Способ получения молочной кислоты (варианты)

Способ получения молочной кислоты (варианты)

Реферат

 

Описываемый способ основан на том, что из городских твердых отходов сначала выделяют годную для повторного употребления резину, металл, пластмассу, стекла, оставшуюся органическую часть используют для получения молочной кислоты и других химических веществ. В одном варианте способа используют стадию предварительной обработки органических отходов разбавленной серной кислотой для снижения содержания тяжелых металлов в целлюлозном компоненте городских твердых отходов, которые могут загрязнять образованную молочную кислоту или ингибировать ферментацию сахаров, полученных из таких отходов. В другом варианте способа тяжелые металлы, содержащиеся в целлюлозном компоненте городских твердых отходов, удаляются с помощью ионообменного процесса после гидролиза серной кислотой. Коммерчески приемлемую форму молочной кислоты получают удалением молочнокислых бактерий из раствора фильтрацией. Описан также способ экономичного энергетически эффективного получения молочной кислоты из городских твердых отходов за счет сжигания сухого нерастворимого компонента в качестве топлива. Описан также способ получения молочной кислоты, предусматривающий варьирование параметров стадии гидролиза отходов серной кислотой. Описанные варианты способа получения молочной кислоты обеспечивают высокоэффективное и экономически выгодное получение молочной кислоты из городских твердых отходов и/или осадков сточных вод, что оказывает положительное влияние на состояние экологической обстановки. 4 с. и 18 з.п. ф-лы, 11 табл., 1 ил.

Изобретение относится к процессам и оборудованию для автоматизированной обработки городских твердых отходов (MSW) (со свалки или полученных прямо из городских служб), осадка сточных вод и шинных отходов с целью удаления и утилизации любых годных к употреблению материалов и для промышленного производства молочной кислоты.

В основном от материалов твердых отходов и осадка стоков избавляются закапыванием и/или сжиганием. Ограничения с точки зрения окружающей среды на свалки и мусоросжигатели требуют разработки альтернативных проектов растворения твердых отходов. Протест общественности, касающийся загрязнения, вызываемого мусоросжигателями, остановил разработку многих новых проектов мусоросжигателей. Правительство в ответ на проблемы, связанные со свалками, предписало, что должно применяться повторное использование с целью сохранения природных ресурсов и остановки потока материалов твердых отходов на свалки.

Было разработано множество технологий для выделения материалов из твердых отходов для повторного использования с целью получения топлива и производства коммерчески пригодных веществ.

Например: Патент США 5 198 074 раскрывает способ получения этанола из бамбука, который включает высушивание, измельчение и промывание бамбука и прессование для удаления воды. Затем волокна предварительно гидролизуют паром для получения растворимых сахаров и ферментируют для получения этанола.

Патент США 5 184 780 раскрывает систему обработки твердых отходов, имеющую одну или более обрабатывающих линий для обработки твердых отходов с целью выделения материалов для повторного использования, таких как гофрированный картон, черные металлы, пластмассовые продукты, бумагу и стекло.

Патент США 5 135 861 раскрывает способ получения этанола из биомассы, которую гидролизуют, используя диоксид углерода, полученный при реакции ферментации, или природные органические кислоты из отходов цитрусовых - в качестве катализатора.

Патент США 5 104 419 раскрывает способ получения метанола из твердых отходов, например из городских твердых отходов, посредством частичного окисления и сжигания материалов твердых отходов, пропускания газов, образующихся при сжигании, кислорода и диоксида углерода через материал твердых отходов, отделения менее летучих компонентов газа от более летучих компонентов и реакции более летучих компонентов с диоксидом углерода с образованием метанола.

Патент США 5 060 871 раскрывает способы разделения металлических частиц примесей посредством использования различия в размере, плотности и/или электропроводности частиц.

Патент США 5 036 005 раскрывает способ непрерывного ферментационного получения этанола топливного качества из сахара, где этанол удаляют в экстракционной колонке с растворителем, который нетоксичен для ферментирующих микроорганизмов.

Патент США 5 009 672 раскрывает способ повторного использования и выделения компонентов из городских твердых отходов посредством сжатия под высоким давлением и сортировки, а также стадий разделения с помощью магнита. Выделенный перегнивающий органический компонент затем подвергают процессу анаэробной ферментации для получения биогаза, который может быть непосредственно использован для получения электроэнергии.

Патент США 4 974 781 раскрывает процесс разделения бумаги и пластмассы, в котором материалы обрабатывают смачиванием и нагреванием для повторного получения бумажной пульпы. Материалы вторично полученной пульпы затем отделяются от материалов, из которых пульпа не образуется, и затем они повторно используются, сжигаются или применяются как промышленное сырье в химических процессах.

Патент США 4 952 503 раскрывает способ непрерывного получения этанола с использованием стадии разделения центрифугированием для удаления дрожжей.

Патент США 4 874 134 раскрывает способ обработки твердых отходов для выделения материалов вторичного использования, таких как гофрированный картон, черные металлы, цветные металлы, пластмассовые продукты, бумажные и стеклянные емкости, а также биоразлагаемые материалы, которые могут быть обработаны с образованием компоста. Большие, ценные, не подлежащие обработке материалы и восстанавливаемые материалы выделяют первыми, затем с помощью магнитов отделяют фракцию черных металлов, затем материал отходов измельчают, затем с помощью магнитов отделяют вторую фракцию черных металлов, а затем пневматически отделяют фракцию бумаги для получения биоразлагаемой фракции, которая может быть потом компостирована.

Патент США 4 692 167 раскрывает устройство для обработки твердых отходов для получения гранулированного твердого топлива посредством измельчения, магнитного отделения черных металлов, просеивания, высушивания, гравитационного разделения, разделения на циклонном коллекторе, просеивания и гранулирования под давлением.

Патент США 4 650 689 раскрывает способ получения этанола из целлюлозных материалов посредством обработки целлюлозных материалов высококонцентрированным газом неорганической кислоты, таким как HCl, под давлением и обработки горячей водой для получения сусла, содержащего сахара, которые могут быть ферментированы.

Патент США 4 612 286 раскрывает способ кислотного гидролиза в процессе противоточной диффузионной обработки биомассы, содержащей ферментируемые материалы. Предпочтительно кислота является приблизительно от 2 до 10% по объему серной кислотой.

Патент США 4 553 977 раскрывает способ разделения компонентов твердых отходов с помощью барабанного грохота, который удаляет алюминиевые консервные банки с образованием обогащенной органическими веществами фракции, из которой могут быть выделены повторно используемые волокнистые продукты. Стальные консервные банки удаляют отделением с помощью магнита. Органические вещества выделяют для применения в качестве топлива с или без образования пульпы для выделения бумажной массы.

Патент США 4 541 530 раскрывает способ отделения металлических частиц от неметаллических частиц обработанных твердых отходов посредством гомогенизации и магнитной обработки компонентов отходов для получения концентрата металлов, например концентрата алюминия.

Патент США 4 384 897 раскрывает способ обработки материала биомассы двустадийным гидролизом, где на первой стадии деполимеризуются более легко гидролизуемые полисахариды, а на второй стадии деполимеризуются более трудно гидролизуемые полисахариды. Материал биомассы может быть обработан молекулярным кислородом для активации между первой и второй стадиями гидролиза. Кислоты нейтрализуют основанием, таким как карбонат или гидроксид кальция, для получения раствора, который используют для ферментации с образованием этанола.

Патент США 4 341 353 раскрывает способ выделения топлива и повторного используемых компонентов из мусора с использованием дисковых грохотов и воздушных сепараторов.

Патент США 4 288 550 раскрывает способ разложения мусора анаэробной ферментацией в присутствии дрожжей, образующих этанол, для прямого превращения крахмала в этанол без предварительного гидролиза и с последующей обработкой продукта метан-образующей анаэробной ферментацией для получения метана.

Патент США 4 069 145 раскрывает способ отделения частиц с большей электропроводностью от частиц с меньшей электропроводностью в сепараторном устройстве с электромагнитными вихревыми токами.

Патент США 4 063 903 раскрывает устройство для использования твердых отходов посредством выделения неорганических компонентов и превращения органического компонента в топливо или топливные добавки. Измельченный материал обрабатывают кислотой, нагревают, высушивают и перемалывают для получения тонкоизмельченного топливного продукта.

Молочная кислота, которая естественно присутствует во многих продуктах питания, применяется как консервант для подавления микробной порчи в прошедших обработку мясных продуктах, морских продуктах, майонезе и салатных соусах, как сырье для получения эмульгаторов, таких как лактилаты жирных кислот и эфиры моно- и диглицеридов, применяемые в выпечке, наполнителях и гарнирах, и как усилитель вкуса в безалкогольных напитках, маргарине, джемах, желе, печенье, вине и пиве. Фармацевтические применения включают растворы для внутривенного введения и диализа. Около 18 миллионов килограмм (40 миллионов фунтов) молочной кислоты, большая часть которой импортируется, ежегодно потребляется в Соединенных Штатах.

Недавно производство молочной кислоты привлекло к себе внимание вследствие разработки пластмасс на основе полимолочной кислоты (PLA), которые являются 100% разлагаемыми и одобрены для применения Министерством пищевых продуктов и лекарств (U.S. Departament of Energy, Innovations for Tomorrow, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (1992), стр. 1-2). Пластмассы PLA могут превосходить характеристики многих термопластмасс, используемых в настоящее время для упаковки продуктов потребления, и могут стать основой семейства безопасных для окружающей среды полимеров. (Lipinsky E.S., et al., Chem. Engin. Progresses 8:26 (1986)).

Основные бактерии-продуценты молочной кислоты включают следующие роды: Streptococcus, Pediococcus, Leuconostoc и Lactobacillus (Murray R.G.E., Bergey's Mannual of Determinative Bacteriology, Vol. 2, Sneath P.H.A., ed. Williams and Wilkins, Baltimore, MD (1986), стр. 1209). Более того, основные виды Lactobacillus, продуцирующие молочную кислоту, включают Lactobacillus arabinosus, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus xylosus, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei и Lactobacillus leichmannii (McCaskey T.A., et al., Appl. Biochem. Biotech. 45-46: 555 (1994)).

Объектом настоящего изобретения является разработка автоматизированного эффективного процесса обработки городских твердых отходов и осадка сточных вод, предпочтительно в форме лепешки фильтрата сточных вод, с целью выделения любых материалов для повторного использования и для получения годной к употреблению коммерческой молочной кислоты.

Другим объектом настоящего изобретения является получение способа утилизации существующих свалок и таким образом устранения будущего воздействия на окружающую среду старых свалок.

Также следующим объектом настоящего изобретения является разработка обрабатывающего оборудования, которое не будет оказывать вредное воздействие на окружающую среду.

Способ непрерывной автоматизированной обработки материала городских твердых отходов и осадка сточных вод с целью удаления и утилизации любых годных к употреблению материалов и с целью получения коммерческой молочной кислоты предусматривает следующие стадии: (а) доставку городских твердых отходов навалом к обрабатывающему оборудованию; (b) удаление шин, крупных частей черных и цветных металлов, пластмассы и стекла из указанных отходов для получения целлюлозного компонента; (с) измельчение целлюлозного компонента, полученного на стадии (b); (d) обработку указанного измельченного целлюлозного компонента и необязательно осадка сточных вод разбавленной (приблизительно от 1 до 10%) серной кислотой в течение приблизительно от 0,25 до 4 ч при температуре приблизительно от 40 до 100^oC для значительного растворения оставшихся тяжелых металлов и получения растворимого компонента и нерастворимого компонента; (е) отделение растворимого компонента, полученного на стадии (d), от нерастворимого компонента; (f) высушивание нерастворимого компонента, полученного на стадии (е); (g) обработку высушенного нерастворимого компонента, полученного на стадии (f), при соотношении приблизительно 1:1 концентрированной серной кислоты (около 70%) к нерастворимому компоненту по массе для получения частично гидролизованной смеси; (h) разбавление частично гидролизованной смеси, полученной на стадии (g), водой при температуре приблизительно от 80 до приблизительно 100^oC для получения раствора, содержащего, например, около от 4 до 6 ч. воды на 1 ч. частично гидролизованной смеси по массе: (i) перемешивание разбавленной смеси, полученной на стадии (h), в течение приблизительно от 1 до 4 ч при приблизительно от 80 до 100^oC для получения разложившегося материала; (j) удаление твердых веществ из разложившегося материала, полученного на стадии (i), для получения фильтрата: (k) разделение фильтрата на раствор, содержащий кислоту, и раствор, содержащий сахар; (l) концентрирование раствора, содержащего сахар, до 1-20% концентрации сахара; (m) подведение pH концентрированного раствора, содержащего сахар, полученного на стадии (l), до приблизительно от 4,5 до 7,5; (n) ферментацию раствора, полученного на стадии (m), молочнокислыми бактериями при приблизительно от 25 до приблизительно 50^oC для получения раствора, содержащего молочную кислоту, и (о) обработку молочной кислоты из раствора, полученного на стадии (n), для получения коммерчески приемлемой формы молочной кислоты.

Далее изобретение касается способа получения молочной кислоты из целлюлозного компонента городских твердых отходов (MSW) после удаления из него практически всех тяжелых металлов и хлоридов и/или осадка сточных вод, предусматривающего (а) измельчение целлюлозного компонента городских твердых отходов; (b) обработку указанного измельченного компонента, полученного на стадии (а), и/или осадка сточных вод концентрированной серной кислотой (около 70%) при соотношении приблизительно 1:1 к твердому компоненту при приблизительно от 30 до 80^oC для получения частично гидролизованной смеси; (с) разбавление частично гидролизованной смеси, полученной на стадии (b), водой при температуре приблизительно от 80 до 100^oC для получения суспензии, например, с соотношением жидкость:твердое вещество приблизительно 5: 1 и при концентрации серной кислоты около 12%; (d) перемешивание разбавленной смеси, полученной на стадии (с), в течение приблизительно от 1 до 4 ч при приблизительно от 80 до 100^oC для получения разложившегося материала: (е) отделение нерастворимого компонента, содержащего практически все тяжелые металлы, от растворимого компонента, полученного на стадии (d); и (f) обработку растворимого компонента для получения коммерчески приемлемой формы молочной кислоты.

Неожиданно вышеупомянутые объединенные процессы обеспечивают высокоэффективное и эффективное по стоимости получение молочной кислоты из осадка сточных вод и/или городских твердых отходов.

На чертеже представлена блок-схема, подробно описывающая полный процесс обработки материала городских твердых отходов и/или осадка сточных вод: 1A/1B - бункер для хранения необработанного сырья; 2 - дозирующий резервуар; 3 - камера для предварительной обработки; 4 - резервуар для хранения разбавленной серной кислоты; 5A - первичный винтовой пресс; 5B - вторичный винтовой пресс; 6 - сушильная установка; 7 - резервуар для хранения обработанного сырья; 8 - резервуар для нейтрализации разбавленной серной кислоты; 9 - резервуар для извести; 10 - гипсовый бельтинг-пресс; 11 - резервуар для хранения нейтрализованной воды; 12 - система для гидролиза; 13 - варочные котлы; 14 - собирающий резервуар N 1; 15 - фильтр-пресс; 16 - резервуар для регенерации и хранения кислоты; 17 - система для регенерации кислоты; 18 - испаритель; 19 - собирающий резервуар N 2; 20 - фильтр обратного осмоса; 21 - система уравновешивания аммиака и pH; 22 - система для введения молочнокислых бактерий; 23 - собирающий резервуар N 3; 24 - резервуар для ферментации; 25 - фильтр и собирающий резервуар для молочнокислых бактерий; 26 - устройство для обработки молочной кислоты; 27 - охлаждающий змеевик; 28 - резервуар для хранения молочной кислоты; 29A/29B - резервуар для хранения воды; 30 - резервуар для хранения концентрированной серной кислоты; 31 - резервуар для хранения отработанной воды (необязательно); 32 - водоподогреватель; А - собирающий резервуар для лигнина; В - бойлерный резервуар для хранения сырья; С - бойлер.

В практическом применении изобретения сырье может быть материалом городских твердых отходов, включающим отходы, полученные прямо из городских служб, или городские твердые отходы, которые были предварительно закопаны на свалке и затем выкопаны. В дополнение к городским твердым отходам сырье может быть осадком сточных вод, предпочтительно в форме лепешки фильтрата сточных вод, который также содержит значительные количества целлюлозного материала (около 35% масса:масса). Материал твердых отходов вводят в оборудование через полностью автоматизированный принимающий узел. Затем отходы нагружают на большой транспортер. Все присутствующие материалы, пригодные для повторного применения, такие как ценные крупные предметы, черные металлы, цветные металлы, такие как алюминий, стекло, пластмассу и резину и др., затем извлекают. Способы извлечения таких предметов хорошо известны и описаны, например, в патентах США NN 5 184 780, 5 104419, 5060871,5009 672, 4 974 781, 4 874 134, 4 692 167, 4 553 977, 4 541 530, 4 341 353, 4 069 145 и 4 063 903, содержание каждого из которых полностью включено здесь в виде ссылки.

Предпочтительно, чтобы материалы шинных отходов собирались на отдельном большом транспортере, который ведет к системе обработки шинных отходов и извлечения резины, где остатки шин измельчают и удаляют резину, сталь и волокно.

Для удаления всех крупных объемных материалов из черных металлов с транспортера для твердых отходов применяется магнитный кран с дистанционным управлением. Эти крупные материалы затем проводят через дробилку, которая уменьшает их до рабочих размеров. Затем материал посылают в бункер для повторно используемых материалов, где они ожидают брикетирования.

Материал отходов, остающийся после удаления крупного материала, затем сепарируют с применением барабанного грохота или другого просеивающего механизма, который разрушает все упаковки и дает два раздельных потока обработки. При соответствующей сепарации один поток будет содержать органические отходы, состоящие в основном из целлюлозного материала, тогда как другой будет содержать металлические продукты определенного размера, пластмассу, стекло и резину.

Материалы отходов проходят через несколько магнитных разделений для удаления всех черных металлов. Затем отходы проходят через сепаратор с использованием вихревых токов для удаления цветных металлов. Черные и цветные металлы оба транспортируются в бункеры, где ожидают брикетирования. Органические отходы затем измельчают и обрабатывают в системе получения молочной кислоты, которая принимает материал отходов и обрабатывает его с получением молочной кислоты для коммерческой продажи. Предпочтительно, когда используют осадок сточных вод, его следует сначала высушить для получения лепешки осадка сточных вод. Способы обезвоживания осадка сточных вод для получения лепешек осадка сточных вод хорошо известны. Например, содержание влаги в осадке сточных вод может быть снижено с помощью вакуумных фильтров до 70-75% с целью получения лепешки осадка сточных вод. Поскольку лепешки осадка сточных вод в норме не будут содержать значительные количества материалов для повторного использования (алюминий, стекло, пластмассы и т.п.), он может быть прямо обработаны концентрированной серной кислотой и обработан в системе получения молочной кислоты. Однако при необходимости дальнейшее высушивание лепешки осадка сточных вод может достигаться быстрой или распылительной сушкой, где частицы лепешки осадка сточных вод высушивают в суспензии в потоке горячих газов для получения почти мгновенного удаления избытка влаги. Барабанные сушилки и системы с непрямым нагреванием также могут быть использованы. Эти технологии высушивания типично содержат глиномялку, барабанную сушильную печь, циклонную сушилку и газоочиститель. Вышеупомянутые технологии высушивания описаны в Sludge Digestion and Disposal, Public Works 125: D47-D58 (1994), содержание которых полностью приведено здесь в виде ссылки.

Часть сопутствующих продуктов из процесса получения молочной кислоты может поступать в коммерческую продажу и/или использоваться для вырабатывания электричества для применения в работе оборудования. Например, нерастворимый материал, полученный после гидролиза целлюлозного компонента MSW и/или осадка сточных вод, в основном состоит из лигнина, природного ароматического органического полимера, обнаруженного во всех растениях с сосудистой системой. Неожиданно обнаружено, что при использовании лигнина в качестве топлива для бойлера общие затраты на энергию, используемую для обрабатывающего оборудования, как описано здесь, могут быть значительно понижены. Более того, неожиданно высокое номинальное значение БТЕ (британская тепловая единица) на фунт (приблизительно 4000-13350) (9304-31052 кДж/кг) полученного лигнина может быть повышено смешиванием его с компонентом чисто сгорающих нехлорированных пластмасс MSW. Технология, способная отделять нехлорированную пластмассу от хлорированной пластмассы (например, PCV (полихлорвинила)), известная как Vinyl Cycle^TM, продается National Recovery Technologies, Nashville, Tenessee. Технология Vinyl Cycle^TM описана в Патенте США N 5 260 576, ее содержание полностью приведено здесь в виде ссылки. Этот составной лигнино-пластмассовый материал может также сжигаться как бойлерное топливо, таким образом еще более понижая стоимость энергии описанного процесса получения молочной кислоты.

Любые неорганические материалы, остающиеся после вышеупомянутого процесса просеивания, могут быть гранулированы и использованы коммерчески как добавки в строительные материалы.

Настоящее изобретение является полностью автоматизированным, требующим только рутинного наблюдения в конце каждой смены операции. Полностью автоматизированная технология просеивания устраняет необходимость антисанитарной сортировки вручную.

Настоящее изобретение позволяет создать установку с полностью нулевым выбросом. Все здания могут быть полностью закрытыми. Все загрязнители воздуха и воды могут быть задержаны и вместе обработаны. Все материалы, входящие в оборудование, могут быть обработаны и превращены в коммерчески работающие материалы.

Эти и другие применения и преимущества станут очевидными из последующих описаний и спецификаций проекта.

Таблица 1 детализирует состав сухих городских твердых отходов (MSW), как установлено Environmental Protection Agency (Агентством защиты окружающей среды).

Настоящее изобретение разработано для получения твердых отходов, таких как детализированы в таблице 1, городских твердых отходов, которые получают со свалок, и осадка сточных вод, предпочтительно в форме затвердевшего фильтрата сточных вод. Два последних типа сырья будут иметь состав, отличный от представленного в таблице 1, однако это не повлияет на их применение в описанном изобретении. Скорость, с которой твердые отходы могут быть обработаны посредством системы, сильно зависит от размера населенного пункта, который будет обслуживать настоящее изобретение. Система может переработать от 25 до 125 т/ч или более того. Оборудование может быть масштабировано соответственно.

Материалами, которые не перерабатываются, являются вредные отходы, взрывчатые и инфекционные отходы. Система способна обрабатывать холодильники, стиральные машины, сушильные устройства, газовые плиты, металлические остатки автомобилей, крупные материалы, мелкие промышленные отходы и стандартные городские твердые отходы. Настоящая система разработана для извлечения пластмасс, стекла, резины, черных металлов и цветных металлов из твердых отходов.

Грузовые машины разгружают отходы на большой транспортер, такой, как может быть получен у E&H Systems, который пересекает длину первого строения молотковой дробилки. Затем используют магнитный кран с дистанционным управлением для удаления всех металлических объектов. Эти удаленные объекты помещают в автоматизированную систему предварительного дробления для уменьшения размеров. Когда уменьшение размеров завершено, отходы вновь вносят в систему, в собирающие бункеры с целью брикетирования на стандартном упаковочном прессе.

Барабанный грохот, обычно полученный из таких источников, как MacLanahan Corporation, затем используют для того, чтобы автоматически открыть упаковки, удалить мелкие примеси и измельчить стеклянные материалы.

Материал в потоке для получения молочной кислоты транспортируют через серию из пяти магнитных сепараторов, которые будут удалять практически все черные металлы. Этот, так сказать, поток отходов, который состоит в основном из металлических и целлюлозных компонентов, доставляется из барабанного грохота к серии наклонных транспортеров, каждый из которых имеет устройство магнитного сепаратора, таких как барабанный или ленточный, которые хорошо известны. Выходной конец каждого транспортера поддерживается на высоте, превышающей вход в каждый последующий транспортер, так что материал, проходя магнитное просеивание, подвергается перемешиванию под действием силы тяжести при переходе с одного транспортера на другой, повышая таким образом количество извлеченных магнитном оставшихся черных металлов на последующем магнитном сепараторе. Строение транспортера таково, что оно будет обеспечивать полностью автоматизированное выделение черных металлов в центральную зону. Этот тип транспортера также обеспечивает перемешивание материалов для гарантии удаления 98% всех черных металлов. Выделенные черные металлы падают в вертикальный желоб и транспортируются из устройства в собирающий бункер для вторичного использования.

Оставшийся материал затем транспортируют к сепаратору с использованием вихревых токов, такой как Eriez Ferrous Metal Separator. Сепаратор с использованием вихревых токов применяют для автоматического удаления материалов из цветных металлов, включая батарейки.

Сепаратор с использованием вихревых токов помещают после магнитных сепараторов так, чтобы черные металлы не повредили оборудование сепаратора с использованием вихревых токов. Наличие любых материалов черных металлов в/или на сепараторе с использованием вихревых токов будет приводить к серьезному и дорогостоящему повреждению сепаратора с использованием вихревых токов. Оставшиеся материалы отходов переносят на транспортере в молотковую дробилку, которая уменьшает размер материала до размера приблизительно от -3'' до -4''. Уменьшение размера материала способствует процессу получения молочной кислоты.

Молотковая дробилка будет включать кожух для защиты от взрыва для устранения потенциальных взрывов, связанных с пылью.

Поток материала может быть разделен на два различных пути: процесс получения молочной кислоты и путь получения гумуса. Распределение отходов между двумя системами зависит от точного объема отходов, поступающих в оборудование.

Как обсуждалось выше, сырье, состоящее из осадка сточных вод или затвердевшего фильтрата сточных вод, в норме могут обходить описанный выше процесс сортировки и непосредственно обрабатываться концентрированной серной кислотой для обработки в системе получения молочной кислоты.

Процесс, применяемый в настоящем изобретении, исчерпывающе описан ниже со ссылками на чертеж.

Общее представление схемы процесса Уровень тяжелых металлов, обнаруженный в целлюлозном компоненте осадка сточных вод (и лепешках, состоящих из него) или MSW, может значительно различаться в зависимости от источника отходов. Например, гидролизат, образованный из целлюлозного компонента некоторых образцов MSW, полученных из городских или высокоиндустриализированных областей, как было показано, загрязнен тяжелыми металлами до такой степени, что ингибировал бы процесс ферментации молочной кислоты или загрязнял бы полученную впоследствии молочную кислоту. Поэтому эти типы образцов MSW могут быть обработаны с целью снижения в них содержания тяжелых металлов перед гидролизом для того, чтобы избежать загрязнение ферментационной среды. С другой стороны, было обнаружено, что удаление тяжелых металлов из менее загрязненных образцов может быть осуществлено посредством эффективного ионообменного процесса после гидролиза целлюлозного сырья.

Следующее обсуждение описывает два процесса, которые могут быть использованы для снижения содержания тяжелых металлов в целлюлозном компоненте пищевых отходов. Один - который снижает содержание тяжелых металлов перед гидролизом, и другой - после гидролиза. Какой из процессов использовать, может быть установлено на основе уровня загрязнения тяжелыми металлами, который обнаружен в сырье.

А. Процесс автоматизированной обработки MSW Стадия 1: Предварительная обработка Ссылка 1 A/1B-11 Цель: Целью процесса предварительной обработки является отделить тяжелые металлы, которые могут загрязнить полученную молочную кислоту или ингибировать ферментацию гидролизованного целлюлозного компонента MSW и/или осадка сточных вод, путем смешивания поступающего измельченного целлюлозного компонента с разбавленной серной кислотой. Твердые вещества затем прессуют, а жидкости обрабатывают известью, создавая гипс как побочный продукт. Затем гипс удаляют, а оставшиеся твердые вещества подготавливают для расщепления на сахара в системе для гидролиза.

Образец, обработанный согласно настоящему процессу, который практически не содержит следовых количеств металлов, является таковым, в котором содержание этих металлов снижено по меньшей мере на приблизительно 70%.

Описание: Бункер для необработанного сырья (ссылка 1A и 1B) получает сырье с 85-90%-ного чистого органического материала в предварительно измельченном состоянии до размера частиц 2'' (5/8'' х 2''). Каждый бункер содержит приблизительно 25 т материала, что грубо равно 2-1/2-дневному поступлению сырья. Материалы, не содержащие тяжелые металлы в определяемом количестве, не требуют предварительной обработки, поэтому их хранят отдельно в бункере 1B.

Материал транспортируют из бункера 1A с помощью большого транспортера в дозирующий бункер (ссылка 2). Дозирующий бункер распределяет необработанное сырье в камеру для предварительной обработки (ссылка 3), где разбавленная серная кислота (приблизительно 1-10% по массе) смешивается с сырьем при приблизительно 40-100^oC. Это позволяет растворить тяжелые металлы и хлориды (хлориды металлов и, возможно, органические хлориды) из сырья. Затем материал транспортируют на шнековом конвейере к винтовым прессам (ссылки 5A и 5B), способным удалить около 60-80% содержащейся жидкости, таким образом отделяя растворимый компонент от нерастворимого компонента. Рекомендуется вторичное промывание для удаления любых остаточных кислот (ссылка 5B). Твердые вещества из винтового пресса затем поступают в конвейерную сушильную установку (ссылка 6) при скорости подачи приблизительно 3,25 т/ч. Конвейерная сушильная установка еще более снижает содержание влаги в сырье до приблизительно 5-10%. Высушенный нерастворимый компонент, имеющий легкую пушистую консистенцию, пневматически переносят в бункер для хранения обработанного сырья (ссылка 7).

Жидкости из винтового пресса по трубопроводу перекачивают обратно в резервуар для хранения разбавленной серной кислоты (ссылка 4) для повторного использования. Кроме того, разбавленную кислоту из системы для регенерации кислоты (ссылка 17) по трубопроводу подают в резервуар для хранения разбавленной кислоты. Тяжелые металлы и осадок из резервуара для хранения переносят в резервуар для нейтрализации (ссылка 8). Жидкость в резервуаре для нейтрализации смешивается с известью и закачивается в бельтинг-пресс (ссылка 10), где удаляется гипс. Оставшуюся нейтрализованную жидкость, состоящую из H₂O и частиц, затем пропускают через задерживающий частицы фильтр и возвращают в собирающий резервуар для воды (ссылка 11) для повторного использования в системе.

Как обсуждалось ниже, альтернативный ионообменный процесс для удаления в основном тяжелых металлов включает проведение стадии гидролиза, описанной ниже, и выделение не растворимого в воде лигнина. Обнаружено, что почти все тяжелые металлы связываются с лигнином.

Стадия 2: Гидролиз Ссылка 12-16, 31, А, В, С Цель: Целью процесса гидролиза является разрушение молекулярной структуры сырья до сахаров посредством смешивания материала с концентрированной (приблизительно от 65 до 93%, предпочтительно около 70%) серной кислотой. Раствор сахара/кислоты/воды готовят за определенный период времени, после которого удаляют твердые вещества. Раствор направляют в систему для регенерации кислоты для сепарации.

Описание: Предварительно обработанное сырье дозируют из бункера для хранения (ссылка 7 или 1B) в систему для гидролиза (ссылка 12), где приблизительно 70%-ная концентрированная серная кислота автоматически подается в соотношении приблизительно 1: 1. Если не указано иначе, все соотношения и процентное содержание, указанные здесь, основаны на соотношении масса:масса. Там, где указано соотношение приблизительно 1:1 включает композиции, содержащие от 60: 40 до 40: 60 по массе смеси. Предпочтительно соотношение концентрированной серной кислоты и предварительно обработанного сырья приблизительно от 45:55 до 55:45 по массе.

Материал смешивают в течение приблизительно 2-25 мин, предпочтительно около 10 мин и направляют в варочные котлы (ссылка 13) вместе с водой, нагретой до температуры около 88^oC. Этот раствор состоит из соотношения 2:1 (приблизительно 2 ч. воды на приблизительно 1 ч. гидролизованной смеси по массе). Этот материал медленно перемешивают, поддерживая постоянную температуру около 96^oC в течение приблизительно 1-4 ч. В этих условиях целлюлоза и гемицеллюлоза превращаются в глюкозу и ксилозу соответственно. В конце этого периода содержимое варочных котлов переносят в собирающий резервуар (ссылка 14), чтобы обеспечить перезагрузку варочных котлов. Собирающий резервуар стабилизирует температуру материала и регулирует поток на фильтр-пресс (ссылка 15).

Материал из собирающего резервуара затем фильтруют, например, закачивая его в фильтр-пресс (ссылка 15), который удаляет суспендированные твердые вещества с образованием фильтрата. Твердые вещества могут быть распылены, промыты и возвращены в сушильную установку (ссылка 6) для использования как бойлерное топливо. Затем фильтрат перекачивают из фильтр-пресса в резервуар для регенерации и хранения кислоты (ссылка 16).

Примечание: отработанная вода из резервуара для хранения отработанной воды (ссылка 31) может быть использована как заменитель чистой воды в системе гидролиза (ссылка 12). Все патогены, присутствующие в отработанной воде, уничтожаются в системе гидролиза. Высокое содержание азота в отработанной воде сохраняется, фактически устраняя необходимость добавления соединений азота, таких как аммиак (питательный компонент, применяемый в процессе ферментации молочной кислоты).

Стадия 3: Регенерация кислоты Ссылки 16-19 Цель: Целью процесса регенерации кислоты является выделение серной кислоты из раствора сахара/кислоты/воды для получения содержащего кислоту раствора и содержащ