CN103732562A - 制备具有高养分浓度的有机肥料的方法，以及用于执行所述方法的安排 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备具有高养分浓度的有机肥料的方法，通过厌氧预处理（1）生物原料和/或废料并然后将发酵残余物（2）分离（3）成一个固相和一个液相，从液相（5）回收养分并将该养分进料至固相（4），干燥（6）该固相（4），并最终压制（20）干物质。本发明还涉及一种用于执行所述方法的安排，其中将溶解的铵和溶解的硫化氢在解吸器（7）中从液相（5）中去除，获得的气态的氮和硫化合物在蒸汽洗涤器（8）的下游溶于冷的含硫生物酸（9），负载有溶解的铵的洗涤液（10）作为液体养分浓缩物（11）从蒸汽洗涤器（8）中排出并进料至来自固-液相分离过程（3）的固相（4），并且发酵残余物（2）的固相（4）在蒸发器（13）中与热空气流（12）相接触。

Description

制备具有高养分浓度的有机肥料的方法,以及用于执行所述方法的安排

本发明涉及一种用于获得具有高养分浓度的有机肥料的方法以及用于执行该方法以减少养分流失的目的的安排。要求这种类型的技术解决方案来从生物源的原料和/或废料通过厌氧技术回收物质以及能量。

取决于蛋白质和硫含量以及厌氧处理的特性和强度，已知来自生物源的原料和/或废料的厌氧处理的发酵残余物具有典型比例的溶解的铵和溶解的硫化氢。这两种物质都是农业用途非常受欢迎且高度有效的植物养分。在另一方面，在不需要释放的情况下，这些物质不仅导致在经济上有害的养分损失而且导致相当大的环境问题，因为它们破坏了气候和水这两者。从这个角度来看，用于保留养分并提供具有高养分浓度的处理过的发酵残余物的已知技术方案存在很大不同。

因此，DE19806089A1和DE19806087A1描述了提供添加矿物地面岩石和/或粘土矿物用于结合气味并在具有降低的水溶性的化合物中保持水溶性植物养分的建议。此目的所要求的额外的方法步骤不仅使整个过程更加昂贵，而且它们额外导致了生产的肥料中养分的可用性减少。

DE19829799C2描述了来自厌氧处理过的动物排泄物的铵通过加入磷酸和镁化合物结合在微溶的磷酸镁铵中。这种技术解决方案的不足都是磷酸的使用，这是因为其全世界储量的耗尽而越来越难以获取，以及含有养分的潮湿沉淀产品的技术上复杂的处理。

DE102005002066B4包含一种技术解决方案，通过该方案部分养分潜量（nutrient potential）（基本上处于磷酸盐的形式存在）是从一种脱水的淤浆中提取并随后通过加入镁和钙化合物沉淀的。所提出的技术解决方案的目的在于回收仅一种养分成分并接受所产生的沉淀产品的更难处理。

在DE102005055310B4中所披露的技术解决方案认为来自厌氧处理的流出物的预期需氧处理会造成氮损失（不再作为植物肥料可利用）。

在DE102007008188A1中所披露的技术解决方案通过提供使用充气堆进行固相处理给出了类似的结果。

DE102008007296A1也提出了通过提供液化主要由甲烷和二氧化碳组成的气体混合物的沼气来获得含养分的肥料，这迄今没有真正成功地实现工业规模。所提出的使用磷酸和/或硫酸以及以磷酸铵或硫酸铵形式的废产物的生产还使得用于保持养分潜量的方法复杂化并使其更昂贵。此外，所产生的废产物现今难以使用现代施肥技术在农业惯例中利用。

在DE102009024536A1中描述了一种令人关注的技术方案。它提供了在厌氧处理步骤之前和之后在需氧生物反应器中处理生物源的底物。

而前述步骤的目的在于协助进料有机物的水解过程以及因此的厌氧降解过程，设想脂肪和蛋白质的细菌形成以及存在于发酵残余物的氮和硫化合物的同时使用是在下游的需氧生物反应器中进行。据说用于施肥目的的液体养分浓缩物是通过这种方式获得的。

至今尚未在工业惯例中建立，并且目前也不能在现有的文献中找到以下技术方案，该技术方案能够实现的养分潜量存在于来自生物源的原料和/或废料的厌氧处理的发酵残余物中而几乎没有损失并且没有与该方法不相关的添加剂并且是通过简单的手段处于浓缩的形式。

因此，本发明的一个目的是克服已知的现有技术的不足之处。一个目的首先是实现在许多情况下一种经济上可行的利用来自在所使用的生物物质的厌氧处理中所获得的能量形式燃料气体的回收的足够可利用的热能，目的是避免所产生的用于储存、运输以及农业用途的肥料的过高水分含量。其次，根据已知的现有技术的热干燥和/或其他物质消耗的方法步骤引起的养分损失应减少到最低限度。还包括通过将养分引入到受保护的资源土壤（goods soil）、空气和水来使环境污染最小化的目的。

该目的是根据本发明通过权利要求1中所述的方法以及权利要求10中所述的装置来实现的。本发明的优选实施例在从属权利要求中描述。

根据本发明，来自用于生物原料和/或废料的厌氧处理的设备的发酵残余物（取决于进料的性质，具有磷、钾、氮、硫、钙以及镁化合物含量）首先被进料至固-液相分离。使用传统的工业装置，例如加压螺旋分离器和/或倾析器，获得了一个具有至少28%的平均干物质含量的固相以及一个具有不超过8%的干物质含量的液相。由于目的是要保持所有养分潜量以非常高的浓度并以适合于现代应用技术的形式存在于厌氧处理所得到的发酵残余物和可燃性气体中，植物养分在进一步通过脱水和成形过程进行处理之前最初应几乎完全存在于固相中。

为此，在厌氧过程中从可燃性气体排出的硫潜量（sulfur potential）通过生物气体洗涤回收作为含硫生物酸。返回到该方法的液相不仅含有溶解的钾化合物，而且含有溶解的氮化合物（主要是以铵盐的形式），以及溶解的硫化合物（以硫化氢的形式）。后两种成分（在发酵底物中超过临界浓度）是细菌转化过程的抑制剂。出于这个原因，将液相进行养分去除，该去除主要涉及至少部分地去除溶解的铵以及溶解的硫化氢。这是在汽提器中使用循环气体（例如二氧化碳）通过特定的汽提过程所产生的含有氨和硫化氢的循环气体来实现的，该汽提过程中介质温度被增加至约60℃并且汽提器中液相上方的绝对压力减小至0.8巴，其中此含有氨和硫化氢的循环气体至少部分地进入蒸汽洗涤器，该蒸汽洗涤器优选地配置为一个滴流体洗涤器。将在气体脱硫中得到的含硫生物酸作为洗涤介质进料至此蒸汽洗涤器。从洗涤器底部移去的生物酸是通过泵送循环并喷淋到该洗涤器底部上方的规整的填料元件填料上。将一种热交换器集成到该回路中，通过该热交换器洗涤介质被冷却至优选低于25℃的温度。

当通过填料元件填料时，在汽提器中产生的蒸汽所夹带的气态氮化合物和硫化合物的主要部分溶解在洗涤介质中，从而导致洗涤介质的pH的稳定增加。达到洗涤介质的可选择程度的饱和后（这可从达到的pH读出），此洗涤介质至少部分地从洗涤器的底部移去并混合进入在固-液相分离中得到的固相中。然后将洗涤介质用新鲜生物酸补给直到在洗涤器的底部达到标称填充水平。

然后将混合有来自洗涤器的底部被称为液体养分浓缩物的负载洗涤介质的固相进料至一种特定的干燥过程。此干燥过程的目的是为了将被干燥的物质中的水含量减少至低于15%，而同时避免氨从被干燥的高含铵物质中释放。这是通过将被干燥的物质引入到被配置为热气体流过其中的旋转研磨机的蒸发器来实现的。

存在于水溶液中的铵在升高的温度和/或升高的pH值下越来越容易释放出氨气是公知的常识。在环境友好的配置中，用于干燥来自前述厌氧处理的含铵残余物的已知设备通常是用于回收氨水和/或以硫酸铵或磷酸铵形式的沉淀产品的蒸汽处理设备，后者使用相应的矿物酸。

现已出人意料地发现，附着到待干燥的细碎物质的水分在蒸发时从底物明显吸收一定量的热使得氨的可测量的释放未发生，除非加热阶段超过一段特定的持续时间。

根据本发明的解决方案利用这一发现通过将工业实施立足于发现的在热气体（具有入口温度范围从130℃至150℃持续小于2秒的停留时间）中将由发酵残余物构成的施用的压榨饼和/或倾析饼中含有的固体颗粒的细粉碎和分散体组合。

安装在蒸发器的下游的除尘装置将潮湿固体-空气混合物分离成除其他外，几乎包含所用的压榨饼的整个氮物质的固相。从除尘复合设备排出的潮湿空气在粉尘沉淀器后已不包含可测量的氨含量。作为预防措施，将这种排气进料至排气洗涤器，通过该排气洗涤器残余气体含量与（在非正常情况下）任何含量的易失性氮化合物这两者结合在洗涤介质中。然后可以从潮湿排气中排出冷凝液，并且这可用于替代在该排气洗涤器中的洗涤介质。在氮气被引入到洗涤介质的情况下，这可以被添加到来自抑制剂去除上游的相分离发酵残余物的液相，以避免液相的功能损害。这样，就保证几乎完全避免了几乎所有的养分损失以及因此还有不受控制的养分排放。

因此，总之本发明比已知的现有技术的优点是，

-完全保留了来自于厌氧处理生物源的原料和/或废料的设备的发酵残余物中的可利用的养分潜量，

-避免了以矿物或化学组分形式的额外的、外来的物质的昂贵使用，

-不存在植物养分的排放造成的环境污染以及

-方法的简化，与之相关的成本节约以及肥料生产的产率提高。

工作实例

本发明如下通过工作实例来说明。

附图示出了

图1：该方法步骤所要求的连接的示意图；

图2：用于执行该方法的根据本发明的安排的部件的示意图；

图3：用于从生物原料和/或废料的厌氧处理的发酵残余物液相中回收养分潜量的设备的示意性框图。

在用于食品工业的生物源残余物的物质和能量回收的设备中，来自厌氧预处理1的发酵残余物2具有以下特征特性：

将发酵残余物2通过加压螺旋分离器进行固-液相分离3。这产生了具有32%的干物质比例的固相4以及具有8.5%的干物质比例的液相5。

这种用于生产具有高养分浓度的有机NPKS肥料21（氮-磷-钾-硫肥料）并且用于最小化养分损失的安排包括一个用于从液相5除去抑制剂的设备，并且还包括一个用于干燥6以及配制干产品的设备。抑制剂去除是在一种由汽提器7组成的安排中进行，其中在顶部引入的液相5在底部区域7.3移去并经由热交换器7.2在外部回路7.1再循环以实现汽提器7的工作温度等于约60℃，并随后通过容器盖7.4进入到汽提器7。

在外部回路7.1中，存在一个喷射泵7.8，通过该喷射泵输送循环气体流束7.10。此循环气体流束7.10最初由空气或二氧化碳组成。

由喷射泵7.8产生的总压力用于抽取在汽提器7中形成的含氨以及含硫化氢的蒸汽。

此蒸汽在汽提器7中的汽提是由比存在于汽提器7中直到出口的水平的液相5高<0.95巴的绝对压力辅助的。另外，氨以及硫化氢的释放是通过将液相加热至约60℃辅助的。通过外部回路输送的液相部分经由容器盖7.4作为小型喷射返回到液相中，从而在汽提器7中产生额外的湍流。最后，循环气体流束7.10经由分配器喷管7.6进入到存在于汽提器7的液相5的上部区域，这同样促进了释放。

循环气体流束7.10经由蒸汽热交换器7.9进行输送，其中从汽提器7抽取出的具有约60℃温度的富养分蒸汽中输送的大比例的热能被转移到来自蒸汽洗涤器8的具有约25℃的温度的冷却的低养分蒸汽流束中。该蒸汽热交换器7.9的下游，具有一个用于洗涤液体10的作为滴流体装置的蒸汽洗涤器8，该滴流体装置具有一个洗涤器底部8.3、一个填料元件床8.1以及一个外部回路8.2。将来自汽提器7的蒸汽7.5（已经在蒸汽热交换器7.9中冷却至约35℃）在高于洗涤器底部8.3并低于填料元件床8.1的位置引入到蒸汽洗涤器8中。

填料元件床8.1使用洗涤液10润湿，通过经由外部回路8.2从洗涤器底部8.3移去的洗涤液10，经由液体冷却器8.4输送并从上方喷洒到填料元件床8.1。富养分蒸汽7.5逆流通过填料元件床8.1，其中富养分蒸汽7.5的大部分溶于洗涤液（以来自生物沼气脱硫的含硫生物酸9的形式）。在洗涤器底部，pH的过程根据溶解的铵和硫化氢负载量进行记录。一旦洗涤液10的主要吸收容量不再能够预期，那么将耗尽的洗涤液10的一部分排出作为液体养分浓缩物11并由新鲜的生物酸9代替。蒸汽洗涤器8中的平均温度保持在约25℃。

将所产生的具有相当含量的氮以及硫化合物的液体养分浓缩物11喷洒到在加压螺旋分离器中产生的固相4上，使得待进一步处理的固相4的平均干物质含量降低至约30%。

在干燥设备6中，除了用于提供热空气流束12的热空气发生器之外，具有一个蒸发器12、以废空气（waste air）旋流器16和织物分离器（clothseparator）17的形式具有下游废空气洗涤器18的一个粉尘收集复合设备15，用于从产生的粉尘-空气混合物14中分离出干固体。

为了配制所收集的粉尘，模压机以及筛复合设备19可用于压制步骤20。将固相4连同具有135℃的温度的热空气流束12引入以旋转研磨机形式的蒸发器13中。所产生的潮湿粉尘-空气混合物14经过大约400ms的时间从蒸发器13中抽取出，并首先在一个废空气旋流器中分离成潮湿废空气15.1和旋流粉尘。该潮湿废空气15.1然后进入织物分离器17，通过该织物分离器收集所除去的过滤粉尘17.1。作为预防措施，将纯化的潮湿废空气15.1在废气洗涤器18中进行后处理。残余的粉尘以及在发生故障的情况下还有部分的氨通过所使用的洗涤介质18.3捕获。离开废气洗涤器的潮湿排气18.1或者进入到环境中，或者在现有的工艺用水要求的情况下通过冷凝器。例如，当所使用的洗涤介质18.3是大大污染的并因此必须有利地进料到抑制剂去除站时，在那获得的冷凝液18.2是足够无污染的能够没有问题地用作废空气洗涤器18中的洗涤介质18.3。

合并的旋流粉尘以及收集的过滤粉尘17.1首先压实并在模压机中成形为颗粒物质，并随后在筛复合设备19中进行分类以给出可通过常规的施肥技术施用的NPKS肥料。

所产生的肥料包含（几乎没有损失）所用的生物源的原料和/或废料的全部养分潜量。

可以排除由释放的植物养分造成的环境污染。不要求外来污染的物质。所产生的肥料的水分含量几乎是90%，其结果是实现了最大的养分密度和最小的不必要的传输容量。

引用数字列表

1-厌氧预处理

2-发酵残余物

3-固-液相分离

4-固相

5-液相

6-干燥

7-汽提器

7.1-外部回路

7.2-热交换器

7.3-底部区域

7.4-容器盖

7.5-蒸汽

7.6-分配器喷管

7.7-自由表面线

7.8-喷射泵

7.9-蒸汽热交换器

7.10-循环气体流束

8-蒸汽洗涤器

8.1-填料元件床

8.2-外部回路

8.3-洗涤器底部

8.4-液体冷却器

9-生物酸

10-洗涤液体

11-液体养分浓缩物

12-热空气流束

13-蒸发器

14-粉尘/空气混合物

15-粉尘收集复合设备

15.1-潮湿废空气

16-废空气旋流器

17-织物分离器

17.1-收集的过滤粉尘

18-废空气洗涤器

18.1-潮湿排气

18.2-冷凝液

18.3-洗涤介质

19-筛复合设备

20-压制物

21-NPK肥料

Claims (10)

1.一种获得具有高养分浓度的有机肥料的方法，通过将生物原料和/或废料厌氧预处理（1）并随后将所产生的发酵残余物（2）固-液相分离（3），将从液相（5）回收的养分添加到固相（4）且干燥（6）该固相（4）并最终压制（20）干物质，其特征

在于溶解的铵和溶解的硫化氢从一个汽提器（7）中的液相（5）获得，

在于将在该汽提器（7）中获得的气态的氮和硫化合物溶解于在下游蒸汽洗涤器（8）中的冷却的含硫生物酸（9）中，

在于将负载有来自该蒸汽洗涤器（8）的溶解的铵的洗涤液（10）作为液体养分浓缩物（11）排出，并加入到来自该固-液相分离（3）的固相（4）中，

在于将该发酵残余物（2）的固相（4）以细碎的形式在蒸发器（13）中与具有范围从130℃至150℃的温度的热空气流束（12）相接触持续从0.1至2秒的时间，

在于将来自该蒸发器（13）的粉尘/空气混合物（14）经由粉尘收集复合设备（15）抽取，

在于将离该开粉尘收集复合设备（15）的潮湿空气在排放到环境中之前在一个废气洗涤器（18）中进行处理，

在于将在该粉尘沉淀复合设备（15）中得到的粉尘配制成分类的有机NPKS=氮（N）-磷（P）-钾（K）-硫（S）肥料（21）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该液相（5）是在底部区域（7.3）从该汽提器（7）移去，然后泵送入外部回路（7.1）以及集成的热交换器（7.2）中并加热至从55℃至65℃范围内的温度，并随后经由容器盖（7.4）返回到该汽提器（7）。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于从该汽提器（7）至该蒸汽洗涤器（8）的蒸汽传输是由安排在该汽提器（7）的用于液相（5）的外部循环管线中的喷射泵（7.8）实现的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于将在沼气脱硫中得到的含硫生物酸（9）用作该蒸汽洗涤器（8）中的洗涤液（10），而从该汽提器（7）输送到该蒸汽洗涤器（8）的蒸汽（7.5）的显热经由蒸汽热交换器（7.9）至少部分地转移到离开该蒸汽洗涤器（8）的循环气体流束（7.10）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于该洗涤液（10）在进料回到该蒸汽洗涤器（8）之前，通过外部回路（8.2）中的液体冷却器（8.4）冷却到低于25℃的温度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于当该蒸汽洗涤器（8）中的洗涤液（10）超过了2.5的pH时，将一个可选择量的液体以液体养分浓缩物（11）的形式从该洗涤器中的液相（8.3）中移去并且该洗涤器中的液相（8.3）然后用新鲜的生物酸（9）补给达到标称填充水平。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用于将该固相（4）的固体颗粒粉碎到不大于0.5mm的粒径的高速旋转磨机用作蒸发器（13），在于热电联产站的排气与环境空气的混合物用作加热该蒸发器（13）的热空气流束（12），在于将离开废气洗涤器（18）的潮湿排气（18.1）冷凝并且所得到的冷凝液（18.2）用来替代在该废气洗涤器（18）中的洗涤介质（18.3）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于当在来自该废空气洗涤器（18）的洗涤介质（18.3）中检测到铵含量时，将该洗涤介质（18.3）加入到该汽提器（7）上游的液相（5）中。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将该沉淀的过滤粉尘（17.1）通过造粒、粒化、压块和/或分级转化成一种低粉尘NPKS肥料（21），该肥料具有的干物质含量为至少85%并可以通过常规的肥料技术分散。

10.一种用于通过权利要求1所述的方法获得具有高养分浓度的有机肥料的装置，包括

-一个用于所使用的生物原料和/或废料的预处理的厌氧系统，

-一个用于将得到的发酵残余物（2）分离成固相（4）和液相（5）的固-液相分离站（3），

-一个用于回收溶于液相（5）中的氮化合物和硫化合物的抑制剂去除站，

-一个用于干燥来自抑制剂去除站的固相（5）以及液体养分浓缩物（11）的干燥设备，

-一个用于捕获来自干燥设备的潮湿废空气（15.1）中夹带的气态氮化合物的废空气洗涤器（18），以及

-一个用于在粉尘沉淀复合设备（15）中配制来自干燥设备的潮湿废空气（15.1）中获得的养分粉尘的压制和分级系统（19，20），

其特征在于该抑制剂去除站包括一个配备有加热系统以及用于释放气体的分配器喷管（7.6）的汽提器（7）、一个蒸汽热交换器（7.9）以及一个安排在此蒸汽热交换器（7.9）下游的蒸汽洗涤器（8），

在于该蒸汽洗涤器（8）被配置为使用冷却的生物酸（9）操作的滴流体装置并且

在于用于干燥的该蒸发器（13）是使用热空气流束（12）或热排气操作的研磨装置。

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