养分回收系统和方法技术方案

在此提供了用于对废纤维性材料进行厌氧消化和回收养分的多种方法、系统以及装置。本文披露的多种方法、系统以及装置提供了将溶解的气体从厌氧消化器流出物中释放的机制。在此披露的多种方法、系统以及装置可以使用一系列的温度、曝气速率、曝气时间、pH范围以及沉降时间，从厌氧消化的流出物中回收一种或多种养分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 相关申请的交叉引用 本申请要求2010年6月11日提交的美国临时专利申请序号61/354，156的优先权，该专利申请是通过引用以其全部内容结合在此。 对政府基金的提及 本专利技术是在美国政府的支持下，由美国农业部(“USDA”)项目编号2008-5511218840 ；USDA SBIR I期资助金编号2009-33610-19713以及USDA项目合同编号69-3A75-10-152资助完成的。美国对本专利技术具有某些权利。 领域在此披露的多种方法、系统以及装置涉及用于处理粪肥并回收养分的废物处理系统。在此披露的多种方法、系统以及装置涉及碳和养分的管理工具。
技术介绍
家畜圈养设施产生了大量的动物废物，这些动物废物可以引起严重的环境和人类健康问题。例如，动物废物的成分如有机质、氮、磷、病原体以及金属可以使水质、空气品质下降，并且负面地影响人类健康。有机质，例如，含有较高量的生物可降解的有机物，并且当排放到地表水时，将竞争并且耗尽可用的有限量的溶解氧，从而引起鱼类死亡和其他不希望的影响。类似地，氮和磷的养分负荷可以导致地表水的富营养化。全世界的有机废物的年积累量是巨大的。在美国有近似450，000个动物饲养经营体(“AF0”)。常见的AFO类型包括奶牛场、养牛场以及家禽饲养场。一头奶牛每天产生近似120磅的湿粪肥。一头奶牛每天产生的废物`等于20-40个人产生的废物。如果能合适地储存并且使用，则来自动物饲养操作的粪肥可以成为一个宝贵的资源。厌氧消化器技术是一种粪肥管理技术，它能够通过废物稳定化、恶臭减少、病原体控制以及温室气体截留和减排而减轻环境问题，同时产生热和电力的可再生来源(US-EPA，2005)。厌氧消化器在美国奶牛场的采用正在增长，但仍然是缓慢的，数量不足以满足美国与其奶牛业之间截至2020年使奶牛场对气候的影响降低25%的协议(USDA，2010)。在厌氧消化器技术的采用中的一个重要问题在于以下事实:厌氧消化器单元不回收养分。这一点是重要的，原因是奶牛场商业动物饲养操作(CAFO)遭受了分别为36%和55%的氮和磷超负荷(USDA-APHIS，2004)。潜在农场超负荷的影响自身表现在许多空气和水品质威胁中。高浓度的氨可以产生恶臭，并且还可以与其他空气成分相互作用而产生颗粒物(PM2.5)(US-EPA，2004)，这种颗粒物对人类健康是有害的。美国农业产业依赖于氮基肥料，这些氮基肥料在固氮哈伯法中又依赖于天然气作为主要氢来源以产生氨。显然，能够收集并浓缩现有的未充分利用形式的氮(如粪肥废物流中存在的氮)的技术或机制能够在减少无机肥料生产中存在的问题中起到一个重要作用。在水质范围内，渗漏和土地过度利用能够将氮和磷化合物输送到地下水和地表水。离子氨和其无机衍生物、亚硝酸盐以及硝酸盐对人类与水生动物均是有害的，其中氨对鱼类有毒，亚硝酸盐是一种已知的致癌物，而硝酸盐能够导致蓝婴综合症和妊娠流产(WS-D0H，2005)。长久以来，磷已经作为水体富营养化的一个主要原因而受到牵连。关于峰值磷水平的关注潜在地超过了与氮肥料的能量成本相关的关注。众多的报道已经显示，磷酸岩储量在接下来的50-100年间能够被耗竭。另外，多种来源将被限制于少数特定国家，并伴随产品质量下降和提取成本增加(Smi I，2000 )。动物粪肥典型地含有两倍至三倍于农作物施肥所要求的正常比例的磷:氮比，因此可以容易地看出CAFO与大田的磷负荷进行斗争的原因。然而，如果经济上可行的技术能够被商业化，磷和氮的浓缩的来源，如在CAFO上可获得的那些，可以代表回收再用的磷的一种可行来源，这可以潜在地延迟关于可用性和需求的关注。通过并入能够从农场中浓缩并输出养分的养分回收技术，这些环境威胁可以被部分地减小。养分回收还允许生物基肥料的较广泛采用，从而至少部分地替代对化石燃料基肥料的需求和与它们的生产相关的所有气候/环境问题。存在数种传统的废水技术用于控制和回收来自人类和工业废水的养分，然而，当应用至农场环境中的粪肥时，这些技术不具有成本效益或是不可靠的。因此，仍然存在着对于从厌氧消化器废料中回收养分的方法和装置的需要。 概述在此的多种方法、系统以及装置提供了一种独特并且新型的工艺，该工艺取得了高养分回收率，具有易操作性和降低的操作和资本成本。在此披露的多种方法、系统以及装置提供了用于从厌氧消化器流出物中回收养分的一种连续的活塞式流动过程。在此披露的多种方法、系统以及装置可以用来提高从厌氧消化器中的沼气捕获的数量。在此披露的多种方法、系统以及装置可以用来使用一系列的温度、曝气速率、曝气时间、pH范围、沉降时间和(如果有的话)生石灰或苛性碱的量，以及流出物中气泡的大小和形状，从厌氧消化器流出物中回收一种或多种养分。在此披露的多种方法、系统以及装置具有广泛的灵活性，并且可以被改变以便取得一个所希望的结果。多种方法、系统以及装置可以被改进，以便回收一种具体的养分或多于一种的养分。在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置可以用来产生纤维性生物肥料产品和泥炭，连同液体流出物，该液体流出物被认为是关于病原体控制方面的A类流出物，从而显著降低了对粪肥与农作物大田之间的动物传染病转移的关注。在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置可以被设计成使用曝气或曝气和温度来回收总磷，而不集中于病原体控制或铵盐回收。在另一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置可以被设计成回收总磷、回收氨并且控制病原体。在一个实施例中，在此的多种方法、系统以及装置提供了 A类生物固体和A类流出物的生产。 在一个实施例中，披露了一种用于回收养分的方法，该方法包括:在一个曝气反应器中对厌氧消化器流出物进行加热和曝气，以便将可溶性铵转化成气态氨；将来自该曝气反应器的气态氨提供给一个汽提塔，所述汽提塔提供与气态氨相反应的受控量的酸；并且回收由该酸与气态氨在该汽提塔中进行反应而产生的铵盐。在另一个实施例中，对该厌氧消化器流出物进行曝气是使用多个微曝气器完成的，这些微曝气器以从5加仑/cfm至25加仑/cfm的速率对该流出物进行曝气。在又另一个实施例中，该方法进一步包括在将气态NH3提供给汽提塔之前、之后或之时，将厌氧消化器流出物从曝气反应器泵送至一个固体沉降系统中。在仍然又另一个实施例中，该方法包括从该固体沉降系统中收集富磷固体。在另一个实施例中，披露了一种用于回收养分的方法，该方法包括:将含有纤维性固体和悬浮固体的厌氧消化器流出物加热至大约160° F ;将该流出物中的纤维性固体与悬浮固体分离；在一个曝气反应器中对流出物进行加热和曝气，以便将可溶性铵转化成气态氨；将来自该曝气反应器的气态氨提供给一个汽提塔，所述汽提塔提供受控量的酸来与气态氨进行反应；并且回收由该酸与NH3在该汽提塔中进行反应而产生的铵盐。在另一个实施例中，汽提塔是一个二槽系统。在一个实施例中，在此的多种方法包括对厌氧消化器流出物进行曝气，以便去除溶解的气体，包括但不限于二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)。通过曝气，这些溶解的气体如CO2和甲烷在暴露至空气时变得过饱和，并且可以被释放。CO2和甲烷变得过饱和是由于CO2和甲烷在空气中的低分压。部分碳酸氢盐(HC03-)也可以被转变成CO2，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·W·德沃夏克，舒林·陈，克雷格·弗里尔，布莱恩·J·汪罗，赵全保，
申请(专利权)人：DVO公司，
类型：
国别省市：