專利名稱：淤漿分離和沼氣生產(chǎn)的方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的第一個(gè)方面涉及動(dòng)物糞便、能源作物及類似的有機(jī)底物的厭氧消化。該方法能夠?qū)⑾纳镔|(zhì)中含有的養(yǎng)分精煉成工業(yè)級(jí)的肥料。優(yōu)選將本發(fā)明的沼氣和淤漿分離系統(tǒng)與畜牧業(yè)的運(yùn)作集成為能夠優(yōu)化畜牧業(yè)內(nèi)部性態(tài)和外部性態(tài)的整體方案。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是以動(dòng)物尸體、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉等形式處理動(dòng)物廢物的潛在應(yīng)用。在工廠內(nèi)將這些廢物精煉成肥料，施用于農(nóng)田。在整個(gè)工藝中即使不能完全消除BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素，也能大大降低BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的可能含量。在本發(fā)明的方案中，動(dòng)物產(chǎn)品不是用作食品，而是用作肥料。對(duì)在工廠中處理后的生物質(zhì)中潛在的BSE蛋白感染素的破壞和用精煉生物質(zhì)作為肥料而不是作為食品這兩方面相結(jié)合即使不能完全消除動(dòng)物或人類感染BSE蛋白感染素或其變體的危險(xiǎn)，也能大大降低動(dòng)物或人類感染BSE蛋白感染素或其變體的危險(xiǎn)。
內(nèi)部性態(tài)涉及與動(dòng)物廄舍管理相關(guān)的質(zhì)量方面，包括工業(yè)消毒、動(dòng)物健康、氣體和粉塵排放及食品安全的控制。外部性態(tài)主要涉及能源生產(chǎn)、養(yǎng)分和溫室氣體向環(huán)境的排放及高質(zhì)量食品的銷售的控制，外部性態(tài)還涉及處理動(dòng)物尸體等的替代性方法。
背景技術(shù)：
氨的氣提氨氣的化學(xué)性質(zhì)是公知的，從不同的流體中汽提氨氣是公知的工業(yè)方法。例如，這些方法已經(jīng)應(yīng)用在制糖工業(yè)(Bunert等人，1995；Chacuk等人，1994；Benito和Cubero，1996)和市政的垃圾廢物的處理方面(Cheung等人，1997)。還可以基于工業(yè)中同樣的原理從豬淤漿中汽提氨氣(Liao等人，1995)。
大規(guī)模汽提氨氣的基本原理是提高pH，向廢水或淤漿充氣并加熱。常用Ca(OH)2或CaO升高pH。還可以使用其它堿如NaOH或KOH。但是，工業(yè)規(guī)模如水泥工業(yè)中使用石灰，因此，石灰便宜且易于大批量購(gòu)買。
在吸收汽提的氨氣并且生產(chǎn)氨水濃縮物時(shí)，在吸收塔中常使用硫酸。硫酸是工業(yè)品，且能夠以適用于從淤漿和其它廢水中汽提氨氣的吸收塔中的工業(yè)級(jí)硫酸的形式得到(例如，Sacuk等人，1994)。
基于制糖工業(yè)中獲得的經(jīng)驗(yàn)，業(yè)已發(fā)現(xiàn)最合適的參數(shù)值是溫度，70℃；pH，約10-12；液氣比，1∶800；96％的有效性。
從淤漿中汽提氨氣時(shí)，業(yè)已發(fā)現(xiàn)低溫下的最佳參數(shù)值是溫度，22℃；pH，約10-12；液氣比，1∶2000；90％的有效性；操作150小時(shí)(Liao等人，1995)。
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堿性和熱水解厭氧消化前對(duì)生物質(zhì)的加熱預(yù)處理技術(shù)在文獻(xiàn)中已有描述，如Li和Noike(1992)。近年來(lái)，城市廢物的加熱預(yù)處理也被CambiAS，Billingstad，Norway進(jìn)行了大規(guī)模應(yīng)用。
Wang等人(1997a和b)發(fā)現(xiàn)在60℃的溫度下對(duì)城市廢物的加熱預(yù)處理和8天的水力停留時(shí)間能夠使甲烷的產(chǎn)率升至52.1％。Tanaka等人(1997)發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，但是，熱水解和堿水解相結(jié)合能夠使氣體產(chǎn)率得到最大的提高(200％)。McCarty等人進(jìn)行的一系列研究表明熱水解和堿水解相結(jié)合能夠大大提高氣體產(chǎn)率。但是，pH應(yīng)當(dāng)是約10-12，優(yōu)選11或更高，在化學(xué)水解前應(yīng)當(dāng)生成大量附加氣體。
Wang等人的研究結(jié)果(1997)證明在2.1段下汽提氨氣的缺省參數(shù)值(pH約為10-12，優(yōu)選11或更高，一周內(nèi)的溫度約為70℃或更高)能夠提高氣體產(chǎn)率。
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消毒對(duì)運(yùn)輸和農(nóng)田施用前的淤漿進(jìn)行消毒是降低人畜共患病和獸醫(yī)病毒、細(xì)菌和寄生蟲(chóng)傳播危險(xiǎn)的重要策略(如，Bendixen 1999)。已經(jīng)證明厭氧消化能夠有效地減少淤漿中人畜共患病病毒的數(shù)目，但是不能完全消除這些生物體(Bendixen，1999；Pagilla等人，2000)。人們還證明了用CaO將陰溝淤漿消毒可以大大減少蛔蟲(chóng)卵和寄生蟲(chóng)(Erikser等人，1996)和病毒的數(shù)目，但是不能完全消除(Turner和Burton，1997)。
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泡沫和厭氧消化相關(guān)的泡沫的形成可能對(duì)發(fā)酵罐的操作構(gòu)成嚴(yán)重問(wèn)題。許多抑制泡沫的物質(zhì)可以商購(gòu)，這些物質(zhì)包括不同的聚合物、植物油(如，菜油)和不同的鹽(如，Vardar-Sukan，1998)。但是，聚合物可能造成環(huán)境問(wèn)題，并且通常是昂貴的和無(wú)效的。
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絮凝因?yàn)殁}離子能夠使溶液或懸浮液中的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)之間形成鈣橋從而形成顆?！靶跗?，所以鈣離子是公知的能夠?qū)ξ镔|(zhì)和顆粒產(chǎn)生絮凝作用的物質(zhì)(如，Sanin和Vesilind，1996)。因此一直用鈣對(duì)陰溝污泥進(jìn)行脫水(Higgins和Novak，1997)。
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淤漿的沉降式離心分離，汽提P在最近100年內(nèi)，許多工業(yè)方法都使用沉降式離心機(jī)。
最近使用沉降式離心機(jī)的例子是位于Kalundborg的Novo Nordisk工廠，其中處理所有來(lái)自大胰島素發(fā)酵單元的廢物。城市污泥也通過(guò)沉降式離心機(jī)脫水(Alfa Laval A/S)。沉降式離心機(jī)從污泥或廢物中分離出干燥(固體)物質(zhì)，而水相或廢水導(dǎo)入傳統(tǒng)的污水處理裝置。
牛、豬和脫氣淤漿的分離試驗(yàn)首先證明沉降式離心機(jī)可以毫無(wú)困難地處理所有糞便。該試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)離心機(jī)能夠從淤漿預(yù)消化熱電堆中脫除約70％的干燥物質(zhì)、60-80％的總P和僅14％的總N(M_ller等人，1999；M_ller2000a)。來(lái)自牛和豬的原淤漿的相應(yīng)值較低。應(yīng)當(dāng)注意，僅14％的總N從廢物中脫除。
在淤漿量為20000噸或更大的情況下，計(jì)算得出的總處理費(fèi)用為5Dkr/m3淤漿。在淤漿量超過(guò)20000噸的情況下，沉降式離心機(jī)是用于從淤漿中分離干燥物質(zhì)和總P的有效且便宜的設(shè)備(M_ller等人，1999)。
在正常情況下，沒(méi)有人愿意在沉降式離心機(jī)中處理淤漿，因?yàn)檫@樣不能減少處理量，對(duì)農(nóng)民來(lái)說(shuō)也沒(méi)有好處。將處理后的淤漿施用于農(nóng)田后氨氣的損失會(huì)有一定程度的降低，因?yàn)槠錆B入土壤的比例增加(M_ller 2000b)，但是在目前這足以激勵(lì)農(nóng)民使用沉降式離心機(jī)。
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沉淀P在加入Ca后，幾乎立即溶解的P沉淀成磷酸鈣Ca3(PO4)2(Cheung等人，1995)。
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防止形成鳥(niǎo)糞石
P沉淀和汽提氨氣相結(jié)合的另一個(gè)重要方面是能夠防止鳥(niǎo)糞石(MgNH4PO4)的形成。在熱交換、管道運(yùn)輸?shù)确矫妫B(niǎo)糞石將構(gòu)成非常大的工作問(wèn)題(Krüger，1993)。其機(jī)理是通過(guò)形成CaPO4脫除P和通過(guò)汽提工藝脫除氨氣。P和氨氣的脫除能夠防止鳥(niǎo)糞石的形成。
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廢水過(guò)濾在過(guò)去10年內(nèi)出現(xiàn)了如膜設(shè)備(BioScan A/S，Ansager ApS)和基于蒸汽壓縮的設(shè)備(Funki A/S，Bj_rnkj_r Maskinfabrikker A/S)形式的廢水的最終處理和膜過(guò)濾系統(tǒng)。這些系統(tǒng)一般使每立方米淤漿的總費(fèi)用為50-100Dkr。這些設(shè)備還不能處理豬淤漿以外的其它種類的糞便。
這些設(shè)備使處理量的減少程度一般不超過(guò)50-60％，這意味著在任何情況下對(duì)農(nóng)田施用剩余物都取決于傳統(tǒng)設(shè)備。因此，這些設(shè)備因?yàn)槌杀締?wèn)題和/或有限的處理量的減少而不具有競(jìng)爭(zhēng)力，。
但重要的是要考慮這些設(shè)備的成本。還應(yīng)當(dāng)考慮機(jī)械壓縮蒸汽產(chǎn)生的電能的用量，即，每處理一噸淤漿消耗約50kWh的電能。這意味著在要過(guò)濾的水相只由鹽和少量干物質(zhì)組成的假定情況下不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢或堵塞問(wèn)題的膜優(yōu)于蒸發(fā)技術(shù)。
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石灰蒸煮在低于100℃的溫度下進(jìn)行熱和化學(xué)水解，因此，在沼氣生產(chǎn)中，約1atm的壓力代表增加有機(jī)物產(chǎn)率的一種選擇。但是，這樣的處理不會(huì)使復(fù)雜的碳水化合物如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素完全水解。這樣的處理不會(huì)使來(lái)自麥桿、玉米和其它農(nóng)作物的纖維形成甲烷(Bjerre等人，1996；Schmidt和Thomsen，1998；Thomsen和Schmidt，1999；Sirohi和Rai，1998)。在高于100℃的中溫下的堿石灰蒸煮適合使這些底物發(fā)生微生物分解(Curelli等人，1997；Chang等人，1997；Chang等人，1998)。
當(dāng)將這種處理方法應(yīng)用于來(lái)自切成0.5mm的甘蔗的纖維素纖維時(shí)(用4％的CaO，200℃和16bar)，纖維素纖維分解成小分子有機(jī)酸如甲酸、乙酸、乳酸等。用如此處理的纖維素生成的甲烷高達(dá)相應(yīng)的用純葡萄糖表示的碳水化合物的量的70％(Azzam和Naser，1993)。青飼料也可以在石灰蒸煮機(jī)中處理，但是要在較低的溫度下處理。業(yè)已證明當(dāng)水風(fēng)信子在pH為11和溫度為121℃的條件下處理時(shí)能夠得到最佳效果(Patel等人，1993)。
在高溫下可能生成PAH和抑制甲烷菌的物質(zhì)(Varhegyi等人，1993；Patel等人，1993)。但是在相對(duì)于熱解較溫和的石灰蒸煮溫度下沒(méi)有看到這一現(xiàn)象(Azzam等人，1993)。在熱解過(guò)程中，溫度很高，以致于生物質(zhì)直接分解成氣體如氫氣、甲烷和一氧化碳，但不幸地是，還生成PAH和其它污染物。
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能源作物的青貯能源作物的常規(guī)用途主要是用于燃燒的固體燃料(作為木材的柳木，麥桿或全部的種子)或用于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料(菜油)形式。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上用甜菜和麥桿生產(chǎn)乙醇(Parsby；Sims，2001；Gustavsson等人，1995；Wyman和Goodman，1993；Kuch，1998)。在全球其它地區(qū)廣泛使用能源作物，并對(duì)此進(jìn)行了大量研究。其在陸地、海洋和淡水廠中的應(yīng)用也有文獻(xiàn)報(bào)道(Gunaseelan，1997；Jewell等人，1993；Jarwis等人，1997)。一些研究似乎還證明能源作物的厭氧發(fā)酵可以和生物質(zhì)的其它用途相競(jìng)爭(zhēng)(Chynoweth D.P.，Owens J.M.和Legrand R.，2001)。
能源作物的應(yīng)用受到鼓舞。麥桿的應(yīng)用可能會(huì)使這一方案在未來(lái)幾年內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。木材的應(yīng)用似乎經(jīng)濟(jì)而實(shí)際。而谷物的燃燒卻產(chǎn)生倫理學(xué)方面的反對(duì)。谷物的生產(chǎn)還必然與肥料和殺蟲(chóng)劑的應(yīng)用及農(nóng)田的N損失相關(guān)。在生物質(zhì)燃燒的過(guò)程中也損失N。
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動(dòng)物尸體的處理系統(tǒng)用許可加工動(dòng)物尸體的注冊(cè)裝置組織目前的動(dòng)物尸體處理系統(tǒng)。這些尸體主要用于生產(chǎn)傳統(tǒng)上用作動(dòng)物飼料的肉和骨粉。
EU委員會(huì)的調(diào)整規(guī)則使目前的BSE標(biāo)準(zhǔn)(crisis)停止實(shí)施，該規(guī)則規(guī)定不能用肉和骨粉作物動(dòng)物飼料。
因此，歐洲的畜牧業(yè)部門及相關(guān)產(chǎn)業(yè)面臨著尋找肉和骨粉的替代性用途或處理肉的替代性方法的挑戰(zhàn)。但是這是一個(gè)艱巨的任務(wù)，因?yàn)閯?dòng)物尸體的肉或其它部分中可能存在的BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素傳播的危險(xiǎn)引起了限制。
將肉和骨粉或動(dòng)物尸體用在傳統(tǒng)沼氣裝置中是不可取的，并且只有部分可能性。在許可加工這些動(dòng)物的裝置中加工動(dòng)物尸體的條件一般為約130℃的溫度，約2-3bar的壓力，20分鐘的停留時(shí)間。在傳統(tǒng)沼氣裝置中達(dá)不到這些條件。
下述專利和專利申請(qǐng)構(gòu)成部分現(xiàn)有技術(shù)。
DE3737747描述了汽提N的裝置和方法。在糞便中加入CaO，以此汽提氨氣，將所說(shuō)的氨氣吸收在含鹽酸的水溶液中。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿性水解、動(dòng)物廄舍中的福利、使用能源作物、在硫溶液中吸收氨氣、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)(gas engine)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
DE4201166描述了同時(shí)處理不同有機(jī)廢物產(chǎn)品的方法，其中將廢物產(chǎn)品分成三個(gè)含有不同固體組分量的部分。在發(fā)酵和生產(chǎn)沼氣前將固體部分均質(zhì)化。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿性水解、動(dòng)物廄舍中的福利、使用能源作物、在硫溶液中吸收氨氣、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
DE4444032描述了一種裝置和方法，其中，在第一個(gè)反應(yīng)器中攪拌淤漿、充氣和加石灰至pH為9.5以汽提氨氣。在第二個(gè)反應(yīng)器中加入含鐵和聚合物的鹽以中和淤漿并沉淀固體。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿性水解、動(dòng)物廄舍中的福利、使用能源作物、在硫溶液中吸收氨氣、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
DE196615063描述了一種從發(fā)酵糞便中汽提氨氣的方法。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
EP0286115描述了一種生產(chǎn)沼氣的方法，其中，向糞便中加入脂肪酸或含脂肪酸的組合物。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
EP0351922描述了從液態(tài)糞便中汽提氨氣、二氧化碳和磷酸鹽的裝置和方法。用槽罐車將糞便從農(nóng)場(chǎng)運(yùn)到該裝置內(nèi)，用熱空氣處理淤漿，從而汽提部分氨氣和二氧化碳。將剩余的淤漿加熱，加入石灰至pH為10-11，從而汽提更多的氨氣并且形成磷酸鈣。汽提的氨氣通過(guò)形成銨鹽而被吸收在酸溶液中，銨鹽干燥后用作肥料。用沉降式離心機(jī)從淤漿中分離固體部分。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
ES2100123描述了用于清潔液態(tài)糞便的裝置和方法。有機(jī)組分降解，用沉降式離心機(jī)除去沉淀固體。在這種液體中加入酸并播撒在農(nóng)田中，或者通過(guò)充氣和汽提氨氣而進(jìn)一步清潔。清潔后的液體流向凈水裝置。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在早期階段汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
FR2576741描述了通過(guò)將液態(tài)糞便發(fā)酵而生產(chǎn)沼氣的方法。用石灰處理淤漿，除去沉淀的組分。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
GB2013170描述了生產(chǎn)沼氣的裝置和方法。在第一個(gè)反應(yīng)器中酸化有機(jī)物，除去固體部分。液體部分流入第二個(gè)反應(yīng)器，在其中進(jìn)行厭氧降解，從而生產(chǎn)甲烷氣。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
DE19644613描述了用糞便生產(chǎn)固體肥料的方法。在液態(tài)糞便中加入來(lái)自生產(chǎn)沼氣的底物和CaO或Ca(OH)2。收集汽提的氨氣。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
DE19828889描述了收獲的農(nóng)作物和有機(jī)廢物共發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法。將這些材料均質(zhì)化后發(fā)酵。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 4,041,182描述了用有機(jī)廢物生產(chǎn)動(dòng)物飼料的方法。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 4,100,023描述了生產(chǎn)甲烷氣和肥料的裝置和方法。在第一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)均質(zhì)化材料進(jìn)行需氧降解。在加熱的第二個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧降解，生產(chǎn)沼氣。生成液態(tài)肥料。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 4,329,428描述了特別是用來(lái)自各種綠色植物的材料進(jìn)行厭氧降解的裝置及生產(chǎn)的沼氣的用途。該裝置是基于嗜溫或熱電堆厭氧細(xì)菌的降解。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、汽提氨氣、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 4,579,654描述了用有機(jī)物生產(chǎn)沼氣的裝置和方法。將固體材料水解、酸化和發(fā)酵。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 4,668,250描述了通過(guò)充氣從液體部分中除去氨氣的方法。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 4,750,454描述了厭氧消化動(dòng)物糞便的裝置及用該方法生產(chǎn)的沼氣的用途。該裝置是基于嗜溫或熱電堆厭氧細(xì)菌引起的降解，并且使用了當(dāng)?shù)匕惭b有發(fā)電機(jī)的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、汽提氨氣、沉淀P、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,071,559描述了糞便的處理方法。在糞便中加入水，酸化該混合物。通過(guò)生產(chǎn)蒸汽脫除液體，在另一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)再次濃縮液體、厭氧處理，生產(chǎn)沼氣。然后，用需氧工藝處理發(fā)酵后的液體部分。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,296,147描述了處理糞便和其它有機(jī)組分的方法。有機(jī)廢物發(fā)酵后進(jìn)行硝化，然后除氮。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,389,258描述了用半固體和固體有機(jī)廢物生產(chǎn)沼氣的方法。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,494,587描述了催化處理糞便的方法，包括降低氮濃度。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,525,229描述了在熱電堆和嗜溫條件下厭氧消化有機(jī)底物的一般方法。
US 5,593,590描述了將液體和固體有機(jī)廢物分離成兩部分后分別將其處理的方法。發(fā)酵液體部分，生產(chǎn)沼氣，然后脫除沉淀的固體組分，沉淀的固體組分部分循環(huán)回工藝。在需氧工藝中處理固體部分，從而生成堆肥、肥料或動(dòng)物飼料。生產(chǎn)的包括甲烷和CO2的部分沼氣通過(guò)CO2的吸收被再次用于降低液體部分中的pH值。例如，用沉降式離心機(jī)從液體部分中沉淀出固體，從pH為9-10的液體中汽提氨氣。廢水可被用于沖洗廄舍。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、用麥桿提供動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,616,163描述了處理糞便的方法，其中，在生產(chǎn)肥料時(shí)使用氮?dú)?。在液體糞便中加入CO2和/或CaSO4，從而汽提氨氣。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、用麥桿提供動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,656,059描述了處理糞便的方法，其中，在生產(chǎn)肥料時(shí)或多或少地通過(guò)硝化使用氮?dú)?。該專利?duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、用麥桿提供動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,670,047描述了將有機(jī)底物厭氧降解成氣體的一般方法。
US 5,681,481、US 5,783,073和US 5,85 1,404描述了穩(wěn)定淤漿的方法和裝置。加入石灰至pH＞12，將這些物質(zhì)在至少50℃的溫度下加熱12小時(shí)。汽提氨氣，將其釋放到大氣中，也可以在系統(tǒng)中循環(huán)?？梢杂谩邦A(yù)熱室”以及沉降式離心機(jī)分離和混合淤漿，使其保持為液體狀態(tài)。將淤漿播撒在農(nóng)田里。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、用麥桿提供動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,746,919描述了一種有機(jī)廢物在嗜熱厭氧反應(yīng)器中處理后在嗜溫厭氧反應(yīng)器中處理的方法。在這兩個(gè)反應(yīng)器中都生產(chǎn)甲烷氣體。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、用麥桿提供動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,773,526描述了首先用嗜溫工藝然后用嗜熱工藝使液體和固體有機(jī)廢物發(fā)酵的方法。將固體組分水解和酸化。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、用麥桿提供動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,782,950描述了通過(guò)均質(zhì)化、充氣和加熱使生物廢物發(fā)酵的方法。廢物分餾成液體和固體部分。固體生成堆肥。用厭氧嗜溫和嗜熱工藝發(fā)酵液體，生產(chǎn)沼氣。廢水從沼氣反應(yīng)器再循環(huán)到均質(zhì)化工藝。在凈化站處理來(lái)自沼氣反應(yīng)器的廢水。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、使用能源作物、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,853,450描述了用有機(jī)廢物和綠色植物材料生產(chǎn)巴氏殺菌堆肥的方法。將有機(jī)物的pH升至12，將其加熱到55℃以上。當(dāng)加入綠色植物材料時(shí)，pH降至7-9.5。將該混合物發(fā)酵。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 5,863,434描述了通過(guò)在嗜冷厭氧工藝中降解而穩(wěn)定有機(jī)廢物的方法。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 6,071,418描述了用臭氧處理糞便的方法和系統(tǒng)，其中，在材料中引入需氧和厭氧區(qū)。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
US 6,171,499描述了改進(jìn)的發(fā)酵民用和工業(yè)廢物的方法。將廢物進(jìn)行厭氧消化，生產(chǎn)沼氣，生產(chǎn)的沼氣和天然氣一起用于燃?xì)鉁u輪機(jī)。使發(fā)酵材料脫水，淤漿進(jìn)入燃燒裝置。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
WO8400038描述了沼氣、脫氣和穩(wěn)定的肥料的生產(chǎn)方法。嗜熱降解發(fā)生在內(nèi)反應(yīng)器中，嗜溫降解發(fā)生在外反應(yīng)器中。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
WO8900548描述了在生產(chǎn)沼氣時(shí)利用Ca離子和Mg離子的方法。這些金屬離子能夠抑制泡沫的生成。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
WO9102582描述了生產(chǎn)氣體和通過(guò)洗滌氣體防止有害化合物散播到環(huán)境中的裝置和方法。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
WO9942423描述了生產(chǎn)沼氣的方法和裝置。將來(lái)自糞便的纖維和顆粒堆肥，將液體部分厭氧發(fā)酵、汽提氮?dú)狻Ｍㄟ^(guò)反滲透將P和K鹽用于肥料。該專利對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
www.igb.fhq.de/Uwbio/en/Manure.en.html描述了用糞便生產(chǎn)沼氣的方法。用來(lái)自脫氣糞便的固體部分生產(chǎn)堆肥。從液體部分中收集氮?dú)獠⒂米鞣柿?。可以用沉降式離心機(jī)從混合物中分離固體組分。該文獻(xiàn)對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
http//riera.ceeeta.pt/images/ukbio mass.htm描述了通過(guò)厭氫降解生產(chǎn)沼氣的方法。在系統(tǒng)中可以使用沉降式離心機(jī)。該文獻(xiàn)對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
www.biogas.ch/f+e/memen.htm描述了從固體組分中減少混合物的可能性。其中涉及旋轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)器、固定膜反應(yīng)器、超濾和反滲透。該文獻(xiàn)對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
www.biogas.ch(f+e/grasbasi.htm描述了青貯能源作物和糞便的厭氧降解以生產(chǎn)沼氣的方法。其中描述了兩個(gè)工藝1、將青貯能源作物切成1-3cm，加入含糞便的液體部分中。在35℃下使混合物發(fā)酵。2、不再加入液體而使糞便和青貯能源作物干發(fā)酵。該文獻(xiàn)對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
www.biogas.ch/f+e/2stede.htm描述了沼氣的生產(chǎn)方法。在旋轉(zhuǎn)篩鼓中水解和酸化有機(jī)廢物，來(lái)自篩鼓的液體部分連續(xù)進(jìn)行厭氧降解，生產(chǎn)沼氣。該文獻(xiàn)對(duì)本發(fā)明的許多方面沒(méi)有描述。其中，這適用于預(yù)處理如堿水解、動(dòng)物廄舍中的福利、在生產(chǎn)沼氣前汽提氨氣、防止形成鳥(niǎo)糞石等。并且通過(guò)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)燃機(jī)或設(shè)置的天然氣管道使用沼氣。
發(fā)明概述本發(fā)明描述一種利用能源作物的新方法，即，用動(dòng)物糞便在農(nóng)場(chǎng)規(guī)模的沼氣裝置中進(jìn)行厭氧共消化。該方法還包括淤漿分離，即，精煉動(dòng)物糞便中的養(yǎng)分。
本發(fā)明還可用于和動(dòng)物糞便/能源作物一起共消化動(dòng)物尸體、肉和骨粉等，從而提供一種處理動(dòng)物尸體等的方法，同時(shí)又能促進(jìn)用和作物、糞便等一起輸入的動(dòng)物廢物生產(chǎn)肥料。
該方法的設(shè)計(jì)使得其可以使用一年生飼料作物如甜菜、玉米或三葉草，及每公頃干料產(chǎn)率高于谷物的所有作物。飼料作物作為“綠色作物”在輪作中也是有益的。因此，本發(fā)明將論證當(dāng)使用閑置的用于生產(chǎn)能源作物的土地時(shí)的能源潛力。
在各種不同條件下的中心而明確的視點(diǎn)是基于本方案的沼氣生產(chǎn)方法與使用天然氣相比在將來(lái)具有競(jìng)爭(zhēng)力，從而具有商業(yè)上的吸引力，并且優(yōu)選不會(huì)有退步。另一個(gè)視點(diǎn)是這種能源生產(chǎn)在丹麥的能源消耗中占很大一部分，即，與天然氣的用量達(dá)到同一數(shù)量級(jí)(每年約150PJ)。除此之外還具有環(huán)境、動(dòng)物福利和食品安全方面的優(yōu)點(diǎn)。
Parsby估算過(guò)當(dāng)使用能源作物，特別是谷物時(shí)的能源潛力是每年50-80PJ。短期運(yùn)行時(shí)，這需要150000ha的面積，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，這需要300000ha的面積。但是，以在沼氣裝置中消化干料產(chǎn)率為15噸甜菜(包括頂部)/ha為基準(zhǔn)，能源潛力約為每年100PJ。來(lái)自共消化糞便的能量應(yīng)當(dāng)累加在其上(約25PJ)。當(dāng)使用新的甜菜品種時(shí)，干料產(chǎn)率大大超過(guò)目前的水平，即，25噸/ha數(shù)量級(jí)的產(chǎn)率。
本發(fā)明的核心是工藝的結(jié)合，這樣可以增加沼氣產(chǎn)量、汽提氨氣及隨后任選地進(jìn)一步利用和加工消化和汽提后的剩余物(廢水)。
本發(fā)明核心的特征是可以使更簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的工藝與本發(fā)明的核心集成在一起?？梢缘玫脚c傳統(tǒng)裝置相比具有優(yōu)異的能量和經(jīng)濟(jì)性能的簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的能量裝置。該能量裝置再與動(dòng)物廄舍(holdings)和農(nóng)田的管理集成在一起。因此，本發(fā)明包括多個(gè)方面。
在第一個(gè)優(yōu)選方面中，本發(fā)明可以用于抑制動(dòng)物微生物和寄生病原體如彎曲菌屬、沙門菌屬、耶爾森菌屬、螨菌屬及類似的微生物和寄生有機(jī)體在空氣和農(nóng)田內(nèi)的感染和傳播。因此，即使不能完全消除也能降低人類受感染的危險(xiǎn)。
在第二個(gè)優(yōu)選方面中，本發(fā)明可以用于減少糞便、飼料、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉等中含有的BSE蛋白感染素。預(yù)處理和消化相結(jié)合可以達(dá)到這一目的。作為這一方面的一部分，本發(fā)明提供了一種處理動(dòng)物尸體、屠宰場(chǎng)廢物等的可能性，這就可以開(kāi)發(fā)動(dòng)物尸體中含有的養(yǎng)分作為肥料。用這種方法處理廢物的先決條件是在本發(fā)明的方法中減少和/或消除動(dòng)物尸體、肉和骨粉等及糞便、飼料、屠宰場(chǎng)廢物等中含有的BSE蛋白感染素。根據(jù)本發(fā)明，預(yù)處理和消化相結(jié)合可以達(dá)到這一目的。該方法是目前在中心裝置加工動(dòng)物尸體并生產(chǎn)主要用作動(dòng)物食品的各種產(chǎn)品如肉和骨粉的方法(但現(xiàn)在已被EU委員會(huì)禁止)的替代性方法。
在第三個(gè)優(yōu)選方面中，本發(fā)明可以用于從動(dòng)物糞便中分離主要養(yǎng)分氮(N)和磷(P)，并且將這些養(yǎng)分精煉成工業(yè)級(jí)的肥料產(chǎn)品。
在第四個(gè)優(yōu)選方面中，本發(fā)明可以用于以包括所有種類的動(dòng)物糞便、能源作物、作物殘?jiān)推渌袡C(jī)廢物的有機(jī)底物為原料大量生產(chǎn)沼氣。
在第五個(gè)優(yōu)選方面中，本發(fā)明可以用于確保圈養(yǎng)在動(dòng)物廄舍中的動(dòng)物的最佳福利和健康，同時(shí)又能減少粉塵和氣體如氨氣的排放?？梢酝ㄟ^(guò)在動(dòng)物廄舍里沖洗或再循環(huán)廢水來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。
在第六個(gè)優(yōu)選方面中，本發(fā)明可以受益于與本發(fā)明的各個(gè)方面相關(guān)的所有優(yōu)點(diǎn)。
在進(jìn)一步優(yōu)選的方面中，可以優(yōu)選使核心發(fā)明與上述任一或更多的其它方面相結(jié)合。
附圖簡(jiǎn)述

圖1公開(kāi)了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，在飼養(yǎng)包括家畜如豬、牛、馬、山羊、綿羊的動(dòng)物和/或包括雞、火雞、鴨、鵝等的家禽的廄舍或畜欄(1)中產(chǎn)生的優(yōu)選是淤漿形式的糞便被轉(zhuǎn)移至一個(gè)或兩個(gè)第一預(yù)處理槽(2)和/或第二預(yù)處理槽(3)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，工作原理是優(yōu)選以包括水如用于清潔廄舍或畜欄的廢水的淤漿形式的糞便加入包括汽提罐的第一預(yù)處理槽，通過(guò)向汽提罐中加入如CaO和/或Ca(OH)2汽提氨氣。但是，也可以在淤漿進(jìn)入第一預(yù)處理槽或汽提罐之前向淤漿中加入CaO和/或Ca(OH)2。
在加入CaO和/或Ca(OH)2的同時(shí)，或者在其后期，對(duì)包括汽提罐的預(yù)處理槽進(jìn)行汽提和/或加熱，汽提的N或氨氣在儲(chǔ)存于分離池(11)之前優(yōu)選被吸收。包括氨氣的汽提N優(yōu)選在導(dǎo)入儲(chǔ)存用的分離池之前吸收在第一預(yù)處理槽中所包括的汽提罐中的一個(gè)塔中。
在厭氧發(fā)酵過(guò)程中微生物難以消化的有機(jī)物在導(dǎo)入包括上述汽提罐的第一預(yù)處理槽(2)之前優(yōu)選在第二預(yù)處理槽(3)中預(yù)處理。這樣的有機(jī)物一般包括大量的如纖維素和/或半纖維素和/或木質(zhì)素，例如，每單位干重的有機(jī)物如麥桿、包括玉米的作物、作物廢物及其它固體有機(jī)物中優(yōu)選有超過(guò)50％(w/w)的纖維素和/或半纖維素和/或木質(zhì)素。隨后從預(yù)處理的有機(jī)物中汽提包括氨氣的N。
在第一和第二預(yù)處理槽中，淤漿都進(jìn)行熱和堿水解。但是，第二預(yù)處理槽中的溫度和/或壓力高得多，因此，優(yōu)選將第二預(yù)處理槽設(shè)計(jì)成耐高壓的封閉體系。
最后，經(jīng)過(guò)上述預(yù)處理的淤漿優(yōu)選導(dǎo)入至少一個(gè)嗜熱反應(yīng)器(6)和/或至少一個(gè)嗜溫沼氣反應(yīng)器(6)。隨后在反應(yīng)器內(nèi)厭氧消化淤漿，同時(shí)生成沼氣，即，主要由甲烷組成，還任選地包括少量二氧化碳的氣體。沼氣反應(yīng)器優(yōu)選構(gòu)成用于改善用有機(jī)物底物生產(chǎn)能量的能量裝置的一部分。
沼氣可導(dǎo)入內(nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的能量可用于加熱汽提罐。但是，沼氣還可以導(dǎo)入商用沼氣管道系統(tǒng)，供給家庭和工業(yè)用戶。
厭氧發(fā)酵的剩余物仍然是包括固體和液體的淤漿形式，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將剩余物導(dǎo)入至少一個(gè)用于固體和液體分離的沉降式離心機(jī)(7)。這種分離的一種結(jié)果是至少得到幾乎只包括P(磷)的半固體部分，例如，至少得到優(yōu)選包括大于50％(w/w)P(12)的半固體部分。在同一步驟(7)中，或者在另一個(gè)沉降式離心分離步驟(8)中，優(yōu)選至少還可以得到幾乎只包括K(鉀)的半固體部分，例如，至少得到包括大于50％(w/w)K(13)的半固體部分。在包括噴霧干燥或淤漿干燥的干燥步驟后得到的優(yōu)選是顆粒形式的這些部分優(yōu)選包括其純度是商業(yè)上可接受的適用于工業(yè)肥料(10)的P和/或K。這些肥料可以播撒在作物或農(nóng)田里。同樣來(lái)自沉降式離心分離步驟的液體(9)如廢水也可以流入農(nóng)田，也可以將其導(dǎo)回畜欄或動(dòng)物廄舍，或?qū)胛鬯幚硐到y(tǒng)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以用來(lái)自盛有可發(fā)酵的有機(jī)物的青貯槽(4)的有機(jī)物供給第一預(yù)處理槽。將這些有機(jī)物導(dǎo)入第一預(yù)處理槽可以包括涉及厭氧發(fā)酵的步驟，例如，能夠從青貯飼料中脫除氣體的嗜熱發(fā)酵槽。另外，麥桿和如來(lái)自農(nóng)田的作物廢料(5)還可以先導(dǎo)入畜欄或動(dòng)物廄舍，然后導(dǎo)入第一和/或第二預(yù)處理槽。
圖2示出基本上與圖1相同的一個(gè)實(shí)施方案，其差別在于在沉降式離心分離后只收集磷(P)，廢水形式的水收集在用于進(jìn)一步凈化的分離池中，這包括進(jìn)一步除N、除臭和除去大部分剩余固體。這可以通過(guò)如厭氧發(fā)酵進(jìn)行。在這一階段還可以從液體中分離鉀(K)。
圖3示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其包括一個(gè)簡(jiǎn)化的聯(lián)合沼氣和淤漿分離系統(tǒng)的方法。在該實(shí)施方案中，沒(méi)有使用沼氣發(fā)酵罐，在預(yù)處理槽1(2)和/或預(yù)處理槽2(3)中預(yù)處理得到的固體在汽提包括氨氣的N后進(jìn)行沉降式離心分離(4和5)，汽提的包括氨氣的N收集在分離池(8)中，分離后得到至少包括P和K的半固體部分(9和10)。
在圖4所示的一個(gè)實(shí)施方案中，在如圖3所示的實(shí)施方案所述的沉降式離心分離后沒(méi)有分離出鉀(K)。無(wú)論怎樣都可以從隨后收集的廢水中進(jìn)一步分離K。
圖5和6示出本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。下面將詳述其各個(gè)組成。
下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施方案。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及下述的多個(gè)獨(dú)立方面。
第一個(gè)方面(消毒)第一個(gè)方面包括一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由第一個(gè)裝置、飼養(yǎng)包括家畜如豬和牛的動(dòng)物的廄舍或畜欄、和/或主要用于汽提氨氣和預(yù)處理底物的第二個(gè)裝置和/或主要是用于改善用底物生產(chǎn)能量的能量裝置的第三個(gè)裝置組成。
該系統(tǒng)優(yōu)選由動(dòng)物廄舍、汽提罐和沼氣反應(yīng)器組成。其它部件可包括用于向淤漿中加入CaO或Ca(OH)2的裝置、基于如硫酸運(yùn)行的吸收塔、用于氨水濃縮物的儲(chǔ)罐和用于消化淤漿的儲(chǔ)罐。
生產(chǎn)的沼氣可以理想地用于在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生電流和熱量，優(yōu)選將電流售給電網(wǎng)，優(yōu)選用熱量加熱如淤漿和/或動(dòng)物廄舍。本發(fā)明的能量裝置在每單位裝置中處理的底物所產(chǎn)生的能量方面具有優(yōu)異的性能。這種優(yōu)異性能是通過(guò)將要消化的底物(無(wú)論是動(dòng)物糞便或其它有機(jī)底物)的預(yù)處理與在厭氧消化前從底物中汽提氨氣相聯(lián)合而取得的。
下面將詳述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明消毒方面的核心部分是預(yù)處理，其包括單獨(dú)的或聯(lián)合的多個(gè)下面將要詳述的各個(gè)預(yù)處理步驟從動(dòng)物廄舍移出的淤漿的預(yù)處理可以包括下述步驟的任意一個(gè)或多個(gè)1)汽提氨氣，2)水解有機(jī)物，3)為淤漿消毒，4)減少泡沫的形成，5)絮凝，6)沉淀P，和7)防止形成鳥(niǎo)糞石。
工作原理是淤漿從第一個(gè)裝置導(dǎo)入汽提罐，通過(guò)加入CaO或Ca(OH)2汽提氨氣。汽提的氨氣在儲(chǔ)存于罐中之前在一個(gè)塔中被加熱和吸收。同時(shí)，優(yōu)選用石灰蒸煮機(jī)對(duì)淤漿進(jìn)行熱和堿水解。最后將預(yù)處理的淤漿導(dǎo)入由一個(gè)或兩個(gè)嗜熱/嗜溫沼氣反應(yīng)器組成的第三個(gè)裝置，在這里對(duì)淤漿進(jìn)行厭氧消化，同時(shí)生產(chǎn)沼氣，即，主要由甲烷組成，還包括少量二氧化碳的氣體。將沼氣導(dǎo)入內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的熱量用于加熱汽提罐。產(chǎn)生的電流售給電網(wǎng)。
當(dāng)牛和家禽廄舍的厚墊草的大部分是麥桿(可能還有鋸屑)時(shí)，在沼氣裝置中將這些糞便優(yōu)化用作生產(chǎn)甲烷的底物之前必須將其進(jìn)行特定的預(yù)處理。在這方面，石灰加壓蒸煮代表一種優(yōu)選的預(yù)處理方法。因此，可以以更有效的方法用以該技術(shù)處理的厚墊草生產(chǎn)甲烷，并且可以增加沼氣產(chǎn)量。還可以確保尿酸和尿素分解成氨氣，可以確保蛋白質(zhì)和其它底物溶解。從而可以確保用氨氣汽提工藝將來(lái)自厚墊草的無(wú)機(jī)氮收集在N濃縮物中。
因此，從厚墊草和家禽糞便中得到可用于農(nóng)作物的N量會(huì)大幅增加。據(jù)估計(jì)潛在的利用效率可增至約90％，其它在本發(fā)明的沼氣和淤漿分離裝置中處理的糞便也是同樣的情況。
一種替代性方法是在將家禽糞便通向汽提罐之前可在第一個(gè)嗜熱或嗜溫反應(yīng)器中將其消化。這取決于糞便質(zhì)量和由于兩種不同處理方法所要達(dá)到的尿酸分解程度。該裝置運(yùn)行一段時(shí)間后獲得的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)能夠澄清這一點(diǎn)。重要的是強(qiáng)調(diào)可處理所有類型的糞便和能源作物的裝置的多功能性。
其技術(shù)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，因?yàn)檠b備有均用防銹和防酸鋼制成的浸漬機(jī)的螺旋運(yùn)輸機(jī)將生物質(zhì)送往石灰蒸煮機(jī)，通過(guò)噴入180-200℃的蒸汽將生物質(zhì)加熱。對(duì)于要處理的物質(zhì)來(lái)說(shuō)必須在5-10分鐘內(nèi)使其壓力保持10-16巴。
建造的單元應(yīng)當(dāng)能夠產(chǎn)生溫度間隔為100-200℃的溫度和壓力。從而可以在適當(dāng)考慮能量使用、焦油形成和技術(shù)參數(shù)的條件下調(diào)節(jié)要在本發(fā)明的裝置中消化的不同生物質(zhì)的處理方法。
泡沫的形成代表了沼氣裝置中的一個(gè)普通問(wèn)題。在沼氣裝置，特別是當(dāng)供入大量來(lái)自如能源作物的生物質(zhì)的沼氣裝置中，一種優(yōu)選的控制泡沫形成的試劑是菜油，菜油除具有控制泡沫的作用外還是形成甲烷氣體的底物。和許多鹽一樣，Ca離子也可以非常有效地控制泡沫。除具有上述其它作用外，本發(fā)明一種優(yōu)選的泡沫控制劑是Ca(OH)2和/或CaO。將Ca離子加入淤漿據(jù)信還能加速片狀物的形成及促進(jìn)細(xì)菌粘附在有機(jī)顆粒上，從而可以改進(jìn)厭氧消化性能。
因此，如果因?yàn)樯a(chǎn)大量氣體而使得在工藝中需要進(jìn)行附加的泡沫控制和/或絮凝，則可以用Ca和/或菜油直接加入發(fā)酵罐。加入Ca(OH)2或CaO還能沉淀重碳酸鹽如CaCO3。這樣就可以降低溶液及氣相中的CO2濃度，有助于通過(guò)降低二氧化碳排放量而減少泡沫的形成。
與汽提氨氣和消毒淤漿相關(guān)聯(lián)，加入Ca(OH)2或CaO還能沉淀正磷酸鹽，即溶解的P(PO4-)。這些P顆?？梢詰腋≡谟贊{和其它片狀物中。用Ca還能有限地降低化學(xué)需氧量(COD)，這意味著Ca不僅僅能夠沉淀正磷酸鹽，還能夠沉淀其它鹽。
可以認(rèn)為不管各種廢物之間有多大的化學(xué)差別，簡(jiǎn)單的熱處理，特別是和堿水解結(jié)合的熱處理能夠增加氣體產(chǎn)量。另外，可以認(rèn)為在預(yù)處理過(guò)程中高溫和高pH的結(jié)合與單獨(dú)的無(wú)論是嗜熱或嗜溫的厭氧消化相比都能夠更有效地對(duì)有機(jī)物消毒。
應(yīng)當(dāng)注意丹麥環(huán)境能源部發(fā)布的第823號(hào)法令，該法令規(guī)定，受控消毒應(yīng)當(dāng)在70℃下停留1小時(shí)。鑒于此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在隨后的兩種厭氧消化(嗜熱或嗜溫)前的處理是在70℃下停留1周，可以認(rèn)為這樣的處理能夠完全消除所有已知的獸醫(yī)和/或人體微生物和動(dòng)物傳染病原體。優(yōu)選還能完全消除BSE蛋白感染素，或者至少能夠大大減少其數(shù)量。
總體效果是當(dāng)將糞便應(yīng)用于農(nóng)田時(shí)，淤漿中的所有傳染性有機(jī)體都已完全消除，因此不會(huì)向環(huán)境中傳播。為了保持畜欄等的清潔，還可以用消化后的淤漿沖洗第一個(gè)裝置(動(dòng)物廄舍)。從而可以防止動(dòng)物之間的交叉感染。還可以進(jìn)一步利用水漂洗動(dòng)物和畜欄、排氣口等。其效果是能夠防止臭氣、粉塵和傳染劑的排放。這是可能的，因?yàn)榫哂醒a(bǔ)充水的淤漿不應(yīng)當(dāng)儲(chǔ)存農(nóng)田吸收速度所許可的期間。沒(méi)有N的淤漿可以整年向農(nóng)田散播。
但是在第一個(gè)方面中，為了允許其隨后向農(nóng)田散播，優(yōu)選進(jìn)行預(yù)處理，從而將淤漿消毒。
很明顯本發(fā)明涉及各個(gè)不同的方面，它們可以單獨(dú)或聯(lián)合地構(gòu)成具有專利性的發(fā)明。下面的部分包括對(duì)本發(fā)明一個(gè)方面的各個(gè)不同部分(組成)的描述。圖5和6給出了各個(gè)組成的總圖。
應(yīng)當(dāng)理解的是，所選擇的組成能夠形成本發(fā)明其它方面的基礎(chǔ)。決不能把本發(fā)明限定為下面所述的所有列舉組成的結(jié)合。當(dāng)本發(fā)明僅涉及下述組成中的其中一些時(shí)，這一點(diǎn)從說(shuō)明書中可以明顯地看出。這些方面的非限定性實(shí)施例包括濃縮N(氮)和/或P(磷)和/或K(鉀)的裝置；基于汽提罐、石灰蒸煮機(jī)和發(fā)酵罐的組成的能量生成；和動(dòng)物福利/廢水處理。
其中還應(yīng)當(dāng)理解的是，涉及消毒的下述方面不一定都包括所有下述組成。還應(yīng)當(dāng)理解的是，涉及消毒的方面包括僅僅一些下述組成的結(jié)合。
動(dòng)物廄舍動(dòng)物廄舍(組成編號(hào)為1)用于提供最佳的食品安全和食品質(zhì)量，為廄舍內(nèi)的工作人員提供最佳的動(dòng)物福利和工作條件，提供最佳的淤漿管理，適用于在綠色農(nóng)場(chǎng)能源工廠內(nèi)處理，并且能夠減少向外部環(huán)境的排放量(氨氣、粉塵、臭氣、甲烷、一氧化二氮及其它氣體)。
廄舍系統(tǒng)可以由一個(gè)或多個(gè)早期斷奶廄舍組成，總共有10個(gè)設(shè)計(jì)為每年生產(chǎn)250家畜單位的部分。每一個(gè)部分圈養(yǎng)如640頭小豬(7-30kg)或320頭月巴豬(30-98kg)。
預(yù)計(jì)每年可產(chǎn)生約10000m3淤漿。除此之外，應(yīng)當(dāng)有5000-10000m3生產(chǎn)用水通過(guò)這些廄舍循環(huán)。廄舍系統(tǒng)優(yōu)選能夠滿足下面這些主要條件1)雙氣候系統(tǒng)優(yōu)選將這些畜欄設(shè)計(jì)為雙氣候系統(tǒng)。畜欄后端應(yīng)當(dāng)裝備可調(diào)的覆蓋物，使豬有機(jī)會(huì)在有覆蓋物的較溫暖環(huán)境和畜欄其它部分的較寒冷環(huán)境之間選擇。溫差應(yīng)當(dāng)是5-10℃。
當(dāng)小豬長(zhǎng)到約30kg時(shí)，覆蓋物應(yīng)當(dāng)用于提供通常更冷的動(dòng)物廄舍。覆蓋物可以使豬保持溫暖。通過(guò)供給更冷的溫度，可以在更冷的環(huán)境期間增加通風(fēng)。
2)消遣優(yōu)選用自動(dòng)裝置為豬提供麥桿。從而刺激其尋找和挖掘行為，因?yàn)樗鼈冏约簯?yīng)當(dāng)從自動(dòng)裝置中挑出麥桿。麥桿還作為能量工廠中的能源。
3)加熱優(yōu)選將來(lái)自能量工廠的熱量再循環(huán)至動(dòng)物廄舍。這種熱量可以由兩個(gè)單獨(dú)的循環(huán)系統(tǒng)供給。一個(gè)位于覆蓋物下，其溫度是30-35℃，該系統(tǒng)為豬提供舒適的微氣候，使地板保持干燥，并且抑制細(xì)菌在地板上的生長(zhǎng)。第二個(gè)系統(tǒng)利用沿廄舍墻壁的管道將熱量供給整個(gè)空域。第二個(gè)循環(huán)與通風(fēng)控制相偶聯(lián)。
4)淋浴優(yōu)選在板條上方安裝淋浴器。這些板條覆蓋地板總面積的1/4。這樣能夠促使豬在板條上方便，而不在實(shí)心地板上方便。淋浴水將糞便沖入下水道，防止臭味、氨氣損失等。清潔的實(shí)心地板能夠大大減少糞便中的病原體如Slamonella、Lavsonia等可能引起的傳染。
5)沖洗優(yōu)選一天沖洗幾次糞便下水道。用來(lái)自能量工廠的生產(chǎn)用水沖洗下水道。糞便通過(guò)閥門流向中央下水道。
6)下水道的設(shè)計(jì)用V型下水道減小糞便表面，同時(shí)還可以最優(yōu)化地沖洗下水道。這一點(diǎn)對(duì)于減少動(dòng)物廄舍的排放量是關(guān)鍵。
7)通風(fēng)設(shè)計(jì)通風(fēng)口，使最大通風(fēng)量的20％向下經(jīng)由板條進(jìn)入雙V下水道之間的中央通風(fēng)室。在全年的60-80％時(shí)間內(nèi)，最大通風(fēng)量的20％就足以提供緩慢通風(fēng)。
8)飼養(yǎng)用隨意供應(yīng)飼料的濕加料設(shè)備供給飼料。
淤漿收集槽淤漿收集槽(組成編號(hào)為2)的功能是收集來(lái)自每天沖洗動(dòng)物廄舍的淤漿，并且作為泵入主接收槽之前的緩沖器。淤漿通過(guò)重力作用流入收集槽。其體積可以是任何適當(dāng)?shù)捏w積，如50m3。該槽可以用混凝土制成，并且可以置于動(dòng)物廄舍的地板下面，使來(lái)自動(dòng)物廄舍的淤漿可以通過(guò)重力作用流入收集槽。
主接收槽優(yōu)選將收集槽中的淤漿泵入主接收槽(組成編號(hào)為3)。還可以向接收槽中加入來(lái)自其它農(nóng)場(chǎng)/裝置的其它類型的液體糞便/廢物。任選的物質(zhì)有水貂淤漿、牛淤漿、糖漿、酒糟、青貯飼料等。用卡車將這些物質(zhì)輸送至接收槽，直接加入接收槽。其體積/容積可以是任何適當(dāng)?shù)捏w積，如約1000m3。淤漿在汽提罐中的高度優(yōu)選控制泵，這些泵能夠?qū)⒂贊{從接收槽中抽出?？梢允止せ蜃詣?dòng)調(diào)節(jié)劑量，在這些條件下其最大容積可以是任何適當(dāng)?shù)捏w積。
加入CaO當(dāng)淤漿從接收槽3泵入汽提罐時(shí)，為了提高pH，向淤漿中加入石灰。優(yōu)選將石灰的總加入量調(diào)節(jié)至30-60g CaO/kg TS。供應(yīng)的石灰優(yōu)選是粉末，從而可以將其從卡車噴入筒倉(cāng)。筒倉(cāng)的體積/容積可以是如約50-75m3。30-60gCaO/kg TS的劑量對(duì)應(yīng)于對(duì)于帶有6％TS的3.5m3/h的淤漿容積來(lái)說(shuō)每小時(shí)加入約6-12kg CaO。
當(dāng)直接加入淤漿(6％TS)中時(shí)，石灰劑量約為60g/kg TS產(chǎn)率(約8.8kgCaO/h)。但優(yōu)選將石灰直接加入堿性加壓消毒和水解單元。當(dāng)將石灰直接加入加壓?jiǎn)卧?E-介質(zhì)中持有20-70％TS)，石灰劑量約為30-60g/kg TS。60g/kgd.m.約等于每批342kg CaO，而30g/kg d.m.約等于每批171kg CaO。
天平裝置優(yōu)選應(yīng)當(dāng)用天平(組成編號(hào)為5)對(duì)引入的E-介質(zhì)(含有能量的有機(jī)物)稱重。供應(yīng)商優(yōu)選將供給裝置的介質(zhì)進(jìn)行分類，即厚墊草、能源作物等各種類型。
應(yīng)當(dāng)通過(guò)在控制面板上選擇相關(guān)的E-介質(zhì)進(jìn)行分類。根據(jù)供應(yīng)商的登記面板，記錄收到的E-介質(zhì)的重量及介質(zhì)的種類。
控制面板以此將每一種E-介質(zhì)分類(參見(jiàn)堿水解)·能源潛力·需要的加熱時(shí)間·需要的停留時(shí)間厚墊草和能源作物的接收站接收站(組成編號(hào)為6)應(yīng)當(dāng)接收來(lái)自如家禽或其它動(dòng)物的厚墊草和能源作物。接收站優(yōu)選是在地板上裝備有幾個(gè)螺旋運(yùn)輸機(jī)的大筒倉(cāng)?？ㄜ嚳梢詫⑵湄?fù)載的所有E-介質(zhì)全部直接加入筒倉(cāng)。在這些條件下其體積/容積可以是任何適當(dāng)?shù)捏w積，例如，E-介質(zhì)(約51.5％TS)的年容積約為9800噸。筒倉(cāng)的體積可以從幾立方米至約對(duì)應(yīng)于幾天(65h)容積的100m3。筒倉(cāng)材料優(yōu)選是混凝土/鋼鐵。
用于能源作物的筒倉(cāng)用于能源作物的筒倉(cāng)(組成編號(hào)為7)為能源作物提供儲(chǔ)存裝置。優(yōu)選將這些作物青貯。其體積/容積可以是如約5000-10000m3。筒倉(cāng)可以是封閉的隔室，從這些隔室可以收集青貯飼料的汁液，然后將其泵入接收槽。
厚墊草和能源作物的運(yùn)輸和均質(zhì)化系統(tǒng)厚墊草和能源作物的運(yùn)輸和均質(zhì)化系統(tǒng)(組成編號(hào)為8)優(yōu)選接收來(lái)自接收站地板上螺旋運(yùn)輸機(jī)的E-介質(zhì)。可以用其它螺旋運(yùn)輸機(jī)將E-介質(zhì)輸送至蒸煮單元，同時(shí)優(yōu)選用集成浸漬機(jī)浸漬。在這些條件下其體積/容積可以是任何需要的體積，包括約1.5m3E-介質(zhì)/h或8200噸E-介質(zhì)/年。運(yùn)輸和均質(zhì)化系統(tǒng)的容積優(yōu)選不低于約30m3/h。應(yīng)當(dāng)用三個(gè)基本參數(shù)控制E-介質(zhì)的加入量，即體積、單位體積的重量和時(shí)間。從這些參數(shù)可以得到單位時(shí)間的體積、時(shí)間、總體積和重量。
堿性加壓消毒和水解單元堿性加壓消毒和水解單元(組成編號(hào)為9)應(yīng)當(dāng)主要用于兩個(gè)目的即，第一，消除E-介質(zhì)，特別是各種家禽或其它動(dòng)物產(chǎn)品中的微生物病原體；第二，為了能夠在發(fā)酵罐中將其微生物降解，同時(shí)水解墊草的結(jié)構(gòu)組分。
如果加入裝置的廢物中存在有BSE蛋白感染素，則該單元還優(yōu)選應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⑵湎蛘咧辽俅蟠鬁p少其數(shù)量。這些廢物包括加工動(dòng)物時(shí)生成的不能用于消費(fèi)的肉和骨粉、動(dòng)物脂肪或類似產(chǎn)品。
加壓消毒器中的填充物由運(yùn)輸和均質(zhì)化系統(tǒng)提供，運(yùn)輸和均質(zhì)化系統(tǒng)將E-介質(zhì)輸送至天平裝置部分所定義的相應(yīng)類型的E-介質(zhì)中。
壓力蒸煮單元由兩個(gè)相同的單元組成，即，兩個(gè)拉長(zhǎng)的帶有中心螺桿的管狀水平腔室。為了易于裝載下面的管，以一個(gè)在另一個(gè)上面的方式將兩個(gè)管固接。這些單元被下側(cè)的艙口覆蓋。該艙口應(yīng)當(dāng)能夠?qū)?lái)自艙口下的蒸汽熱引向介質(zhì)。
石灰從CaO筒倉(cāng)加入上面的蒸煮單元，即，每批加入342kg石灰。
下面的管接收來(lái)自上面單元的預(yù)熱E-介質(zhì)。
將下面的單元排空，使E-介質(zhì)進(jìn)入體積為25m3的小混合槽。E-介質(zhì)在這里與來(lái)自接收槽3的淤漿混合，然后將混合物泵入汽提罐。
CaO管包括一個(gè)支管，使得CaO能夠直接加入這兩個(gè)管下面的混合容器?；旌锨皇矣糜诨旌舷镜腅-介質(zhì)和來(lái)自接收槽的原淤漿，以提供均質(zhì)化生物質(zhì)，并且重新利用E-介質(zhì)的熱量。
關(guān)鍵的工藝參數(shù)是E-介質(zhì)的干料含量、溫度、壓力和pH。在大范圍的各種可能組合中，最佳參數(shù)設(shè)定為溫度為160℃，壓力為6巴，干料含量約為30％，pH約為12。
消毒單元中的停留時(shí)間由幾個(gè)時(shí)間段組成1、填充時(shí)間；2、在上面管中的預(yù)熱時(shí)間；3、在下面管中的加熱時(shí)間；4、在選擇的溫度和壓力下的停留時(shí)間；5、釋壓時(shí)間；6、排空時(shí)間；和7、CIP時(shí)間。
填充時(shí)間段由將E-介質(zhì)輸送至加壓消毒器并與加入的淤漿相混合所需要的時(shí)間組成。填充時(shí)間應(yīng)當(dāng)約為10分鐘。填充后，應(yīng)當(dāng)在6巴的壓力下將E-介質(zhì)加熱到160℃。在上面管中進(jìn)行預(yù)熱，然后在下面管中進(jìn)行最終加熱。加熱時(shí)間預(yù)計(jì)約為30-40分鐘。
在所需溫度和壓力下的停留時(shí)間應(yīng)當(dāng)約為40分鐘(在160℃的溫度和6巴的壓力下)。
釋壓時(shí)間約為10分鐘。將壓力釋放入汽提罐。
操作螺旋運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行排空。
CIP時(shí)間。有時(shí)候進(jìn)行清潔，通常不需要。
加壓蒸煮機(jī)的體積是每單元10m3。填充程度約為75-90％?；旌先萜鞯捏w積是25m3。
下面示出一個(gè)操作條件的例子。


為了控制消毒單元，在供應(yīng)商登記E-介質(zhì)的面板上優(yōu)選應(yīng)當(dāng)定義下述事項(xiàng)E-介質(zhì)的重量、體積和類別。從而可以對(duì)輸送至加壓蒸煮機(jī)的每一種E-介質(zhì)定義下述事項(xiàng)-每一種E-介質(zhì)的能源潛力-需要的加熱時(shí)間-需要的停留時(shí)間-和淤漿混合需要的混合時(shí)間-根據(jù)E-介質(zhì)所需要使用的能量-填充程度，來(lái)自雷達(dá)/微波計(jì)的信號(hào)-基于操作員的目測(cè)的經(jīng)驗(yàn)值用于加壓消毒的E-介質(zhì)和原淤漿的混合槽在加壓?jiǎn)卧羞M(jìn)行消毒和水解后，處理后的生物質(zhì)可以膨脹進(jìn)入優(yōu)選位于加壓?jiǎn)卧旅娴幕旌喜?組成編號(hào)為10)。為了在生物質(zhì)膨脹進(jìn)入混合槽之前收集氨氣和將熱量傳遞到汽提罐，可以將過(guò)多的壓力(蒸汽)釋放入汽提罐。
混合槽的目的是將來(lái)自接收槽的冷原淤漿與熱的消毒E-介質(zhì)混合，以進(jìn)行熱傳遞(熱量的再使用)和混合這兩種介質(zhì)。
其體積/容積是如約25m3?？梢允褂萌魏魏线m的材料，包括絕緣玻璃纖維。工作溫度一般約為70-95℃。
用于液體生物質(zhì)的槽在整個(gè)工廠的開(kāi)工階段，應(yīng)當(dāng)用用于液體生物質(zhì)的槽(組成編號(hào)為11)中盛有的液體生物質(zhì)保證足夠高的沼氣產(chǎn)量。但是，當(dāng)這些液體生物質(zhì)可以得到時(shí)，有時(shí)也可以使用這樣的液體生物質(zhì)。液體生物質(zhì)包括如魚油、動(dòng)物或植物油脂。也可以使用酒糟和糖漿，但是不優(yōu)選使用酒糟和糖漿，因?yàn)槠渌趾枯^高，導(dǎo)致每kg產(chǎn)品的潛能低。
其體積/容積一般約為50m3。適用于該槽的材料是不銹鋼。槽內(nèi)的物質(zhì)優(yōu)選是液體和粒徑最大為5mm的固體。優(yōu)選設(shè)置有控制溫度用的攪拌和加熱系統(tǒng)，如發(fā)酵罐的進(jìn)料泵。溫度優(yōu)選應(yīng)當(dāng)是至少75℃，使得油狀或脂狀生物質(zhì)能夠泵入發(fā)酵罐。
汽提和消毒槽優(yōu)選用汽提和消毒槽(組成編號(hào)為12)接收下述介質(zhì)-來(lái)自接收槽3的淤漿和/或-來(lái)自加壓蒸煮機(jī)的E-介質(zhì)，和/或-可能來(lái)自液體生物質(zhì)槽的液體生物質(zhì)，和/或-來(lái)自分離槽或可能是來(lái)自K分離后的廢水。
該槽的目的是通過(guò)加熱來(lái)自接收槽3的淤漿而使加壓蒸煮機(jī)中使用的熱量再生，使E-介質(zhì)與淤漿混合從而生成供入發(fā)酵罐的均質(zhì)化原料，在向發(fā)酵罐供料之前控制pH，將淤漿消毒。
步驟I是用汽提和消毒槽汽提氨氣，步驟II是將氣體導(dǎo)入通常用于最終汽提工藝的吸收塔。消除微生物病原體，制備用于厭氧消化的介質(zhì)/淤漿。
目前優(yōu)選的一種汽提和消毒槽的形狀是底部/地板-隔熱的混凝土圓錐形，向下的角度是20度-減弱的攪拌/從地板中除去砂子，或者根據(jù)乳牙象狀(mummut)泵系統(tǒng)除去砂子-置于底部中的砂濾器，通過(guò)外部管線連接可以將其排空，還可以通過(guò)該砂濾器將槽排空。
頂部/頂蓬-夾層隔熱異脂類(Isofatalic)聚酯(包覆泡沫)的圓錐形結(jié)構(gòu)。錐角約為10度。
-安裝噴水系統(tǒng)，避免在攪拌工藝和普通工藝中產(chǎn)生泡沫。
-置于圓錐頂部上的慢速攪拌系統(tǒng)，確保最佳均質(zhì)化、氨氣的最佳蒸發(fā)和熱量在介質(zhì)中的最佳分布。
-氨氣通過(guò)管道中的濕氣輸送至吸收單元。
側(cè)面/墻壁-夾層隔熱異脂類聚酯(包覆泡沫)的圓柱形結(jié)構(gòu)。
-在槽內(nèi)的圓柱體環(huán)形面內(nèi)安裝約600米5/4″的加熱管，用于加熱介質(zhì)。
-安裝一些溫度傳感器，用于調(diào)節(jié)加熱過(guò)程。
-安裝pH測(cè)量計(jì)，用于調(diào)節(jié)加入介質(zhì)中的酸。
-在底部圓柱體外壁上安裝隔熱閥/泵站。
-在槽的中間設(shè)置氨氣蒸汽分散器。堿性消毒和水解單元中生成的氨氣蒸汽分散到介質(zhì)中。
體積/容積該圓柱體墻壁的內(nèi)徑約為12m，其高為9m。這意味著包括底部圓錐形在內(nèi)的槽處理體積約為1000m3。
淤漿和E-介質(zhì)的水力停留時(shí)間約為7天，絕對(duì)最小停留時(shí)間約為1小時(shí)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，底部基本上是用混凝土、臂鐵和耐壓隔熱材料制成。為了防止混凝土和臂鐵受到腐蝕損壞，用異脂類聚酯涂覆與介質(zhì)接觸的表面。底部安裝的所有管線都是聚酯或不銹鋼的。頂部和底部基本上都是夾層隔熱異脂類聚酯(包覆泡沫)結(jié)構(gòu)。安裝的所有管線都是聚酯或不銹鋼的。
其它部件-用不銹鋼制成的攪拌部件-用涂層的軟鋼和/或不銹鋼制成的加熱部件-安裝在槽內(nèi)的用不銹鋼制成的所有其它部件在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在該系統(tǒng)中從淤漿汽提氨氣的缺省參數(shù)值是溫度約為70℃；pH約為10-12；液氣比＜1∶400，操作1周，得到大于90％的效率。
下面列出可想象的運(yùn)行條件的一個(gè)例子介質(zhì)所有分出的液態(tài)動(dòng)物糞便和加壓消毒的固體或液體E-介質(zhì)，各種液體有機(jī)廢物，CaO。
運(yùn)行溫度70-80℃運(yùn)行氣體的組合80％NH4，15％CO2，3％O2，2％的其它氣體隔熱k值0.20W/m2K運(yùn)行的最大壓力+20毫巴(絕對(duì)壓力)(沒(méi)有真空)介質(zhì)中的最大粘度15％TS堿/酸范圍5-10pH介質(zhì)中的初始研磨劑(不包括砂子)1-2％加熱部件中的最大溫度90℃加熱部件中的最大功率600kW傳遞效果7.5kW/20-25rpm汽提和消毒槽為發(fā)酵罐供應(yīng)用于發(fā)酵的處理材料。在時(shí)控工藝中，該材料被輸送至發(fā)酵罐。這些材料的需要量取決于發(fā)酵罐中的消化工藝。可以使用一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)發(fā)酵罐。
來(lái)自堿性加壓工藝的淤漿和E-介質(zhì)有規(guī)律地填充汽提和消毒槽。最后得到約15％的干料(15％TS)。一些液面控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)槽內(nèi)的物質(zhì)量。TS測(cè)量單元調(diào)節(jié)TS含量。每次在填充淤漿和E-介質(zhì)后1小時(shí)可以將E-介質(zhì)泵入發(fā)酵罐。
汽提和消毒槽的頂部?jī)?yōu)選通過(guò)氨氣吸收單元通風(fēng)(步驟I)，用pH測(cè)量單元調(diào)節(jié)CaO的需要量。
通過(guò)溫度傳感器調(diào)節(jié)E-介質(zhì)的溫度。
時(shí)控工藝可任選地將水/淤漿泵入噴水系統(tǒng)(drizzle system)，防止泡沫的生成。
生產(chǎn)沼氣的發(fā)酵罐用優(yōu)選包括三個(gè)發(fā)酵罐(組成編號(hào)為13、14和15)的多步發(fā)酵罐系統(tǒng)消化生物質(zhì)。也可以使用具有更少和更多發(fā)酵罐的系統(tǒng)。
為了得到最大的適應(yīng)性和最佳的蒸汽生產(chǎn)量，優(yōu)選將這些發(fā)酵罐連接在一起。應(yīng)當(dāng)將這些發(fā)酵罐設(shè)計(jì)為在嗜熱(45-65℃)和嗜溫(25-45℃)溫度下能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
在有機(jī)負(fù)載率、停留時(shí)間和最大消化力(最小90％VS)方面可以優(yōu)化消化工藝。為了將生物質(zhì)加熱到優(yōu)選的運(yùn)行溫度，發(fā)酵罐內(nèi)可以包括螺旋加熱器。
頂部固接的慢速攪拌系統(tǒng)能夠確保最佳均質(zhì)化和熱量在生物質(zhì)內(nèi)的分布。
通過(guò)加入必需量的有機(jī)酸(液體)可以調(diào)節(jié)pH。
發(fā)酵罐優(yōu)選接收下述介質(zhì)-來(lái)自汽提和消毒槽的E-介質(zhì)-來(lái)自液體生物質(zhì)槽的液體生物質(zhì)-來(lái)自酸罐的酸在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，罐的具體形狀是底部/地板-隔熱的混凝土圓錐形，向下的角度是20度-減弱的攪拌/從地板中除去砂子，或者根據(jù)乳牙象狀泵系統(tǒng)除去砂子-置于底部中的砂濾器，通過(guò)外部管線連接可以將其排空，還可以通過(guò)該砂濾器將罐排空。
頂部/頂蓬-軟鋼的圓錐形結(jié)構(gòu)。錐角約為10度-安裝噴水系統(tǒng)，避免在攪拌工藝和普通工藝中產(chǎn)生泡沫。
-置于圓錐頂部上的慢速攪拌系統(tǒng)，確保最佳均質(zhì)化和熱量在介質(zhì)中的最佳分布-沼氣通過(guò)管道中的濕氣輸送至氣袋。
側(cè)面/墻壁-軟鋼的圓柱形結(jié)構(gòu)。
-在槽內(nèi)的圓柱體環(huán)形面內(nèi)安裝約600米5/4″的加熱管，用于加熱介質(zhì)。
-安裝一些溫度傳感器，用于調(diào)節(jié)加熱過(guò)程。
-安裝pH測(cè)量計(jì)，用于調(diào)節(jié)加入介質(zhì)中的酸。
-在底部圓柱體外壁上安裝隔熱閥/泵站。
每一個(gè)罐的體積/容積可以有適當(dāng)?shù)膬羧莘e，包括約1700m3的凈容積。
用于發(fā)酵罐的材料可以是下面所規(guī)定的材料底部-底部基本上是用混凝土、臂鐵和耐壓隔熱材料制成-為了防止混凝土和臂鐵受到腐蝕損壞，用異脂類聚酯涂覆與介質(zhì)接觸的表面-底部安裝的所有管線都是聚酯或不銹鋼的頂部和墻壁-頂部和墻壁基本上是軟鋼結(jié)構(gòu)-安裝的所有管線都是聚酯、不銹鋼或軟鋼管線其它部件-用軟鋼制成的攪拌部件-用軟鋼制成的加熱部件-安裝在槽內(nèi)的用不銹鋼或軟鋼制成的所有其它部件運(yùn)行條件可以是任何合適的條件，包括介質(zhì)所有分出的動(dòng)物糞便，主要是豬淤漿。浸漬的能源作物。一些類型的有機(jī)廢物，CaO，有機(jī)酸運(yùn)行溫度35-56℃
運(yùn)行氣體的組合65％CH4，33％CO2，2％的其它氣體隔熱k值0.25W/m2K，熱量損失估計(jì)為10kW運(yùn)行的最大壓力+20毫巴(絕對(duì)壓力)(沒(méi)有真空)介質(zhì)中的最大粘度12％TS堿/酸范圍5-10pH介質(zhì)中的初始研磨劑(不包括砂子)1-2％加熱部件中的最大溫度80℃加熱部件中的最大功率600kW傳遞效果7.5kW/20-25rpm消化應(yīng)當(dāng)在約55℃下進(jìn)行。熱量損失估計(jì)約為10kW。可以在14天內(nèi)將罐內(nèi)的生物質(zhì)從5℃加熱至55℃，加入酸可以調(diào)節(jié)pH。
在發(fā)酵罐中進(jìn)行pH調(diào)節(jié)的有機(jī)酸用槽優(yōu)選還設(shè)置有在發(fā)酵罐中進(jìn)行pH調(diào)節(jié)的有機(jī)酸用槽(組成編號(hào)為16)。
分離槽之前的脫氣淤漿用緩沖槽生物質(zhì)在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行消化后，脫氣后的生物質(zhì)在進(jìn)入分離槽進(jìn)行分離前泵入小緩沖槽(組成編號(hào)為17)。
分離槽裝置分離槽裝置(組成編號(hào)為18)的功能是從生物質(zhì)中提取懸浮固體(ss)和P。
分離槽將消化后的生物質(zhì)分成兩部分i)包括P的固體，和ii)廢水。
固體部分含有25-35％的d.m。消化后的生物質(zhì)中約90％的ss和65-80％的P被提取。在分離槽中進(jìn)行分離前如果向緩沖槽中加入PAX(KemiraDanmark)，則可以提取約95-99％的P。用無(wú)軸螺旋運(yùn)輸機(jī)將固體部分輸送至容器。
廢水中含有0-1％的ss和溶解的K。ss的含量取決于是否加入PAX。廢水的主要成分是溶解的K，其量占生物質(zhì)中原始K含量的約90％。將廢水泵入廢水槽。
P部分輸送系統(tǒng)和處理用運(yùn)輸機(jī)螺桿和傳送帶形成的P部分運(yùn)輸系統(tǒng)(組成編號(hào)為19)將固體物部分(通常稱為P部分)從分離槽裝置輸送至一系列容器。
普通的傳送帶將P部分輸送至倉(cāng)庫(kù)，這些P部分在倉(cāng)庫(kù)里堆積數(shù)英里，用堆肥薄膜覆蓋，進(jìn)行堆肥。堆肥過(guò)程能夠使P部分進(jìn)一步干燥，從而使d.m含量升高至50-60％。
第二個(gè)汽提N的步驟優(yōu)選從廢水中有效地汽提氨氣，其余量?jī)?yōu)選是約10mg NH4-N/Itr或更低。
優(yōu)選用在環(huán)境壓力下操作的汽提塔進(jìn)行第二個(gè)汽提步驟。汽提塔主要得益于氨氣和水具有不同的沸點(diǎn)。在接近100℃的溫度下能夠最有效地提取氨氣。為加熱原料所使用的能量是一個(gè)基本的運(yùn)行參數(shù)。因此，在原料進(jìn)入汽提塔之前應(yīng)當(dāng)用汽提單元將原料預(yù)熱至接近100℃?？梢允褂谜羝?水熱交換器中的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的蒸汽(也可能是溫水和蒸汽)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。
當(dāng)加熱的原料進(jìn)入汽提塔在塔上滲濾并且同時(shí)用逆流的自由蒸汽將其加熱至運(yùn)行溫度時(shí)，蒸汽/氨氣隨后就在兩段冷凝器中冷凝。
現(xiàn)在沒(méi)有氨氣的水從塔的底板泵入液面受控的出口泵。
汽提的氨氣流向兩段洗滌冷凝器的底部，氨氣主要冷凝在逆流的冷卻氨氣冷凝物中。沒(méi)有冷凝的氨氣隨后冷凝在逆流的純水中(可能從最終的反滲透步驟中滲透)。在該步驟中如果需要使用酸或必須使用酸，則使用硫酸是合適的。這樣可以得到最終濃度更高的氨水。
為了能夠使用酸，洗滌冷凝器優(yōu)選用聚合物制成。
氨氣吸收塔(和第一次和/或第二次N汽提一起使用)為了更靈活地加入酸，使用冷凝洗滌塔。冷凝洗滌塔(組成編號(hào)為21)優(yōu)選建成兩段，使得在第一段中沒(méi)有冷凝的氨氣部分隨后在第二段中冷凝。這在全逆流情況下進(jìn)行，使得水的加入量盡可能少。從而可以得到氨氣濃度最大的最終冷凝物(大于25％)。氨水產(chǎn)品可以用一個(gè)單獨(dú)的泵抽出，也可以用循環(huán)泵上的一個(gè)閥取出。在逆流水中加入硫酸有助于吸收。
硫酸槽硫酸槽(組成編號(hào)為22)用于儲(chǔ)存汽提N工藝中使用的硫酸。
NS槽NS槽(組成編號(hào)為23)用于儲(chǔ)存汽提的N。
氣站優(yōu)選設(shè)置一個(gè)氣站(組成編號(hào)為24)作為向如電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)加料的緩沖站。
廢水槽優(yōu)選將廢水從分離槽裝置泵入廢水槽(組成編號(hào)為25)。
廢水槽裝備有靜態(tài)操作的淹沒(méi)式微過(guò)濾器。微過(guò)濾器應(yīng)當(dāng)能夠除去大于0.01-0.1μm的顆粒。在膜處建立0.2-0.6巴的負(fù)壓。使?jié)B透物通過(guò)該膜吸吮，使顆粒截留在膜表面上。為了防止膜堵塞和結(jié)垢，必須用定期反洗工序除去膜表面上的覆料。
微處理器控制裝置應(yīng)當(dāng)能夠自動(dòng)控制滲透物的提取和反洗工序。通過(guò)定期反洗工序使提取中斷，例如每300秒的運(yùn)行時(shí)間中斷35秒。總流速應(yīng)當(dāng)是2-6m3/h。
使用充氣以幫助微過(guò)濾。充氣能夠在膜表面上施加剪切應(yīng)力，從而減少結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象。進(jìn)一步向廢水中充氣，促進(jìn)剩余有機(jī)物的需氧分解、氮化和去氮化。從而在微過(guò)濾過(guò)程中除去可能殘留的臭味、硝酸鹽等。
從該槽中出來(lái)的滲透物應(yīng)當(dāng)用于·沖洗動(dòng)物廄舍、下水道、板條等。
·進(jìn)一步分離。利用反滲透濃縮溶解的K，將K部分儲(chǔ)存在單獨(dú)的儲(chǔ)槽內(nèi)。從該滲透物流中還提取出用于沖洗動(dòng)物廄舍的水。
·還可以用其它方法如機(jī)械或蒸汽壓縮法濃縮K。這取決于每一個(gè)具體裝置的具體選擇和用于蒸汽壓縮的過(guò)量熱量。
應(yīng)當(dāng)在規(guī)定間隔內(nèi)排空盛有來(lái)自微過(guò)濾的濃縮物的廢水槽以除去顆粒濃縮物。將顆粒濃縮物加入來(lái)自分離槽的K部分或P部分。
K槽K槽(組成編號(hào)為26)用于儲(chǔ)存鉀(K)濃縮物。
氣體凈化發(fā)酵罐中生產(chǎn)的沼氣可能含有痕量硫化氫(H2S)，在熱電聯(lián)合裝置中燃燒沼氣之前必須將其脫除(組成編號(hào)為27)。
用某些能夠?qū)2S氧化成磷酸鹽的需氧細(xì)菌凈化氣體。這些細(xì)菌屬主要是公知的來(lái)自幾種陸地和海洋環(huán)境的硫桿菌屬。也可以使用其它菌屬如Thimicrospira和噬菌霉屬。
用廢水沖洗充填有具有很大表面積的塑料管的由玻璃纖維制成的槽，使填料保持潮濕。沼氣流經(jīng)填料塔，(大氣)氣流加入沼氣氣流。加入大氣，使氣流中的氧氣濃度達(dá)到0.2％，即，足以氧化H2S，又不會(huì)形成沼氣和氧氣的爆炸混合物。使用環(huán)端(ring side)鼓風(fēng)機(jī)。
熱電聯(lián)合裝置(CHP)
CHP(組成編號(hào)為28)的主要部件可以是如和用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)連接的氣燃機(jī)。與產(chǎn)熱相比，CHP主要優(yōu)先考慮盡可能多地發(fā)電。優(yōu)選用循環(huán)水路(90℃)冷卻氣燃機(jī)，熱量用于裝置中，用于加熱如動(dòng)物廄舍。
在同流換熱器中用廢氣生產(chǎn)蒸汽。在裝置，即加壓消毒單元和N汽提單元II(優(yōu)先者)中用蒸汽作為加熱源。根據(jù)蒸汽量的多少，還可以將其用于濃縮廢水中的K(縫隙蒸發(fā))。
在蒸汽和熱流之間安裝一個(gè)熱交換器，從而可能將蒸汽系統(tǒng)的熱傳遞到加熱系統(tǒng)。
除上述發(fā)電機(jī)組外，還安裝一個(gè)蒸汽鍋爐。該鍋爐用于產(chǎn)生啟動(dòng)該工藝的熱量，該鍋爐還用作發(fā)電機(jī)組的備用裝置。
如果生產(chǎn)出超過(guò)裝置需要的蒸汽，則多余的產(chǎn)量可以在冷卻器中閃蒸。
為了啟動(dòng)裝置(加熱發(fā)酵罐)等，用燃油鍋爐提供熱量。一旦生成氣體，則燃油爐就轉(zhuǎn)向燃?xì)鉅t。一旦氣體產(chǎn)量大到足以啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，則發(fā)電機(jī)將接管熱量的生產(chǎn)。
分離鉀至少有兩種從廢水中分離鉀的備用方法(組成編號(hào)為29)。在沼氣產(chǎn)量較高的情況下，電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生過(guò)量的熱(160℃的蒸汽)，這些熱量可以用來(lái)濃縮K。沒(méi)有養(yǎng)分的餾出物可用于農(nóng)田灌溉或通過(guò)整個(gè)裝置再循環(huán)。
在沼氣產(chǎn)量較低的情況下，可以用微過(guò)濾器從廢水中過(guò)濾大于0.01-0.1μm的顆粒，產(chǎn)生適用于在標(biāo)準(zhǔn)反滲透過(guò)濾器中處理的滲透物。優(yōu)選將K濃縮成10-20％的溶液。
第二個(gè)方面(BSE蛋白感染素)本發(fā)明的第二個(gè)方面是大大減少和/或消除糞便、飼料、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉等中含有的BSE蛋白感染素。將預(yù)處理和消化相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)這一目的。在上面列舉的組成中補(bǔ)加一個(gè)用于附加預(yù)處理含BSE蛋白感染素的底物的裝置，如石灰加壓蒸煮機(jī)。石灰蒸煮可用于水解各種包括含蛋白感染素的材料的有機(jī)底物。
BSE蛋白感染素是抗蛋白酶攻擊的蛋白質(zhì)。但是，如果在優(yōu)選為140-180℃的溫度、優(yōu)選為4-8巴的壓力和約10-12的pH條件下用石灰處理，則蛋白感染素將部分水解，從而可以被微生物酶如蛋白酶、酰胺酶等分解。生物反應(yīng)器中存在有微生物，并且因?yàn)榈孜镆呀?jīng)被汽提氨氣，所以與總碳相比，總N的含量低，微生物易于額外產(chǎn)生細(xì)胞外蛋白酶和能夠水解BSE蛋白感染素的蛋白酶。長(zhǎng)的停留時(shí)間也有助于使BSE蛋白感染素有效分解。
第三個(gè)方面(濃縮N和P)在第三個(gè)優(yōu)選方面，本發(fā)明可用于分離動(dòng)物糞便中的主要養(yǎng)分氮(N)和磷(P)，并且將這些養(yǎng)分精煉成工業(yè)級(jí)或有機(jī)肥級(jí)的肥料產(chǎn)品。將第一個(gè)方面的組成和沉降式離心機(jī)結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)這一目的。
N和P是淤漿中的主要養(yǎng)分，淤漿在動(dòng)物廄舍內(nèi)通常是過(guò)量的。如第一個(gè)方面中所述，汽提和收集N，將P留在剩余的消化淤漿中。但是，如果進(jìn)行沉降式離心分離，則P可以和有機(jī)及無(wú)機(jī)固體一起從淤漿中分離。
結(jié)果是，淤漿中優(yōu)選超過(guò)90％的N和P收集在各自部分中。剩余的廢水中含有一些鉀(K)和痕量的N和P。因此，廢水適合在一年中的任何時(shí)候播撒農(nóng)田。
用附加的耦合膜充氣和過(guò)濾可以從廢水中提取鉀(K)。簡(jiǎn)而言之，陶瓷微過(guò)濾器同時(shí)用作分散器和過(guò)濾器。過(guò)濾器淹沒(méi)在廢水中，間歇地進(jìn)行充氣和過(guò)濾操作。充氣能夠使剩余的有機(jī)物分解，并且沉淀無(wú)機(jī)片狀物。因此，處理后的水適用于膜過(guò)濾，因?yàn)檫@樣可以防止堵塞和結(jié)垢。通過(guò)相同膜的充氣(空氣反沖洗)還可以防止這些膜堵塞和結(jié)垢。
產(chǎn)品是濃縮物(主要含K)和適用于農(nóng)田播撒的過(guò)濾水(要求非常有限的面積)。
與第一個(gè)方面相同，廢水還可以通過(guò)動(dòng)物廄舍再循環(huán)。
P部分適用于進(jìn)一步干燥，生成工業(yè)級(jí)的粒狀物。N和K部分同樣也是工業(yè)級(jí)。
具體到第三個(gè)方面，將其設(shè)計(jì)為濃縮淤漿和其它有機(jī)底物中含有的主要養(yǎng)分N和P(和K)，生成工業(yè)級(jí)肥料。
但是，如果沉降式離心機(jī)和GFE沼氣與淤漿分離系統(tǒng)的其它組成相結(jié)合，特別是和N汽提單元相結(jié)合，則將引起農(nóng)民的極大關(guān)注。N汽提和沉降離心分離的結(jié)合意味著淤漿中的大部分N和P被分離和收集在各自的部分中。特別要強(qiáng)調(diào)的是，存在于片狀物中的P將被沉降式離心機(jī)提取出來(lái)。
可以根據(jù)每一種養(yǎng)分的具體需求將它們施用于農(nóng)田。還可以將沉降離心分離后的廢水通過(guò)動(dòng)物廄舍再循環(huán)?？梢郧鍧嵭髾谥械牡匕搴桶鍡l，這在良好的室內(nèi)氣候、減少氨氣和其它氣體排放量、頻繁沖洗淤漿下水道等方面是附加優(yōu)點(diǎn)。
廢水中可能含有大部分鉀(K)，而P部分中存在小部分鉀。這意味著在汽提淤漿中的氨氣和分離P的情況下，可以根據(jù)具體需求儲(chǔ)存和應(yīng)用N和P，而廢水在一年內(nèi)都可以作為廢水使用。
可以預(yù)計(jì)需要播撒面積約為需要施用淤漿面積-調(diào)和面積的1/4，這1/4部分在4年內(nèi)將穿過(guò)整個(gè)調(diào)和面積。
不管是否有可能進(jìn)一步處理廢水(見(jiàn)相關(guān)部分)，一些農(nóng)民無(wú)疑對(duì)僅用一個(gè)消化淤漿用的反應(yīng)器汽提N和P感到非常滿意。即使可以忽略用沉降式離心機(jī)對(duì)P的汽提，但是因?yàn)闈饪sN后剩下沒(méi)有N的稀淤漿，所以可以在任何時(shí)間內(nèi)向除凍結(jié)農(nóng)田之外的農(nóng)田播撒。
一些農(nóng)民對(duì)提供給他們的整個(gè)系統(tǒng)的一些部件感到非常滿意，而其它農(nóng)民對(duì)更適合其所處條件的任何組合感到滿意。在所有情況下，利用沉降式離心機(jī)的N汽提在實(shí)際農(nóng)作中引人關(guān)注。
根據(jù)市場(chǎng)需要，可以將來(lái)自整個(gè)工藝的廢水進(jìn)行最終處理。
因此，我們面臨的挑戰(zhàn)是處理廢水，使其適用于膜過(guò)濾，還要減少50-60％以上體積的上述廢水。我們面臨的挑戰(zhàn)還有在新方案中要使用公知的廉價(jià)而有效的技術(shù)。
解決方法如下向淤漿充氣是公知的，在2-4周內(nèi)用大氣充氣產(chǎn)生需氧消化。
充氣能夠達(dá)到下述效果首先，用約20℃的所謂低溫汽提法在吸收塔(可以與預(yù)處理過(guò)程中使用的相同)中汽提和收集剩余的氨氣。要求的較寬的液氣比約為1∶2000(Liao等人，1995)。
第二，分解剩余的有機(jī)物和氣味組分(Camarero等人，1996；Burton等人，1998；Doyle和Noüe，1987；Garraway，1982；Ginnivan，1983；Blouin等人，1988)。
第三，將汽提后可能剩余的氨氣硝化成硝酸鹽(Argaman Y.，1984；G_nenc和Harremoёs，1985)。
用新的污水廢物技術(shù)使充氣和過(guò)濾相結(jié)合，即，將充氣和在陶瓷過(guò)濾器上的過(guò)濾相結(jié)合的微過(guò)濾技術(shù)(Bouhabila等人，1998；Scott等人，1998；Zaloum等人，1996；Engelhard等人，1998)。在一個(gè)作業(yè)中可以達(dá)到節(jié)能充氣和過(guò)濾。通過(guò)“空氣反沖洗”還可以用充氣法清潔陶瓷膜(Visvanathan等人，1997；Silva等人，2000)。
這樣就留下適用于在標(biāo)準(zhǔn)滲透膜上分離(如果需要)的水相，因?yàn)榻Y(jié)垢和堵塞問(wèn)題出現(xiàn)的可能性極小。因此可以假定在大幅降低能量成本的條件下可以減少大量需要處理的廢水體積，盡管有一些能量用于充氣。
即使不進(jìn)行膜過(guò)濾，最終汽提氨氣和脫除剩余的氣味組分也促進(jìn)充氣操作本身。
第四個(gè)方面(再生能源)該優(yōu)選方面的主要設(shè)備是由汽提罐和石灰蒸煮機(jī)組成的預(yù)處理裝置和生物反應(yīng)器的靈活和多步驟(至少3步驟)工藝。
在第四個(gè)優(yōu)選方面，本發(fā)明可以用于以包括所有種類的動(dòng)物糞便、能源作物、作物殘?jiān)推渌袡C(jī)廢物的有機(jī)底物為原料大量生產(chǎn)沼氣。
第一個(gè)和第二個(gè)優(yōu)選方面的預(yù)處理裝置可以使用各種有機(jī)底物，而多段沼氣裝置可以完全消化底物，從而可以產(chǎn)生最大的能量。
在石灰蒸煮機(jī)中預(yù)處理富N和不服帖(recalcitrant)的底物如家禽糞便和厚墊草。在底物進(jìn)入汽提罐和以后的反應(yīng)器之前，在嗜溫反應(yīng)器中預(yù)消化蒸煮的底物。
預(yù)消化能夠確保速效有機(jī)物分解，能夠確保N以氨氣的形式釋放到溶液中。從而在汽提罐中收集大量的N，在隨后能量裝置的反應(yīng)器中分解不服帖的有機(jī)底物。根據(jù)底物的質(zhì)量，也可以使其直接進(jìn)入汽提罐，然后在反應(yīng)器中消化。結(jié)果是可以生成大量沼氣，即，一般可以生成比淤漿所含能量高5-10倍的能量。
在GFE沼氣和分離系統(tǒng)中的處理還可以確保養(yǎng)分再循環(huán)到農(nóng)田中。能源作物在分離反應(yīng)器中消化，消化的生物質(zhì)加入汽提罐。在汽提罐內(nèi)，在分離反應(yīng)器中停留期間沒(méi)有分解的纖維將水解，氨氣將收集在N部分中。因此，能源作物中含有的N可以再循環(huán)到農(nóng)田中，并且用于生產(chǎn)新的能源作物。每噸青貯飼料中約有1-3kg的N能夠被重新利用。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選對(duì)有機(jī)物進(jìn)行汽提氨氣，這對(duì)于沼氣工藝來(lái)說(shuō)，特別是在嗜熱溫度下是受到禁止的(Hansen等人，1998；Krylova等人，1997；Kayhanian，1994)。在預(yù)處理過(guò)程中汽提氨氣，生物質(zhì)也得以水解等。
該工藝優(yōu)選分段在嗜熱和嗜溫部件中進(jìn)行(Dugba和Zhang，1999；Han等人，1997；Gosh等人，1985；Colleran等人，1983)。這可以提高能量生產(chǎn)和工作穩(wěn)定性，其中的原因是生物質(zhì)在能夠使甲烷菌分解底物的生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間延長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)注意反應(yīng)器的總體積越大，加熱需要的能量就越多。
除這種兩步驟原理外，該裝置還使用另外一個(gè)反應(yīng)器預(yù)消化家禽糞便和類似的含N生物質(zhì)。能源作物在能量裝置中進(jìn)行深加工之前也要在該反應(yīng)器中消化。在這種第一次消化過(guò)程中，速效有機(jī)物的主要部分分解，氮釋放到氨水形式的溶液中。現(xiàn)在可以在汽提罐中汽提氮，然后將其收集在N部分中。
消化的甜菜、玉米、三葉草等每噸濕重量中含有約1kg N，因此，將這種N收集在N部分中很重要。家禽糞便中更富有N，因此，在主沼氣裝置中進(jìn)行深消化前還可以在預(yù)消化器中進(jìn)行消化。
汽提和水解能夠確保不服帖的纖維也可以在上述預(yù)處理?xiàng)l件下進(jìn)行消化。在下述主沼氣裝置中的消化能夠確保最大的氣體產(chǎn)量。
第五個(gè)方面(動(dòng)物福利)在第五個(gè)優(yōu)選方面中，本發(fā)明可以用于確保圈養(yǎng)在動(dòng)物廄舍中的動(dòng)物的最佳福利和健康，同時(shí)又能減少粉塵和氣體如氨氣的排放。可以通過(guò)在動(dòng)物廄舍里沖洗或再循環(huán)廢水來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，沖洗或再循環(huán)廢水是為了沖洗畜欄、地板、板條、糞便下水道等。這可以減少借以使臭味、氨氣和粉塵釋放到室內(nèi)空氣中的排放表面。
該系統(tǒng)還可以使用麥桿，而不會(huì)增加粉塵和氨氣的排放量。麥桿是重要的福利組分，特別是對(duì)于豬來(lái)說(shuō)，對(duì)于其它動(dòng)物來(lái)說(shuō)也是重要的福利組分。麥桿為這些動(dòng)物提供挖掘和消遣材料及結(jié)構(gòu)飼料。
沉降離心分離處理(第三個(gè)方面)后或者可能在第一次消化(第一個(gè)方面)后得到的廢水適用于沖刷動(dòng)物廄舍。這種沖刷能夠清除板條上的麥桿和糞便混合物。
在進(jìn)一步優(yōu)選的方面中，可以優(yōu)選使核心發(fā)明與其它方面任意結(jié)合。在所有結(jié)合中優(yōu)選都包括第一個(gè)方面。
因此，從上述本發(fā)明的優(yōu)選方面和實(shí)施方案的說(shuō)明中可以清楚地看到，本發(fā)明提供下述方案一種改善沼氣生產(chǎn)的方法，所說(shuō)的方法包括下述步驟i)從包括糞便及其淤漿的有機(jī)物中汽提包括氨氣的N，并且任選地使有機(jī)物水解，ii)將如此得到的有機(jī)物導(dǎo)入沼氣發(fā)酵罐，和iii)將有機(jī)物發(fā)酵，得到沼氣。
上述方法還可以包括在涉及沉降式離心分離的分離步驟中將發(fā)酵沼氣時(shí)得到的固體分離的步驟。由該分離步驟得到單獨(dú)的P和/或K部分，優(yōu)選是顆粒形式的P和/或K部分。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，上述步驟還包括將發(fā)酵沼氣時(shí)得到的液體任選地在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步凈化步驟后向畜欄或動(dòng)物廄舍再循環(huán)的步驟。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，汽提包括氨氣的N的步驟與涉及熱水解步驟和/或堿水解步驟的步驟同時(shí)進(jìn)行，或先后進(jìn)行，或者以任意頁(yè)序進(jìn)行，其中，任一步驟或這兩個(gè)步驟都是在本申請(qǐng)前面所述的升溫和/或加壓條件下進(jìn)行。
因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，上述優(yōu)選實(shí)施方案解決了與被不需要的微生物污染環(huán)境有關(guān)的問(wèn)題，不需要的微生物包括存在于包括糞便及其淤漿的有機(jī)物中的鼠傷寒沙門氏菌DT104和/或與BSE相關(guān)的蛋白感染素。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，上述優(yōu)選實(shí)施方案解決了與在畜欄或動(dòng)物廄舍里達(dá)到足夠高的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的問(wèn)題。這一目的可以通過(guò)減少和/或消除存在于包括糞便及其淤漿的有機(jī)物中的不需要的微生物和/或與BSE相關(guān)的蛋白感染素來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，上述優(yōu)選實(shí)施方案解決了與在畜欄或動(dòng)物廄舍里過(guò)量使用寶貴水源有關(guān)的問(wèn)題。用下述方法解決這一問(wèn)題將沉降式離心分離步驟中得到的廢水再利用，沉降式離心分離步驟用于將預(yù)處理有機(jī)物和/或汽提包括氨氣的N和/或?qū)е律烧託獾膮捬醢l(fā)酵中得到的固體和液體分離。同時(shí)還可以通過(guò)進(jìn)一步凈化步驟減少和/或消除微生物在廢水中的存在。
本發(fā)明還提供工業(yè)上可接受標(biāo)準(zhǔn)的廉價(jià)肥料。這一目的是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的預(yù)處理后，汽提包括氨氣的N，用沉降式離心機(jī)分離含P顆粒和含K顆粒，優(yōu)選還包括熱和堿水解。
本發(fā)明的另一方面提供一種減少有機(jī)物中存在的存活微生物和/或BSE蛋白感染素?cái)?shù)目的方法，所說(shuō)的方法包括下述步驟i)提供包括固體和/或液體部分的有機(jī)物，ii)使有機(jī)物經(jīng)過(guò)下述步驟，減少所說(shuō)的有機(jī)物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的數(shù)目
a)石灰加壓蒸煮步驟，和/或b)在預(yù)定溫度下加熱有機(jī)物和/或在預(yù)定壓力下處理有機(jī)物和/或在有機(jī)物中加入堿或酸的步驟，和/或c)導(dǎo)致有機(jī)物至少部分水解的步驟，其中，步驟a)、b)和c)可以同時(shí)進(jìn)行，或先后進(jìn)行，或者以任意順序進(jìn)行，和iii)得到包括至少數(shù)目減少了的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的加工有機(jī)物。
本發(fā)明的方法可以消除各種微生物，包括選自動(dòng)物微生物、傳染性微生物、寄生病原體微生物的微生物，還包括這些微生物的組合體。其例子包括但不限定為細(xì)菌如彎曲菌、沙門氏菌、耶爾森菌、蛔蟲(chóng)、類似的微生物和寄生有機(jī)體、及病毒、類病毒等。
石灰蒸煮步驟還用于使有機(jī)物消毒，在這種情況下，沒(méi)有存活微生物能夠存在于該加工步驟中。石灰優(yōu)選包括或者基本由CaO或Ca(OH)2組成。
優(yōu)選地是，該消毒步驟還能夠破壞或消除存在于有機(jī)物中的所有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素。當(dāng)任一上述步驟后微生物和/或蛋白感染素減少時(shí)，其減少量是如90％、80％、70％、60％，或者優(yōu)選至少減少50％。
在一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選在對(duì)有機(jī)物進(jìn)行N汽提步驟前通過(guò)石灰加壓蒸煮改善沼氣的生產(chǎn)。但是，在對(duì)石灰加壓蒸煮后的有機(jī)物進(jìn)行N汽提步驟前還可以將其發(fā)酵。
當(dāng)有機(jī)物是植物原料時(shí)，在將其N汽提之前優(yōu)選將其青貯。植物原料的青貯有機(jī)物在N汽提前還可以發(fā)酵。將被青貯的有機(jī)物優(yōu)選包括一年生飼料作物如甜菜、玉米、三葉草，其中任選地包括植物的頂部。
有機(jī)物的石灰加壓蒸煮優(yōu)選在下述條件下進(jìn)行溫度為約100℃至約250℃，壓力為2-20巴，加入足夠多的石灰，使其pH值達(dá)到約9至約12，操作時(shí)間是至少1分鐘至優(yōu)選少于約60分鐘。
每千克干料加入的包括CaO的石灰量?jī)?yōu)選是約2至約80克，如每千克干料約5至約80克，如每千克干料約5至約60克，如每千克干料約10至約80克，如每千克干料約15至約80克，如每千克干料約20至約80克，如每千克干料約40至約80克，如每千克干料約50至約80克，如每千克干料約60至約80克。
石灰加壓蒸煮機(jī)的操作條件的一個(gè)例子是溫度范圍是約120℃至約220℃，壓力為約2巴至優(yōu)選低于約18巴，操作時(shí)間是至少1分鐘至優(yōu)選少于約30分鐘。
操作條件的另一個(gè)例子是溫度范圍是約180℃至約200℃，壓力為約10巴至優(yōu)選低于約16巴，pH值是約10至約12，操作時(shí)間是約5分鐘至約10分鐘。
在上述方法的后面可以有許多附加步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)附加步驟是將加工后的有機(jī)物導(dǎo)入沼氣發(fā)酵罐，將加工后的有機(jī)物發(fā)酵得到沼氣。另一個(gè)附加步驟涉及用加工后的有機(jī)物補(bǔ)充包括農(nóng)田的外部環(huán)境。也可以用發(fā)酵加工后的有機(jī)物得到的殘余物補(bǔ)充包括農(nóng)田的外部環(huán)境。
另一個(gè)附加步驟是在將有機(jī)物導(dǎo)入沼氣發(fā)酵罐之前從所說(shuō)的有機(jī)物中汽提包括氨氣的氮(N)，這將提高和穩(wěn)定沼氣的生產(chǎn)。這樣還可以使用富N的生物質(zhì)進(jìn)行汽提，然后在發(fā)酵罐中進(jìn)行消化。將至少?zèng)]有部分包括氨氣的N的有機(jī)物發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣。
汽提的包括氨氣的氮(N)優(yōu)選吸收在塔中，然后任選地儲(chǔ)存在槽內(nèi)。當(dāng)吸收在塔中時(shí)，汽提的包括氨氣的氮(N)優(yōu)選吸收在包括水或酸液，優(yōu)選硫酸的塔中，然后任選地儲(chǔ)存在槽內(nèi)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，其包括下述步驟i)使有機(jī)物經(jīng)過(guò)下述步驟，消除、失活和/或減少所說(shuō)的有機(jī)物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的數(shù)目a)石灰加壓蒸煮步驟，和/或b)在預(yù)定溫度下加熱有機(jī)物和/或在預(yù)定壓力下處理有機(jī)物和/或在有機(jī)物中加入堿或酸的步驟，和/或c)導(dǎo)致有機(jī)物至少部分水解的步驟，其中，步驟a)、b)和c)可以同時(shí)進(jìn)行，或先后進(jìn)行，或者以任意順序進(jìn)行，ii)從所說(shuō)的加工后的有機(jī)物中汽提包括氨氣的N，iii)將汽提N后的有機(jī)物導(dǎo)入沼氣發(fā)酵罐，iv)將汽提N后的有機(jī)物發(fā)酵，和v)得到沼氣和至少存活微生物和/或BSE蛋白感染素的數(shù)目減少了的發(fā)酵有機(jī)物。
非常優(yōu)選的是，發(fā)酵得到的有機(jī)物中基本上不存在BSE蛋白感染素。
汽提包括氨氣的氮(N)的步驟優(yōu)選是用下述方法進(jìn)行的首先在有機(jī)物中加入足夠多的石灰，使其在優(yōu)選高于40℃的溫度下的pH值提高到大于9，例如在優(yōu)選高于40℃的溫度下的pH值大于10，例如在優(yōu)選高于40℃的溫度下的pH值大于11，例如在優(yōu)選高于40℃的溫度下的pH值約為12。
在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，溫度優(yōu)選高于50℃，如高于55℃，如高于60℃。
在一個(gè)實(shí)施方案中，操作時(shí)間是2-15天。如4-10天，如6-8天。一套工藝參數(shù)的例子是pH值為8-12，溫度為70℃-80℃，液氣比小于1∶400，操作時(shí)間約為7天?？梢酝ㄟ^(guò)加入任何堿生成堿性條件。但是優(yōu)選通過(guò)加入CaO或Ca(OH)2升高pH。
有機(jī)物可以包括固體和/或液體部分，如糞便及其淤漿、作物殘?jiān)⑶噘A作物、動(dòng)物尸體或其部分、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉、還包括上述物質(zhì)的任意組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)物包括最大為50％的固體部分，例如最大為40％的固體部分，例如最大為30％的固體部分，例如最大為20％的固體部分。有機(jī)物還可以是液體狀態(tài)，并且包括最大為10％的固體部分。
有機(jī)物還可以包括麥桿、纖維或鋸屑，在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)物中具有高含量的纖維，纖維含量?jī)?yōu)選超過(guò)10％(w/w)。有機(jī)物還可以具有高含量的復(fù)雜碳水化合物，包括纖維素和/或半纖維素和/或木質(zhì)素，其含量?jī)?yōu)選超過(guò)10％(w/w)。石灰加壓蒸煮含纖維素的有機(jī)物能夠?qū)е吕w維素分解成小分子有機(jī)酸如甲酸、乙酸、乳酸等。
有機(jī)物還可以包括來(lái)自動(dòng)物，優(yōu)選來(lái)自牛、豬和家禽的厚墊草或糞便。還可以使用動(dòng)物有機(jī)物，如動(dòng)物尸體或其部分、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉、血漿或任何源自動(dòng)物的這些產(chǎn)品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危險(xiǎn)或安全材料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)物包括或基本上由長(zhǎng)度小于10cm的固體部分組成，如長(zhǎng)度小于5cm的固體部分，如長(zhǎng)度小于1cm的固體部分。
在石灰加壓蒸煮機(jī)中處理有機(jī)物之前優(yōu)選將其浸漬，優(yōu)選用裝備有浸漬機(jī)的螺旋運(yùn)輸機(jī)浸漬，浸漬機(jī)優(yōu)選用耐銹和耐酸的鋼制成。運(yùn)輸機(jī)將有機(jī)物輸送至石灰蒸煮機(jī)，在蒸煮機(jī)中優(yōu)選用噴射的蒸汽或石灰蒸煮機(jī)附近的裝置的蒸汽或其結(jié)合的蒸汽加熱有機(jī)物。
有機(jī)物還可以包括蛋白質(zhì)或類似的包括多種元素的有機(jī)分子，包括構(gòu)成BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的氨基酸及其組合，其中，石灰加壓蒸煮和/或隨后的包括厭氧發(fā)酵的發(fā)酵能夠直接消除或破壞所說(shuō)的BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素，或者能夠使其易于破壞。動(dòng)物源的有機(jī)物優(yōu)選具有高含量的氮(N)，其含量?jī)?yōu)選超過(guò)10％。
通過(guò)加入水和/或含低濃度有機(jī)物的水，優(yōu)選含低于10％固體部分的水可以得到液體淤漿形式的有機(jī)物。加入的水可以是再循環(huán)水、含低濃度的來(lái)自青貯植物的有機(jī)物的水、和/或清潔畜欄和/或清潔動(dòng)物后收集的水、和/或在汽提N工藝前通過(guò)發(fā)酵得到的水、和/或來(lái)自一個(gè)或多個(gè)沼氣生產(chǎn)裝置的水、和/或在濃縮P肥過(guò)程中得到的水、和/或在濃縮K肥過(guò)程中得到的水、和/或收集的雨水。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，水是來(lái)自沼氣生產(chǎn)裝置的廢水、或在濃縮P肥過(guò)程中得到的廢水、或在濃縮K肥過(guò)程中得到的水、或收集的雨水。
優(yōu)選將有機(jī)物中存在的所有或大部分尿素和/或尿酸轉(zhuǎn)化成氨氣，其中，在其它部分所述的塔中將氨氣吸收后，任選地將氨氣收集起來(lái)。
除石灰加壓蒸煮外的附加步驟是嗜溫和/或嗜熱發(fā)酵。因此，在石灰加壓蒸煮機(jī)中處理后的有機(jī)物進(jìn)行汽提N之前或之后可以導(dǎo)入用于嗜溫和/或嗜熱發(fā)酵的裝置。
這兩種發(fā)酵分別是通過(guò)能夠進(jìn)行嗜溫或嗜熱發(fā)酵的細(xì)菌群體進(jìn)行的。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)酵是厭氧發(fā)酵。
優(yōu)選在約15℃至優(yōu)選低于約65℃的溫度下進(jìn)行發(fā)酵，例如約25℃至優(yōu)選低于約55℃的溫度，例如約35℃至優(yōu)選低于約45℃的溫度。
發(fā)酵優(yōu)選進(jìn)行約5天至優(yōu)選少于15天，例如約7天至優(yōu)選少于10天。
在一個(gè)實(shí)施方案中提供了一種方法，其中，沼氣生產(chǎn)是在一個(gè)或多個(gè)裝置中通過(guò)微生物，優(yōu)選細(xì)菌群體進(jìn)行的，沼氣生產(chǎn)涉及有機(jī)物的厭氧發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵有機(jī)物時(shí)，細(xì)菌優(yōu)選生成大部分甲烷和小部分二氧化碳。優(yōu)選在一個(gè)或多個(gè)裝置中通過(guò)有機(jī)物的細(xì)菌厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在兩個(gè)裝置中通過(guò)有機(jī)物的厭氧細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，首先在第一個(gè)裝置中用嗜熱細(xì)菌發(fā)酵，然后將嗜熱細(xì)菌發(fā)酵后的有機(jī)物導(dǎo)入第二個(gè)裝置，在第二個(gè)裝置中用嗜溫細(xì)菌發(fā)酵。
嗜熱反應(yīng)條件優(yōu)選包括45℃-75℃的反應(yīng)溫度，如55℃-60℃的反應(yīng)溫度。
嗜溫反應(yīng)條件優(yōu)選包括20℃-45℃的反應(yīng)溫度，如30℃-35℃的反應(yīng)溫度。嗜熱反應(yīng)和嗜溫反應(yīng)都優(yōu)選進(jìn)行約5-15天，如約7-10天。
通過(guò)加入聚合物和/或植物油和/或一種或多種鹽，優(yōu)選菜油形式的植物油可以減少和/或消除任何可能形成的泡沫。鹽優(yōu)選包括或基本上由CaO和/或Ca(OH)2組成。
優(yōu)選地是，通過(guò)加入能夠在溶液或懸浮液中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物之間形成鈣橋的鈣離子使物質(zhì)和顆粒在沼氣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生所需的絮凝，其中，所說(shuō)的鈣橋能夠使顆粒形成“片狀物”。加入鈣離子還能夠沉淀出正磷酸鹽，包括溶解的(PO43-)，并且正磷酸鹽優(yōu)選以磷酸鈣Ca3(PO4)2的形式沉淀，其中，沉淀的磷酸鈣優(yōu)選在淤漿中保持懸浮狀態(tài)。
得到的沼氣可以導(dǎo)入能夠產(chǎn)熱和/或發(fā)電的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。熱量可用于加熱石灰加壓蒸煮機(jī)和/或發(fā)酵裝置和/或汽提N反應(yīng)器和/或一個(gè)或多個(gè)沼氣裝置和/或動(dòng)物廄舍和/或人的住宅和/或加熱家庭或人的住宅用水。電可以輸出，售給用于配電的商業(yè)網(wǎng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將汽提N后剩下的經(jīng)過(guò)消毒和發(fā)酵的有機(jī)物播撒在農(nóng)田里。
除i)減少和/或消除不需要的微生物，ii)改善沼氣生產(chǎn)，和iii)提供汽提N后經(jīng)過(guò)消毒和發(fā)酵的高度有用的有機(jī)物外，本發(fā)明的另一方面還涉及從包括N源的有機(jī)物中生產(chǎn)含N肥的方法，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)收集在汽提N步驟中從有機(jī)物中汽提的包括氨氣的N，ii)將所說(shuō)的包括氨氣的N吸收在水或優(yōu)選含有硫酸的酸液中，和iii)得到可以播撒在農(nóng)田里的N肥。
本發(fā)明另一方面提供從包括P源的有機(jī)物中生產(chǎn)含磷(P)肥料的方法，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)將來(lái)自沼氣發(fā)酵罐的淤漿導(dǎo)入分離器，ii)將發(fā)酵后的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物分成固體和主要是液體的部分，iii)得到包括部分P的主要是固體的部分，P優(yōu)選是磷酸鈣Ca3(PO4)2和懸浮在淤漿中的有機(jī)磷酸鹽的形式，其中所說(shuō)的固體部分能夠用作在適當(dāng)時(shí)能夠播撒在農(nóng)田里的P肥。
將發(fā)酵后的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物分成固體和主要是液體的部分的分離器優(yōu)選是沉降式離心機(jī)?？梢匀芜x地將包括P的主要是固體的部分干燥，生成包括P肥的顆粒，例如，使P部分在處于透氣薄膜或覆蓋物下的英里倉(cāng)庫(kù)中堆肥。
生產(chǎn)沼氣時(shí)得到的廢水和分離固體組分時(shí)得到的廢水優(yōu)選可以在青貯飼料的發(fā)酵和/或石灰加壓蒸煮過(guò)程中和/或汽提N過(guò)程中和/或沼氣生產(chǎn)裝置中和/或清潔畜欄過(guò)程中再利用，和/或播撒在農(nóng)田里，和/或?qū)雮鹘y(tǒng)的污水處理裝置。
因此，本發(fā)明另一方面提供生產(chǎn)基本上清潔的廢水的方法，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)從分離器，優(yōu)選沉降式離心機(jī)中得到包括廢水的液體部分，廢水中只有含量非常有限的N和P，其含量?jī)?yōu)選低于5％(w/v)，例如低于1％(w/v)，例如低于0.1％(w/v)，例如低于0.01％(w/v)，并且基本上沒(méi)有能夠傳播人畜共患病、獸醫(yī)病毒、感染菌、寄生蟲(chóng)或其它包括BSE蛋白感染素和其它蛋白感染素的傳染劑的病源。對(duì)某些實(shí)施方案來(lái)說(shuō)，如果廢水中含有低于10％的源自淤漿中的N和P，則這樣的廢水也可以接受。
本發(fā)明另一方面提供從包括K源的有機(jī)物中生產(chǎn)含鉀(K)月巴料的方法，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)將來(lái)自第一個(gè)分離步驟(如本申請(qǐng)前面所述，用于分離含P的有機(jī)物)的液體部分導(dǎo)入第二個(gè)分離步驟，ii)從液體中分離剩余的有機(jī)和無(wú)機(jī)組分，iii)得到含K的固體部分，其中所說(shuō)的固體部分能夠用作在適當(dāng)時(shí)能夠播撒在農(nóng)田里的K肥。
第二個(gè)分離步驟優(yōu)選包括使含K的部分通過(guò)間歇地進(jìn)行充氣和過(guò)濾廢水操作的陶瓷微過(guò)濾器，其中所說(shuō)的充氣優(yōu)選能使剩余的有機(jī)物分解，并且能夠使無(wú)機(jī)片狀物沉降。
本發(fā)明另一方面提供生產(chǎn)清潔廢水的方法，其中，在能夠消除和/或降低水中N和P含量并且優(yōu)選還能夠分解剩余的有機(jī)物和氣味組分的需氧處理系統(tǒng)中處理得到的廢水，得到基本上沒(méi)有N和P的廢水，其中，所說(shuō)的廢水優(yōu)選能夠在適當(dāng)時(shí)播撒在農(nóng)田里，或者通過(guò)動(dòng)物廄舍再循環(huán)。
上述充氣操作可以用大氣進(jìn)行，操作條件為充氣時(shí)間為2-4周，溫度約為20℃，液氣比約為1∶2000。所有除去的N都可收集和導(dǎo)入本申請(qǐng)其它部分所述的吸收塔中。
因?yàn)橛眠@種方法處理的廢水能夠清潔動(dòng)物廄舍，所以本發(fā)明另一方面還提供改善動(dòng)物廄舍或動(dòng)物畜欄中的衛(wèi)生的方法，所說(shuō)的改善之處在于用得到的廢水清潔畜欄。清潔涉及清潔和沖洗如畜欄、地板、板條、糞便下水道、頂蓬，為下水道通風(fēng)，洗滌廢氣等，還涉及減少借以使臭味、氨氣和粉塵釋放到包括畜欄的預(yù)定位置的環(huán)境中的排放表面。
在一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選用發(fā)酵能源作物后得到的廢水或?yàn)樯a(chǎn)沼氣而進(jìn)行的發(fā)酵后分離成固體和液體得到的廢水或在該系統(tǒng)的后一工序得到的廢水清潔畜欄。
本發(fā)明該方面還可以改善畜欄中的動(dòng)物福利，方法是在畜欄中使用麥桿，麥桿為動(dòng)物提供挖掘和消遣材料及結(jié)構(gòu)飼料。在一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選將含有機(jī)物的麥桿從畜欄導(dǎo)入石灰加壓蒸煮機(jī)，在進(jìn)一步加工之前水解有機(jī)物。改善畜欄中動(dòng)物福利的另一個(gè)總目的在于能夠噴淋動(dòng)物，以減少微生物數(shù)目和動(dòng)物皮毛的粉塵量，同時(shí)還能夠降低動(dòng)物的溫度。
本發(fā)明以這種方式提供一種將動(dòng)物糞便、能源作物和類似的有機(jī)底物的厭氧發(fā)酵和將消化后的生物質(zhì)中存在的養(yǎng)分精煉成工業(yè)級(jí)的肥料和得到清潔的廢水集成在一起的方法。
上述集成方法需要有多個(gè)部件的系統(tǒng)，或者選擇這些部件，這些部件已經(jīng)在本申請(qǐng)的其它部分得到詳細(xì)描述。
一方面，該系統(tǒng)包括i)第一個(gè)裝置，優(yōu)選是圈養(yǎng)和/或飼養(yǎng)動(dòng)物的動(dòng)物廄舍或畜欄，這些動(dòng)物優(yōu)選是家畜，包括母牛、豬、牛、馬、山羊、綿羊和/或家禽等，和/或ii)第二個(gè)裝置，優(yōu)選至少一個(gè)用于預(yù)處理有機(jī)物的預(yù)處理裝置，所說(shuō)的有機(jī)物優(yōu)選包括動(dòng)物糞便和/或動(dòng)物淤漿和/或植物部分，其中，所說(shuō)的植物部分優(yōu)選包括一種或多種麥桿、作物、作物殘?jiān)?、青貯飼料、能源作物及任選的動(dòng)物尸體或其部分、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉、血漿或任何源自動(dòng)物的這些產(chǎn)品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危險(xiǎn)或安全材料，和/或iii)第三個(gè)裝置，優(yōu)選是能夠用包括有機(jī)物的生物質(zhì)產(chǎn)生其量改善的能量的能量裝置，其中，第一個(gè)裝置包括a)清潔一個(gè)或多個(gè)地板、板條、畜欄、糞便下水道、淤漿下水道、動(dòng)物，為動(dòng)物廄舍或畜欄的下水道通風(fēng)的系統(tǒng)，所說(shuō)的的清潔包括使用清潔水，和/或b)將清潔水，任選地以包括清潔水和有機(jī)物的淤漿形式的清潔水從動(dòng)物廄舍或畜欄輸送至第二個(gè)裝置的系統(tǒng)，其中，第二個(gè)裝置包括a)第一個(gè)預(yù)處理槽，優(yōu)選是用于下述目的的汽提罐i)由自第一個(gè)裝置導(dǎo)入第二個(gè)裝置的淤漿中汽提包括氨氣的N(氮)，或ii)由自第二個(gè)裝置的附加預(yù)處理槽導(dǎo)出的有機(jī)物汽提包括氨氣的N，其中，第一個(gè)預(yù)處理槽還可任選地用于水解有機(jī)物，和/或b)第二個(gè)預(yù)處理槽，優(yōu)選是用于水解包括自第一個(gè)裝置導(dǎo)入第二個(gè)裝置的有機(jī)物的淤漿的石灰加壓蒸煮機(jī)，其中，所說(shuō)的水解將消除、失活和/或減少淤漿或部分淤漿中存在的所有存活微生物和/或病原體數(shù)目，和/或c)至少一個(gè)主槽，優(yōu)選是用于生成包括谷物/玉米、能源作物、甜菜和作物殘?jiān)械闹辽僖环N或多種的青貯植物材料的青貯飼料槽，和/或d)至少一個(gè)副槽，優(yōu)選是用于發(fā)酵青貯飼料和/或石灰加壓蒸煮后的有機(jī)物的預(yù)處理發(fā)酵槽，其中，發(fā)酵條件選自嗜溫發(fā)酵條件和/或嗜熱發(fā)酵條件；其中，第三個(gè)裝置包括a)至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐，淤漿和/或有機(jī)物從第二個(gè)裝置導(dǎo)入該發(fā)酵罐，發(fā)酵罐用于在嗜溫發(fā)酵條件和/或嗜熱發(fā)酵條件下將有機(jī)物發(fā)酵，生成主要包括甲烷的沼氣，和/或b)至少一個(gè)用于收集沼氣的罐，其中，該罐任選地與沼氣配送出口連接，或者與內(nèi)燃機(jī)連接，和/或c)至少一個(gè)第一分離器，優(yōu)選是沉降式離心機(jī)，在該分離器中，來(lái)自至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐的發(fā)酵材料被分離成廢水形式的基本上是液體的部分和基本上是固體的部分，其中，所說(shuō)的固體部分包括含固體磷(P)的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料，和/或d)至少一個(gè)第二分離器，優(yōu)選是陶瓷微過(guò)濾器，在第二分離器中優(yōu)選通過(guò)充氣和過(guò)濾將來(lái)自至少一個(gè)第一分離器的廢水進(jìn)一步處理，其中，所說(shuō)的處理能夠脫除至少一些，但優(yōu)選大部分臭味組分、氮(N)化合物和鉀(K)化合物中的一種或多種，其中，所說(shuō)的分離還能夠產(chǎn)生含有與分離前相比其量減少的臭味組分、氮(N)化合物和鉀(K)化合物中的任何一種或多種的廢水。
該系統(tǒng)優(yōu)選包括構(gòu)成封閉系統(tǒng)的管線，防止或減少系統(tǒng)內(nèi)的粉塵、微生物、氨氣、空氣、液體或任何其它組分中的任何一種或多種的排放。
來(lái)自至少一個(gè)青貯飼料槽、至少一個(gè)預(yù)處理發(fā)酵槽、至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐、至少一個(gè)第一分離器和至少一個(gè)第二分離器中的一種或多種的液體部分或廢水優(yōu)選再次利用，清潔動(dòng)物廄舍或畜欄。
來(lái)自至少一個(gè)青貯飼料槽、至少一個(gè)預(yù)處理發(fā)酵槽、至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐、至少一個(gè)第一分離器和至少一個(gè)第二分離器中的一種或多種的液體部分或廢水優(yōu)選在淤漿分離和沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)的任一步驟中再利用，使有機(jī)物保持合適的流體狀態(tài)。
該系統(tǒng)能夠在所說(shuō)的有機(jī)物進(jìn)入用于汽提包括氨氣的N的汽提罐之前向有機(jī)物中加入包括CaO和/或Ca(OH)2的石灰，優(yōu)選加入足量的石灰，使pH值為約10至約12，加入石灰的步驟還可以任選地與包括有機(jī)物的淤漿的加熱步驟和充氣步驟相結(jié)合。
有機(jī)物在該系統(tǒng)的汽提罐內(nèi)優(yōu)選保留5-10天，例如7天。汽提罐內(nèi)的溫度優(yōu)選是60℃-80℃。優(yōu)選向汽提罐中的有機(jī)物或進(jìn)入汽提罐之前的有機(jī)物中加入的Ca(OH)2的量是每千克干料有機(jī)物加入約30-60克。
該系統(tǒng)能夠促進(jìn)汽提罐中汽提的包括氨氣的N的收集，還能夠促進(jìn)所說(shuō)的汽提N導(dǎo)入在其中將包括氨氣的N吸收在水或優(yōu)選含有硫酸的酸液中的塔中，還可以任選地將吸收的氨氣儲(chǔ)存在罐內(nèi)。優(yōu)選將用這種方法吸收在水或酸液中的N用作肥料。
該系統(tǒng)的石灰加壓蒸煮機(jī)優(yōu)選是首先能夠?qū)⒂袡C(jī)物切成小段，然后能夠?qū)⑿《斡袡C(jī)物導(dǎo)入一個(gè)在其中將所說(shuō)的小段有機(jī)物加熱并同時(shí)使其處于由于升溫而造成的高壓下的腔室內(nèi)的裝置。在有機(jī)物進(jìn)入石灰加壓蒸煮機(jī)之前或之后，向要在石灰加壓蒸煮機(jī)中處理的有機(jī)物中加入一定量的包括CaO和/或Ca(OH)2的石灰。
向石灰加壓蒸煮機(jī)中加入的CaO的量?jī)?yōu)選是每千克干料有機(jī)物加入5-10克。系統(tǒng)的操作溫度是100℃-220℃，例如180℃-200℃。溫度的選擇取決于要處理的有機(jī)物，有機(jī)物中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量越高，選擇的溫度越高，或者根據(jù)有機(jī)物中含有傳染性微生物或包括BSE蛋白感染素的病原體化合物的危險(xiǎn)程度選擇較高的溫度。
壓力優(yōu)選是2巴至優(yōu)選低于16巴，如4巴至優(yōu)選低于16巴，如6巴至優(yōu)選低于16巴，如10巴至優(yōu)選低于16巴。該系統(tǒng)在升高的溫度下操作約5-10分鐘，但是也可以使用更長(zhǎng)的處理時(shí)間。
在石灰加壓蒸煮機(jī)中汽提的包括氨氣的N優(yōu)選收集和導(dǎo)入一個(gè)在本申請(qǐng)其它部分所述的塔中，并被吸收。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)能夠促進(jìn)在進(jìn)一步導(dǎo)入汽提罐之前將青貯飼料如玉米、能源作物、甜菜和/或作物殘?jiān)鼘?dǎo)入嗜溫或嗜熱發(fā)酵罐。
該系統(tǒng)還能夠促進(jìn)在導(dǎo)入汽提罐之前石灰加壓蒸煮的有機(jī)物導(dǎo)入嗜溫或嗜熱發(fā)酵罐。
該系統(tǒng)還能夠促進(jìn)有機(jī)物的發(fā)酵和沼氣生產(chǎn)的優(yōu)化，方法是提供包括用于汽提包括氨氣的N和/或在預(yù)定工藝參數(shù)(包括pH值、溫度、充氣、時(shí)間、懸浮材料的抑泡和絮凝)的條件下的堿性水解的預(yù)處理裝置。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)能夠確保沼氣生產(chǎn)發(fā)酵罐中含有的微生物群體的優(yōu)化條件。這一目的可以通過(guò)如將來(lái)自汽提罐的殺菌或消毒淤漿導(dǎo)入至少一個(gè)第一沼氣發(fā)酵罐來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所說(shuō)的殺菌或消毒淤漿不會(huì)抑制或傷害發(fā)酵罐中生產(chǎn)沼氣的微生物群體。具體來(lái)說(shuō)，從中汽提包括氨氣的N的有機(jī)物可以導(dǎo)入沼氣反應(yīng)器，在該沼氣反應(yīng)器中，發(fā)酵條件保證嗜溫發(fā)酵。一旦有機(jī)物已經(jīng)進(jìn)行嗜溫發(fā)酵，優(yōu)選將有機(jī)物導(dǎo)入該系統(tǒng)的另一個(gè)沼氣反應(yīng)器，在該沼氣反應(yīng)器中，發(fā)酵條件能夠保證嗜熱發(fā)酵。
嗜熱反應(yīng)條件包括約45℃-75℃的反應(yīng)溫度，如約55℃-60℃的反應(yīng)溫度。嗜溫反應(yīng)條件包括約20℃-45℃的反應(yīng)溫度，包括約30℃-35℃的反應(yīng)溫度。
該系統(tǒng)允許嗜熱反應(yīng)和嗜溫反應(yīng)都進(jìn)行大約或至少5-15天，如大約或至少7-10天，優(yōu)選至少7天。
該系統(tǒng)包括能夠防止泡沫形成的裝置，其中，所說(shuō)的裝置中可以加入如聚合物和/或包括菜油的植物油和/或不同的鹽，這些鹽包括含CaO和/或Ca(OH)2的鹽。
該系統(tǒng)可以在同一個(gè)反應(yīng)器中再次利用來(lái)自沼氣反應(yīng)器的至少一部分發(fā)酵有機(jī)物，其中，所說(shuō)的發(fā)酵有機(jī)物可以作為進(jìn)行發(fā)酵的微生物群體的接種體。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可以將包括含固體部分的液體的淤漿導(dǎo)入第一個(gè)分離器，將包括有限液體部分的固體材料與主要是液體的部分分離。所說(shuō)的主要是固體的部分包括含P(磷)及其化合物的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料?？梢詫⑺f(shuō)的主要是固體的部分進(jìn)一步干燥，所述部分包括肥料。該系統(tǒng)的第一個(gè)分離器優(yōu)選是沉降式離心機(jī)。
該系統(tǒng)還可以使來(lái)自第一個(gè)分離器的廢水在第二個(gè)分離器中處理，所說(shuō)的第二個(gè)分離器包括陶瓷微過(guò)濾器，通過(guò)充氣和過(guò)濾進(jìn)一步處理來(lái)自第一個(gè)分離器的廢水，并且任選地脫除所有殘余的臭味組分、所有殘余的氮化合物和/或所有含K(鉀)的組分，剩下基本上沒(méi)有所說(shuō)的殘余組分的非常清潔的廢水。
該系統(tǒng)可以將來(lái)自嗜熱沼氣反應(yīng)器或來(lái)自第一個(gè)和/或第二個(gè)分離器的廢水導(dǎo)入農(nóng)田、導(dǎo)入廢水處理裝置或?qū)雰艋b置、或?qū)肷锾幚硌b置，以根據(jù)需要進(jìn)一步凈化。
本發(fā)明的系統(tǒng)或方法可以用于消除或減少系統(tǒng)內(nèi)，特別是來(lái)自動(dòng)物廄舍的粉塵、微生物、氨氣、污染空氣、液體或其它所有組分向環(huán)境的排放。
改善包括有機(jī)物的生物質(zhì)中含有的能量的利用。
改善包括甲烷氣和含甲烷氣的沼氣的生產(chǎn)。所說(shuō)的氣體可以儲(chǔ)存在當(dāng)?shù)氐墓拗泻?或?qū)霘怏w配送的商業(yè)網(wǎng)。
從有機(jī)物中得到分離的N(氮)、P(磷)及可能的K(鉀)部分。所說(shuō)的這些部分具有商業(yè)價(jià)值，可以作為肥料為農(nóng)業(yè)和園藝作物施肥。
根據(jù)動(dòng)物畜欄的產(chǎn)物改善所說(shuō)的動(dòng)物畜欄中的動(dòng)物福利和衛(wèi)生。所說(shuō)的產(chǎn)物包括糞便、淤漿和屠宰動(dòng)物。當(dāng)屠宰動(dòng)物時(shí)，清潔的動(dòng)物能夠降低肉被感染的危險(xiǎn)性。
得到一種處理動(dòng)物尸體或其部分、肉和骨粉或其它任何動(dòng)物產(chǎn)品，并且以精煉肥料形式將其處理至農(nóng)田的方法，因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠使農(nóng)業(yè)或園藝植物生產(chǎn)獲益于動(dòng)物產(chǎn)品中含有的微量和大量養(yǎng)分。
權(quán)利要求
1.一種減少有機(jī)物中存在的存活微生物和/或BSE蛋白感染素?cái)?shù)目的方法，所說(shuō)的方法包括下述步驟i)提供包括固體和/或液體部分的有機(jī)物，ii)使有機(jī)物經(jīng)過(guò)下述加工步驟，減少所說(shuō)的有機(jī)物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素?cái)?shù)目a)石灰加壓蒸煮步驟，和/或b)在預(yù)定溫度下加熱有機(jī)物和/或在預(yù)定壓力下處理有機(jī)物和/或在有機(jī)物中加入堿或酸的步驟，和/或c)導(dǎo)致有機(jī)物至少部分水解的步驟，其中，所說(shuō)的加工步驟a)、b)和c)可以同時(shí)進(jìn)行，或者以任意頁(yè)序進(jìn)行，和iii)得到包括至少數(shù)目減少了的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的加工有機(jī)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其還包括將加工有機(jī)物導(dǎo)入沼氣發(fā)酵罐，將加工有機(jī)物發(fā)酵后得到沼氣的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其還包括用加工有機(jī)物補(bǔ)充包括農(nóng)田的外部環(huán)境的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其還包括用發(fā)酵加工有機(jī)物得到的殘余物補(bǔ)充包括農(nóng)田的外部環(huán)境的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其還包括在將有機(jī)物導(dǎo)入有機(jī)物的沼氣發(fā)酵罐之前從所說(shuō)的有機(jī)物中汽提包括氨氣的氮(N)的步驟和將至少不含部分包括氨氣的N的有機(jī)物發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中，所說(shuō)的微生物選自動(dòng)物微生物、傳染性微生物和寄生病原體微生物，還包括這些微生物的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和5中任一項(xiàng)的方法，其中，所說(shuō)的包括固體和/或液體部分的有機(jī)物選自糞便及其淤漿、作物殘?jiān)?、青貯作物、動(dòng)物尸體或其部分、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉，還包括上述物質(zhì)的任意組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，在有機(jī)物進(jìn)行汽提N步驟前將所說(shuō)的有機(jī)物進(jìn)行石灰加壓蒸煮而進(jìn)一步改善沼氣的生產(chǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，石灰加壓蒸煮后的有機(jī)物在進(jìn)行汽提N步驟前進(jìn)行發(fā)酵。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，植物源的有機(jī)物在導(dǎo)入汽提N步驟前進(jìn)行青貯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，植物源的青貯有機(jī)物在進(jìn)行汽提N步驟前進(jìn)行發(fā)酵。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其包括下述步驟i)使有機(jī)物經(jīng)過(guò)下述加工步驟，消除、失活和/或減少所說(shuō)的有機(jī)物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素?cái)?shù)目a)石灰加壓蒸煮步驟，和/或b)在預(yù)定溫度下加熱有機(jī)物和/或在預(yù)定壓力下處理有機(jī)物和/或在有機(jī)物中加入堿或酸的步驟，和/或c)導(dǎo)致有機(jī)物至少部分水解的步驟，其中，步驟a)、b)和c)可以同時(shí)進(jìn)行，或者以任意順序進(jìn)行，ii)從所說(shuō)的加工有機(jī)物中汽提包括氨氣的N，iii)將汽提N后的有機(jī)物導(dǎo)入沼氣發(fā)酵罐，iv)將汽提N后的有機(jī)物發(fā)酵，和v)得到沼氣和至少存活微生物和/或BSE蛋白感染素的數(shù)目減少了的發(fā)酵有機(jī)物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，發(fā)酵得到的有機(jī)物中基本上不存在BSE蛋白感染素。
14.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，汽提包括氨氣的氮(N)的步驟是用下述方法進(jìn)行的首先在有機(jī)物中加入一定量的石灰，使其在優(yōu)選高于40C的溫度下的pH值大于9。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，pH值大于10。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，pH值大于11。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，溫度高于50℃。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，溫度高于60℃。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，操作時(shí)間是2-15天。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，操作時(shí)間是4-10天。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，操作時(shí)間是6-8天。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，pH值是8-12，溫度是70C-80℃，液氣比小于1∶400，操作時(shí)間約為7天。
23.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，有機(jī)物包括最大為50％的固體部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，有機(jī)物包括最大為40％的固體部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，有機(jī)物包括最大為30％的固體部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，有機(jī)物包括最大為20％的固體部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，有機(jī)物是流體狀態(tài)，包括最大為10％的固體部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，有機(jī)物是通過(guò)加入水和/或含低濃度有機(jī)物的水，優(yōu)選含低于10％固體部分的水得到的液體淤漿。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，加入水包括含低濃度的來(lái)自青貯植物的有機(jī)物的水、和/或清潔廄舍和/或清潔動(dòng)物后收集的水、和/或在汽提N工藝前通過(guò)發(fā)酵得到的水、和/或來(lái)自一個(gè)或多個(gè)沼氣生產(chǎn)裝置的水、和/或在濃縮P肥過(guò)程中得到的水、和/或在濃縮K肥過(guò)程中得到的水、和/或收集的雨水。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，加入水是來(lái)自沼氣生產(chǎn)裝置的廢水。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，加入水是在濃縮P肥過(guò)程中得到的廢水。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，加入水是或在濃縮K肥過(guò)程中得到的水。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，加入水是收集的雨水。
34.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，通過(guò)加入CaO升高pH。
35.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，通過(guò)加入Ca(OH)2升高pH。
36.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，汽提的包括氨氣的氮(N)在任選地儲(chǔ)存在槽內(nèi)之前吸收在塔中。
37.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，汽提的包括氨氣的氮(N)在任選地儲(chǔ)存在槽內(nèi)之前吸收在包括水或酸液，優(yōu)選硫酸的塔中。
38.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的方法，其中，有機(jī)物的石灰加壓蒸煮步驟是在下述條件下進(jìn)行的溫度為約100℃至約250℃，壓力為2-20巴，加入足夠多的石灰，使其pH值達(dá)到約9至約12，操作時(shí)間是至少1分鐘至優(yōu)選少于約60分鐘。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物還包括來(lái)自動(dòng)物，特別是來(lái)自牛、豬和家禽的厚墊草或糞便。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物還包括動(dòng)物尸體或其部分、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉、血漿或任何源自動(dòng)物的這些產(chǎn)品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危險(xiǎn)或安全材料。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物還包括蛋白質(zhì)或類似的包括多種元素的有機(jī)分子，包括構(gòu)成BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的氨基酸及其組合，其中，厭氧發(fā)酵能夠直接消除或破壞所說(shuō)的BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素，或者能夠使其易于破壞。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物還包括麥桿、纖維或鋸屑。
43.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物中具有高含量的纖維，纖維含量?jī)?yōu)選超過(guò)10％(w/w)。
44.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物中具有高含量的復(fù)雜碳水化合物，碳水化合物包括纖維素和/或半纖維素和/或木質(zhì)素，其含量?jī)?yōu)選超過(guò)10％(w/w)。
45.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，含纖維素的有機(jī)物在石灰加壓蒸煮后分解成小分子有機(jī)酸如甲酸、乙酸、乳酸等。
46.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物中存在的所有尿素或尿酸都轉(zhuǎn)化成氨氣，其中，按照權(quán)利要求36或37所述的方法任選地將氨氣收集起來(lái)。
47.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，石灰包括或者基本由CaO或Ca(OH)2組成。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中，CaO的加入量是每千克干料加入約2克至約80克。
49.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中，CaO的加入量是每千克干料加入約5克至約60克。
50.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，溫度是約120℃至約220℃，壓力是約2巴至優(yōu)選低于約18巴，操作時(shí)間是至少1分鐘至優(yōu)選少于30分鐘。
51.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，溫度是約180℃至約200℃，壓力是約10巴至優(yōu)選低于16巴，pH值是約10至約12，操作時(shí)間是約5分鐘至約10分鐘。
52.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物包括或基本上由長(zhǎng)度小于10cm的固體部分組成。
53.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物包括或基本上由長(zhǎng)度小于5cm的固體部分組成。
54.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，有機(jī)物包括或基本上由長(zhǎng)度小于1cm的固體部分組成。
55.根據(jù)權(quán)利要求38和52-54中任一項(xiàng)的方法，其中，有機(jī)物在石灰蒸煮機(jī)中處理之前被浸漬。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中，裝備有優(yōu)選用耐銹和耐酸的鋼制成的浸漬機(jī)的螺旋運(yùn)輸機(jī)將有機(jī)物輸送至石灰蒸煮機(jī)，在蒸煮機(jī)中用噴射的蒸汽或石灰蒸煮機(jī)附近的裝置的蒸汽或其結(jié)合的蒸汽加熱有機(jī)物。
57.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，石灰加壓蒸煮機(jī)處理后的有機(jī)物在進(jìn)行汽提N之前導(dǎo)入用于嗜溫和/或嗜熱發(fā)酵的裝置。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，發(fā)酵是通過(guò)細(xì)菌群體進(jìn)行的。
59.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，發(fā)酵是厭氧發(fā)酵。
60.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，動(dòng)物源的有機(jī)物具有高含量的氮(N)，其含量?jī)?yōu)選超過(guò)10％。
61.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，發(fā)酵是在約15℃至優(yōu)選低于約65℃的溫度下進(jìn)行的。
62.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，發(fā)酵是在約25℃至優(yōu)選低于約55℃的溫度下進(jìn)行的。
63.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，發(fā)酵是在約35℃至優(yōu)選低于約45℃的溫度下進(jìn)行的。
64.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，發(fā)酵進(jìn)行約5天至優(yōu)選少于15天。
65.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，發(fā)酵進(jìn)行約7天至優(yōu)選少于10天。
66.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，被青貯的有機(jī)物包括一年生飼料作物如甜菜、玉米、三葉草，其中任選地包括植物的頂部。
67.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的方法，其中，沼氣生產(chǎn)是在一個(gè)或多個(gè)裝置中通過(guò)微生物，優(yōu)選細(xì)菌群體進(jìn)行的，沼氣生產(chǎn)涉及有機(jī)物的厭氧發(fā)酵。
68.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中，當(dāng)有機(jī)物發(fā)酵時(shí)，細(xì)菌產(chǎn)生大部分甲烷和小部分二氧化碳。
69.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中，沼氣生產(chǎn)是在一個(gè)或多個(gè)裝置中通過(guò)有機(jī)物的厭氧細(xì)菌發(fā)酵進(jìn)行的。
70.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中，沼氣生產(chǎn)是在兩個(gè)裝置中通過(guò)有機(jī)物的厭氧細(xì)菌發(fā)酵進(jìn)行的，首先在第一個(gè)裝置中用嗜熱細(xì)菌發(fā)酵，然后將嗜熱細(xì)菌發(fā)酵后的有機(jī)物導(dǎo)入第二個(gè)裝置，在第二個(gè)裝置中用嗜溫細(xì)菌發(fā)酵。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜熱反應(yīng)條件包括45℃-75℃的反應(yīng)溫度。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜熱反應(yīng)條件包括55℃-60℃的反應(yīng)溫度。
73.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜溫反應(yīng)條件包括20℃-45℃的反應(yīng)溫度。
74.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜溫反應(yīng)條件包括30℃-35℃的反應(yīng)溫度。
75.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜熱反應(yīng)進(jìn)行約5-15天。
76.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜熱反應(yīng)進(jìn)行約7-10天。
77.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜溫反應(yīng)進(jìn)行約5-15天。
78.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，嗜溫反應(yīng)進(jìn)行約7-10天。
79.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，通過(guò)加入聚合物和/或植物油和/或一種或多種鹽減少和/或消除任何可能形成的泡沫。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，其中，植物油是菜油。
81.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，其中，鹽包括或基本上由CaO和/或Ca(OH)2組成。
82.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中，通過(guò)加入能夠在溶液或懸浮液中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物之間形成鈣橋的鈣離子使物質(zhì)和顆粒在沼氣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生所需的絮凝，所說(shuō)的鈣離子使顆粒形成“片狀物”。
83.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中，加入鈣離子還能夠沉淀出正磷酸鹽，包括溶解的(PO43-)，并且正磷酸鹽優(yōu)選以磷酸鈣Ca3(PO4)2的形式沉淀，其中，沉淀的磷酸鈣優(yōu)選在淤漿中保持懸浮狀態(tài)。
84.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中，得到的沼氣導(dǎo)入能夠產(chǎn)熱和/或發(fā)電的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。
85.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中，所說(shuō)的熱量用于加熱石灰加壓蒸煮機(jī)和/或發(fā)酵裝置和/或汽提N反應(yīng)器和/或一個(gè)或多個(gè)沼氣裝置和/或動(dòng)物廄舍和/或人的住宅和/或加熱家庭或人的住宅用水。
86.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中，所說(shuō)的電輸出和售給用于配電的商業(yè)網(wǎng)。
87.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中，汽提N后剩下的經(jīng)過(guò)消毒和發(fā)酵的有機(jī)物播撒在農(nóng)田里。
88.根據(jù)權(quán)利要求1-14的方法，其中，微生物包括細(xì)菌如彎曲菌、沙門氏菌、耶爾森菌、蛔蟲(chóng)、類似的微生物和寄生有機(jī)體、及病毒、類病毒等。
89.根據(jù)權(quán)利要求5-14中任一項(xiàng)的方法，其還包括從包括N源的有機(jī)物中生產(chǎn)含N肥的步驟，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)收集在汽提N步驟中從有機(jī)物中汽提的包括氨氣的N，ii)將所說(shuō)的包括氨氣的N吸收在水或優(yōu)選含有硫酸的酸液中，和iii)得到可以播撒在農(nóng)田里的N肥。
90.根據(jù)權(quán)利要求5-14的方法，其還包括從包括P源的有機(jī)物中生產(chǎn)含磷(P)肥料的步驟，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)將來(lái)自沼氣發(fā)酵罐的淤漿導(dǎo)入分離器，ii)將發(fā)酵后的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物分成固體和主要是液體的部分，iii)得到包括部分P的主要是固體的部分，P優(yōu)選是磷酸鈣Ca3(PO4)2和懸浮在淤漿中的有機(jī)磷酸鹽的形式，其中所說(shuō)的固體部分能夠用作在適當(dāng)時(shí)播撒在農(nóng)田里的P肥。
91.根據(jù)權(quán)利要求90的方法，其中，分離器是沉降式離心機(jī)。
92.根據(jù)權(quán)利要求90的方法，其中，通過(guò)任選地使P部分在處于透氣薄膜或覆蓋物下的英里倉(cāng)庫(kù)中堆肥而將包括P的主要是固體的部分干燥，生成包括P肥的顆粒。
93.根據(jù)權(quán)利要求5-14的方法，其中，生產(chǎn)沼氣時(shí)得到的廢水和分離固體組分時(shí)得到的廢水在青貯飼料的發(fā)酵和/或石灰加壓蒸煮過(guò)程中和/或汽提N過(guò)程中和/或在沼氣裝置中和/或清潔畜欄過(guò)程中再利用，和/或播撒在農(nóng)田里，和/或?qū)雮鹘y(tǒng)的污水處理裝置。
94.根據(jù)權(quán)利要求5-14的方法，其還包括生產(chǎn)基本上清潔的廢水的步驟，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)從分離器中得到包括廢水的液體部分，廢水中只有含量非常有限的N和P，并且基本上沒(méi)有能夠傳播人畜共患病、獸醫(yī)病毒、感染菌、寄生蟲(chóng)或其它包括BSE蛋白感染素和其它蛋白感染素的傳染劑的病源。
95.根據(jù)權(quán)利要求94的方法，其中，廢水含有低于10％的源自淤漿中的N和P。
96.根據(jù)權(quán)利要求5-14的方法，其還包括從包括K源的有機(jī)物中生產(chǎn)含鉀(K)肥料的步驟，所說(shuō)的生產(chǎn)方法包括下述步驟i)將來(lái)自第一個(gè)分離步驟的液體部分導(dǎo)入第二個(gè)分離步驟，ii)從液體中分離剩余的有機(jī)和無(wú)機(jī)組分，iii)得到含K的固體部分，其中所說(shuō)的固體部分用作在適當(dāng)時(shí)能夠播撒在農(nóng)田里的K肥。
97.根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中，第二個(gè)分離步驟包括使含K的部分通過(guò)間歇地進(jìn)行充氣和過(guò)濾廢水操作的陶瓷微過(guò)濾器，所說(shuō)的充氣優(yōu)選能使剩余的有機(jī)物分解，并且能夠使無(wú)機(jī)片狀物沉降。
98.根據(jù)權(quán)利要求94的方法，其還包括生產(chǎn)清潔廢水的步驟，其中，在能夠消除和/或降低水中N和P含量并且優(yōu)選還能夠分解剩余的有機(jī)物和氣味組分的需氧處理系統(tǒng)中處理得到的廢水，得到基本上沒(méi)有N和P的廢水，其中，所說(shuō)的廢水優(yōu)選能夠在適當(dāng)時(shí)播撒在農(nóng)田里，或者通過(guò)動(dòng)物廄舍再循環(huán)。
99.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中，用大氣進(jìn)行充氣操作2-4周。
100.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中，溫度保持在約20℃。
101.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中，液氣比約為1∶2000。
102.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中，將除去的N收集和導(dǎo)入根據(jù)權(quán)利要求36和37所述的吸收塔中。
103.根據(jù)權(quán)利要求94的方法，其還包括改善動(dòng)物畜欄中的衛(wèi)生的步驟，所說(shuō)的改善之處在于用得到的廢水清潔畜欄。
104.根據(jù)權(quán)利要求103的方法，其中，清潔畜欄包括清潔和沖洗畜欄、地板、板條、糞便下水道、頂蓬，為下水道通風(fēng)，洗滌廢氣等，還包括減少借以使臭味、氨氣和粉塵釋放到包括畜欄的預(yù)定位置的環(huán)境中的排放表面。
105.根據(jù)權(quán)利要求103的方法，其中，用發(fā)酵能源作物后得到的廢水或?yàn)樯a(chǎn)沼氣而進(jìn)行的發(fā)酵后分離成固體和液體得到的廢水或在該系統(tǒng)的后一工序得到的廢水清潔畜欄。
106.根據(jù)權(quán)利要求103的方法，其還包括在畜欄中用麥桿改善畜欄中的動(dòng)物福利的方法，該方法為動(dòng)物提供挖掘和消遣材料及結(jié)構(gòu)飼料，并且將所說(shuō)的含有機(jī)物的麥桿從畜欄導(dǎo)入石灰加壓蒸煮機(jī)，在進(jìn)一步加工之前水解有機(jī)物。
107.根據(jù)權(quán)利要求103的方法，其還包括改善畜欄中動(dòng)物福利的方法，該方法包括噴淋動(dòng)物，以減少微生物數(shù)目和動(dòng)物表面上的粉塵量，同時(shí)還能夠降低動(dòng)物的溫度。
108.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其還包括其中為就地加工有機(jī)物而在農(nóng)田里設(shè)置有包括動(dòng)物糞便、能源作物和類似的有機(jī)底物的厭氧發(fā)酵和將消化后的生物質(zhì)中存在的養(yǎng)分精煉成工業(yè)級(jí)的肥料和得到的清潔廢水的集成系統(tǒng)的方法。
109.一種系統(tǒng)，其包括i)第一個(gè)裝置，優(yōu)選是圈養(yǎng)和/或飼養(yǎng)動(dòng)物的動(dòng)物廄舍或畜欄，這些動(dòng)物優(yōu)選是家畜，包括母牛、豬、牛、馬、山羊、綿羊和/或家禽等，和/或ii)第二個(gè)裝置，優(yōu)選至少一個(gè)用于預(yù)處理有機(jī)物的預(yù)處理裝置，所說(shuō)的有機(jī)物優(yōu)選包括動(dòng)物糞便和/或動(dòng)物淤漿和/或植物部分，其中，所說(shuō)的植物部分優(yōu)選包括一種或多種麥桿、作物、作物殘?jiān)?、青貯飼料、能源作物及任選的動(dòng)物尸體或其部分、屠宰場(chǎng)廢物、肉和骨粉、血漿或任何源自動(dòng)物的這些產(chǎn)品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危險(xiǎn)或安全材料，和/或iii)第三個(gè)裝置，優(yōu)選是能夠用包括有機(jī)物的生物質(zhì)產(chǎn)生其量改善的能量的能量裝置，其中，第一個(gè)裝置包括a)清潔一個(gè)或多個(gè)地板、板條、畜欄、糞便下水道、淤漿下水道、動(dòng)物，為動(dòng)物廄舍或畜欄的下水道通風(fēng)的系統(tǒng)，所說(shuō)的的清潔包括使用清潔水，和/或b)將清潔水，任選地呈包括清潔水和有機(jī)物的淤漿形式的清潔水從動(dòng)物廄舍或畜欄輸送至第二個(gè)裝置的系統(tǒng)，其中，第二個(gè)裝置包括a)第一個(gè)預(yù)處理槽，優(yōu)選是用于下述目的的汽提罐i)由自第一個(gè)裝置導(dǎo)入第二個(gè)裝置的淤漿中汽提包括氨氣的N(氮)，或ii)由自第二個(gè)裝置的附加預(yù)處理槽導(dǎo)出的有機(jī)物汽提包括氨氣的N，其中，第一個(gè)預(yù)處理槽還可任選地用于水解有機(jī)物，和/或b)第二個(gè)預(yù)處理槽，優(yōu)選是用于水解包括自第一個(gè)裝置導(dǎo)入第二個(gè)裝置的有機(jī)物的淤漿的石灰加壓蒸煮機(jī)，其中，所說(shuō)的水解將消除、失活和/或減少淤漿或部分淤漿中存在的所有存活微生物和/或病原體數(shù)目，和/或c)至少一個(gè)主槽，優(yōu)選是用于生成包括至少一種或多種谷物/玉米、能源作物、甜菜和作物殘?jiān)那噘A植物材料的青貯飼料槽，和/或d)至少一個(gè)副槽，優(yōu)選是用于發(fā)酵青貯飼料和/或石灰加壓蒸煮后的有機(jī)物的預(yù)處理發(fā)酵槽，其中，發(fā)酵條件選自嗜溫發(fā)酵條件和/或嗜熱發(fā)酵條件。其中，第三個(gè)裝置包括a)至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐，淤漿和/或有機(jī)物可以從第二個(gè)裝置導(dǎo)入該發(fā)酵罐，發(fā)酵罐用于在嗜溫發(fā)酵條件和/或嗜熱發(fā)酵條件下將有機(jī)物發(fā)酵，生成主要包括甲烷的沼氣，和/或b)至少一個(gè)用于收集沼氣的罐，其中，該罐任選地與沼氣配送出口連接，或者與氣體發(fā)動(dòng)機(jī)連接，和/或c)至少一個(gè)第一分離器，優(yōu)選是沉降式離心機(jī)，在該第一分離器中，來(lái)自至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐的發(fā)酵材料被分離成廢水形式的基本上是液體的部分和基本上是固體的部分，其中，所說(shuō)的固體部分包括含固體磷(P)的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料，和/或d)至少一個(gè)第二分離器，優(yōu)選是陶瓷微過(guò)濾器，在第二分離器中優(yōu)選通過(guò)充氣和過(guò)濾將來(lái)自至少一個(gè)第一分離器的廢水進(jìn)一步處理，其中，所說(shuō)的處理能夠脫除至少一些，但優(yōu)選大部分臭味組分、氮(N)化合物和鉀(K)化合物中的一種或多種，其中，所說(shuō)的分離還能夠產(chǎn)生含有與分離前相比其量減少的臭味組分、氮(N)化合物和鉀(K)化合物中的任何一種或多種的廢水。
110.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，來(lái)自至少一個(gè)青貯飼料槽、至少一個(gè)預(yù)處理發(fā)酵槽、至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐、至少一個(gè)第一分離器和至少一個(gè)第二分離器中的一種或多種的液體部分或廢水被再利用于清潔動(dòng)物廄舍或畜欄。
111.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括構(gòu)成封閉系統(tǒng)的管線，防止或減少系統(tǒng)內(nèi)的粉塵、微生物、氨氣、空氣、液體或任何其它組分中的任何一種或多種的排放。
112.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，來(lái)自至少一個(gè)青貯飼料槽、至少一個(gè)預(yù)處理發(fā)酵槽、至少一個(gè)沼氣發(fā)酵罐、至少一個(gè)第一分離器和至少一個(gè)第二分離器中的一種或多種的液體部分或廢水在淤漿分離和沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)的任一步驟中再利用，使有機(jī)物保持合適的流體狀態(tài)。
113.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，在所說(shuō)的有機(jī)物進(jìn)入用于汽提包括氨氣的N的汽提罐之前向有機(jī)物中加入包括CaO和/或Ca(OH)2的石灰，優(yōu)選加入足量的石灰，使pH值為約10至約12，加入石灰的步驟可以任選地與包括有機(jī)物的淤漿的加熱步驟和充氣步驟相結(jié)合。
114.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，有機(jī)物在汽提罐內(nèi)保留5-10天，任選7天。
115.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，汽提罐內(nèi)的溫度是60℃-80℃。
116.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，向汽提罐中的有機(jī)物或進(jìn)入汽提罐之前的所說(shuō)的有機(jī)物中加入的Ca(OH)2的量是每千克有機(jī)物中的干料加入30-60克。
117.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，從汽提罐中收集汽提的包括氨氣的N，并將其導(dǎo)入在其中將氨氣吸收在水或優(yōu)選含有硫酸的酸液中的塔中，還可以任選地將吸收的氨氣儲(chǔ)存在罐內(nèi)。
118.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，將吸收在酸液中的N用作肥料。
119.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，石灰加壓蒸煮機(jī)是首先能夠?qū)⒂袡C(jī)物切成小段，然后將小段有機(jī)物導(dǎo)入一個(gè)在其中將所說(shuō)的小段有機(jī)物加熱并同時(shí)使其處于由于升溫而造成的高壓下的腔室內(nèi)的裝置。
120.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，向要在石灰加壓蒸煮機(jī)中處理的有機(jī)物中加入一定量的石灰。
121.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，向要在石灰加壓蒸煮機(jī)中處理的有機(jī)物中加入CaO或Ca(OH)2形式的石灰。
122.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，向要在石灰加壓蒸煮機(jī)中處理的有機(jī)物中加入CaO。
123.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，向要在石灰加壓蒸煮機(jī)中處理的有機(jī)物中加入的CaO的量是每千克有機(jī)物中的干料加入5-10克。
124.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，石灰加壓蒸煮機(jī)中的有機(jī)物溫度是100℃-220℃，所說(shuō)的溫度的選擇取決于要處理的有機(jī)物，有機(jī)物中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量越高，選擇的溫度越高，或者根據(jù)有機(jī)物中含有傳染性微生物或包括BSE蛋白感染素的病原體化合物的危險(xiǎn)程度選擇較高的溫度。
125.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，石灰加壓蒸煮機(jī)中的有機(jī)物溫度是180℃-200℃。
126.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，石灰加壓蒸煮機(jī)中的有機(jī)物壓力是10-16巴。
127.根據(jù)權(quán)利要求1 09的系統(tǒng)，其中，石灰加壓蒸煮機(jī)中的有機(jī)物在升高的溫度下處理5-10分鐘。
128.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，在石灰加壓蒸煮機(jī)中汽提的包括如權(quán)利要求117所述將氨氣的N收集和導(dǎo)入塔中，并且被吸收。
129.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，在進(jìn)一步導(dǎo)入汽提罐之前將包括但不限定為玉米、能源作物、甜菜和/或作物殘?jiān)那噘A飼料導(dǎo)入嗜溫或嗜熱發(fā)酵槽。
130.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，在進(jìn)一步導(dǎo)入汽提罐之前將石灰加壓蒸煮的有機(jī)物導(dǎo)入嗜溫或嗜熱發(fā)酵槽。
131.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，通過(guò)預(yù)處理優(yōu)化有機(jī)物的發(fā)酵和沼氣的生產(chǎn)，包括汽提包括氨氣的N和在包括適當(dāng)?shù)膒H值、溫度、充氣、時(shí)間、懸浮材料的抑泡和絮凝的條件下的堿性水解。
132.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，通過(guò)將來(lái)自汽提罐的殺菌或消毒淤漿導(dǎo)入主沼氣發(fā)酵罐而優(yōu)化沼氣生產(chǎn)發(fā)酵罐中的微生物條件，所說(shuō)的殺菌或消毒淤漿不會(huì)抑制或傷害發(fā)酵罐中生產(chǎn)沼氣的微生物群體。
133.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，將從中汽提包括氨氣的N的有機(jī)物導(dǎo)入其中是嗜溫條件的沼氣反應(yīng)器。
134.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，將嗜溫發(fā)酵后的有機(jī)物導(dǎo)入其中是嗜熱條件的沼氣反應(yīng)器。
135.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜熱反應(yīng)條件包括45℃-75℃的反應(yīng)溫度。
136.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜熱反應(yīng)條件包括55℃-60℃的反應(yīng)溫度。
137.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜溫反應(yīng)條件包括20℃-45℃的反應(yīng)溫度。
138.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜溫反應(yīng)條件包括30℃-35℃的反應(yīng)溫度。
139.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜熱反應(yīng)進(jìn)行5-15天。
140.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜熱反應(yīng)進(jìn)行7-10天。
141.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜溫反應(yīng)進(jìn)行5-15天。
142.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，嗜溫反應(yīng)進(jìn)行7-10天。
143.根據(jù)權(quán)利要求133的系統(tǒng)，其中，通過(guò)加入聚合物和/或植物油和/或不同的鹽限制任何可能形成的泡沫。
144.根據(jù)權(quán)利要求143的系統(tǒng)，其中，植物油是菜油。
145.根據(jù)權(quán)利要求143的系統(tǒng)，其中，鹽包括CaO和/或Ca(OH)2。
146.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，有機(jī)物嗜溫發(fā)酵和嗜熱發(fā)酵各進(jìn)行至少7天。
147.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，來(lái)自沼氣反應(yīng)器的部分發(fā)酵有機(jī)物在該特定反應(yīng)器中再次利用，所說(shuō)的發(fā)酵有機(jī)物用作進(jìn)行發(fā)酵的微生物群體的接種體。
148.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，將包括含固體材料的液體的淤漿的發(fā)酵有機(jī)物導(dǎo)入第一個(gè)分離器，將包括有限液體部分的固體材料與主要是液體的部分分離，所說(shuō)的主要是固體的部分包括含P(磷)及其化合物的有機(jī)和無(wú)機(jī)材料，將所說(shuō)的主要是固體的部分被進(jìn)一步干燥且其包括肥料。
149.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，第一個(gè)分離器是沉降式離心機(jī)。
150.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，使來(lái)自第一個(gè)分離器的廢水在第二個(gè)分離器中處理，所說(shuō)的第二個(gè)分離器包括陶瓷微過(guò)濾器，通過(guò)充氣和過(guò)濾進(jìn)一步加工來(lái)自第一個(gè)分離器的廢水，并且任選地脫除所有殘余的臭味組分、所有殘余的氮化合物和所有含K(鉀)的組分，剩下清潔的廢水。
151.根據(jù)權(quán)利要求109的系統(tǒng)，其中，將來(lái)自嗜熱沼氣反應(yīng)器或來(lái)自第一個(gè)或第二個(gè)反應(yīng)器的廢水導(dǎo)入農(nóng)田、導(dǎo)入廢水處理裝置或?qū)雰艋b置、或任選地導(dǎo)入生物處理裝置。
152.權(quán)利要求4-151中任一項(xiàng)的系統(tǒng)或方法的用途是消除或減少系統(tǒng)內(nèi)，特別是來(lái)自動(dòng)物廄舍的粉塵、微生物、氨氣、污染空氣、液體或其它所有組分向環(huán)境的排放。
153.權(quán)利要求4-151中任一項(xiàng)的系統(tǒng)或方法的用途是改善包括有機(jī)物的生物質(zhì)中含有的能量的利用。
154.權(quán)利要求4-151中任一項(xiàng)的系統(tǒng)或方法的用途是改善包括甲烷氣和含甲烷氣的沼氣的生產(chǎn)，所說(shuō)的氣體可以儲(chǔ)存在當(dāng)?shù)氐墓拗泻?或?qū)霘怏w配送的商業(yè)網(wǎng)。
155.權(quán)利要求4-151中任一項(xiàng)的系統(tǒng)或方法的用途是從有機(jī)物中得到分離的N(氮)、P(磷)及可能的K(鉀)部分，所說(shuō)的這些部分具有商業(yè)價(jià)值，可以作為肥料為農(nóng)業(yè)和園藝作物施肥。
156.權(quán)利要求4-151中任一項(xiàng)的系統(tǒng)或方法的用途是根據(jù)動(dòng)物畜欄的產(chǎn)物改善所說(shuō)的動(dòng)物畜欄中的動(dòng)物福利和衛(wèi)生，所說(shuō)的產(chǎn)物包括糞便、淤漿和屠宰動(dòng)物，當(dāng)屠宰動(dòng)物時(shí)，清潔的動(dòng)物能夠降低肉被感染的危險(xiǎn)性。
157.權(quán)利要求4-151中任一項(xiàng)的系統(tǒng)或方法的用途是得到一種處理動(dòng)物尸體或其部分、肉和骨粉或其它任何動(dòng)物產(chǎn)品，并且以精煉肥料形式將其處理至農(nóng)田的方法，因此能夠使農(nóng)業(yè)或園藝植物生產(chǎn)獲益于動(dòng)物產(chǎn)品中含有的微量和大量養(yǎng)分。
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)物糞便、能源作物及類似的有機(jī)底物的厭氧消化。該方法能夠?qū)⑾镔|(zhì)中含有的養(yǎng)分精煉成工業(yè)級(jí)的肥料。本發(fā)明還提供一種加工包括肉和骨粉等的動(dòng)物尸體或其部分的方法，其目的是提供一種加工動(dòng)物源的有機(jī)廢物的替代性方法，同時(shí)還能夠促進(jìn)肥料的生產(chǎn)。因此，本發(fā)明即使不能完全消除BSE蛋白感染素或其它任何蛋白感染素向動(dòng)物或人類傳播的危險(xiǎn)，也能大大降低BSE蛋白感染素或其它任何蛋白感染素向動(dòng)物或人類傳播的危險(xiǎn)。優(yōu)選將本發(fā)明的沼氣和淤漿分離系統(tǒng)與畜牧業(yè)的運(yùn)作集成為能夠優(yōu)化畜牧業(yè)內(nèi)部性態(tài)和外部性態(tài)的整體方案。內(nèi)部性態(tài)涉及與動(dòng)物廄舍管理相關(guān)的質(zhì)量方面，包括工業(yè)消毒、動(dòng)物健康、氣體和粉塵排放及食品安全。外部性態(tài)主要涉及能源生產(chǎn)、養(yǎng)分和溫室氣體向環(huán)境的排放及高質(zhì)量食品的銷售。
文檔編號(hào)A61L2/18GK1471409SQ01817788
公開(kāi)日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月22日
發(fā)明者托本·A·邦德, 托本 A 邦德, J 佩德森, 拉斯·J·佩德森 申請(qǐng)人:綠色農(nóng)業(yè)能源公司