專利名稱：加入金屬的有機(jī)物回收的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的引用本申請(qǐng)要求名稱為″Organic Recycling with Metal Addition″的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/473,197和名稱為″Liquid Fertilizer Incorporating Biosolids andHigh Concentrations of Ammonia″的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/473,198的優(yōu)先權(quán)，它們的全部?jī)?nèi)容都通過(guò)引用而結(jié)合在此。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成肥料的體系、裝置和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及在由有機(jī)物質(zhì)制造肥料之前，向有機(jī)物質(zhì)中加入硫酸鐵或其它金屬鹽。
2.背景描述污水污泥的處置是一個(gè)重大的世界范圍內(nèi)的問(wèn)題。目前處置污水污泥的方法包括焚燒、直接的土地或海洋利用、將污泥加熱和干燥以滅菌然后將其施用至土地、將其沉積在填埋場(chǎng)中、或者用標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)式造粒機(jī)將污泥?；?，其中由外部的熱源(例如，通過(guò)燃燒購(gòu)買的燃料)而提供加熱和干燥。雖然這些方法中的一些得到了肥料，但是這種肥料對(duì)于它們的植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而言具有相對(duì)低的分解。
表示肥料的植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方法包括識(shí)別肥料的NPK值，其中N涉及氮的量，P涉及磷的量(表示為P2O5)和K涉及鉀的量(表示為K2O)。因此，如美國(guó)專利3,050,383所報(bào)道的，具有2.5/2.5/0值的污水污泥含有2.5％的氮、2.5％按P2O5計(jì)的磷和0％按K2O計(jì)的鉀。除非由使用進(jìn)行不同的指示，這里的所有百分比值都是基于重量的百分比(即，w/w)。
幸而，存在提高相對(duì)低分解有機(jī)廢料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方法。例如，在上面所述的Wilson專利(其內(nèi)容通過(guò)引用而完整地結(jié)合在此)中，公開了一種方法，該方法用于用受控量的酸如硫酸、磷酸(或等量的磷化合物，其強(qiáng)度表示為磷酸)或它們的混合物和含氨水溶液如氨水或含氨氮鹽溶液處理干燥的動(dòng)物糞肥和污水污泥，并且翻滾得到的反應(yīng)物質(zhì)以生成具有加濃的或提高的植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的肥料顆粒。
還描述了用酸、堿或它們的混合物提高相對(duì)低分解有機(jī)廢料的其它方法(例如，美國(guó)專利4,743,287、美國(guó)防御公開T955,002，Norton等(1977年2月1日)、美國(guó)專利5,466,273、美國(guó)專利5,125,951、美國(guó)專利5,118,337、美國(guó)專利5,393,317和美國(guó)專利5,422,015。
在本領(lǐng)域中已知管式反應(yīng)器用于制造銨鹽(例如，美國(guó)專利6,117,406、美國(guó)專利2,902,342、美國(guó)專利2,755,176和美國(guó)專利2,568,901，這些專利的內(nèi)容通過(guò)引用而結(jié)合在此)。通過(guò)堿與酸在反應(yīng)器管中反應(yīng)而在管式反應(yīng)器中進(jìn)行放熱反應(yīng)。歐洲專利公開770,586A1也公開了可以將管式反應(yīng)器用于處理相對(duì)低分解有機(jī)廢料。該歐洲專利公開一般性地描述了一種通過(guò)將所述的有機(jī)廢料、氨和酸引入管式反應(yīng)器、進(jìn)行放熱反應(yīng)、從污泥中分開蒸汽、然后進(jìn)一步處理污泥而處理這種有機(jī)廢料的方法。
與管式反應(yīng)器典型有關(guān)的組件是預(yù)中和器。典型地將預(yù)中和器與管式反應(yīng)器聯(lián)合使用，以在酸引入至反應(yīng)器之前將其部分中和。但是，預(yù)中和器的使用具有各種缺點(diǎn)，包括難以得到流速的精確控制。此外，與使用預(yù)中和器相關(guān)的操作和設(shè)備費(fèi)用通常表現(xiàn)為顯著的費(fèi)用。
類似于管式反應(yīng)器的反應(yīng)器是十字接頭反應(yīng)器。類似地，十字接頭反應(yīng)器允許放熱反應(yīng)發(fā)生，但典型地包括在方法中將用于與堿反應(yīng)的一種或兩種不同的酸溶液引入，以徹底混合試劑。這是十字接頭反應(yīng)器的一個(gè)重要特征，因?yàn)樗祟A(yù)中和器的需要。在十字接頭反應(yīng)器的第一級(jí)，將堿和/或洗滌器水和有機(jī)物質(zhì)溶液預(yù)混合。在第二步驟，用最多兩個(gè)酸進(jìn)口形成十字接頭反應(yīng)器，所述的酸進(jìn)口如此構(gòu)置，使得將酸溶液垂直于十字接頭反應(yīng)器引入，作為基本上反向的流。垂直進(jìn)入和反向流使酸在反應(yīng)器中完全混合，從而消除了外部設(shè)備如預(yù)中和器的需要。
十字接頭反應(yīng)器是眾所周知的，并且在過(guò)去已經(jīng)被用于由液體化學(xué)品制造粒狀NPKS肥料(例如，Energy Efficient Fertilizer Production with thePipe-Cross Reactor(U.S.Dept.of Energy，1982)(a pipe-cross reactor fit intothe granulator drum of a conventional ammoniation-granulation system)；Achom等，″Optimizing Use of Energy in the Production of GranularAmmonium Phosphate Fertilizer″(1982 Technical Conference of ISMA，Pallini Beach，Greece)；British Sulfur Corp.Ltd.，″TVA modifies its pipereactor for increased versatility″，Phosphorus & Potassium，No.90，第25-30頁(yè)(1977)；Achorn等，″Efficient Use of Energy in Production of Granular andFluid Ammonium Phosphate Fertilizers″(1982 Fertilization Association ofIndia Seminar，New Dehli，India)；Salladay等，″Commercialization of the TVAPipe-Cross Reactor in Regional NPKS and DAP Granulation Plants in theUnited States″(1980 Fertilization Association of India Seminar，New Dehli，India)；美國(guó)專利4,619,684；美國(guó)專利4,377,406；美國(guó)專利4,134,750；Norton等的美國(guó)防御公開T969,002(1978年4月4日)；和Salladay等，″Status of NPKS Ammoniation-Granulation Plants and TVA Pipe-CrossReactor″(1980 Fertilizer Industry Round Table，Atlanta，GA，US))。新近，已經(jīng)將十字接頭反應(yīng)器成功地用來(lái)提高相對(duì)低分解有機(jī)廢料的植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值(例如，美國(guó)專利5,984,992和6,159,263，這兩篇專利的全部?jī)?nèi)容都通過(guò)引用而結(jié)合在此)。
用反應(yīng)器如十字接頭反應(yīng)器或管式反應(yīng)器放熱處理相對(duì)低分解有機(jī)廢料的一個(gè)潛在的缺點(diǎn)在于，在處理過(guò)程中排放有害氣味的可能。使用用于處理這種廢物的十字接頭反應(yīng)器有助于減少典型地與其處理相關(guān)的氣味。但是，對(duì)于提供這種潛在氣味被消除或至少減少超過(guò)目前排放水平的更大保證存在需要。
此外，對(duì)于改善污泥處理，在資本支出以及操作費(fèi)用兩個(gè)方面，都存在持續(xù)的期望。
在本領(lǐng)域中，需要在基本上沒有有害氣味排放的條件下，將相對(duì)低分解有機(jī)廢料處理成為提高植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值組合物的相對(duì)簡(jiǎn)單和有效的方法。優(yōu)選地，這種方法可以制造分級(jí)和成型的產(chǎn)品，以由商業(yè)經(jīng)銷商經(jīng)銷。
發(fā)明概述本發(fā)明克服了與目前策略和設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題和缺點(diǎn)，并且提供由有機(jī)物質(zhì)制造肥料的新方法，所述的有機(jī)物質(zhì)如生物固體但不限于生物固體。本發(fā)明還提供由本發(fā)明的方法制造的肥料。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及由有機(jī)物質(zhì)制造粒狀氮肥的方法，該方法包括向所述的有機(jī)物質(zhì)中加入金屬鹽以形成淤漿。優(yōu)選地，有機(jī)物質(zhì)包含脫水生物固體并且含有來(lái)自洗滌器的水。可以使用的金屬鹽包含鐵鹽、鋅鹽或它們的混合物。優(yōu)選的鐵鹽包含硫酸鐵或氧化鐵，并且優(yōu)選的鋅鹽包含硫酸鋅或氧化鋅。優(yōu)選地，將金屬鹽與酸如硫酸混合，以生成酸化金屬鹽。淤漿pH范圍為約2-2.5。將所述的酸化金屬鹽以足以降低所述淤漿粘度的量加入至所述的有機(jī)物質(zhì)中，使得得到的流體不妨礙在操作過(guò)程中流體流動(dòng)。當(dāng)所述的金屬鹽包含酸化的硫酸鐵或硫酸亞鐵時(shí)，可以存在足夠的鐵以制備具有按干重量計(jì)0.1重量％至10重量％硫酸鐵的肥料產(chǎn)品。當(dāng)將硫酸加入至有機(jī)物質(zhì)中時(shí)，優(yōu)選將其在到達(dá)混合槽之前并且以約1.75％總進(jìn)料速率的速率加入，得到3.0至3.5的pH范圍。
優(yōu)選地，將淤漿泵入至含有高剪切旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)的剪切混合槽中，所述的攪拌機(jī)以足以產(chǎn)生高剪切力的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。使淤漿通過(guò)所述的剪切混合槽至含有攪拌機(jī)的保持或平衡槽。所述攪拌機(jī)能夠?yàn)橛贊{提供約2小時(shí)或以上的貯存。可以操作保持或平衡槽，以保持pH為3.0至4.0，其中固體含量為15％至28％固體。金屬鹽可以與淤漿的一種或多種元素化學(xué)結(jié)合。當(dāng)使用鐵鹽時(shí)，鐵可以與存在于所述淤漿中的硫酸銨或磷酸銨結(jié)合。這可以提高粒化形成，并且減少在所述淤漿中的硫化合物、以及在操作過(guò)程中的氣味和粉塵形成。
優(yōu)選地，金屬鹽引發(fā)了在所述淤漿中的有機(jī)分子的化學(xué)水解。這可以將硫化合物驅(qū)出有機(jī)物質(zhì)，從而減少在得到的肥料產(chǎn)品中的臭氣源。
優(yōu)選地，將金屬鹽加入至在十字接頭反應(yīng)器或管式反應(yīng)器中的有機(jī)物質(zhì)中。金屬鹽提高了所述十字接頭反應(yīng)器的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)并且降低了淤漿的粘度，使得十字接頭反應(yīng)器的操作比沒有金屬鹽的情況更加可控。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及由本發(fā)明的方法制造的肥料產(chǎn)品。優(yōu)選的產(chǎn)品是顆粒，并且金屬鹽提高了產(chǎn)品的硬度。產(chǎn)品的粉碎重量可以大于6磅，或優(yōu)選大于7磅。優(yōu)選肥料顆粒含有金屬，所述的金屬在用作肥料時(shí)是對(duì)于植物是可生物利用的。所述產(chǎn)品的金屬在水中的溶解度得到提高，并且該產(chǎn)品是低污染的。
本發(fā)明的其它實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)部分地列于下面的描述中，并且部分可以由此描述是明顯的，或可以由本發(fā)明的實(shí)踐所教導(dǎo)。


圖1本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的工藝流程圖。
圖2十字接頭反應(yīng)器的仿效圖。
圖3在旋轉(zhuǎn)氨化器-造粒機(jī)中的十字接頭反應(yīng)器的部分切去、透視圖。
圖4造粒機(jī)中的材料的旋轉(zhuǎn)床的仿效端視圖。
圖5十字接頭反應(yīng)器利用的孔板的側(cè)視圖。
圖6預(yù)處理淤漿的一個(gè)實(shí)施方案的工藝圖。
發(fā)明描述如此處所具體化和廣泛描述的，本發(fā)明涉及處理有機(jī)物質(zhì)的體系和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及處理污泥并且將污泥轉(zhuǎn)變成肥料的體系和方法。
如圖1所示，一種用于提高有機(jī)廢料的植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方法通常包括將有機(jī)廢料與水10混合。用于將有機(jī)廢料與水混合的一種優(yōu)選方法描述于圖6中。優(yōu)選地，該方法包括將有機(jī)廢物和流體(如水但不限于水)與金屬鹽(優(yōu)選鐵鹽)混合。在制備淤漿中使用的水可以理想地包括來(lái)自以下描述的洗滌器38的洗滌器水，其可以包括廢酸。該淤漿在足夠的濃度和稠度下混合，使得將優(yōu)選盡可能快地處理有機(jī)廢料，但不會(huì)在操作過(guò)程中阻塞或堵塞反應(yīng)器。一種優(yōu)選的反應(yīng)器是十字接頭反應(yīng)器12，但是可以備選地使用管式反應(yīng)器，甚至在一個(gè)體系中與十字接頭反應(yīng)器聯(lián)合使用。特定的淤漿濃度和稠度可以在某種程度上取決于在特定的有機(jī)廢料中含有的不溶性微粒物質(zhì)的大小和數(shù)量以及反應(yīng)器部件的大小和長(zhǎng)度。但是，在傳送至十字接頭反應(yīng)器時(shí)，淤漿的固體含量通常至少為約5％，并且可以高達(dá)約35％。優(yōu)選地，淤漿的固體含量為約10％至30％，更優(yōu)選為約14％至28％，且再更優(yōu)選為約15％至22％。
如圖1所示，將淤漿從攪拌槽10泵送至用于放熱反應(yīng)的十字接頭反應(yīng)器12中，所述的十字接頭反應(yīng)器12含有堿如氨和一種或多種酸如硫酸、磷酸和它們的混合物，有或沒有額外的水，以形成融體。
由本領(lǐng)域的技術(shù)人員確定在放熱過(guò)程中使用的酸和堿的量。但是，作為中和氨的指導(dǎo)，對(duì)于每?jī)赡柕陌?，使用約1摩爾的硫酸、或兩摩爾按磷酸計(jì)的磷化合物。至于磷酸的濃度，在十字接頭反應(yīng)器中的N∶P的典型摩爾比為0.4∶1至0.7∶1，優(yōu)選為0.55至0.65∶1，至于硫酸的濃度，在十字接頭反應(yīng)器中的N∶S的典型摩爾比為0.5∶1至0.8∶1，優(yōu)選為0.65∶1至0.72∶1。氮的摩爾量不僅應(yīng)當(dāng)考慮加入的氨量，還應(yīng)當(dāng)考慮在特定的有機(jī)廢料中含有的氨氮的典型量。
本發(fā)明可以使用的其它酸包含硝酸、乙酸、檸檬酸及它們的混合物，所有這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知的(例如，硝酸和氨化合物，它們可以在有機(jī)物質(zhì)的存在下生成爆炸的硝酸銨)。選擇任何一種酸或多種酸，在方法中使用的酸之一的強(qiáng)度將優(yōu)選等價(jià)于90％的硫酸(例如，93至100％的硫酸)。
如圖2所示，優(yōu)選十字接頭反應(yīng)器12配備有兩根十字管26、28，以接受硫酸(在約17.2至25.8gpm的速率下)和磷酸(在約5.2至7.8gpm的速率下)。第3根管30將氨結(jié)合入或靠近反應(yīng)器的中心。管30的長(zhǎng)度理想地為至少20至30英寸，以確保充分的混合。第3根十字管32將淤漿和額外的水結(jié)合入混合室中。位于第三根十字管32和第一、第二根十字管26和28之間的是孔板33，其被用來(lái)將湍流引入至淤漿流中，從而確保更大的混合。
用于本發(fā)明的典型十字接頭反應(yīng)器的直徑為約3至10英寸，約7至約15英尺長(zhǎng)，并且優(yōu)選用銹鋼墊或TEFLONTM襯里端接于例如2至8英寸的排放管(或相等截面積的狹槽)。排放管優(yōu)選排放入標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)14中，并且優(yōu)選由鋼管(例如，HASTELLOY C-276或316L不銹鋼(其中HASTELLOY C或B用于反應(yīng)管))制成。在十字接頭反應(yīng)器中還可以使用TEFLONTM、陶瓷或其它耐腐蝕襯里。優(yōu)選保持溫度低于204℃(400)。
如圖5所示，孔板33包括由類似于十字接頭反應(yīng)器12的材料形成的板，并且包括孔35或小孔，其直徑比十字接頭反應(yīng)器12的直徑小。因此，例如(6)英寸直徑的十字接頭反應(yīng)器將采用具有孔35的孔板33，所述的孔33顯示出的直徑小于數(shù)英寸，例如數(shù)英寸。在確定孔35的大小時(shí)，可以考慮各種參數(shù)，包括淤漿、酸和堿的流速以及淤漿的固體含量。因此，對(duì)于給定的十字接頭反應(yīng)器12，如果改變?nèi)魏喂に噮?shù)，則可以改變孔35的大小。
盡管圖5所示為圓形孔板的使用，但令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通常為了提高兩個(gè)十字接頭反應(yīng)器上游湍流而加入突出物提供更大的熱量回收。在另外的實(shí)施方案中，通過(guò)使用相對(duì)于流動(dòng)流串聯(lián)或平行的突出物如隆起塊、多個(gè)隆起塊，一根或多根線材，輸入加壓氣體如空氣，使用聲振動(dòng)器或在此位置的振動(dòng)壁，而產(chǎn)生湍流。例如，可以使用2、3、4、5、6、7、8或更多個(gè)等間距的隆起塊來(lái)產(chǎn)生湍流，各個(gè)隆起塊由例如0.02、0.05、0.1、0.2或0.3倍于在該點(diǎn)的直徑而突出進(jìn)入朝向管腔中間的空間。在一個(gè)實(shí)施方案中，隆起塊是環(huán)形加厚部分，其在管內(nèi)形成收斂管道。還可以使用聲振動(dòng)器，例如由Advanced Sonics提供的聲振動(dòng)器。如圖2和5所示，收斂管道不是必須為圓形的，而可以是另一種截面形狀，如卵形、方形或不規(guī)則形。卵形部分是所期望的，特別是具有指向十字管的狹小端部的卵形部分，使得較長(zhǎng)的卵形軸跨過(guò)連接兩個(gè)十字管開口的線而延伸。在另一個(gè)實(shí)施方案中，卵形的短軸跨過(guò)連接兩個(gè)十字管開口的線而延伸。具有長(zhǎng)匹配軸的卵形形狀提供的湍流與來(lái)自垂直十字反應(yīng)器的輸入流更密實(shí)匹配，并且在使用如圖2所示的垂直十字管反應(yīng)器時(shí)是特別期望的。
在許多實(shí)施方案中一個(gè)或多個(gè)突出物的最佳布置是十字反應(yīng)器出口平均位置(即，十字反應(yīng)器出口的平均，其可以向下錯(cuò)開流動(dòng)流長(zhǎng)度)上游的0.1至3流動(dòng)流直徑。更優(yōu)選地，突出物位于十字管反應(yīng)器前面的0.3至1.5直徑之間。最佳布置將根據(jù)流速而變化。對(duì)于非常高的流速而言，一個(gè)或多個(gè)突出物將被設(shè)置得更遠(yuǎn)，或突出物進(jìn)入流道的程度應(yīng)當(dāng)受到限制。該實(shí)施方案可以通過(guò)可調(diào)節(jié)的環(huán)形圈或可調(diào)節(jié)的隆起塊來(lái)進(jìn)行，所述可調(diào)節(jié)的環(huán)形圈或可調(diào)節(jié)的隆起塊提供控制在外的距離和突出物的流道進(jìn)入程度的能力。例如，可以調(diào)節(jié)環(huán)形圈以適合開口大小，并且環(huán)形圈可以安置在交替的位置。如果使用，可以將多個(gè)聲振動(dòng)器安置在不同的位置，并且單獨(dú)地切換，以適應(yīng)減慢的(更靠近十字管的振動(dòng))或更快的(更遠(yuǎn)位置)流速和/或降低的粘度。
對(duì)于給定粘度和流速，可以將十字管反應(yīng)器本身的調(diào)節(jié)最佳化。在許多實(shí)施方案中，有利的是，十字反應(yīng)器管正好彼此相對(duì)，如圖2所示。當(dāng)在可比較的流速下加入可比較粘度的流體時(shí)，該布置是理想的。使用多個(gè)(3或4或更多個(gè))十字管也是理想的。例如，如果粘度足夠低，可以使用控制兩種物質(zhì)的四條路徑(四條垂直管)，每種物質(zhì)通過(guò)兩個(gè)反向的側(cè)?？梢詫⒍鄠€(gè)十字反應(yīng)器管切換，以適應(yīng)粘度和/或流速的改變。例如，通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)十字反應(yīng)器進(jìn)口，所述的開口遠(yuǎn)離(更下游)一個(gè)或多個(gè)突出物，并且可以打開和關(guān)閉，可以有利更低粘性的物質(zhì)或更高流速的體系。通過(guò)改變流動(dòng)，和/或污泥物質(zhì)的種類和/或試劑，然后由測(cè)量下游一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的溫度而監(jiān)測(cè)熱量回收，可以在日常校正時(shí)使其它組合最佳化。通過(guò)提供可調(diào)節(jié)的一個(gè)或多個(gè)突出物，和/或十字管布置和/或流速，可以得到最佳的熱量回收。
再另一個(gè)實(shí)施方案提供一種自動(dòng)系統(tǒng)，其在十字管反應(yīng)器下游的某點(diǎn)不斷地監(jiān)測(cè)混合物質(zhì)的溫度，并且為了最佳的效果而調(diào)節(jié)突出物的布置、污泥的流速、堿的流速、加入水的流速、一種或多種酸的流速和十字管反應(yīng)器出口的切換。在一個(gè)理想的實(shí)施方案中，向上或向下調(diào)節(jié)堿的流速，和/或稀釋水的流速，和/或酸的流速，和/或第二種酸的流速，和/或污泥的流速，以獲得更高的溫度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在兩個(gè)或多個(gè)十字管之間選擇切換器，以獲得更理想的溫度。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，以可控制的方式將釋放的一些熱量傳遞回輸入流中，以為充分的混合獲得更理想的粘度。根據(jù)回收的熱量，或根據(jù)另一種監(jiān)測(cè)變量如一個(gè)或多個(gè)污泥泵的反壓或在十字接頭反應(yīng)器規(guī)處測(cè)量的反壓，控制系統(tǒng)可以向上或向下調(diào)節(jié)熱量傳遞。
不希望本發(fā)明的此實(shí)施方案受任何理論的束縛，通過(guò)在孔板33下游并且通常在第一和第二個(gè)十字管26和28的附近產(chǎn)生湍流區(qū)域，突出物如孔板或其它機(jī)構(gòu)或裝置可以更大地混合淤漿。在許多情況下產(chǎn)生的增加湍流提高了熱量的產(chǎn)生，如由更高的融體溫度所測(cè)量的。該溫度還可以在加入試劑的最后一根十字管處或下游，如最后一根十字管下游更遠(yuǎn)的1或2個(gè)管直徑處進(jìn)行測(cè)量。已經(jīng)觀察到孔板的使用具有提高熱量回收的效果，比類似的沒有孔板的十字接頭反應(yīng)器提高多達(dá)約30％。如果需要，孔板33可以被改變?yōu)榫哂胁煌睆降目?5的另一種孔板。
參考圖2，將氨以約4.3gpm的速率引入至此處描述的代表性系統(tǒng)中。將有機(jī)廢料(例如，污水污泥)和水以約30至約40gpm的淤漿速率合并。此處所示的十字接頭反應(yīng)器典型地在15至60psig的表壓下操作。
熱融體從十字接頭反應(yīng)器12排放入造粒機(jī)14中，同時(shí)水在它從流入至造粒機(jī)14中時(shí)從反應(yīng)器產(chǎn)物中閃蒸出來(lái)。由在十字接頭反應(yīng)器12中進(jìn)行的放熱反應(yīng)而產(chǎn)生蒸汽。
一種優(yōu)選的造粒機(jī)(例如，氨化器-造粒機(jī))，描繪于圖3和4中，是一種2至4米直徑轉(zhuǎn)鼓的造粒機(jī)，其長(zhǎng)度為約5至約9米。如圖3所示，將十字接頭反應(yīng)器12垂直定位，并且在進(jìn)入造粒機(jī)14之前包括數(shù)量為90的過(guò)渡或彎頭。十字接頭反應(yīng)器12的所示位置是優(yōu)選的，因?yàn)樗峁└蟮幕旌先萘?。但是，由沒有任何過(guò)渡或彎頭、水平定位的十字接頭反應(yīng)器12可以達(dá)到滿意的結(jié)果(例如，美國(guó)專利5,984,992和6,159,263)。
在所描述的方法中，造粒機(jī)14包括可操作地位于造粒機(jī)14中的氨分布器20，用于將氨加入至融體中，以完成成品的酸堿反應(yīng)。將融體向在造粒機(jī)14中循環(huán)的微粒上滾動(dòng)，以形成粒狀粒子，從而使粒狀粒子生長(zhǎng)至所需要的大小。然后，如圖1所示，將這些粒狀粒子通入旋轉(zhuǎn)式干燥器16中足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以降低它們的濕含量，從而形成具有提高植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的肥料。還將淤漿與酸和堿的反應(yīng)期間形成的蒸汽(例如，閃蒸出的蒸汽)進(jìn)行收集并且輸送至旋轉(zhuǎn)式干燥器16中，用于提高蒸汽的露點(diǎn)，以在工廠設(shè)備中不冷凝。
與美國(guó)專利5,984,992和6,159,263的方法相比，將這樣的蒸汽直接通入干燥器16中是一種備選的方法。與十字接頭反應(yīng)器相關(guān)的在先方法典型地在干燥粒狀粒子之前將粒狀粒子與蒸汽分開，用于獨(dú)立的處理。目前描述的方法消除了額外微粒分離設(shè)備和處理空氣的需要，最后導(dǎo)致更簡(jiǎn)單和更有效的方法。
一種用于本發(fā)明的優(yōu)選干燥器是2至4米直徑轉(zhuǎn)鼓干燥器，其長(zhǎng)度為約17至約33米，并且加熱容量為30至70百萬(wàn)BTU/小時(shí)，在出料端有團(tuán)塊粉碎機(jī)。
該方法還包括將使干燥的粒狀粒子通過(guò)顆粒分離裝置，如篩18，并且將干燥的粒狀物分離成為細(xì)粉、產(chǎn)品和過(guò)大的物質(zhì)。將過(guò)大的物質(zhì)尺寸減小，作為細(xì)粉合并回工藝中。將細(xì)粉返回造粒機(jī)14(與所需成品分析要求的鉀堿或任何微量養(yǎng)分一起)，用于合并入工藝中。
在進(jìn)行的過(guò)程中，將可以含有氨、微粒和高于其露點(diǎn)的水蒸汽的煙氣從干燥器16中進(jìn)行收集，并且通過(guò)微粒分離設(shè)備如旋風(fēng)除塵器34。旋風(fēng)除塵器34從空氣中除去部分微粒，并且將這些微粒(例如，粉塵)與細(xì)粉和磨碎物質(zhì)回收。得到的煙氣離開旋風(fēng)除塵器34，并且通過(guò)額外的微粒分離設(shè)備如袋濾器36進(jìn)行處理。袋濾器用來(lái)除去額外量的微粒，特別是具有比通過(guò)旋風(fēng)除塵器34除去的微粒尺寸更小的微粒。類似地，將從袋濾器36中除去的微粒與細(xì)粉和磨碎物質(zhì)回收，用于造粒機(jī)14中。
離開袋濾器36的煙氣接著通過(guò)洗滌器38進(jìn)行處理，所述的洗滌器38如文丘里洗滌器或填料床洗滌器，其包括用于收集氨煙氣和小粉塵粒子的水分離室。本發(fā)明在洗滌器38中使用低pH水，以收集從造粒機(jī)14中脫逸的未反應(yīng)的氨蒸汽。在一個(gè)實(shí)施方案中，向洗滌器38中加入少量的硫酸或磷酸，以保持適宜于氨蒸汽洗滌的低pH(例如，2至3)。
該方法還包括將從洗滌器中出來(lái)的空氣進(jìn)行氧化，例如在再生熱氧化器(RTO)40中進(jìn)行氧化。將RTO 40用來(lái)破壞揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和其它氣態(tài)烴污染物，否則它們將釋放至大氣中。RTO 40通過(guò)高溫?zé)嵫趸椒ㄆ茐腣OC和烴類煙氣，將VOC和煙氣轉(zhuǎn)變成二氧化碳和水蒸汽?？諝獾难趸€用來(lái)基本上消除任何有害氣味，否則它們將排入至大氣中。從氧化過(guò)程中釋放的能量可以循環(huán)，以減少操作費(fèi)用。
將空氣從RTO 40抽出，并且通過(guò)煙囪42排入大氣中。該方法可以有利地包括在將堿(例如，氨)引入至十字接頭反應(yīng)器12和/或通過(guò)分布器20引入至造粒機(jī)14中之前，使用來(lái)自煙囪42排放物的熱量來(lái)預(yù)熱堿。
對(duì)于所述的過(guò)程，通風(fēng)的另一方面包括從篩18中收集空氣。該過(guò)程關(guān)注兩個(gè)點(diǎn)，這兩個(gè)點(diǎn)包括微粒的去除和微粒與空氣的循環(huán)。第一選項(xiàng)包括通過(guò)旋風(fēng)除塵器34對(duì)空氣進(jìn)行處理，并且將微粒與空氣循環(huán)回到造粒機(jī)14中。第二選項(xiàng)包括利用旋風(fēng)除塵器34，但還包括通過(guò)袋濾器36對(duì)空氣進(jìn)行處理，再收集微粒用于在造粒機(jī)中循環(huán)。離開袋濾器36的空氣被送進(jìn)干燥器16而不是造粒機(jī)14。
用于本發(fā)明的通風(fēng)系統(tǒng)的其它方面優(yōu)選包括風(fēng)扇，用于將空氣從以上所述的不同處理階段移入和移出。移動(dòng)的空氣體積由將除去的濕氣的量(高于露點(diǎn))和肥料產(chǎn)品的熔點(diǎn)或離解溫度所確定。
NPK肥料優(yōu)選包括微量養(yǎng)分鐵和鋅。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，將來(lái)自熱浸鍍鋅或鋼酸浸法的廢酸用于保持洗滌器水的低pH。這些廢酸通常是含有3至8％鐵的5至10％強(qiáng)度的硫酸。鍍鋅廢酸含有與鐵在一起的3至8％的鋅。將鐵和鋅與來(lái)自洗滌的載有氨的水進(jìn)料至污泥淤漿槽，并且達(dá)到十字接頭反應(yīng)器，用于作為鐵和鋅微量養(yǎng)分而結(jié)合在最后的NPK肥料中。在廢硫酸的情況下，硫還在得到的肥料中作為養(yǎng)分，因?yàn)樗谑纸宇^反應(yīng)器中反應(yīng)生成硫酸銨。
可以將其它微量養(yǎng)分或另外的成分通過(guò)用稱量給料器將它們作為干燥固體加入至細(xì)粉循環(huán)流中而結(jié)合在得到的肥料中。微量養(yǎng)分或另外的成分優(yōu)選包括石灰、白云石、方解石、水黑云母、石膏、磷酸鹽(例如，磷酸巖或磷酸銨)、鉀堿、尿素、土壤粘土、過(guò)氧化鈣、硝酸銨、蛭石、腐植酸和痕量礦物，如鐵、錳、鎂、硼、銅和鋅，以及它們的組合。
盡管對(duì)于城市污水污泥的處理特別描述了本發(fā)明，但是，還可以將本發(fā)明方法用來(lái)提高其它相對(duì)低分解有機(jī)廢料的植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，所述的其它相對(duì)低分解有機(jī)廢料如家禽糞肥、食品加工廢物、來(lái)自造紙的廢物、豬糞肥污泥、環(huán)境或工業(yè)生物材料，它們的混合物，等。在這樣的情況下，將特定的相對(duì)低分解有機(jī)廢料替代方法中的污水污泥，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。
提供下面的實(shí)施例用于舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，但不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
實(shí)施例實(shí)施例1在攪拌槽中，將6700千克/小時(shí)(7.4噸/小時(shí))的污水污泥與37升/分鐘(10加侖/分鐘(gpm))的洗滌器水混合，形成淤漿。該淤漿具有這樣的稠度(固體含量在10％和27％之間變化)，使得它可以用正排量泵或其它適宜的泵泵送至配備來(lái)接收氨、硫酸、磷酸、污水污泥和水的十字接頭反應(yīng)器中。十字接頭反應(yīng)器的直徑為約4英寸，并且為40英尺長(zhǎng)。十字接頭反應(yīng)器端接于轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)。轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)的直徑為6英尺且長(zhǎng)度為20英尺。
將淤漿加入至十字接頭反應(yīng)器中，并且與8.6gpm 99.5％的氨、8.6gpm的硫酸(93％)和2.6gpm的磷酸(54％P2O5)反應(yīng)。將十字接頭反應(yīng)器的溫度(由于酸與堿之間的放熱反應(yīng))用在污泥中的濕氣保持在約149℃(300)。該溫度(高于最低殺菌溫度)具有殺滅沙門氏菌屬、大腸桿菌和在淤漿中可以發(fā)現(xiàn)的其它病原體的作用。該溫度還具有將該材料進(jìn)行某種程度脫臭的作用。
將得到的來(lái)自將十字接頭反應(yīng)器的融體與2000磅加入的氯化鉀(60％K2O)一起噴淋在細(xì)粉的循環(huán)床上，同時(shí)在融體中含有的水作為蒸汽閃蒸出來(lái)。在造粒機(jī)中提供氨分布器，以將少量的氨加入至造粒混合物中，用于完成反應(yīng)和顆粒的最終硬化。
以這樣一種方法操作的十字接頭反應(yīng)器，以10噸/小時(shí)的生產(chǎn)速率合并約14.8噸/小時(shí)的20％固體污水污泥。
粒狀物質(zhì)在約93℃(200)下并且在約5至15％濕含量下從造粒機(jī)中出來(lái)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式干燥器中。旋轉(zhuǎn)式干燥器的直徑為約2米，且長(zhǎng)度為約20米。它的加熱容量為30百萬(wàn)BTU/小時(shí)，并且在排放端聯(lián)合有團(tuán)塊粉碎機(jī)或團(tuán)塊破碎機(jī)。將在物質(zhì)中的濕氣通過(guò)在干燥器中的熱強(qiáng)迫通風(fēng)而降低至低于3％。
使從旋轉(zhuǎn)式干燥器出來(lái)的物質(zhì)穿過(guò)團(tuán)塊粉碎機(jī)以將過(guò)大的物質(zhì)的大小降低至小于1英寸。
將篩用來(lái)將物質(zhì)分離成為(a)細(xì)粉、(b)產(chǎn)品和(c)過(guò)大的物質(zhì)。將細(xì)粉返回至造粒機(jī)中。產(chǎn)品通過(guò)2米直徑、20米長(zhǎng)的冷卻器，然后至貯存，同時(shí)使過(guò)大的物質(zhì)通過(guò)磨碎機(jī)并且減小成為細(xì)粉，用于造粒機(jī)回收。在循環(huán)流中要求約2噸(1800kg)的細(xì)料/噸產(chǎn)品。
將來(lái)自造粒機(jī)含有蒸汽、氨和微粒的煙氣通過(guò)用風(fēng)扇將造粒機(jī)內(nèi)部保持負(fù)壓而收集，從而將煙氣牽引至旋轉(zhuǎn)式干燥器中，以降低其濕含量。在92℃(198)的溫度和100％相對(duì)濕度下，將空氣從造粒機(jī)中以20,000立方英尺/分鐘(cfm)的速率抽出。這約等于輸送34,200磅/小時(shí)(lbs/hr)的水和296磅/分鐘(lbs/min)的干燥空氣。
將來(lái)自旋轉(zhuǎn)式干燥器的空氣引向旋風(fēng)除塵器、袋濾器，然后是洗滌器。在70,000cfm的速率、45％相對(duì)濕度下，將空氣從干燥器中抽出。離開干燥器的空氣的干球溫度為約93℃(200)且濕球溫度為約74℃(165)。這約等于輸送56,100lbs/hr的水和2,711lbs/min的干燥空氣。將進(jìn)入洗滌器的空氣用低pH水(通過(guò)加入來(lái)自熱浸鍍鋅工藝的廢酸而降低pH的水)進(jìn)行洗滌。如果不能獲得鍍鋅酸，可以用磷酸或硫酸控制pH。低pH水收集在煙氣中存在的氨蒸汽以及粉塵粒子。
以67,100cfm的速率、在165的溫度下并且在100％的相對(duì)濕度下，將來(lái)自洗滌器的空氣引向再生熱氧化器。然后，在93℃(200)的溫度下，將氧化空氣從再生熱氧化器中抽出并且通過(guò)約一百(100)英尺高的煙囪排放。
通過(guò)風(fēng)扇保持設(shè)備負(fù)壓，將載有粉塵的空氣從磨碎機(jī)和篩中進(jìn)行收集。將該空氣牽引通過(guò)旋風(fēng)分離器系統(tǒng)，除去約97％的粉塵。從旋風(fēng)分離器中，該空氣返回旋轉(zhuǎn)造粒機(jī)并且將粉塵加入至回收的細(xì)粉中。
得到的肥料的NPK值為12-3-6(12％的氮、3％的磷酸鹽和6％的鉀堿)。它還是均勻的，并且具有對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)施用設(shè)備的適宜大小。
實(shí)施例2在管狀反應(yīng)器而不是十字接頭反應(yīng)器中重復(fù)實(shí)施例1的方法。在攪拌槽中，將6700千克/小時(shí)(7.4噸/小時(shí))的污水污泥與37升/分鐘(10加侖/分鐘(gpm))的洗滌器水混合，形成淤漿。該淤漿具有這樣的稠度，使得它可以用正排量泵或其它適宜的泵泵送至配備來(lái)接收氨、硫酸、磷酸、污水污泥和水的管狀反應(yīng)器中。管狀反應(yīng)器的直徑優(yōu)選為約1.5至30cm，并且長(zhǎng)度為2至10米，優(yōu)選5至8米。管狀反應(yīng)器端接于轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)。轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)的直徑為6英尺且長(zhǎng)度為20英尺。
將淤漿加入至反應(yīng)器中，并且與8.6gpm 99.5％的氨、含8.6gpm的硫酸(93％)和2.6gpm的磷酸(54％P2O5)的酸溶液反應(yīng)。將反應(yīng)器的溫度(由于酸溶液與堿之間的放熱反應(yīng))用在污泥中的濕氣保持在約149℃(300)。
將得到的來(lái)自將反應(yīng)器的融體與2000磅加入的氯化鉀(60％K2O)一起噴淋在細(xì)粉的循環(huán)床上，同時(shí)在融體中含有的水作為蒸汽閃蒸出來(lái)。在造粒機(jī)中提供氨分布器，以將少量的氨加入至造?；旌衔镏校糜谕瓿煞磻?yīng)和顆粒的最終硬化。
粒狀物質(zhì)在約的濕含量條件下從造粒機(jī)中出來(lái)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式干燥器中。旋轉(zhuǎn)式干燥器的直徑為約2米，且長(zhǎng)度為約20米。它的加熱容量為30百萬(wàn)BTU/小時(shí)，并且在排放端聯(lián)合有團(tuán)塊粉碎機(jī)或團(tuán)塊破碎機(jī)。將在物質(zhì)中的濕氣通過(guò)在干燥器中的熱強(qiáng)迫通風(fēng)而降低至低于3％。
使從旋轉(zhuǎn)式干燥器出來(lái)的物質(zhì)穿過(guò)團(tuán)塊粉碎機(jī)以將過(guò)大的物質(zhì)的大小降低至小于1英寸。
將篩用來(lái)將物質(zhì)分離成為(a)細(xì)粉、(b)產(chǎn)品和(c)過(guò)大的物質(zhì)。將細(xì)粉返回至造粒機(jī)中。產(chǎn)品通過(guò)2米直徑、20米長(zhǎng)的冷卻器，然后至貯存，同時(shí)使過(guò)大的物質(zhì)通過(guò)磨碎機(jī)并且減小成為細(xì)粉，用于造粒機(jī)回收。在循環(huán)流中要求約2噸(1800kg)的細(xì)料/噸產(chǎn)品。
將來(lái)自造粒機(jī)含有蒸汽、氨和微粒的煙氣通過(guò)用風(fēng)扇將造粒機(jī)內(nèi)部保持負(fù)壓而收集，從而將煙氣牽引至旋轉(zhuǎn)式干燥器中，以降低其濕含量。在92℃(198)的溫度和100％相對(duì)濕度下，將空氣從造粒機(jī)中以20,000立方英尺/分鐘(cfm)的速率抽出。這約等于輸送34,200磅/小時(shí)(lbs/hr)的水和296磅/分鐘(lbs/min)的干燥空氣。
將來(lái)自旋轉(zhuǎn)式干燥器的空氣引向旋風(fēng)除塵器、袋濾器，然后是洗滌器。以70,000cfm的速率、在45％相對(duì)濕度下，將空氣從干燥器中抽出。離開干燥器的空氣的干球溫度為93℃(200)且濕球溫度為74℃(165)。這約等于輸送56,100lbs/hr的水和2,711lbs/min的干燥空氣。將進(jìn)入洗滌器的空氣用低pH水進(jìn)行洗滌。低pH水收集煙氣中存在的氨以及粉塵粒子。
以67,100cfm的速率、在(165)的溫度下并且在100％的相對(duì)濕度下，將來(lái)自洗滌器的空氣引向再生熱氧化器。然后，在93℃(200)的溫度下，將氧化空氣從再生熱氧化器中抽出并且通過(guò)約100英尺高的煙囪排放。
通過(guò)風(fēng)扇保持設(shè)備負(fù)壓，將載有粉塵的空氣從磨碎機(jī)和篩中進(jìn)行收集。將該空氣牽引通過(guò)旋風(fēng)分離器系統(tǒng)，除去約97％的粉塵。從旋風(fēng)分離器中，該空氣返回旋轉(zhuǎn)造粒機(jī)并且將粉塵加入至回收的細(xì)粉中。確定得到的肥料具有NPK值。
實(shí)施例3圖6所示為在生物固體轉(zhuǎn)變成為肥料之前制備和處理的一種優(yōu)選方法。
在圖6中，將城市生物固體620配制入625立方碼的箱中。優(yōu)選將這些箱子放置在適宜設(shè)計(jì)的卸料車上，并且運(yùn)輸至污泥處理區(qū)。打開箱子，并且卸料至受料斗622中。受料斗622的最小保存容積為約47立方碼。料斗622的最大容積由工廠可用的空間及總體實(shí)物安排來(lái)規(guī)定。料斗622優(yōu)選由不銹鋼構(gòu)成以免于由于在該區(qū)中的濕環(huán)境而腐蝕。在料斗中優(yōu)選安裝大的敞開爐篦，以捕獲可能存在于污泥箱中的任何大的混入物。優(yōu)選地，該格柵的開口為約1′x1′。
污泥620經(jīng)過(guò)格柵進(jìn)入到料斗622的底部。在料斗622的底部，使用水平雙螺旋螺桿624。雙螺旋螺桿開始將污泥620從料斗622輸送至輸送泵626。螺桿的數(shù)量、大小和安排由料斗622的幾何形狀規(guī)定。在一個(gè)實(shí)施方案中，以交替的方式使用4個(gè)螺桿，以控制污泥620的進(jìn)料速率?？梢允褂酶鞣N螺桿。優(yōu)選由在足以為工藝提供所要求量的污泥620的速度下操作的直接傳動(dòng)齒輪電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)螺桿?？梢酝ㄟ^(guò)螺桿的操作進(jìn)行排序并且控制每個(gè)螺桿的操作-與不操作的時(shí)間來(lái)進(jìn)一步控制污泥20的傳遞速率。
在料斗620的底部中的螺桿排放至在料斗一端的水平、垂直收集螺桿624中。將收集螺桿24用來(lái)收集來(lái)自輸送螺桿的污泥620，并且將其傳遞至兩個(gè)污泥泵626之一。螺桿624可以具有類似于輸送螺桿的構(gòu)造和電動(dòng)機(jī)安排。收集螺桿624優(yōu)選具有提供最大需要的污泥傳遞速度的大小。優(yōu)選設(shè)計(jì)收集螺桿624，以在任何方向操作，從而提供污泥向不同的泵吸入位置的移動(dòng)。在螺桿外殼的底部安裝排出孔，以將污泥引向目前操作的污泥泵626。
從收集螺桿24外殼至污泥泵626的抽吸口，優(yōu)選安裝垂直管線(24″)。優(yōu)選地，在此管線中安裝旋轉(zhuǎn)團(tuán)塊破碎機(jī)628。團(tuán)塊破碎機(jī)628是在適宜于促進(jìn)半固體污泥620向泵626的流動(dòng)的速度下操作的旋轉(zhuǎn)葉片和格柵系統(tǒng)。團(tuán)塊破碎機(jī)具有兩種主要功能1)將在污泥620中任何大團(tuán)塊破碎成為更小、更加可管理的小塊，和2)在任何小的混入物可以到達(dá)泵626之前將它們捕獲。團(tuán)塊破碎機(jī)628具有附加的益處賦予污泥620剪切力，以開始在污泥餅中的聚合物粘合劑的破裂。
優(yōu)選在團(tuán)塊破碎機(jī)之前將水630注入至污泥流620中。水630幫助污泥620的液化，并且受到控制，以提供所需要的最終污泥濃度。優(yōu)選水630包括工藝文丘里洗滌器的循環(huán)水，其pH為約2.5至4.0。優(yōu)選將水630以等于至少10％所需要的反應(yīng)器流量，更優(yōu)選至少15％且最優(yōu)選至少20％反應(yīng)器流量的速率加入。在一個(gè)實(shí)施方案中，該流速為約22.9％所需要的反應(yīng)器流量。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選地，還將氧化亞鐵632和硫酸634加入在工藝貯槽636中的水流630中。這種加入使需要加入至污泥中而使產(chǎn)生的淤漿不堵塞或阻塞十字接頭或管狀反應(yīng)器的水量最小化。在一個(gè)實(shí)施方案中，工藝貯槽636是不銹鋼襯里的混凝土槽，其尺寸為約11′x11′x11′。在工藝貯槽636中，硫酸634與氧化亞鐵632反應(yīng)生成硫酸亞鐵，使得混合物在加入至生物固體中之前得到的pH為約2.0至2.5。備選地，使用氧化鐵并且與硫酸反應(yīng)，生成硫酸鐵，使得混合物在加入至生物固體中之前得到的pH為約2.0至2.5。在貯槽中的混合物用垂直攪拌機(jī)638攪拌。
剪切的污泥從團(tuán)塊破碎機(jī)628排放至污泥傳遞泵42的抽吸口。污泥泵40排放入8″不銹鋼集管，其流入高速混合槽42中。在到達(dá)混合槽644之前，將硫酸646注入至流動(dòng)流中，以控制最終污泥混合物的pH在3.0至3.5的范圍內(nèi)。硫酸的加入速率為約1.75％總反應(yīng)器進(jìn)料速率。
污泥/酸混合物流入至剪切混合槽642的底部。在一個(gè)實(shí)施方案中，剪切混合槽642是890加侖的立式圓筒形槽，其具有高速、高剪切旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)648，足以產(chǎn)生酸化生物固體混合物足夠的剪切。
在一個(gè)實(shí)施方案中，淤漿保持槽是容積為14,800加侖的槽，并且具有不銹鋼構(gòu)造。它含有具有兩套葉片的垂直攪拌機(jī)650。設(shè)計(jì)保持槽650，以在最大的進(jìn)料速率下為淤漿進(jìn)料提供約2小時(shí)的貯存。將其進(jìn)行操作，以保持3.0至4.0的pH，其中固體含量為15％至28％固體，優(yōu)選20％至23％。
將反應(yīng)器進(jìn)料連續(xù)地從保持槽50底部抽出進(jìn)入淤漿進(jìn)料泵652的抽吸口。通過(guò)調(diào)節(jié)淤漿進(jìn)料泵652的電動(dòng)機(jī)速度來(lái)控制向反應(yīng)器的污泥進(jìn)料速率。
圖6所示為在如圖1所述的污泥與酸和氨反應(yīng)制造肥料之前向污泥中加入鐵硫酸鹽(硫酸鐵)的一種方法。除了以鐵氧化物(三氧化二鐵)的形式向污泥中加入鐵之外，還可以以其它形式向污泥中加入鐵，包括例如，硫酸鐵、金屬鐵、碳酸鐵和磷酸鐵。將所述的鐵在與酸和氨反應(yīng)制造肥料之前轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徼F。
在一個(gè)實(shí)施方案中，向含有水和硫酸的混合槽中加入粉末形式的鐵氧化物(三氧化二鐵)。水和硫酸可以包括來(lái)自含有水、硫酸和硫酸銨的排氣洗滌系統(tǒng)的廢水。在此混合槽中加入硫酸將氧化鐵轉(zhuǎn)變成為鐵硫酸鹽(硫酸鐵)。然后，將在水中的硫酸鐵和硫酸銨的混合物加入至生物固體淤漿中，以促進(jìn)改善產(chǎn)品硬度和氣味。
除了鐵之外，還可以將反應(yīng)之前向淤漿加入其它金屬鹽，例如氧化鋅，以達(dá)到此處所述的類似益處。
令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)向污泥中加入金屬鹽如硫酸鐵或硫酸鋅或硫酸鎂，可以產(chǎn)生對(duì)污泥至肥料過(guò)程的顯著改善。優(yōu)選地，向污泥中加入足夠的金屬鹽，如亞鐵鹽或鐵鹽，以制造含有0.1重量％至10重量％的金屬鹽如硫酸鐵的肥料。更優(yōu)選地，最終的肥料產(chǎn)品含有0.5重量％至5重量％的金屬鹽如硫酸鐵。鐵的加入使得更容易地控制該方法并且對(duì)該方法提供各種其它的改善。這些改善包括a)在產(chǎn)品中化學(xué)結(jié)合金屬如鐵。金屬如鐵可以與混合物中的有機(jī)物成分以及混合物中存在的硫酸銨鹽絡(luò)合。
b)結(jié)合金屬如鐵或鋅以還原硫化合物。該結(jié)合的結(jié)果在于，這些還原的硫化合物更不能揮發(fā)至大氣或環(huán)境中，因此顯著減少了產(chǎn)品感覺的氣味。
c)增加產(chǎn)品顆粒的硬度。產(chǎn)品的粉碎重量從約4至5磅顯著地增加至超過(guò)6磅，更優(yōu)選超過(guò)7磅。還測(cè)量出本發(fā)明產(chǎn)生在8至9磅硬度范圍的顆粒。
d)減少與產(chǎn)品相關(guān)的粉塵，使得改善了產(chǎn)品的貯存和輸送。
e)降低產(chǎn)品的氣味，這將提高產(chǎn)品在商品和特殊肥料商業(yè)中的產(chǎn)品銷售性。
f)減小氮的揮發(fā)度，使得當(dāng)將整體肥料產(chǎn)品用于硬土地上的田中時(shí)，顯著地減少了損失到大氣中的氮量，特別是與尿素在用于商業(yè)肥料實(shí)踐中時(shí)高達(dá)40％揮發(fā)度相比。
g)在與生物固體淤漿混合之前，將氧化鐵酸轉(zhuǎn)化成硫酸鐵。
h)金屬的可利用性，如鐵或鋅，作為增加的微量養(yǎng)分。這是由于向混合物中加入金屬鹽，而且還由于金屬與混合物的有機(jī)組分的結(jié)合，使得金屬如鐵在水中的溶解度得到提高。
i)與常規(guī)的產(chǎn)品相比，得到更低污染的產(chǎn)品。金屬鹽如氧化亞鐵或氧化鐵，或硫酸亞鐵或硫酸鐵在其加入至生物固體淤漿之前進(jìn)行預(yù)處理。這種預(yù)處理將鐵轉(zhuǎn)變成為黑色化合物，并且避免了紅色污染特性，所述的紅色污染特性是與預(yù)先加入的氧化鐵形式的鐵相關(guān)的。
根據(jù)本發(fā)明制造的產(chǎn)品結(jié)合多種化學(xué)轉(zhuǎn)化物，所述的化學(xué)轉(zhuǎn)化物是最終肥料的重要組分。在使混合物通過(guò)十字接頭反應(yīng)器之前，在混合物的“預(yù)處理”中鐵結(jié)合硫酸的加入導(dǎo)致在混合物中的多種條件，所述的條件對(duì)十字接頭反應(yīng)器的操作以及成品的化學(xué)組成影響如下a)它提高了十字接頭反應(yīng)器的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
b)它引起增強(qiáng)的造粒。
c)開始污泥淤漿中的有機(jī)分子的化學(xué)水解，例如蛋白質(zhì)向肽和氨基酸的轉(zhuǎn)化，和/或脂類向組分分子如脂肪酸的轉(zhuǎn)化。長(zhǎng)鏈有機(jī)分子如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類和核酸的化學(xué)水解產(chǎn)生了更容易能與鐵結(jié)合的分子；其可以更容易被圍繞在目標(biāo)農(nóng)作物的根部區(qū)域的土壤微生物所吸收，并且可以更容易地被目標(biāo)農(nóng)作物的根和根須所直接吸收，使得農(nóng)作物受益，具有增加的生命力、生長(zhǎng)和生產(chǎn)率。此外，通過(guò)與十字接頭反應(yīng)器的操作相關(guān)的水解方法，有機(jī)分子的水解使得成品比在沒有這種水解情況下合并生物固體有機(jī)物的成品更加安全。這方面的一個(gè)實(shí)例將是內(nèi)分泌妨礙劑化合物的水解，所述的化合物在環(huán)境已經(jīng)顯示為模仿的內(nèi)分泌激素類，并且影響動(dòng)物如鱷魚和青蛙的性別。這些化合物的破壞將增加公眾和科學(xué)信心，即生物固體產(chǎn)品的使用對(duì)于公眾健康是安全的。
d)將還原的硫化合物從生物固體淤漿中驅(qū)出出來(lái)，使得這些氣味源不再是成品的組分，或者是減少的組分。
e)降低了生物固體淤漿的粘度，使得十字接頭反應(yīng)器的操作更可控。
f)改善在十字接頭反應(yīng)器中發(fā)生的混合。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，考慮到此處所公開的本發(fā)明的說(shuō)明書和實(shí)踐，本發(fā)明的其它實(shí)施方案和用途將是清楚的。此處引用的所有參考文獻(xiàn)，包括所有的美國(guó)和外國(guó)專利和專利申請(qǐng)，包括美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/473,198及與此同時(shí)提交的相應(yīng)非臨時(shí)申請(qǐng)，美國(guó)專利申請(qǐng)08/852,663、09/735,768和09/416,370，通過(guò)引用而具體和全部地結(jié)合在此。意圖是認(rèn)為說(shuō)明書和
權(quán)利要求
1.一種由有機(jī)物質(zhì)制造粒狀氮肥的方法，該方法包括向所述的有機(jī)物質(zhì)中加入金屬鹽以形成淤漿。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述的有機(jī)物質(zhì)包含生物固體。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述的淤漿包含脫水的生物固體。
4.權(quán)利要求3的方法，其中生物固體的脫水淤漿含有洗滌器水。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述的金屬鹽包含鐵鹽、鋅鹽或它們的混合物。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述的鐵鹽包含硫酸鐵或氧化鐵。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所述的鋅鹽包含硫酸鋅或氧化鋅。
8.權(quán)利要求1的方法，其中將所述的金屬鹽與酸混合生成酸化金屬鹽。
9.權(quán)利要求8的方法，其中以足以降低所述淤漿粘度的量加入所述的酸化金屬鹽。
10.權(quán)利要求1的方法，其中在足夠的濃度和稠度下混合所述的淤漿以形成流體，所述的流體不妨礙在操作過(guò)程中淤漿的流動(dòng)。
11.權(quán)利要求1的方法，該方法還包括加入硫酸。
12.權(quán)利要求11的方法，其中在加入至所述有機(jī)物質(zhì)中之前，將所述的硫酸與所述的金屬鹽混合。
13.權(quán)利要求11的方法，其中將所述的硫酸與氧化亞鐵混合，以生成硫酸亞鐵，使得所述的淤漿的最終pH為約2.0至2.5。
14.權(quán)利要求11的方法，其中將所述的硫酸與氧化鐵混合，以生成硫酸鐵，使得所述的淤漿的最終pH為約2.0至2.5。
15.權(quán)利要求11的方法，其中所述的金屬鹽包括酸化的硫酸鐵或硫酸亞鐵，其與所述的有機(jī)物質(zhì)混合，使得存在足夠的鐵，以產(chǎn)生具有按干重量計(jì)0.1重量％至10重量％鐵硫酸鹽的肥料產(chǎn)品。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述的肥料產(chǎn)品具有按干重量計(jì)0.5重量％至5重量％的鐵硫酸鹽。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述的肥料產(chǎn)品具有按干重量計(jì)1重量％至3重量％的鐵硫酸鹽。
18.權(quán)利要求11的方法，其中將所述的硫酸在其到達(dá)混合槽之前并且以約1.75％總進(jìn)料速率的速率加入至所述的有機(jī)物質(zhì)中，以得到3.0至3.5的pH范圍。
19.權(quán)利要求1的方法，其中將淤漿泵入至含有高剪切旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)的剪切混合槽中，所述的攪拌機(jī)以足以產(chǎn)生高剪切力的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
20.權(quán)利要求19的方法，該方法還包括將所述的淤漿從所述的剪切混合槽傳給含有攪拌機(jī)的保持或平衡槽。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述含有攪拌機(jī)的保持或平衡槽能夠?yàn)橛贊{提供約2小時(shí)的貯存。
22.權(quán)利要求20的方法，其中操作所述的保持或平衡槽，以在固體含量為15％至28％固體的情況下保持pH為3.0至4.0。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述固體含量為20％至23％。
24.權(quán)利要求1的方法，其中所述的金屬鹽與淤漿的一種或多種元素化學(xué)結(jié)合。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述的金屬鹽是鐵鹽，其與所述淤漿中存在的硫酸銨或磷酸銨結(jié)合。
26.權(quán)利要求1的方法，其中所述的金屬鹽包含酸化的亞鐵鹽或鐵鹽，以還原在所述淤漿中的硫化合物。
27.權(quán)利要求26的方法，其中所述酸化的亞鐵鹽或鐵鹽減少操作過(guò)程中粉塵的形成。
28.權(quán)利要求26的方法，其中所述酸化的亞鐵鹽或鐵鹽減少操作過(guò)程中的氣味。
29.權(quán)利要求1的方法，其中加入所述金屬鹽提高了所述淤漿的粒化形成。
30.權(quán)利要求1的方法，其中所述的金屬鹽引發(fā)了所述淤漿中的有機(jī)分子的化學(xué)水解。
31.權(quán)利要求1的方法，其中所述的金屬鹽將還原的硫化合物驅(qū)出有機(jī)物質(zhì)，從而減少在肥料產(chǎn)品中的惡臭物質(zhì)源。
32.權(quán)利要求1的方法，其中將所述的金屬鹽加入至在十字接頭反應(yīng)器中的所述有機(jī)物質(zhì)中。
33.權(quán)利要求32的方法，其中所述的金屬鹽提高了所述十字接頭反應(yīng)器的動(dòng)力學(xué)。
34.權(quán)利要求32的方法，其中所述的金屬鹽降低了所述淤漿的粘度，使得所述十字接頭反應(yīng)器的操作比沒有金屬鹽的情況更加可控。
35.權(quán)利要求1的方法，其中將所述的金屬鹽加入至管式反應(yīng)器中。
36.一種由權(quán)利要求1的方法制造的肥料產(chǎn)品。
37.權(quán)利要求36的產(chǎn)品，其中所述的金屬鹽是酸化的亞鐵鹽或鐵鹽。
38.權(quán)利要求37的產(chǎn)品，其中所述酸化的亞鐵鹽或鐵鹽提高產(chǎn)品硬度。
39.權(quán)利要求36的產(chǎn)品，其粉碎重量大于6磅。
40.權(quán)利要求39的產(chǎn)品，其粉碎重量大于7磅。
41.權(quán)利要求36的產(chǎn)品，其中所述金屬鹽的金屬對(duì)于植物是可以利用的。
42.權(quán)利要求41的產(chǎn)品，其中所述金屬在水中的溶解度得到提高。
43.權(quán)利要求36的產(chǎn)品，其是低污染產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及由有機(jī)物質(zhì)制造粒狀氮肥的方法，該方法包括向所述的有機(jī)物質(zhì)中加入金屬鹽以形成淤漿。優(yōu)選地，有機(jī)物質(zhì)包含脫水生物固體并且含有來(lái)自洗滌器的水?？梢允褂玫慕饘冫}包含鐵鹽、鋅鹽或其混合物。優(yōu)選的鐵鹽包含硫酸鐵或氧化鐵，并且優(yōu)選的鋅鹽包含硫酸鋅或氧化鋅。優(yōu)選地，將金屬鹽與酸如硫酸混合以生成酸化金屬鹽。淤漿pH的范圍為約2－2.5。將酸化金屬鹽，以足以降低淤漿的粘度使得得到的流體不妨礙操作過(guò)程中流體流動(dòng)的量，加入至有機(jī)物質(zhì)中。當(dāng)金屬鹽包含酸化硫酸鐵或硫酸亞鐵時(shí)，可以存在足夠的鐵，以產(chǎn)生具有按干重量計(jì)0.1重量％至10重量％硫酸鐵的肥料。本發(fā)明還涉及由本發(fā)明方法制造的肥料產(chǎn)品。優(yōu)選的產(chǎn)品是顆粒，并且金屬鹽增加產(chǎn)品硬度。肥料顆粒優(yōu)選含有金屬，當(dāng)用作肥料時(shí)，該金屬對(duì)于植物是可生物利用的。提高了產(chǎn)品的金屬在水中的溶解度，并且產(chǎn)品是低污染的。
文檔編號(hào)C05D9/00GK1856455SQ200480021598
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者杰弗里·C·伯納姆, 加里·L·達(dá)姆斯 申請(qǐng)人:環(huán)境技術(shù)資本合伙有限公司