CN103209933A - 养分回收系统和方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

养分回收系统和方法
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
本发明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。美国对本发明具有某些权利。
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。
背景技术
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（“AFO”）。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-DOH，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（Smil，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（HCO3-）也可以被转变成CO2，并且然后通过曝气释放到空气中。在另一个实施例中，该方法包括将流出物加热至一个所希望的温度并进行曝气以释放溶解的气体并提高流出物的pH。
在一个实施例中，在此的多种系统和装置提供了对厌氧消化器流出物进行曝气以便去除溶解的气体，这些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。在另一个实施例中，在此的多种系统和装置提供了将厌氧消化器流出物加热至一个所希望的温度。在一个实施例中，可以使用发动机废气或来自该厌氧消化器的其他废热来提高流出物的温度。
在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置包括改变悬浮的磷胶体周围的离子电荷，并且降低凝聚/沉降的能垒。
在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置包括将在回收养分之后剩余的一种液体流出物的pH值降低至适合用于或施用至农场或大田的一个pH值。在一个实施例中，可以使用涤气过程来降低该液体流出物的pH。在另一个实施例中，将包含硫化氢（H2S）的沼气与涤气过程一起使用，以便降低该液体流出物的pH值，并且降低以管道输送到该消化器中的返回沼气中H2S的量。在不受特定理论约束的情况下，沼气中的H2S与流出物进行反应，从而降低流出物的pH并且降低沼气中H2S的量。
在一个实施例中，提供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；将气态NH3提供给一个汽提塔，其中受控量的酸与该NH3相接触；并且回收铵盐。在仍然另一个实施例中，该方法包括将该厌氧消化器流出物从该曝气反应器泵送至一个沉降堰中。在仍然另一个实施例中，该方法包括使用多个脱水堰来收集富磷固体。在另一个实施例中，该方法包括将沼气鼓泡穿过来自该沉降堰的流出物。
在一个进一步的实施例中，提供了一种用于回收养分的方法，该方法包括：对厌氧消化器流出物进行加热和曝气，这从该流出物中释放了溶解的气体并且提高了该流出物的pH。曝气时，这些溶解的气体变得过饱和。在一个实施例中，对厌氧消化器流出物进行加热包括使用一个热交换器，其中以来自一个沼气发动机发电机组的废气作为被加热的空气流。
在又一个进一步的实施例中，提供了一种用于回收养分的方法，该方法包括：在一个厌氧消化器中对废纤维性材料进行消化；从流出物中分离所消化的纤维性材料；对厌氧消化器流出物进行曝气；将厌氧消化器流出物加热至从大约140°F至大约170°F的一个温度；将该厌氧消化器流出物泵送至一个固体/液体分离器中；使所分离的液体流出物沉降；使所分离的液体流出物的pH值提高至范围在从9.0至11.5的一个值；再次使该液体流出物沉降；并且回收一种或多于一种的富养分固体。在一个实施例中，通过对流出物进行曝气和加热来使pH值提高。
在一个实施例中，提供了一种用于回收养分的方法，该方法包括：在一个厌氧消化器中对废纤维性材料进行消化；从流出物中分离所消化的纤维性材料；在一个流出物坑中对该流出物进行加热；对厌氧消化器流出物进行曝气并且加热至从大约140°F至大约170°F的一个温度；使液体流出物的pH值提高至范围在从9.0至11.5的一个值；使液体流出物沉降；并且回收一种或多于一种的富养分固体。
在另一个实施例中，该方法进一步包括使NH3通过一个汽提塔来捕获铵盐，该汽提塔释放受控量的酸。在仍然另一个实施例中，该方法进一步包括使该液体流出物在回收养分之后通过一个热交换器。在仍然另一个实施例中，该方法进一步包括用来自该热交换器的热量对该厌氧消化器中的废料进行加热。在仍然又另一个实施例中，该方法包括将来自该热交换器的液体流出物传递至具有包含H2S的沼气的一个涤气系统中。在一个实施例中，该沼气中H2S的浓度被降低至范围在从每百万25份（ppm）至115ppm、或从50ppm至100ppm、或从60ppm至90ppm的值。
在仍然另一个实施例中，提供了一种养分回收系统，该系统包括：用于对厌氧消化器流出物进行曝气和加热的一个曝气反应器；和用于混合酸与来自该曝气反应器的NH3的一个酸塔。在另一个实施例中，该曝气反应器包括多个微曝气器，这些微曝气器处于该反应器的底面上或底面附近以用于注入气体。在仍然另一个实施例中，养分回收系统进一步包括用于对废纤维性材料进行消化的一个厌氧消化器。在仍然另一个实施例中，养分回收系统包括用于对厌氧消化器流出物进行加热的一个流出物坑。在仍然另一个实施例中，养分回收系统进一步包括用于收集来自该曝气反应器的流出物的一个固体沉降系统。在另一个实施例中，养分回收系统进一步包括用于在该流出物坑中加热该流出物之前，从该流出物中分离纤维性固体的一个分离器。
在仍然另一个实施例中，披露了一种养分回收系统，该系统包括：对厌氧消化器流出物进行加热和曝气的一个曝气反应器，其中对该流出物进行加热和曝气将可溶性铵转化成了气态氨；用于混合受控量的酸与来自该曝气反应器的气态氨的一个汽提塔；以及用于收集由使酸与气态氨在该汽提塔中反应而产生的铵盐的一个容器。在仍然另一个实施例中，该汽提塔是一个二槽系统。
在仍然另一个实施例中，提供了一种养分回收系统，该系统包括：一个厌氧消化器；用于对厌氧消化器流出物进行加热和曝气的一个流出物坑；一个固体/液体分离器；以及一个气密性容器。在一个实施例中，该系统提供了一个连续的活塞式流动过程。在另一个实施例中，该系统进一步包括一个或多个气体汽提塔和一个或多于一个的热交换器。
在一个实施例中，该气密性容器包括三个室，这些室具有用于收集气体的一个顶部空间。在又另一个实施例中，该气密性容器包括两个室，这些室具有用于收集气体的一个顶部空间。
在一个实施例中，提供了一种用于回收养分的装置。在一个实施例中，该装置包括一个三室容器，该三室容器具有在液面以上并且在容器顶棚以下的一个顶部空间。在一个实施例中，该三室容器将是气密性的并且在真空下进行操作。
在一个实施例中，该装置包括一个二室容器，该二室容器具有在液面以上并且在容器顶棚以下的一个顶部空间。在一个实施例中，该二室容器将是气密性的并且在真空下进行操作。
在此披露的多种方法、系统以及装置的一个优势是从厌氧消化器流出物中的养分回收。
在此披露的多种方法、系统以及装置的一个优势是在使化学品的添加和能量资源的使用最小化的同时的养分的回收。
在此披露的多种方法、系统以及装置的一个优势是从厌氧消化器流出物中的显著水平的氮和磷的回收。
在此披露的多种方法、系统以及装置的一个优势是所分离的固体和富磷固体将是有机物。
在此披露的多种方法、系统以及装置的一个优势是可以被定制并且被最优化以回收一种或多种具体养分的一种系统。
在此披露的多种方法、系统以及装置的一个优势是操作参数的最优化，以便用最小的能量和输入来考虑不同的粪肥类型。
在此披露的多种方法、系统以及装置的一个优势是动物固体废物在厌氧消化之前或在该养分回收系统的操作之前不必加以去除。
附图简要说明
图1是一种养分回收工艺的一个实施例的示意性概要。
图2是一种养分回收系统的一个实施例的示意图，它示出一个三室的气密性容器。
图3A是一种养分回收系统的一个实施例的示意图，它示出一个二室的气密性容器。
图3B是一种养分回收系统的一个实施例的示意图，它示出具有一个二槽系统的一个汽提塔。
图3C是一种曝气反应器的代表性示意图。该示意图描绘了一个东立面图。
图3D是一种曝气反应器的代表性示意图。该示意图描绘了一个北立面图。
图4是一种养分回收系统的一个实施例的示意图，它描绘了一个代表性布局。
图5A是描绘了流出物中的气泡的一张照片。
图5B是曝气之后的流出物的一张照片。
图6是展示了曝气时间与流出物的pH之间的关系的一个线形图。
图7是描绘了与无曝气相比，曝气和后续沉降更有效地沉降固体和因此磷的能力的线形图。
图8是从一个固体沉降系统中去除的沉降的含磷固体的一张照片。
图9A是报告了曝气和温度对pH的影响的线形图。
图9B是报告了曝气和温度对NH3去除的影响的线形图。
图9C是报告了曝气和温度对总磷酸盐去除的影响的线形图。
图10A是报告了从厌氧消化器流出物中的游离氨释放的最佳pH范围的线形图。
图10B是描绘了用于达到从厌氧消化器流出物中释放氨的最佳pH的碱剂量曲线的线形图。
图11是描绘了对于从厌氧消化的流出物中回收养分来说，一种商业上的经济上可行的方法的示意图。
图12A是描绘了通过沼气/液体相接触，降低的pH的响应的线形图。
图12B是描绘了通过接触时间的操纵，选择性的H2S去除的线形图。
图13A是描绘了在规定的曝气条件和温度下的氨汽提的执行能力的线形图。
图13B是描绘了在规定的曝气条件和温度下的硫酸铵回收的执行能力的线形图。
图14是描绘了来自一种奶牛场厌氧消化器和养分回收系统的质量流量（/奶牛/天基础上）的示意图。
图15是家禽粪肥消化器中厌氧消化器和养分回收系统的示意图。
图16是展示了作为TAN浓度和使用厌氧消化器流出物作为再生水的因子的甲烷产量（即20:20:60AE:W是指20%的种子和20%的厌氧消化器流出物混合了60%的淡水作为消化过程中再生水的来源）的条形图。
图17是一种商业厌氧消化器用于笼养蛋鸡操作的示意图。
图18是来自一种蛋鸡厌氧消化器和养分回收系统的质量流量（1,000只蛋鸡/天基础上）的示意图。
在详细说明一个实施例之前，应理解的是在此披露的多种方法、系统以及装置在应用方面并不限于以下说明书中所阐述或附图中所图示的构建的细节和部件的安排。这些方法和装置能够实现其他实施例，并且能够以不同方式来实施或进行。还应理解的是，在此所用的措辞和术语是用于描述目的，并且不应视为限制性的。在此“包括”和“包含”以及其变形的使用意在包涵其后所列出的项目和这些项目的等效物连同其他项目。
详细描述
定义
在本披露中的数值范围是近似的，并且因此除非另外指明，否则可以包括范围以外的值。数值范围包括从下限值和上限值起的所有值并且包括下限值和上限值（按一个单位的增量），条件是任何下限值与任何较高值之间存在至少两个单位的间隔。举例来说，如果一个组成性、物理或其他特性，例如像分子量、粘度、熔体指数等，是从100至1,000，那么意指明确地枚举所有单独值如100、101、102等和子范围如100至144、155至170、197至200等。对于含有小于1的值或含有大于1的分数（例如1.1、1.5等）的范围，适当时，一个单位被认为是0.0001、0.001、0.01或0.1。对于含有小于10的单一个数字值（例如，1至5）的范围，一个单位被典型地认为是0.1。这些只是所明确地意指的值的实例，并且介于所枚举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合被认为是明确地陈述在本披露中。本披露中提供的数值范围除其他之外是针对混合物中多个组分的相对量，和方法中叙述的不同温度和其他参数范围。
除非上下文另外清楚地规定，否则如在此所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”是指一个（种）或多于一个（种）。
如在此所用的术语“曝气反应器”是指允许将气体、空气、液体或其组合引入到一种流出物中的室、容器、装置或外壳。该流出物可以含有固体组分。
如在此所用的术语“一种或多种A类生物固体”和“A类流出物”以及“A类液体”是指满足40C.F.R.§503.32的要求的材料。总体上，在污水污泥使用和处置时、在制备污水污泥用于出售或以袋或其他容器进行分配以便施用到田地时、或在制备污水污泥或源自污水污泥的材料以便满足§503.32下的不同替代物的要求时，当粪便大肠杆菌密度小于每克总固体1,000最大可能数（MPN）（干重密度）；或当沙门菌密度小于每4克总固体3MPN时，生物固体满足EPAA类病原体要求。肠道病毒密度必须小于每4克总固体一个噬菌斑形成单位（pfu）（干重基础）并且蠕虫卵小于每4克总固体一个活蠕虫卵。另外，该EPA在40CFR§503.32(a)下提供了时间和温度要求。40C.F.R.§503.32是作为A类生物固体的标准通过引用结合在此。
如在此所用的术语“包括”的意思是“包含”。例如，包括或包含A和B的一种器件含有A和B，但可以任选地含有C或其他除A和B以外的组件。包括或包含A或B的一种器件可以含有A或B或者A和B，以及任选地一个或多个其他组件，如C。
如在此所用，当一种或多种气体的分压变得大于在大气中的分压时，“气体过饱和”发生。
如在此所用的术语“粪肥”是指动物废物，包括动物排泄物、饲料残渣以及毛发。
如在此所用的术语“生石灰”是氧化钙（CaO）。生石灰在室温下是一种白色的、苛性的并且呈碱性的结晶固体。作为商业产品，石灰还经常含有氧化镁、氧化硅以及较少量的氧化铝和氧化铁。
如在此所用的术语“鸟粪石”（磷酸铵镁）是一种具有以下化学式的磷酸盐矿物：((NH4)MgPO4·6H2O)。鸟粪石是以正交晶系结晶为白色至淡黄色或棕白色棱锥晶体，或呈板状云母样形式。它是一种软矿石，具有1.5至2的莫氏硬度（莫氏矿物硬度表），并且具有1.7的低比重。它在中性和碱性的条件下是微溶的，但易溶于酸。
在此披露的多种方法、系统以及装置可以用来从厌氧消化器流出物中回收养分。在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置的目标在于回收磷、回收氮或回收磷和氮。
在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置提供了溶解的气体从厌氧消化器流出物中的释放。在另一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置提供了溶解的气体从厌氧消化器流出物中的释放，同时维持现有固体如与磷酸根结合的钙或镁的水平。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。
在此披露的多种方法、系统以及装置提供了一种灭菌的厌氧消化器流出物。在此披露的多种方法、系统以及装置提供了满足被分类为A类液体或A类固体的要求的一种厌氧消化器流出物和多种生物固体。
在一个实施例中，在此的多种方法、系统以及装置提供了整合作用，其中来自一个操作单元的副产物被用于在一个后续的操作单元中进行处理。对该系统的主要化学和能量输入是废热、寄生电负荷、空气、硫酸以及来自该厌氧消化器的粗沼气。作为交换，开发出了多种可出售的养分产品—纤维性固体、硫酸铵浆料（质量含量在从30%至55%的范围）以及富磷有机固体。各产物可以单独出售和使用，或者可以将两种或更多种产物混合在一起来使用或出售。
在一个实施例中，设计了一种系统以联合一个厌氧消化器一起工作以用于处理并回收来自厌氧消化流出物的可出售的浓缩生物肥料。在此披露的多种方法、系统以及装置可以在任何类型的农场上工作，该农场包括冲洗奶牛场（flush dairy farm）和刮擦奶牛场（scrape dairy farm）。
在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置包括曝气技术以对来自经过消化的废纤维性材料的流出物进行曝气，以便去除溶解的气体如CO2并提高该流出物的pH。该流出物的pH可以提高至范围在从8.6至10.5的一个值。pH的提高将有助于固体的沉降。在另一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置包括添加一种具有高pH值的试剂（包括但不限于苛性碱或生石灰）以便使pH提高至范围在从8.6至12.0的一个值。
在一个实施例中，在此披露的多种系统具有多种程度的处理可能性。一种系统可以被定制成回收一种或多种具体的养分。例如，对于一些农场来说，主要关注的是磷控制，并且该系统可以被定制成满足预算和环境约束。例如，在低流率和温度下但持续较长时间段进行曝气将允许总磷去除，但无A类生物固体或氨回收。另一方面，用高温曝气较少时间将取得允许总磷去除和A类生物固体，但无大量氨释放的一个pH。另外，可以任选地回收纤维，这取决于最终用户的需要。
在一个实施例中，在此披露的多种方法、系统以及装置提供了回收一种养分或一种所选择的养分的灵活性。可以用较久的曝气和低温取得总磷去除。可替代地，可以用较短的曝气并且用高温取得总磷去除与A类纤维。另一方面，可以用相对较久的曝气、高温、增加的曝气以及增加的流率来取得总磷去除、氨去除以及A类。通过改变和调节该系统的不同参数，存在众多可能性。
在此披露的多种方法、系统以及装置避免了昂贵的化学添加剂的输入和使用。这些方法和装置可以用来回收一种或多于一种的元素，包括但不限于回收总磷，主要呈先前悬浮的固体形式；氨盐，先前在粪肥中呈离子氨形式；总氮，通过回收前述的氨连同在所截留的固体中的有机形式的氮；以及纤维性固体。在收集P固体中，钙和镁也被减少。
在此披露的多种方法、系统以及装置可以用来降低该液体流出物中的总磷，包括但不限于10%-20%、20%-30%、30%-40%、40%-50%、50%-60%、60%-70%、70%-80%、80%-90%、90%-95%以及95%-99%的降低。
在此披露的多种方法、系统以及装置可以将该液体流出物中的总氮降低从15%至85%，或从20%至70%，或从30%至50%。
在此披露的多种方法、系统以及装置可以将该液体流出物中的碳酸氢盐降低从5%至15%，或从15%至85%，或从20%至70%，或从30%至50%。
在此披露的多种方法、系统以及装置可以从该流出物中回收养分，包括但不限于回收总养分的5%-10%、10%-20%、20%-30%、30%-40%、40%-50%、50%-60%、60%-70%、70%-80%、80%-90%、90%-95%以及95%-99%。在一个实施例中，所回收的养分包括但不限于磷、总氮以及氨-N。
用于养分回收的方法
在一个实施例中，披露了多种用于从厌氧消化的流出物中回收养分的方法。这些方法的使用不需要局限在农业活动或动物废物的处理。例如，这些方法还可以被适配为动物园、野生动物园或照顾多种动物的其他组织所用，或为市政当局所用来处理类废物等。
在一个实施例中，这些方法包括对液体流出物进行曝气以取得一个希望的pH值。在另一个实施例中，这些方法包括将厌氧消化的流出物加热至一个希望的温度，并且对该流出物进行曝气以便取得一个所希望的pH值。在一个实施例中，所希望的pH值是允许过饱和的气体被释放的一个值。
在仍然另一个实施例中，这些方法包括将厌氧消化的流出物加热至一个所希望的温度，对该流出物进行曝气以便取得一个所希望的pH值，并且允许所曝气的流出物中的固体沉降。在一个实施例中，在曝气过程中，在接近曝气结束时，在曝气之后，或在使液体流出物沉降之前，添加一种具有高pH值的试剂。在一个实施例中，该试剂包括但不限于一种苛性碱或生石灰、碱液或石灰。
在仍然又另一个实施例中，该方法进一步包括在沉降之后将一种具有高pH值的试剂混合到该流出物中。在另一个实施例中，该方法进一步包括使石灰/流出物混合物传递至一个第二沉降槽中。在仍然另一个实施例中，该方法进一步包括收集富养分固体。
在另一个实施例中，用于从厌氧消化的流出物中回收养分的方法包括对废纤维性材料进行厌氧消化，从液体流出物中分离活性污泥；将该厌氧消化器流出物加热至一个希望的温度，将液体流出物曝气至一个希望的pH值；使该流出物通过一个分离器；将液体流出物输送至一个固体沉降系统，并且回收富养分固体。在仍然另一个实施例中，该方法包括在沉降之后将石灰混合到该流出物中。在仍然另一个实施例中，该方法包括使石灰/流出物混合物沉降，然后才回收富养分固体。
在另一个实施例中，披露了一种用于回收养分的方法，该方法包括将流出物曝气至从7.5至10.5或从8.2至9.5或从8.6至9.0的一个pH值。该方法进一步包括使所曝气的流出物通过一个固体/液体分离器；使所曝气的流出物沉降从30分钟至72小时的一段时间；添加一种具有高pH值的试剂以便取得范围在从8.6至12.0的一个pH值，使流出物/试剂混合物沉降从30分钟至72小时的一段时间。在另一个实施例中，该方法包括收集富养分固体。在一个实施例中，这些固体是富磷的。
在另一个实施例中，披露了一种用于回收养分的方法，该方法包括将厌氧消化器流出物加热至一个希望的温度；将流出物曝气至一个希望的pH值；使流出物活塞式流动通过一个分离系统；将流出物输送至一个沉降槽，持续一段时间；将一种具有高pH值的试剂与流出物进行混合；使试剂/流出物混合物沉降一段时间，并且从液体中分离固体。在另一个实施例中，该方法进一步包括收集富养分固体。
该流出物可以被加热至任何希望的温度，包括但不限于100°F至110°F、110°F至120°F、120°F至130°F、130°F至140°F、140°F至150°F、150°F至160°F、160°F至165°F、165°F至175°F或175°F至195°F。
在一个实施例中，曝气速率可以是有助于释放过饱和气体的任何速率，包括但不限于从2加仑/cfm至160加仑/cfm，或从5加仑/cfm至150加仑/cfm，或从10加仑/cfm至100加仑/cfm，或从25加仑/cfm至80加仑/cfm，或从40加仑/cfm至50加仑/cfm。在一个实施例中，可以使用多个微曝气袋。
在一个实施例中，曝气时间可以是有助于释放过饱和气体的任何时间量，包括但不限于从15分钟至3天，或从2小时至2天，或从4小时至24小时，或从8小时至18小时，或从12小时至16小时。
在一个实施例中，曝气可以使流出物的pH值提高至一个希望的值，包括但不限于7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0以及大于12.0。
在一个实施例中，允许所曝气的流出物沉降一段时间，包括但不限于30分钟至60分钟、1小时至2小时、2小时至4小时、4小时至8小时、8小时至12小时、12小时至16小时、16小时至20小时、20小时至24小时、24小时至36小时、36小时至48小时、48小时至60小时、60小时至72小时、3天至4天、4天至5天、5天至6天、6天至7天、7天至8天、8天至9天、9天至10天，以及大于10天。
在一个实施例中，允许流出物沉降一段时间，包括但不限于30分钟至60分钟、1小时至2小时、2小时至4小时、4小时至8小时、8小时至12小时、12小时至16小时、16小时至20小时、20小时至24小时、24小时至36小时、36小时至48小时、48小时至60小时、60小时至72小时、3天至4天、4天至5天、5天至6天、6天至7天、7天至8天、8天至9天、9天至10天，以及大于10天。
在一个实施例中，富养分固体包括但不限于富磷固体、鸟粪石样颗粒、有机的结合有Ca/Mg的含磷颗粒以及A类生物固体。
图1提供了一种用于养分回收的方法的一个实施例。该方法包括在一个厌氧消化器10中对废纤维性材料进行消化。在消化一段适合的时间后，使用一个分离筛40分离流出物20与纤维30。在一个曝气槽50中对流出物20进行曝气，在该曝气槽中将空气注入液体流出物中。曝气槽可以在槽50的底部包括多个气体喷嘴或喷射器以便分散空气。该曝气可以呈微曝气形式。
一个任选的步骤包括将生石灰60与流出物20在一个混合槽70中进行混合。方法进一步包括将石灰/流出物混合物输送至一个固体沉降系统80，并且收集富养分固体90，这些富养分固体包括但不限于富磷固体。
可以使用受控制的曝气来去除过饱和的CO2，提高流出物的pH值，并且增强悬浮固体的沉降。该曝气在性质上是纯化学的。在一个实施例中，使用一个小并且有限量的曝气，它仅足以控制化学平衡。在此所用的曝气并不构成一个好氧处理。该曝气不会导致如在废水的生物处理中经常观察到的好氧细菌的生长和增殖。废水处理使用极高速率的曝气并且唯一目的是好氧细菌的生长。
无意受任何特定理论的约束，相信该厌氧消化器流出物中的碳酸氢盐和溶解的CO2气体是极高的，这是由于以下事实：在厌氧消化器周期过程中，一个显著部分的有机碳被转化成甲烷和CO2，而其中一些CO2进而溶解和/或过饱和在溶液中。所溶解的CO2和转变成CO2的部分碳酸氢盐（HCO3-）阻碍了悬浮固体的沉降，从而干扰重力沉降和/或电荷诱导的絮凝的自然过程。以下反应式1-3中示出了碳酸盐碳酸、碳酸氢盐以及碳酸盐的电离化学式。
Figure BDA00002775831700181
Figure BDA00002775831700182
Figure BDA00002775831700183
无意受任何特定理论的约束，相信从厌氧消化器流出物中去除溶解的CO2和转变成CO2的一些碳酸氢盐将去除至少一部分的沉降干扰，并且潜在地允许显著的悬浮固体沉降，而无需人工化学品输入。厌氧消化器流出物的有限的受控制的曝气可以诱导溶解的CO2和一些碳酸氢盐的去除。
在对该流出物进行曝气之时，CO2被空气带出该系统。#3反应的平衡向右移动，因此，#2和#1反应的平衡也向右移动。然后，生成了更多的OH-，并且溶液的pH值得以提高。此外，一些关键的厌氧细菌将通过曝气被O2杀死，这使正在进行的生物CO2生成减缓下来。
在该流出物的曝气过程中，CO2被驱除掉，并且自然的化学平衡发生偏移，以同样驱除掉一些碳酸氢盐。因为溶解的CO2是一种酸性化合物，所以溶液的pH提高，由此给出CO2被去除的程度的指示。该流出物的pH还可以用来确定是否已经取得了适当程度的曝气，并且可以用作期望的沉降量的指标或标志。
根据#2反应，随着pH提高，液体中的H2CO3部分减少。因此，CO2汽提效率有所下降。这一效率下降可以导致能垒不能完全克服，并且所希望的沉降不能发生。在这种情况下，添加石灰（Ca(OH)2或CaO）能够变得比曝气更有效地使pH提高，并且最终取得了克服沉降的能垒所需的pH。反应式4-6中描绘了石灰的电离化学式和石灰与碳酸氢盐之间的反应。
Figure BDA00002775831700191
HCO3 -+OH--CO3 2-+H2O(5)
H2CO3+OH--HCO3 -+H2O(6)
该厌氧消化的流出物的曝气过程将允许增强的悬浮固体的沉降，而无需化学品输入。重要的是，大部分的磷是处于微小的不溶性悬浮固体形式。在厌氧消化过程中，大量的有机磷被转化成无机形式，该无机形式不可作为磷酸根获得或未真正溶解。相反，粪肥中的高浓度的钙和镁离子引起了不溶性、胶态、非结晶固体的产生，这些固体作为钙或镁的磷酸盐形式被悬浮在溶液中。因此，通过增强悬浮固体的沉降，直接引起了显著量的磷的去除。
预期在此披露的多种方法、系统以及装置的一些最终用户将仅仅希望回收磷。在这一情况下，谨慎控制曝气和pH可以允许单独回收磷。为了去除总磷，但不去除氨，流出物可以具有范围在从8.6至9.0的一个pH值。同样谨慎地控制流出物的温度。例如，使用20°C-35°C的流出物进行20小时的低曝气（40加仑/cfm）可以取得9.0的一个pH，该pH将提供优良沉降。可替代地，使用35C的流出物进行6小时的曝气（40加仑/cfm）可以取得8.6的一个pH，该pH也将沉降良好。
然而，在此披露的多种方法、系统以及装置的其他最终用户可能希望回收的不止是磷。使厌氧消化器流出物的pH提高可以有助于使化学平衡从溶解的氨向气态氨偏移，并且引入了氨和氮可以从厌氧消化器流出物中去除并且回收的一个手段。在一个实施例中，具有的pH值为9.5或更大并且所处的温度为140°F或更大的厌氧消化的流出物可以提供氨的回收，可能呈液体硫酸铵的形式。
在另一个实施例中，受控的曝气速率/时间（10-40加仑/cfm，持续1-7小时）和温度（55°C至70°C）可以取得在9.5与10.0之间的pH范围，从而允许显著的氨挥发、汽提以及作为铵盐（优选地硫酸铵）的回收。
在一个实施例中，允许液体流出物沉降一段适合的时间以允许固体从溶液中脱离，该时间段包括但不限于以下范围的时间段：15分钟至7天、或从12小时至6天、或从24小时至5天、或从36小时至4天、或从2天至3天。
在一个实施例中，提供了用于增加从厌氧消化器中的沼气捕获数量的方法，该方法包括在厌氧消化器流出物离开厌氧消化器容器时，对它进行搅拌。在另一个实施例中，该方法进一步包括将该流出物安置成一种薄膜流动以用于更快速的液体/沼气分离。在仍然另一个实施例中，该方法进一步包括将厌氧消化器排放过程安置在真空下。
在一个实施例中，本披露涉及一种用于从厌氧消化器流出物中回收养分的方法，该方法包括使用一个扩展的发动机排气热回收系统，将来自现有的商业厌氧消化器单元的厌氧消化器流出物（大约100°F）加热至160°F。加热该流出物及其纤维性固体，以便满足A类病原体标准。这些A类纤维性固体可以通过机械筛分离使用一个具有螺旋压机的倾斜筛加以去除。
该方法进一步包括在近似140°F的操作温度下，在一个曝气区中对剩余的具有悬浮固体的液体进行曝气。曝气可以发生在一个专用的活塞式流动槽中。该活塞式流动槽可以具有任何适合的停留时间，包括但不限于1-5、5-10、10-20、20-25、25-30、30-50、50-100、100-200或大于200小时的停留时间。曝气可以通过使用多个微曝气器完成，这些微曝气器被安置在该槽的底部，以便对于每加仑所处理的流出物供应不同程度的曝气流动。使用通过空气传送到空气热交换器的发动机排气热，将空气加热至温度。
如上所述，该曝气允许对过饱和的CO2气体进行汽提。高温提高了动力学，从而允许CO2的更快速释放和两个重要的结果。首先，pH得以提高，并且其次干扰自然絮凝和沉降的气体可以被去除。pH提高（>9.5）允许一部分的溶解的氨的平衡向游离的气态氨偏移。
该方法进一步包括将游离的气态氨输送至一个专用的二级酸塔，在这里，受控量的酸与该气态氨在空气中相接触并且产生一种铵盐。该二塔法经过设计，以使得能够取得具有一致的最大浓度（按重量计约40%）的中性pH产物。
该方法还包括使富磷固体沉降并且使用脱水堰收集固体。
该方法进一步包括将来自消化器的粗沼气鼓泡穿过相对较热的具有提高的pH的流出物，并且使流出物的pH返回至中性，而还同时对沼气进行部分涤气以去掉酸性H2S杂质。可以使用一个最终热交换器来回收废热。
养分回收系统
在一个实施例中，图2中图解了一个养分回收系统100。该系统100可以用来处理厌氧消化器输入物，并且从所得流出物中回收养分。在一个实施例中，该厌氧消化器输入物是废纤维性材料。废纤维性材料可以使用本领域中任何适合的手段来收集。废纤维性材料包括但不限于木材、草、农业残余物、粪肥、回收再用的废纸、有机部分的市政固体以及农业废料。废纤维性材料的来源的实例包括但不限于畜牧业生产设施，如牛、猪、山羊、绵羊、奶牛、马等，鸡牧场、火鸡饲养场、鸭饲养场、鹅饲养场、人类废物，等等。废纤维性材料还可以包括许多形式的农业产品处理设施，这些设施可以包含非食物相关的农业产品。废纤维性材料还可以包括一些形式的掺混废物，其中一部分废物还可以包含食物碎屑。废纤维性材料还可以包括掺混的纤维与腐坏的食物。
在另一个实施例中，废纤维性材料还可以包括干草、秸秆以及动物畜舍或其他农业环境中普遍使用的其他材料。在仍然另一个实施例中，废纤维性材料还可以含有尿液加上用于清洁畜舍的水。在仍然又另一个实施例中，废纤维性材料还可以含有其他材料，如麻线、绳索以及可以或不可以生物降解的其他材料。在仍然另一个实施例中，废纤维性材料是来自一个奶牛场。
在另一个实施例中，废纤维性材料还可以包括来自非食物农业产品的纤维，这些产品如竹子、油棕、椰壳纤维等。
在另一个实施例中，厌氧消化器输入物可以包括动物粪肥与有机部分的市政固体如食物碎屑的混合物，并且食物加工废物被掺混和消化。
图2示出了用于由处理高固体农场废物来回收养分的系统100的示意图。系统100除其他之外包括一个厌氧消化器10、一个污泥坑101、一个流出物坑110、一个分离装置130以及一个气密性容器145。
厌氧消化器
可以使用任何类型的厌氧消化器。一个常规厌氧消化器系统一般包括以下部件：粪肥转移和混合坑，一个由刚、纤维玻璃、混凝土、泥土或其他适合的材料制成的消化器（需要时，包括加热和混合设备）、沼气处理和传输以及气体最终使用（燃烧）设备，如发电设备。
取决于操作模式和温度，常规厌氧消化器还可以要求有效的操作监管。为持续的长期可预测的性能起见，常规厌氧消化器系统还要求合适的设计和大小设定，以便维持负责废物处理和稳定化的关键的细菌群体。大小设定的要求是基于水力停留时间（HRT）和负荷率，其中操作温度影响这些大小设定的参数。这些因素（大小、材料、操作要求）影响消化器成本，消化器可以是相当资本密集的，并且在一些经济和农场规模下，可能支付不起或如果不能得到有经验的技术人员，则可能不能操作。
在一个实施例中，可以使用具有任何类型的工艺配置的厌氧消化器，该工艺配置包括但不限于分批、连续、中温温度、高温温度、高固体、低固体、单级复杂度以及多级复杂度。
在另一个实施例中，可以使用一个厌氧消化分批系统。在过程开始时将生物质按一批添加至反应器中，并且在过程的持续时间内被密封。分批反应器遭遇了恶臭问题，当将分批反应器排空时，这种问题可以是一个严重的问题。典型地，沼气产生将随着时间的推移以一个正态分布模式而形成。操作人员可以使用这一事实来确定他们认为有机质的消化过程已经完成的时间。
在仍然另一个实施例中，可以使用一个厌氧消化的连续系统。在连续消化过程中，有机质典型地分阶段添加至反应器中。不断地或定时地去除最终产物，从而使沼气不断产生。这种形式的厌氧消化的实例包括连续搅拌槽反应器（CSTR）、升流式厌氧污泥床（UASB）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）以及内循环反应器（IC）。
在仍然另一个实施例中，可以使用厌氧消化器的中温或高温操作温度水平。中温水平任选地发生在37°C-41°C左右或发生在20°C-45°C之间的环境温度下；在这些温度下，中温菌是所存在的主要微生物。高温水平任选地发生在50°C-52°C左右或发生在高达70°C的高温下；在这些温度下，高温菌是所存在的主要微生物。
与高温菌相比，存在更大数目的中温菌种类。与高温菌相比，中温菌还更能耐受环境条件的变化。因此，中温系统被认为是比高温消化系统更稳定。
在另一个实施例中，厌氧消化器可以被设计成在高固体含量下操作（总悬浮固体（TSS）浓度大于20%）或在低固体浓度下操作（TSS浓度小于15%）。高固体消化器处理一种稠密浆料，该浆料要求更多能量输入以便移动并处理该原料。该材料的稠度还可以导致与磨损相关联的问题。由于与湿度相关联的较低体积，高固体消化器将典型地具有较低占地要求。
低固体消化器可以使用要求显著更低能量输入的标准泵，将材料输送通过系统。与高固体相比，低固体消化器要求更大量占地，这是因为与增加的液体相关联的体积增加：消化器的原料配比。在一个液体环境中具有与操作相关联的益处，这是因为该液体环境能够使材料更彻底的循环，并且使细菌与食物更彻底地相接触。这使得细菌能够更易于接近它们所取食的物质，并且提高气体产生的速度。
在仍然另一个实施例中，消化系统可以被配置成具有不同程度的复杂度：一级或单级以及二级或多级。单级消化系统是其中全部生物反应都发生在单一个密封的反应器或容纳槽中的一个系统。利用单级反应器降低了构建成本；然而，对系统中发生的反应存在较少控制。例如，产酸菌通过酸的产生降低了槽的pH，而产甲烷菌在一个严格界定的pH范围内操作。因此，不同种类在一个单级反应器中的生物反应可以处于彼此的直接竞争。另一种一级反应系统是厌氧塘。这些塘是用于处理和长期储存粪肥的池塘样土盆。在此情况下，这些厌氧反应是包含在池中所含的天然厌氧污泥内的。
在一个二级或多级消化系统中，将不同的消化容器最优化，以便对消化器中生存的细菌菌落产生最大控制。产酸菌产生有机酸并且比产甲烷菌生长和繁殖的更快。产甲烷菌要求稳定的pH和温度以便优化它们的性能。
在消化器中的停留时间随着废纤维性材料的量和类型、消化系统的配置和它是一级还是二级而改变。在单级高温消化情况下，停留时间可以处于14天的范围内，这一范围与中温消化相比，是相对较快的。这些系统中的一些的活塞式流动性质将意味着在这一时标中，材料的完全降解可能尚未实现。在此情况下，离开系统的消化液的颜色将会更暗，并且典型地将具有更大的恶臭味。
在二级中温消化中，停留时间可以在15与40天之间改变。在中温UASB消化情况下，水力停留时间可以是（1小时-1天）并且固体停留时间可以高达90天。以此方式，该UASB系统能够通过利用污泥床将固体和水力停留时间分开。
取决于材料中固体的水平，连续消化器具有机械或水力器件，以便混合内容物，使得细菌与食物能够相接触。连续消化器还允许过量的材料被连续抽出，以便在消化槽内维持一个合理的恒定体积。
在一个实施例中，废纤维性材料可以通过获自GHD,Inc.（Chilton,WI）的一个厌氧消化器来进行处理。在一个实施例中，废纤维性材料可以通过如美国专利号6,451,589、6,613,562、7,078,229以及7,179,642中任一个所述的厌氧消化器来进行处理，这些专利各自通过引用以其全部内容结合在此。以上叙述的各专利被转让给了GHD,Inc.，并且指定史蒂夫德沃夏克先生作为唯一的发明人。在仍然另一个实施例中，厌氧消化器可以是一个二级混合式活塞式流动消化器系统。
在另一方面中，本发明可以提供一种用于厌氧消化高固体废物的方法，该方法包括使固体废物以一种螺旋状方式移动通过消化器。该消化器是一个总体上U形的槽，具有近似100英尺长和72英尺宽的总体水平尺寸。长度近似为90英尺的一个中央壁将该消化器分成U形的两个分支。因此，消化器的各分支是近似100英尺长和36英尺宽。
可以使用改进的活塞式流动或浆料流动来使污泥移动。消化器加热管使用来自发动机冷却器的近似160°F的热水，对该污泥进行局部加热，从而使被加热的混合污泥在对流力作用下上升。对流在消化器中形成一个液流，该液流是其他高固体消化器所不具有的特征。污泥被消化器中央壁附近的消化器加热管加热，使得对流力引起被加热的污泥在中央壁附近上升。同时，相对较冷外壁附近的污泥在对流力作用下而下降。因此，对流力引起污泥按照一个环形的流动路径，沿着中央壁向上并且沿着外壁向下。同时，污泥沿着消化器的第一和第二分支流动，从而为污泥产生了一个组合的螺旋状流动路径。
在另一个实施例（未示出）中，使用来自发动机输出端的受加热的气体的热气注入喷射器替代了热水消化器加热管作为一个加热和液流产生源。热气的注入使污泥通过自然与强制对流来进行循环。在消化器中形成一个相似的螺旋状流动路径。
为了进一步提高中央壁附近的被加热污泥的向上流动，可以将沼气从消化器的沼气储存区域中去除，用一个气体离心式或旋转叶片鼓风机加压，并且通过定位在管道上的喷嘴而注入至所加热的污泥中。在消化器的底面附近的这种回收再用的沼气注入是用来提高所加热污泥的螺旋状流动路径的快速性。
消化器的U形产生一个长的污泥流动路径，并且因此产生近似20天的一个长的停留时间。随着污泥流动通过消化器，厌氧消化将污泥处理成了活性污泥。活性污泥从消化器流动至任选的澄清器和一个污泥坑30中。该澄清器使用重力来将活性污泥分离成液体和固体部分。
流出物坑
养分回收系统包括一个流出物坑（20）。该流出物坑通过一个壁（111）与厌氧消化器（20）分开。该流出物坑和该厌氧消化器可以共享一个或多个共有外壁（112和（113）。该流出物坑还可以包括一个用于收集气体的顶部空间。
在一个实施例中，厌氧消化器流出物20可以是重力流动，或它可以被泵送至一个隔离的流出物坑110中。在一个实施例中，厌氧消化器流出物在维持气体完整性的同时被从消化器中排放。厌氧消化器流出物的排放被设计成使湍流、薄膜流以及与外部空气的接触最大化。这个排放过程使过饱和的甲烷气体脱气，以用于更大的气体产生和环境/气候控制。
在一个实施例中，所得甲烷/空气混合物可以被再次注入到厌氧消化器中，用于增强混合并增加沼气产生。另外，被再次注入的甲烷/空气混合物可以有助于降低消化器中的硫化氢含量。
厌氧消化器流出物20的温度可以随着它以一个活塞式流动过程流动通过第一容器，而提高至一个适合的温度，包括但不限于100°F至110°F、110°F至120°F、120°F至130°F、130°F至140°F、140°F至150°F、150°F至160°F、160°F至165°F、165°F至175°F以及175°F至195°F。
在一个实施例中，使用一个扩展的排气热回收系统来加热厌氧消化器流出物，以将流出物和它的纤维性固体进一步热处理成A类病原体标准。
该流出物在容器中的水力停留时间（HRT）可以根据U.S.EPA标准来验证。HRT可以根据设计标准而从30分钟至48小时，或从4小时至36小时，或从8小时至24小时，或从12小时至16小时变化。
流出物坑110将具有一个在液面以上并且在容器顶棚以下的一个气体顶部空间，将为气密性的，并且将在真空下进行操作。该流出物坑中的流出物20将通过经由注入器或气体喷嘴120注入加热的气体（包括但不限于空气）而进行加热和搅拌。所加热的气体将被注入到流出物坑的底部附近的液体中，从而引起一个螺旋混合效应。加热的空气可以通过使环境空气与来自提供加热的空气流的沼气发动机发电机组的排气通过一个叉流式热交换器122来供应。用空气进行搅拌的受加热的流出物将释放液体废物中夹带的大部分的CO2和一些NH3。从液体废物中释放CO2将使液体废物的pH提高，从而提高NH3去除效率。pH值可以用作过饱和气体被释放的程度的标志。pH值还可以用作确定可以回收哪些养分的标志。
无意受任何特定理论的约束，相信曝气允许产生过饱和气体，包括但不限于CO2，而且高温提高了动力学，从而允许过饱和气体更快速的释放。通过对流出物进行曝气，pH值提高，并且可以干扰自然絮凝和沉降的气体被去除。
在一个实施例中，曝气速率可以是有助于释放在曝气时变得过饱和的溶解的气体的任何速率，包括但不限于从2加仑/cfm至160加仑/cfm，或从5加仑/cfm至150加仑/cfm，或从10加仑/cfm至100加仑/cfm，或从25加仑/cfm至80加仑/cfm，或从40加仑/cfm至50加仑/cfm。在一个实施例中，可以使用多个微曝气袋。
在一个实施例中，曝气时间可以是有助于释放在曝气时变得过饱和的溶解的气体的任何时间量，包括但不限于从15分钟至3天，或从2小时至2天，或从4小时至24小时，或从8小时至18小时，或从12小时至16小时。
在一个实施例中，曝气速率被选择以允许对在曝气时变得过饱和的溶解的气体进行汽提，并且维持现有固体如结合有钙和磷的磷酸盐的水平。在一个实施例中，曝气速率不会引起固体（例如，结合有钙和镁的磷酸盐或鸟粪石样颗粒）的溶解，固体的溶解将释放更多的游离磷酸根。
在一个实施例中，曝气可以使流出物的pH值提高至一个希望的值，包括但不限于7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0以及大于12.0。
在另一个实施例中，曝气源被设计成产生特定大小的气泡，包括但不限于通过微曝气产生的气泡。
汽提塔
养分回收系统还包括一个汽提塔（140）。该汽提塔是用于吸收气态氨并且使它稳定成铵盐溶液，该铵盐溶液可以是更为浓缩的并且易于储存的。简单地说，汽提是一个蒸馏程序，它由以下所构成：通过沸点或蒸汽压的差异来分离流体组分。通常的分离手段是通过用一种或多种不同的支持材料进行装填的柱或塔（column或tower），这些支持材料即鲍尔环，拉西环，贝尔鞍等，以便增加接触表面。将一种汽提介质（例如热空气或水蒸气，或在一个实施例中，未加热的空气）注入塔底之中，并且将一种含有氨的溶液在顶部或顶部附近注入。当该含有氨的液体向下滴流通过填料时，它与上升的热蒸汽相接触，而更易于挥发的氨部分被汽化并且可以加以收集并进一步处理。不易挥发的液体组分随着它接近塔底而变得越来越纯，在塔底可以对它进行收集。在2011年3月22日颁发的美国专利号7,909,995提供了关于设计汽提塔和养分回收系统的其他信息，并且通过引用以其全部内容明确地结合在此。
该汽提塔是一个可以容纳腐蚀性酸（caustic acid）的装置，这些酸包括但不限于硫酸、硝酸、碳酸、盐酸以及磷酸。汽提塔还可以包括多个真空鼓风机和泵。
在一个实施例中，汽提塔可以用来收集任何铵盐，包括但不限于碳酸铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵以及磷酸铵。
与使粪肥流动通过汽提塔的常规方法相反，可以采用活塞式流动曝气。这避免了使汽提塔结垢的堵塞问题。另外，常规汽提塔集中于通过极高的曝气速率取得的高效率。这些曝气速率经常与压降和高电力需求相关联。
在一个实施例中，使用一个闭合环路塔设计进行氨汽提，这种设计使用空气作为汽提介质并且包括一个酸吸收系统来捕获呈铵盐的氨。空气可以用于这一过程，尽管它并不具有像其他潜在载气一样高的氨吸收能力，但空气便宜；并且所需的pH调整可以维持在一个相对低水平（例如，pH10）下，这是因为该过程利用来自厌氧消化器的热（大约32°C-35°C）粪肥废水来进行补偿。
在一个实施例中，在真空下在流出物坑110中的流出空气将被转移至一个填料汽提塔140中，在这里，一种硫酸液体洗涤剂（在这一实例中）将使该空气流的pH下降，并且产生一种包含硫酸铵的溶液。该溶液可以包含一种铵盐浆料，该浆料包含从大约30%至大约60%的硫酸铵。该硫酸铵可以被收集并用作肥料。
在一个实施例中，可以使用一种单塔设计。单一个塔包括用于氨汽提的废水输入以及用于酸吸收的酸输入。使用风扇或鼓风机将空气引导至塔底。空气在一个密闭系统中循环，由此允许增强的氨回收和降低的能量输入，因为该空气在无外部影响情况下将它的温度维持一段较长时间。在一些实施例中，该空气被加热至例如大约50°C或在从大约40°C至大约60°C范围内的一个温度。
固体/液体分离器
该养分回收系统还包括一个固体/液体分离器（130），该分离器可以用来分离液体与固体。可以使用任何类型的固体/液体分离器。固体/液体分离器的一个实例是获自深圳市普新科技有限公司（Shenzhen PuxinScience and Technology）的普新粪肥污泥液体分离器（Puxin Manure SludgeLiquid Separator）。
该普新分离器是由一个压机、一个污泥泵、一个控制柜以及多条管线组成。它主要用来分离家畜粪肥如牛粪、猪粪以及鸡粪等的固体和液体，以便得到干粪肥。该设备通过连续螺杆挤出进行工作，并且它可以应用于固体颗粒大小≥0.5-1.0mm的粪肥或污泥。
在所设计的HRT结束时，全部的灭菌的厌氧消化器流出物将被泵送至一个固体/液体分离器130，从而产生将满足A类生物固体标准的一个分离的固体135流和还将被灭菌并且不含病原体的一个分离的液体流137。分离的固体和分离的液体的在氨-N含量方面将被降低。所产生的硫酸铵将是有机废物中所发现的天然铵的较高值化的利用，并且将是呈较易于利用和推上市场的化学品形式。所分离的固体可以用于动物垫料、园艺使用或肥料。
包括曝气反应器和固体沉降系统的气密性容器
该养分回收系统还包括一个单室或多室气密性容器。该气密性容器可以包括一个、两个、三个、四个、五个或多于五个的室。这些室可以共享多个共有壁或可以完全隔离开。这些室可以具有相似的尺寸和设计，或具有独特的尺寸或设计。两个或多于两个的室可以具有相同的尺寸和设计。这些室可以由相似的材料或不同的材料制成。
温度被维持在从130°F至180°F或从140°F至160°F的分离器液体流可以被转移至一个单室或多室气密性容器中。图2示出一个三室气密性容器145。第一室150与第二室160通过一个阻隔壁相分开。第二室160与第三室170通过一个阻隔壁相分开。
在一个实施例中，该阻隔壁可以由使这些室保持分离的任何适合的材料制成，该材料包括但不限于塑料PVC、聚乙烯、聚丙烯、甲基丙烯酸或丙烯酸塑料、纤维玻璃加强的塑料（FRP）或不锈钢。
在一个实施例中，第一和第三室可以处于允许所希望的结果的任何形状或尺寸，包括但不限于矩形、方形、三角形、圆形、五边形以及V缺口形。一个或多个泵可以被定位在第一和/或第三室的底面上或底面附近。
a.第一室
可以不被用在所有配置中的第一室150将是一个“静区”室，在这里允许分离器液体倾析。随着液体流出物一起通过固体分离器的较大百分比的微小固体可能将沉降至第一室150的底部，并且将被收集和去除以用于脱水。由于一个分离过程而具有降低的固体含量并且处于一个较高的液体温度下的厌氧消化的液体更快速并且更高效地分离。该液体流将活塞式流动通过第一室150，该第一室被设计成具有的HRT为从30分钟至24小时，或从60分钟至18小时，或从2小时至16小时，或从4小时至12小时，或从8小时至10小时。该液体流将活塞式流动进入第二室160之中。
b.第二室
第二室160可以具有取得所希望的结果的任何希望的形状或尺寸，包括但不限于矩形、方形、圆形、三角形、五边形以及V缺口形。
在第二室160中，该液体流可以用在热交换器中被CO2发动机排气加热的空气进行气体搅拌。曝气允许释放阻碍了沉降的过饱和的气体。用于将空气注入第二室中的喷嘴或喷射器可以被定位在第二室160的底面上或底面附近。在另一个实施例中，该液体流可以用一个再循环泵进行水力搅拌，或可以用一个合适的搅拌系统进行机械搅拌。在一个实施例中，搅拌可以持续一段适合的时间，包括但不限于30分钟至1小时、1小时至2小时、2小时至4小时、4小时至6小时、6小时至8小时、8小时至10小时、10小时至12小时，以及大于12小时。在这个实例中，第二室充当一个曝气反应器。
在一个实施例中，该液体流将具有连续搅拌，这将有助于氨的去除（如果去除是所希望的）。
在进入第二室之时，可以将一种高pH液体（包括但不限于生石灰或一种苛性碱）添加至所分离的液体流，以便使液体流出物的pH提高至一个适合的值，包括但不限于9.0-9.1、9.1-9.2、9.2-9.3、9.3-9.4、9.4-9.5、9.5-9.6、9.6-9.7、9.7-9.8、9.8-9.9、9.9-10.0、10.0-11.0、11.0-12.0、12.0-12.5以及大于12.5。
降低废液的固体含量的一个益处是需要更少的石灰或苛性碱来使给定体积的液体的pH提高，从而降低该养分回收系统的化学处理成本。在利用以上在标题为厌氧消化器的章节中所述的混合活塞式流动（螺旋）搅拌法进行搅拌时，该液体流将活塞式流动通过气密性容器140的第二室160，并且从而将在该容器中维持一个一致的HRT。
在140°F或更大的一个温度下使厌氧消化器流出物的pH提高至大约9.5或更高的一个pH，将会把可溶性铵-氮（NH4-N）转化成不溶性、挥发性氨-氮（NH3-N）。氨-氮162将随着气密性容器中提供的连续搅拌而快速挥发，并且将被收集在该容器中提供的顶部空间之中。顶部空间气体的真空抽出将用于进一步提高气密性容器内部的挥发速率。随后，通过利用在一个叉流式空气汽提塔140中用H2SO4或类似酸性化学品的一个低pH液体溶液对该气态空气流进行空气涤气的系统，该氨将被从该空气流中去除并捕获成液体硫酸铵。硫酸铵是一种高价值、易于被农场主利用的固体肥料，并且它将是养分去除系统的一个收入流。最重要的是，该铵-氮从液体废物流中的去除解决了厌氧消化器流出物的一个主要处置问题。
重要的是，在一些应用中，最终用户可能不希望回收氮或氨。该系统可以被定制成满足最终用户的需要和希望。在一个实施例中，一个系统可以被设计成回收一种或多于一种的组分，包括但不限于：(a)磷；(b)回收铵盐用于氨盐肥料；(c)A类生物固体；(d)磷和铵盐；(e)铵盐和A类生物固体；(f)磷和A类生物固体；(g)磷、铵盐以及A类生物固体。控制曝气速率、曝气时间以及流出物的温度都有助于确定所回收的养分和回收的程度。
c.第三室
该液体流将活塞式流动进入第三室170，即一个无搅拌的“静区”，在这里将允许该液体倾析。剩余固体将沉降至该第三室的底部，在这里它们将被一个底部排放分离系统去除。通过添加生石灰，利用生石灰的高pH和镁组分，以及在第三室之前的高温搅拌，一种高水平的镁-铵磷酸盐容易而迅速地沉降。从第三室160中去除所沉降的固体并且将其脱水。在这个实例中，第三室充当一个固体沉降系统。
在一个实施例中，通过使用一个主泵较容易地进行这些富养分固体的沉降和脱水。在另一个实施例中，可以添加酸来使固体层冷凝以用于倾析。
镁-铵磷酸盐也是一种高价值、易于被农场主利用的固体肥料，并且它还将是养分去除系统的一个收入流。通过从液体废物流中去除磷和更多的铵，消除了厌氧消化器流出物的两个最大的处置问题。在此披露的多种方法、系统以及装置有助于解决液体有机废物的产生者/处置者在美国遇到的许多环境和法规性的问题。
热交换器
温度为从140°F至175°F的所倾析的液体将被泵送至一个热交换器180，在这里所倾析液体的温度将通过在厌氧消化器系统10的前面对冷的收入的原始有机废物进行加热而得以保存。这将保存整个系统中的供热成本。
所倾析液体将从热交换器180前进至一个叉流式填料塔涤气系统190。在这个涤气塔190中，该高pH的倾析液体将被暴露至来自厌氧消化器系统10的沼气200。厌氧消化器沼气200典型地具有一个500ppm或更高的硫化氢（H2S）含量，并且被认为对用来将沼气转化成电力用于发电过程的往复式发动机极具腐蚀性。
该高pH的倾析液体与沼气流中所发现的酸性H2S在汽提塔190中的反应使沼气中的H2S水平降低至50ppm以下。这降低了沼气中的H2S浓度，并且显著地减少了AD系统中的往复式发动机的操作和维护成本。另外，在中和了酸性H2S之后，所倾析液体的高pH现在被降低至近似8.0，从而为农场主/业主产生使用方面更友好的液体和较容易的液体处置选项。
当不纯的沼气被鼓泡穿过流出物时，例如CO2和H2S的杂质通过吸收到流出物中而从沼气中去除。这些杂质的去除是有益的，这是由于此举纯化了沼气或对沼气进行了涤气，从而使得它更适合使用。通过流出物来吸收CO2和H2S是有益的，这是由于它将流出物的pH降低至可接受的水平，例如，降低至大约pH8。将沼气鼓泡穿过氨汽提流出物对流出物与沼气均是有益的。
图3A示出一个养分回收系统300的另一个实施例。养分回收系统300与系统100相似，其中一些变化在于流出物坑（110）以及与一个三室气密性容器形成对照的一个二室气密性容器310。
养分回收系统300包括一个流出物坑110，该流出物坑包括一个热交换器315以对厌氧消化器流出物进行加热。该流出物坑还包括一个泵以将厌氧消化器流出物输送至二室气密性容器310的第一室320。
二室气密性容器310具有一个第一室320，该第一室允许用环境空气和在一个热交换器322中加热的CO2发动机排气对液体流进行气体搅拌。在这个实例中，第一室320充当一个曝气反应器。
用于将空气注入室320中的喷嘴或喷射器324可以被定位在室320的底面上或底面附近。在另一个实施例中，液体流可以用一个再循环泵进行水力搅拌，或可以用一个合适的搅拌系统进行机械搅拌。在一个实施例中，搅拌可以持续一段适合的时间，包括但不限于30分钟至1小时、1小时至2小时、2小时至4小时、4小时至6小时、6小时至8小时、8小时至10小时、10小时至12小时、12小时至18小时、18小时至24小时、24小时至36小时、36小时至48小时、48小时至60小时、60小时至72小时以及大于72小时。
在一个实施例中，流出物被调整至范围在从9.0至10.5的一个pH值。在一个实施例中，通过曝气或曝气并添加一种具有高pH值的试剂（包括但不限于一种苛性碱或生石灰），可以取得大于9.5的一个pH值。一种具有高pH值的试剂的添加可以用来使pH提高至9.5-10.0、10.0-10.5、10.5-11.0、11.0-11.5、11.5-12.0、12.0-12.5以及大于12.5的一个值。一种具有高pH值的试剂的添加是任选的并且并不要求。
流出物可以被泵送至一个使固体135与液体137分离的一个多管分离器130。这些固体和液体满足被认为是A类生物固体的要求。液体流出物被泵送至作为一个静区的室340中。液体流出物的剩余组分、回收过程以及pH调整是基本上如对于系统100所述的。
图3B示出一个养分回收系统305的另一个实施例。养分回收系统305与系统300相似，除了使用一个二酸塔系统（360）。系统305除其他之外包括一个厌氧消化器10、一个污泥坑101、一个流出物坑110、一个分离装置130和一个二室气密性容器310，以及一个二酸塔系统（360）。
厌氧消化器
如以上所述，可以使用任何类型的厌氧消化器（10）。在一个实施例中，使用一个混合的活塞式流动消化器。在另一个实施例中，该消化器具有的停留时间选自下组，该组由以下各项组成：18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30以及大于30天。
流出物坑
在一个实施例中，厌氧消化器流出物20可以是重力流动，或它可以被泵送至一个隔离的流出物坑110中。本质上，该流出物坑是如对于系统100所述的。在一个实施例中，来自流出物坑的CO2和氨不被泵送至该二酸塔系统中。气体被从流出物坑的顶部空间泵送至一个真空鼓风机，并且返回至厌氧消化器中。再循环的气体被用来使厌氧消化器中的固体循环。
在另一个实施例中，使用一个不锈钢热交换器来对流出物进行加热，并且该热交换器是由消化器的一个热水槽来供应。流出物在流出物坑中被加热至160°F。
气密性容器
流出物被从流出物坑泵送至一个单室或多室气密性容器。图3B示出一个二室气密性容器310。第一室320与第二室340通过一个阻隔壁分开。
在一个实施例中，该阻隔壁可以由使这些室保持分离的任何适合的材料制成，该材料包括但不限于塑料PVC、聚乙烯、聚丙烯、甲基丙烯酸或丙烯酸塑料、纤维玻璃加强的塑料（FRP）或不锈钢。
在一个实施例中，第一和第二室可以具有允许所希望的结果的任何形状或尺寸，包括但不限于矩形、方形、三角形、圆形、五边形以及V缺口形。一个或多个泵可以被定位在第一和/或第三室的底面上或底面附近。
第一室（320）
第一室320可以具有取得所希望的结果的任何希望的形状或尺寸，包括但不限于矩形、方形、圆形、三角形、五边形以及V缺口形。第一室320充当一个曝气反应器。
在第一室320中，厌氧消化器流出物可以用在热交换器（322）中被CO2发动机排气加热的环境空气进行气体搅拌。曝气允许释放阻碍了沉降的过饱和的气体。用于将空气注入第一室中的喷嘴或喷射器（324）可以被定位在第一室320的底面上或底面附近。在另一个实施例中，液体流可以用一个再循环泵进行水力搅拌，或可以用一个合适的搅拌系统进行机械搅拌。在一个实施例中，搅拌可以持续一段适合的时间，包括但不限于30分钟至1小时、1小时至2小时、2小时至4小时、4小时至6小时、6小时至8小时、8小时至10小时、10小时至12小时、12小时至18小时、18小时至24小时、24小时至36小时、36小时至48小时、48小时至60小时、60小时至72小时以及大于72小时。
在一个实施例中，液体流将具有连续搅拌，这将有助于氨的去除（如果去除是所希望的）。
可以任选地添加一种具有高pH值的试剂。该试剂包括但不限于生石灰或一种类似的苛性碱。液体流出物的pH可以被提高至一个适合的值，包括但不限于9.0-9.1、9.1-9.2、9.2-9.3、9.3-9.4、9.4-9.5、9.5-9.6、9.6-9.7、9.7-9.8、9.8-9.9、9.9-10.0、10.0-11.0、11.0-12.0、12.0-12.5以及大于12.5。
在利用以上在标题为厌氧消化器的章节中所述的混合活塞式流动（螺旋）搅拌法进行搅拌时，液体流将活塞式流动通过气密性容器310的第一室320，并且从而将在该容器中维持一个一致的HRT。
在140°F或更大的一个温度下使厌氧消化器流出物的pH提高至大约9.5或更高的一个pH，将会把可溶性铵-氮（NH4-N）转化成不溶性、挥发性氨-氮（NH3-N）。氨-氮162将随着气密性容器中提供的连续搅拌而快速挥发，并且将被收集在该容器中提供的顶部空间之中。顶部空间气体的真空抽出将用于进一步提高气密性容器内部的挥发速率。
在另一个实施例中，该曝气反应器包括一个热交换器来对空气进行加热。一种空气-空气热交换器将对来自汽提塔的排气侧的热空气进行涤气，并且对将处于环境空气的新鲜空气进行加热。在通过该空气-空气热交换器之后，该热空气将通过一个鲁式鼓风机（也使空气温度提高）并且被泵送至曝气槽中的扩散器之中。一个混合阀被安装在该鼓风机与该空气-空气热交换器之间，它将依据鼓风机下游的一个温度探针来进行操作。当空气过热而不能被供应至这些扩散器时，这个混合阀将允许绕过该空气-空气交换器。
在另一个实施例中，从曝气槽出来的氨气的冷凝是通过使曝气槽与汽提塔之间的气体线隔离来进行控制。另外，汽提塔可以连同从汽提塔至空气-空气热交换器的气体线一起隔离。在另一个实施例中，气体线可以被设计成在直接向下进入汽提塔之前，向曝气槽倾斜。这一设计将有助于确保如果存在任何冷凝，那么气体线返回终止于曝气槽而不是汽提塔中。
在仍然另一个实施例中，一个曝气反应器的出口是一个垂直管，它向下在槽底部成为一个90度弯管，并且通过该壁进入一个泵井中。该垂直管的顶部以上6”处是一个4’×6”的开口，如果该开口建在槽的内部，那么泡沫可以流出该开口（图3C和图3D）。有一个携带流出物和/或泡沫至沉降巷（settling lane）的15”管。在该4’×6”开口上的一个穿孔筛可以用来打破该泡沫。另外，可以在该泵井的外部提供一个斜面，在这里该泡沫可以直接从泵井中的一个开口流动至沉降巷中。在流出物流动通过该15”管时，这个开口将仅允许泡沫排出。最后，需要时，一个泵可以被安装在该泵井中，该泵从泵井底部吸入流出物，并喷至顶部，从而打破泡沫。
图3C示出一个36"烟囱管至泵井中的泡沫开口和出口。该泡沫开口比该烟囱管的顶部高6"，并且允许积聚在曝气槽中的泡沫流动至可以管理它的泵井之中。至东立面的北侧壁中的沉降巷的流出物管是来自曝气槽的泡沫和流出物的出口。它从那儿重力流动至沉降巷。
图3D展现了在左侧的泵井和在右侧的曝气槽。烟囱管接收来自曝气槽的顶部的液体，并且允许它流动至泵井的底部。泡沫开口比烟囱管的顶部高6"。
固体/液体分离器
在所设计的HRT的结尾，厌氧消化器流出物将被从第一室（320）泵送至一个固体/液体分离器130，从而产生将满足A类生物固体标准的一个分离的固体135流和还将被灭菌并且不含病原体的一个分离器液体流137。所分离的固体和分离的液体在氨-N含量方面将被降低。所产生的硫酸铵将是有机废物中所发现的天然铵的较高值化的利用，并且将是呈较易于利用和推上市场的化学品形式。所分离的固体可以用于动物垫料、园艺使用或肥料。该A类液体被泵送返回至气密性容器（310）的顶部空间中。
二塔汽提系统
用于氨汽提的系统可以具有任何适合的设计。例如，可以使用一个二塔系统。在该二塔系统中，第一塔是用于氨汽提。在第一塔的顶部附近注入废水流出物。使用风扇或鼓风机将空气引导至第一塔的底部。该空气积累挥发的氨，并且随着由风扇或鼓风机产生的压力而被传送至第二塔的底部。当酸被从第二塔的顶部向下传送通过介质时，这种富氨的空气被向上鼓吹，从而从该空气中吸收氨。现在不含有氨的所得空气被返回至第一塔的底部以用于继续该过程。在这个实例中，注入到第二塔中的酸是硫酸，但它可以是可以与氨结合以形成一种铵盐的任何酸
在一个实施例中，通过来自AD过程的过量的发电机热来供应热量。然而，在本发明的一个优选实施例中，该空气未被直接加热，而是通过连续输入来自厌氧消化器过程的30°C-35°C的粪肥废水来间接加热，而且被连续地再循环和再使用。该空气进入汽提段的底部并且向上流动，从而在移动朝向塔的氨汽提段的顶部之时，吸收气态氨。该流动联合鼓风机或风扇的使用的作用是将氨饱和的空气传送到塔的一个酸段中。在一个实施例中，该酸段含有硫酸，并且当氨饱和的空气流动通过该酸时，该氨与该酸反应形成一种硫酸铵溶液，该溶液被去除。然后，使所得的氨耗尽的空气循环返回至汽提段，以便积累额外的氨，等等。结果是一个连续的封闭系统，借此，可以连续地使用同一空气来反复不断地吸收并释放氨，从而在关于电力和加热方面产生显著的成本节约。
常规的氨汽提系统未被设计成处理厌氧消化器流出物中的通常量的固体物质。尽管该酸吸收塔（二塔系统）或在一个单塔系统中的塔的酸吸收部分可以采用常规的小填料以便利用它的高效性，但厌氧消化器流出物可能趋向于使氨汽提段中的小填料堵塞。因此，在此所述的汽提塔可以被专门设计成解决这个问题，并且塔设计可以定制成适应所处理的动物废物的特定类型。
在一个实施例中，使用一个传统的塔，但它用粗填料进行装填，并且使用了一个相对短的填料高度。例如，可以利用具有4″内径与1″鲍尔环以及5'填料高度的一个塔，使用高达至少约10g/L的TS的进料流。总体上，可以使用具有不小于2″的标称直径和80-120m2/m3的比面积的塑料填料。尽管较小填料或具有较高比表面积的填料对于质量传递来说是更好的，但它将更容易发生堵塞。为了减少堵塞，与常规6.1-7.6m相比而言较低的填料高度（3-5m）也是优选的。
在另一个实施例中，可以采用具有专门设计的抗堵塞板的一个板式塔。板可以是大致扁平的并且含有一个或多个导气孔和任选地一个或多个其他孔，这些孔允许空气和液体流动通过不同板。这些导气孔包括一个间隔开的盖子，该盖子防止塔中的填料将导气孔密封住。此外，盖子在一个为使气体和液体移动所希望的方向上被打开。板可以具有任何适合的形状，例如，大致圆形、方形等，只要板合适地配合至板式塔中，并且可以稳定地附接在板式塔之内即可。
现在返回至图3B，气密性容器（310）的顶部空间中的NH3气（162）将被以管道输送到一个二塔酸系统（360）中，在这里受控量的硫酸与空气中的氨形成接触，并且产生溶解的硫酸铵生物肥料。NH3气（162）被以管道输送到二塔系统（360）的第二槽（370）中。硫酸被泵送至二塔系统（360）的第1槽（380）中。溢出的酸溶液被以管道输送至第二槽（370）中，该溶液与来自气密性容器（310）的顶部空间的NH3气相混合。残余NH3气被以管道输送至第1槽（380），并且回路随着溢出的酸溶液被以管道输送返回至第2槽（370）中而继续。在这个实例中，使用了硫酸，但如以上所讨论，可以使用多种类型的酸。该硫酸将使空气流的pH下降，并产生一种包含硫酸铵的溶液。该溶液可以包含一种铵盐浆料，该铵盐浆料包含从大约30%至大约60%的硫酸铵。该硫酸铵可以被收集并用作肥料。所生成的铵盐将取决于所用的酸。为清楚起见，在这个实例中使用了硫酸，但如在先所述，可以使用将产生一种适当的铵盐的任何适合的酸。
随后，通过利用在一个叉流式二塔酸系统360中用H2SO4或类似酸性化学品的一个低pH液体溶液对气态空气流进行空气涤气的一个系统，氨将从空气流中被去除并捕获成液体硫酸铵。硫酸铵是一种高价值、易于被农场主利用的固体肥料，并且它将是养分去除系统的一个收入流。最重要的是，铵-氮从液体废物流中的去除解决了厌氧消化器流出物的一个主要处置问题。
第二室
液体流将活塞式流动进入一个第二室340，即一个无搅拌的“静区”，在这里将允许液体倾析。剩余固体将沉降至第二室的底部，在这里它们将被一个底部排放分离系统去除。第二室之前的曝气和高温产生了一个高水平的固体，如结合有钙和镁的磷酸盐，和镁-铵磷酸盐，它们容易而迅速地沉降。将所沉降的固体自第二室340中去除并脱水。
在一个实施例中，通过使用一个主泵较容易地进行富养分固体的沉降和脱水。在另一个实施例中，可以添加酸来使固体层冷凝以用于倾析。
镁-铵磷酸盐也是一种高价值、易于被农场主利用的固体肥料，并且它还将是养分去除系统的一个收入流。通过从液体废物流中去除磷和更多的氨，消除了厌氧消化器流出物的两个最大处置问题。在此披露的多种方法、系统以及装置有助于解决液体有机废物的产生者/处置者在美国遇到的许多环境和管制问题。
剩余组件（包括养分回收系统305的热交换器）是如对于养分回收系统100所述的。
图4示出一个养分回收系统400的一个实施例，它描绘了该系统的一个可能的布局。典型地，将存在一个底物坑（405）和一个粪肥坑（406），以便保留废料。系统400包括一个厌氧消化器（410）。废料被从粪肥坑（406）输送至一个厌氧消化器（410）。废物被从消化器输送至流出物坑，在这里材料被加热。
系统400还包括一个纤维分离室（420）。废料被输送至一个纤维分离室（420），在这里固体和液体可以被分离。
系统400还包括一个曝气反应器（430）。厌氧消化器流出物被输送至一个曝气反应器，在这里，流出物被加热至一个适合的温度，包括但不限于50°C-55°C、55°C-60°C、60°C-65°C、65°C-70°C以及70°C-80°C。流出物还可以在此处所讨论的参数范围内进行曝气。
系统400还包括一个酸塔系统（440），该系统包括两个酸槽。该酸塔系统可以包括1、2、3、4、5个或多于5个的酸槽。曝气和使pH提高使得平衡由可溶性铵-氮（NH4-N）向不溶性挥发性氨-氮（NH3-N）偏移。NH3气被泵送至酸塔系统，在这里受控量的硫酸与空气中的氨形成接触，并且产生溶解的硫酸铵生物肥料（450）。
该系统还包括一个固体沉降系统，并且如图4中所代表，该沉降系统可以是一个沉降堰（470）。沉降堰（470）是一个允许这些固体沉降的静区。一个集水井（460）将来自曝气反应器（430）的流出物泵送至沉降堰（470）。从该沉降堰中收集磷固体。
可以使用多种已知沉降技术中的任一种从AD流出物中去除富磷固体。取决于所处理的废物的类型和条件，可能有利的是，还进行一个初始机械分离（例如压带机、倾斜筛等）步骤，以便在固体沉降之前去除大固体和颗粒物。
固体的沉降可以通过本领域技术人员已知的数种生物或化学方法中的任一种来进行。在一个实施例中，使用一个化学程序，其实例包括但不限于沉降、絮凝、沉淀、电凝、鸟粪石结晶等。一种方法是沉降组合絮凝。
絮凝包括通过物理的固-液分离过程（如沉积、筛分以及过滤）去除磷酸盐和其他悬浮的固体。这些过程在不添加混凝剂和/或絮凝剂的情况下一般具有一个低效率，这是因为大部分的固体在粪肥废水中呈细微颗粒形式。布朗运动和细微颗粒质量产生了胶体颗粒的极慢沉积作用。混凝剂和絮凝剂可以通过聚集细微颗粒以便促进快速沉降和筛分，从而用来提高固体和磷酸盐的去除率。可以用于实施本发明的常见混凝剂包括但不限于无机化合物，如硫酸铝（明矾），硫酸铁以及石灰（CaO）。还可以利用聚丙烯酰胺类（PAM），它们是高分子量长链水溶性聚合物。
混凝剂和/或絮凝剂的添加使得悬浮的带电颗粒脱稳，并且在悬浮的颗粒之间架起“桥梁”，从而引起从液体流出物更容易地分离的较大颗粒或絮状物形成。另外，废水中的大多数细微悬浮颗粒是带负电荷的。由于静电推进作用，负表面电荷使颗粒保持分散在废水中，从而产生颗粒悬浮的稳定性。在颗粒能够聚集之前，必须例如通过添加聚合性阳离子型絮凝剂来破坏稳定性。阳离子型聚合物具有众多的带强正电荷的胺基，这些正电荷中和了颗粒表面上的负电荷，并且因此可以使用阳离子型聚合物来中和废水中细微颗粒的表面电荷。此外，聚合物可以在悬浮的颗粒之间充当“桥梁”，并且被桥连的颗粒与其他颗粒相互作用，从而增大絮凝物的大小，因此增强了颗粒的沉降。
数种类型的阳离子型絮凝剂适合用于粪肥流出物中。这些絮凝剂包括但不限于聚乙烯亚胺类（PEI），它们包括具有不同分子量和正电荷的支链聚合物，和强阳离子型聚合物，如可商购获得的KlarAid PC。
在一个实施例中，许多固体是通过沉降去除，而剩余富P固体是通过使用强阳离子型聚胺聚合物进行絮凝去除。可以将两种聚胺聚合物添加至流出物中。第一种是具有范围在从大约3,000至大约15,000的低分子量（MW）的阳离子型聚合物。添加这种低MW聚合物的主要目标是通过电荷中和使带负电的颗粒脱稳。这种聚合物的剂量取决于颗粒含量和电荷密度。在一个实施例中，这些颗粒在添加该低MW聚合物之后仍然保留弱负电荷。然后，添加第二聚合物，并且它被吸附到颗粒表面上，从而形成一种大型絮凝物，该絮凝物将从流出物中沉降出来或可以由其他方式去除。第二阳离子型聚合物的优选MW将在从大约0.7百万至大约2.0百万范围内。
在固体已经从厌氧消化器流出物中充分沉降之后，将它们与上清液分离。这可以通过任何适合的方法来完成，例如通过将上清液泵送至一个接收槽中并且留下固体，或反过来将沉降的固体泵送出去。呈污泥形式的这些固体是富含磷的，并且可以在有或没有进一步处理（例如干燥、脱水等）的情况下被回收并用作肥料或用于制备肥料。为了降低污泥的体积并且提高用于铵-氮回收的液体体积，对固体沉淀物（污泥）进行脱水可能是必要的。可以采用任何适合的方式来进行这一步骤，例如一个螺旋或其他类型的压机可以用于脱水。如以上对于其他固体所述，脱水的污泥可以从农场输出或可以作为固体富磷肥料出售。
该系统还包括一个集水井（480），它将流出物泵送至塘中。在一个实施例中，塘中的流出物满足被认为是A类液体的要求。
系统400还可以包括一个电气建筑（490）以及一个酸储存建筑（495）。
养分回收系统可以被改进并调整以含有以上组件中的一些或这些组件的等效物。
养分回收装置
再次参看图4，一个养分回收装置可以包括一个纤维分离器（420）、一个曝气反应器（430）、一个酸塔系统（440）以及一个固体沉降系统（470）。该酸塔可以包括一个或多于一个的酸槽。系统还可以包括一个厌氧消化器。
在另一个实施例中，养分回收装置可以包括铵盐储存装置（450）。在另一个实施例中，养分回收装置可以包括一个酸储存器（495）。
在一个实施例中，提供了一种用于回收养分的装置。在一个实施例中，这种用于回收养分的装置包括一个单室或多室容器、多个泵、多个真空鼓风机、连接这些部件的管道和类似器件，以及一个或多个用于容纳酸的装置。
在一个实施例中，该装置可以含有被分割成一个或多于一个的室（包括但不限于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10以及大于10个室）的容器。在仍然另一个实施例中，可以同时或连续地使用多于一个的养分回收装置。
在一个实施例中，该容器的这些室可以具有相同的大小、尺寸以及形状。在另一个实施例中，该容器的多于一个的室可以具有相同的大小、形状以及尺寸。在仍然另一个实施例中，这些室都不具有相同的大小、形状以及尺寸。
在一个实施例中，一个或多于一个的室可以具有被定位在室内的多个泵。这些泵可以定位在室的底面上或底面附近，或定位在室的侧壁上，或定位在室的顶棚附近，或定位在室的液面附近。这些泵可以定位在不止一个位置处。
在一个实施例中，该装置包括一个三室容器，该容器具有在液面以上并且在容器顶棚以下的一个顶部空间。在一个实施例中，该三室容器将是气密性的并且在真空下操作。在另一个实施例中，所有三个室均具有不同大小、尺寸以及形状。在仍然另一个实施例中，三个室中的两个可以具有相同的大小、尺寸以及形状。
在一个实施例中，该三室容器包括一个第一室，该第一室具有一个五边形或V缺口形。第一室可以用来允许固体沉降。第一室与第二室通过一个阻隔壁分开。
在一个实施例中，第二室的形状是矩形，并且第二室包括多个气体喷嘴或喷射器以用于气体（包括但不限于空气）的分散。这些气体喷嘴或喷射器可以定位在第二室的底部或底部附近。在另一个实施例中，第二室是用于添加一种具有高pH值的试剂，包括但不限于一种苛性碱或生石灰。第二室与第三室通过一个阻隔壁分开。
在一个实施例中，第三室具有与第一室相似的大小、形状以及尺寸。第三室可以用于允许固体沉降并且用于收集富养分固体。
在一个实施例中，该装置包括一个二室容器，该二室容器具有在液面以上并且在容器顶棚以下的一个顶部空间。在一个实施例中，该二室容器可以是气密性的并且在真空下操作。
在一个实施例中，二室容器包括一个第一室。该第一室的形状可以是矩形。在一个实施例中，二室容器的第一室可以具有被定位在室底面的底部或底部附近的多个气体喷嘴或喷射器。二室容器的第一室与第二室可以通过一个阻隔壁分开。
在一个实施例中，第二室具有一个五边形或V缺口形。第二室可以用于沉降固体并且用于收集富养分固体。
在一个实施例中，该容器以上的顶部空间是用于收集NH3气。NH3气可以被泵送至一个具有H2SO4或硝酸的气体汽提塔。该气体汽提塔可以用来产生包含从20%至70%的硫酸铵固体的一种硫酸铵浆料。
在另一个实施例中，来自该容器的最后一个室（在这里收集富养分固体的室）的液体流出物可以被泵送至一个热交换器。来自液体流出物的热量可以用来加热厌氧消化器中的原废料。这种具有一个高pH值（包括但不限于9.0至10.0）的液体可以与包含H2S的沼气一起通过一个气体汽提塔。该沼气可以包含从200ppm至600ppm或从300ppm至500ppm的H2S。气体汽提塔将产生一种具有较低pH值（包括但不限于8.0至8.6）的液体流出物，该流出物可以用在多种安全的应用中。另外，该沼气中H2S的浓度将被降低至一个适合的值，包括但不限于15-25ppm、25-45ppm、45-55ppm以及55-100ppm。在一个实施例中，该沼气包含的H2S的浓度小于50ppm。
现在参考以下实例来描述本发明。提供这些实例仅是为了说明目的，并且本发明绝不应理解为限制于这些实例，而是应理解为包涵由于在此提供的传授内容而变得明显的任何和所有变化。所有参考文献，包括但不限于美国专利、允许的美国专利申请或已公开的美国专利申请均是通过引用以其全部内容结合在本说明书中。
实例1
在厌氧消化过程中，在生物过程中产生的显著量的CO2和甚至一些CH4可以变得溶解在流出物中和/或在流出物中过饱和。在厌氧消化的流出物中的CO2变得过饱和的原因是：空气中的CO2分压小于在厌氧消化器中的沼气中的分压。这些CO2气泡难以从粪肥中逸出，这是因为里面含有过多的悬浮固体。这些过饱和的气体干扰了自然絮凝和沉降过程。此外，CO2气泡在粪肥中的存在利用了一部分水来形成气-水层，这将增加粪肥中颗粒的静电排斥力，并且使得固体甚至更难以沉降下来。
图5A描绘了液体AD流出物中微气泡的图像，它示出这些气泡存在的数量足够高以致用浮力和它们所诱导的微湍流破坏了吸引力。过饱和的CO2以细微气泡形式从液体中释放。用50ml/min空气通过200ml厌氧消化的粪肥进行40min的曝气之后，这些细微CO2气泡消失（图5B）。曝气可以去除粪肥中的CO2气泡并提高粪肥的pH（图6）。在曝气过程中，过饱和的CO2从液体中释放至气相。
另外，化学平衡的分析显示出曝气释放了气态CO2，反应向右移动，从而生成了更多的OH-并且提升了溶液的pH，尤其是具有高溶液温度的情况下。这个过程被总结在以下反应式7-12中。
CO2(水溶液)-CO2(气体)增加  (7)
H2CO3-H2O+CO2(水溶液)  (8)
HCO3-+H2O-H2CO3+OH-  (9)
CO3 2-+H2O-HCO3-+OH-    (10)
[OH-]的增加使pH提高        (11)
NH4 ++OH--NH3增加+H2O  (12)
随后，对这个高温曝气过程的测试证实了对CO2的汽提和pH的相应提高也在无化学品添加的情况下，允许增强的氨汽提和P沉降。如图7所示出，曝气之后接着沉降一段时间允许磷的有效回收。图8是从一个固体沉降系统（在此情况下，沉降堰）中沉降的磷固体的照片。因此，曝气处理不仅引起所希望的磷沉降，而且还通过汽提和设想的氨回收引起了氮去除，从而用极低的化学品输入产生了一个整合的养分回收过程。
干扰性气体的去除使得沉降能力和固体/磷去除率显著改善。在没有曝气的情况下，在一个24小时期间，仅沉降了28.4%的TP。相比之下，曝气和随后24小时的沉降时期取得了52.3%的TP去除率。在无过多的额外成本的情况下致力于进一步改善性能中，完成了包括石灰添加的另一个步骤。表1总结了不同连续步骤的结果，通过曝气、石灰添加以及24小时沉降的组合，最终引起了接近80%的TP去除率。这一性能有利地比得上混凝剂/聚合物/压带机（AL-2技术）操作，但化学品和能量输入显著降低，同时还保存了纤维性产品以用作垫料和/或用于增值出售。
表1：用曝气、石灰处理以及沉降取得的TP去除百分比
Figure BDA00002775831700481
Figure BDA00002775831700482
实例2
相信在厌氧消化过程中，在生物过程中产生的显著量的CO2和甚至一些CH4可以变得溶解在流出物中和/或在流出物中过饱和。这对于作为CO2（水溶液）、H2CO3、碳酸氢盐以及碳酸盐储存在液体流出物中的CO2来说尤其如此。在从消化器释放时，温度、压力、pH、空气以及搅拌的变化可以引起这些过饱和气体的释放。由于空气中的CO2分压比消化器内部的CO2分压低得多，提出以下假设：曝气将去除溶解的CO2并提高P去除率。通过曝气，溶解的CO2变得过饱和。
化学平衡的分析显示出由于曝气释放了气态CO2，反应向右移动，从而生成了更多的OH-并且提升了溶液的pH，尤其是在具有高溶液温度的情况下（图9A）。随后，对这个高温曝气过程的测试证实了对CO2的汽提和pH的相应提高也在无化学品添加的情况下，允许增强的氨汽提和P沉降（图9B和图9C）。因此，曝气处理不仅引起所希望的磷沉降，而且还通过流出物中N的氨部分的相关的汽提和设想的回收引起了氮去除，从而产生了一个整合的养分回收过程。显然，该过程不要求化学品输入，而是仅依赖于曝气和温度，这两者都可以仅使用发动机排气热和寄生电力来供应。
实例3
在爱达荷州古丁（Goodnig,Idaho）的Big Sky奶牛场，一个4,700头的母牛场评估了用于pH控制和富磷固体沉降的曝气。表2总结了使用Big Sky粪肥用于P去除和回收目的，而无氨回收或增强的温度处理目标，获得的小试和中试数据。这些TP去除率并未纳入由于纤维去除而从废水中去除的TP，从废水去除的TP可以增加一个额外5%-10%的去除率。
表2：Big Sky小试和中试曝气结果
曝气速率 温度 曝气时间 TP去除率
加仑/cfm °C 小时 %
Big Sky小试 175 35 5 70
Big Sky中试 100 20 7 53
*各实验先进行24小时的沉降，然后测试废水液体的TP
在小试实验中，取得9.1的最终pH和70%的去除率，而Big Sky中试研究取得了8.7的pH高度，和53%的TP去除率。差异可能是由于在曝气过程中粪肥的较低曝气速率和温度。基于未示出的数据，相信沉降时间从这些研究中所进行的24小时提高至3天左右的较长时期可以使TP去除率增加至少5%-10%。被设计成在更高的温度下进行曝气的一个系统，连同增加曝气时间的多个系统将有可能使总磷的去除率提高。
曝气可以主要发生在厌氧消化器流出物坑中，在这里粪肥的温度仍然非常接近35°C。预期7小时的加热曝气与另外在较低温度下的延长的曝气的组合将允许等效的pH提高，如在Big Sky小试结果中所观察的。
数据显示出即使在较低温度和低曝气速率下，总是可以获得50%的TP去除率，而优化至较高温度、高曝气速率、较高曝气时间以及较高沉降时间可以取得85%的去除率。因此，对于这一特定系统（为了最佳配合可用的基础设施和设计成本）来说，TP去除率的范围在50%-85%之间的某处。随着对所规划的曝气速率、时间、温度以及沉降的改进，TP去除率更有可能在60%-70%之间。如果将来自纤维分离的缺少的TP包括在内，那么总TP去除率被规划在65%-75%的范围内。
实例4
评估了在具体温度和沉降持续时间下对流出物进行曝气的作用，以便确定对流出物中的总磷的作用。在爱达荷州古丁（Goodnig,Idaho）的Big Sky奶牛场，一个4,700头的母牛场执行分析。表3提供了结果的总结。
用不同的曝气时间和沉降时间评估流出物中的总磷。所用的曝气速率是0.01cfm/加仑。可以使用较大型鼓风机来提高cfm。无曝气并且无沉降的样品充当基线，并且在流出物中产生了470mg/L的TP。沉降24小时、无曝气在流出物中产生了260mg/L的TP，证明了磷已经沉降并且可以进行收集。将多个样品曝气从1小时至24小时，沉降24小时，只有一个样品沉降了41小时。曝气24小时并沉降41小时的这个样品在流出物中产生200mg/L的TP和9.1的pH。增加沉降时间和曝气时间使pH值提高并且还使总磷的回收率增大。
表3：曝气和沉降对总磷的影响
Figure BDA00002775831700501
*在冷却至16°C以便用pH探针进行更准确的测试之后记录pH
实例5
在爱达荷古丁Big Sky奶牛场的一个主要关忧虑是磷控制。目前，由丹麦开发出的AL-2技术实现了某种程度的磷控制，从AD废水中取得了接近80%的总磷去除率。该AL-2技术使用絮凝剂与聚合物的组合（任选的化学品混合物是195ml/m3明矾与1,250ml/m3聚合物以用于磷去除。
不幸的是，该过程具有两个明显的缺点。首先，系统必须将纤维性固体保持在过程中，使用它们作为增量剂来降低化学品输入需求。这导致纤维在压带分离之后被包裹在聚合物/混凝剂产品中，它可以经由堆肥而进一步处理以用于潜在地作为土壤产品来出售。不幸的是，这些纤维性固体不再如最初的Big Sky商业计划所预见，可获得用作农场垫料或用作潜在的增值泥炭替代物。其次，AL-2过程要求化学品的广泛使用，并且因此不是特别环境友好的，而且还给农场带来显著的资本和操作成本。
下表4总结了如在Big Sky所研究的AL-2系统的能力和成本。获得大约八十三百分比（83.1%）的TP降低（包括来自纤维的TP），但代价是使得纤维不可用并且要求分别为$2.90/m3和$0.07/m3或总计$2.97/m3（约
Figure BDA00002775831700521
/处理的加仑）的化学品输入和电力成本。但这种产品对于最终用户来说还是不太希望的，这是因为包括了工业化学品和聚合物并且损失了可用的垫料。因此，这个过程的更现实的价格上升至大约$6.95/m3或$0.026/加仑，这是因为可推上市场的纤维（$1.92/m3）的损失和额外的堆肥处理（$2.06/m3）。
表4：Kemira/AL-2商业成效和成本分析（每分钟100加仑）
使用中试倾析离心机，不使用化学絮凝剂和/或聚合物输入，执行其他研究，并且取得了小范围的成功（60%的TP去除率）。然而，仍然有与系统相关的高资本、操作以及维护成本。另外，根据认为对于许多操作CAFO奶牛场来说必要的80%的目标TP去除率，系统未充分执行。
相比之下，在此披露的多种方法、系统以及装置在不干扰纤维/垫料的产生的情况下，取得了至少65%-75%的TP去除率。另外，没有化学品或相关的化学品成本，并且电力成本只有$0.13/m3，它仅分别是计算的较大和较小AL-2操作成本的2%和4%。还预期曝气处理将降低纤维垫料的氨恶臭，从而提供了产品质量的一个小改善。
实例6
表5提供了基于使用厌氧消化器奶牛场流出物（Big Sky奶牛场，ID）获得的小试数据（1L规模）的能力的总结。系统的参数如下：曝气速率：20加仑/cfm，使用微曝气，流出物的温度为70C、曝气执行2小时并且沉降是48小时。
表5概括了整个厌氧消化器/养分回收操作和它的单独单元操作的平均养分回收性能。
表5：整个AD/NR系统和它的单元操作的养分回收潜力
Figure BDA00002775831700531
报告的值是n=24个试验的平均值，流出物是指在35°C的AD中22天之后的废水，纤维后（Post Fiber）是指在机械分离纤维性固体之后的流出物；NR是指养分回收，并且ND是不可检测的产物，包括：(1)湿度为74%、具有0.3%TP的纤维性垫料（DWB）；(2)湿度为77%、具有2.5%TP和4.0%TN的富P固体（DWB）；以及(3)硫酸铵为30%并且TN为6.4%的氨-盐浆料
通过厌氧消化、纤维性固体的机械分离以及随后的养分回收处理的一种独特组合，农场上储存并施用至大田的粪肥流出物在固体含量、病原体、氨-氮、总氮以及总磷方面得到显著降低，而养分回收代表了这些改善的大部分。最后一列中给出奶牛场场主的作为百分比的总养分降低。重要的是应注意到这不仅仅是降低，而是回收，并且是以更加可以输出和可以推上市场的形式。
回收的养分按以下形式离开农场：
磷—一些在纤维中并且大多数在富磷有机固体中
氮-一些在纤维中，但大多数呈硫酸铵浆料或盐类形式；以及
固体-一些以碳转化成沼气，大多数在纤维或富P固体中
从质量平衡的观点来说，这相当于从过荷的农场回收和去除97kg N/牛·年、57kg NH3/牛·年以及29kg P/牛·年，而在实施共消化的农场上质量回收甚至更大。重要的是，一些养分仍然保留在流出物中，从而为奶牛场生产者提供了使用他们的流出物作为农场肥料的机会，但具有巨大降低的空气和水质污染的风险，以及降低的在有限的农作物面积上过度施用的风险。另外，现有的基于农业的养分是更加可持续管理的，由此从粪肥基养分以氨主动流失至空气中并且处理为有害的副产物的一个系统移动至养分被稳定化并且更有效地输送至需要肥料值的远处大田的一个系统。
此外，通过以一个在经济上更加可以推上市场的形式浓缩、回收并且潜在地输出显著百分比的农场中的养分，该过程还产生了A类固体和液体，显著降低了这些固体和液体中的病原体含量，降低了所分离的纤维性固体的氨恶臭，使甲烷的产生量增加多达10%，并且有助于将沼气中的硫化氢含量降低至接近或低于每百万50份。完成所有这些的输入包括废发动机排气热和仅少量的用以产生硫酸铵盐的酸，这极大地降低了输入和操作成本，如与利用其他标准废水处理技术（即絮凝剂和聚合物）的其他养分回收系统相比而言。
实例7
氨从厌氧消化器流出物中的去除可以通过使pH提高来增强。如图10A和10B所突出的，35°C的厌氧消化器流出物pH的提高至接近10.0允许有利于汽提所要求的气态或游离氨的一个显著的氨平衡偏移。厌氧消化器流出物的高缓冲能力要求显著量的碱性材料（碱液或石灰）以便使pH提高至那一所希望的水平。中试研究显示出需要以大概$1/m3的成本输入10-11kg石灰/m3厌氧消化器流出物。
实例8
一个收益机制（在与空气与水质量排放的养分管理和控制有关的重要法规方面持有协助CAFO经营者的潜力）是以可出售的生物肥料形式回收和输出氮和磷。以高资本成本将一个厌氧消化器单元安装至他们的农场的CAFO经营者得到潜在显著的增益，但重要的是，厌氧消化器过程对改善他们关于养分超负荷的关注起到极少作用，特别是如果他们正实施共消化的话。这是因为厌氧消化在本质上是一种碳管理工具，将有机材料部分转化成无机的碳化合物（甲烷和二氧化碳），因此使一部分的碳气化并将它从农场去除。对于氮和磷来说并非如此。尽管厌氧消化过程部分地将氮和磷从有机形式转化成无机形式，但转化使这些大量元素养分维持在液态或固态中，并且因此在将AD流出物施用至大田之后，它仍然代表针对有限的农场英亩数的超负荷养分的来源。然后从CAFO的观点来说，AD技术的采用将更具有吸引力，如果氮与磷都可以从流出物中经济地提取出来的话。
图11提供了用于从厌氧消化的流出物中回收养分的一个系统的示意图。使用来自AD发动机/发电机组的发动机废热（1103）来加热厌氧消化器流出物（1101）。将温度提高至70°C并且对流出物进行曝气（1107）。曝气可以使用多个微曝气器使用CO2、沼气、一种液体、一种气体、或CO2与沼气的组合来实现。曝气速率可以是任何适合的速率，包括但不限于0.1-1、1-5、5-10、10-15、15-20、20-25、25-30、30-35、35-45、45-55、55-60以及大于60加仑/cfm。
将流出物加热持续必要的时间以便满足EPA A类固体标准，从而产生一种价值更高的并且高度控制的病原体降低的纤维，以用于垫料或农场外出售。另外，曝气和提高的温度诱导过饱和CO2的脱气和游离氨的释放。曝气之后，所处理的流出物被传送至一个静止区，以便允许P固体在一个堰系统（1109）中进行沉降和去除。可以收集富磷有机肥料（1111）。
在高温下进行曝气之后，CO2和NH3进入顶部空间，并且在部分真空泵的协助下，可以离开曝气槽（1107）并且进入一个二塔酸接触系统（1121），该系统允许氨与浓硫酸在受控的pH下进行反应，以便产生可溶性硫酸铵（1123）。由于氨与酸在低pH下的高反应性以及CO2的相对应低反应性，接近100%的积累的氨被反应成盐形式，而CO2则通过系统的排气而离开。一个二塔酸系统允许在第二塔中进行pH调整，连同在受控的最大浓度下（取决于液体温度，约40%）形成一个溢流溶液槽。在一些线内过滤器被放置在溢流管中的情况下，结果是一种中性的pH产物，它具有40%（质量）的一致的高硫酸铵浓度，含有最小量的固体杂质。
离开曝气区（1107）和沉降区（1109）的流出物的pH仍然相对较高（约9），因此在储存于塘和施用至大田之前，认为重要的是使该溶液返回至中性。在该整合系统之内，这可以通过设计一个第二接触塔（1113）来完成，该第二接触塔允许来自消化器（1112）的粗沼气与高pH流出物之间进行受控的反应。粗沼气含有酸性化合物，这些酸性化合物既降低了BTU值（CO2），还降低了燃料的发动机友好性（H2S）。
特别是，除了使用以密集油来替代发动机贫油的工业标准以外，厌氧消化器供应者已经积极地研究对H2S排放得到较好控制并且使它们对发动机维护的影响最小化的方法。在这个接触塔（1113）之内，酸性化合物易于离开气态并溶解在液体中，从而将pH降低至接近中性和更可接受的水平。
如图12A中所示出，pH降低是气态杂质的高溶解性和酸度以及在典型粪肥消化器中所发现的高气液比（~25:1）的结果。由于典型的沼气流是由多达35%-40%的CO2和仅1,000-3,000ppm的H2S组成，大部分的CO2进入液体流并且使pH降低。进一步分析确实显示：通过操纵接触时间、流率、液体高度以及气泡大小，替代CO2而选择性地去除H2S是可能的（图12B）。
实例9
厌氧消化器流出物的曝气和加热是养分回收系统的关键组成部分。曝气流率被设定在20加仑/cfm（微曝气器）并且温度被维持在55°C下。将结果描述在图13A和13B中，它们表明使用较长的停留时间，这最有可能是由于较低的操作温度（废物热能有限的可用性和由于纤维性固体的机械分离所导致的热量损失）；以及由于在较大规模的混合限制（起泡）所导致的较低的质量传递。以上曝气速率和温度使得仍然在合理的停留时间内对氨进行汽提的同时，将能量输入和受控的起泡最小化。在上述优化的参数下，由于一个一致的使pH提高为10.0或接近10.0的能力，在15小时的操作过程中有接近80%的TAN被汽提。一旦获得最大溶解度下的平衡，该二塔酸接触系统就会产生一种pH为中性的一致的40%（质量）硫酸铵溶液。
实例10
美国在CAFO运转有超过一百六十个的商业厌氧消化器，产生了50MW的电力并在温室气体排放中削减了超过1百万公吨的CO2当量。尽管近年来已显示采用率加速，但由于美国在传统上低的所收到的电力出售收入和对于现有的粪肥基础设施和粪肥处理操作的关注（少于20%的系统存在于猪和饲育场操作上的原因）仍然是使AD完全保持在其所述潜力以下的主要原因。
图14是描绘奶牛场上的一个典型厌氧消化器和养分回收系统的质量流量的示意图（一头母牛/天的基础上）。质量流量输入和输出是基于养分回收中试测试过程中获得的数据，连同Frear等人（2010）在商业奶牛场AD的长期评估过程中开发出的数据。
从一个厌氧消化器/养分回收系统的组合产生的产品和收益流包括电力、纤维、硫酸铵浆料以及富P固体。当成本输入和收益流被计算在质量平衡之内时，可以如表6所述发展项目经济学以及融资的全部清算。
表6：输入成本（电力、化学品、O&M、人力）和产品收益（在/牛/天基础上）
Figure BDA00002775831700571
Figure BDA00002775831700581
在太平洋西北部平均收到的电力价格（US-EIA，2007）；AD寄生电力需求是10%（Andgar，2010），而NR寄生电力需求是直接从中试测试计算的。
平均收到的硫酸价格（ICIS化学品市场报告者（ICIS Chemical MarketReporter），2010）
AD O&M是AD资本成本的5%（$1,500/母牛），而NR O&M是NR资本成本的2%（$500/牛）（Andgar，2010）
据估计NR人力要求1/2的FTE半熟练工（$40,000/年）。
纤维产品，被视为现有替换物的垫料替代物（Andgar，2010）
假定为4:2:1干重肥料等级的有机合格P固体出售价格的估计值（Wolfkill Fertilizer and Feed，2010）
硫酸铵浆料（40%（质量））出售价格的估计值（Wilson Industrial，2010）
从表6可以看出厌氧消化系统具有相对较低的收益与操作成本比（约2:1），连同低的农场收入，它们主要取决于低价值电力商品的出售，这解释了以上讨论的关于消化器经济学和采用的关注中的一些。在$1,500/母牛的资本成本结构和每年大概$200/母牛的年化收益下，一个资本成本回收期变为7-8年，这对于一些融资伙伴来说多少有点长。这是大多数农场、奶牛场消化器正积极实施共消化的原因，这样使得它们能够从收到的倾倒费用连同来自产生更多沼气的较高能量废物流的额外的电力产生而获得额外的收益。
在相对较低的体积负荷下进行共消化可以在收益和项目融资方面产生重要的增益。在它们的具体案例研究中，总项目收益几乎增至三倍，而只有20%用农场外的底物取代，这显著提高了年利润和资本回报。如所指出的，共消化为农场大门带来了额外的养分，并且因此使对大田的养分超负荷的关注甚至成为更多问题，因此需要一种养分回收机制与消化系统一起运行。重要的是，表6还示出当养分回收被包括作为整个AD/NR项目的一部分时，收益与操作成本比保持近似相同，从而并未提高整体经济学，但重要的是未使情况恶化，同时改善了一个重要的农场和环境问题。
实例11
美国笼养蛋鸡工业和它的400+个较大型的CAFO规模的农场（代表了总的美国清单中的75%（USDA NASS，2009））所面临的问题是每年如何以一种响应于可再生能源中出现的需要的方式处理4百万吨的湿粪肥（Mukhtar，2007），从而满足新的空气/水质标准，并且确立新的收益流，以便提高农场的可持续能力。在有或无堆肥处理情况下大田施用粪肥的现状是在21世纪正快速变得过时的技术，它集中于废水处理，同时还产生可再生能源。然而，允许产生可再生能源的下一代的技术选项，如气化和厌氧消化，在应用至笼养蛋鸡粪肥时具有多种技术问题。
尽管气化对于干仔鸡垃圾操作（80%总固体（TS））适应良好，当它对于湿得多的笼养蛋鸡粪肥（25%TS）来说情况较差，而AD在历史上并未鉴定为一种适合于家禽粪肥/垃圾的技术，这是由于它不能处理高固体含量和生物学上抑制水平的氨（Abouelenien等，2010）。机会在于证明了现有的商业厌氧消化单元可以使用笼养蛋鸡粪肥进行有效地并且经济地操作，如果消化器流出物用一个如在此的披露中所述的养分回收系统进行处理的话。
具有25%TS的笼养家禽粪肥要求输入稀释水，以便供应适合于在商购厌氧消化器技术中操作的废水材料。在美国的农场的粪肥基厌氧消化器单元在传统上使用完全混合（各种欧洲或美国设计）或混合活塞式流动（GHD Inc.，Chilton,WI）技术，两种技术均理想地支持TS含量为4%-12%等级的流入物（US-EPA，2006）。然后，混合活塞式流动（代表US市场份额的70%）为较高范围的固体流动提供了一个更可靠的技术选项。用来自压带机的TS为25%的笼养蛋鸡粪肥的情况下，显然消化器的有效性能要求用水稀释超过1:1倍，并且在对于一次平均操作有600,000个蛋鸡的规模下，这相当于每天超过180,000加仑的稀释水-这仅仅是不可持续或不经济的一个总和，特别是在美国的水威胁地区。然后，结论是为了有效地进行笼养蛋鸡粪肥的厌氧消化，要求用于稀释的淡水的替换物，并且该替代物的来源是厌氧消化器流出物本身，厌氧消化器流出物处理后可以用作再生水。
厌氧消化器流出物作为再生水的来源是可行的，但仅是在处理和制备后。由于典型的厌氧消化器粪肥系统引起30%-40%等级的TS消除，因此具有11%TS的流入物的一个系统产生具有7%TS的流出物。7%TS流出物作为稀释水的再使用使工程意义较差，这是由于被再引入到消化器的前部中的每个百分点的固体导致了对更多再生水的需要，以便获得所希望的工作TS流率。从生物学意义上来说，该操作也不是最佳的，这是因为未消化的固体大部分在本质上是惰性或难处理的，在延长消化时这将几乎不引起进一步的降解，从而用非反应性、非沼气产生材料填充了消化器体积的一部分。
研究和商业论证已经显示出显著部分的固体的工业分离可以使用倾析离心机来完成（Wenning Poultry，Fort Recovery,Ohio）。尽管利用这些工业分离器要求额外的资本和操作输入，更不必说所产生电力的寄生使用，但它确实用于完成两个极其重要的目标。首先，可以使待用作再生水的流出物液体产生一个约为2%TS的更希望的TS含量。重要的是，剩余固体是悬浮固体，它们将养分和一些生物可降解材料供应至消化器，同时使对消化器的体积影响最小化。同等重要的是以下研究：它示出在消化过程中，一个显著部分的有机磷被转化成无机形式，并且当在高镁和钙含量粪肥存在下时，被化学转化成结合成了非结晶的微固体盐的磷酸盐。因此，流出物中的固体的倾析离心机充当以可出售的有机固体形式的P的一个回收机构和浓缩器。
如图15的示意图中所描绘，在70°C下进行曝气（1515）允许过饱和的CO2从液体中释放至气相，之后离心（1517）。离心允许流出物中的总固体含量降低。另外，剩余的固体的养分含量高并且典型地是生物可降解的。
尽管固体的去除允许AD流出物作为再生水的改善利用，但它并未解决关于可溶性氨的停留和氨对厌氧消化器过程造成的抑制的一个重要关注。在厌氧消化家禽粪肥过程中已经广泛研究氨抑制作用，结果显示出家禽粪肥具有的总氨氮（TAN）水平有时完全高于被鉴别为2g/LTAN或以上（Koster&Lettinga，1984）的阈值抑制作用的水平。在华盛顿州立大学（WSU）的研究已经显示出：(1)蛋鸡粪肥TAN水平显著高于阈值；(2)当AD流出物用作再生水时，水平变得越发并且危险地高；以及(3)沼气生产力随着增加的氨和再生水的使用稳步下降，尤其是在TAN水平超过4g/L时（图16）。
因此，为了有效地利用AD流出物用于再生水，重要的将是首先去除可溶性氨。一种用于从废水去除可溶性氨的工业标准方法是氨汽提，之后通过使用一个酸接触室将所回收的氨化学稳定为铵盐，即硫酸铵。在此披露的多种方法和系统可以实现这一目标。
实例12
图17示出了对笼养蛋鸡操作进行厌氧消化的一个商业系统（1700）的一个实例。一个二室接收坑（1701）首先接收消化器的进料。二个室中的较大室（1702）是用于家禽粪肥、任何外部共消化底物以及需要时使用的循环水的混合坑。来自消化后倾析离心机（1707）的所有液体流出物从离心机离开，通过接收坑（1701）的二个室中的较小者（1703），并且这个室溢流至一个小液体储存塘。这种设计确保了小室（1703）总是充满的并且具有足够体积的储存、消化并且离心的液体，以便在需要时按体积与家禽粪肥进行掺混，以便降低TS，然后从较大室（1702）泵送至消化器（1705）中。
本混合槽和倾析离心机设计允许10%-12%TS的粪肥废水向消化器的一致供应，并且从而允许一种适合的流入物在混合活塞式流动消化器中进行操作。这个系统解决了对于非淡水稀释水的关注和对离心除去稀释液中所含有的悬浮固体的需要。
实例13
图18是描绘基于每天1000只的基础，笼养蛋鸡家禽设施的质量平衡和流动的示意图。该质量平衡可以有助于产生比较了输入成本（电力、化学品、O&M、人力）与收益预计的一个表，从而形成潜在项目收入和资本支出回报期的一个概念（表7）。
表7：输入成本和产品收益（在/1,000个蛋鸡/天基础上）
Figure BDA00002775831700621
在太平洋西北部平均收到的电力价格（US-EIA，2007）；AD寄生电力需求是10%（Andgar，2010），而NR寄生电力需求是直接从中试测试计算的。
平均收到的硫酸价格（ICIS化学品市场报告者（Chemical MarketReporter），2010）
AD O&M是AD资本成本的5%（$6,600/1000只蛋鸡），而NR O&M是资本成本的2%（$1,000/1000只蛋鸡）（GHD，2010）
据估计NR人力要求1/2的FTE半熟练工（$40,000/年）。
假定为4:2:1干重肥料等级的有机合格P固体出售价格的估计值（Wolfkill Fertilizer and Feed，2010）
硫酸铵浆料（40%（质量））出售价格的估计值（Wilson Industrial，2010）
如同奶牛场AD，收益与输入比相当小，但在这种情况下低于2:1并且更接近1.5:1。在单独AD的资本支出就有$6,600/1,000只蛋鸡的情况下，年收益产生一个12年的估计回报期，这显然是一个长并且不优选的项目长度。因此，仅蛋鸡粪肥的AD就要求共消化和/或其他融资机制（税收抵免、碳信用额等）在经济上可行，并且已经显出出共消化或甚至非共消化是不可行的选项，这是由于无论哪种方式，氨和N负荷对于消化器和农场来说都将分别为抑制性的，并且都成问题。然而，当养分回收与厌氧消化相结合时，收益与输入比提高至2.2:1，这显著提高了收益并将估计的回报期降低至5-6年。因此，蛋鸡粪肥的养分回收不仅允许厌氧消化在技术上可行，而且它还显著改善了项目经济学。
实例14
在此披露的多种方法和系统具有用于两种不同应用的独特能力：(1)仅低成本的P回收；和(2)较高成本的氮和磷回收，从而开拓该技术用于各式各样的农场规模和农场养分应用。曝气允许含磷固体的沉降，然而，低温、较短长度和/或较低曝气速率均可以诱导pH变化，该pH变化在无相关氨释放的情况下，刺激含磷固体的沉降。在这种情况下，无需采集氨并利用硫酸来将氨螯合成盐。通过去除这种需要，不在N养分管理之下并且过于小而不能接受整个系统的附加资本和操作成本的农场仍然可以以低资本和操作成本完成磷去除。下表8总结了从使用降低的输入系统的中试工作中收集的数据。
表8：仅有磷回收
Figure BDA00002775831700641
尽管在此已经说明和描述了具体实施例，但所属领域的普通技术人员应理解的是，计算成取得相同目的的任何安排均可以取代所示出的具体实施例。本申请旨在涵盖根据如所述的本发明的原理进行操作的任何适配或变化。因此，本发明只意在受权利要求和其对等物的限制。在本申请中引用的专利、参考文献以及出版物的披露内容是通过引用以其全部内容结合在此。

Claims (15)

1.一种用于回收养分的方法，该方法包括:
(a)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；
(b)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进行反应的受控量的酸；并且
(c)回收由使该酸与气态氨在该汽提塔中进行反应而产生的一种铵盐。
2.如权利要求1所述的方法，其中对该厌氧消化器流出物进行加热包括使用一个热交换器，用来自沼气发动机发电机组的排气作为加热的空气流。
3.如权利要求1所述的方法，其中对该厌氧消化器流出物进行加热包括将该流出物加热至从大约140°F至大约170°F的一个温度。
4.如权利要求1所述的方法，其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，这些微曝气器对该流出物以从5加仑/cfm至25加仑/cfm的一个速率进行曝气。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括在将该气态氨提供给该汽提塔之后，将该厌氧消化器流出物从该曝气反应器泵送至一个固体沉降系统。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括从该固体沉降系统收集富磷固体。
7.如权利要求5所述的方法，进一步包括在步骤(a)之前，在一个厌氧消化器中对废纤维性材料进行消化。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括将该流出物从该固体沉降系统泵送至一个容器，并且使来自该消化器的沼气与该流出物进行反应，以使该流出物的pH返回至中性并降低该沼气中的硫化氢的量。
9.如权利要求1所述的方法，其中该汽提塔包括一个二塔系统。
10.一种用于回收养分的方法，该方法包括：
(a)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；
(b)将该流出物中的纤维性固体与这些悬浮固体分离；
(c)在一个曝气反应器中对该流出物进行加热和曝气，以便将可溶性铵转化成气态氨；
(d)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
(e)回收由使该酸与气态氨在该汽提塔中进行反应而产生的一种铵盐。
11.一种养分回收系统，包括：
用于对厌氧消化器流出物进行加热和曝气的一个曝气反应器，其中对该流出物进行加热和曝气将可溶性铵转化成了气态氨；
用于混合受控量的酸与来自该曝气反应器的气态氨的一个汽提塔；以及
用于收集由使酸与气态氨在该汽提塔中进行反应而产生的一种铵盐的一个容器。
12.如权利要求11所述的养分回收系统，其中该曝气反应器包括用于对该流出物进行曝气的多个微曝气器。
13.如权利要求11所述的养分回收系统，进一步包括用于对废纤维性材料进行消化的一个厌氧消化器，其中来自所消化的废料的流出物被提供给该曝气反应器。
14.如权利要求11所述的养分回收系统，进一步包括用于从该曝气反应器中收集该流出物的一个固体沉降系统。
15.如权利要求11所述的养分回收系统，其中该汽提塔包括一个二塔系统。
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