專利名稱：用于處理污泥并生產(chǎn)生物有機(jī)增強(qiáng)的高氮含量的無機(jī)肥料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理污泥的系統(tǒng)、裝置和方法，特別涉及用于生產(chǎn)肥料 (特別是利用包括市政脫水污泥或生物固體的初級有機(jī)污泥、濃酸和氨的生 物有機(jī)增強(qiáng)的高氮含量的無機(jī)銨肥)的系統(tǒng)、裝置和方法。本發(fā)明還涉及通 過本發(fā)明的方法制備的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
從市政污水處理廠排放的污泥的處置是一個嚴(yán)重且日漸增長的問題。 19卯年，美國環(huán)境保護(hù)局指出一個四口之家每天排放300-400加侖的廢水， 而2000年，這個數(shù)字已經(jīng)是1990年的兩倍。政府所有的處理廠每年從這些 污水中產(chǎn)生約770萬公噸(metric ton)的干污泥(或者"生物固體(biosolid)"， 因為這些市政污泥現(xiàn)在被稱為"生物固體")，或者每個美國人每年產(chǎn)生約64 磅的干污泥。
第40號聯(lián)邦法規(guī)中的第257.2節(jié)給出了 "污水污泥(sewage sludge)"、 "污泥(sludge)"以及"生物固體"的定義，本文將其引入作為參考
"污水污泥是指在生活污泥的處理過程中，由處理作業(yè)所產(chǎn)生的固體、 半固體、或液體的殘留物。污水污泥包括但不限于生活腐敗物(domestic septage);在首次、二次或深度廢水處理過程中清除的浮渣或固體；以及衍生自污水污泥的物質(zhì)。污水污泥不包括在污水污泥焚化爐中燃燒污水污泥 時所產(chǎn)生的灰分；或在對生活污水進(jìn)行預(yù)處理的過程中，由處理作業(yè)所產(chǎn)生
的砂石和篩屑。污泥指來自于市政、商業(yè)、或工業(yè)廢水處理廠、自來水處理 廠、或空氣污染控制設(shè)備的固體、半固體或液體垃圾，或任何其它具有相似 的特性和效果的這樣的垃圾。"
對于本申請，術(shù)語污泥還包括市政脫水生物固體、生活污物(domestic septage)、熱力干燥的生物固體、藥物發(fā)酵垃圾、有機(jī)產(chǎn)物的生物分解物(例 如食品原料、食品副產(chǎn)物、動物糞便、分解的動物肥料、主要含有微生物 的有機(jī)污泥、以及它們的組合)。
從污水和/或廢水處理中可以產(chǎn)生多種類型的污泥。這些污泥包括初 級污泥、垃圾活化的污泥、用巴氏法滅菌的污泥、熱力處理的污泥、以及需 氧菌或厭氧菌分解的污泥、以及它們的組合。這些污泥可以來自于市政來源 和/或工業(yè)來源。因此，污泥可以含有包括蛋白質(zhì)在內(nèi)的大分子。污泥可以含 有個人藥物化合物、抗生素、激素、類激素分子、其它生物活性的化合物、 以及包括蛋白質(zhì)在內(nèi)的大分子。因此，迫切需要用于處理污泥的有效、高效 且經(jīng)濟(jì)的方法。
通常，僅通過化學(xué)或機(jī)械的方法對污泥進(jìn)行最大程度的脫水，但僅脫水 是不夠的。污水污泥的水含量仍然很高，也沒有對任何上述不需要的化合物 進(jìn)行中和。 一般地，由重力澄清器(gravity clarifier)產(chǎn)生的污泥的干固體含 量可以為2%或更低。厭氧菌分解之后，固體含量可以為約10%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 陽離子水溶性聚合物適用于進(jìn)一步分離通過化學(xué)和物理作用結(jié)合的固體與 水。用陽離子聚合物處理的污泥經(jīng)過濾或離心， 一般得到漿料狀的污泥餅， 該污泥餅通常含有18-30%的固體。
對污水污泥進(jìn)行干燥(干燥至固含量高于90%)已經(jīng)在美國和歐洲實行 了很多年。美國在1965年之前就已經(jīng)對污泥進(jìn)行干燥，從而降低了運(yùn)輸成 本并追蹤所選擇的各種處置方式。在一些工廠中，將污泥干燥為粉末的形式，
10并在焚化爐或鍋爐的燃燒室中耗盡該細(xì)粉。19世紀(jì)60年代，兩個市政當(dāng)局 (休斯頓和密爾沃基)開始出售球團(tuán)狀或顆粒狀的干燥的污泥，用作土壤改 良物和/或肥料。19世紀(jì)80年代和19世紀(jì)90年代建造了幾座用于生產(chǎn)干燥 的球團(tuán)狀污泥的工廠，特別是在沿海城市取消了污泥的海洋傾倒以后。熱力 干燥的生物固體的球團(tuán)狀肥料的干燥和轉(zhuǎn)化是這些大城市地區(qū)的最佳選擇， 在這些大城市地區(qū)中，垃圾掩埋地和用于處置垃圾的土地是有限的，甚至在 2007年，這仍然是一種十分可行的技術(shù)。但是，污泥干燥設(shè)備所需要的投資 很高，導(dǎo)致每噸干燥的生物固體的市政成本高于300美元，并且在許多情形 下，每噸干燥的生物固體的市政成本高于500美元。
最普通的一類干燥的且為球團(tuán)狀的污泥為通過厭氧菌分解的市政污水 得到的。如名稱所表明的，厭氧菌分解涉及由兼性(facultative)細(xì)菌在厭氧 的條件下進(jìn)行處理，以分解污泥中的有機(jī)物質(zhì)。在預(yù)定的時間-溫度之后， 得到?jīng)]有易腐敗的有機(jī)物質(zhì)的污泥。不幸的是， 一些病原體仍然殘留在這些 生物固體中，美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)已經(jīng)將如此處理的生物固體列為B 類，表明如此處理的生物固體的等級低于"A類"處理的生物固體。由于B 類生物固體含有病原體指示劑——以及因此而潛在的病原體，所述B類生物 固體限于可以將它們施用于動物和人類農(nóng)作物。相反，在目前的USEPA標(biāo)
準(zhǔn)下，A類生物固體(例如熱力干燥的生物固體球團(tuán)、以及本發(fā)明的產(chǎn)物) 并不限于用作動物或人類農(nóng)作物用肥料。
如果病原體(例如沙門氏菌屬細(xì)菌(Salmonella sp. Bacteria)、腸道內(nèi) 病毒、以及能生存的寄生蟲蟲卵)低于可檢測的水平，則該生物固體滿足A 類認(rèn)證。第503節(jié)的條款(第40號聯(lián)邦法規(guī)的第503節(jié)，本文將其引入作 為參考)列舉了用于處理生物固體的六種選項，使得從病原體的角度來說， 可以將它們列為A類。選項1要求對生物固體進(jìn)行四種時間-溫度處理中的 一種處理。選項2要求生物固體滿足pH、溫度和空氣干燥的要求。選項3 要求當(dāng)采用其它方法對生物固體進(jìn)行處理時，必須證明該方法可以減少腸道內(nèi)病毒以及存活的寄生蟲蟲卵，并且病原體減少證明完成以后，必須保持用
于證明所使用的操作條件。選項4要求如果采用未知方法對生物固體進(jìn)行處 理，則在使用該生物固體、對該生物固體進(jìn)行處置或某些情形下準(zhǔn)備使用或 處置該生物固體時，應(yīng)該對該生物固體的病原體進(jìn)行檢測。選項5要求釆用 進(jìn)一步減少病原體的方法(Processes to Further Reduce Pathogens)中的一種 方法，對生物固體進(jìn)行處理。如權(quán)威認(rèn)證所確定的，選項6要求采用等同于 進(jìn)一步減少病原體的方法中的一種的方法對生物固體進(jìn)行處理。
而且，在所有的固體(基于干重)中，每克A類病原體生物固體所具有 的糞便大腸桿菌的密度應(yīng)當(dāng)?shù)陀?000的最大概率數(shù)(most probable number, MPN)，或者在所有的固體(基于干重)中，每4克A類病原體生物固體所 具有的沙門氏菌屬細(xì)菌的密度低于3MPN。以下時刻中的一個時刻應(yīng)當(dāng)滿足 上述兩個要求中的任意一個當(dāng)使用或處置該生物固體時；當(dāng)準(zhǔn)備采用口袋 或其它容器來銷售或分發(fā)該生物固體，從而施用于土地時；或者準(zhǔn)備使該生 物固體或衍生的材料滿足卓越品質(zhì)(Exceptionaal Quality)的生物固體的要 求時。
施用于土地的所有生物固體應(yīng)當(dāng)滿足用于污染物的最高限額濃度，所述 污染物包括10種重金屬污染物砷、鎘、鉻、銅、鉛、汞、鉬、鎳、硒、 以及鋅。如果超過上述重金屬中的任意一個的限值，則無需引用特別限定， 該生物固體就不能被施用于土地。卓越品質(zhì)(EQ)是USEPA指南的第503 節(jié)的第7條款所使用的一個術(shù)語，該術(shù)語用于表征滿足低污染、A類病原體 減少(不存在病原體病毒)限值，并且具有降低水平的可降解的化合物(所 述化合物進(jìn)攻載體)的生物固體。本發(fā)明的目的是所有的生物固體均滿足或 超過USEPA的卓越品質(zhì)("EQ")中用于金屬水平的標(biāo)準(zhǔn)。
除了在pH調(diào)節(jié)、固體百分?jǐn)?shù)、載體進(jìn)攻、注入、或結(jié)合選項都滿足時， 基因載體進(jìn)攻減少之前或基因載體進(jìn)攻減少時病原體的數(shù)量減少。最后，當(dāng) 將生物固體施用于土地時，應(yīng)當(dāng)滿足載體進(jìn)攻的減少。最普通地，通過將生物固體產(chǎn)品干燥至固體百分?jǐn)?shù)高于90%的水平而實現(xiàn)。
作為熱力干燥的球團(tuán)的形式的僅經(jīng)過干燥的污泥即使干燥至固體百分 數(shù)高于90%，對于農(nóng)業(yè)應(yīng)用而言，也存在一些缺點。干燥的污泥的肥料價值 低，氮含量通常僅為約2-5%。每單位的氮的貨運(yùn)和應(yīng)用成本高。該熱力干 燥的生物固體通常具有不可接受的氣味，特別是潮濕時。而且，干燥的球團(tuán) 的密度和硬度低，并且當(dāng)與其它商業(yè)化的肥料物質(zhì)共混時，所述球團(tuán)可能分 離并碎裂，還不能與其它更致密的成分一起均勻地分散在田野中。當(dāng)該物質(zhì) 變得潮濕時， 一些細(xì)菌作用將再次繼續(xù)，并且在貯存條件下，該材料的溫度 可能升高至自燃點。因此，除了其有機(jī)成分對土壤改良或作為共混的肥料內(nèi) 的填料有價值的特定市場以外，對于熱力干燥的生物固體產(chǎn)品的需求相對而
言并不旺盛。在許多情形下，市政當(dāng)局不得不支付貨運(yùn)費用，或者可能給商 業(yè)化的種植者提供獎勵，以使所述商業(yè)化的種植者使用該物質(zhì)。但是，與可 選擇的處置方案相比，這仍然很經(jīng)濟(jì)。
農(nóng)業(yè)肥料的市場價值主要基于它們的氮含量。需要實用、安全且經(jīng)濟(jì)的 能夠?qū)⑸锕腆w的氮含量提高到接近商業(yè)化的礦物肥料的水平(即，10-20%) 的方法。如果可以生產(chǎn)上述生物固體肥料，則生物固體的整體價值和對于產(chǎn) 品的需求都將提高。而且，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ苽涞纳锕腆w的優(yōu)勢在于該 生物固體中大部分的氮可以為緩釋型的。這是非常理想的，因為在植物的整 個生長周期中，該生物固體均可以將氮提供給所述植物。傳統(tǒng)的由無機(jī)物生 產(chǎn)的緩釋氮肥的價格是普通的礦物氮肥的數(shù)倍。在由生物固體制備含有高氮 的生物固體肥料產(chǎn)品的方案中，由于其生物固體處置規(guī)劃，市政當(dāng)局可以獲 得公眾和監(jiān)管的支持。通過例如將生物固體回收為高氮肥料，該規(guī)劃可以確 保有規(guī)律地清除脫水或干燥的生物固體，所述高氮肥料可以直接銷售進(jìn)入成 熟的美國內(nèi)肥料配送工業(yè)中，由此解決了通常需要與生物固體處理規(guī)劃相關(guān) 聯(lián)的主要問題。
先前已經(jīng)進(jìn)行了嘗試，以實現(xiàn)上述目標(biāo)中的一些。美國專利Nos.3,942,970、 3,655,395、 3,939,280、 4,304,588和4,519,831描述了用于將污水 污泥轉(zhuǎn)變成肥料的方法。上述方法中的每一種均通過使用所述污泥原位形成 了脲醛縮合產(chǎn)物。因此，所述方法需要對醛(一種高度毒性的催淚毒氣和致 癌試劑(cancer suspect agent))進(jìn)行處理。
其它方法需要昂貴的處理設(shè)備和/或特定的條件，不能便利地結(jié)合至現(xiàn) 有的污水處理設(shè)備中(見日本專利No.58032638和法國專利No.2,757,504)。
用于提高污泥內(nèi)的氮的簡便的方法為在迸行干燥和球團(tuán)化之前，將商 業(yè)化的氮肥物質(zhì)與濕態(tài)的污泥共混。僅有幾種高氮肥料物質(zhì)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中具 有經(jīng)濟(jì)性。例子為氨(82重量％的N)、尿素(46重量％的N)、硝酸銨(35 重量％的N)。氨具有高的揮發(fā)性并且受到大氣的排放規(guī)定的嚴(yán)格限制。尿 素是一種固體，極易吸收水分并使所述污泥更加難于干燥。而且，如果生物 固體不是采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ苽涞?，在生物固體內(nèi)的微生物和酶的作用下，尿 素極易分解成為氨，導(dǎo)致氮損失并產(chǎn)生氣味。硝酸銨是一種較強(qiáng)的氧化劑， 并可能導(dǎo)致潛在的爆炸問題，2000年之后，幾乎已經(jīng)將該肥料從商業(yè)化市場 中排除。上述所有的肥料都具有高的氮含量，但是沒有進(jìn)行特定的處理時， 都不適合與生物固體結(jié)合。
其它文獻(xiàn)(例如:歐洲專利No.0143392 Bl、日本專利No.9110570 A2 禾卩Hokkaidoritsu Kogyo Shikenjo Hokoku的"Granulation of Compost From Sewage Sludge. V. Reduction of Ammonia Emission From Drying Process (源自 污水污泥的混合肥料的顆?；疺.來自干燥過程的氨排放物的降低)"都沒 有公開將酸與硫酸銨添加劑一起使用，也沒有討論在處于酸性條件下的鋼制 處理設(shè)備的腐蝕性問題。
在過去30年中，生物固體的堿性消毒已經(jīng)是一個標(biāo)準(zhǔn)且成功的方法， 該方法可以使生物固體成為可以獲益的有用的物質(zhì)，該生物固體可以主要用 作土壤調(diào)理物質(zhì)。由于該堿性消毒的生物固體產(chǎn)品具有高的碳酸鈣等效性， 因此已經(jīng)作為農(nóng)業(yè)石灰(AG-lime)物質(zhì)而進(jìn)行生產(chǎn)并市場化，通常在農(nóng)田土壤管理策略中用作碳酸鈣的的替代品。由于該用途，這種物質(zhì)的價格已經(jīng)
被限制于每噸產(chǎn)品僅幾美元；因此，由于運(yùn)輸成本，特別是由于它們通常含 有相當(dāng)高的水含量(經(jīng)常達(dá)到50%)，因此，由于經(jīng)濟(jì)和地域的限制，它們 被限制于應(yīng)用在臨近其處理源的地區(qū)。
因此， 一直需要一種可以通過提高污水污泥的氮含量以及分散能力來提 高污水污泥的經(jīng)濟(jì)價值的實用的方法，還需要對上述物質(zhì)進(jìn)行處理，從而將 它們轉(zhuǎn)變成為具有物理、化學(xué)和營養(yǎng)特性的肥料用品，使得它們能夠在美國 國內(nèi)和國際肥料用品市場上取得顯著的價值。美國專利Nos.5，984,992、 6,159,263、 6，758，879和7,128,880等一系列美國專利已經(jīng)描述了高氮有機(jī)增 強(qiáng)的硫酸銨肥料的生產(chǎn)方法，所述肥料是利用十字管反應(yīng)器(pipe-cross reactor)由生物固體制得的，所述十字管反應(yīng)器是由田納西流域管理局 (Tennessee Valley Authority)首創(chuàng)的。國際肥料開發(fā)中心(IFDC)的Fertilizer manual (肥料手冊)的第440頁將管式反應(yīng)器、三通(tee)反應(yīng)器和十字管 反應(yīng)器定義為
"所述十字管反應(yīng)器主要由一段耐腐蝕的管道構(gòu)成(所述管道的長度約 為5-15m)，將磷酸、氨和通常的水同時添加到該十字管反應(yīng)器中，在一端， 通過管道構(gòu)建一個三通，由此命名為"三通反應(yīng)器"?！锛{西流域管理 局(TVA)對該三通反應(yīng)器進(jìn)行了改造，使其通過設(shè)置在所述磷酸入口的對 面的另一個管道，也可以接收附加的硫酸物流，從而呈現(xiàn)出"十字"結(jié)構(gòu)單 元，并由此命名為"十字管反應(yīng)器"。
IFDC的Fertilizer Manual (肥料手冊)(1998)和Fertilizer Technical Data Book (肥料技術(shù)數(shù)據(jù)圖書)(2000)都提到了十字管反應(yīng)器。所述十字管反 應(yīng)器被認(rèn)為可以將更多的濃縮的混合料輸送至造粒機(jī)成形裝置，并且與其它 裝置相比，可以更有效地將不需要的水從該肥料混合料中蒸發(fā)出來，但是這 些文獻(xiàn)表明該十字管反應(yīng)器的缺點之一是在所述管道的內(nèi)部能夠形成水垢， 將導(dǎo)致阻塞，這些文獻(xiàn)都證明了人們對改進(jìn)的需求是由來已久的。這組專利(美國專利Nos.5，984，992、 6,159,263、 6，758，879和7,128,880)
所教導(dǎo)的方法存在的問題涉及運(yùn)行過程中由狹窄而引起的阻塞，該狹窄與其長的反應(yīng)"管狀"反應(yīng)器的構(gòu)造有關(guān)；以及難于對該十字管反應(yīng)器內(nèi)的混合料的反應(yīng)溫度、壓力和保留時間進(jìn)行控制。與其長度相比，該十字管反應(yīng)器是狹窄的，例如直徑達(dá)到6-8英寸，而長度通常為15英尺或更長。生產(chǎn)有機(jī)增強(qiáng)的硫酸銨肥料的工廠不得不經(jīng)常停工，并由于阻塞而拆開該十字管反應(yīng)器，所述阻塞來源于生物固體的累積；或者在該反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行加熱而引起的破壞，所述加熱使該反應(yīng)器的內(nèi)部反應(yīng)側(cè)上通常使用的"聚四氟乙烯"(Teflon)涂層熔化并崩潰。而且，使用所述四字管反應(yīng)器的明顯的不足在于反應(yīng)器的保留時間很短(通常少于20秒)，對傳統(tǒng)肥料(如硫酸銨)的生產(chǎn)而言，短的反應(yīng)時間是有利的，但是當(dāng)與同步的生物固體的處理相結(jié)合時，則是不利的。當(dāng)三種輸入的物質(zhì)通過該反應(yīng)器時，該短的處理時間提高了未處理或不均勻的混合的概率。而且，局限是在該十字管反應(yīng)器內(nèi)缺乏對氣壓的控制，因為所述反應(yīng)器具有開放的終端排放物，該終端排放物通常直接進(jìn)入造粒機(jī)。
1998年授予Robinson的美國專利No.4，743,287描述了一種通過依次使用兩個反應(yīng)釜將有機(jī)污泥摻入低含氮或中等含氮(氮含量為4 -10重量％)的氮肥中的方法。Robinson使用第一反應(yīng)釜來獲得pH值極低的混合物(pH值為0.2-1.5)，從而實現(xiàn)將存在的一些分子水解，并制備用于第二反應(yīng)釜的反應(yīng)混合物。Robinson給出以下教導(dǎo)僅批量配置(batch configuration)而非連續(xù)性的物流生產(chǎn)方法，可以使用單個的反應(yīng)器。在任何情況下，Robinson指出可以以任何順序注入酸和氨但必須依次注入。該專利重點描述了該反應(yīng)釜可以實現(xiàn)高壓(30磅/平方英寸(PSI))，并且與十字管反應(yīng)器相比，該反應(yīng)釜具有相對長的保留時間。但是，Robinson并不能滿足對生產(chǎn)高氮含量(大于8重量％的氮)并且含有生物固體的肥料產(chǎn)品的新的實用連續(xù)物流方法的需求，所述連續(xù)物流方法的優(yōu)勢為具有確定的溫度、壓力和反應(yīng)保留時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式克服了用于處理生物固體或污泥并從污泥和相關(guān)的廢料中生產(chǎn)肥料的其它系統(tǒng)和方法存在問題和缺點。注意術(shù)語"生物固體"現(xiàn)在通常用于描述市政廢水處理廠產(chǎn)生的污泥。本發(fā)明的其它實施方式克服了通過其它系統(tǒng)和方法制備肥料的內(nèi)在問題和缺點。
本發(fā)明的實施方式可以將具有潛在危害性的污泥轉(zhuǎn)變成生物有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)肥料，無需傳統(tǒng)的通常為多層樓高或更高的龐大的肥料生產(chǎn)設(shè)備。與
美國專利Nos.5,984,992、 6,159,263、 6,758,879和7,128,880中使用的技術(shù)不同，本發(fā)明的實施方式可以改變規(guī)模，以與單個的或特定的市政廢水處理廠(102)或單獨一個市的公共廢水處理廠相匹配。由此，本發(fā)明的肥料制備方法可以直接緊鄰市政廢水處理廠設(shè)備或坐落于市政廢水處理廠的設(shè)備附近，從而免除了對將生物固體運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)處的肥料生產(chǎn)設(shè)備的需求。緊鄰廢水處理廠或坐落于廢水處理廠附近顯著減少了物流和相應(yīng)責(zé)任，例如涉及將污泥運(yùn)輸?shù)椒柿仙a(chǎn)設(shè)備的成本和危險性。
本發(fā)明的一種實施方式涉及通過第一調(diào)理(conditioning )來處理污泥(特別是固體百分?jǐn)?shù)處于14-40%的范圍內(nèi)的脫水的污泥)。對所述污泥進(jìn)行調(diào)理的步驟可以包括但不限于利用所述污泥的觸變性，通過用足以使所述污泥可以被泵送的力對所述污泥進(jìn)行混合，從而產(chǎn)生更均勻的漿料狀的混合料，或通過添加液體(例如來自洗滌器系統(tǒng)的排污酸水)，而使得所述污泥可
以被泵送。通過添加一種或多種氧化劑進(jìn)一步對所述混合料進(jìn)行調(diào)理，以與所述污泥內(nèi)的惡臭物質(zhì)(例如，還原的硫化合物)反應(yīng)，所述氧化劑優(yōu)選為高鐵酸鈣。在優(yōu)化的實施方式中，所述混合料通過添加特定的磷酸而進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)理，以持續(xù)處理惡臭物質(zhì)，并促進(jìn)成品肥料中的顆粒的顆?；约霸黾訝I養(yǎng)價值。隨后，將經(jīng)調(diào)理的污泥添加到壓力容器中。將一種或多種酸和
17一種或多種氮源結(jié)合至位于所述經(jīng)調(diào)理的污泥內(nèi)的一個反應(yīng)區(qū)中。如下文更 詳細(xì)的限定，在本發(fā)明的實施方式中，所述反應(yīng)區(qū)是適合依次使用各種酸、 各種堿、各種氮源、以及它們的組合，以處理污泥的區(qū)域。 一個或多個氮源 中的至少一個含有堿，這樣，在所述酸和所述堿之間可以發(fā)生放熱反應(yīng)。接 著，在保留時間內(nèi)，使所述混合料保持應(yīng)力狀態(tài)。
采用本發(fā)明的另一實施方式可以獲得相似的結(jié)果，該實施方式涉及通過 對污泥進(jìn)行第一調(diào)理來處理所述污泥。對所述污泥進(jìn)行調(diào)理的步驟可以包括 但不限于通過對所述污泥施予足以使其可以被泵送的力對所述污泥進(jìn)行混 合或通過添加液體(例如來自洗滌器系統(tǒng)的排污酸水)，而使所述污泥可 以被泵送。通過添加氧化劑和磷酸可以對所述經(jīng)調(diào)理的污泥進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào) 理。隨后，將經(jīng)調(diào)理的污泥添加到壓力容器中。在該實施方式中，將一種或 多種酸、 一種或多種氮源、以及一種或多種堿結(jié)合至位于所述經(jīng)調(diào)理的污泥 內(nèi)的反應(yīng)區(qū)中。所述酸和所述堿之間可以發(fā)生放熱反應(yīng)。接著，在保留時間 內(nèi)，使所述混合料保持應(yīng)力狀態(tài)。
通過本發(fā)明的又一實施方式可以獲得相似的結(jié)果，該實施方式涉及通過 對污泥進(jìn)行第一調(diào)理來處理污泥。對污泥進(jìn)行調(diào)理的步驟可以包括但不限 于通過對所述污泥施予足以使其可以被泵送的力對所述污泥進(jìn)行混合或通 過添加液體(例如來自洗滌器系統(tǒng)的排污酸水)，而使所述污泥可以被泵 送。通過添加一種或多種氧化劑(所述氧化劑優(yōu)選為高鐵酸鈣)、并接著添 加磷酸可以對所述調(diào)理的污泥進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)理。隨后，在添加到壓力容器 之前，將所述經(jīng)調(diào)理的污泥依次與濃酸混合，所述濃酸優(yōu)選硫酸。在該實施 方式中，將一種或多種氮源、以及一種或多種堿結(jié)合至位于所述酸化的并經(jīng) 調(diào)理的污泥內(nèi)的反應(yīng)區(qū)中。所述酸和所述堿之間可以發(fā)生放熱反應(yīng)。接著， 在保留時間內(nèi)，使所述混合料保持應(yīng)力狀態(tài)。
通過本發(fā)明的再一實施方式可以獲得相似的結(jié)果，該實施方式涉及通過 對污泥進(jìn)行第一調(diào)理來處理污泥。對污泥進(jìn)行調(diào)理的步驟可以包括但不限于通過對污泥施予足以使其可以被泵送的力對所述污泥進(jìn)行混合或通過添加液體(例如來自洗滌器系統(tǒng)的排污酸水)，而使所述污泥可以被泵送。通過與一種或多種氧化劑反應(yīng)并添加磷酸，可以對所述污泥進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)理。隨后，將經(jīng)調(diào)理的污泥添加到壓力容器中。在該實施方式中，將反應(yīng)性混合物添加到該經(jīng)調(diào)理的污泥中。所述反應(yīng)性混合物通常為硫酸銨和/或磷酸銨的熱熔體和/或鹽。接著，在保留時間內(nèi)，使所述混合料保持應(yīng)力狀態(tài)。
在上述所有的實施方式中，所述應(yīng)力狀態(tài)可以任選地導(dǎo)致所述混合料的污泥組分內(nèi)的任何大分子(包括蛋白質(zhì))的部分水解和/或變性。所述應(yīng)力狀態(tài)也可以任選地導(dǎo)致任何個人藥品化合物、抗生素、激素、類激素分子、或其它生物活性化合物的部分水解和/或變性。
本發(fā)明的其他實施方式繼續(xù)對污泥進(jìn)行處理，直至制得安全、無菌的肥料。上述肥料實際上超過了USEPA的A類含生物固體的產(chǎn)品的要求。制得
的肥料產(chǎn)品具有適宜的干燥度、硬度和化學(xué)質(zhì)量，可以制備有價值的、高氮的、商業(yè)化的肥料產(chǎn)品，該肥料產(chǎn)品可以在國際市場中與其它無機(jī)肥料競爭。此外，該肥料產(chǎn)品通常含有結(jié)合到所述混合料中的化合物(特別是有機(jī)化合
物)上的銨態(tài)氮，這樣，所述氮可以緩慢溶解并通過上面8英寸的土壤而緩慢遷移出，該上面的8英寸的土壤是種植在所述土壤上的農(nóng)作物攝取養(yǎng)分的
關(guān)鍵區(qū)域。與所述銨離子沒有被附加到有機(jī)化合物上所觀察到溶解和遷移相
比(例如將傳統(tǒng)的無機(jī)肥料(例如鹽、硫酸銨)直接施用到土壤中時)，溶解和遷移則慢得多。
本發(fā)明的其它實施方式和優(yōu)點， 一部分將在隨后的描述中提出， 一部分在隨后描述中是顯而易見的，或可以從本發(fā)明的實踐中獲知。


圖1概括了本發(fā)明與社區(qū)的相互關(guān)系。
圖2是使用觸變性的生物固體和無機(jī)酸以及氨來制備高氮含量的有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)銨肥的肥料產(chǎn)品的氨混合(Ammonium Mix, "AM")過程的示意 圖。
圖3是本發(fā)明的肥料生產(chǎn)過程的詳細(xì)的示意圖。
圖4是利用一個壓力容器來生產(chǎn)肥料的本法明的過程的詳細(xì)的示意圖， 該壓力容器獨立但同時接收經(jīng)調(diào)理的生物固體、濃酸和氨源，并能夠?qū)?nèi)部 溫度、氣壓和處理的混合料的保留時間進(jìn)行控制。圖4還表明將在該壓力 容器內(nèi)生成的混合料排放到攪拌器(pugmill)中，以使用氣化的氨來完成氨 化、添加硬化劑并添加回收物。在混合料進(jìn)入造粒機(jī)之前，該攪拌器就啟動 了所述混合料的成形過程。
圖5是顯示了在調(diào)理過程中使用兩個攪拌器的本發(fā)明的肥料生產(chǎn)過程的 詳細(xì)的示意圖。第一攪拌器通過強(qiáng)力混合、添加一種或多種氧化劑而制備生 物固體。在該實例中，將磷酸添加到壓力容器中。在該實例中，第二攪拌器 用于添加所有的氨水溶液，在該壓力容器內(nèi)發(fā)生的放熱反應(yīng)中，所述氨水溶 液用作堿。該壓力容器獨立但同時接收高度氨化的經(jīng)調(diào)理的生物固體以及濃 酸源。該壓力容器內(nèi)的反應(yīng)用于控制經(jīng)處理的混合料的內(nèi)部溫度、氣壓和混 合料的保留時間。
圖6是用于氨混合(或"AM")和球團(tuán)提選(Pellet Beneficiation)(或 "PB")過程的壓力容器的實施方式的示意圖。水解或壓力容器利用濃酸和 氨源來生成有機(jī)污泥與硫酸銨和磷酸銨的混合料，優(yōu)選分別但同時將所述酸 和所述污泥注入至氨水溶液。該容器通過其底部的一個開口來接收經(jīng)調(diào)理的 混合料。正好位于上方并用于同時注入的是濃酸的輸入端以及用于氨源(該 氨源優(yōu)選為無水氨)的多個入口 (通常為四個)。在受控的溫度和氣壓環(huán)境 條件下，產(chǎn)生的肥料混合物通過該容器而向上爬升，所述溫度和氣壓環(huán)境促 進(jìn)了所述肥料混合物內(nèi)的大分子的消毒、水解和/或變性，并且由于在所述容 器的頂部釋放蒸汽和水而促進(jìn)了干燥。該容器優(yōu)選為攪拌的，以保持恒定的 條件并促進(jìn)所述肥料混合物的脫除。所述容器在其頂部還具有重要的頂部空
20間，以有利于抽出蒸汽，并可以輸入壓縮空氣，當(dāng)不得不清空該壓力容器以
維修或關(guān)閉處理過程時，使用所述壓縮空氣。優(yōu)選地，圖6中的壓力容器的內(nèi)部還包括保護(hù)涂層，例如Havey或Kynar涂層，用于防止壓力容器的壁受到所述濃酸和酸堿反應(yīng)的侵蝕?？蛇x擇地，所述壓力容器可以含有酸性磚層(acid brick)和碳磚層(carbon brick)，以防止所述容器的下筒體(lowershell)受到這些苛刻條件的影響。
圖7是在AM和PB過程中，用于維護(hù)或關(guān)閉第一攪拌器和壓力容器的回料回路系統(tǒng)的示意圖。該示意圖表明了閥的位置和可以清空每個容器的回料管路。
圖8是以圖4所示的實施方式但是替換為三個壓力容器以采用"連續(xù)批量(continuous batch)"方式來運(yùn)行該過程的生產(chǎn)肥料的方法的示意圖。所使用的三個容器中， 一個是充滿的， 一個用于反應(yīng)，而第三個則是排空的。
圖9是本發(fā)明的球團(tuán)提選("PB")過程的實施方式的示意圖，該圖表明了在生產(chǎn)顆粒狀的高氮有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)肥料時，使用了熱力干燥的生物固體球團(tuán)或顆粒。
圖IO是實施例1所描述的優(yōu)選實施方式的流程圖，該圖表明了在本發(fā)明的實施方式中，當(dāng)應(yīng)用的污泥的輸入量為3噸/小時時，通過所述AM過程的不同步驟的固體和水的含量(在該實施例中，輸入的污泥或生物固體的固體百分?jǐn)?shù)為22重量％)。該實施例還詳細(xì)地表明了在本發(fā)明中應(yīng)用的氣流和空氣處理方案。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施方式
涉及生產(chǎn)肥料的方法，特別是生產(chǎn)高含氮有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)銨系肥料的方法。其它實施方式涉及由上述方法生產(chǎn)的肥料。本發(fā)明的實施方式利用多種類型的生物固體或有機(jī)污泥的觸變性，從而在被劇烈混合、回混(back-mix)和調(diào)和(fold)或剪切時，變成漿料或漿料狀的可以被泵送的流體。
如圖1所示，將肥料生產(chǎn)廠105的規(guī)模設(shè)定為其提供的服務(wù)能夠滿足該 肥料生產(chǎn)廠坐落的社區(qū)101的需求。該剪裁設(shè)計(tailoring design)的結(jié)果是 構(gòu)建一個小型的生物固體處理/肥料生產(chǎn)廠，例如每小時處理的脫水污泥低 于10噸，并優(yōu)選每小時處理3-6噸脫水的污泥，這還降低了成本，該生產(chǎn) 廠可以采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的可替換的設(shè)備，因而易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，并且，由于該 生產(chǎn)廠是小型的，因此改進(jìn)了運(yùn)行物流和相應(yīng)責(zé)任。由于本發(fā)明的多個實施 方式的肥料生產(chǎn)廠通常都具有相關(guān)聯(lián)的臨近儲存設(shè)施，該儲存設(shè)施可以用作 當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域性的肥料倉儲設(shè)施105，因此，到達(dá)本發(fā)明的肥料產(chǎn)品處的通道 很便捷。由于本發(fā)明的多個實施方式生產(chǎn)的高氮肥料經(jīng)較短的距離即可運(yùn)輸 給肥料經(jīng)銷商106、最終用戶或種植者107，因此由于具有當(dāng)?shù)貍}儲場所還 進(jìn)一步改進(jìn)了與肥料工業(yè)相關(guān)的物流，從而降低了用于產(chǎn)品以及用于輸出生 物固體或有機(jī)污泥的運(yùn)輸成本。可以將氣味控制系統(tǒng)104引入該生產(chǎn)廠，該 氣味控制系統(tǒng)104設(shè)計用于確保社區(qū)接受該肥料生產(chǎn)廠，并有利于滿足 USEPA標(biāo)準(zhǔn)，以及通過從該工廠的處理空氣中捕獲并結(jié)合有價值的氮或其 它潛在逃逸的植物營養(yǎng)素，而使得所述處理過程更為有效。
與傳統(tǒng)的肥料生產(chǎn)實踐相比，本發(fā)明的實施方式是獨特的，傳統(tǒng)的肥料 生產(chǎn)方法中，龐大的生產(chǎn)設(shè)備盡可能地遠(yuǎn)離社區(qū)，從而需要長距離運(yùn)輸輸入 物質(zhì)來使工廠運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣的一個很好的實例是坐落于Arkansas (阿肯色州) 的Helena (海倫娜)的將生物固體轉(zhuǎn)變成肥料的工廠，該工廠采用美國專利 Nos.5，984'992、 6,159,263、 6,758,879和7，128，880中教導(dǎo)的生產(chǎn)方法。對于 這個肥料生產(chǎn)廠而言，將生物固體專門從紐約市和Westchester County (韋 斯特切斯特縣)運(yùn)輸?shù)皆撋a(chǎn)廠的成本極高。本發(fā)明的實施方式通過在緊鄰 或接近脫水的生物固體源或其它有機(jī)污泥源處設(shè)置必要的實現(xiàn)要求保護(hù)的 方法的物理設(shè)備以進(jìn)行所要求的方法，從而消除了這類問題。所述脫水的生 物固體源或其它有機(jī)污泥源通常為市政廢水處理廠。另外，本發(fā)明的實施方式的優(yōu)勢在于可以將銨鹽肥料產(chǎn)品與熱的副產(chǎn)品相接合，該熱的副產(chǎn)品與不相關(guān)的商業(yè)企業(yè)(例如尼龍制品或鋼制品)相關(guān)聯(lián)。在這兩種產(chǎn)業(yè)中，也如圖1所示，在本發(fā)明的一種實施方式中，熱的硫酸銨是副產(chǎn)品108，可以直接添加到壓力容器中。
本發(fā)明的實施方式可以處理任何有機(jī)污泥，優(yōu)選含有微生物的有機(jī)污泥，例如選自由市政脫水的生物固體102、生活腐敗物、藥物發(fā)酵垃圾和其他有機(jī)產(chǎn)品的微生物分解物(例如食品材料和/或動物糞便或分解的動物糞便)所組成的組的污泥。這些污泥的固體百分?jǐn)?shù)可以為12-40%,并優(yōu)選為18-30%。優(yōu)選地，該處理過程可以得到顆粒狀或球團(tuán)狀的USEPA的A類肥料產(chǎn)品，該肥料產(chǎn)品具有適宜的干燥度、硬度和化學(xué)質(zhì)量，該處理過程可以制備有價值的、高氮的、商業(yè)化的肥料產(chǎn)品，該肥料產(chǎn)品在美國國內(nèi)和國際市場上能夠與傳統(tǒng)的無機(jī)肥料相競爭。以成品肥料的干重(dry weight)計，商業(yè)化的、高氮肥料優(yōu)選具有高于8%的氮，并且，以成品肥料的干重計，更優(yōu)選具有至少15%的氮。如第40號聯(lián)邦法規(guī)(CFR)的第503節(jié)所限定的，A類特征指成品肥料產(chǎn)品的微生物的質(zhì)量，該微生物的質(zhì)量滿足美國環(huán)境保護(hù)局的用于含有市政生物固體的產(chǎn)品的A類微生物標(biāo)準(zhǔn)。基于所使用的應(yīng)力狀態(tài)和保留時間，本發(fā)明的實施方式滿足或超過了該標(biāo)準(zhǔn)，并且基于成品肥料的干燥固體的百分?jǐn)?shù)高于80%、并優(yōu)選高于90%，最佳的等級為組合物中的干燥固體的百分?jǐn)?shù)超過98%，確?？梢詽M足相關(guān)的USEPA的帶菌物吸引標(biāo)準(zhǔn)(Vector Attraction Standards)(即，90%或更高)，并對成品肥料顆粒進(jìn)行優(yōu)化，用于使水含量最小化，提高硬度特性并消除與成品肥料的運(yùn)輸有關(guān)的水。通過在成形之前，向肥料混合物中添加一種或多種硬化劑而提供硬度，所述硬化劑選自由氧化鐵、明礬、綠坡縷石粘土 (attapulgite day)、工業(yè)糖蜜、木質(zhì)素(lignon)、木質(zhì)素磺酸鹽Gigno sulfonate)、脲醛聚合劑、以及它們的組合所組成的組中。
本發(fā)明的實施方式制得了一種安全且無菌的混合料或肥料，該混合料或肥料優(yōu)選超過USEPA的A類對含有生物固體的產(chǎn)品的最高要求。本發(fā)明的 實施方式利用應(yīng)力狀態(tài)和保留時間來產(chǎn)生過度擴(kuò)展溫度和壓力暴露的高壓 滅菌效應(yīng)。該高壓滅菌效應(yīng)可以通過滅菌而破壞存在于所述污泥內(nèi)的任何微 生物，包括細(xì)菌、病毒、真菌、寄生蟲、以及寄生蟲蟲卵。另外，本發(fā)明 的實施方式優(yōu)選設(shè)計為能夠水解多種可以存在于所述污泥內(nèi)的大分子。應(yīng)力
狀態(tài)可以包括但不限于與受控的保留時間相結(jié)合的混合料的pH、高壓和
高溫，所述應(yīng)力狀態(tài)能夠得到比利用十字管反應(yīng)器技術(shù)處理的產(chǎn)品更安全的 混合料和/或肥料。例如，在所述壓力容器內(nèi)，本發(fā)明的實施方式所使用的保
留時間可以為大于1分鐘、并優(yōu)選大于5分鐘、且更優(yōu)選大于20分鐘。由 于當(dāng)污泥面臨更長時間的應(yīng)力狀態(tài)時，可以更好地對所述污泥進(jìn)行處理，因 此控制保留時間的能力是有價值的。通過調(diào)節(jié)保留時間和應(yīng)力條件，可以改 變處理的等級，并由此對得到的混合料或肥料的性質(zhì)和質(zhì)量進(jìn)行控制。
在本發(fā)明的實施方式中經(jīng)常使用一系列的混合器。任選地，這些混合器 可以為加熱的，例如單軸(single shafted)或雙軸(double shafted)攪拌 器型的混合器，優(yōu)選利用可調(diào)節(jié)的寬型(broadshaped)葉片結(jié)構(gòu)的(blade configuration)的共混和混合攪拌器。
本發(fā)明的實施方式所制備的肥料的砷、鎘、銅、鉛、汞、鉬、鎳、硒、 和/或鋅的量完全低于用于針對金屬的卓越品質(zhì)("EQ")標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是由 USEPA公布的用于市政生物固體的標(biāo)準(zhǔn)。
由于高于該法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)并且高于用于大分子(例如個人藥物制品，如 抗生素、激素或類激素物質(zhì))的水解器(hydrolyser)或壓力容器的水解條件， 因此，得到的肥料可以更安全地在農(nóng)場、植物和動物或它們的周邊使用。而 且，得到的肥料可以安全地被周圍的人所使用。
圖2提供了本發(fā)明的一種實施方式的示意圖，其中，該實施方式的過程 利用了與銨鹽肥料結(jié)合的經(jīng)脫水的市政生物固體。在該實施方式中，待處理 的污泥是脫水的生物固體，通常被稱為"生物固體蛋糕"。將該生物固體輸送到生產(chǎn)設(shè)備并進(jìn)行調(diào)理。在初級混合器或攪拌器內(nèi)，通過劇烈混合進(jìn)行調(diào) 理，該調(diào)理將觸變性污泥或生物固體轉(zhuǎn)變成可以被泵送的混合料或漿料或漿 料狀的混合料。在所述混合器或攪拌器中，優(yōu)選添加氧化劑和一定量的濃酸， 所述濃酸優(yōu)選為磷酸。所述氧化劑與存在于所述生物固體內(nèi)的還原的硫化合 物以及其它的惡臭物質(zhì)反應(yīng)。所述濃酸將所述生物固體輕微酸化，并且如果 為磷酸，還有助于對存在于所述污泥內(nèi)的惡臭物質(zhì)進(jìn)行改性。任選地，在該
調(diào)理過程中，可以通過在熱夾套式的(heat-jacketed)混合器中和/或具有空 心攪拌葉片(hollow mixing blades)的混合器中，將所述生物固體暴露于熱 能下，而將所述生物固體加熱，所述空心攪拌葉片可以含有加熱的油，從而 產(chǎn)生傳熱的效果。調(diào)理之后，將所述生物固體轉(zhuǎn)移到壓力容器中，其中，同 時添加濃酸和氮源。在本發(fā)明的該實施方式中，所述氮源含有堿，例如無 水氨或氨水溶液。形成由生物固體、硫酸銨和磷酸銨構(gòu)成的混合料。在保留 時間內(nèi)，將該混合料保持為應(yīng)力狀態(tài)。該應(yīng)力狀態(tài)包括高溫和高壓。所述高 溫通常是由于組分的放熱反應(yīng)，該放熱反應(yīng)可以將所述混合料的溫度提高 212華氏溫度(。F)或更高。在這樣的溫度下，從所述混合料中產(chǎn)生蒸汽。 允許該蒸汽在閥控(valve-controlled)釋放的條件下離開所述壓力容器，從 而實現(xiàn)所述混合料的部分干燥。將所述應(yīng)力狀態(tài)和保留時間控制為能夠使產(chǎn) 生的混合料為無菌的狀態(tài)，并且該混合料含有水解的來自于所述生物固體的 大分子。對所述應(yīng)力狀態(tài)和保留時間進(jìn)行控制，還可以導(dǎo)致形成的銨離子與 存在的有機(jī)分子的熔合，從而產(chǎn)生存在的氮的天然的緩釋特性，并使存在于 所述生物固體內(nèi)的多種大分子(例如蛋白質(zhì))變性和/或水解。當(dāng)這樣的分 子具有生物活性時，該變性和/或水解使得所述分子的活性降低或失去活性， 由此產(chǎn)生更安全的混合料，用于公共用途或暴露使用。
可選擇地，不是同時將所述濃酸和所述氮源添加到所述壓力容器中，而 可以用硫酸銨和/或磷酸銨的熱熔體或鹽代替來實現(xiàn)與如上所述的同時添加 酸和氨相同的效果。作為一個選擇，當(dāng)釆用該替換物時，該替換物可以作為物理熱能而被應(yīng)用于所述壓力容器。
在一種實施方式中，隨后將所述混合料從所述壓力容器轉(zhuǎn)移到第二混合 器或攪拌器，其中，將該混合料與一種或多種硬化劑混合，必要時，也與添 加的營養(yǎng)素混合。如果在壓力容器中，熔體是由用過量的酸進(jìn)行部分氨化而 形成的，則也可以向所述混合料中噴灑追加量的含有堿的氮源，以完成氨化， 從而形成銨鹽，所述堿例如氨，優(yōu)選氣化的氨。
在本發(fā)明的實施方式中，優(yōu)選地，進(jìn)入噴霧器之前，在所述壓力容器和 造粒機(jī)之后的兩個攪拌器中，將液態(tài)氨轉(zhuǎn)變成氣化的氨。向氣化的氨的轉(zhuǎn)變 改善了工廠的運(yùn)行并降低了能量需求。通過加熱器，將液態(tài)的無水氨轉(zhuǎn)變成 過熱的氨蒸氣，以便在所述壓力容器中完成氨化過程。所述加熱裝置可以為 施用于氨輸送管路的直接式加熱器，或者可以為熱交換器，設(shè)置所述熱交換 器以用于回收來自于本發(fā)明過程中的其它位置的過剩熱能。例如，可以為位
于布袋集塵器(baghouse)的下游且位于酸洗滌器上游的干燥器內(nèi)的排放空 氣物流。將氣化器的氨側(cè)控制在90-120磅/平方英寸(表壓)(psig)，且優(yōu)選 為100psig(飽和的氨處于64。F)。氨蒸氣為過熱的，溫度控制為120-200°F， 并優(yōu)選控制為170-180°F。
在循環(huán)攪拌器/造粒機(jī)的氨噴霧器中，用氣化的氨代替液態(tài)的氨具有多 個好處完成始于所述壓力容器內(nèi)的氨化過程；通過提高氨的表面積以與未 反應(yīng)的酸接觸，從而提高反應(yīng)效率；通過利用來自于該過程的余熱來提高所 述造粒機(jī)物流的溫度，由此提高所述造粒機(jī)內(nèi)的蒸發(fā)量并降低干燥器的能量 需求，從而提高能量效率；通過給所述攪拌器/造粒機(jī)內(nèi)的反應(yīng)區(qū)提供均勻的 氨分布而降低產(chǎn)生的粉塵，并提高顆粒的尺寸和硬度(當(dāng)在未固化的顆粒內(nèi) 產(chǎn)生高pH的小的局部區(qū)域時，液態(tài)氨的霧滴可以產(chǎn)生粉塵，而氣化氨則消 除了該問題)；通過對所述干燥器排放的氣體物流進(jìn)行冷卻并利用熱能的急 冷而降低了對水的需求；或者它們的組合。
接著，通過顆?；驍D出成為顆粒或球團(tuán)而對所述混合料進(jìn)行進(jìn)一步的處理。將所述顆?；蚯驁F(tuán)干燥，并使所述顆粒或球團(tuán)通過一道或多道篩選， 以從尺寸適當(dāng)?shù)牟牧现蟹蛛x出尺寸過大的材料和尺寸過小的材料。所述尺寸 過大的材料可以在破碎機(jī)或粉碎機(jī)中進(jìn)行破碎。接著，可以將所述尺寸過小 的材料以及經(jīng)粉碎的尺寸過大的材料回收至第二混合器或攪拌器，從而促進(jìn) 所述肥料混合料的球團(tuán)化或顆?；?，形成球團(tuán)或顆粒。接著，將得到的尺寸 適當(dāng)?shù)那驁F(tuán)或顆粒干燥、確定尺寸、涂覆、冷卻并貯存。
應(yīng)該注意的是，當(dāng)在成形過程中使用傳統(tǒng)的造粒機(jī)時，在該容器中也可 以進(jìn)行由氣化的氨產(chǎn)生的氨化以及添加回收物。
作為來自所述壓力容器的蒸汽和來自隨后的容器的蒸汽和/或水蒸汽， 從所述混合料中脫除的水可以被冷凝，并優(yōu)選返回所述廢水處理廠
(WWTP)，或者可以進(jìn)行處理并排放到緊鄰的水源中，或排放到大氣中。 本發(fā)明的進(jìn)一步的實施方式涉及通過對所述污泥施以足以使其可以被 泵送的力對所述污泥進(jìn)行混合來對所述污泥進(jìn)行第一調(diào)理，從而處理污泥。 可以通過添加一種或多種氧化劑和/或通過添加一種或多種酸來降低所述污 泥的pH，而對所述污泥進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)理。所述調(diào)理通常發(fā)生在混合器或 攪拌器內(nèi)，任選地，所述混合器或攪拌器可以為加熱的。隨后，將經(jīng)調(diào)理的 污泥添加到壓力容器中。 一旦壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)，依次或同時將一種或多種酸以 及一種或多種氮源結(jié)合到位于所述經(jīng)調(diào)理的污泥內(nèi)的反應(yīng)區(qū)內(nèi)。在本發(fā)明的 實施方式中，所述反應(yīng)區(qū)是依次將各種酸、各種堿、各種氮源、以及它們的 任意組合施用于待處理的污泥的最佳區(qū)域?；诜胖盟鑫勰嗟娜萜鞯拇?小，對所述反應(yīng)區(qū)進(jìn)行優(yōu)化。所述反應(yīng)區(qū)的大小依賴于酸、堿、和/或氮源的 流入量，以及所述污泥的粘度。所述反應(yīng)區(qū)基本位于處于所述壓力容器內(nèi)的 所述污泥的底部，優(yōu)選盡可能低，使得所述壓力容器內(nèi)的材料的重量落在所 述反應(yīng)區(qū)上，從而有助于保持由所述放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的任何作用力。所述反 應(yīng)區(qū)是所述污泥的一部分，將酸、堿、和/或氮源注入該反應(yīng)區(qū)。使用術(shù)語"反 應(yīng)區(qū)"并不是表明僅在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。盡管反應(yīng)性組分的初次結(jié)合和初級放熱反應(yīng)發(fā)生在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)，但是希望在整個容器內(nèi)持續(xù)發(fā)生放熱 反應(yīng)。 一個或多個氮源中的至少一個含有堿，因此所述酸與所述堿之間可以 發(fā)生放熱反應(yīng)。接著，在保留時間內(nèi)，保持該混合料處于應(yīng)力狀態(tài)。所述應(yīng) 力狀態(tài)可以導(dǎo)致包含于所述混合料的污泥組分內(nèi)的任何大分子(包括蛋白 質(zhì))部分地水解和/或變性。所述應(yīng)力狀態(tài)還可以導(dǎo)致任何個人藥物化合物、 抗生素、激素、類激素分子、或其它生物活性的化合物部分水解和/或變性。 所述應(yīng)力狀態(tài)和保留時間可以產(chǎn)生過度擴(kuò)展的溫度和壓力暴露的高壓滅菌 效果，該高壓滅菌效果通過殺菌而破壞存在于所述污泥內(nèi)的任何微生物，所 述微生物包括細(xì)菌、病毒、真菌、寄生蟲、和寄生蟲蟲卵。所述應(yīng)力狀態(tài)可 以包括對所述混合料進(jìn)行攪拌、由于所述混合料的組分的任何放熱反應(yīng)而提 高溫度和/壓力。由所述應(yīng)力狀態(tài)而引起的所述混合料的任何溫度提高優(yōu)選超
過85。C C185。F)，更優(yōu)選超過100。C (212。F)，更優(yōu)選超過121°C (250°F)， 且最優(yōu)選超過126°C (260°F)。由所述應(yīng)力狀態(tài)引起的所述混合料的任何壓 力提高優(yōu)選超過20磅/平方英寸(psi)，更優(yōu)選超過30 psi，且最優(yōu)選超過 38psi。
本發(fā)明的另一實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法包括通過對一定 量的生物有機(jī)污泥(例如市政脫水生物固體)進(jìn)行攪拌、氧化和初步酸化 而進(jìn)行調(diào)理；在壓力容器中，在經(jīng)調(diào)理的生物固體的存在下，在受控的溫度、 氣壓、混合料保留時間以及以蒸汽和/或水蒸氣的形式脫除水的作用下，同時 將濃酸與氨混合，以產(chǎn)生銨熔體(部分氨化的混合料)；以及通過附加混合 器對所述經(jīng)水解的混合料進(jìn)行進(jìn)一步的處理，與任選的附加調(diào)理劑 (conditioner)進(jìn)行共混，所述附加調(diào)理劑例如氧化鐵和進(jìn)入所述肥料混 合物內(nèi)以控制硬度的至少一種硬化劑；以及用附加的氣化的氨或氣態(tài)氨對所 述附加混合器進(jìn)行噴灑，以完成硫酸銨和/或磷酸銨的成鹽作用，接著，在工 廠中，通過傳統(tǒng)的造粒工藝來生成顆粒狀的有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)肥料。如在顆粒 肥料生產(chǎn)中所實行的，所述氣化的氨的噴灑也可以在造粒機(jī)中進(jìn)行。當(dāng)將高
28鐵酸鈣、高鐵酸鉀或高鐵酸鈉、或者將氧化鐵添加到所述混合料中時，所述 鐵還可以用作成品肥料中的重要營養(yǎng)素，既可以增加產(chǎn)品的價值，又可以提 高施加該肥料的目標(biāo)農(nóng)作物的性質(zhì)。
本發(fā)明的又一實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法包括通過對一定 量的生物有機(jī)污泥(例如市政脫水生物固體)進(jìn)行攪拌和氧化而進(jìn)行調(diào)理; 在壓力容器中，在經(jīng)調(diào)理的生物固體的存在下，在受控的溫度、氣壓、混合 料保留時間以及以蒸汽和/或水蒸氣的形式脫除水的作用下，同時將濃酸與氨 混合；以及通過附加混合器對所述經(jīng)水解的混合料進(jìn)行進(jìn)一步的處理，在附 加混合器內(nèi)，與任選的附加調(diào)理劑進(jìn)行共混，所述附加調(diào)理劑例如氧化鐵、 以及進(jìn)入所述肥料混合物內(nèi)以控制銨肥產(chǎn)品的硬度的至少一種硬化劑，并且 接著，在工廠中，通過傳統(tǒng)的造粒工藝來生成顆粒狀的有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)肥料。
本發(fā)明的再一實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法包括將觸變性的 污泥混合，以制備可以被泵送的漿料狀的混合料；用一種或多種氧化劑對所 述混合料進(jìn)行處理，并在混合器內(nèi)對觸變性的漿料進(jìn)行酸化，以制備第一調(diào) 理混合物；用過量的酸來獲取高溫?zé)o機(jī)肥料的熔體，該熔體由部分氨化的混 合料構(gòu)成，含有硫酸銨和/或磷酸銨；在壓力容器中，在受控的氣壓和混合料 保留時間的作用下，將該熱熔體與經(jīng)調(diào)理混合物共混以制備第二混合物，并 從所述混合料中脫除水(以蒸汽和水蒸氣的形式)，所述壓力容器的溫度為 超過85。C (185。F)，且優(yōu)選超過100。C (212。F);在附加混合器中對所述第 二混合料進(jìn)行進(jìn)一步的處理，以與任選的附加調(diào)理劑共混，所述附加調(diào)理劑 例如氧化鐵、以及至少一種進(jìn)入肥料的內(nèi)部以控制硬度的硬化劑，并用氣 化的氨對所述附加混合器進(jìn)行噴灑，以完成硫酸銨和/或磷酸銨的成鹽；繼續(xù) 從第三混合物中脫除水，以制備可以用傳統(tǒng)的造粒工藝或擠出技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一 步處理的材料；以及由所述第三混合物生成最終的肥料產(chǎn)品。所述氣化氨的 噴灑也可以在造粒機(jī)中進(jìn)行。
本發(fā)明的再一實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法包括將觸變性的有機(jī)污泥混合，以制備可以被泵送的漿料狀的混合料；用氧化劑對所述混合 料進(jìn)行處理，并在混合器內(nèi)，用磷酸對該漿料進(jìn)行酸化，以制備第一混合物; 獲取高溫?zé)o機(jī)肥料的鹽，該無機(jī)肥料的鹽含有硫酸銨和/或磷酸銨；在壓力容 器中，在受控的氣壓和混合料保留時間的作用下，將該熱鹽與所述第一混合 物共混以制備第二混合物，并從所述混合料中脫除水(以蒸汽和水蒸氣的形 式)，該壓力容器的溫度為超過85。C (185。F)，且優(yōu)選超過100。C (212。F); 與任選的附加調(diào)理劑共混，所述附加調(diào)理劑例如氧化鐵、以及進(jìn)入肥料組 合物的內(nèi)部以控制硬度的至少一種硬化劑；繼續(xù)從該第三混合物中脫除水， 以制備可以用傳統(tǒng)的造粒工藝或擠出技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步處理的材料；以及由所 述第三混合物生成肥料成品。
本發(fā)明再一實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法包括將觸變性的有 機(jī)污泥混合，以制備可以被泵送的漿料狀的混合料；在第一攪拌器或混合器 中(圖5中的攪拌器A)，用一種或多種氧化劑對所述混合料進(jìn)行調(diào)理，以 制備第一堿性混合物，所述氧化劑優(yōu)選為高鐵酸鈣；接著，將該經(jīng)調(diào)理的 混合料排放到第二攪拌器或混合器(圖5中的攪拌器B)中，將氨源添加到 該第二攪拌器或混合器中。在該實施方式中，氨水溶液用作堿。隨后，該第 二混合器將其中的堿性的氨化混合料排放到壓力容器中。所述壓力容器可以 接收濃硫酸，以制備含有硫酸銨的高溫?zé)o機(jī)肥料的熔體。在該實施方式中， 也可以將磷酸添加到所述壓力容器中，以制備磷酸銨。由于如果早期將磷酸 添加到第一攪拌器中，隨后在攪拌器B中將發(fā)生不需要的放熱反應(yīng)，因此將 該磷酸添加到所述壓力容器中，而不是如其它實施方式一樣將磷酸添加到第 一攪拌器中。在受控的氣壓、混合料的保留時間以及從所述混合料中脫除水 的作用下，所述壓力容器內(nèi)的放熱反應(yīng)所獲得的溫度高于IOO'C (212°F)， 并優(yōu)選高于280。F;將該肥料混合料排放到附加攪拌器或混合器中，其中使 用氣化的氨以完成銨鹽的形成，并與任選的附加調(diào)理劑共混，所述附加的調(diào) 理劑例如氧化鐵、以及進(jìn)入所述肥料混合物的內(nèi)部以控制硬度的至少一種硬化劑；繼續(xù)從所述第三混合物中脫除水，以制備可以用傳統(tǒng)的造粒工藝或 擠出技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理的材料；以及由所述第三混合物生成肥料成品。
選擇性地，本發(fā)明的該實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法包括將 觸變性的有機(jī)污泥混合，以制備可以被泵送的漿料狀的混合料；在第一攪拌 器或混合器中(攪拌器A)，用一種或多種氧化劑對所述混合料進(jìn)行調(diào)理， 所述氧化劑優(yōu)選為高鐵酸鈣，并用磷酸對該漿料進(jìn)行酸化，以制備第一混合 物；接著，將該經(jīng)調(diào)理的混合料排放到第二攪拌器或混合器中(攪拌器B)， 濃酸或氨水溶液(但不是二者)流入到所述第二攪拌器或混合器。然后，將 第二混合器中的混合料排放到壓力容器中。所述壓力容器接收氨源，在受控 的氣壓和混合料保留時間的作用下，由此而獲得主要含有硫酸銨的高溫?zé)o機(jī) 肥料的熔體，該熔體具有少量的磷酸銨，溫度高于IOO'C (212°F),且優(yōu)選 高于280。F;從所述混合料中脫除水(以蒸汽和水蒸氣的形式)；將該肥料混 合料排放到附加攪拌器或混合器中，使用氣化的氨在該攪拌器或混合器中完 成銨鹽的形成，并與任選的附加調(diào)理劑共混，所述附加的調(diào)理劑例如氧化 鐵、以及進(jìn)入該肥料混合物的內(nèi)部以控制硬度的至少一種硬化劑；繼續(xù)從該 第三混合物中脫除水，以制備可以用傳統(tǒng)的造粒工藝或擠出技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步 的處理的材料；以及由所述第三混合物生成肥料成品。
本發(fā)明的再一實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法釆用上述實施方式 的方式，但是用熱力干燥的生物固體或有機(jī)污泥代替如上所述的脫水的生物 固體蛋糕，該方法如圖9所示。所述干燥的生物固體的固體百分?jǐn)?shù)的范圍為 30-99.9%。但優(yōu)選的通常的固體百分?jǐn)?shù)的范圍為90-99%，從而根據(jù)由USEPA 所管理的用于生物固體或含有生物固體的材料的帶菌物吸引標(biāo)準(zhǔn)，可以將該 干燥的生物固體列為A類。如果所獲得的干燥的生物固體或有機(jī)污泥材料為 球團(tuán)或顆粒，則在加水以及隨后在暴露于氧化劑并進(jìn)行酸化之前，應(yīng)當(dāng)將該 干燥的生物固體或有機(jī)污泥材料碾磨成粉末。接著，可以通過上面的實施方 式所描述的過程的剩余部分對該調(diào)理的污泥進(jìn)行處理。本發(fā)明再一實施方式涉及生產(chǎn)肥料的方法，該方法采用上述的實施方式
的方式，但替代使用三個壓力容器，以采用如圖8所示的"批量連續(xù)"的方式運(yùn)行該過程。使用的三個容器中， 一個容器是充滿的， 一個容器用于反應(yīng)，而第三個容器是清空的。在該過程的反應(yīng)階段中，如此使用多個容器可以對溫度、氣壓和保留時間進(jìn)行控制。添加化學(xué)制品、混合、反應(yīng)、氨化、脫除水以及造?；驍D出，可以按照上述實施方式中任意一種所描述的方式進(jìn)行。本發(fā)明的另外的實施方式接受脫水的或干燥的生物固體，但不采用上面的實施方式所描述的方式對它們進(jìn)行調(diào)理。相反，僅將所述生物固體攪拌成可以被泵送的狀態(tài)；任選地，如果有必要，甚至可以添加水。接著，按照與上述實施方式相同的方式對這些可以被泵送的生物固體進(jìn)行處理?？梢栽诘诙旌掀骰驍嚢杵髦校砑踊蚯宄鲅趸瘎┮约叭芜x的用于控制pH的附加的磷酸、營養(yǎng)素添加劑和自氧化抑制劑，所述第二混合器或攪拌器位于所述壓力容器之后。所述生物固體的處理過程的剩余部分可以按照如上所描述的實施方式中描述的方式進(jìn)行。不應(yīng)該將該方法與其它實施方式一樣視作最優(yōu)化的方法，而應(yīng)視為用于制備高含氮量的生物有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)肥料的一種潛在的方法。
圖3中的框圖構(gòu)建了最初在圖2中描述的AM生產(chǎn)過程的其它細(xì)節(jié)，并在圖4中詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖3中的過程表明在用于脫水的生物固體的AM過程中，引入的生物固體或有機(jī)污泥的固體百分?jǐn)?shù)可以在17-32%的范圍內(nèi)變化。[該過程的另一實施方式將在下文中進(jìn)行詳細(xì)地描述，已經(jīng)被進(jìn)一步干燥的生物固體也可以用圖9中稱為PB的過程進(jìn)行加工，得到高含氮的肥料。在該P(yáng)B實施方式中，所述生物固體的固體百分?jǐn)?shù)處于33-100%的范圍內(nèi)。當(dāng)本質(zhì)上為干燥的固體時，將所述生物固體碾磨成粉末并接著進(jìn)行進(jìn)一步的處理。]
圖3表明，輸送到AM工廠的生物固體的固體百分?jǐn)?shù)處于12-40%的范圍內(nèi)，更通常地處于18-30%的范圍內(nèi)。所述輸送可以通過來自所述廢水處
32理廠("WWTP")的輸送機(jī)或管道進(jìn)行，也可以通過使用卡車、火車或駁船的傳統(tǒng)交通運(yùn)輸進(jìn)行。 一旦到達(dá)工廠，使脫水的污泥301通過塊料破碎機(jī)(lump breaker)或篩選裝置，以清除可能損害或破壞泵或該過程中的其它設(shè)備的大的外來物。將所述污泥置于緩沖罐(surge tank)、儲存罐、筒倉(silo)或活底料倉(live bottom bin)中，用于積累和貯存，直至進(jìn)行處理。優(yōu)選地，可以將輸送的固體置于儲存罐或筒倉中，并接著轉(zhuǎn)移到第一混合設(shè)備中，進(jìn)行調(diào)理。
如果在進(jìn)入緩沖罐之前沒有對生物固體進(jìn)行篩選，以清除污染物，則優(yōu)選使所述生物固體通過塊料破碎設(shè)備或篩選裝置302，以清除各種金屬、巖石或其它大的外來物，從而保護(hù)在后續(xù)過程中使用的泵送設(shè)備和共混設(shè)備。接著，通過螺旋輸送機(jī)或泵將該固體轉(zhuǎn)移到第一混合或調(diào)理設(shè)備303。該固體調(diào)理設(shè)備優(yōu)選為雙軸(dual-shafted)夾套式(用于任選的加熱)的攪拌器，該攪拌器包括葉片，當(dāng)所述攪拌器的內(nèi)含物通過所述攪拌器的水平段長度時，該葉片所成的角度可以徹底地將所述內(nèi)含物混合。混合過程308通過充分地混合和攪拌作用而對所述觸變性的脫水生物固體進(jìn)行初級調(diào)理，從而產(chǎn)生可以被泵送的漿料。接著，用氧化劑306和所述氧化劑的混合物對該材料進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)理，所述氧化劑306可以選自由高鐵酸鈣、高鐵酸鈉、高鐵酸鉀、臭氧、過氧化氫、次氯酸鈣、次氯酸鈉、次氯酸鉀、二氧化氯(chlorinedioxide)以及氧氣本身所組成的組中。在圖3所描述的本發(fā)明的優(yōu)選地實施方式中，將高鐵酸鈣注入到初級混合設(shè)備或攪拌器中，用于氧化存在于所述生物固體內(nèi)的還原的硫化合物以及其中所包含的其它惡臭物質(zhì)。在破壞存在于所述生物固體內(nèi)的惡臭物質(zhì)方面，以進(jìn)入到1#攪拌器的濕態(tài)生物固體計，當(dāng)高鐵酸鹽氧化劑的用量為1-10體積％，并優(yōu)選為2-5體積％時，所述高鐵酸鹽氧化劑十分有效。而且，所述高鐵酸鈣(和/或其它高鐵酸鹽)可以啟動水解過程，該水解過程用于使包含于所述生物固體內(nèi)的大分子(例如蛋白質(zhì))部分地降解或變性。此外，在初級攪拌器內(nèi)進(jìn)行的調(diào)理過程還包括引入濃酸304、優(yōu)選磷酸310、且更優(yōu)選濃度至少為50%的濃磷酸，從而在該初級混合器內(nèi)產(chǎn)生酸性的漿料。任選地，可以將來自于空氣洗滌設(shè)備的處理水和排污水注入到所述初級混合器內(nèi)，或者如果有必要，可以在所述塊料破碎機(jī)之前，直接注入所述污泥。本發(fā)明旨在將添加到該生產(chǎn)程序中的水的量最小化，從而降低脫水所需要的能量需求。
與一種或多種氧化劑和濃酸(優(yōu)選磷酸)的混合，啟動了氣味控制過程并將所述生物有機(jī)物質(zhì)酸化至pH為4.0-6.9的水平、優(yōu)選pH為4.5-6.0。采用磷酸的該處理還提供了一定水平的耐氧化加熱(oxidative heating)的能力，所述氧化加熱發(fā)生在對含有有機(jī)物的顆粒成品進(jìn)行長期貯存時，例如所述氧化加熱通常發(fā)生于熱力干燥的生物固體球團(tuán)。在所述初級調(diào)理設(shè)備中進(jìn)行的加熱和混合311，產(chǎn)生可以被泵送的漿料308。在本發(fā)明的一種實施方式中，在壓力容器中，優(yōu)選將漿料加熱以控制氣味，并制備用于與濃酸以及氨混合的生物固體。優(yōu)選利用加熱的混合設(shè)備而將所述調(diào)理熱能賦予所述生物固體，其中，通過加熱的軸、加熱的槳式葉片或所述混合設(shè)備機(jī)體周圍的加熱的夾套而使熱量轉(zhuǎn)移。可以將該混合料加熱至S0。F，優(yōu)選95°F，且更優(yōu)選111°F。另外，在調(diào)理過程中，可以從添加的氧化劑和濃酸中獲取一些熱
盡管離開初級混合器的漿料或混合料的溫度可以為室溫，但是優(yōu)選離開初級混合器的漿料或混合料的溫度為27°C (80°F)，優(yōu)選35。C (95°F),且更優(yōu)選所述溫度超過44°C (U1。F)。在溫度為44'C (111°F)時，開始破壞微生物。所有的高溫都可以賦予所述混合料以流動性和塑性，有利于調(diào)理過程本身以及隨后在所述壓力容器中與酸和氨的相互作用。在所述生物有機(jī)材料中構(gòu)建比室溫更高的溫度，以確保有利地將包含于銨鹽中的熱量能用于殺滅或至少足以滅活包含于所述生物有機(jī)物質(zhì)中的(特別是市政生物固體中的)所有有害的病原體(例如細(xì)菌、病毒、真菌和寄生病原體)，特別是當(dāng)使用氨水溶液來形成硫酸銨或磷酸銨時，因為施用氨水溶液時放熱反應(yīng)所釋放的熱量較少。
攪拌器或混合器303、 314具有臥式的混合室，該混合室具有安裝在動力驅(qū)動或高速旋轉(zhuǎn)的一根或多根軸上的葉片型的共混元件，該共混元件一秒鐘多次對被共混的材料進(jìn)行分割、混合、回混以及二次分割，從而得到完全、均勻并具有可靠的一致性的共混物。在該處理程序中使用的共混器(blender)、攪拌器和/或混合器，可以通過加熱的軸和/或加熱的中空螺旋葉片機(jī)構(gòu)來各自獨立地進(jìn)行加熱，或利用該設(shè)備周圍的夾套式套管來加熱。加熱是可調(diào)節(jié)的，以在與熱的銨鹽進(jìn)行共混之前，提供加熱的漿料。任選地，也可以將熱量施用于第二混合設(shè)備314，特別是當(dāng)使用氨水溶液時優(yōu)選施用于攪拌器，其中，所述氨水溶液添加有硬化劑、在噴灑氣化的氨或氣態(tài)氨時所使用的任選的pH調(diào)節(jié)劑、以及干燥的回收物。
通過調(diào)理以確?；旌狭暇哂凶⑷胨鰤毫θ萜魉璧倪m當(dāng)?shù)囊恢滦?。在本發(fā)明的優(yōu)選地實施方式中，在壓力容器313中，將無水氨(99%的氨)以及必要時(許可條件所要求)的氮水溶液305與濃硫酸309共混，與或不與濃磷酸共混。所述反應(yīng)器是由預(yù)中和容器(preneutralizervessel)改造成用于本發(fā)明的目的的，所述預(yù)中和容器是肥料工業(yè)中通常使用的，特別是在開發(fā)出十字管反應(yīng)器之前，所述預(yù)中和容器與國際肥料發(fā)展組織(IFDC)在肥料^M( Fertilizer Manual )和Sephri-nix在肥料技術(shù)數(shù)據(jù)圖書(Fertilizer TechnicalDataBook)中所描述的相同。所述改造是Sephri-nix在肥料技術(shù)數(shù)據(jù)圖書的第194頁所描述的預(yù)中和容器的更替。具體地，本發(fā)明實施例1中的容器被設(shè)計為具有單一直徑，從容器的底部接收經(jīng)調(diào)理的生物固體，并且硫酸和氨都正好位于生物固體輸入端的上方。使所述酸與所述氨反應(yīng)，從而形成硫酸銨和磷酸銨，由此，通過經(jīng)調(diào)理的混合料、硫酸銨和/或磷酸銨的相互作用而形成肥料混合料。在本發(fā)明的優(yōu)選地實施方式中，通過使該容器內(nèi)的所述酸部分氨化而形成熔體。與使注入的酸完全氨化所形成的鹽相比，將所述酸部分氨化可以改善肥料混合料的流動性，并有利于將所述肥料混合料排放到生產(chǎn)工序314的第二攪拌器中。
硫酸銨/磷酸銨的熔體的溫度優(yōu)選為高于IOO'C (212°F)，且優(yōu)選為高于121°C (250°F)，并更優(yōu)選為高于126。C (260°F)。所述壓力容器內(nèi)的必要的接觸時間可以為至少1分鐘，優(yōu)選范圍為5-30分鐘，更優(yōu)選的范圍為10-20分鐘，正常操作的優(yōu)選保留時間為約15分鐘。
可以預(yù)見的是，如圖6所示，所述壓力容器可以包括使用旋轉(zhuǎn)槳或葉片的攪拌能力。在所述壓力容器內(nèi)對所述混合料進(jìn)行這樣的攪拌將有助于確保所述漿料的均勻且受控制的反應(yīng)。該攪拌還可以防止所述混合料的固結(jié)，并有利于將所述混合料排放到第二攪拌器內(nèi)。
所述壓力容器313的方向與通過控制閥釋放的物流方向垂直，所述控制閥位于所述容器的上端，從而可以對所述容器內(nèi)的氣壓進(jìn)行控制。而且，該壓力高于20磅/平方英寸(絕對值)(psia)，且優(yōu)選高于30 psia，并更優(yōu)選高于38psia，將該壓力與所述容器內(nèi)所維持的溫度和pH結(jié)合，使得大分子在該容器內(nèi)發(fā)生化學(xué)變化。由將熱量和壓力結(jié)合所引起的化學(xué)變化包括蛋白質(zhì)分子的部分變性、 一些蛋白質(zhì)分子的水解、以及其它有機(jī)化合物的水解。由于生物活性的喪失通常與存在于所述生物固體中的所述化合物(例如個人藥物、抗生素、激素、以及其它生物活性的有機(jī)化合物)相關(guān)聯(lián)，因此該變性和水解將導(dǎo)致更安全的最終產(chǎn)品的生成。
另外，應(yīng)該認(rèn)識到的是，產(chǎn)生于所述壓力容器313內(nèi)的高應(yīng)力(即，本發(fā)明的壓力和溫度)對該生物有機(jī)材料進(jìn)行消毒，從而得到更安全、低毒的肥料。通過檢測是否缺失存活的微生物來評價消毒。
可以發(fā)生從所述混合料和壓力容器中排出蒸汽和水蒸氣的通風(fēng)暴露時間的后續(xù)成效(following achievement),從而通過將來自于酸和氨的化學(xué)反應(yīng)的能量賦予所述混合料，以將所述混合料部分地干燥。
繼續(xù)地在所述壓力容器314之后的第二混合器或攪拌器中對混合物進(jìn)行干燥，并可以延續(xù)到成型設(shè)備(例如造粒機(jī))中，直至在如旋轉(zhuǎn)滾筒干燥
36器或流化床干燥器在內(nèi)的干燥器323中完成干燥。通過注入氣化的氨而在所 述壓力容器之后的所述第二混合器或攪拌器中完成氨化，或者任選地，通過 將氣化的氨或氣態(tài)氨注入到所述造粒機(jī)中而完成所述氨化。
在一個優(yōu)選的實施方式中，用酸對處理空氣進(jìn)行洗滌，以清除任何逸出 的惡臭物質(zhì)，特別是氣化的氨或氣態(tài)氨。將捕獲的氨作為銨鹽而混合入初級 攪拌器或混合器中，由此提高整個系統(tǒng)的效率，并使成品肥料中的最終的氮 含量最大化。混雜殘留物包括粉塵335、不符合規(guī)格的(non-specification) 或回收的產(chǎn)品336、以及干燥的肥料，該干燥的肥料為過小的物質(zhì)或尺寸不 夠的物質(zhì)327、或者尺寸過大的物質(zhì)329，將尺寸過大的物質(zhì)329在破碎或 碾磨設(shè)備330中進(jìn)行破碎，所述混雜殘留物還可以包括其他添加劑，例如 客戶優(yōu)選添加到成品肥料組合物中的鐵337，該鐵337被添加到位于所述壓 力容器的下游的第二攪拌器或混合器314中。
在結(jié)束所述干燥過程之前，將一種或多種硬化劑316添加到所述第二攪 拌器314中，所述硬化劑316有助于使所述混合料團(tuán)聚并對干燥的球團(tuán)或顆 粒324的硬度有利。所述一種或多種硬化劑選自由綠坡縷石粘土、木質(zhì)素、 工業(yè)糖蜜、以及明礬225、其他硬化劑、或上述硬化劑的混合物。
任選地，根據(jù)客戶的需求，優(yōu)選將附加的植物營養(yǎng)素317添加到所述第 二攪拌器中，所述附加的植物營養(yǎng)素例如碳酸鉀、或其它形式的鉀，如氫 氧化鉀。可以添加的固體營養(yǎng)素包括尿素、硝酸銨、磷酸二氫銨、磷酸二 銨、和/或碳酸鉀。也可以在該第二攪拌器中添加任何所需的附加的鐵。鐵可 以具有不同的價態(tài)，但是在該過程中，優(yōu)選被稱作磁鐵礦(Fe304)的鐵化 合物。鐵為肥料混合料提供了重要的有價值的植物營養(yǎng)素。
此外，可以將附加的氨噴灑到第二攪拌器314和造粒機(jī)319中，以形成 銨鹽，以對所述混合料的pH進(jìn)行控制，以及便于成品顆粒或球團(tuán)的形成。 用于調(diào)節(jié)所述pH的固體可以為主要選自由碳酸鈣、氫氧化鈉、氧化鈣、水 泥窯粉塵(cement kiln dust)、石灰礦渣、C級飛灰、F級飛灰、多級燃燒器灰分(multistage burner ash)、明礬、來自水處理的明礬污泥、以及草木灰所 組成的組中的堿性試劑。通過螺旋輸送機(jī)針對每種化合物采用特定的速度來 添加上述用于調(diào)節(jié)pH的固體。液體添加劑也可以包括pH調(diào)節(jié)物質(zhì)，例如 酸(如磷酸或硫酸)或堿性溶液(如氫氧化鈉)。將上述液體添加劑以各自 的速度泵送到注入環(huán)(injectionring)內(nèi)，從而進(jìn)入攪拌器#2。
另外，除在噴灑期間添加的所述氣化的氨以外，可以將pH控制劑315 添加到第二混合器314中，以提高所述混合料的pH，所述pH控制劑315 的形式為一組或多組的堿性材料，例如氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鉀、或 者其它金屬氧化物或金屬氫氧化物、無水氨、水泥窯粉塵、石灰礦渣、流化 床灰分、C級飛灰以及F級飛灰。本發(fā)明的肥料產(chǎn)品的pH優(yōu)選為5.0-7.0， 更優(yōu)選為5.5-6.5 (230)，且更優(yōu)選為5.7-6.3。
用于球團(tuán)或顆粒的制備320中的成型319的處理過程的剩余部分包括 專門用于高體積吞吐量工廠(high volume throughput plants)的標(biāo)準(zhǔn)肥料顆 粒化技術(shù)。特別是在吞吐量較小的工廠(所述吞吐量較小的工廠被認(rèn)為是那 些產(chǎn)量低于25噸/天的工廠)中，球團(tuán)或顆粒產(chǎn)品可以涉及多項革新技術(shù)， 例如在注入或擠出之后對該球團(tuán)或顆粒進(jìn)行碾磨或球化，或者涉及使來自 造粒機(jī)中或造粒碾泥機(jī)的排放簡化。當(dāng)使用造粒機(jī)或造粒碾泥機(jī)時，優(yōu)選將 一些回收物228進(jìn)料到第二攪拌器314以及造粒機(jī)中，從而將存在于所述混 合料中的水分百分?jǐn)?shù)(percent moisture)調(diào)節(jié)至可以在顆粒形成過程中發(fā)生 團(tuán)聚或成核的水平，所述回收物例如處于干態(tài)的種子材料，即，干燥的細(xì) 粉327、以及由破碎機(jī)或碾磨機(jī)330制備的細(xì)粉、或低規(guī)格或回收的肥料產(chǎn) 品材料。
其它優(yōu)選地實施方式包括對本文所公開的過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對pH、 千燥度、產(chǎn)品中的營養(yǎng)素、形狀、濃度等進(jìn)行控制，以制備大量專門用于不 同的植物的肥料以及諸如貓砂(cat litters)的產(chǎn)品，所述植物例如玫瑰、 杜鵑、以及其它任何花卉、蔬菜、香草。也可以根據(jù)產(chǎn)品所使用的地理區(qū)域來進(jìn)行調(diào)整，從而改變例如營養(yǎng)素，所述營養(yǎng)素可以是內(nèi)在的或者區(qū)域內(nèi)缺 乏的。這種改變的實例包括添加不同量的鈣、鉀或磷。緩釋型肥料是本發(fā)明 的優(yōu)選地實施方式。
在其它優(yōu)選地實施方式中，將部分干燥的物質(zhì)直接注入到立式流動床干 燥機(jī)中，從而在一步中制備干燥的顆粒。
使用臥式流動床干燥機(jī)或滾筒式干燥機(jī)來進(jìn)行用于最終干燥323的常規(guī) 干燥322。干燥的球團(tuán)或顆粒324的固體百分?jǐn)?shù)高于90%，且優(yōu)選高于95%， 并更優(yōu)選高于98%，甚至更優(yōu)選為高于99.5%，接著通過一道或多道篩選326 來標(biāo)定尺寸325。尺寸規(guī)格可以根據(jù)客戶的需求而改變，但是，適于銷售的 產(chǎn)品的尺寸范圍為0.7-3.2mm，用于常規(guī)尺寸的肥料的商品化尺寸范圍為2-3 mm。本發(fā)明還可以生產(chǎn)極小尺寸的產(chǎn)品，該產(chǎn)品適于在高爾夫球場中使用， 其尺寸范圍為0.7-1.3 mm。將尺寸適當(dāng)?shù)牟牧戏蛛x出來，然后進(jìn)行涂覆，接 著在設(shè)備332中冷卻331至低于140°F，優(yōu)選低于130°F，且更優(yōu)選低于120°F， 所述設(shè)備332優(yōu)選為滾筒。優(yōu)選在與冷卻相同的容器中對顆?；蚯驁F(tuán)進(jìn)行涂 覆，該涂覆通常是在使用環(huán)境空氣或來自氨氣化冷卻器的冷卻空氣的滾筒設(shè) 備中進(jìn)行的。在進(jìn)入所述冷卻容器之前，涂覆可以在專門用于涂覆目的的涂 覆容器中進(jìn)行。涂覆采用除塵劑(deduster)或覆蓋材料(glazing material)， 所述除塵劑或覆蓋材料將運(yùn)輸、貯存和施用過程中產(chǎn)生的粉塵最小化。接著， 將成品顆?；蚯驁F(tuán)333輸送到倉庫334，作為成品的高氮含量的生物有機(jī)增 強(qiáng)的無機(jī)銨肥，直到從生產(chǎn)地點裝運(yùn)。進(jìn)行了適當(dāng)涂覆和干燥的球團(tuán)或顆粒 的硬度可以耐高于5磅的擠壓變形，從而可以抵抗在運(yùn)輸、裝船和應(yīng)用過程 中進(jìn)行的除塵和裝卸。所述涂覆操作中可以預(yù)見的是，當(dāng)使用除塵劑涂層或 覆蓋材料時，通常需要更高的溫度(通常為1S0。F)，從而維持應(yīng)用于該涂覆 設(shè)備中的熔融的狀態(tài)。
通常結(jié)合有用于容納所述顆粒的箱柜或筒倉的顆粒貯存設(shè)備或倉庫，必 須進(jìn)行干燥，以防止所述顆粒的團(tuán)聚作用，從而導(dǎo)致等級的下降和破壞。最終的產(chǎn)品為無菌的肥料，基本上不具有可檢測量的存活的微生物，例如對 動物或人類有害的大腸桿菌(E.coii)或鏈球菌(streptococci)?；緹o存活 的微生物表明該肥料是無毒的，并且不具有可檢測量或可檢測量正好低于安 全處理的門檻和源自所述污泥或生物固體的微生物的使用門檻。盡管生產(chǎn)過 程使得所述肥料是無菌的；但是可以預(yù)計的是，在貯存或使用期間，所述肥 料可以被空氣傳播的微生物或者被動物遺留的微生物或其它污染物所污染。 無論如何，由于該肥料產(chǎn)品是干燥的，并且占據(jù)主導(dǎo)地位的是無機(jī)銨鹽，因 此該肥料產(chǎn)品不會以將導(dǎo)致公共健康問題的速度為微生物的繁殖提供支持。
在上述實施方式中，有時也有必要在正常的運(yùn)行過程中定時關(guān)閉工廠設(shè) 備，以進(jìn)行檢查、維修或替換。根據(jù)特定的情況，上述操作的力度有所不同。 在一些實施方式中，當(dāng)采用由工廠控制處理器提供的自動命令程序時，可以 自動關(guān)閉；在其它實施方式中，關(guān)閉是通過手動來實現(xiàn)的。
如果需要限定性的關(guān)閉設(shè)備的個別部分(例如第一攪拌器)，可以終 止進(jìn)入所述攪拌器的生物固體物流，并將該單元清空，盡可能使該單元所包 含的混合材料進(jìn)入進(jìn)料泵，并接著進(jìn)入所述壓力容器。如果需要對所述攪拌 器進(jìn)行進(jìn)一步的清空，則將關(guān)閉分流閥(diverter valve)并用處理水來沖洗 該單元和進(jìn)料泵，從而使排出的流體進(jìn)入回收肥料混合料管路(如圖7所示)， 并返回所述生物固體緩沖罐。在該情形中，防止處理水進(jìn)入所述壓力容器， 所述壓力容器仍處于運(yùn)行狀態(tài)并以其正常的排放方式排空。當(dāng)肥料混合料下 降到低于正常的排放點時，處于排放狀態(tài)的分流閥關(guān)閉了密封著的所述壓力 容器的正常排放。然后，變換位于所述壓力容器的底部的分流閥，使得壓縮 空氣進(jìn)入所述壓力容器的頂部空間，而迫使殘留的物質(zhì)進(jìn)入所述回收肥料混 合料管路。如果需要進(jìn)一步的清洗，隨后將處理水注入所述壓力容器而對該 壓力容器進(jìn)行沖洗，接著用壓縮空氣來吹掃水。所述壓力容器之后的第二攪 拌器、造粒機(jī)、干燥器以及所有后續(xù)設(shè)備的清洗是通過使上述設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)直至 清空了這些容器而實現(xiàn)的。本發(fā)明的肥料優(yōu)選通過化學(xué)方法而調(diào)節(jié)至滿足高氮肥料的要求，該高氮
肥料要求含有顯著量的磷、硫和鐵，以提高氮(N)含量的指標(biāo)，以重量百 分?jǐn)?shù)計，該氮含量的指標(biāo)為8-18重量％，優(yōu)選為15重量％，這使得本發(fā)明 的肥料具有重要的商業(yè)價值。
圖4進(jìn)一步描述了圖3所提出的方法，并如實踐所預(yù)期的，為本發(fā)明的 首要的實施方式，圖4表明了經(jīng)過生產(chǎn)過程中所使用的連續(xù)的設(shè)備的通道、 需要處理的添加劑和成品肥料的生產(chǎn)、以及所使用的氣味控制系統(tǒng)。
在一個改進(jìn)的優(yōu)選的實施方式中，在攪拌器弁l中，可以添加兩種其它 的氧化性材料。添加濃度為25-50%的液體過氧化氫，通過對泵進(jìn)行控制而 使進(jìn)入該攪拌器#1 17的液體過氧化氫的輸送速率為生物固體的1-5%。此 外，可以通過螺旋輸送機(jī)將固體次氯酸鈣輸送到粉碎碾磨機(jī)(pulverizing mill),接著輸送到添加劑端口 (additiveport),輸送速率為進(jìn)入該攪拌器弁1 的生物固體的體積的1-5%。在添加到攪拌器弁2之前，附加的氣味控制劑、 固體氧化鐵(Fe304，也被稱為磁鐵礦9)優(yōu)選使用螺旋輸送機(jī)21以速度26 添加到碾磨機(jī)29中，以進(jìn)行粉碎和粉末化。使用碾磨的重要性在于可以 將與存在于生物固體內(nèi)的惡臭物質(zhì)的分子接觸的上述固體材料最優(yōu)化。此處 添加的鐵不僅起到附加的氣味控制劑的作用，而且可以作為重要的植物營養(yǎng) 素，從而增強(qiáng)了成品肥料產(chǎn)品的有效性和價值。
在本發(fā)明的其它實施方式中，除了含有不過量的酸殘留物的最終的銨鹽 是在壓力或水解容器中形成的之外，該過程與先前實施方式所描述的基本相 同。這消除了在所述第二混合器、攪拌器和/或造粒機(jī)中噴灑氨的必要性。
除了在獨立的容器中生成含有硫酸銨的極熱的部分氨化熔體以外，本發(fā) 明的又一實施方式與先前描述的實施方式基本相同，所述極熱的部分氨化熔 體含有或不含有一定量的磷酸銨以及過量的酸，所述獨立的容器例如預(yù)中 和器或十字管反應(yīng)器，在該獨立的容器之后，將所述熔體直接轉(zhuǎn)移至壓力容 器，從而賦予熱量和壓力，從而將該經(jīng)調(diào)理的混合料消毒。使用氣化的氨來
41噴灑氨，并可以在第二混合器或者攪拌器和/或造粒機(jī)中進(jìn)行，以使氨化完全、
對pH進(jìn)行控制并生成銨鹽肥料。
在本發(fā)明的又一實施方式中，除了所述壓力容器中生產(chǎn)的不是熔體而是 硫酸氨的完全氨化的鹽以外，該過程與先前的實施方式中描述的相同，該完 全氨化的鹽可以含或不含磷酸銨，且含有不過量的酸。在第二混合器或者攪 拌器和/或造粒機(jī)中不必噴灑氨。
除了用更干燥的污泥、球團(tuán)、干燥的有機(jī)球團(tuán)或生物固體代替脫水的有 機(jī)污泥或生物固體來進(jìn)行處理以外，可以采用與上面的實施方式中的任意一 個相同的方式來實施本發(fā)明的另一實施方式?？梢韵蚱鹗荚现刑砑铀?，也 可以不添加水，所述起始原料可以具有12-40%的固體，或優(yōu)選具有18-30% 的固體。該實施方式的優(yōu)選干燥度為固體百分?jǐn)?shù)高于90重量％,通常接收 在市政廢水處理廠生產(chǎn)的熱力干燥的生物固體球團(tuán)。該干燥的球團(tuán)或顆粒通 常含有低于6重量％的氮，且更通常含有低于4重量％的氨，因此不是商業(yè) 化的肥料銷售系統(tǒng)所希望的。該實施方式給出將所述干燥的低氮球團(tuán)或顆粒 轉(zhuǎn)變成高氮且有機(jī)增強(qiáng)的銨肥的教導(dǎo)。將接收的干燥的球團(tuán)或顆粒碾磨成粉 末，從而有利于通過使用氧化劑、酸以及必要時添加的水(所述水優(yōu)選為來 自于該過程的后續(xù)步驟的處理水或冷凝水)，來生產(chǎn)可泵送的漿料狀的材料。
本發(fā)明的其它實施方式如本發(fā)明的圖8所示，所述生物固體離開攪摔器 #1并進(jìn)入三個壓力容器中的一個。將接收壓力容器標(biāo)記為PV-1。在受控的 速率下，通過閥將所述生物固體混合料轉(zhuǎn)移至PV-1。三個壓力容器中的每一 個都可以用熱油進(jìn)行加熱，所述熱油通過這三個壓力容器中每一個的四周的 夾套。在裝填操作期間，通過旋轉(zhuǎn)葉片對所述壓力容器內(nèi)的生物固體進(jìn)行攪 拌。同時，伴隨生物固體的添加，以受控的速率，通過閥使液態(tài)的熱的或熔 融的銨鹽混合物進(jìn)入該P(yáng)V-1。通過將濃硫酸和/或磷酸與無水氨(濃度為 99.5%)或氨水溶液結(jié)合在一起，在反應(yīng)器(Rl)中產(chǎn)生該銨鹽混合物，所 述氨水溶液是通過泵進(jìn)行添加的，以氨的濃度計，泵送的速率為18-28%。所述硫酸和磷酸是通過泵分別進(jìn)行添加的，使得當(dāng)與生物固體混合時，生成 的硫酸銨和磷酸鉸可以制備高氮肥料，例如以最終的肥料產(chǎn)品的重量計， 氮濃度為15重量％。進(jìn)一步對硫酸和磷酸的結(jié)合進(jìn)行控制，使得相對于氨 的量，添加到該反應(yīng)器中的酸是稍微過量的。這使得最終的銨鹽混合物的出
口處的pH約為pH4-6.5。該反應(yīng)器的尺寸被設(shè)置為停留時間足以使所述酸
和添加的氨之間發(fā)生反應(yīng)，并使得該反應(yīng)結(jié)束時所排出未反應(yīng)的氨的量最 小。如果形成熔體，則所添加的氨的量不足以與添加的所有酸都反應(yīng)，必須 在后續(xù)的容器添加氣化的氨。
濃酸或酸與氨之間的反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng)。該反應(yīng)產(chǎn)生大量熱，該熱 借助于以過熱蒸汽的形式存在的任何水而將得到的銨鹽維持為可溶的熔融 狀態(tài)。所述劇烈的放熱反應(yīng)也可以在所述壓力容器內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)高的壓力。根
據(jù)反應(yīng)中所使用的氨的性質(zhì)，該銨鹽混合料的溫度特性高于IOO'C (212°F)， 優(yōu)選高于121。C (250。F)，并更優(yōu)選高于126'C (260。F)。如果使用無水氨， 與使用氨水溶液(特別是含有21。/。的N的氨水溶液)相比，溫度將高得多。
氨熔體或鹽的溫度和流動度維持為，當(dāng)該氨熔體或鹽與生物固體混合料 在接收壓力容器內(nèi)共混時，該共混物的溫度可以超過IOO'C (212°F)，并優(yōu) 選超過126°C (260°F)。更高的溫度有利于所述生物固體內(nèi)的蛋白質(zhì)和肽在 酸性環(huán)境下的水解，從而給最終的肥料產(chǎn)品帶來有利的性質(zhì)，與不含所述有 機(jī)物質(zhì)的肥料(即，硫酸銨、磷酸銨或尿素肥料)相比，該有利的性質(zhì)可以 提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。
當(dāng)接收壓力容器的裝填循環(huán)完成時，將該壓力容器標(biāo)記為PV-2或反應(yīng) 容器。該反應(yīng)容器內(nèi)的時間等于生物固體裝填PV-1并在PV-1進(jìn)行混合所耗 費的時間。所述反應(yīng)時間大于1分鐘并小于20分鐘。優(yōu)選地，將該體系構(gòu) 建為在每個容器內(nèi)的停留時間至少為5分鐘。在PV-2中的停留時間期間， 攪拌葉片對該壓力容器的內(nèi)含物進(jìn)行連續(xù)地混合，這是因為所發(fā)生的放熱反 應(yīng)是在相當(dāng)高的壓力下進(jìn)行的。依賴于允許的放熱反應(yīng)的水平，所述壓力的范圍為20-45 psia。當(dāng)使用無水氨與濃酸進(jìn)行反應(yīng)時，所述壓力的范圍為25-45 psia。當(dāng)使用氮含量為21%的氨水溶液時，氣壓范圍為16-25 psia，因為該反 應(yīng)混合物中的水的百分?jǐn)?shù)提高了。在該實施方式中，可以將外部的熱量施用 于所述壓力容器，從而使得溫度和壓力達(dá)到或超過260°F和30 psia。當(dāng)在 PV-2中的停留時間結(jié)束時，所述壓力容器內(nèi)的生物固體-氮共混物以及其內(nèi) 含物被標(biāo)記為壓力容器3或PV-3，用于清空循環(huán)。所述清空循環(huán)等于裝填循 環(huán)和反應(yīng)循環(huán)所用的時間。在清空循環(huán)期間，將所述生物固體轉(zhuǎn)移至攪拌器 或混合器#2.
作為最后一種實施方式的總結(jié)，本發(fā)明的過程中的反應(yīng)階段利用三個壓 力容器，這三個壓力容器中的每一個都能夠完成所有相同的功能，但是每一 個反應(yīng)器都以相同的速率依次運(yùn)行，使得一個是充滿的， 一個用于反應(yīng)，而 一個是清空的?？梢詫⒃撋a(chǎn)系統(tǒng)視為批處理系統(tǒng)，發(fā)生在所述壓力容器中 的反應(yīng)因此需要至少三個同時運(yùn)行的壓力容器。
下面的實施例說明了本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式的實踐，但是，這些實施 例不應(yīng)當(dāng)被視為限定本發(fā)明的范圍。
實施例1
在該實施例中，如圖4和圖10中的圖表所示，通過鄰近廢水處理廠的 輸送機(jī)，直接接收事先脫水到22%的厭氧菌分解的生物固體。在肥料生產(chǎn)廠 的接收區(qū)域，接收的生物固體首先通過團(tuán)塊破碎裝置(lumpbusterdevice), 從而篩選出大的雜質(zhì)巖石或金屬，然后進(jìn)入一個大型緩沖罐(容量為24000 加侖)。離開所述緩沖罐的生物固體到達(dá)一個容積式泵(positive displacement pump)，該容積式泵隨后將污泥以6600磅/小時的速率泵送到第一攪拌器(雙 軸)，以進(jìn)行調(diào)理和混合。
所建立的生產(chǎn)廠平均每小時可以生產(chǎn)3噸22%的濕態(tài)的生物固體，在1 年內(nèi)，該生產(chǎn)廠以卯％的效率運(yùn)行。為了確保該輸出量，工廠在每小時輸入3.3噸濕態(tài)的生物固體的基礎(chǔ)上，每小時生成3.8噸干態(tài)的成品肥料產(chǎn)品(污 泥對產(chǎn)品的比例為1.15)，成品肥料產(chǎn)品的肥料營養(yǎng)素比例為15-2-0-16-1-20 (N—P-K-S-Fe-有機(jī)物，以成品肥料的重量計)。該肥料完全可以與美國國內(nèi)
和國際商業(yè)肥料市場上的肥料競爭，并可以帶來相當(dāng)可觀的價值。
將所述第一攪拌器配制為雙軸，并具有可調(diào)節(jié)的葉片角度，所設(shè)置的葉 片角度用于將所述觸變性的生物固體劇烈攪拌成可被泵送的漿料狀的物質(zhì)， 所述第一攪拌器可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和來回運(yùn)動。在該實施方式中，通過熱油而將 熱量施用于該攪拌器，所述熱油的溫度保持為350°F。所述熱油流經(jīng)所述攪 拌器周圍的鋼夾套，由于從在所述初級攪拌器中添加的氧化劑和添加的酸中 也可以產(chǎn)生一些熱量，因此當(dāng)所述生物固體從所述攪拌器中離開時，有助于 將所述生物固體溫暖至約80°F。接著，將高鐵酸鈣(以鐵計含有4%的高鐵 酸鹽的水溶液)從貯液器中進(jìn)行泵送，由高鐵酸鹽處理技術(shù)提供的高鐵酸鹽 發(fā)生器來充滿所述貯液器，所述泵送的速率以所述生物固體的體積計為5%， 即每6600磅濕態(tài)的生物固體泵送約150磅干態(tài)的高鐵酸鈣。
添加了氧化劑之后，將濃磷酸(純度為54%的黑色農(nóng)業(yè)級(black agriculture grade))添加到攪拌器弁l內(nèi)的生物固體中。酸處理使所述生物固 體酸化，并啟動了氣味處理，賦予成品顆粒以一定的耐氧化加熱性，同時將 磷酸鹽營養(yǎng)素增加到最后的值。
攪拌器#1輸出的是經(jīng)調(diào)理的、溫暖的、共混的混合料。由于氧化處理， 在該過程中的該位置處，所述混合料的氣味已經(jīng)得到控制。所述經(jīng)調(diào)理的生 物固體以超過8100磅/小時的速率離開攪拌器# 1 ，并進(jìn)入排列有不銹鋼磚的 壓力容器。在泵送無水氨(99.5%)的同時，將濃度為93%的硫酸泵送到該 壓力容器的下部的三分之一處。該實施例中所使用的壓力容器的詳圖如圖6 所示。在該壓力容器中發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，伴隨放熱，在整個容器中產(chǎn)生 的熱量達(dá)到287。F。該熱量使得所述混合料內(nèi)的水轉(zhuǎn)變成蒸汽，并且所述容 器內(nèi)的壓力升高到約40psia。由于添加的氨的量不足以使添加的酸完全氨化(即，保留約10%的氨(以氣化的氨的形式)用于稍后噴灑到第二攪拌器和
造粒機(jī)中)，因此所述酸與氨之間的反應(yīng)生成氨熔體。在該容器中生成熔體 提高了所述混合料的流動度，并有利于該容器內(nèi)的均勻混合，這是在兩個巨 大的槳機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)攪拌的幫助下實現(xiàn)的。所述肥料混合料在該壓力容器中停
留15分鐘。所述攪拌和伴隨該腔室的頂部空間內(nèi)的高壓力的流動度促使所 述肥料混合料離開該容器，并傳遞到第二混合器或攪拌器。
所述壓力容器內(nèi)的高溫、高壓和物理攪拌有利于處于酸性環(huán)境下的所述 生物固體內(nèi)的蛋白質(zhì)和肽的部分水解，從而產(chǎn)生對最終的肥料產(chǎn)品有利的性
質(zhì)。這些性質(zhì)包括與不含所述有機(jī)物的肥料(即，傳統(tǒng)的硫酸銨、磷酸銨 或尿素肥料)相比，可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，并且也是安全的。由于所述應(yīng) 力可以破壞包含于所述生物固體內(nèi)的生物活性化合物，因此得到的物質(zhì)可以 安全地使用。而且，所述熱量和壓力可以對所述肥料混合料進(jìn)行消毒，從而
使得該肥料混合料超過USEPA的A類病原體的規(guī)定，該規(guī)定適用于含有生 物固體的材料。離開所述壓力容器的肥料混合料的重量超過12800磅。超過 600磅的水以蒸汽和水蒸氣的形式從所述壓力容器中閃蒸出來(flashoff)。
在攪拌器弁2中，將約40磅的Fe3O4形式的氧化鐵從筒倉中添加到所述 肥料混合料中，使得最終的產(chǎn)品中的鐵(Fe)的總量到達(dá)1重量％。另外， 將干重為約460磅的商業(yè)獲得的木質(zhì)素(硬化劑)的溶液，從貯液器直接泵 送到注入環(huán)中，該注入環(huán)處于攪拌器#2的前端。攪拌器#2也接收氨(以 氣化的氨的形式)，該氨的量占所有的氨的約7重量％，用于使添加到所述 壓力容器中的酸完全氨化。
所述攪拌器弁2足夠長，并具有充分的保留時間以及利用優(yōu)選的雙軸共 混槳的攪拌，從而在該造粒機(jī)中，可以將添加劑與肥料混合料混合，并確保 所保持的熱量足以獲得有效的顆?；Ｔ趦?yōu)選的攪拌器設(shè)備中，所述攪拌器 是隔熱的，從而有助于保持包含于內(nèi)的熱量。通過向該第二攪拌器中添加干 燥的回收物，而對該肥料混合料的固體百分?jǐn)?shù)進(jìn)行控制。在該實施例中，將超過54000磅的濕度為0.5%的回收物添加到處于所述第二混合器內(nèi)的超過 12800磅的肥料混合料中。由于以蒸汽和水蒸氣的形式從攪拌器#2中清除 出一些附加的水，因此，排放到旋轉(zhuǎn)造粒機(jī)中的濕度為11%的肥料為約48000 磅。造粒機(jī)在約4.5份干燥的回收物比1份肥料混合料的比例下運(yùn)行。
所述造粒機(jī)包括干燥產(chǎn)品的連續(xù)床(continuous bed),從而有利于將輸 入的肥料混合物團(tuán)聚成具有優(yōu)選形狀的顆粒(所述優(yōu)選形狀為球形)。另外， 在該實施例中，最后將約3%的氨噴灑到所述顆粒床中，以使添加的酸完全 氨化。從所述造粒機(jī)的內(nèi)部氣氛中清除出少量蒸汽和水，在該實施例中，清 除的水超過170磅。該氣化的水與來自水解器容器和攪拌器井2的水匯合， 由文丘里洗滌器(venture scrubber)內(nèi)的酸洗滌進(jìn)行處理。肥料混合料在所 述造粒機(jī)中的保留時間為約4分鐘。在該實施例中，恰好48000磅顆粒離開 所述造粒機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)干燥器。
從所述造粒機(jī)中輸出的顆粒肥料混合料的固體百分?jǐn)?shù)為89%，在進(jìn)入旋 轉(zhuǎn)式滾筒干燥器以干燥成最終的固體百分?jǐn)?shù)為99.5%之前，輸出的混合料的 溫度為約190°F。在所述干燥器內(nèi)的保留時間為約20分鐘，從該混合料中正 好清除出超過5600磅的水。該干燥器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動有利于圓形或球形的顆粒 的形成，該圓形或球形的顆粒的形成始于所述造粒機(jī)。
使約47940磅干燥的顆粒肥料通過篩選系統(tǒng)，在該篩選系統(tǒng)中，檢出產(chǎn) 品尺寸的顆粒(即，直徑為2.0-3.0 mm)，用于冷卻并用熱的除塵油進(jìn)行涂 覆。在肥料混合料進(jìn)入造粒機(jī)之前，將尺寸過小的干燥的材料直接輸送回第 二攪拌器，作為回收組分以增加攪拌器#2內(nèi)的固體。將尺寸過大的材料輸 送到錘磨機(jī)中，在該錘磨機(jī)中，將所述尺寸過大的材料破碎，并接著返回所 述第二攪拌器，作為通過覆蓋式輸送機(jī)(covered conveyor)而回收的回收物 的一部分。在該實施例中，將7400磅干燥的且尺寸適宜的肥料產(chǎn)品排放到 冷卻器-涂覆裝置中；16500磅肥料返回所述第二攪拌器，作為回收物的一部 分；每小時僅有7100磅尺寸過大的材料被輸送到錘磨機(jī)中，并被轉(zhuǎn)變成細(xì)粉；以及每小時有超過16600磅的細(xì)粉作為回收物返回所述第二攪拌器。在 本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，可以將所述篩選機(jī)構(gòu)設(shè)置成分離出尺寸較小的 顆粒，即直徑約為lmm的顆粒?？梢詫@些較小的顆粒進(jìn)行相似的處理， 從而得到較大的產(chǎn)品。由于所述較大的產(chǎn)品在肥料市場上可以要求更高的價 格，因此，將較小的顆粒轉(zhuǎn)變成尺寸較大的產(chǎn)品是有利的。
對干燥的顆粒進(jìn)行涂覆可以有利地預(yù)防粉塵的生成和顆粒等級的下降。 在布袋集塵器(bag house)中，對來自所述干燥器、造粒機(jī)、攪拌器#2、 冷卻器、油涂覆設(shè)備以及尺寸過大的產(chǎn)品的碾磨機(jī)的處理空氣進(jìn)行過濾，所 述處理空氣仍然為熱的(約116X:或240。C)，足以以蒸汽的形式輸運(yùn)清除的 水。所述布袋集塵器的出口通過一個冷凝器，空氣在該冷凝器中被水所冷卻， 從而將水蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)水。將該水排放到當(dāng)?shù)叵滤乐?，以返回?dāng)?shù)貜U水 處理廠。
使從流化床干燥器、篩選系統(tǒng)和尺寸過大的產(chǎn)品的碾磨機(jī)中輸出的熱的 飽和空氣以及來自冷卻/涂覆滾筒的廢氣通過布袋集塵器，從而清除作為該過 程的控制系統(tǒng)釋放物的一部分的顆粒。接著，使該處理空氣通過固定床酸洗 滌器(packed bed acid scrubber),以進(jìn)行補(bǔ)充清洗，該補(bǔ)充清洗包括清除氨 以提高氮的捕獲效率并預(yù)防向大氣排放氨。接著，將該洗滌空氣送入立式急 冷塔，以使水從飽和的處理空氣中冷凝出來，從而排放到下水道中，并回收 到廢水處理廠中?？蛇x擇地，可以對該水進(jìn)行處理，并排放到自然接收的水 中。
接著，使來自于急冷塔的空氣通過生物滴濾塔(biotrickling filter),以
最終清除基本上所有的惡臭物質(zhì)。使來自所述生物滴濾塔的空氣通過生物濾 池并接著直接排放到環(huán)境中。在該實施例中，以14000立方英尺/分鐘(CFM) 進(jìn)行排放。所述生物滴濾塔和生物濾池系統(tǒng)是通過包含于其中的微生物而運(yùn) 行的，并可以通過上述微生物的分解代謝而從處理空氣中有效并高效地捕獲 并清除惡臭物質(zhì)和有機(jī)物。所評判的排放的空氣中的氣味量可以滿足所處的工業(yè)地區(qū)或其它適用的社區(qū)環(huán)境的要求。
該干硬(5.5磅的硬度，即，破碎一個顆粒所需要的平均下壓力)顆粒 肥料所確定的比例為15-2-0-16-1-20，上述數(shù)字分別代表N-P-K-S-Fe-有機(jī)物
的重量百分?jǐn)?shù)。貯存的肥料顆粒在裝運(yùn)之前，即刻再次進(jìn)行篩選，用于最后 確定尺寸，并在即將被裝載到卡車、火車、汽車、駁船上或裝載到1噸的超 大型口袋中用于銷售之前，再次用除塵劑或覆蓋化合物進(jìn)行涂覆。
實施例2
在實施例2中，如本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式所述，在所述AM過程中， 每小時處理同樣3.3噸生物固體，但是，將所有的無水氨添加到所述壓力容 器中，以使氨化完全并在所述肥料混合料內(nèi)形成硫酸銨鹽。盡管當(dāng)形成熔體 時，該肥料混合料并不是如同流體一般，但是高的頂部壓力和機(jī)械攪拌足以 使得該熱的肥料混合料如所要求的離開所述壓力容器。在實施例2中，沒有 向所述攪拌器弁2、或造粒機(jī)內(nèi)噴灑任何附加的氨。該實施例的其余部分與 生產(chǎn)少量肥料的實施例1中的描述相同
通過考慮本發(fā)明的說明書并實踐本文所公開的本發(fā)明，本發(fā)明的其它實 施方式和用途對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。本文引用的所有參考 文獻(xiàn)包括公開出版物、美國和外國專利以及專利應(yīng)用，將上述參考文獻(xiàn)具體 并整體地引入本文作為參考。在本申請中使用的術(shù)語"包括"包含多項限定 性術(shù)語和短語"基本上由……組成"和"由……組成"。本說明書和實施例 應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為僅僅是示例性的，本發(fā)明的真正的范圍和精神由隨附的權(quán)利要求 書限定。
權(quán)利要求
1、一種用于處理污泥的方法，其中，該方法包括以下步驟(a)對所述污泥進(jìn)行調(diào)理；(b)將經(jīng)調(diào)理的污泥添加到壓力容器中；(c)添加反應(yīng)性混合物；(d)在保留時間內(nèi)，使得到的混合料保持應(yīng)力狀態(tài)，其中，步驟(a)包括使所述污泥能夠被泵送。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述反應(yīng)性混合物包括選自基 本上由硫酸銨、磷酸銨、以及它們的組合所組成的組中的物質(zhì)的熱鹽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述反應(yīng)性混合物包括選自基 本上由硫酸銨、磷酸銨、以及它們的組合所組成的組中的物質(zhì)的熱熔體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述反應(yīng)性混合物包括分別添 加的濃酸和堿。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述反應(yīng)性混合物包括分別添 加的事先用濃酸和堿處理過的污泥。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述反應(yīng)性混合物包括分別添 加的事先經(jīng)氨化調(diào)理的污泥和濃酸。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述濃酸為硫酸、磷酸、或它 們的組合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述應(yīng)力狀態(tài)包括對所述混合料進(jìn)行攪拌，并且所述應(yīng)力狀態(tài)使得所述污泥的組分被部分或完全地水解、 變性、滅菌、或它們的組合。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述污泥的組分選自由個人藥 物化合物、抗生素、激素、類激素分子、其它生物活性的化合物、包括蛋白 質(zhì)在內(nèi)的大分子、以及它們的組合所組成的組中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述污泥選自由市政脫水生物 固體、熱力干燥的生物固體、藥物發(fā)酵的垃圾、有機(jī)制品的微生物分解物、 食品原料、食品副產(chǎn)物、動物糞便、分解的動物糞便、主要含有微生物的有 機(jī)污泥、以及它們的組合所組成的組中。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述污泥為干燥的污泥或脫水 的污泥，該污泥含有12-40%的固體、18-30%的固體、33-99%的固體、或者 90-99%的固體。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)理的步驟包括向所述污 泥中添加一種或多種氧化劑、 一種或多種酸、以及它們的組合。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述一種或多種氧化劑選自 基本上由高鐵酸鈣、高鐵酸鈉、高鐵酸鉀、過氧化氫、次氯酸鈣、次氯酸鈉、 次氯酸鉀、二氧化氯、臭氧、氧氣、以及它們的組合所組成的組中，并且其 中，所述一種或多種酸包括磷酸、硫酸、或它們的組合。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括對所述混合料的 pH進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，通過添加pH控制劑，將所述 混合料的pH調(diào)節(jié)至4.5-6.0。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述pH控制劑選自由氧化鈣、 氫氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、無水氨、水泥窯粉塵、石灰礦渣、流化床 灰分、C級飛灰和F級飛灰、多級燃燒器飛灰、明礬、水處理污泥、草木灰、 以及它們的組合所組成的組中。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，由于所述混合料的組分的放熱 反應(yīng)，因此在所述壓力容器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，并提高了所述混合料的溫度，并且 其中，接著清除所述蒸汽，從而對所述混合料產(chǎn)生干燥效果。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述混合料的溫度提高了超 過100°C、 121°C、 126。C、或137°C，并且其中，所述混合料的壓力提高了 超過20磅/平方英寸、30磅/平方英寸、或38磅/平方英寸。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保留時間至少為1分鐘， 或者為5-30分鐘，或者為10-20分鐘。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過用足以使該污泥能夠被泵 送的力對所述污泥進(jìn)行混合或通過添加液體，而使所述污泥能夠被泵送。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述液體為來自洗滌系統(tǒng)的 排污酸水。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(a)包括在攪拌器中對所述污泥進(jìn)行加熱。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，通過加熱的軸式葉片、加熱 的槳式葉片、所述攪拌器周圍的加熱的夾套套管、或它們的組合而對所述污 泥進(jìn)行加熱。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，將所述污泥加熱到80°F、 95°F、 或111。F。
25、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，該方法還包括向所述混合器 或攪拌器內(nèi)的所述混合料中添加一種或多種植物營養(yǎng)素和一種或多種硬化 劑的步驟，其中，所述一種或多種植物營養(yǎng)素選自由尿素、硝酸銨、硫酸銨、磷酸 二氫銨、磷酸二銨、硝銨尿素、液體尿素、碳酸鉀、氧化鐵、可溶鐵、螯合 鐵、以及它們的組合所組成的組中；以及其中，所述一種或多種硬化劑選自由氧化鐵、明礬、綠坡縷石粘土、工 業(yè)糖蜜、木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽、脲醛聚合劑、以及它們的組合所組成的組 中。
26、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將氣化的氨添加到所述壓力容 器中。
27、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括通過顆?；驍D 出而使所述混合料形成顆?；蚯驁F(tuán)的步驟，并且隨后將所述球團(tuán)千燥。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，將所述顆?；蚯驁F(tuán)干燥至固體百分?jǐn)?shù)高于90重量％，干燥至固體百分?jǐn)?shù)高于98重量％，或干燥至固體 百分?jǐn)?shù)高于99重量％。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，該方法還包括使干燥的所述 顆粒或球團(tuán)通過一道或多道篩選，以將尺寸適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品與尺寸過大的材料和 尺寸過小的材料分離開。
30、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括以下步驟 使所述混合料通過第二混合器或攪拌器， 通過顆粒化或擠出而使所述混合料形成顆?；蚯驁F(tuán)， 將所述顆?；蚯驁F(tuán)干燥，使該干燥的顆?；蚯驁F(tuán)通過一道或多道篩選，以將尺寸適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品與尺 寸過大的材料和尺寸過小的材料分離開，并將經(jīng)過粉碎的尺寸過大的材料再 次弓I入至處于所述第二混合器或攪拌器內(nèi)的混合料中。
31、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，該方法還包括在粉碎機(jī)或碾 磨機(jī)中將所述尺寸過大的材料粉碎的步驟。
32、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述尺寸過小的材料含有粉
33、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，該方法還包括在冷卻設(shè)備中 將所述干燥的顆?；蚯驁F(tuán)冷卻的步驟，其中將所述干燥的顆?；蚯驁F(tuán)冷卻至 140。F或更低、130。F或更低、或者120。F或更低。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述冷卻設(shè)備為流化床、旋轉(zhuǎn)式滾筒。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，該方法還包括以下步驟用 除塵材料或覆蓋材料對所述干燥的顆?；蚯驁F(tuán)進(jìn)行涂覆，以減少磨損以及粉 塵的生成，其中在所述冷卻設(shè)備內(nèi)將所述除塵材料施用于所述顆?；蚯驁F(tuán)。
36、 一種由權(quán)利要求l所述的方法生產(chǎn)的肥料。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的肥料，其中，該肥料含有至少10重量％的 氮、至少12重量％的氮、或至少14重量％的氮。
38、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的肥料，其中，該肥料所含有的存活的且有 害的微生物的量為零或檢測不到，且所述肥料為無毒的并能夠安全地處理和 安全地施用于適宜的農(nóng)作物。
39、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的肥料，其中，該肥料含有與所述混合料內(nèi) 的化合物相結(jié)合的銨態(tài)氮，使得所述氮緩慢地溶解，并通過上面8英寸的土 壤而緩慢地遷移。
40、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用三個相繼被填充的壓力容器 代替所述壓力容器，從而在特定的溫度和氣壓環(huán)境以及保留時間的條件下， 對肥料混合料進(jìn)行連續(xù)的批量處理。
41、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括使所述混合料通 過混合器或攪拌器，在該處理程序中，所述混合器或攪拌器設(shè)置在所述壓力 容器之后。
42、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，在所述壓力容器中形成的所 述混合料為氨熔體，該氨熔體含有沒有完全氨化的過量的酸。
43、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中，用氨對所述混合料進(jìn)行處理， 以完成所述氨化過程，從而在所述混合器或攪拌器內(nèi)的噴霧器內(nèi)形成銨鹽。
44、 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，在將氨引入所述噴霧器之前， 將所述氨從液體轉(zhuǎn)變成過熱的氨蒸氣。
45、 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，向過熱的氨蒸氣的所述轉(zhuǎn)變 是通過將直接加熱器施用于氨輸送管路、或?qū)⒂蔁峤粨Q器從該過程的其它部 分回收的過剩的熱量施用于所述液態(tài)氨而實現(xiàn)的。
46、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，將所述過熱的氨蒸氣的溫度 控制為120-200°F、或170-180。F，且壓力控制為90-120 psig。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于對污泥進(jìn)行處理以生產(chǎn)高氮有機(jī)增強(qiáng)的無機(jī)肥料的方法，該無機(jī)肥料可以與傳統(tǒng)的肥料競爭。所述方法包括對脫水生物固體或有機(jī)污泥進(jìn)行調(diào)理，并用氧化劑和酸進(jìn)行處理，用氧化劑進(jìn)行處理可以減少惡臭物質(zhì)的影響。接著，在受控的溫度、壓力和保留時間的條件下，使所述混合料與濃硫酸和/或濃磷酸、氨源或者可選擇的硫酸銨/磷酸銨的熱的或熔融的熔體或鹽相互作用，從而形成肥料混合料。本發(fā)明也可以附加到銨鹽的商業(yè)化產(chǎn)品上。本發(fā)明制備的肥料含有高于8重量％的氮，優(yōu)選含有15重量％的氮。通過使本發(fā)明的肥料生產(chǎn)廠保持為小型化，同時將后勤和相應(yīng)責(zé)任最小化，而將本發(fā)明改造成用于獨立的市政污水處理廠中的生物固體的生產(chǎn)。
文檔編號C05D9/02GK101687720SQ200880011683
公開日2010年3月31日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者G·達(dá)姆斯, J·C·伯納姆, J·P·卡爾 申請人:維塔格公司