使用渗透和厌氧废水处理的发电方法技术

本发明专利技术公开一种用于发电的方法。该方法包括：接收包含有机物质的废水流；和将废水流传送到厌氧消化器，在厌氧消化器中包含在其中的有机物质被分解以产生生物气。在所述流通过使废水流通过渗透动力单元而进入厌氧消化器之前，所述废水流的液体含量降低。所述流经过允许水通过但不允许盐通过的半透膜的一侧，盐度高于所述废水流的含水流经过所述膜的另一侧，使得所述较高盐度的含水流中存在的潜在渗透能量转换成电能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用渗透和厌氧废水处理的发电方法
本专利技术涉及用于发电的方法。具体而言，本专利技术涉及使用废水流和咸水流的发电。
技术介绍
目前，许多努力都是针对不依赖于化石燃料的新型可再生能源。可再生能源研究的一个领域是生物气领域，其中可燃气体(例如甲烷)是在没有氧气的情况下通过分解有机物质产生的。该可燃气体从而可用作能源。有机物质源可以包括来自工业和/或市政源的废水，例如污水。另一个这样的研究领域是被称为压力延迟渗透(PRO)的工艺。在这个工艺中，使用半透膜将较低浓度的溶液与较高浓度的溶液分离。该膜通过渗透作用使溶剂从较低浓度的溶液(具有低渗透压)流到较高浓度的溶液(具有高渗透压)，并且这导致溶剂所扩散到的膜侧上的压力增加。该压力可用来发电。少数PRO工厂在世界各地运作，这些工厂通常使用盐度差作为渗透的驱动力，通常使用来自河流或湖泊的淡水作为较低浓度溶液的进料流，并且使用海水作为较高浓度的溶液。由HeIfer等人所写的J.MembraneSci.453(2014)337-358是描述PRO的评论文章。通常，迄今为止PRO方案已使用海水和河水混合，并且在中试规模的工厂中，已经发现该工艺由于所达到的功率密度低，所以是不经济的。已经有人提出，大约5W/m2的膜功率密度代表这样一个发电水平，高于该水平PRO可能在经济上是可行的。在实验室之外，通常不可能在河流/海水混合方案中使用现有的膜技术达到这种功率密度水平。已经进行了许多尝试以利用在涉及渗透的过程中在地下地层中发现的能量。WO2013/164541描述了通过直接渗透发电的方法，其中较高浓度的溶液是“生产用水”，而较低浓度的溶液是淡水或海水。生产用水是在烃生产过程中与烃流分离之后获得的水。WO2013/164541还提到，从地下地层获得的卤水流(brinestream)可用作更高浓度的溶液。然而，已知的工艺未得到咸水流(salinestream)和/或废水流中潜在的最大可用能量。现在，我们发现了能够提高从咸水流和废水流中提取能量的效率的方法。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供用于发电的方法，该方法包括以下步骤：-接收包含有机物质的废水流，-将废水流传送到厌氧消化器，在厌氧消化器中包含在其中的有机物质被分解以产生生物气，并且其中，通过使所述废水流通过渗透动力单元，在该流进入所述厌氧消化器之前，所述废水流的液体含量降低，在所述渗透动力单元中该流经过允许水通过但不允许盐通过的半透膜的一侧，盐度高于所述废水流的含水流经过所述膜的另一侧，使得较高盐度的含水流中存在的潜在渗透能量转换成电能。在另一方面中，本专利技术提供发电系统，该系统包括：-与废水流的连接件，-与咸水流的连接件，-生物气动力单元，被布置成通过分解厌氧消化器中的污泥来发电，以及-渗透动力单元，被布置成使用咸水流和废水流之间的盐度差通过压力延迟渗透(PRO)发电，并且其中，该系统被布置成使得由渗透动力单元输出的浓缩的废水流传送到生物气动力单元以用作污泥(sludge)。在另一方面中，本专利技术提供用于发电的方法，该方法包括以下步骤：-从地热地层中提取温咸水流；-获得包含有机物质的废水流；-将温咸水流中存在的热能转换成电能和/或使用温咸水流中存在的热能来增加废水流的温度；-通过使用(i)废水作为渗透发电过程的低盐度进料流并使用(ii)咸水流作为渗透发电过程的高盐度进料流，将所述咸水流中存在的含水渗透能量转换成电能，并且降低所述废水流的水含量；以及-将由渗透发电过程产生的浓缩的废水输送到厌氧消化器，在该厌氧消化器中通过包含在所述废水中的有机物质的分解而产生生物气。附图说明图1示出本专利技术的一个实施例的示意图，其中废水流首先通过渗透动力单元，然后进入生物气动力单元。图2示出本专利技术的替代实施例的示意图，其中温咸水地热流在其通过渗透动力单元之前通过热交换器。图3示出图1的变形，其中使用多个渗透单元。图4示出图3的变形，其中具有替代性的输入流。图5示出图4的变形，其中具有替代性的输出流。图6示出渗透动力单元。图7示出生物气动力单元。具体实施方式本专利技术的方法可提高使用废水流发电的效率。本专利技术的方法在分解废水流中存在的有机物质以产生生物气之前，在渗透发电过程中使用废水作为较低盐度流。这种废水使用的顺序有助于提高生物气工艺的效率。工业和/或家庭废水例如污水，提供了有用的有机物源以用于生物气生成过程。然而，与液体组分相比，大多数废水中存在的相对少量的有机物意味着每单位体积废水的能量产量相对较低。除了通过将附加的发电装置(渗透动力单元和/或热动力单元)包括在生物气工艺中可以预期提高效率之外，本专利技术的方法相互补充以在废水处理方法中产生进一步的效率。将废水用作渗透动力单元的低盐度进料流降低了废水的含水量，这是渗透发电过程(即，水穿过半透膜的迁移)的自然结果。这增加了废水中有机物质的浓度，从而增加了每单位体积废水所能产生的能量。随着使用其它装置浓缩废水所需的时间和/或能量相应地减少，生物气生成过程的效率提高。在渗透发电过程的高盐度进料是从地热源提取的温咸水流的情况下，温咸水流中存在的热能可用于提高废水的温度，这也可通过提高反应速率来提高生物气生成过程的效率。本专利技术的方法使用废水流。该废水流可以是包含有机物质的任何工业或市政废水流。例如，废水流可以是来自具有高有机(例如，蛋白质)含量的工业处理例如来自乳品厂、啤酒厂、生物技术或食品制造商的污水或废水。废水流的固体含量通常在0.5重量％至1.5重量％的范围内。在某些情况下，废水流的固体含量可至多5重量％。使废水流通过渗透动力单元可使固体分数增加两倍或更多。废水流在通过渗透动力单元之后的固体含量可以在4重量％至8重量％的范围内。废水流在通过渗透单元之后的固体含量可以为至少4重量％，优选为至少6重量％，优选为至少8重量％。废水流在通过渗透动力单元之后的固体含量可以至多10重量％。生物气动力单元可被定义为在没有氧气的情况下分解有机物质以产生可燃气体(特别是甲烷)用作燃料的单元。在本专利技术的方法中可以使用任何合适的生物气动力单元。这种单元的关键特征是存在分解有机物质的厌氧消化器。这种厌氧消化器是可商购的，并且可使用任何合适的类型，例如分批或连续、单级或多级、嗜温或嗜热的类型。除了厌氧消化器之外，生物气动力单元还可以包括用于将生物气转换成电能的装置。通常，该装置是内燃机，例如连接到发电机的涡轮机，但是可使用任何合适的装置。到生物气动力单元的输入可以是被称为污泥(sludge)的浓缩废水流。污泥的固体含量可以在4重量％至8重量％的范围内。污泥的固体含量可以为至少4重量％，优选为至少6重量％，优选为至少8重量％。污泥的固体含量可以至多10重量％。本专利技术使用渗透发电过程来降低废水流的水含量。取决于工艺参数和所涉及的流的特性，以及污泥的期望特性，可能需要进一步处理废水流，以在通过渗透动力单元之后将废水转换成污泥。本专利技术的方法使用咸水流。该咸水流可从地热地层、盐地层或其它高盐度源(例如海水或来自脱盐工厂的卤水)获得。使用常规技术例如钻井或水溶采矿技术，从地面提取该流，并且在执行渗透发电之前，通常经受任何所需的预处理步骤。例如，用于移除固体材料的过滤可能是必要的，其它常规方法也可能是必要的，这取决于该流的确切性质。咸水流的盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发电的方法，所述方法包括以下步骤：‑接收包含有机物质的废水流，‑将所述废水流传送到厌氧消化器，在所述厌氧消化器中包含在其中的有机物质被分解以产生生物气，并且其中，通过使所述废水流通过渗透动力单元，在该流进入所述厌氧消化器之前，所述废水流的液体含量降低，在所述渗透动力单元中该流经过允许水通过但不允许盐通过的半透膜的一侧，盐度高于所述废水流的含水流经过所述膜的另一侧，使得较高盐度的所述含水流中存在的潜在渗透能量转换成电能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.24 GB 1605070.0;2016.03.04 US 62/303,6391.一种用于发电的方法，所述方法包括以下步骤：-接收包含有机物质的废水流，-将所述废水流传送到厌氧消化器，在所述厌氧消化器中包含在其中的有机物质被分解以产生生物气，并且其中，通过使所述废水流通过渗透动力单元，在该流进入所述厌氧消化器之前，所述废水流的液体含量降低，在所述渗透动力单元中该流经过允许水通过但不允许盐通过的半透膜的一侧，盐度高于所述废水流的含水流经过所述膜的另一侧，使得较高盐度的所述含水流中存在的潜在渗透能量转换成电能。2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：从地热地层中提取温咸水流并使用所述咸水流作为较高盐度的所述含水流。3.如权利要求2所述的方法，其中所述温咸水流具有至少45℃的温度。4.如权利要求3所述的方法，其中所述温咸水流具有至少55℃的温度。5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：从所述温咸水流中提取热能。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中较高盐度的所述含水流具有至少10重量％的盐含量。7.如权利要求6所述的方法，其中较高盐度的所述含水流具有至少15重量％的盐含量。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述废水流在通过所述渗透动力单元之前具有至多5重量％的固体含量。9.如权利要求8所述的方法，其中所述废水流在通过所述渗透动力单元之前具有0.5重量％至1.5重量％的范围内的固体含量。10.如权利要求8所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·S·尼森，
申请(专利权)人：应用仿生学有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK