[发明专利]用于处理污泥并生产生物有机增强的高氮含量的无机肥料的方法

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2007年2月16日提交的名称为“用于处理污泥并生产生 物有机增强的高含氮无机肥料的方法”的美国临时专利申请60/890,422的优 先权，特别将该临时专利申请的整体引入作为参考。

技术领域

本发明涉及用于处理污泥的系统、装置和方法，特别涉及用于生产肥料 (特别是利用包括市政脱水污泥或生物固体的初级有机污泥、浓酸和氨的生 物有机增强的高氮含量的无机铵肥)的系统、装置和方法。本发明还涉及通 过本发明的方法制备的产品。

背景技术

从市政污水处理厂排放的污泥的处置是一个严重且日渐增长的问题。 1990年，美国环境保护局指出一个四口之家每天排放300-400加仑的废水， 而2000年，这个数字已经是1990年的两倍。政府所有的处理厂每年从这些 污水中产生约770万公吨(metric ton)的干污泥(或者“生物固体(biosolid)”， 因为这些市政污泥现在被称为“生物固体”)，或者每个美国人每年产生约64 磅的干污泥。

第40号联邦法规中的第257.2节给出了“污水污泥(sewage sludge)”、 “污泥(sludge)”以及“生物固体”的定义，本文将其引入作为参考：

“污水污泥是指在生活污泥的处理过程中，由处理作业所产生的固体、 半固体、或液体的残留物。污水污泥包括但不限于：生活腐败物(domestic septage)；在首次、二次或深度废水处理过程中清除的浮渣或固体；以及衍 生自污水污泥的物质。污水污泥不包括：在污水污泥焚化炉中燃烧污水污泥 时所产生的灰分；或在对生活污水进行预处理的过程中，由处理作业所产生 的砂石和筛屑。污泥指来自于市政、商业、或工业废水处理厂、自来水处理 厂、或空气污染控制设备的固体、半固体或液体垃圾，或任何其它具有相似 的特性和效果的这样的垃圾。”

对于本申请，术语污泥还包括市政脱水生物固体、生活污物(domestic septage)、热力干燥的生物固体、药物发酵垃圾、有机产物的生物分解物(例 如：食品原料、食品副产物、动物粪便、分解的动物肥料、主要含有微生物 的有机污泥、以及它们的组合)。

从污水和/或废水处理中可以产生多种类型的污泥。这些污泥包括：初 级污泥、垃圾活化的污泥、用巴氏法灭菌的污泥、热力处理的污泥、以及需 氧菌或厌氧菌分解的污泥、以及它们的组合。这些污泥可以来自于市政来源 和/或工业来源。因此，污泥可以含有包括蛋白质在内的大分子。污泥可以含 有个人药物化合物、抗生素、激素、类激素分子、其它生物活性的化合物、 以及包括蛋白质在内的大分子。因此，迫切需要用于处理污泥的有效、高效 且经济的方法。

通常，仅通过化学或机械的方法对污泥进行最大程度的脱水，但仅脱水 是不够的。污水污泥的水含量仍然很高，也没有对任何上述不需要的化合物 进行中和。一般地，由重力澄清器(gravity clarifier)产生的污泥的干固体含 量可以为2％或更低。厌氧菌分解之后，固体含量可以为约10％。已经发现 阳离子水溶性聚合物适用于进一步分离通过化学和物理作用结合的固体与 水。用阳离子聚合物处理的污泥经过滤或离心，一般得到浆料状的污泥饼， 该污泥饼通常含有18-30％的固体。

对污水污泥进行干燥(干燥至固含量高于90％)已经在美国和欧洲实行 了很多年。美国在1965年之前就已经对污泥进行干燥，从而降低了运输成 本并追踪所选择的各种处置方式。在一些工厂中，将污泥干燥为粉末的形式， 并在焚化炉或锅炉的燃烧室中耗尽该细粉。19世纪60年代，两个市政当局 (休斯顿和密尔沃基)开始出售球团状或颗粒状的干燥的污泥，用作土壤改 良物和/或肥料。19世纪80年代和19世纪90年代建造了几座用于生产干燥 的球团状污泥的工厂，特别是在沿海城市取消了污泥的海洋倾倒以后。热力 干燥的生物固体的球团状肥料的干燥和转化是这些大城市地区的最佳选择， 在这些大城市地区中，垃圾掩埋地和用于处置垃圾的土地是有限的，甚至在 2007年，这仍然是一种十分可行的技术。但是，污泥干燥设备所需要的投资 很高，导致每吨干燥的生物固体的市政成本高于300美元，并且在许多情形 下，每吨干燥的生物固体的市政成本高于500美元。