[发明专利]用于生产多营养单吸附颗粒高效肥的有机污泥的转化和处理的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机污泥(即非均质的有机废弃材料)的生产工艺和转化系统，其将污泥从有机废弃物转化为包括碳和氨基酸提取物的先驱体，例如，城市污水处理废污泥和猪粪用于生产多营养单吸附颗粒肥料，多营养单吸附颗粒提高肥料效率，最大限度地减少土壤中的氮向空气、水的损失，从而满足新的美国环境保护署和美国农业部的管理法规的要求。

背景技术

由伊利诺伊大学土壤农业科学家的研究表明“氮肥消耗土壤有机碳，而导致玉米生长和产量的下降。”莱斯大学和密歇根州立大学的研究人员证明“为玉米过度施用氮肥会降低乙醇的产量”。苏黎世大学的研究表明“土壤对碳的储存期是植物和空气的三倍”。在全球的碳循环中，土壤中的有机物质起到关键作用，因土壤能储存大量的碳并减缓全球变暖，且京都议定书允许签约国计算土壤所谓的碳积累(carbon sinks)。水与环境管理学会发布了相关言论“废水处理厂的磷需要回收”。全球的农业学家声明“主要的缺硫农场土壤和下层土壤中含碳越多，就越有可能发生硫不足”。营养学家和农学家判定为“全球大多数土壤中有重大的锌缺乏从而导致作物产量降低和儿童的严重锌不足。”锌的施用量都比较小，因此它几乎不可能应用、分布在每寸土地。在具体的标准中，从污泥和动物粪便中增加有机原料的含量，则要求比商业肥料相似或更好的物理和化学特性的产品。然而，大多数或全部污泥和动物粪便生产的产品都难以运输，只能通过建立标准的肥料分销基础设施储存或使用。广大农民和粮食安全顾问、测试协会和实验室要求，污水污泥和/或动物粪在应用于食物链作物前进行消毒。国际肥料发展中心(International Fertilizer Development Centre，简称IFDC)，独立肥料试点厂生产和作物研究的领导机构，做了一项关于尿素的析出和挥发以及多营养单吸附颗粒通过本发明所述的工艺提高肥料生产效率的研究。结果表明，多营养单吸附颗粒肥料的析出和挥发的影响明显低于尿素，因此，多营养单吸附颗粒肥料能为植物的根部区域提供更多的营养，同时降低肥料成本。

国内(如在直辖市、市、县、局)二级或三级废水处理厂处理家畜(如猪、牛、鸡的粪便处理)，商业和工业(如药品加工、食品加工等等)的废水而产生的液体和土壤废弃材料很普遍。这些废水处理厂产生的有机固体废物材料中有未转化的污泥，转化污泥、部分转化的污泥、液态污泥、脱水污泥等的形式。

废水处理厂通常处理、然后分离有机肥料中的液体废物。最初，有机废物材料大约包含0.5％-10％重量百分比的固体，被称为液态污泥。液态污泥可以使用各种类型的脱水设备来脱水，包括但不限于，真空过滤器、螺旋压力机、板框式压力机、带式压滤机和离心机，以形成约含重量百分比13％-45％固体成分的脱水污泥。

脱水过程中，化学脱水聚合物用来从有机废物中最大限度地释放水分。化学脱水聚合物是合成的有机絮凝剂，其可用固体电荷增大凝聚力，以提高有机污泥固体的凝固并加快释放水分的速率，最终增加脱水材料中固体的浓度。化学脱水聚合物使具非流动状态的材料变成高粘度的脱水材料，并难以泵送，同时，这些脱水材料还具有低氧化还原电位(ORP)，且具有气味。

传统的肥料制造工艺，在于生产肥料和/或将肥料混合和搅拌(例如，磷酸一铵(MAP)、磷酸二铵(DAP)、硫酸铵(AS)、磷铵硫酸、氮磷钾混合物)，可以包括一种或多种材料进行反应，反应后的材料单独或与其它肥料液体或固体一起粒化，并对粒化后的材料进行干燥或混合或搅拌。

在世界各地的工业化国家和发展中国家都需要增加作物产量、提高产量的同时提高质量、减少肥料氮的析出和挥发，同时回收磷和人类及动物产生的有机废料。这些有机废料主要来自国内污水处理厂收集的污泥、家禽粪便，以及工业废水处理厂。这些工厂生产的脱水污泥一般是粘性的(粘度超过50万厘泊，最大高达2,000,000厘泊)，这使得它很难直接从脱水污泥生产出无异味、燃烧无异质的流体产品。直接从脱水污泥生产的产品一般质量较差，不符合测定肥料物理特性手册第二版(国际肥料发展中心(IFDC)二月，1993)规定的商业肥料的标准，以及美国作物营养协会(AAPFCO)规定的标准。此外，因为脱水污泥由不同的工厂生产，每个工厂的废弃物和处理工艺有潜在的差别，因此脱水污泥基本上天生就是性质不同的。