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CN106163998A - 废料处理及产品 - Google Patents

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CN106163998A
CN106163998A CN201580018841.8A CN201580018841A CN106163998A CN 106163998 A CN106163998 A CN 106163998A CN 201580018841 A CN201580018841 A CN 201580018841A CN 106163998 A CN106163998 A CN 106163998A
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China
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sludge
aged
dewatering
filtrate
filter cake
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Application number
CN201580018841.8A
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English (en)
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N·R·曼克米兰
C·R·胡珀
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3e Nutrition Co Ltd
Original Assignee
3e Nutrition Co Ltd
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Publication date
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Abstract

一种从废水溶气气浮(DAF)污泥产生最终产品的方法，其包括以下脱水步骤：5‑对所述污泥、老化污泥或预处理的污泥进行脱水以产生污泥滤饼和滤液；以使得所述预处理的污泥是在脱水之前已经经历了附加处理步骤的污泥或老化污泥，并且老化污泥是已经存储了一段时间的污泥，其中，所述脱水步骤是在最高温度30℃执行的机械脱水步骤10，该机械脱水步骤产生了不在其自身的质量下流动的污泥滤饼。

Description

废料处理及产品
技术领域
本发明涉及处理废料的过程，更具体的涉及在溶气气浮处理之后对乳品加工工厂废水材料的处理过程。
背景技术
现代乳品加工工厂产生大量的废水，通常通过向废水中加入絮凝剂并使其通过溶气气浮(DAF)设备来对废水进行处理。在很多情况下，DAF设备减少了80％以上的悬浮物，生物需氧量减少了60％以上，并且消除了90％以上的油和油脂，这极大的减少了污水处理系统的负担，所以它们被经常使用。
在DAF设备中，空气的微气泡被引入到经絮凝剂处理过的废水中，这些气泡使植绒材料浮动到表面并形成漂浮固体，从表面将该漂浮固体撇去并对其进行处理。有时将漂浮固体材料称为乳品或肉制品行业的污泥。可能会有收集污泥的收集槽。在收集槽中，在对污泥进行处理或者进一步处理之前，污泥进一步的增厚。
污泥通常含有10％到20％之间的固体，因此仍然存在大量的水并且这增加了要处理的材料的体积。大多数污泥被地面扩散、地面填埋或者钻入到草场，虽然它用作肥料，但是它对环境有不利的影响，所以存在消除这种做法的压力。为了减少需要处理的材料的体积并从污泥中回收水，有时通过加工助剂对其进一步处理并随后进行过滤。随后可以对形成的滤饼进行处理，或者有时作进一步的处理。最常用的加工助剂是硅藻土或珍珠岩，其将不定量的二氧化硅/硅加入到滤饼，这可以使其不适合作为原料。高二氧化硅/硅含量的滤饼不适合作为原料，这是因为在大多数动物的饮食中，只需要有限量的硅，另外，二氧化硅可引起喂养这种滤饼的动物的牙齿的过度磨损。
已经尝试了干燥该污泥，但是油/脂肪经常从滤饼中泄出，产生既不经济又不适合任何下游使用的污秽产物。
在整个说明书中对现有技术的任何讨论都并非承认该现有技术是公知的或者形成本领域的公知常识的一部分。
本发明的目的是提供一种处理DAF设备污泥以产生有用的副产品或者向消费者提供有用的选择的方法。
发明内容
本发明提供了一种从废水溶气气浮(DAF)污泥产生最终产品的方法，其包括以下脱水步骤：
-对所述污泥、老化污泥或预处理的污泥进行脱水以产生污泥滤饼和滤液；
以使得所述预处理是在对污泥或老化污泥脱水之前，已经对所述污泥或老化污泥进行了附加处理步骤，并且老化污泥是已经存储了一段时间的污泥，其中，所述脱水是在最高温度30℃执行的机械脱水处理，其产生了不在其自身的质量下流动的污泥滤饼。
优选的，在不超过20℃下执行所述脱水步骤。在另一优选的方式中，所述温度在2℃到18℃之间。
在优选的方式中，所述预处理的污泥是已经利用水和/或滤液稀释的污泥或老化污泥。优选的，所述水和/或滤液的温度低于20℃，或者在非常优选的方式中，所述水和/或滤液的温度为10℃。优选的，添加了35％(体积/体积)或者更少的水和/或滤液。
优选的，所述废水是乳品废水或者屠宰场/肉类加工厂/鱼类加工厂/家禽加工厂的废水。优选的，所述污泥含有高蛋白质。
在优选的方式中，所述预处理的污泥是已经去除了一定比例的油和脂肪的污泥或老化污泥。
优选的，利用真空过滤单元执行所述脱水步骤。优选的，所述真空过滤单元包括孔的尺寸为50微米或更小的滤网或者滤布。在非常优选的方式中，在存在加工助剂的情况下执行所述脱水步骤。优选的，所述加工助剂是纤维。在非常优选的方式中，所述加工助剂是纤维素或木质纤维素材料，通常是助滤剂。在最优选的方式中，所述加工助剂不是基于矿物质的。
优选的，所述老化污泥是已经在槽中存储了0到40天的污泥。
优选的，在存在有机加工助剂的情况下执行所述脱水步骤。
优选的，所述脱水步骤是包括使用真空过滤步骤的机械脱水步骤。优选的，所述真空过滤步骤包括使用转筒式真空过滤器(RDV)或者水平真空过滤机(HVFT)。优选的，所述机械脱水步骤产生了滤液和滞留物，其中，所述滤液是水性液体，并且所述滞留物是污泥滤饼。
优选的，对温度低于40℃的污泥或老化污泥执行所述机械脱水步骤。在非常优选的方式中，对温度低于14℃的污泥或老化污泥执行所述机械脱水步骤。在更优选的方式中，污泥或老化污泥的温度在2℃到18℃之间。
优选的，对所述污泥滤饼进行处理以形成PD污泥，其中，所述PD污泥的最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。
优选的，所述脱水步骤之后是挤出所述污泥滤饼以形成PD污泥的步骤，其中，所述PD污泥的最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。优选的，所述挤出步骤是低剪切挤出步骤。
优选的，在所述挤出步骤之前，将有机加工助剂加入到所述污泥滤饼以形成污泥油灰。优选的，挤出所述污泥油灰以形成PD污泥，其中，所述PD污泥的最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。
优选的，利用包括模具的挤出机来执行所述挤出步骤，所述模具具有一个或多个模孔，所述一个或多个模孔的最大反式轴向(trans-axial)横截面尺寸在0.1mm到40mm之间。在非常优选的方式中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到10mm之间。在更优选的方式中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到5mm之间。
优选的，所述挤出步骤之后是干燥步骤，以从所述PD污泥形成干燥产品。
优选的，所述干燥步骤是使用大量的低温空气掠过所述PD污泥的干燥方法，所述低温低于70℃。优选的，利用50℃或低于50℃的空气执行所述干燥步骤，或者甚至更优选的，利用30℃或低于30℃的空气执行所述干燥步骤。优选的，所述干燥产品具有大于90％的固体，并且在非常优选的方式中，所述干燥产品具有大于95％的固体。
优选的，对所述干燥产品进行进一步的处理以形成最终产品。在一种方式中，所述最终产品是动物饲料或者动物饲料添加剂。在可选的方式中，所述最终产品是用于产生能量或热量的燃料或燃料补充物。
优选的，所述有机加工助剂基于纤维素、木质纤维素或木质素。在非常优选的方式中，所述有机加工助剂是纤维状纤维素材料。
优选的，在挤出步骤之前，调整所述污泥滤饼的纤维素含量。
本发明还包括最终产品，其是动物饲料产品或者添加剂、或者用于产生能量和热量的燃料或燃料补充物。本发明还包括利用前述的方法产生的最终产品。
本发明还包括处理设备，其包括机械脱水单元、挤出机和干燥器。
优选的，所述脱水单元包括多孔表面和具有由有机加工助剂形成的预涂层的过滤器。优选的，所述有机加工助剂是纤维素或基于纤维素的材料。优选的，所述有机加工助剂是纤维状的。
优选的，所述机械脱水单元是包括穿孔筒或带的真空过滤器。优选的，所述有机加工助剂用于在多孔筒或带上形成预涂层。优选的，在所述预涂层上残留的污泥是滞留物并且穿过预涂层的液相是滤液，这样所述滞留物和一定比例的预涂层形成所述污泥滤饼。
优选的，所述挤出机具有一个或多个模孔，所述一个或多个模孔的最大反式轴向横截面尺寸在0.1mm到40mm之间。在非常优选的方式中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到10mm之间。在更加优选的方式中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到5mm之间。
优选的，在低于200℃的温度和预定的湿度下，在预定的时间进行干燥。
本发明进一步包括一种从废水溶气气浮(DAF)污泥产生最终产品的可选方法，其包括以下挤出步骤：
-挤出材料以形成PD污泥，其中，从由污泥、老化污泥和预处理的污泥组成的列表中选择所述材料，以便所述材料不在其自身的质量下流动；
以使得利用具有模具的挤出机来执行所述挤出步骤，所述模具具有一个或多个模孔，所述一个或多个模孔的最大反式轴向横截面尺寸在0.1mm到40mm之间，并且优选的，所述PD污泥最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。
在非常优选的方式中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到10mm之间。在更加优选的方式中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到5mm之间。
优选的，所述挤出步骤之后是干燥步骤，以形成所述最终产品。
优选的，所述干燥步骤是使用大量的低温空气掠过所述PD污泥的低温干燥方法，所述低温低于70℃。优选的，利用50℃或低于50℃的空气执行所述干燥步骤，或者甚至更优选的，利用30℃或低于30℃的空气执行所述干燥步骤。优选的，所述干燥产品具有大于90％的固体，在非常优选的方式中，所述干燥产品具有大于95％的固体。
优选的，与第一种方法中所详细描述的类似，所述可选方法包括在所述挤出步骤之前的脱水步骤。
优选的，所述脱水步骤是包括使用真空过滤步骤的机械脱水步骤。优选的，所述真空过滤步骤包括使用转筒式真空过滤器(RDV)或者水平真空过滤机(HVFT)。优选的，所述机械脱水步骤产生了滤液和滞留物，其中，所述滤液是水性液体，并且所述滞留物是污泥滤饼。
优选的，对温度低于40℃的污泥或老化污泥执行所述脱水步骤。在非常优选的方式中，对温度低于14℃的污泥或老化污泥执行所述脱水步骤。在更优选的方式中，污泥或老化污泥的温度在2℃到18℃之间。
优选的，所述废水是乳品废水或者屠宰场/肉类加工厂/鱼类加工厂/家禽加工厂的废水。优选的，所述污泥含有高蛋白质。
附图说明
仅通过举例的方式，下面参考附图详细描述了本发明的优选实施例，其中：
图1是过程框图；
图2是利用处理设备的优选方法的流程图；
图3是第二实施例的过程框图；
图4是利用处理设备的第二实施例的优选方法的流程图；
图5是方法的第三实施例的流程图，该方法仅具有挤出步骤，其他步骤可选。
具体实施方式
定义：
裂解(Breaking)：在此上下文中，当提及“油/脂肪的裂解”时，其指的是所讨论的材料的一定比例的油/脂肪含量被释放为游离(unbound)的油/脂肪。
纤维素(Cellulosic)：这旨在也包括木质纤维素材料。
机械脱水(Mechanical dewatering)：从包含固体和水的材料中去除部分或者全部水的机械或者物理过程，而不是化学或者热过程。
管(Tube)：这旨在包括中空细长件，无论是外表面还是内部空隙都具有除了圆形或者卵形(例如，三角形、矩形、星形、六角形、八角形、椭圆形、卵形)之外的横截面形状，因此，管包括矩形空心部和管道。
实施本发明的第一种模式
将参考乳品厂来描述本方法和设备，但是其同样可以指包括处理他们的某些或者全部废水的溶气气浮单元的其他处理设备。
参考图1，其示出了乳品废料处理设备(1)的过程图。该乳品废料处理设备包括：
-溶气气浮(DAF)设备(2)；
-污泥槽(3)；
-转筒式真空(RDV)过滤器(4)；
-添加剂单元(5)；和
-挤出装置(6)。
DAF设备(2)将通常是标准乳品废水处理装置的一部分，并且希望其以正常方式工作。这表示DAF设备(2)可以具有特定絮凝剂或者排除或增加的其他添加剂以优化乳品废料处理设备(1)的操作。
DAF设备(2)通过将细小气泡引入到通常利用一种或者多种絮凝剂(12)进行预处理的乳品废水流(11)来产生污泥(10)。细小气泡使得被絮凝的材料(其包括酸凝结蛋白)悬浮以形成污泥(10)。在DAF设备(2)中，将污泥(10)从处理后的废水的表面撇去，和/或从处理容器的底部将其去除，并将其转移到污泥槽(3)。在许多乳品废水处理设备中，污泥槽(3)已经存在。
污泥槽(3)里的物质通常是10％到30％之间的固体，并将它们老化一段时间以“变硬”并形成适于进一步处理的老化污泥(20)。该老化污泥(20)确实形成了某些形式的最终产品(21)所期望的特定属性，并且老化周期将取决于最终产品(21)以及污泥(10)中的一个或多个下述成分：蛋白质、脂肪/油和溶解的盐。由于随着时间的流逝将发生发酵以及其他微生物过程，所以这种老化可能影响污泥槽(3)中的物质的各个成分和/或全部组份之间的比例。应当指出，该步骤是可选的，并且希望在某些情况下，老化污泥(20)将只是基本上从DAF设备(2)去除的污泥槽(3)中的物质。
随后利用具有由有机加工助剂(22)形成的预涂层过滤器的真空过滤器(4)对老化污泥(20)进行过滤。已经发现，由纤维状纤维素制造的加工助剂(22)特别合适。通过使用有机加工助剂(22)，而不是矿物加工助剂(22)，很少或没有二氧化硅或硅加入到滤饼中。加工助剂(22)的使用是可选的。
RDV过滤器(4)通过具有由多孔表面包围的低压腔来进行操作，可以在多孔表面上施加滤布，或者多孔表面足够细以允许加工助剂(22)形成预涂层而无需滤布。在一些实施例中，只有滤布而没有附加的加工助剂(22)。
将要过滤的老化污泥(20)提供给预涂层的多孔表面的高压侧(大多数情况下为气压)，一定比例(最高达100％)的液相穿过预涂层或者滤布到达低压空隙作为滤液(23)，并且低水含量的固体富相被预涂层保持作为滞留物(24)。多孔表面是穿过含有老化污泥(20)的罐并随后返回到空气中的移动筒或者移动带的多孔表面。低压空隙首先将液体拉过多孔表面上的滞留物(24)，然后使空气通过多孔表面上的滞留物(24)，以进一步减少液体含量。通过刀片将滞留物(24)和一定比例的预涂层过滤器(如果存在)作为污泥滤饼(30)从多孔表面去除。当筒或者传送带移动时，刀片通常是固定或者静止刀片，刀片旨在涵盖用于从筒、滤布或传送带去除滤饼(30)的任何部件。具有残留的预涂层或者滤布的多孔表面穿回到包含含有老化污泥(20)的罐的罐中。可以看出，虽然将过滤器描述为RDV过滤器(4)，但是它是多孔表面的真空过滤单元，其可以是水平带真空过滤器或者任何其他适当形式的真空过滤结构。可以利用水和/或滤液(23)将老化污泥(20)稀释以形成要进行处理的充分的流体。
已经发现，为了改进这种过滤/脱水阶段的有效性，可以添加水，优选的是低温(低于约25℃)水。尚未理解加入的水做什么，并且已经发现，可以回收并添加一定比例的滤液(23)以具有相同的效果。到目前为止的试验已经表明，加入高达约35％的水和/或滤液(冷冻的)能够改进脱水步骤，尚不清楚为什么添加水可以改进在过滤阶段期间的水的去除。正在进行试验以确定添加的水的有用范围，并且添加的水的数量可能与污泥(10)或者老化污泥(20)中的一种或多种化学物种的浓度、允许去除间隙水的絮凝的材料的分解、要处理的材料的降低的粘度、或者上述因素以及其他参数的组合有关，但是这尚未确定。
老化污泥(20)具有可变组份，其中包括低熔点物种，可能是脂肪酸的甘油三酯。已经发现，这种可变组份影响该过滤，并且为了阻止油/脂肪的裂解，最好在低于30℃进行。最佳的工艺条件是低于20℃，可以在2℃到18℃之间。已经发现这种低温过滤具有令人惊讶的效果，并且业界一直在>45℃的温度下进行过滤，所以很少成功，因此这是不期望的。
污泥滤饼(30)通常为超过30％的固体，并且滤液(23)通常含有低(小于约1％)蛋白质、脂肪和灰。在使用纤维素加工助剂(22)的最初的试验中，污泥滤饼(30)的加工助剂(22)中的纤维素含量在约1％到5％之间，尽管认为多达50％可能是有利的。然而，是否通过将有机加工助剂(22)添加到老化污泥(20)、后来添加到污泥滤饼(30)或者这些的组合来达到这种纤维素含量，可能依赖于进料。
可选的，随后在添加剂单元(5)中将污泥滤饼(30)与多种添加剂(31)混合，以形成污泥油灰(40)。添加剂(31)可以包括二氧化硅、改性淀粉、改性碳水化合物、碳水化合物、海洋物或稻壳、纤维素、高表面结合剂、矿物质、微量营养素、抗结块剂、吸收剂等。全部范围的添加剂(31)尚未确定，但是已经发现纤维素和各种吸收剂有助于后来的干燥和处理阶段。认为有机添加剂(31)是优选的。
然后通过挤出装置(6)挤出污泥油灰(40)以形成作为挤出物的PD污泥(50)。已经发现，使用高剪切挤出机可导致挤出物的裂解，即，油和脂肪分离形成粘性的难以处理的材料，因此，优选的，使用的挤出装置是或者包括低剪切挤出机(例如，成形挤出机)。
已经发现，污泥油灰(40)最好应该足够粘着以不在其自身的质量下流动，其可以在一定程度上变形、断裂或者破碎，但是不流动。
其中，使用的挤出装置(6)应具有最大反式轴向模孔的横截面尺寸在0.1mm到40mm之间的模具，其中，正形成固体而不是管状挤出物。除非形成中空/管状挤出物，否则认为最佳范围是在1mm到5mm之间。随着污泥油灰(40)被挤压出，其扩展形成PD污泥(50)。为了便于后续处理，有利的是在PD污泥(50)的表面上具有起皱，尽管这些完全可以通过当离开模具时膨胀、作为模具孔的形状或它们的组合的一部分来形成。
已经发现，由干燥之前的乳品污泥产生的PD污泥(50)具有优选的最大厚度和表面积与体积的比例范围。当加工乳品DAF时，材料的最大厚度约为10mm(比如，最大为12.5mm或者0.5”)，并且表面积与体积的比例优选为3:5或者更大。管状挤出物具有改进该比例的内部表面积，但是这种改进将很可能取决于空隙的尺寸。请注意，表面积与体积的比例4:5大于表面积与体积的比例3:5，这是因为表面积已经相对于体积增加。
应当指出的是，挤压装置(6)可以仅涉及将污泥油灰(40)推进通过网孔，该网孔具有所需形状和尺寸的孔。
挤压装置(6)还可以使PD污泥(50)形成预定的、固定的或随机的长度以便于后续处理。
为了形成最佳的PD污泥(50)，认为温度应保持的相对较低，优选的，低于35℃。
在挤出之后，需要在干燥器(61)中对PD污泥(50)进行干燥，以在形成最终产品(21)所需的任何进一步的处理和封包装之前形成干燥产品(60)。
可以通过自然空气干燥来进行该干燥，但是利用大量的低温(低于200℃)空气进行空气干燥是一种优选的方法。各种其他低温干燥选项正在研究之中。正对流化床干燥进行研究，其是各种红外线/太阳能/除湿/射频/微波/低压干燥技术，并且最终溶液可能是它们的组合。已经发现，干燥到20％或者低于水分含量是优选的，但是低于5％似乎有额外的优点。通常，当原料是乳品DAF时，其为96％左右的固体。
由于PD污泥(50)被干燥以形成干燥产品(60)，所以发生了物理和/或化学变化，即使当使干燥产品暴露于升高(高于25℃)的温度时，发生的物理和/或化学变化也会减少或者消除油/脂肪的裂解。
参考图2，本发明还包括使用乳品废料处理设备(1)的优选方法。虚线框中的步骤是可选的，并且可以不总是存在。
该方法依次包括以下步骤：
A.确定老化污泥的脂肪：蛋白质的比例(可选)；
B.对老化污泥进行脱水以形成污泥滤饼；
C.加入添加剂(可选)；
D.挤出(优选，但是可选)；以及
E.干燥。
其中，在可选的步骤A中，利用任何已知的方法确定老化污泥(20)的脂肪和蛋白质的比例。使用污泥(10)的脂肪和蛋白质的比例是可能的，但是其可能不会考虑在老化期间发生的任何变化，所以除非老化处于0到3天之间，否则不会使用该比例。
在步骤B，对可以只是来自DAF设备(2)的污泥(10)的老化污泥(20)进行机械脱水，优选的，通过某些形式的真空过滤器进行机械脱水，但是，任何机械脱水过程(包括离心机和真空过滤单元)都可以使用。实际上，这产生了污泥滤饼(30)。这种污泥滤饼(30)将含有一定量的用于预涂覆过滤器表面的任何有机加工助剂(22)。当存在优选的有机加工助剂(22)时，其是由纤维状的纤维素材料。请注意，加工助剂(22)是可选的，如果不使用它，也将不会在任何下游材料中出现。
在可选的步骤C中，添加至少一种添加剂(31)以使纤维素材料的等级达到预定等级，希望该等级在0.1％到50％之间。该纤维素材料有助于干燥并改进了最终产品的操作特性。将至少一种添加剂(31)和污泥滤饼(30)共混/混合以形成准备挤出的污泥油灰(40)。例如，添加的至少一种添加剂(31)可以是营养补充剂、微量营养素、干燥或抗结块剂、着色剂、气味改进剂、矿物质、稳定剂。
在步骤D中，挤出污泥油灰(40)以形成PD污泥(50)，当不执行步骤C时，污泥油灰(40)将是污泥滤饼(30)。该挤出使用具有一个或多个孔的挤出机，所述一个或多个孔的最大反式轴向横截面尺寸处于0.1mm到40mm之间的范围内。例如，污泥油灰(40)可以通过类似于网眼的结构以形成PD污泥(50)多个条，尽管这些条的横截面可能不是椭圆形或者圆形。这些条随着离开模具的压力的下降而膨胀。该挤出过程通常是在低温(低于50℃，优选的低于35℃)下发生以消除或减少油/脂肪的任何裂解的低剪切挤出过程。
在步骤E，将污泥油灰(50)干燥至预定的水分含量以形成干燥产品(60)。该干燥是过程的重要部分，这是因为错误的条件可以导致油/脂肪的裂解。进行该低温干燥的一种方法使用大量的低温(低于50℃)空气，使该低温空气掠过PD污泥(50)。认为一些用于面团干燥的干燥技术可能会成功，但没有得到证实。
可以执行步骤E之后的附加步骤以进行进一步的处理，测量干燥产品(50)的尺寸并进行包装以形成最终产品(21)。这些步骤可以包括加入二氧化硅、吸收剂、适口性助剂或其他添加剂。很可能是在包装之前，确定最终产品的水分含量。
在某些变形中，RDV过滤器(4)可由可替代的真空过滤器或者机械除水装置来代替。
应当指出的是，虽然使用了术语有机加工助剂(22)，但是它可能是或含有不会不利的影响得到的最终产品(21)的质量的无机加工助剂。
虽然已经参考动物食品或者饲料添加剂描述了最终产品(21)，但是相信的是：通过使用纤维素或者木质纤维加工助剂，最终产品(21)可用作部分或全部现场能量需求的燃料。当使用基于矿物的加工助剂时，它们可能会导致不期望的沉积物或者充当用于降低在熔炉/锅炉内使用的耐火砖的熔点的助熔剂。相信的是：其他有机加工助剂也将适于作为最终产品(21)的燃料或者燃料补充物的形成。
虽然在RDV过滤步骤中使用了有机加工助剂(22)，但是通过仅使用不具有加工助剂(22)的滤布也可以对老化污泥(20)进行过滤/脱水。在过滤/脱水步骤可以省略有机加工助剂(22)，并且可以作为特定添加剂添加该有机加工助剂(22)以形成污泥油灰(40)。
已经发现，在某些情况下，在干燥之后引入研磨或者尺寸减小步骤会产生特别有用的产品。在该尺寸减小步骤期间，可以引入多种添加剂以保持产品的质量。
在设置温度并且表明该温度应不超过此的情况下，其意图是较低的温度是可以被取代的，例如，低于约50℃可由0℃到49℃之间的任何温度替代，这是因为该过程将在最大临界温度下操作，而该最大临界温度低于最初指定的温度。不大于，或者低于，或者最大为35℃的温度可由30℃、25℃、20℃、18℃、15℃、10℃或更低的温度(或者它们之间的任何温度)替代。同样的道理适用于特定成分的比例，小于或高达约35％可由30％、25％、20％、15％、10％或低于35％的任何其他数字替代。
本发明的最佳实施方式
参考图3，图3示出了乳品废料处理设备(1)的第二实施例的过程框图。乳品废料处理设备(1)包括：
-溶气气浮(DAF)设备(2)；
-污泥槽(3)；
-脱水单元(70)；
-可选的添加剂单元(5)；
-可选的挤出装置(6)；和
-干燥器(61)。
在该实施例中，利用脱水单元(70)对污泥(10)或者老化污泥(20)进行过滤。优选的，脱水单元(70)是水平真空过滤机。脱水单元(70)可与50微米或者更小的滤布一起使用，可以具有或不具有加工助剂(22)。脱水单元(70)对污泥(10)或者老化污泥(20)进行处理以形成污泥滤饼(30)。在进料(10,20)在脱水单元(70)中处理之前，可以利用水和/或滤液(23)稀释进料(10,20)以形成要进行处理的充分的流体。
已经发现，这种水和/或滤液(23)的添加可以改进该过滤/脱水阶段的有效性。优选的，在低温下(低于约25℃或30℃或更低)添加水或者滤液。按照上文的第一实施例，尚未理解加入的水或者滤液(23)做什么。到目前为止的试验已经表明，加入高达约35％的水(冷冻的)可以改进脱水步骤，尚不清楚为什么添加水可以改进在过滤阶段期间的水的去除。正在进行试验以确定添加的水的有用范围，并且添加的水的数量可能与老化污泥(20)中的一种或多种化学物种的浓度、允许去除间隙水的絮凝的材料的分解、要处理的材料的降低的粘度、或者上述因素以及其他参数的组合有关，但是这尚未确定。
污泥(10)和老化污泥(20)具有可变组份，其中包括低熔点物种，可能是脂肪酸的甘油三酯。已经发现，这种可变组份影响该过滤，并且为了阻止油/脂肪的裂解，最好在低于30℃进行。期望最佳的工艺条件低于20℃，可以在2℃到18℃之间。已经发现这种低温过滤具有令人惊讶的效果，并且业界一直在>45℃的提高的温度下进行过滤是有限的或不成功的，因此在低温下成功不被期望。
使用水平带式真空过滤器或转筒式真空过滤器(或任何其他合适的真空/低压过滤器)作为脱水单元(70)的特别的优点是，可以在无需挤压的情况下对得到的污泥滤饼(30)进行干燥，使得污泥滤饼(30)的厚度不超过10mm左右。为了进一步处理，需要污泥滤饼(30)足够粘着，以不在其自身的质量下流动，其可以在一定程度上变形、断裂或者破碎，但是不流动。
如果随后可选的在添加剂单元(5)中将污泥滤饼(30)和一种或多种添加剂(31)混合以形成污泥油灰(40)。则污泥滤饼(30)的一致性就不那么重要并且污泥油灰(40)需要具有所需的粘结性。添加剂(31)可以包括二氧化硅、改性淀粉、改性碳水化合物、碳水化合物、海洋物或稻壳、纤维素、高表面结合剂、矿物质、微量营养素、抗结块剂、吸收剂等。全部范围的添加剂(31)尚未确定，但是已经发现纤维素和各种吸收剂有助于后来的干燥和处理阶段。认为有机添加剂(31)是优选的。
如果随后形成污泥油灰(40)，则当处理乳品DAF时，如果其具有材料的最大厚度，约10mm(比如，最大为12.5mm或者0.5”)，并且表面积与体积的比例优选为3:5或者更大，可以直接对污泥油灰(40)进行干燥。
如果随后通过挤出装置(6)挤出污泥油灰(40)，则其形成作为挤出物的PD污泥(50)。已经发现，污泥油灰(40)应当最好足够粘着，以不在其自身的质量下流动，其可以在一定程度上变形、断裂或者破碎，但是不流动。
其中，使用的挤出装置(6)应具有最大反式轴向模孔的横截面尺寸在0.1mm到40mm之间的模具，其中，正形成固体而不是管状挤出物。除非形成中空/管状挤出物，否则认为最佳范围是在1mm到5mm之间。随着污泥油灰(40)被挤压出，其膨胀并形成PD污泥(50)。为了便于后续处理，有利的是在PD污泥(50)的表面上起皱，尽管这些完全可以通过当离开模具时膨胀、作为模具孔的形状或它们的组合的一部分来形成。
已经发现，由干燥之前的乳品污泥产生的污泥滤饼(30)、污泥油灰(40)或者PD污泥(50)具有优选的最大厚度和表面积与体积的比例范围。当加工乳品DAF时，材料的最大厚度约为10mm(比如，最大为12.5mm或者0.5”)，并且表面积与体积的比例优选为3:5或者更大。
在挤出之后，应当在干燥器(61)中对PD污泥(50)进行干燥，以在形成最终产品(21)所需的任何进一步的处理和封包装之前形成干燥产品(60)。在一些配置中，未干燥的污泥滤饼(30)、污泥油灰(40)或者PD污泥(50)可以是最终产品(21)、或用于制备最终产品(21)。
可以通过自然空气干燥来进行该干燥，但是利用大量的低温(低于200℃)空气进行空气干燥是一种优选的方法。应当指出的是，该低温空气很可能低于50℃，但是可以包括比如高达200℃/250℃的温度的空气的初始爆裂。也可以使用各种其他低温干燥选项。正对流化床干燥进行研究，其是各种红外线/太阳能/除湿/射频/微波/低压干燥技术，并且最终溶液可能是它们的组合。已经发现，干燥到20％或者低于水分含量是优选的，但是低于5％似乎有额外的优点。通常，当原料是乳品DAF时，其为96％左右的固体。
由于PD污泥(50)被干燥以形成干燥产品(60)，所以发生了物理和/或化学变化，即使当使干燥产品暴露使其升高(高于25℃)的温度时，发生的物理和/或化学变化也会减少或者消除油/脂肪的裂解。
参考图4，本发明还包括使用乳品废料处理设备(1)的第二实施例的优选方法。虚线框中的步骤是可选的，并且可以不总是存在。
该方法依次包括以下步骤：
A.确定老化污泥的脂肪：蛋白质的比例(可选)；
B.对老化污泥进行脱水以形成污泥滤饼；
C.加入添加剂(可选)；
D.挤出(可选)；以及
E.干燥(可选，尽管一般都进行干燥)。
其中，在可选的步骤A中，利用任何已知的方法确定老化污泥(20)的脂肪和蛋白质的比例。使用污泥(10)的脂肪和蛋白质的比例是可能的，但是其可能不会考虑在老化期间发生的任何变化，所以除非老化处于0到3天之间，否则不会使用该比例，或者直接处理污泥(10)。
在步骤B，对污泥(10)或者老化污泥(20)进行机械脱水，优选的，通过某些形式的真空过滤器进行机械脱水，但是，任何合适的机械脱水过程(包括离心机和真空过滤单元)都可以使用。实际上，这产生了污泥滤饼(30)。如果使用了任何有机加工助剂(22)，则这种污泥滤饼(30)可以含有一定量的任何有机加工助剂(22)。在30℃或者更低的温度下，对污泥(10)或者老化污泥(20)进行脱水。在利用脱水单元(70)进行该机械脱水之前，可以添加冰冻的水和/或滤液(23)。在脱水单元(70)产生约10mm或较薄的污泥滤饼(30)的平片时，则可以将其划分为表面积与体积的比例为3:5或者更大的部分。该污泥滤饼(30)可以是最终产品，或者，如果需要，步骤B之后可以直接是步骤C到E的任何步骤。
步骤B是可选的，如果已对污泥(10)或者老化污泥(20)进行了预处理步骤，则会导致预处理的污泥的形成，预处理的污泥足够粘着以不在其自身的质量下流动，其可以在一定程度上变形、断裂或者破碎，但是不流动。
在可选的步骤C中，添加至少一种添加剂(31)以使纤维素材料的等级达到预定等级，希望该等级在0.1％到50％之间。该纤维素材料有助于干燥并改进了最终产品的操作特性。将至少一种添加剂(31)和污泥滤饼(30)共混/混合以形成准备挤出的污泥油灰(40)。例如，添加的至少一种添加剂(31)可以是营养补充剂、微量营养素、干燥或抗结块剂、着色剂、气味改进剂、矿物质、稳定剂。
在可选的步骤D中，挤出污泥油灰(40)以形成PD污泥(50)，当不执行步骤C时，污泥油灰(40)将是污泥滤饼(30)。该挤压使用具有一个或多个孔的挤出机(例如，成形挤出机)，所述一个或多个孔的最大反式轴向横截面尺寸处于0.1mm到40mm之间的范围内。例如，污泥油灰(40)可以通过类似于网眼的结构以形成PD污泥(50)多个条，尽管这些条的横截面可能不是椭圆形或者圆形。这些条随着离开模具的压力的下降而膨胀。在低于约50℃，优选的低于35℃(该温度可以是30℃、25℃、20℃或者甚至为15℃)下实施该挤出过程，以最小化或者消除油/脂肪的任何裂解。
在可选但是优选的步骤E中，将污泥油灰(50)或者可替换的污泥滤饼(30)干燥至预定的水分含量以形成干燥产品(60)。该干燥可以导致脂肪/油从不需要的干燥材料脱离；如此，干燥阶段应该是低温干燥阶段。一种执行该低温干燥的方法使用大量的低温(低于约50℃)空气掠过PD污泥(50)，或者如果不存在PD污泥(50)，则掠过污泥滤饼(30)或者污泥油灰(40)。
在步骤E之后，可以执行附加步骤以进行进一步的处理，测量干燥产品(50)的尺寸并进行包装以形成最终产品(21)。这些步骤可以包括加入吸收剂、适口性助剂或其他添加剂。很可能是在包装之前，确定最终产品的水分含量。
适于第一实施例的变形也适于该第二实施例。
对于任何实施例或者它们的变形，污泥滤饼(30)、污泥油灰(40)、PD污泥(50)或干燥产品(60)都可以是最终产品(21)。另外，该方法或加工设备(1)可以产生从污泥滤饼(30)、污泥油灰(40)、PD污泥(50)、干燥产品(60)或者经进一步处理后的这些材料中选择的不只一种的最终产品(21)。
在步骤使用老化污泥(20)的情况下，老化污泥(20)同样可以是污泥(10)或者预处理的污泥。例如，预处理的污泥可以是与添加剂混合的污泥(10)或者老化污泥(20)，其具有去除的或者已经经过机械和/或化学处理的某些油和/或脂肪。很可能已经进行的预处理步骤是下述中的一个或多个：机械(例如，离心)移除一定比例的脂肪或油，添加水和/或滤液以及加入添加剂。
参考图3，其示出了第三可选实施例的方法的流程图，在这种情况下，污泥(10)或者老化污泥(20)或者预处理的污泥足够粘着，以不在其自身的质量下流动，如此，可以省略步骤A和低温过滤步骤B。这意味着对于第三实施例，只执行步骤C或者步骤C和D。在已经降低了低温脂肪和/或油的浓度以便已经达到了该粘着等级的情况下，可能使用该方法。该替代可限于上游过程已经去除了一定比例(最多100％)的脂肪和油的情况。
请注意，溶气气浮废水处理设备用于非动物(包括家禽和鱼)废水，并且也可以对该DAF污泥进行处理。这些DAF设备通常处理来自植物(包括蔬菜、水果、树木、海藻和类似的来源)材料的废水。
例子
这些表总结了用于确定适于乳品DAF废料的范围的物理特性或加工条件的影响。这些范围可能适于来自其他动物产品、或动物、基于脂肪/油的存在和脂肪：蛋白质的比例的加工设备的DAF废料。
表1：表面积与体积的比例对干燥效果的影响
形状 D1 D2 D3 SA Vol. 比例 干燥效果
立方体 40 40 40 9600 64000 3:20 中心未干燥
立方体 10 10 10 600 1000 3:5 可以
圆柱体 2 20 131 63 131:62 良好
薄片 0.1 30 5 307 15 307:15 良好
长度、面积和体积的所有尺寸分别以mm、mm2或者mm3为单位。
D＝直径或长度，SA＝表面积，Vol.＝体积，比例＝表面积与体积的比例。
表2：脱水温度的影响：
温度(℃) 注释
3 具有良好的过滤效果的清滤液
8 具有良好的过滤效果的清滤液
15 具有良好的过滤效果的清滤液
20 具有可接受的过滤效果的清滤液
40 不可接受的过滤效果，产品可以接受
对于很多应用来说，认为30℃是可以接受的，但不是决定性的。
表3：空气干燥温度对产品质量的影响
温度(℃) 注释
10 干燥并且产品产量稳定
20 干燥并且产品产量稳定
30 干燥并且产品产量稳定
40 干燥并且产品产量稳定
50 干燥但是产品产量基于脂肪与蛋白质的比例而变化
70 可能干燥但表现出变性
随着脂肪含量降低并且蛋白质含量增加，可耐受较高的温度。在50℃，需要管理吞吐量以获得高质量的干燥产品。
关键词
1.乳品废料处理设备；
2.DAF(溶气气浮)设备；
3.污泥槽；
4.转筒式真空(RDV)过滤器；
5.添加剂单元；
6.挤出装置；
10.污泥；
11.乳品废水流；
20.老化污泥；
21.最终产品；
22.有机加工助剂；
23.滤液(RDV过滤器高液相含量)；
24.滞留物(RDV过滤器高固体相)；
30.污泥滤饼(如果存在加工助剂，为滞留物+加工助剂)；
31.添加剂；
40.挤出之前的污泥油灰(具有/不具有添加剂的污泥滤饼)；
50.PD污泥；
60.干燥产品；
61.干燥器；
70.脱水单元。

Claims (37)

1.一种从废水溶气气浮(DAF)污泥产生最终产品的方法，该方法包括以下脱水步骤：
-对所述污泥、老化污泥或预处理的污泥进行脱水以产生污泥滤饼和滤液；
以使得所述预处理的污泥是在脱水之前已经经历了附加处理步骤的污泥或老化污泥，并且老化污泥是已经存储了一段时间的污泥，其中，所述脱水步骤是在最高温度30℃下执行的机械脱水步骤，该机械脱水步骤产生了不在其自身的质量下流动的污泥滤饼。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在不超过20℃下执行所述脱水步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述温度在2℃到18℃之间。
4.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述预处理的污泥是已经利用水和/或滤液稀释的污泥或老化污泥。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述水和/或滤液的温度低于20℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述温度是10℃或者低于10℃。
7.根据权利要求4到6中的任意一项所述的方法，其中，添加了35％(体积/体积)或者更少的水和/或滤液。
8.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，由选自包括下列各项的列表的源来产生所述废水溶气气浮(DAF)污泥：乳品废水、屠宰场的废水、肉类加工厂的废水、鱼类加工厂的废水和家禽加工厂的废水。
9.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述污泥或老化污泥含有高蛋白质。
10.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述预处理的污泥是已经去除了一定比例的油和脂肪的污泥或老化污泥。
11.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述脱水步骤包括使用真空过滤步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述真空过滤步骤包括使用转筒式真空过滤器(RDV)或者水平真空过滤机(HVFT)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述真空过滤步骤包括使用孔的尺寸不超过50微米的滤网或者滤布。
14.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，在存在加工助剂的情况下执行所述脱水步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述加工助剂是纤维状的。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述加工助剂是纤维素或木质纤维素材料。
17.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述老化污泥是已经在槽中存储了0到40天的污泥。
18.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述脱水步骤产生了滤液和滞留物，其中，所述滤液是水性液体，并且所述滞留物是污泥滤饼。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，对所述污泥滤饼进行处理以形成PD污泥，其中，所述PD污泥的最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。
20.根据权利要求1到17中的任意一项所述的方法，其中，所述脱水步骤之后是挤出步骤，其中，挤出所述污泥滤饼以形成PD污泥，其中，所述PD污泥的最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述挤出步骤是低剪切挤出步骤。
22.根据权利要求1到17中的任意一项所述的方法，其中，将有机加工助剂加入到所述污泥滤饼以形成污泥油灰。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述过程包括挤出步骤，其中，挤出所述污泥油灰以形成PD污泥，其中，所述PD污泥的最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，挤出所述污泥油灰以形成PD污泥，其中，所述PD污泥的最大厚度约为10mm并且表面积与体积的比例为3:5或更大。
25.根据权利要求20、21、23和24中的任意一项所述的方法，其中，利用包括模具的挤出机来执行所述挤出步骤，所述模具具有一个或多个模孔，所述一个或多个模孔的最大反式轴向横截面尺寸在0.1mm到40mm之间。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到10mm之间。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述最大反式轴向横截面尺寸在1mm到5mm之间。
28.根据权利要求19到21或23到27中的任意一项所述的方法，其中，所述方法包括干燥步骤以从所述PD污泥形成干燥产品。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述干燥步骤是使用大量的低温空气掠过所述PD污泥的低温干燥过程，所述低温低于约70℃。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，利用50℃或低于50℃的空气执行所述干燥步骤。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，利用30℃或低于30℃的空气执行所述干燥步骤。
32.根据权利要求28到31中的任意一项所述的方法，其中，所述干燥产品具有大于90％的固体。
33.根据权利要求28到31中的任意一项所述的方法，其中，所述干燥产品具有大于95％的固体。
34.根据权利要求28到33中的任意一项所述的方法，其中，对所述干燥产品进行进一步的处理以形成最终产品。
35.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述最终产品选自由动物饲料、动物饲料添加剂、用于产生能量和热量的燃料以及用于产生能量或热量的燃料补充物组成的列表。
36.一种处理设备，其包括被配置为执行如前述权利要求中的任意一项所述的方法的机械脱水单元。
37.一种最终产品，其通过如权利要求1到35中的任意一项所述的方法或者如权利要求36所述的处理设备来产生。
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