用于生產(chǎn)多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒高效肥的有機(jī)污泥的轉(zhuǎn)化和處理的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】將含有有機(jī)廢棄材料的脫水非均質(zhì)污泥轉(zhuǎn)化成碳和氨基酸的均質(zhì)提取物，該均質(zhì)提取物用于肥料生產(chǎn)，包括以下步驟：添加硫酸到所述非均質(zhì)脫水污泥；泵送所述污泥與硫酸的混合物，通過(guò)靜態(tài)混合器，使所述污泥與所述硫酸混合；向所述污泥與所述硫酸的混合物中添加調(diào)節(jié)化學(xué)劑；泵送含有所述污泥、硫酸和調(diào)節(jié)化學(xué)劑的混合物，通過(guò)剪切混合器使調(diào)節(jié)化學(xué)劑和所述污泥與硫酸的混合物混合；機(jī)械攪拌所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑、所述污泥和硫酸的混合物產(chǎn)生均質(zhì)提取物。優(yōu)選的是，將所述均質(zhì)提取物泵入管式反應(yīng)器與酸和堿反應(yīng)形成熔體，將該熔體滾壓到肥料顆粒上以形成吸附顆粒。將該吸附顆粒進(jìn)行干燥得到顆粒肥料。此外，還公開(kāi)了含有碳和氨基酸以及吸附顆粒的有機(jī)增強(qiáng)顆粒氮-磷-硫肥料，其中所述碳和氨基酸的總重量百分比至少約0.5％，所述吸附顆粒尺寸大于或等于約1.7毫米。該肥料是不可燃的。
【專利說(shuō)明】用于生產(chǎn)多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒高效肥的有機(jī)污泥的轉(zhuǎn)化和處 理的系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機(jī)污泥（即非均質(zhì)的有機(jī)廢棄材料）的生產(chǎn)工藝和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其將 污泥從有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為包括碳和氨基酸提取物的先驅(qū)體，例如，城市污水處理廢污泥和 豬糞用于生產(chǎn)多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒肥料，多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒提高肥料效率，最大限度地減少 土壤中的氮向空氣、水的損失，從而滿足新的美國(guó)環(huán)境保護(hù)署和美國(guó)農(nóng)業(yè)部的管理法規(guī)的 要求。

【背景技術(shù)】
[0002] 由伊利諾伊大學(xué)土壤農(nóng)業(yè)科學(xué)家的研究表明"氮肥消耗土壤有機(jī)碳，而導(dǎo)致玉米 生長(zhǎng)和產(chǎn)量的下降。"萊斯大學(xué)和密歇根州立大學(xué)的研究人員證明"為玉米過(guò)度施用氮肥會(huì) 降低乙醇的產(chǎn)量"。蘇黎世大學(xué)的研究表明"土壤對(duì)碳的儲(chǔ)存期是植物和空氣的三倍"。在 全球的碳循環(huán)中，土壤中的有機(jī)物質(zhì)起到關(guān)鍵作用，因土壤能儲(chǔ)存大量的碳并減緩全球變 暖，且京都議定書允許簽約國(guó)計(jì)算土壤所謂的碳積累（carbon sinks)。水與環(huán)境管理學(xué)會(huì) 發(fā)布了相關(guān)言論"廢水處理廠的磷需要回收"。全球的農(nóng)業(yè)學(xué)家聲明"主要的缺硫農(nóng)場(chǎng)土壤 和下層土壤中含碳越多，就越有可能發(fā)生硫不足"。營(yíng)養(yǎng)學(xué)家和農(nóng)學(xué)家判定為"全球大多數(shù) 土壤中有重大的鋅缺乏從而導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低和兒童的嚴(yán)重鋅不足。"鋅的施用量都比較 小，因此它幾乎不可能應(yīng)用、分布在每寸土地。在具體的標(biāo)準(zhǔn)中，從污泥和動(dòng)物糞便中增加 有機(jī)原料的含量，則要求比商業(yè)肥料相似或更好的物理和化學(xué)特性的產(chǎn)品。然而，大多數(shù)或 全部污泥和動(dòng)物糞便生產(chǎn)的產(chǎn)品都難以運(yùn)輸，只能通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)的肥料分銷基礎(chǔ)設(shè)施儲(chǔ)存 或使用。廣大農(nóng)民和糧食安全顧問(wèn)、測(cè)試協(xié)會(huì)和實(shí)驗(yàn)室要求，污水污泥和/或動(dòng)物糞在應(yīng)用 于食物鏈作物前進(jìn)行消毒。國(guó)際肥料發(fā)展中心（International Fertilizer Development Centre，簡(jiǎn)稱IFDC)，獨(dú)立肥料試點(diǎn)廠生產(chǎn)和作物研究的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，做了一項(xiàng)關(guān)于尿素的析 出和揮發(fā)以及多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒通過(guò)本發(fā)明所述的工藝提高肥料生產(chǎn)效率的研究。結(jié)果表 明，多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒肥料的析出和揮發(fā)的影響明顯低于尿素，因此，多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒肥 料能為植物的根部區(qū)域提供更多的營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)降低肥料成本。
[0003] 國(guó)內(nèi)（如在直轄市、市、縣、局）二級(jí)或三級(jí)廢水處理廠處理家畜（如豬、牛、雞的 糞便處理），商業(yè)和工業(yè)（如藥品加工、食品加工等等）的廢水而產(chǎn)生的液體和土壤廢棄材 料很普遍。這些廢水處理廠產(chǎn)生的有機(jī)固體廢物材料中有未轉(zhuǎn)化的污泥，轉(zhuǎn)化污泥、部分轉(zhuǎn) 化的污泥、液態(tài)污泥、脫水污泥等的形式。
[0004] 廢水處理廠通常處理、然后分離有機(jī)肥料中的液體廢物。最初，有機(jī)廢物材料大約 包含0.5% -10%重量百分比的固體，被稱為液態(tài)污泥。液態(tài)污泥可以使用各種類型的脫 水設(shè)備來(lái)脫水，包括但不限于，真空過(guò)濾器、螺旋壓力機(jī)、板框式壓力機(jī)、帶式壓濾機(jī)和離心 機(jī)，以形成約含重量百分比13% -45%固體成分的脫水污泥。
[0005] 脫水過(guò)程中，化學(xué)脫水聚合物用來(lái)從有機(jī)廢物中最大限度地釋放水分?；瘜W(xué)脫水 聚合物是合成的有機(jī)絮凝劑，其可用固體電荷增大凝聚力，以提高有機(jī)污泥固體的凝固并 加快釋放水分的速率，最終增加脫水材料中固體的濃度。化學(xué)脫水聚合物使具非流動(dòng)狀態(tài) 的材料變成高粘度的脫水材料，并難以泵送，同時(shí)，這些脫水材料還具有低氧化還原電位 (ORP)，且具有氣味。
[0006] 傳統(tǒng)的肥料制造工藝，在于生產(chǎn)肥料和/或?qū)⒎柿匣旌虾蛿嚢瑁ɡ纾姿嵋讳@ (MAP)、磷酸二銨（DAP)、硫酸銨（AS)、磷銨硫酸、氮磷鉀混合物），可以包括一種或多種材料 進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的材料單獨(dú)或與其它肥料液體或固體一起?；?，并對(duì)粒化后的材料進(jìn)行 干燥或混合或攪拌。
[0007] 在世界各地的工業(yè)化國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家都需要增加作物產(chǎn)量、提高產(chǎn)量的同時(shí)提 高質(zhì)量、減少肥料氮的析出和揮發(fā)，同時(shí)回收磷和人類及動(dòng)物產(chǎn)生的有機(jī)廢料。這些有機(jī)廢 料主要來(lái)自國(guó)內(nèi)污水處理廠收集的污泥、家禽糞便，以及工業(yè)廢水處理廠。這些工廠生產(chǎn)的 脫水污泥一般是粘性的（粘度超過(guò)50萬(wàn)厘泊，最大高達(dá)2, 000, 000厘泊），這使得它很難直 接從脫水污泥生產(chǎn)出無(wú)異味、燃燒無(wú)異質(zhì)的流體產(chǎn)品。直接從脫水污泥生產(chǎn)的產(chǎn)品一般質(zhì) 量較差，不符合測(cè)定肥料物理特性手冊(cè)第二版（國(guó)際肥料發(fā)展中心（IFDC)二月，1993)規(guī)定 的商業(yè)肥料的標(biāo)準(zhǔn)，以及美國(guó)作物營(yíng)養(yǎng)協(xié)會(huì)（AAPFC0)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。此外，因?yàn)槊撍勰嘤?不同的工廠生產(chǎn)，每個(gè)工廠的廢棄物和處理工藝有潛在的差別，因此脫水污泥基本上天生 就是性質(zhì)不同的。
[0008] 以下是一些妨礙現(xiàn)有污水處理廠效率和利潤(rùn)回收有機(jī)廢物材料的化學(xué)、生物、物 理、經(jīng)濟(jì)、后勤和運(yùn)作上的問(wèn)題：無(wú)法處理來(lái)自多個(gè)不同來(lái)源的廢棄材料；在處理材料時(shí)不 能充分消除病原體和氣味；產(chǎn)生處理后的材料是可流動(dòng)的；和/或不能產(chǎn)生無(wú)粉塵、無(wú)異 味、不可燃、均勻的材料；無(wú)法進(jìn)一步生產(chǎn)化肥，以滿足商業(yè)肥料的規(guī)格和測(cè)定肥料物理特 性手冊(cè)第二版以及美國(guó)作物營(yíng)養(yǎng)協(xié)會(huì)（AAPFC0)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
[0009] 有必要在本領(lǐng)域中采取一種有效的方法，以減輕所有的這些問(wèn)題和困難。本發(fā)明 的方法和管式反應(yīng)器?；到y(tǒng)生產(chǎn)的多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒高效肥料克服了這些問(wèn)題和困難。 本發(fā)明的方法和管式反應(yīng)器?；到y(tǒng)生產(chǎn)多營(yíng)養(yǎng)單吸附顆粒高效肥料，該系統(tǒng)和方法通過(guò) 從有機(jī)廢料中提出碳和氨基酸的提取物，并利用所述提取物作為先驅(qū)體來(lái)生產(chǎn)新產(chǎn)品"高 效肥料"。本發(fā)明的方法使用管式反應(yīng)器?；O(shè)備是重要的和必要的，其能完成多營(yíng)養(yǎng)單吸 附顆粒的化學(xué)轉(zhuǎn)化、處理和消毒，提高肥料生產(chǎn)效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在一個(gè)實(shí)施方案中，記載了一種將含有有機(jī)廢料的脫水非均質(zhì)污泥轉(zhuǎn)化成碳和氨 基酸的均質(zhì)提取物的工藝過(guò)程，該碳和氨基酸的均質(zhì)提取物可用于管式反應(yīng)器肥料?；?產(chǎn)工藝。轉(zhuǎn)化方法包括如下步驟：泵送含有13% -45%固體的非均質(zhì)脫水污泥；在所述污泥 中加入足量的硫酸使最終所得混合物的pH值低于約1 ;泵送所述硫酸和污泥的混合物并通 過(guò)至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)混合器，使所述污泥與硫酸混合以便將該混合物的粘度降低至低于約 5000厘泊；在所述硫酸和污泥的混合物中加入調(diào)節(jié)化學(xué)劑（conditioning chemicals);泵 送所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物，并通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器，使所述調(diào) 節(jié)化學(xué)劑與所述硫酸和污泥的混合物混合，以基本上殺滅所述硫酸和污泥的混合物中的病 原體，并基本消除所述硫酸和污泥的混合物中的塊狀物；再在一定的老化時(shí)間內(nèi)，將所述調(diào) 節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物機(jī)械進(jìn)行攪拌，讓其老化以產(chǎn)生均質(zhì)提取物。
[0011] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將含有有機(jī)廢棄物 的非均質(zhì)污泥轉(zhuǎn)化成碳和氨基酸的均質(zhì)提取物，所述均質(zhì)提取物用于管式反應(yīng)器肥料粒化 系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括容積式泵，其泵送含約13% -45%固體的脫水污泥；該系統(tǒng)還包括至 少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)混合器，該靜態(tài)混合器接收來(lái)自泵的污泥并將其與硫酸混合以使混合物的 pH值降低至小于約1、混合物粘度降低至小于約5000厘泊；該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)內(nèi)嵌靜 態(tài)剪切混合器，其接收來(lái)自所述內(nèi)嵌靜態(tài)混合器的所述硫酸和污泥的混合物并將其與調(diào)節(jié) 化學(xué)劑混合，以基本上殺滅所述硫酸和污泥的混合物中的病原體，并基本消除所述硫酸和 污泥的混合物中的塊狀物； 該系統(tǒng)還包括一個(gè)老化箱，其接收來(lái)自所述內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器的所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑、 硫酸和污泥的混合物，并攪拌所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物使其均質(zhì)化，并將所述 調(diào)節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物老化成為均質(zhì)提取物；該系統(tǒng)還包括輸送泵，其將所述均 質(zhì)提取物從老化箱輸送至肥料生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0012] 在又一實(shí)施例中，一種將含有有機(jī)廢物材料的均質(zhì)脫水污泥轉(zhuǎn)化成顆粒狀肥料的 工藝。該工藝包括：泵送含有約13%至約45%固體的非均質(zhì)脫水污泥；在該污泥中加入足 量的硫酸以使最終混合物的pH值低于約1 ;泵送所述硫酸和污泥的混合物并通過(guò)至少一個(gè) 內(nèi)嵌靜態(tài)混合器使所述混合物與硫酸混合以便將混合物的粘度降至低于約5000厘泊；向 混合物中加入調(diào)節(jié)化學(xué)劑；泵送所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)嵌 靜態(tài)剪切混合器使所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑與所述硫酸和污泥的混合物混合，從而基本上殺滅所述 硫酸和污泥的混合物中的病原體，并基本消除所述硫酸和污泥的混合物中的塊狀物；再在 老化時(shí)間內(nèi)，將所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物進(jìn)行機(jī)械攪拌使其老化并產(chǎn)生碳和 氨基酸的均質(zhì)提取物；將該均質(zhì)提取物泵送到管式交叉反應(yīng)器中與酸和堿反應(yīng)形成熔體； 將所述熔體中的水閃蒸變成蒸汽；將所述熔體滾壓到再利用細(xì)顆粒上以形成吸附顆粒；以 及干燥該吸附顆粒形成顆粒肥料。
[0013] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種將含有有機(jī)廢物材料的均質(zhì)脫水污泥轉(zhuǎn)化成顆粒狀肥 料系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)容積式泵，其泵送包括約13%至約45%固體的脫水污泥；至少一 個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)混合器，其將從所述泵接收的污泥與硫酸混合，以降低所得到的硫酸和污泥的 混合物的pH值，并使該pH值小于約1，并降低所得到的混合物的粘度，使其小于約5000厘 泊；至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器，其用于接收來(lái)自所述內(nèi)嵌靜態(tài)混合器的硫酸和污泥的 混合物，并使其與調(diào)節(jié)化學(xué)劑混合，以基本殺滅病原體，并基本消除在混合物中的塊狀物； 老化箱被配置來(lái)接收來(lái)自于內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器的調(diào)節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物，并 將其攪拌以保持該混合物的均質(zhì)性，同時(shí)將所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑、硫酸和污泥的混合物老化成 為均質(zhì)提取物；一個(gè)輸送泵，其用于將老化箱中的均質(zhì)提取物泵送出去；一個(gè)管式反應(yīng)器， 其用于接收來(lái)自輸送泵的均質(zhì)提取物并將該提取物與酸和堿混合形成熔體；一個(gè)造粒機(jī)， 其將熔體中的水閃蒸變成蒸汽并將該熔體滾壓到細(xì)顆粒上形成吸附顆粒；以及一個(gè)干燥 器，其將所述吸附顆粒干燥并形成顆粒肥料。
[0014] 在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種有機(jī)增強(qiáng)粒狀氮-磷_硫肥料。該肥料包含碳 和氨基酸，其總的重量百分比至少約〇. 5% ;還包括尺寸大于或等于約1. 7_的吸附顆粒。 根據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（American Society for Testing and Materials,簡(jiǎn)稱 ASTM) 的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法E1226進(jìn)行的塵埃云燃燒實(shí)驗(yàn)表明：該肥料是不可燃的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 為了清楚地闡述，用圖示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例；應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于圖中 所示的具體設(shè)置和結(jié)構(gòu)。
[0016] 圖1是轉(zhuǎn)化污泥以供應(yīng)給顆粒肥料的生產(chǎn)系統(tǒng)和過(guò)程的一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
[0017] 圖2是生產(chǎn)顆粒肥料的系統(tǒng)和工藝流程的一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖，其使用圖1中 所示的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化得到的污泥來(lái)生產(chǎn)有機(jī)增強(qiáng)的碳磷硫顆粒肥料。
[0018] 圖3A和圖3B是本發(fā)明所述有機(jī)增強(qiáng)氮-磷-硫肥料與替代肥料相比的培育數(shù)據(jù) 曲線圖。
[0019] 圖4A，4B，4C和4D是本發(fā)明所述一種有機(jī)增強(qiáng)氮-磷-硫肥料在不同類型的土壤 下與替代肥料相比，揮發(fā)損失數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0020] 圖5A和5B是本發(fā)明所述一種有機(jī)增強(qiáng)氮-磷-硫肥料在不同類型的土壤下與替 代肥料相比，析出損失數(shù)據(jù)曲線圖。
[0021] 圖6A和6B是曲線圖，示出了使用如本發(fā)明所述的有機(jī)增強(qiáng)的氮-磷-硫肥料與 另一種肥料相比，移植稻生長(zhǎng)速率的數(shù)據(jù)。
[0022] 圖7A，7B和7C是示出了使用如本發(fā)明所述的有機(jī)增強(qiáng)的氮-磷-硫肥料，與替代 肥料相比，小麥生長(zhǎng)速度的數(shù)據(jù)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 圖1展示了一種污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)化工藝流程的一個(gè)實(shí)施例，圖2展示了一種 肥料?；到y(tǒng)及其工藝流程的一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)采用由所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化后的污泥 生產(chǎn)。這兩個(gè)過(guò)程是連續(xù)的過(guò)程，雖然所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的下游末端包括一個(gè)老化箱，但是 轉(zhuǎn)化后的污泥在被送入肥料?；到y(tǒng)前仍然可以儲(chǔ)存一段時(shí)間。
[0024] 本發(fā)明所述轉(zhuǎn)化過(guò)程和現(xiàn)在的方法相反，現(xiàn)在的方法僅通過(guò)干燥和減小體積來(lái)處 理有機(jī)廢棄物材料。這種處理方式不能消除病原體或阻止干燥后的污泥燃燒。相反的是， 在本發(fā)明的所述轉(zhuǎn)化過(guò)程中，有機(jī)廢棄物被轉(zhuǎn)化成碳和氨基酸的提取物。所述碳和氨基酸 的提取物可以被用作生產(chǎn)無(wú)臭、沒(méi)有可檢測(cè)到的病菌和不可燃燒的肥料過(guò)程中的添加劑。
[0025] 所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)接收脫水的污泥，例如，多個(gè)市政污水處理廠將污泥轉(zhuǎn)化成碳 和氨基酸的均質(zhì)提取物。然后，所述均質(zhì)提取物用作原料成分和有機(jī)增強(qiáng)的無(wú)機(jī)商業(yè)肥料 生產(chǎn)過(guò)程中的冷卻/造粒的助劑。該均質(zhì)提取物還能用作生產(chǎn)硫酸銨、磷酸二銨、磷酸二氫 銨、氮磷鉀等生產(chǎn)設(shè)施所用的原料，從而生產(chǎn)一系列的肥料產(chǎn)品。優(yōu)選的是，將該均質(zhì)提取 物供應(yīng)給肥料?；到y(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)肥料專用管交叉反應(yīng)器（pipe-cross reactor簡(jiǎn)稱PCR)，從 而生產(chǎn)肥料顆粒。
[0026] 所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的生產(chǎn)成果是一種提取物，該提取物與沒(méi)經(jīng)過(guò)處理的脫水 污泥相比粘度降低，并且無(wú)氣味、基本不含有可燃組份，并且不含美國(guó)全國(guó)衛(wèi)生基金 會(huì)（National Sanitation Foundation, NSF)國(guó)際認(rèn)證的病原體。眾所周知，污泥含有 60% -80 %的可燃物、30 % -45%的碳、10 % -40 %的蛋白質(zhì)以及5% -20 %的纖維素?，F(xiàn) 有的工藝流程僅限于通過(guò)去除污泥中的水分干燥污泥。但是，干燥后的污泥仍然保留有可 燃物，因此干燥后的污泥并不適合通過(guò)已建立的全球標(biāo)準(zhǔn)化肥料分銷基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行分銷。 相反，當(dāng)通過(guò)本發(fā)明的上述過(guò)程獲得的提取物用作造粒系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)肥料專用管式交叉反應(yīng)器 (pipe-cross reactor簡(jiǎn)稱PCR)的原料時(shí)，生產(chǎn)的肥料是不可燃的，所以，可全世界范圍內(nèi) 通過(guò)已建立的肥料分銷基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行分銷。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)能接收含有大約13% -45 %的固體的脫水污 泥。優(yōu)選的是，所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是內(nèi)嵌密封連續(xù)流動(dòng)處理系統(tǒng)。所述污泥的轉(zhuǎn)化通過(guò)利 用串聯(lián)的混合內(nèi)嵌攪拌機(jī)和剪切內(nèi)嵌混合器確保了塊狀物的消除。所述混合器包括能夠產(chǎn) 生劇烈攪拌和剪切運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部元件，從而使與污泥顆粒的化學(xué)接觸最大化，這使得氧化劑， 如硫酸，與污泥能完全反應(yīng)，因此，達(dá)到病原體完全滅菌。
[0028] 所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的控制原則是使所述提取物的監(jiān)測(cè)參數(shù)符合特定的標(biāo)準(zhǔn)。首 先，所述提取物在造粒過(guò)程進(jìn)行之前具有小于2的pH值。該pH值能夠通過(guò)例如內(nèi)置探頭測(cè) 量并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室取樣進(jìn)行驗(yàn)證。第二，所述提取物的氧化還原電位（oxidation reduction potential,簡(jiǎn)稱0RP)大于300mV。該氧化還原電位（0RP)能通過(guò)內(nèi)嵌探頭測(cè)量并通過(guò)實(shí)驗(yàn) 室取樣進(jìn)行驗(yàn)證。第三，所述提取物的粘度小于5000厘泊（centipoise簡(jiǎn)稱cP)。該粘度 可通過(guò)內(nèi)嵌檢測(cè)設(shè)備測(cè)量并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室取樣驗(yàn)證。第四，在反應(yīng)過(guò)程中硫酸放熱反應(yīng)的溫 度必須達(dá)到至少54°C。該溫度通過(guò)內(nèi)置探頭測(cè)量并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室取樣驗(yàn)證。
[0029] 所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的上述步驟和設(shè)備將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)描述。簡(jiǎn)言之，該系 統(tǒng)包括依次以下步驟。第一，從運(yùn)輸系統(tǒng)得到脫水污泥，例如自動(dòng)傾卸卡車、翻斗掛車或集 裝箱聯(lián)運(yùn)車。將該污泥干燥成固體濃度范圍為13% -45% (平均水平大約15% -17% )的 固體。下一步，將所述污泥轉(zhuǎn)移進(jìn)入一個(gè)活底料斗并由螺旋輸送機(jī)輸送進(jìn)入容積式活塞泵 的入口。該污泥與第一化學(xué)氧化劑（硫酸）泵入至少一個(gè)內(nèi)嵌（混合）靜態(tài)混合器，通過(guò) 至少一個(gè)內(nèi)嵌（剪切）靜態(tài)混合器，如果必要的話，加入水及其他可能的調(diào)節(jié)化學(xué)劑（通常 是額外的硫酸、磷酸、醋酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)氧化氫、液態(tài)硫酸鐵、液態(tài)硫酸鋅），然后通過(guò)一個(gè) 管道進(jìn)入一個(gè)機(jī)械混合儲(chǔ)罐。所述污泥通過(guò)連續(xù)混合罐進(jìn)行老化以便完成轉(zhuǎn)換過(guò)程并產(chǎn)生 碳和氨基酸提取物。當(dāng)需要用于肥料粒化系統(tǒng)，可以將儲(chǔ)存的均質(zhì)提取物泵入一個(gè)日常供 應(yīng)罐。
[0030] 在圖1所示的污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)100的實(shí)施例中，設(shè)備按下列順序布置：一個(gè)用于接收 脫水污泥的活底料倉(cāng)或料斗10, 一個(gè)或多個(gè)將所述脫水污泥移動(dòng)到料斗10的螺旋輸送機(jī) 14, 一個(gè)用于泵送所述脫水污泥的容積式泵20, 一個(gè)將污泥和酸（通過(guò)閥22注入）混合的 第一靜態(tài)混合器30, 一個(gè)將調(diào)節(jié)化學(xué)劑和水（通過(guò)閥34注入）混入污泥的第二靜態(tài)混合器 40,至少一個(gè)提取物老化箱60, 一個(gè)將所述老化箱60中的提取物輸送至一個(gè)日常供應(yīng)罐80 的輸送泵70,及一個(gè)將提取物從日常供應(yīng)罐80泵送至肥料?；到y(tǒng)的進(jìn)料泵90。一個(gè)循 環(huán)泵62,該泵62將所述提取物在罐與罐之間轉(zhuǎn)移，并在各個(gè)罐之間循環(huán)。
[0031] 通過(guò)下面的說(shuō)明，描述一系列典型的設(shè)備的范例，不難理解，所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 100和轉(zhuǎn)化過(guò)程可能被縮小或擴(kuò)展至實(shí)際要求的更小或更大的系統(tǒng)。所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 100的尺寸是基于一個(gè)肥料顆粒系統(tǒng)200 (如下結(jié)合圖2所述）所需輸出的顆粒肥料設(shè)計(jì)， 因此，所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)100輸出的提取物是輸入肥料?；到y(tǒng)200的主要成分（如圖2 所示）。例如，如果一個(gè)肥料粒化系統(tǒng)200每天的產(chǎn)量是1100短噸/天（short tons per day，簡(jiǎn)稱"stpd"）（1000公噸每天）顆粒肥料，每天要消耗大約1210短噸/天的提取物，該 系統(tǒng)基于一個(gè)1:1流程投料比（即一個(gè)肥料?；到y(tǒng)200將每1. 1濕噸的提取物生產(chǎn)出1 干噸的顆粒肥料）。這換算為大約1030短噸/天15%的固體（或620短噸/天25%的固 體）的脫水污泥，這使得在調(diào)節(jié)過(guò)程中允許加入化學(xué)添加劑。當(dāng)然，如果設(shè)計(jì)比例發(fā)生變化 (即如果肥料?；^(guò)程對(duì)所述提取物的利用變得更多或更少），所述污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)100的尺 寸必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)。
[0032] 當(dāng)脫水污泥通過(guò)自動(dòng)傾卸卡車或翻斗容器送到時(shí)，脫水污泥被倒入一個(gè)活底料斗 10?？梢酝ㄟ^(guò)選擇所述料斗10的尺寸和數(shù)量來(lái)達(dá)到每天想要的運(yùn)轉(zhuǎn)工時(shí)和所述工藝流程 的生產(chǎn)能力。例如，處理兩個(gè)同時(shí)到達(dá)的20-25噸的自動(dòng)傾卸卡車并使其在十五分鐘內(nèi)恢 復(fù)空載，則需要使用四對(duì)料斗10,每個(gè)料斗10有50噸的容量且能在25分鐘之內(nèi)卸空20噸 的載荷。因此，多達(dá)四對(duì)料斗的系統(tǒng)每天能處理大約1030噸15%的脫水污泥。
[0033] 此處，料斗10中的脫水污泥包含約13% -45%的固體，因此，所述脫水污泥是有氣 味的。該污泥還包含大量的塊狀和纖維狀材料，因此粘度非常高，典型的是500000厘泊或 更高的量級(jí)，也可能達(dá)到2000000厘泊。
[0034] 在料斗10中，所述污泥通過(guò)料斗10底部?jī)?nèi)側(cè)的多旋螺絲或螺絲鉆12混合并移動(dòng) 至一系列卸載無(wú)軸螺旋輸送機(jī)14處。優(yōu)選的是，所述料斗和螺旋輸送機(jī)馬達(dá)變化速度，以 便其流速與下游過(guò)程設(shè)備的速度匹配。例如，螺旋輸送機(jī)可以在每對(duì)料斗10處配置兩個(gè)輸 送機(jī)14,并在25分鐘內(nèi)輸送多達(dá)20噸的荷載。
[0035] 所述螺旋輸送機(jī)14將脫水污泥轉(zhuǎn)移至泵20中，泵20將監(jiān)控系統(tǒng)的剩余物供給下 游的老化箱60。為了處理粘性的脫水污泥，優(yōu)選的是，泵20是具有開(kāi)口型的容積式泵。在 25分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)移20噸的荷載的基礎(chǔ)上，泵20應(yīng)該設(shè)計(jì)成泵送至少200加侖/分鐘的規(guī)格。 如果必要，可以并列設(shè)置多個(gè)泵。優(yōu)選的是，泵20由液壓變速驅(qū)動(dòng)以便調(diào)節(jié)并變化成需要 的進(jìn)給速度。優(yōu)選的是，泵20是活塞泵。
[0036] 優(yōu)選的是，泵出的污泥通過(guò)管道搬運(yùn)，該管道能承受與泵20同等的壓力條件，即， 酸性較高的環(huán)境（例如pH值低于1)和較高的溫度（例如超過(guò)50°C )。例如，管道由316 不銹鋼制造。污泥的流速?zèng)Q定了管道的尺寸，例如，200加侖/分鐘的污泥供給要求大約直 徑為14英寸的管子。
[0037] 接下來(lái)，將一種化學(xué)氧化劑注入脫水污泥流以便增加氧化還原電位（0RP)至大于 300mV來(lái)中和產(chǎn)生氣味的組分，并降低粘度，消除可燃物，并使材料均勻化。所述化學(xué)氧化劑 在進(jìn)入第一靜態(tài)混合器30前加入污泥中。
[0038] 優(yōu)選的是，所述化學(xué)氧化劑是一種酸，該酸的投料率是大約1% -50%重量百分比 的廢料，優(yōu)選的是10%的重量百分比。例如，一種投料率為20加侖/分鐘（gpm)的酸對(duì)應(yīng) 泵送污泥的速率為200加侖/分鐘（gpm)。優(yōu)選的是，所述酸為93%或更高濃度的硫酸。 更優(yōu)選的是，所述酸是濃度為98%的硫酸。最優(yōu)選的是，硫酸和磷酸的混合物，其中硫酸和 磷酸重量百分比分別為10%和2%。所述酸用泵加入污泥中。優(yōu)選的是，所述酸通過(guò)化學(xué) 計(jì)量泵添加，該化學(xué)計(jì)量泵適用于高達(dá)200鎊/平方英寸（Pounds per square inch,簡(jiǎn)稱 psi)。所述污泥的初始pH值，通常在大約5-6之間，加入酸后，pH值變?yōu)榇蠹s1-2。加入的 酸輔助污泥廢棄材料中的有機(jī)物被氧化、水解、流體化，并達(dá)到殺菌效果。除了所述酸之外， 還能將重量百分比約為1% -50%的水加入到污泥中，優(yōu)選的是將重量百分比約為7. 5%的 水加入，以便使污泥流體化。
[0039] 所述污泥的溫度由溫度傳感器32監(jiān)測(cè)，該溫度傳感器32位于所述第一靜態(tài)混合 器30的下游末端或其附近。優(yōu)選的是，所述污泥離開(kāi)所述第一靜態(tài)混合器30時(shí)的溫度達(dá) 到至少54°C，以確保所述污泥中的多數(shù)生物活性成分被中和。任意市售靜態(tài)混合器均可使 用。
[0040] 被泵送的污泥與所述化學(xué)氧化劑混合，并繼續(xù)向下游移動(dòng)進(jìn)入所述第一靜態(tài)混合 器30。所述第一靜態(tài)混合器30設(shè)計(jì)成靜態(tài)混合攪拌機(jī)從而分散污泥中的所述化學(xué)氧化劑。 所述機(jī)械混合和所述化學(xué)氧化劑與污泥中的有機(jī)廢料的化學(xué)反應(yīng)的聯(lián)合作用使所述污泥 中的粘度由高達(dá)2, 000000厘泊降低至低于5000厘泊。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一靜態(tài)混 合器30的配置成能夠以兩種方式混合的模式，S卩，分散與重組混合和徑向混合。
[0041] 當(dāng)混合后且粘度較低的污泥離開(kāi)所述第一靜態(tài)混合器后，所述污泥流入所述第二 靜態(tài)混合器40。任何商業(yè)應(yīng)用的靜態(tài)混合器均可使用。如果需要，在所述第二靜態(tài)混合器 40的上游可以注入水和調(diào)節(jié)化學(xué)劑。該加入的調(diào)節(jié)化學(xué)劑可以包括，但不限于硫酸、磷酸、 醋酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)氧化氫、硫酸鐵、硫酸亞鐵、鐵礦石、硫酸鋁、硫酸鋅、磷礦粉、硼、鑰及其 組合。硫酸鐵為肥料提供微量營(yíng)養(yǎng)素鐵，并增加了肥料產(chǎn)生的顆粒的硬度。如果加入磷酸， 則優(yōu)選的是在濃度約為30% -70%的范圍內(nèi)少量加入（S卩，約重量百分比的0. 1% -20% )， 更優(yōu)選的是濃度約40 % -60 %，更加優(yōu)選的是54%。磷酸增加酸化廢料的硬度，提高了所得 到的造粒熔體提取物的造粒能力。
[0042] 加水時(shí)，加入的總量?jī)?yōu)選為重量百分比約1%至約25%。在所加水的量依賴于所 使用的初始脫水污泥材料中的固體濃度。提取物中水的總量，包括初始脫水污泥中的水分、 硫酸鐵/水混合物中的水分、硫酸和磷酸中的水分，以及任何其他來(lái)源的水分。
[0043] 所述第二靜態(tài)混合器40將所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑混入所述污泥中，并進(jìn)一步攪拌均勻。 第二靜態(tài)混合器40是一個(gè)內(nèi)嵌剪切靜態(tài)混合器，其能極好地混合并粉碎污泥中存在的塊 狀材料。所述第二靜態(tài)混合器可以有稍微凹的剪切帶，所述剪切帶嵌套在一起形成一個(gè)部 件。在第二靜態(tài)混合器40的出口處，所述污泥本質(zhì)上是一種經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的碳和氨基酸的均質(zhì) 提取物，所述提取物可用于下游?；^(guò)程的原料。在第二靜態(tài)混合器40的下游末端，設(shè)置 各個(gè)傳感器以測(cè)量提取物的工藝條件。特別地，溫度傳感器42、pH傳感器44、氧化還原電位 (0RP)傳感器46和粘度計(jì)48設(shè)置在第二靜態(tài)混合器40的管道下游。還設(shè)置一個(gè)流量計(jì) 50用于測(cè)量污泥的流動(dòng)速率。此過(guò)程中，這里優(yōu)選的溫度范圍是約20°C-約70°C。在該系 統(tǒng)中優(yōu)選的壓力范圍是從大約30鎊/平方英尺至約300鎊/平方英尺（Pound per square inch, gauge,簡(jiǎn)稱psig)，更優(yōu)選為約90鎊/平方英尺到約110鎊/平方英尺。必要的話， 在上游工藝步驟中加入的酸和其它調(diào)節(jié)化學(xué)劑的濃度和量可作調(diào)整，以達(dá)到所需的溫度、 壓力、pH值、氧化還原電位、病原體數(shù)量、粘度等等。
[0044] 第二靜態(tài)混合器40之后，將污泥（現(xiàn)在是碳和氨基酸的提取物）流入一個(gè)或多個(gè) 存儲(chǔ)和混合罐60中。該混合罐60的數(shù)量和尺寸由調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的生產(chǎn)能力和期望在混合 罐60中的停留時(shí)間來(lái)確定。在所述存儲(chǔ)或混合罐60中的停留時(shí)間約12小時(shí)至96小時(shí)。 優(yōu)選地，停留時(shí)間約為2天至4天。例如，對(duì)于1100短噸/天（short tons per day,簡(jiǎn)稱 "stpd"）的調(diào)節(jié)系統(tǒng)100,采用三個(gè)混合罐60,每個(gè)混合罐罐60提供440000加侖的存儲(chǔ)容 量。
[0045] 優(yōu)選的是，每個(gè)罐60涂覆有允許該罐能夠承受高酸性條件（例如，pH值0. 5-2. 0) 和較高的溫度（如50°C以上）的材料。每個(gè)罐60配備有機(jī)械立式攪拌器64,其攪動(dòng)提取 物以維持均一性，并使提取物完成化學(xué)反應(yīng)過(guò)程并"老化"。例如，可以在每個(gè)罐60中都配 備市售的低速攪拌器，以便維持提取物的一致性。優(yōu)選的是，每個(gè)攪拌器64裝有兩個(gè)葉輪， 兩個(gè)葉輪的尺寸大小相同，在每一個(gè)軸的底部配備一撓性葉輪。在滯留時(shí)間結(jié)束后，該提取 物通常處在膠體狀態(tài)。
[0046] 也可以設(shè)置再循環(huán)泵62,以進(jìn)一步攪拌一個(gè)或多個(gè)混合罐60中的物質(zhì)以使其均 勻。
[0047] 將提取物從儲(chǔ)存罐60轉(zhuǎn)移出來(lái)，通常先進(jìn)入一個(gè)日常供應(yīng)罐80,然后進(jìn)入肥料粒 化系統(tǒng)200。優(yōu)選地，所述提取物是使用輸送泵70轉(zhuǎn)移。所述泵70的尺寸根據(jù)來(lái)自于罐 60的流體確定。優(yōu)選的是每個(gè)儲(chǔ)存罐60包括自己的專用泵。例如，為了在約8小時(shí)內(nèi)清空 440000加侖的罐體，可使用200加侖的泵。合適的泵包括容積式轉(zhuǎn)子泵70。
[0048] 一般地，該提取物被泵送至日常供應(yīng)箱80存放在有限的體積中，以便下游肥料造 粒系統(tǒng)200立即使用。優(yōu)選的是，所述日常供應(yīng)箱80提供額外的混合，優(yōu)選的是，其混合速 率比所述儲(chǔ)存罐60更高。日常供應(yīng)箱80使得所述提取物在化為肥料之前有一個(gè)最終的規(guī) 范化。一個(gè)或多個(gè)日常供應(yīng)箱80可并聯(lián)或串聯(lián)使用。優(yōu)選的是，日常供應(yīng)箱80的尺寸大 小最小為每日所需提取物的25 %。例如，日常供應(yīng)箱80的容量是從80000至150000加侖。
[0049] 日常供應(yīng)箱80中的所述提取物通過(guò)進(jìn)料泵90泵送到肥料粒化系統(tǒng)200中。優(yōu)選 地，進(jìn)料泵90是容積式轉(zhuǎn)子泵。進(jìn)料泵的速度的大小與肥料?；到y(tǒng)20的容量和期望流速 匹配，并且具體地，與在肥料?；到y(tǒng)中的專用管交叉反應(yīng)器中提取物的消耗速率相適應(yīng)。 例如，對(duì)于1100短噸/天（STPD)的肥料系統(tǒng)中，可使用的容量為150到200加侖的泵。
[0050] 除了上面所討論的內(nèi)嵌測(cè)量，若干參數(shù)可以在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)罐60和/或在一天 罐80的一個(gè)或多個(gè)其他位置聯(lián)機(jī)測(cè)定。測(cè)量結(jié)果可以包括粘度、溫度、氧化還原電位和pH 值。其它參數(shù)的測(cè)量，如粒度分析，也可以考慮。所述測(cè)量可以手動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，或者自動(dòng)測(cè) 量。
[0051] 這樣的測(cè)量可以用于調(diào)整處理過(guò)程以便優(yōu)化提取物。該優(yōu)化可以手動(dòng)完成，也可 以自動(dòng)進(jìn)行。優(yōu)化可以包括添加或移除系統(tǒng)中的熱量、調(diào)節(jié)一種或更多化學(xué)添加劑的量、改 變所述放熱反應(yīng)、調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)攪拌器的混合速度和調(diào)節(jié)流量以繞過(guò)或穿過(guò)一個(gè)或多個(gè) 內(nèi)嵌設(shè)備。
[0052] 總的來(lái)說(shuō)，圖1所示的過(guò)程可接收含有各種形式污泥的有機(jī)廢棄物，包括脫水污 泥，并將該污泥轉(zhuǎn)化成提取物，該提取物不含病原體和異味，該提取物具有足夠低的粘度以 便能夠穩(wěn)定泵送，且所述提取物適合用作肥料?；到y(tǒng)的管道的反應(yīng)器的原料。優(yōu)選的是， 所述提取物優(yōu)選具有大于300毫伏的氧化還原電位（0RP)、約1. 0-2. 0的pH值、小于5000 厘泊的粘度（優(yōu)選小于3000厘泊，更優(yōu)選小于1000厘泊），并且基本上不含病原體和硫化 物。
[0053] 上述由圖1所示的過(guò)程生產(chǎn)的所述提取物具有多種有益特性。
[0054] 首先，所述提取物基本上是均勻的，并且通過(guò)流體粘度測(cè)定是可流動(dòng)的?，F(xiàn)有技術(shù) 的處理過(guò)程，特別是那些利用化學(xué)脫水的聚合物，生產(chǎn)出的材料的粘度超過(guò)1000000厘泊， 即使可能，在大容量的儲(chǔ)存罐中混合或儲(chǔ)存這些材料也是十分困難的（如儲(chǔ)存罐的容量超 過(guò)200000加侖）。與此相反，在本發(fā)明所述的工序中產(chǎn)生的提取物的粘度明顯低于約5000 厘泊，通常低于3000厘泊，甚至通常低至1000厘泊。該提取物還具有約0. 5至2. 0的pH 值，并且更通常為約1. 5至約2. 0,所以，在肥料?；^(guò)程中僅需要加入的酸更少。
[0055] 另外，該提取物具有約大于250氧化還原電位（0RP)，并且通常約大于300,并且更 通常大于約350。氧化還原電位（0RP)的測(cè)量結(jié)果可為判斷測(cè)試材料的潛在消毒能力提供 依據(jù)。低氧化還原電位值表明材料對(duì)微生物殺滅能力或消毒能力低，如那些在現(xiàn)有技術(shù)的 處理過(guò)程中產(chǎn)生的材料具有低氧化還原電位值，例如，小于1的氧化還原電位值。相反，更 高的氧化還原電位表明該材料具有高的消毒能力，例如在本發(fā)明所述的提取物。增大氧化 還原電位能減弱最終產(chǎn)品中可燃材料產(chǎn)生的氣味、降低在最終產(chǎn)品中由可燃材料引起火災(zāi) 的可能性。
[0056] 所述提取物基本上是無(wú)味的，因?yàn)楫a(chǎn)生氣體的諸如碳硫化物、羰基硫化物、二甲基 硫醚、二甲基硫醚、乙硫醇、硫化氫、異丙基硫醇、甲硫醇、二氧化硫的氣味和其他產(chǎn)生硫化 物被消除。無(wú)臭或基本無(wú)臭的工藝和產(chǎn)品為尋找污泥處理設(shè)施的廠址提供顯著優(yōu)勢(shì)。
[0057] 進(jìn)一步地，該提取物基本上不含病原體。病原體包括致病細(xì)菌、寄生蟲(chóng)、寄生蟲(chóng)卵 和病毒。通常，上述的處理過(guò)程中低pH值和高溫產(chǎn)生的壓力基本消除了病原體，從而使污 泥被消毒。其結(jié)果是，不僅是在提取物中，而且在由其產(chǎn)生的任何產(chǎn)品（例如肥料）中，病 原體的再生長(zhǎng)被抑制。
[0058] 通過(guò)本發(fā)明所述系統(tǒng)和方法制備的所述提取物可以在下游通過(guò)使用任何已知 的肥料處理方法加工成肥料。例如，該材料可以根據(jù)美國(guó)專利號(hào)為7128880、7169204、 6159263、5984992、6758879、6841515和8057569的美國(guó)專利所公開(kāi)的方法處理。
[0059] 如圖2示出肥料粒化系統(tǒng)200和所述提取物作為原料的生產(chǎn)工藝概況。用于將所 述均質(zhì)提取物加工成顆粒肥料的系統(tǒng)200包括至少一個(gè)管式反應(yīng)器210、一個(gè)造粒機(jī)220和 一個(gè)干燥器230。所述系統(tǒng)200還包括旋流器和文丘里濕式除塵器232以捕捉塵埃以便改 善肥料生長(zhǎng)顆粒的尺寸，該塵埃是從干燥器230和篩240排出來(lái)的。細(xì)小的吸附顆?？梢?返回到造粒機(jī)220,過(guò)大的吸附顆粒在破碎機(jī)242中粉碎，之后同樣返回到造粒機(jī)220。在 干燥器230下游設(shè)置冷卻器250以便冷卻肥料吸附顆粒，為了控制污染，洗滌器260是必要 的。反應(yīng)器210可以是一個(gè)管式反應(yīng)器。優(yōu)選地，采用管道交叉反應(yīng)器。造粒機(jī)220可以 是轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)。所述干燥器230可以是任意工業(yè)上使用的干燥器。
[0060] 簡(jiǎn)言之，在圖2所示的肥料?；到y(tǒng)的實(shí)施例中，所述提取物被泵送到一個(gè)管道 交叉反應(yīng)器（PCR)210中，該管道交叉反應(yīng)器吸收由注入所述管道交叉反應(yīng)器（PCR)210的 濃硫酸和無(wú)水氨反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。所述管道交叉反應(yīng)器（PCR) 210內(nèi)的溫度高達(dá)100°C，pH 值為2或更低。在這樣的條件下，將酸和無(wú)水氨混合，反應(yīng)生成無(wú)機(jī)鹽，從而阻斷微生物的 繁衍，殘留在廢水中的有機(jī)大分子（蛋白質(zhì)）發(fā)生水解，蛋白質(zhì)被轉(zhuǎn)化成氨基酸并與無(wú)機(jī)鹽 結(jié)合，所述無(wú)機(jī)鹽是用來(lái)形成配合物，該配合物阻止肥料產(chǎn)品的揮發(fā)和析出。
[0061] 所述提取物會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)熔體，該熔體被輸送至造粒機(jī)220中，這個(gè)過(guò)程通過(guò)酸堿 反應(yīng)放熱反應(yīng)釋放的能量去除50% -65%水分。具體地，超過(guò)50%的水以蒸汽形式從烙體 中閃蒸去除，然后所述熔體在造粒機(jī)220中滾壓到循環(huán)的細(xì)顆粒上，從而形成吸附顆粒。因 此，干燥機(jī)230中需要的額外燃燒能量只有約50%，就能完成干燥過(guò)程。這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致產(chǎn)生 水分含量小于2%的硬質(zhì)肥料吸附顆粒。
[0062]當(dāng)使用傳統(tǒng)的肥料制造工藝或任何其他類似的工藝將所述提取物加工成肥料時(shí)， 例如圖2所示的方法，得到的肥料通常有符合或超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理特性。所得的肥料是 高氮、高硫、高微量營(yíng)養(yǎng)素和含有必需的植物生長(zhǎng)的氨基酸的緩釋顆粒肥料。該肥料也包括 磷，其中磷通常以磷酸鹽的形式存在。優(yōu)選的是，氮-磷-硫的配方為17-1-0-19。也可以 考慮使用更多或更少的氮，更多的磷，更多的鉀，和/或更多或更少的硫的其它配方。
[0063] 由本發(fā)明所描述的方法生產(chǎn)的肥料吸附顆粒的典型組分如表1所示。 表1

【權(quán)利要求】
1. 一種將脫水非均質(zhì)污泥轉(zhuǎn)化為碳和氨基酸的均質(zhì)提取物的工藝，其中，所述脫水非 均質(zhì)污泥含有機(jī)廢物材料，所述碳和氨基酸的均質(zhì)提取物用于管式反應(yīng)顆粒肥料生產(chǎn)過(guò) 程，該轉(zhuǎn)化工藝包括： 泵送含有約13%-45%固體的非均質(zhì)脫水污泥； 將足量硫酸加入所述污泥中，以降低所得混合物中的pH值，使其低于約1 ; 泵送所述混合物，使所述混合物通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)混合器，以使所述混合物與硫 酸混合以便將該混合物的粘度降低至低于約5000厘泊； 在所述混合物中加入調(diào)節(jié)化學(xué)劑； 泵送所述添加了調(diào)節(jié)化學(xué)劑的混合物，使其通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器，使所 述調(diào)節(jié)化學(xué)劑與所述混合物混合，以基本上殺滅所述混合物中的病原體，并基本消除混合 物中的塊狀物； 在老化時(shí)間內(nèi)，將混合物機(jī)械攪拌讓其老化以產(chǎn)生均質(zhì)提取物。
2. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：所述提取物的氧化還原電位大于約 250mV。
3. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：所述提取物基本沒(méi)有氣味。
4. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：所述提取物基本上不含碳硫化物、羥基 硫化物、二甲基二硫化物、二甲基硫醚、乙硫醇、硫化氫、異丙基硫醇、甲基硫醇和二氧化硫。
5. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：該提取物基本上不含病原體。
6. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：將重量百分比約為5%-15%的硫酸加入 所述污泥中，所述硫酸的濃度級(jí)別為至少93%。
7. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：還包括： 監(jiān)測(cè)靜態(tài)混合器下游的混合物溫度，并且調(diào)整硫酸的量，以達(dá)到至少約130°C的溫度。
8. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：調(diào)節(jié)化學(xué)劑選自硫酸、磷酸、乙酸、過(guò)乙 酸、過(guò)氧化氫、氯化鐵、硫酸亞鐵、鐵礦石、硫酸鋁、硫酸鋅、地面磷礦石、硼、鑰、銅以及它們 的組合。
9. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，還包括：監(jiān)測(cè)靜態(tài)剪切混合器下游的混合物的溫度、 pH值、氧化還原電位和粘度，并調(diào)整加入的硫酸的比例以達(dá)到期望的溫度、pH值、氧化還原 電位和粘度。
10. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：所述硫酸的量足以使所得混合物的pH 值低于或等于約1.0。
11. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于：所述老化時(shí)間為約12小時(shí)-72小時(shí)。
12. -種污泥轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其將含有有機(jī)廢棄物的非均相污泥轉(zhuǎn)化成碳和氨基酸的均質(zhì) 提取物，所述均質(zhì)提取物用于管式反應(yīng)器肥料?；到y(tǒng)，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括： 容積式泵，其泵送含13%-45%固體的脫水污泥； 至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)混合器，該混合器接收來(lái)自泵的污泥并將其與硫酸混合以使混合物 的pH值降低至小于約1、粘度降低至小于約5000厘泊； 至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器，其接收來(lái)自所述內(nèi)嵌靜態(tài)混合器的混合物并將其與調(diào) 節(jié)化學(xué)劑混合，以基本上殺滅混合物中的病原體，并基本消除混合物中的塊狀物； 一個(gè)老化箱，其接收所述內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器的混合物，并攪拌混合物使其均質(zhì)化，并 將所述混合物老化成為提取物； 輸送泵，其將所述提取物從老化箱輸送至肥料生產(chǎn)系統(tǒng)。
13. 如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：所述容積式泵選自活塞泵、漸進(jìn)式容 積泵中的一種以及它們的組合。
14. 如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：進(jìn)一步包括溫度傳感器，該傳感器用 來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)線靜態(tài)混合器下游的混合物的溫度。
15. 如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：進(jìn)一步包括過(guò)程傳感器，其用來(lái)測(cè)量 所述內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器下游的混合物的溫度、pH值、氧化還原電位和粘度。
16. -種將含有有機(jī)廢物材料的均質(zhì)脫水污泥轉(zhuǎn)化成顆粒狀肥料的工藝，該工藝包 括： 泵送含有約13%至約45%固體的非均質(zhì)脫水污泥； 在該污泥中加入足量的硫酸以使最終混合物的pH值低于約1 ; 泵送所述混合物，通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)混合器，使該混合物與硫酸混合以便將混合 物的粘度降至低于約5000厘泊； 向混合物中加入調(diào)節(jié)化學(xué)劑； 泵送所述添加有調(diào)節(jié)化學(xué)劑的混合物，通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器，使所述調(diào) 節(jié)化學(xué)劑與所述混合物中，從而基本上殺滅所述混合物中的病原體，并基本消除所述混合 物中的塊狀物； 在一定的老化時(shí)間內(nèi)對(duì)混合物進(jìn)行機(jī)械攪拌，產(chǎn)生碳和氨基酸的均質(zhì)提取物； 將該提取物泵送到管道交叉反應(yīng)器中與酸和堿反應(yīng)形成熔體； 將所述熔體中的水閃蒸變成蒸汽； 將所述熔體滾壓到再利用細(xì)顆粒上以形成吸附顆粒；以及 干燥該吸附顆粒，形成顆粒肥料。
17. 如權(quán)利要求16所述的工藝，其特征在于：所述酸是硫酸，所述堿是無(wú)水氨。
18. 如權(quán)利要求16所述的工藝，其特征在于：所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑選自硫酸、磷酸、乙酸、過(guò) 乙酸、過(guò)氧化氫、氯化鐵、硫酸亞鐵、鐵礦石、硫酸鋁、硫酸鋅、地面磷礦石、硼、鑰中的一種， 和它們的組合。
19. 一種將含有有機(jī)廢物材料的均質(zhì)脫水污泥轉(zhuǎn)化成顆粒狀肥料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括： 一個(gè)容積式泵，其泵送包括約13%至約45%固體的脫水污泥； 至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)混合器，其接收從所述泵出來(lái)的污泥并使所述污泥與硫酸混合，以 降低所得到的混合物的pH值，并使該pH值小于約1，并降低所得到的混合物的粘度，使粘度 小于約5000厘泊； 至少一個(gè)內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器，其用于接收來(lái)自所述內(nèi)嵌靜態(tài)混合器的混合物，并使 其與調(diào)節(jié)化學(xué)劑混合，以基本上殺滅所述混合物中的病原體，并基本消除在所述混合物中 的塊狀物； 老化箱，用來(lái)接收來(lái)自于內(nèi)嵌靜態(tài)剪切混合器的混合物，并將其攪拌以保持該混合物 的均質(zhì)性，同時(shí)將混合物老化成為提取物； 一個(gè)輸送泵，其用于將老化箱中的提取物泵送出去； 一個(gè)管式反應(yīng)器，其用于接收來(lái)自輸送泵的提取物并將該提取物與酸和堿混合形成熔 體； 一個(gè)造粒機(jī)，其將所述熔體中的水閃蒸出去并將該熔體滾壓到細(xì)小顆粒上形成吸附顆 粒；及 一個(gè)干燥器，其將吸附顆粒干燥，形成顆粒肥料。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述管式反應(yīng)器是管式交叉反應(yīng)器。
21. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述酸是硫酸，所述堿是無(wú)水氨。
22. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)節(jié)化學(xué)劑選自硫酸、磷酸、乙酸、過(guò) 乙酸、過(guò)氧化氫、氯化鐵、硫酸亞鐵、鐵礦石、硫酸鋁、硫酸鋅、地面磷礦石、硼、鑰、銅中的一 種，和它們的組合。
23. -種有機(jī)增強(qiáng)粒狀氮-磷-硫肥料，該肥料包含： 碳和氨基酸，其總的重量百分比為至少約〇. 5% ; 吸附顆粒，其尺寸大于或等于約1. 7mm ; 其特征在于：根據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法E1226進(jìn)行的塵云燃燒性試驗(yàn) 中，該肥料是不可燃的。
24. 如權(quán)利要求23所述的顆粒肥料，其特征在于：所述肥料基本不能自加熱。
25. 如權(quán)利要求23所述的顆粒肥料，其特征在于：所述肥料不含病原體，且基本不含硫 化物、二硫化物和硫醇，且未使用內(nèi)分泌干擾物、醫(yī)藥品和抗微生物劑的新興化合物。
26. 如權(quán)利要求25所述的顆粒肥料，其特征在于：所述肥料基本沒(méi)有氣味。
27. 如權(quán)利要求23所述的顆粒肥料，其特征在于：所述肥料的臨界相對(duì)濕度是至少 80%。
28. 如權(quán)利要求23所述的顆粒肥料，其特征在于：所述肥料具有約小于1厘米的水分 滲透性和約小于150毫克/平方厘米的吸濕性。
29. 如權(quán)利要求23所述的顆粒肥料，其特征在于：所述肥料具有至少250mV的氧化還 原電位。
30. 如權(quán)利要求23所述的顆粒肥料，其特征在于：在干旱土壤和淹水土壤中使用所述 顆粒肥料時(shí)，所述肥料中的氮從土壤到水的析出損失和由土壤到空氣的揮發(fā)性損失低。
【文檔編號(hào)】C05F7/00GK104271535SQ201380018684
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】羅杰·E·塔特爾, 大衛(wèi)·A·韋伯, W·丹尼斯·莫蘭 申請(qǐng)人:優(yōu)尼緹化肥有限責(zé)任公司