阳能或太阳能电池。

19.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括热发生器，所述热发生器对于较高粘度的固体或不易消化的固体用于调节135℃至180℃的较高温度。

20.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括脱水机构，所述脱水结构用于将所述较高粘度的废物流脱水至大约＞8％的固体浓度，并且将所述较低粘度的废物流增稠至大约<8％的固体浓度，以便管理所述较高粘度的废物流和所述较低粘度的废物流的相对粘度和热平衡。

21.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括用于消化来自所述第一***和所述第二***的混合固体的厌氧消化器。

22.一种用于处理第一废水固体和第二废水固体的设备，所述设备包括：

a.第一***，所述第一***用于在60℃和180℃之间的温度下用热、嗜热有氧、化学、酶或电子束处理进行水解处理，或在高达220℃的温度下对所述第一废水固体进行热碳化或额外的水解处理，其中所述第一废水固体包括废活性污泥、纤维素废物或缓慢消化的有机废物；和

b.第二***，所述第二***用于在60℃和100℃之间巴氏灭菌所述第二废水固体，并且其中所述第二废水固体包括初级固体、食物垃圾或其他有机废物或产品。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述设备降低消化器体积需求，提高厌氧处理的吞吐率，增加泥饼固体干燥度，提高微生物水解速率，灭活病原体或指示剂，减少水头损失，减少混合或泵送能量需求或降低粘度。

Claims (19)

1.一种用于水解(或热碳化)处理的设备，其中废水固体的温度在60℃和220℃之间提高，以降低消化器体积需求，提高厌氧处理的吞吐率，增加泥饼固体，提高微生物水解速率，灭活病原体或指示剂，或减少水头损失，混合或泵送能量，并降低所述固体的粘度，

a.其中大部分废活性污泥、纤维素废物、缓慢消化的有机废物在60℃和180℃之间(或用于热碳化的高达220℃)的温度下(用热、嗜热有氧、化学、酶或电子束)水解和；

b.其中大部分初级固体、食物垃圾或任何其他有机废物或产品在60℃和100℃之间的温度下进行巴氏灭菌，或

2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括脱水机构，所述脱水机构能够在厌氧消化或堆肥这些固体之前，将处理后产生的所述固体脱水，以增加总干性固体含量为7％至55％的泥饼固体。

3.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括管道，所述管道将脱水过程的去除的液体连接到生物营养物去除、厌氧消化，其能将所述液体用作碳源。

4.根据权利要求3所述的设备，所述设备还包括机构，所述机构用于将所述脱水过程的去除的所述液体收获为农业用灭菌产品、发酵原料、抗菌混合物或螯合物。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述脱水机构能够在所述脱水过程的去除的所述液体中保留任何腐殖质和富里酸物质。

6.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括将额外的厌氧消化之后产生的所述固体脱水，足以将泥饼固体增加至总干燥固体含量为7％至55％的装置。

7.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括将处理前产生的所述固体脱水，以将泥饼固体增加至总干燥固体含量为3％至35％的装置。

8.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括任何数量的组件，所述组件根据需要调节75℃的最低温度、持续20分钟至40分钟，以防止指示剂和病原体的复苏和再生长。

9.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括装置，所述装置用于降低微生物与基质的接近度、微生物与微生物的接近度或通过降低的粘度增加扩散性，使得微生物水解速率提高。

10.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括巴氏灭菌中的组件，以基于所述固体的粘度特性直接或间接地调节温度。

11.根据权利要求7所述的设备，所述设备还包括装置的***，所述***计算泵中的水头损失、混合器中的扭矩以调节间接控制，并且在线或离线或实验室测量的粘度可用于调节直接控制。

12.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括固体稀释或增稠装置，以控制固体的粘度。

13.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括在固体流中的混合器或热交换器，所述混合器或所述热交换器用于回收来自所述热水解(或热碳化)过程的热量。

14.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括用于保持灭菌固体的反应器，所述反应器用专门的微生物来生物强化，以促进固体的厌氧消化、脱水和农业使用。

15.根据权利要求13所述的设备，所述设备还包括任何数量的装置，所述装置用于保持灭菌的所述固体达足够长时间，以使所述专门的微生物用于消耗氢、增加厚壁菌与拟杆菌的比例或增加厌氧固氮。

16.根据权利要求1所述的设备，其中用传感器管理或控制在所述热水解或碳化过程中耐火物质的产生，所述传感器控制泵、阀或其他装置。

17.根据权利要求1所述的设备，其中在热水解或碳化过程中耐火物质的产生通过用更好的混合、热传递或热管理方法更快速地散热而最小化。

18.根据权利要求1所述的设备，其中使用直接或间接加热污泥的太阳能或太阳能电池能够提高所述温度。

19.一种用于水解(或热碳化)处理的设备，所述设备包括：

反应器，其中废水固体的温度在60℃和220℃之间提高，以降低消化器体积需求，提高厌氧处理的吞吐率，增加泥饼固体，提高微生物水解速率，灭活病原体或指示剂，或减少水头损失，混合或泵送能量，并降低所述固体的粘度，

其中较高粘度的废物流在60℃和180℃之间(或用于热碳化的高达220℃)的温度下(用热、嗜热有氧、化学、酶或电子束)水解，

其中较低粘度的废物流在60℃和100℃之间水解和/或巴氏灭菌；以及

其中热发生器能够调节135℃至180℃的较高温度，如保留用于较高粘性的固体或不易消化的固体；和

脱水机构，其中用于高温水解(或碳化)过程的流被脱水至大约＞8的固体浓度，而用于巴氏灭菌或者低温水解过程的流被增稠至大约<8％的固体浓度，以便管理两个所述流的相对粘度和热平衡。