[发明专利]微波辅助热解和气化

说明书

描述了用于将含盐水性污泥转化为气体和固体残渣的方法和系统。在微波辐射的辅助下热解和气化污泥。

技术领域

本发明涉及用于转化含盐水性污泥的方法和系统。

背景技术

水产养殖业正在持续增长，具有巨大的经济效益。目前，可以在不同类型的网箱养殖场中饲养鱼直到收获，例如将敞开的网箱直接放置在水中或将网箱直接放置在海水中时进行“离岸养殖”。另一种替代方法是包括一系列培养池并且在其中对水进行连续再循环和监控的代表性再循环水产养殖系统(RAS)。因此，鱼养殖场可以位于陆地或海上的不同区域，有时是孤立的并且离网(off-grid)连接。

鱼养殖业还面临着不同的挑战，诸如逃逸的鱼/遗传相互作用、污染和排放、疾病和寄生虫、沿海区域的利用、饲料/饲料资源。因此，近来，已经开发出了不同的封闭式网箱养殖场概念，具有许多积极益处，诸如防止鱼的逃逸，避免鱼虱问题，更少的药物和抗生素，而且鱼污泥将不再到达海底。封闭鱼养殖场网箱代表一种良好的环境措施，但也会带来必须解决的新挑战，例如巨大量的污泥将从封闭式鱼养殖场的底部收集、泵送并陆地运输。这种污泥具有生成能量的巨大潜力，并且它也是氮(N)、磷(P)、重金属(Cd、Pb、Hg、Ni、Zn、Cu、Cr)、盐(NaCl)、迄今为止尚未开发/回收的其他矿物质的有价值的来源。封闭式网箱鱼养殖场的另一挑战是，不得不向鱼提供巨大量的氧气，以便维持鱼的健康和福利。如果氧气是从不同的商业生产商购买的，这会带来显著的成本。

例如，如果鱼养殖业将设法收集和再利用来自100万吨鲑鱼/年中的所有污泥以生产生物气(biogas)，则可以生产7000-19000万m³的甲烷，相当于0.7-2TWh的能量。相比之下，根据挪威统计局，2009年卑尔根市(Bergen)区域具有人口252051名居民，使用了总计2.0334TWh的能量。根据渔业理事会，2018年3月挪威的总鱼产量为728531吨，其中的103788吨位于霍达兰(Hordaland)区域。根据Milostatus，780吨鱼将生成与11780名居民一样多的污泥形式的废物。因此，挪威的总鱼产量可以生成与1300-1400万名居民(大约是挪威人口的3倍)一样多的污泥形式的废物；但是，如果收集和再利用这些污泥则可以生成最高达670万Nm³的甲烷或65GWh/年。水产养殖业的目标是将其产量增加至原来的5倍，直到2050年使得潜在甲烷产量达到5.8亿Nm³或5.7TWh/年。

迄今为止已经提出的用于污泥处理的不同解决方案的目标是过滤、脱水和/或干燥污泥直到95-98％总固体。之后，或将干燥的团粒递送至废物回收厂(例如丹麦、瑞典)以生产生物气，或至不同的生产线以用作“绿色燃料”，例如水泥。一个水泥厂具有的燃烧能力最大为12000吨干污泥(Fiskeslam som brensel-Tom Berntsen,HeidelbergCementhttp://tekset.no/wp-content/uploads/2017/02/14-Berntsen.pdf)。无论如何，这些解决方案带来了显著的运输成本和环境后果。此外，通过焚烧和/或燃烧干燥的污泥团粒，浪费了仍然存在的所有有价值的组分。

用于大规模生产生物气和肥料的另一废物回收技术是厌氧消化。厌氧消化池回收装置的数量仍在增加，但是它们主要使用来自污水、木材、植物等中的混合废物。当涉及到鱼污泥时，厌氧消化技术只能用于由陆地鱼养殖场生成的污泥，所谓的淡水鱼污泥。这里的挑战是，在厌氧消化池装置中生物气生产是相当缓慢的(需要最多达20-30天来生产生物气)，这些装置相当昂贵并且在所需单元例如消化池、储液池、收集器的周围需要大面积陆地。因此，需要用于处理这种大体积的生成的废物的新技术。