CN105263888A - 关于植物生命增强产品的新型系统、方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于生产植物生命增强产品的方法。所述方法包括:(i)厌氧地消化农产品残留物以产生厌氧活性有机残留物和富氨水;(ii)有氧地消化富氨水以产生好氧活性有机残留物;以及(iii)将厌氧活性有机残留物和好氧活性有机残留物混合以产生植物生命增强产品。

Description

关于植物生命増强产品的新型系统、方法和组合物
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求于2012年11月15日提交的美国专利临时申请号为61/727,097、标题为“用于废水处理的气态和固态副产物的处理的新型系统和方法”的优先权,其涉及于2013年1月25日提交的美国专利申请号为13/750,989、标题为〃用于将废水处理的气态副产物转化成能量的新型系统和方法〃,其要求于2009年10月9日提交的美国专利申请号为12/577,129(2013年2月26日已授权,现在为美国专利号8,382, 983)的优先权并且是本申请的分案申请,所有这些被合并到本文中用于所有目的。
技术领域
[0003] 本发明通常涉及废水处理及其副产物。更具体地,本发明涉及关于从废水处理和/或其副产物中产生植物生命增强产品的新型系统、方法和组合物。
背景技术
[0004] 对于种植农作物和饲养动物的牛奶场和农场,其运营过程中要使用大量的水。所产生的废水实际上主要是有机物并且富有营养。此外,大量的有机物和/或营养素呈现为不易被植物和动物吸收的复杂分子形式。为了与某些地区日益减少的供水保持同步,以及为了降低水和能源成本,尝试进行废水处理的解决方案本质上是被动的,而且对于回收营养素而言还提供不了有效的解决方案。所尝试的解决方案也无法以能被植物和动物利用的形式提供营养素。
发明内容
[0005] 鉴于以上所述,本发明提供了用于植物和动物生命增强产品的废水处理和副产物的新型系统和方法。一方面,本发明提供了用于产生植物生命增强产品的系统。所述系统包括:(i)厌氧池,其用于厌氧地消化农产品残留物,以产生厌氧活性有机残留物和富氨水;
(ii)固体去除子组件,其用于将富氨水从厌氧活性有机残留物中分离出去,以产生基本上不含氨的厌氧活性有机残留物;(iii)好氧池,其用于有氧地消化富氨水,以产生好氧活性有机残留物;以及(iv)混合单元,其用于将厌氧活性有机残留物和好氧活性有机残留物混合,以产生植物生命增强产品。
[0006] 在另一方面,本教导提供了一种用于生产植物生命增强产物的方法。该方法包括:(i)厌氧地消化农业残留物以产生厌氧活性有机残留物和富氨水;(ii)好氧地消化富氨水以产生好氧活性有机残留物;以及(iii)将厌氧活性有机残留物和好氧活性有机残留物混合以产生植物生命增强产物。
[0007] 在又一方面,本教导提供了一种植物生命增强组合物。植物生命增强组合物包括:(i)有效量的可被植物直接吸收的生物可用成分;(ii)有效量的前体成分,其具有比生物可用成分更加复杂的分子结构并在持续时间内转换成生物可用成分;以及(iii)有效量的催化剂,其促进前体成分转换成生物可用成分。
[0008] 在又一方面,本教导提供了另一种植物生命增强组合物,包含:(i)有效量的包括好氧消化输出的休眠成分;(ii)有效量的已分解的休眠成分,其包括厌氧消化的输出;以及(iii)有效量的催化剂,其促进休眠成分转换成已分解的休眠成分。
[0009] 传统的废水处理通常将有害气体排向环境,引起温室效应。本教导提供了用于捕获那些气体,将那些气体转换成有用的能量,并且优选地在基本上封闭的系统中进行上述过程的新颖系统和方法。本教导的许多目的中的一个是将其他方面的有害副产物转换成有用的能量,优选地使用由废水处理产生的一些处理水。
[0010] 此外,本教导所采用的方法认识到生化需氧量(BOD)的概念推动着废水处理的各个步骤。BOD是众所周知的参数,其表示用于生物稳定存在的有机物所需的氧的量。根据本教导的优选实施例,在废水处理的各个阶段有效地控制BOD水平的努力不仅依赖于重力和时间。与现有技术的仅依赖于重力和时间的被动处理相比,这允许了本教导提供废水的主动处理。
[0011] 通常存在于废水中的有机物由于各种原因而使用氧并因此消耗了溶解的氧。然而,在处理的某些阶段期望必需的高的溶解氧水平用来使微生物生长以消耗存在于废水处理中的有机物。传统的方法仅在单一离散步骤中通过将氧引入废水中以补充耗尽水平的氧来使微生物生长。该步骤提供氧以开始促进天然存在的微生物生长至很大数量,使得它们消耗了废水中的几乎全部的有机物和氧。传统的方法通过实施被动的手段,也就是需要大的消耗空间的容器以将较大的表面面积在长的时间周期内暴露在大气中,来引入氧。
[0012] 本教导认识到需要在多个步骤中使用高压空气扩散以主动增加废水中的溶解氧的量,并且通过在特定的反应器中增加表面积与体积比来创建用于天然存在的以及定制引入的细菌生长的主动环境。在本教导的优选实施例中,主动引入氧和增加表面积与体积比的过程在去除固体阶段期间较早的开始,并且在传统方法促进微生物生长之前。
[0013] 当足量的微生物在贫氧且贫营养的环境中死去时,死去的有机体经历腐烂,通过被称为“硝化作用”的过程提高了氨、硝酸盐和亚硝酸盐的水平。传统的处理将具有高浓度的氮和磷的废水排放到环境中。已知用反渗透和离子交换来去除氮和磷,但是不被认为是有商业前途的,因此没有被整合到传统的废水处理方法中。
[0014] 已知富营养的流出物的排放是对生命有害的。硝酸盐是致癌的,并且直接排放具有硝酸盐的废水可能污染饮用水蓄水层。本教导认识到这点并且通过在排放之前从废水中有效地去除氮和磷来防止这样的污染。
[0015] 本教导的优选实施例通过在各个阶段降低废水中的B0D、保持溶解氧水平、降低固体含量以及控制营养物水平来有效地处理废水。通过实例的方式,在一个阶段中,本教导通过主动地集中在去除BOD导致的固体上来降低废水中的BOD和固体含量。
[0016] 作为另一个实例,在去除固体的过程中,本教导内容也聚焦于提高天然存在的和基因工程化的细菌的生长机制。本教导内容的优选实施例使用高压空气扩散以大体上保持或增加在废水中的溶解氧水平。因此,根据本教导内容的优选实施例,在微生物被用于去除有机物之前,很好地促进了微生物的生长。
[0017] 作为又一个实例,直接通过微生物消耗去除有机物之后,优选实施例通过建立厌氧条件来处理废水以实现完整的微生物逐个死亡并降低固体含量或减少废水中的BOD。然后,处理废水以去除固体并进一步降低好氧环境中的BOD (这补充了溶解氧的水平)。
[0018] 作为又一个实例,本教导内容的优选实施例在积极去除BOD促成的固体、死亡的微生物、营养素、藻类和其他固体的同时保持在废水中的溶解氧水平以防止因可逆反应而导致的B0D和固体含量的增加。值得指出的是,现有技术未能意识到可逆反应的缺陷,这些可逆反应使B0D增加,更不用说提供防止B0D增加的预防措施。
[0019] 作为又一个实例,本教导内容的优选实施例通过积极聚焦于通过有效地培养将营养物可用于其自身生长的特定的生物过程去除所有形式的营养物和磷酸盐来减少废水中的营养物。本教导内容通过积极去除排出物中剩余的任何生物物质进一步减少营养物负荷。
[0020] 作为又一个实例,本教导内容提供了捕获甲烷和沼气的其他组分的准备措施以将甲烷转换成电并将沼气的其他组分和电转换过程的副产物转换成促进有用产物的生长或产生的化学物质。在本教导内容的优选实施例中,从废水处理中得到的已处理水的一部分分别与沼气和在厌氧和好氧消化期间产生的气体以有益的方式结合使用,而不是像常规过程中将这样的气体排放入大气。
[0021] 在又一个方面,本教导内容提供了一种用于从沼气中去除甲烷的方法。该方法包括:(i)将包含甲烷和其他组分的沼气接收进第一池中;(ii)将水接收进第一池中使沼气与水在第一池中接触;(iv)从第一池的出口排放甲烷气体;以及(V)从池中产生包含沼气的其他组分的排泻流。接触步骤可以包括让沼气气泡通过水。可以从任何纯净水源获得水。然而,优选地,从废水处理厂获得水。
[0022] 在本教导内容的一个实施例中,发明方法还可以包括在第二池中对富含有机物的水执行消化的步骤以产生沼气。第二池可以与第一池不同。水中的有机物按体积可以是约0.5%到约25%之间。
[0023] 在本教导内容的优选实施例中,发明的方法包括将排泻流从池输送至被设计成实现去除固体的扩散空气浮动(“DAF”)池的步骤。
[0024] 发明的方法还可以包括将甲烷气体输送至被设计成燃烧甲烷气体并产生电能的发电机的步骤。优选地,发电机产生的废气包括C02气体、SO x气体和N0:!气体中的至少一种,并且在第三池中通过使废气与水接触来处理废气以将C02气体、SOx气体和^^^气体中的至少一种从第三池中去除并且产生具有溶解在其中的C02气体、SO x气体和NO x气体中的至少一种的水。更优选地,具有溶解在其中的C02气体、SO x气体和N0.气体中的至少一种的水被传送至藻类塘。藻类塘可以是高效藻类塘(“HRAP”)。
[0025] 在又一方面,本教导提供了一种用于去除好氧消化后的副产物气体的方法。该方法包括:(i)将包括氨气和含硫气体中的至少一者的气体混合物接收到第一池体中;(ii)将水接收到第一池体中;(iii)使包括氨气和含硫气体中的至少一者的气体混合物与第一池体内的水接触以产生其中溶解有氨水和硫中的至少一者的水的排泻流并产生包括氨气和含硫气体中的至少一者的剩余的气体混合物;(iv)分配包括剩余氨气和剩余含硫气体中的至少一者的剩余气体;以及(V)排放包括其中溶解有氨水和含硫气体中的至少一者的水的排泻流。剩余的气体混合物指不溶解于水的(多种)气体。分配步骤可以包括使剩余的气体混合物从第一池体的出口再循环到第一池体的入口。接触步骤可以包括使气体混合物的气泡通过水。
[0026] 在又一方面,本教导提供了一种用于去除厌氧消化副产物
[0027] 的系统。该系统包括:(i)第一池体,该第一池体包括:(a)第一入口,该第一入口连接以接收包括至少一种气体和甲烷的厌氧消化的副产物气体,(b)第一出口,该第一出口提供甲烷气体作为排气,(C)第二入口,该第二入口连接以接收水流,以及⑷第二出口,该第二出口排放排泄水流,该排泄水流中溶解有池体中的上述至少一种气体,该池体被设计成用于去除固体;以及(ii)发电机,该发电机连接到第一池体的第一出口 ;且其中第一池体被设计成使水流与厌氧消化的副产物气体接触并产生水的排泻流。在优选实施例中,发电机产生电力和包括CO2气体、SO ,气体以及NO x气体中的至少一者的气体。
[0028] 在又一方面,本教导提供了一种用于废水处理的系统。该系统包括:⑴固体去除子组件,被设计成从废水中去除固体并产生固体贫化水;(ii)组件,被设计成处理固体贫化废水中的有机材料以产生处理过的水,且该组件连接到固体去除子组件;(iii)池体,具有第一入口、第一出口以及第二出口 ;以及(iv)其中池体的第一入口被设计成接收处理过的水,第一出口被设计成排放处理过的水的第一部分,第二出口被设计成排放处理过的水的第二部分,且处理过的水的第一部分用于处理由废水处理产生的副产物气体。优选地,池体可以是收集池体,其位于营养物去除池体的下游,营养物去除池体被设计成从废水中去除营养物。在本教导的可选实施例中,池体是被设计成从废水中去除营养物的营养物去除池体。
[0029] 在又一方面,本教导提供了一种废水处理的方法。该方法包括以下步骤:(i)从废水中去除固体以产生固体贫化水;(ii)处理固体贫化废水中的有机材料以产生处理过的水;(iii)排放处理过的水的第一部分和处理过的水的第二部分;以及(iv)使用处理过的水的第一部分来处理由废水处理产生的副产物气体。在优选实施例中,本教导提供从废水中去除营养物的又一步骤。上述使用步骤可以在去除营养物之后执行。
[0030] 然而,当结合附图阅读下面对具体实施例的说明时,将最好的理解本教导的结构和操作方法,以及它的其他目的和优点。
附图说明
[0031] 图1A显示一种根据本发明配置的用于废水处理的示例性系统。
[0032] 图1B显示一种根据本发明的一个实施例,用于从在厌氧消化之后产生的沼气中分离出甲烷气体的示例性系统。
[0033] 图1C显示一种根据本发明配置,用于处理由好氧和厌氧消化产生的气体的示例性系统。
[0034] 图2显示根据本发明配置,用于图1A中的系统的生物芯片反应器(BCR)设计的细
-K-
T O
[0035] 图3显示一种用于图1A中的系统的示例性高效藻类塘。
[0036] 图4显示图3中的高效藻类塘的透视图。
[0037]图5显示一种根据本发明配置的用于将甲烷气体转化为电力的示例性系统。将甲烷气体转换成电能。
[0038] 图6示出了根据本发明配置的示例性系统,用于将废水处理的固体副产物转换成植物生命增强产品,例如,肥料、杀虫剂、生物杀灭剂,和/或农业饲料。
[0039] 图7示出了根据本发明配置的示例性流程图,用于将废水处理的固体副产物转换成植物生命增强产物,例如,肥料、杀虫剂、生物杀灭剂,和/或农业饲料。
具体实施方式
[0040] 在后续描述阐述了多个特定细节以便透彻地理解本教导。然而,本教导可在不限制这些特定细节的一些和全部的情况下实施,这对本领域技术人员来说是显而易见的。在其它情况下,为了不必要的遮掩本教导,众所周知的过程步骤没有详细描述。
[0041] 图1A示出了根据本教导实施例的用于废水的主动处理的系统设计100。系统100包括厌氧池102,废水的厌氧消化发生在厌氧池内。换句话说,在厌氧池102内,废水中的有机含量被分解成通过其他方法进一步处理的更简单的分子。厌氧消化的副产物,沼气128,在厌氧池102的顶表面处(未示出以简化图示)被收集,被传送到用于处理以得到可被转换成清洁能源的产物的系统(下面参考图1B和图5描述)。
[0042] 系统设计100提供已经经历厌氧消化的废水给用于去除固体废弃物的一系列主动设备。这些主动设备包括固体分离器104,溶气浮选(DAF)池106,以及第一固体去除池(SRT#1) 108,它们每一个都促进不同尺寸和类型的固体污染物的去除。相对无固体的废水被运送到一系列的生物芯片反应器(BCR)llO和112以去除有机物。对于固体污泥的去除,如果必要的话,提供了好氧污泥消化池114。如果采用了其中的一个,来自BCR 112或好氧污泥消化池114的包含死去微生物的废水,被送至第二固体去除池(SRT) 116以去除包括在很大程度上是微生物的固体。
[0043] 为了进一步去除死去的有机体,废水在DAF池106中被处理然后从那里被传送到高效藻类塘(HRAP)118。HRAP118被提供以去除营养素,例如来自废水的硝酸盐、亚硝酸盐、含磷物。其次,废水再次经过DAF池106和第三固体去除池(SRT) 120,以具体地去除来自HRAP118的废水中的藻类。DAF池106还用于增加废水中的溶解氧水平。营养素和藻类减少的废水在排放到环境之前可选的被提供给熟化池122。在熟化池122中,在DAF池106或SRT120中没有去除的残留藻类被去除,并且处理过的废水暴露在自然环境的元素中。在本教导的优选实施例中,从熟化池122流过管道125的一部分排泻流促进废水处理的各种副产物(参考图1B和1C下面描述)转换成有用能源(参考图5下面描述)或有用的下游产物(参考图1B,1C和5下面描述)。
[0044] 系统100还包括在不同的容器之间的各种管道或连接以运送从废水中去除的残留固体。根据图1A,一条这样的管道124被提供在DAF池106和厌氧池102之间以运送那些固体,所述固体在DAF池106中的处理后没有被去除,返回到子系统用于干燥和制成颗粒。另一管道127也被提供以从好氧污泥消化池114运送固体到设计用于干燥和制成颗粒的子系统,所述固体通常包括死去的微生物。得到的颗粒用于肥料、杀虫剂和/或生物杀灭剂(参考图6和7下面描述)。根据在图1A中示出的实施例,残留固体不仅从好氧污泥消化池114被运送,而且被运送到消化池114。特别地,一条管道128被提供以从DAF池106运送残留固体返回到好氧污泥消化池114。
[0045] 除了在处理的不同阶段运送废水并运送残留固体之外,在系统100的不同容器之间的各种管道或连接传送沼气和气体以产生能源和其他有用的下游产物。通过实例的方式,包括作为厌氧池102内的厌氧消化的副产物而被捕获的甲烷和其他气体的气体混合物128,被运送到图1B所示的容器126。
[0046] 在本教导的优选实施例中,容器126是设计为将气体混合物与液体流接触的洗涤器。作为另一实例,来自熟化池122的一部分排泻流125用于接触图1C的气体混合物142。图1C示出了好氧消化产生的气体或气体混合物的处理,下面将详细描述。
[0047] 从图1B的容器126设置管道130至DAF池106 (如图1A中所示)以输送具有溶解在其中的某些沼气组分的流出水流用于进一步处理,所述沼气组分为例如氨、二氧化碳、氢以及硫,但不包含甲烷。图1B的详细描述说明了进入图1A中所示的DAF池106的流出物是如何产生的。
[0048] 在系统100中,从BCR 110(图1A中所示)内的有机物处理发出的气体(其包含氨气和含硫气体)通过管道142被输送至池体140。池体140优选地为洗涤器,其被配置成使已处理水125的一部分(图1A和图1B中所示)例如与在BCR 110内生成的气体接触。在本教导的其他实施方案中,除了使用已处理水流125的一部分以外,可以使用相对纯净的任何水流。
[0049] 固体分离器104装配有被设计成去除不在厌氧池102中沉淀或被入口栗(未示出以简化图1A的说明)拉进系统100的固体的筛。通过筛的废水中的固体在至少两个带子间被按压,其中每个带子由被定位成贯穿按压的转动滚子支承。带子是可渗透的并允许废水通过,从而阻止了重固体。带子的移动动作和废水的喷洒(由于废水从带子渗透过)还有助于将氧引入废水中。所得到的增加的溶解氧水平促使了在随后步骤中去除有机物的微生物的生长。
[0050] 根据筛的尺寸,固体分离器104从废水中去除了约75%和约98%之间的固体,废水在处理的这个阶段通常具有在约15%和约30%之间的固体含量。清除这些固体表示去除了相当大量的B0D。通过按压去除的固体可以进行堆肥处理或以其他方式从各处去除用于处置。固体分离器104可以由任何刚性材料制成,但是优选地由不锈钢制成。类似地,合适的尺寸范围是较好的。在本教导的一个优选实施方案中,系统100使用了购自科罗拉多麦岭的按压科技(PressTechnologies)的固体分离器。
[0051] DAF池106捕获没有被固体分离器104去除的小的颗粒物质。为了实现从废水中分离固体,根据本教导的一个实施方案的DAF池106使用了有孔扩散器和高压栗,该高压栗优选地装配有文氏管并且被设计成将气泡引入废水中。栗吸入空气并迫使气泡通过有孔的扩散器以形成微气泡。有孔的扩散器可以由石头制成。空气受压通过有孔的扩散器以产生扩散空气流,优选地为约40立方英尺每分钟。气泡在它们向上移动中在颗粒物质表面蓄积并携带颗粒物质至顶部,在顶部通过撇沫器将它们去除。
[0052] 在DAF池内的气泡提供了大的表面积以有效地溶解氧并因此提高了废水中的溶解氧水平。因此,气泡不仅促进固体的去除,而且增加在废水中的溶解氧水平以促进用于有机物的随后去除的微生物的生长。因此,本教导在早期阶段改善了用于有效去除有机物的条件,而在以前这样的去除主要集中在随后的处理过程中。
[0053] 在本教导的优选实施方案中,南卡罗来纳州列克星敦的martint环境公司的DAF是商业可行的。通过示例的方式,在本教导中所使用的DAF池为约7英尺长、3.5英尺宽以及5英尺高。在DAF池中的水力停留时间可以在约I小时和约3小时之间。水力停留时间指的是单个水分子从其进入池的时间开始至例如其离开池的时间结束通过该单元所用的时间。DAF池从废水中去除了约85 %和约95 %之间的固体,此刻废水的固体含量为在约3 %和约6%之间。
[0054] 与现有技术中的常规的固体沉淀不同,本教导无需固体完全地沉淀至SRT底部并在那里被捕获。SRT108通过主动增加水力流动路径并且为颗粒提供物理阻挡物以永久地捕获它们来实现将残余固体分离。水力流动路径指的是废水通过的路径。增加水力流动路径实现了将更大量的固体与废水分离。
[0055] SRT108优选地足够大,使得在40加仑每分钟的速度下,花100分钟栗入废水将其填满。美国专利号6,899,808描述了用于本发明的SRT的优选实施例,出于所有目的将其引入本文作为参考。优选地,SRT108内部的表面积介于大约160平方英尺与大约320平方英尺之间。SRT从废水中除去介于大约85%与大约90%之间的粒径大于20微米的固体,其此时具有大约1%的固含量。在除去固体的过程中,SRT108影响扩散空气流来提高废水的溶解氧水平以及清洁用于去除固体的筛。通过减少废水的B0D水平和固体含量以及提高废水的溶解氧水平,本发明在早期改善了去除有机物质的条件,并且在后续处理期间的主要焦点在这样的去除之前。
[0056] 图2示出了根据本发明的一个实施例的生物芯片反应器(BCR)200(例如BCR 110和112)的截面图。BCR 200包括池体202,其含有生物芯片214并具有用于提供进行处理的废水的入口 208 (为了简化说明没有显示)。池体202配备有鼓风机204,其将空气引入废水内。废水中的废固体形成层212并用栗200去除。生物芯片214和鼓风机204用来提供具有极高溶氧浓度和高表面积对体积的比率的废水来促进微生物(为了简化说明未在图2中显示)的代谢生长速率。
[0057] BCR是好氧处理系统,其利用附着于生物芯片的微生物来形成生物膜或粘液层(厚度通常在0.1mm到0.2mm的范围内)。粘液层的外面部分的微生物在废水中降解有机物质。然而,由于粘液层的厚度,氧气不能穿过生物芯片从而形成了厌氧生物。最后靠近表面的微生物失去了它们附着至生物芯片的能力,并且粘液层的一部分脱落。
[0058] 根据本发明的一个实施例,BCR内的微生物包括好氧的、厌氧的和兼性细菌、真菌以及原生动物。优选地,BCR 110设计为含有许多不同类型的微生物,其中每一个适用于从废水去除至少一类有机物质。举例来说,BCR 110使用异养细菌(例如无色杆菌属、产碱杆菌属、节杆菌属、Cirt单胞菌属、黄杆菌属、假单胞菌属以及菌胶团)来去除BOD。B0D由通常存在于废水中的任何含碳分子的物质形成,并且其通常产生于人类废物、食物废物、动物废物以及植物废物中的任何一种。
[0059] 鼓风机204有效用于为废水中的微生物提供氧气。栗入的空气在废水中形成的气泡的尺寸以及栗入的空气量决定了溶解在废水中的氧气量。本领域技术人员将认识到小气泡在输送氧气时可以具有两倍的效率,因为它们提供每空气质量较大的空气表面积。气泡也在BCR内混合废水以使废水中的营养素与消耗其的细菌持续接触。
[0060] 生物芯片的存在为反应器内提供了高表面积,微生物可以粘贴在其上。举例来说,BCR内的表面积对BCR体积的比率在大约32平方英尺每立方英尺和大约130平方英尺每立方英尺之间。然而,优选地,BCR内的表面积对BCR体积的比率为大约73.5平方英尺每立方英尺。高表面积与高氧气浓度相结合有助于微生物的代谢率。被粘贴的微生物快速地将以有机颗粒物质(其促成B0D)形式的所有可得食物从反应器去除并且保留高代谢率和低食品量的状态(即具有食物对微生物的低比率)。在一段时间内,反应器中的大部分固体仍然是有活性的并且从进水中去除更多的BOD。最后,由于越来越多的食物在反应器中被耗尽,微生物死于饥饿。
[0061] BCR 112优选地设计地包含至少一个微生物的类型,其去除有机物质的至少一个类型,这种类型特别地是难以从在BCR 110中的废水中去除或需要额外处理时间,即超出在BCRl 10中的处理时间。根据本文教导的内容,除BCR 110和112之外,也可能具有额外的BCR以促进有机物质的有效清除。通过实施例,硝化作用的初始步骤由自养细菌亚硝化单胞菌在BCR 112中实施,其把氨转化成亚硝酸盐,尽管仍有一些硝化细菌存在于BCR 110。第三BCR(为简化图解,其未在图1A中示出)可用于使用自养硝化菌属细菌的硝化作用的后序步骤。
[0062] 在本发明的优选实施方案中,BCR 110和112大约7英尺长,10.5英尺宽,8英寸高。BCR的内部温度优选约15摄氏度到大约33摄氏度之间,水力停留时间优选为大约8小时。根据本发明的一个实施例,BCR的大约40%充满小生物环,在运行过程中每分钟133立方英尺的扩散空气通过它,并且每天使用6盎司的消泡剂。在寒冷气候中,散热比较高的地方优选地保持高基准水平以实现有效地硝化作用。其中高基准水平意为保持生物芯片反应器里的生物物质(污泥)在一定水平,来维持它的蓄热体并且避免在生物芯片反应器内大范围的温度摆动,和/或也意味着保持高的细菌数量来调节因为温度降低造成的较大死亡率。
[0063] 本发明单独使用一种BCR或与其他BCR结合使用,代表一种主动处理,因为其提供了空气并且持续地将细胞与营养物接触以通过废水的循环有效促进养分摄取。此外,在BCR内部的表面面积也被优化用于去除有机垃圾。
[0064] 好氧污泥消化池114是一种类型的BCR,只是其被设计成去除污泥。换言之,消化池114包括公知的可以消耗污泥的微生物,因此其可以去除污泥。
[0065] 尽管BCR和好氧污泥消化池去除有机物并降低B0D,但是它们使得废水富含硝酸盐,这些硝酸盐来自耗尽食物源的微生物的内在腐坏。为此,上文所述的DAF池106和第二SRT(为在图1A中示为SRT116)用于去除死去的微生物。为了去除死去的微生物,DAF池106设置有另一室,其与用于从废水中去除未死亡的微生物的固体的室分离。HRAP118用于在系统100中从废水去除营养物。
[0066] 根据本发明一个优选实施例,图3示出了 HRAP300。HRAP300包括含有海藻308的水池302。辐射光谱306在大约102nm到106nm的波长范围内进行工作。此辐射光谱优选的被设置在HRAP300的深度的大约1/3到大约1/2之间的位置。在水池302的底部,固体废物层304不断聚集并最终被去除。在HRAP300中优选地设置一个液压栗和一个划桨(为简化图解,两个均未示出)用于废水的搅动和充气。充气和搅动有助于提高废水中溶解氧水平以促进藻类生长。水池302优选地将温度保持在大约21摄氏度和35摄氏度之间。
[0067] 根据本发明一个优选实施例,图4示出了 HRAP300的透视图。在HRAP300内部,废水优选通过一个通道,该通道允许水沿着水池302的长度方向来回地穿过。通道为废水开拓出一个液压路径并在外形上是优选蛇型。
[0068] HRAP可能具有从废水有效地去除营养物的任意尺寸。然而,本发明认识到养分负荷和废水的流量推动HRAP的尺寸。举例来说,HRAP具有大约24英尺的长度,大约77英尺的宽度,以及大约4英尺的高度。HRAP优选地提供大约1000平方英尺到大约50,000平方英尺的表面积,更优选地大约1848平方英尺的表面积,用于废水处理。通道长度优选为约200英尺到大约3000英尺。在HRAP的通道内部,废水以10英寸/秒的速度移动并具有大约72小时的停留时间。
[0069] HRAP主要使用藻类从废水中去除硝酸盐和磷酸盐。藻类的生长速率取决于可用的氧气、温度、光以及营养素。常规的藻类池塘非常浅,这是因为它们有利于氧气的引入以及光的穿透来促进藻类生长。不幸地是,对于处理相对大量的废水,常规的藻类池塘是非常大的,比如它们通常是用公顷来计算。
[0070] 本发明优选地使用HRAP,其更深而不会如此铺张。在本发明的一些优选实施例中,通气并搅拌废水来有效地引入氧气。此外,HRAP内的辐射源有效地促进光穿透过更大深度的废水。因此,根据本发明的HRAPs占地可低至160平方米以用于120立方米/每天的流动系统。
[0071] 优选地,在上述废水处理的同时,本发明也处理由废水处理产生的副产物。为此,图1B显示了根据本发明的一个实施例的系统140,用于从废水的厌氧消化后产生的生物气体的其他组分中分离甲烷气体。虽然处理废水处理的副产物的此系统与其他这样的系统可以与废水处理以同步或不同步的方式运行,但在优选的一些实施例中,本发明的系统和方法以同步的方式处理副产物以增加产量和避免副产物积聚。
[0072] 系统140包括池体126,优选地为洗涤器,用于去除甲烷132以使它可随后用作能量来源(下文参考图5描述)。池体126包括用于接收水流(例如来自图1熟化池122已处理水125的一部分)的第一入口、用于分配已经溶解在其中的某些生物气体组分的出水流130的第一出口、用于接收厌氧消化后产生的生物气体128的第二入口以及用于甲烷排气132的第二出口。如图1A所示,甲烷,作为生物气体的一种组分,是残留气体,因为它不溶于水。
[0073] 池体126可以从任何水源或纯水源接收水流。为了节约用水,本发明认识到由废水处理产生的已处理水的一部分可用于处理废水处理的副产物。
[0074] 池体126优选地配备有起泡器129来产生气泡。具体地,起泡器129将生物气体128以微气泡的形式引入装满水的池体内。所述气泡在介于生物气体/水之间的界面提供大的表面积来促进某些可溶性生物气体组分溶于水中。残留的甲烷气体离开池体126并如下文所述进一步在图5的系统170中处理。
[0075]图5示出了根据本发明的一个实施例的系统170,用于将甲烷排气转化成电以及用于将发电机产生的残余气体转化为可被HRAP使用的简单、不那么复杂的分子形式。图1A的118用于促进藻类的生长,在其他方面,其用于产生生物燃料。系统170包括发电机150和池体160,其优选地是洗涤器。发电机150使用甲烷排气132 (产生于图1B的池体126内)来发电以及生成气体混合物152 (例如包括C02、SOx,以及NOx中的至少一种),其被送入池体160。根据图5,来自图1A的熟化池122的已处理水的一部分进入池体160使得它与池体160的气体混合物152接触。起泡器156,类似于图1B的起泡器129,保证气体混合物以微细气泡的形式与水接触来促进气体混合物的组分溶于水中。因此,混合物152的一定量的气体组分溶于已处理水中以形成水162,该水富含水性组分(例如主要是C02、S0x、以及NOx中的至少一种)。如图5所示,此富含气体的水流162行进到图1A的HPAPl 18,在此通过溶于水的气体组分促进藻类生产。包括剩余量的不溶于已处理水的C02、SOx、以及NOx中的至少一种的残余气体通过用于进一步处理的管道154回收返回池体160中。图1B的回收功能的目的在于最终将所C02、S0x、以及NOx气体溶于水中以及将这些气体输送到图1A的HRAP118来促进藻类生长。
[0076] 图1C显不一种根据本教导的一个实施例的系统180,所述系统用于处理由图1A所示的BCR 110生成的气体(即主要是氨气和含硫气体)。根据该附图,在BCR 110中对废水进行好氧消化处理生成的气态副产物被输送到用于处理的池体140 (优选是洗涤器)。如图5所示的池体160以及图1A所示的池体126,图1C所示的池体140装备有起泡器139,所述起泡器139将BCR 110生成的呈微细气泡的气体穿过充满处理水的池体,从而利于溶于水气态副产物的那些组分溶于水中。池体160包括用于接受水的第一入口以及分配水的第一出口,水中富集有至少溶解量的溶解的气态组分。在教导的优选实施例中,水是源自图1A所示的熟化池122的处理水125。然而,可以利用从任何来源获得的水流如此处理气态副产物。池体140具有用于接受BCR 110气体的第二入口以及用于分散不溶于水的残留气体的第二出口。
[0077] 氨浓度传感器182位于池体140的下游,并能够控制排泻流从池体140流向HRAP118或流回BCR 110。为此,氨传感器182分别通过控制管道188和190可通信地联接到两个不同的阀组件184和186。当氨浓度传感器182检测到在池体140的排泻流中的氨浓度等于或大于预定浓度值时,传感器182启动阀组件184以将池体104的排泻流传递至BCR 110,用于进一步处理。在备选实施方式中,当传感器182检测出排泻流的氨浓度小于预定浓度值时,传感器182启动阀组件186以将排泻流传递至HRAP118。在本教导的优选实施例中,预定氨浓度值在约Oppm和lOOppm的范围内,这主要取决于例如在BCR反应器中通过氧化减小的供给流中的氨浓度。低氨浓度的排泻流说明氮以并不复杂形式存在于排泻流中,这种形式可用于促进藻类在HRAP118中的生长。与此相反,高氨浓度说明排泻流没有简单形式的足量氮来促进藻类在HRAP118中生长。本领域技术人员将会认识到虽然示出系统180与BCR 110连接,但相似系统也能够用于处理从图1A所示的BCR 112排出的气体。不管从BCR 110或BCR 112排出的气体是否按上述进行处理,如果洗涤器排泻流的氨浓度例如大于或等于预定浓度值,那么将排泻流送回BCR,以便排泻流中的溶解氨水可分解成最终用于促进藻类在HRAP118中生长的简单形式。
[0078] 类似于氨气,硫是图1A所示的BCR 110或BCR 112中实施好氧消化生成的另一种气态副产物。代替或除使用氨浓度传感器以外,如果含硫气体的存在认为是或怀疑是好氧消化的副产品,则图1C所示的系统180可以包括用于检测硫气体(未示出以简化说明)的浓度的传感器。本领域技术人员将认识到,类似于示出与氨浓度传感器相连接的阀组件,阀组件可以与硫浓度传感器结合使用。因为硫相对于氨会更快地自然地驱散,所以在本教导的优选实施例中不必以与监控氨浓度相同的方式来监控视硫浓度。在本发明教导的更优选的实施例中,只测量氨浓度,并且只要浓度小于预定值,则就可以有把握地认为硫浓度也较低,足以将排泻流从池体140推到HRAP118。
[0079] 在本发明教导的优选实施例中,发电机150是可购自位于奥地利的延巴赫的通用电气有限公司的Jenbacher燃气发动机部。然而,使用甲烷发电的其他发电机也可以适用。
[0080] 在本教导的优选实施例中,池体126 (图1B所示的系统140中)、池体140 (图1C所示的系统180中),以及池体160(图5所示的系统170)足够大,从而保存在约380升与38000升之间的体积的液体。
[0081] 根据本教导的废水处理与常规的废水处理技术相比具有许多优点。在最低限度,常规的废水处理将厌氧和好氧消化产生的有害副产物释放到大气中,这些有害副产物中的一些被认为造成了温室效应。形成鲜明对比的是,本教导提供了处理这些副产物的新型系统和方法以生成清洁能源并促进有用的下游产物的产生。在本教导的新型系统和方法的优选实施方案中,已处理的废水的一部分被用于处理如上所述的副产物。与传统观点相反的是,从废水处理获得的处理水或净化水应当被用于处理对环境有害的副产物,这是因为在将大量的能源用于处理废水之后,常规的废水处理技术教导通过污染处理水来节约能源。因此,除了其他方面,常规废水处理过程未能认识到处理水的一部分还可以用于将废水处理的副产物转换成清洁能源。本教导提供了基本上封闭的系统,该系统处理废水并使处理水的一部分再循环用于将废水处理的有害副产物转换成有用的能源。通过示例的方式,如果该封闭系统在农场上实施,那么在农场生成的废水可以被处理并且同时被用于产生用于农场的清洁能源。
[0082] 在与副产物的处理无关的其他方面,在最低限度下,常规的废水处理过程未能认识到:(i)在各种处理步骤过程中有机物的分解持续消耗废水中的溶解氧;(ii)对于有效处理来说重要的是在各种阶段需要基本上保持废水中的溶解氧水平;以及(iii)未能基本上保持溶解氧水平并且通过废水处理的每个步骤降低固含量导致了使在先前处理步骤中已完成的处理倒退的可逆反应。
[0083] 为此,在本教导的优选实施方案中的各种步骤认识到需要降低B0D、固含量以及营养物水平并保持或增加废水中的溶解氧水平。在本教导的优选实施方案中,废水经历了不同类型的处理。通过示例的方式,首先去除BOD生成的固体。然后,细菌消耗有机物。下一步,去除存在于废水中的营养物。然而,在执行第一类型的处理之后,本教导认识到在使废水进入第二类型的处理之前需要稳定废水。稳定涉及防止废水的某些重要性质的有意义的改变,例如,BOD水平、溶解氧水平、固含量水平以及营养物水平,这些容易被可逆反应改变成不期望的值。特别地,通过在各个阶段降低BOD水平以及固含量并增加或基本上保持废水中的溶解氧水平,本教导有效地从一个处理类型转变至另一个,而不具有可逆反应带来的缺陷。
[0084] 根据一个实施方案,使用图1A的系统100的本发明的过程可以当处理系统100接收到直接来自厌氧池(例如,图1A所示的厌氧池102)的用于处理的废水时开始。在厌氧池102内,复杂有机材料在厌氧条件下被厌氧细菌分解成较小构成的有机材料。通过示例的方式,在厌氧池102内,温度可以为在约30°C和约40°C之间的值,压强为约I个大气压,并且容积为约10加仑每分钟和约15000加仑每分钟之间。池的容积为完全可增大的并且可以高于15000加仑每分钟,只要用于处理大量的液体的所需要的设备的量相应增大即可。
[0085] 在厌氧池中,使用执行厌氧消化的微生物处理废水,导致释放沼气128,沼气128在厌氧池的顶部被捕获并被输运至优选地为洗涤器的并且能够将甲烷与沼气的其他组分分离的池(例如,图1B所示的池126)。然后,作为一种类型的处理,废水立即用于去除固体。在本教导的优选实施方案中,在不同的步骤中系统地执行固体去除。值得注意的是,在这个实施方案中,不仅是在不同步骤中去除固体,而且本发明的过程被设计成在这些步骤过程中基本上保持在废水中的溶解氧水平以避免可逆反应。
[0086] 固体去除优选地从使用机械技术去除相对大的固体开始。通过实例的方式,如图1A中所示的固体分离器优选地用于按压含有固体的废水,因为它在按压动作期间也将空气引入到废水中。因此,按压不仅去除废水中大的固体而且保持废水中的溶解氧水平。在固体去除的早期,有氧过程确保自然的生物降解和净化工艺,在该生物降解和净化工艺中,在富氧环境中繁盛的细菌分解并消化有机物。在固体去除期间保持氧含量水平确保这些细菌不会死亡,并且废水中生化需氧量(BOD)导致的固体和固体含量水平不会提高。在这一阶段BOD导致的固体非预期的提高将使得在本步骤中去除BOD导致的固体的最终目的不能实现。换句话说,在单个处理步骤期间,降低固体含量、降低BOD水平、基本上保持或提高废水中溶解氧水平避免了可提高B0D、固体含量和/或降低废水中溶解氧水平的可逆反应。
[0087] 去除大的固体后,本教导的一些优选实施例专注于使用小气泡去除中等大小的颗粒。在此处理步骤中,中等大小的固体由气泡的向上移动所携带并如前所述去除。因此,气泡去除了 BOD导致的固体、降低固体含量并
[0088] 同时引入氧气以基本上保持或提高废水中溶解氧水平。在先前步骤中实现的降低BOD和固体含量并同时基本上保持或提高废水中溶解氧水平的优点,也可以在此步骤中实现。
[0089] 为去除废水中较细微固体,优选实施例中的本发明工艺移至如图1A中所示的SRT108水箱。在有机物去除开始前,此水箱也使废水保持稳定。特别地,当在水箱内使用扩散气流时,水箱被设计成使用筛网去除细微固体颗粒。该气流供清洁作用用以去除集聚在筛网上的固体,并向废水中引入氧气。在先前步骤中实现的降低废水中BOD和固体含量并同时基本上保持或提高废水中溶解氧水平的优点,也可以在此步骤中实现。
[0090] 其次,本发明工艺优选地移至用于去除有机物,将去除有机物作为另一类型的处理。在处理的这一阶段,优选地在如图1A中所示的BCR中,在生物芯片存在下的微生物消耗有机物。微生物释放含有氨和硫的气体。本教导的各个步骤(在下文中结合图1C予以说明)提供了一种装置用以清洁具有循环废水125的此气体。通过微生物消耗有机物通过鼓风机的存在得到提高,该鼓风机向废水中引入氧气,提高废水中溶解氧水平。随着有机物的去除,废水具有更低的BOD水平和固体含量以及提高的溶解氧水平。然而,微生物在消耗大量有机物质之后死亡并提高了 BOD水平和固体含量。如果死亡的微生物不及时去除,废水中溶解氧水平将下降,并且可逆反应将提高废水中BOD水平和固体含量。
[0091] 因此,在下一处理步骤中,本教导对从废水中去除死亡的微生物提供了准备。为此,优选地,使用第一厌氧处理然后使用好氧处理。值得注意的是,在本教导的一些优选实施例中,这一阶段的废水第二次受到厌氧消化。在这一阶段的厌氧处理中,优选地,SRT被密封以确保所有的好氧微生物死亡。同时,在SRT内使用筛网,死亡的微生物通过在SRT内使用筛网去除。这降低了废水中的BOD水平和固体含量。但是在废水可以前进到下一阶段前,本教导认识到废水中溶解氧水平应当提高。
[0092] 在下一步骤中,好氧处理使用DAF水箱优选地实施,水箱如图1A中所示。DAF水箱内的扩散气流提高了溶解氧水平并去除了残留固体。现在,具有更低BOD水平和固体含量及较高溶解氧水平的废水,准备用于下一阶段的处理。
[0093] 在下一阶段,废水在藻类塘中处理以从废水有效地脱除养分,优选地由例如在图1中所示的高效藻类塘处理。由藻类执行从废水中脱除养分,在操作辐射源存在的条件下藻类高效地消耗养分。藻类也增加了废水中的溶解氧水平。然而,废水中的溶解氧水平可能不会高到足以满足排放到环境所要求的水平。
[0094] 重要的是应认识到,如果在厌氧处理后未接着进行好氧处理,那么具有高浓度氨的废水,而不是硝酸盐或氮,将已经进入HRAP,引起杀藻的风险。因而,好氧处理后厌氧处理确保废水在后序步骤中准备脱除养分。
[0095] 在后续处理步骤中,废水中的溶解氧水平提高到允许排放到环境的水平。优选地,DAF池用来提供用于提高溶解氧水平和从废水中脱除藻和其他固体的扩散空气流。固体脱除降低了废水中的B0D水平和固体含量。然后,为脱除较细颗粒,废水被进行到SRT,SRT利用扩散空气从废水中脱除固体并将氧引入到废水中。因此,废水具有排放环境所必要的溶解氧水平、较低的B0D水平以及固体含量。
[0096] 虽然废水正准备排放到环境,但优选的实施方式将此废水在暴露于在环境中所发现元素的熟化池中处理。废水在熟化池中熟化,并适应自然环境,废水从熟化池排放到环境。
[0097] 如图1A所示,至少部分地在DAF池106和SRT108中执行固体脱除。然而,在这样的固体脱除期间通常存在好氧菌。结果,在固体脱除期间,当将氧添加到这些池时,这些池不仅有效地脱除固体,而且在废水达到BCR反应器之前很久先对废水进行有效地好氧消化,在BCR反应器处废水进一步经历需氧消化。
[0098] 依照优选的实施方式,本发明的并行追踪工艺处理在废水处理期间产生的气体副产物。通过示例的方式,将厌氧消化得到的沼气(例如,甲烷、二氧化碳、氨、氢以及硫)从厌氧池输送到优选是洗涤池的另一池。
[0099] 在沼气运输到池之前,该池先用水填充,优选地由废水处理工艺结束后获得的水处理。在池内,水接触沼气。在本教导内容的优选实施方案中,沼气在接触水时是以极小微泡的形式。气泡形式的沼气在沼气/水界面之间提供高的表面积,以允许沼气混合物中的一些气体溶解于水。然而,因为甲烷不溶解于水,所以它将从池中排出。与常规工艺将甲烷排气释放到大气中的做法相反,本教导内容将甲烷输送至位于下游的发电机进行进一步处理。含有一些沼气组分溶解在其中的水流,从该池内排放到用于固体脱除的池(例如,图1A的 DAF 池 106)。
[0100] 进一步处理(例如,在图5的系统170中)甲烷排气,以发电和制备其他有用的产品。具体地,将甲烷气体输送到把甲烷转化成电力并生成其他副产物气体(例如,co2、sox、以及N0X的至少一者)的发电机。随后将这些气体副产物运输到优选地洗涤池的池中,在该池中它们作为副产物基本上用与沼气处理相同的方式处理(即,将气体混合物的极小微泡运输穿过水以溶解溶解于水的气体混合物的那些组分)。优选地,处理水用于处理副产气体。不溶于水的剩余气体再循环回到该池进行进一步处理,即可作出多次通过穿过该池以溶解水中的剩余气体。将包括溶解气体的水流出物运输到藻类塘(例如,图1A的HRAP118)以促进藻类生长。关于由发电机产生的能量,该能量是相当大的。通过示例的方式,对于喂养奶牛的农场,发电机每只动物每天生产约1-5千瓦的电能。
[0101]由好氧消化的废水处理也生产副产物,该副产物按照本发明的新颖系统和方法的优选实施方式处理。
[0102] 根据一个优选实施例,当在废水进行好氧消化(例如,在BCR 110和112)之后,副产气体被接收进入池体(优选地为洗涤器),本发明的过程即可开始。好氧消化的副产气体(例如,由图1C中的附图标记142表示)包括氨气与含硫气体中的至少一种。然而,在副产气体被接收之前,池体要先加满水,优选地是处理的废水。在优选实施例中,按照本教导所处理的副产气体以气泡形式被导入。一定量的可溶解的副产气体某些组分的在水中溶解,而剩余的量或者组分,例如残余氨气或残余含硫气体,再次循环回到池体中做进一步处理(例如,在池体接下来的接触循环中进一步试图在水中溶解残余氨气与含硫气体)。产生的富含可溶副产气体组分的排泻流从池体排出,并根据水流中的氨水与硫浓度来进行处理。
[0103] 使用氨浓度传感器,可以测定废水中氨的浓度。如果排泻流中含有的氨浓度大于或者等于预定浓度,那么氨一般被送回BCR反应器,副产气体产自该BCR反应器。在该BCR反应器中,残余氨气经历进一步加工,以便还原成更简单的分子形式,例如硝酸盐、亚硝酸盐,或氮,这些对藻类生长有益(例如,在图1A所示的HRAP118中)。但如果氨的浓度足够低,即低于预定浓度值,那么排泻流被认为具有形式更简单的氮,这对于藻类生长是有益的。相应地,具有此低浓度的排泻流被排到藻类塘(例如,在图1A所示的HRAP118中)。
[0104] 在本发明的其他优选实施例中,硫浓度以同样的方式识别。如果硫浓度探测器探测到含硫气体的浓度大于或者等于预定浓度值,那么排泻流被送回BCR反应器,副产气体产自该BCR反应器。在此BCR反应器中,残留含硫气体经历进一步处理,以便在没有在第一遍返回到BCR反应器的情况下,在接下来的几遍中消耗掉。可选地,如果硫浓度检测探测到含硫气体浓度小于预定浓度值,那么排泻流进入到藻类塘。根据以上所述公开,本领域的专业技术人员将会发现在本教导的优选实施例中,池体(例如洗涤器)的排泻流只有当氨水浓度与含硫气体浓度都小于它们相应预定浓度值的时候才进入到藻类塘。然而,与氨相比,硫被认为相对较快地消散,因此,在本教导的优选实施例中,只监控排泻流中氨的浓度,如上所述。
[0105] 图6示出了根据一种本发明的优选安排的系统600,用于将废水处理的固体副产物转换成植物生命增强产品,例如,肥料、生物杀灭剂、杀虫剂和/或农业饲料。系统600包括厌氧给料池602、固体分离器604、DAF池606、SRT#1608、BCR#1610、BCR#2612、好氧污泥消化池614、SRT#2616、HRAP618,以及SRT#3620,上述每项分别在图1A所示的系统100中有其对等物:厌氧给料池102、固体分离器104、DAF106^ SRT#1108、BCR#11 1^ BCR#2112、好氧污泥消化池 114、SRT#2116、HRAP118,以及 SRT#3120。
[0106] 系统600进一步包括中间混合机660,该中间混合机660接收并混合不同类型的废水处理固体副产物,即由固体分离器604、DAF池606,以及SRT#1608分别生成的厌氧活性粗固体650、厌氧活性中固体624,和/或厌氧活性细固体652,从而形成厌氧活性有机残留物662。优选地,这些不同大小的固体主要包括在上述组分中分解的纤维多孔材料(例如,木素、纤维素、半纤维素)。
[0107] 系统600进一步包括混合机664,该混合机664接收厌氧活性有机残留物662并将其与从好氧污泥消化池614、SRT#2616、HRAP618,以及SRW3分别得到的废水处理中一个或者多个其它固体副产物,即:即好氧活性有机残留物627、死的微生物654、富含海藻的浆料656,和/或海藻658相混合,从而形成楽料666。本发明的布置也任选地包括能够干燥所述浆料666的干燥机668,以及能将从所述干燥机668收集的干燥产品切粒的制粒机670。
[0108] 厌氧给料池602设计成接收包括农业残余物(例如,生物物质和肥料)的废水并且在厌氧条件下处理废水。除此之外,在厌氧给料池602内部,厌氧细菌将来自农业残余物的复杂有机物质消化成更小的组成有机材料。之后,厌氧给料池602将产生的厌氧活性浆料632递送到固体分离器604用于进一步处理。
[0109] 固体分离器604使用机械化技术将厌氧活性粗固体650与厌氧活性浆料632分离以形成不含粗固体634的厌氧活性浆料。厌氧活性粗固体650具有大于约150 μ m的平均粒径。如图6中所示,一旦与处理过的废水分离,厌氧活性粗固体650即被递送到中间搅拌器660从而与其它类型的固体副产物混和。再如图6中所示,接着将不含粗固体634的厌氧活性浆料递送到DAF池606用于进一步处理。
[0110] DAF池606将厌氧活性中型固体624与不含粗固体634的厌氧活性浆料分离以形成不含中型固体636的厌氧活性浆料。为促进将其去除,通过引入DAF池606中气泡的向上运动携带厌氧活性中型固体624。DAF池606从废水中移除平均粒径范围从约25 μπι至约150μπι的中型固体。根据图6,分离的厌氧活性中型固体624被递送到中间混合器660用于与其它类型的固体副产物混和。此外,如图6中所示,接着将不含中型固体636的厌氧活性浆料递送到SRT#1608用于进一步处理。
[0111] SRT#1608将厌氧活性细固体625与不含中型固体636的厌氧活性浆料分离以形成不含固体638的厌氧活性浆料。当将扩散空气流引入所述池内时,通过使用筛子促进移除厌氧活性细固体652。SRT#1601去除平均粒径低于约25 μπι的固体。根据图6,厌氧活性细固体652被递送到中间混合器660用于与其它类型的固体副产物混和。此外,如图6中所示,接着将不含固体638的厌氧活性浆料递送到BCR#1610用于进一步处理。
[0112] 中间混合器660接收并混合一种或多种厌氧活性粗固体650、厌氧活性中型固体624以及厌氧活性微固体652以形成厌氧活性有机残余物662。优选地,中间混合器660设计成混合废水处理中相对纤维的固体副产物(例如,木质素、纤维素以及半纤维素)。如图6中的实施例所示,中间混合器660将厌氧活性有机残余物662递送到混合器664用于与废水处理的其它固体副产物混和。在本布置的替代实施例中,然而,单一混合器配置为混合废水处理的所有固体副产物。
[0113] BCR#1610通过好氧消化处理来自不含通常富含营养素的固体638的厌氧活性浆料的有机物质。优选地,使用至少一种类型的消耗有机物质的微生物处理不含固体638的厌氧活性浆料。在本布置的一个较佳实施例中,在BCR#1610中处理后产生的废水浆料640被递送到BCR#2612用于一种或多种优选地消耗特别难以去除的有机物质的微生物进一步处理。
[0114] 因BCR#2中的处理所产生的废水浆料642被递送到好氧污泥消化池614用于在好氧条件下使用一种或多种微生物进一步处理,已知所述微生物消耗固体污泥,即累计的有机物质,以产生好氧活性有机残余物621。优选地,微生物包括至少一种将氨转化成亚硝酸盐的微生物以及至少一种将亚硝酸盐转化成硝酸盐的微生物。
[0115] 将好氧活性有机残余物627与处理过的污水浆料642分离,产生处于富含营养状态的好氧活性浆料644。如图6中所示,接着好氧活性有机残余物627递送到混合器664用于与废水处理的其它固体副产物混合。此外,如图6中所示,接着将好氧活性浆料644递送到SRT#2616用于进一步处理。
[0116] 虽然图6的实施例显示了两个BCR和一个好氧污泥消化池,但本布置的替代实施例可包括任何数量的BCR和好氧污泥消化池。同样,本布置的其它实施例可不包括BCR或不包括好氧污泥消化池。
[0117] 在处理好氧活性浆料644过程中,SRT#2616被密封以创建厌氧条件,而这将杀死基本上所有的在BCR#1610、BCR#2612和好氧污泥消化池614中使用的嗜氧微生物。然后去除死的微生物654,优选地在SRT#2616内使用筛子。如图6中所示,然后将死的微生物654输送到混合机664用于与废水处理的其他固体副产物混合。仍如图6中所示,由此得到的富营养物浆料646被输送到HRAP618用于进一步处理。然而,在本教导内容的优选实施方案中,富营养物浆料646首先被输送至DAF池606用于进一步好氧处理,参照图1A如上所述,然后被输送至HRAP618用于进一步处理。
[0118] 在HRAP618中,富藻类浆料656与富营养物浆料646分离以形成贫营养物浆料648。富藻类楽料656被输送至混合机664用于与废水处理的其他固体废弃物产物混合。在本配置的某些实施方案中,贫营养物浆料620被输送至SRT#3620用于进一步处理。然而,在优选实施方案中,贫营养物浆料620如果首先被输送至DAF池606用于进一步好氧处理,参照图1A如上所述,那么然后被输送至SRT#3620用于进一步处理。
[0119] 在SRT#3620中,藻类658与贫营养物浆料648分离。然后将藻类658输送至混合机664用于与废水处理的其他固体废弃物产物混合。富有营养物(例如,氮、磷和钾)的海藻658提供了用于肥料、杀菌剂、杀虫剂和/或农作物养料的营养物。
[0120] 混合机664是能够混合废水处理的固体废弃物产物的任何混合机。优选地,混合机664被设计成混合废水处理的相对小的产物(例如,厌氧活性有机残留物662、好氧活性有机残留物627、死的细菌654、富藻类浆料656以及藻类658)以产生浆料666。虽然图6的实施方案包括中间混合机660和混合机664,但是本配置的替选实施方案包括一个混合机,其被配置成混合废水处理的所有固体副产物。无论是否使用单个或多个混合机本教导内容预期使用提供另外量的期望材料(例如,硫和氮)的外部修改使得植物生命增强组合物中的期望材料达到预定浓度。为此,图6示出了在本教导内容的一个实施方案中,外部改良剂674通过连接部676连接至中间混合机660,并且通过连接部678连接至混合机664。虽然不是必须包括外部改良特征以及它的相关联连接部,但是在植物生命增强组合物中需要补充期望材料的浓度的情况下,外部改良剂674和相关联的连接部中的至少一个表示了本教导内容的优选实施方案。
[0121] 浆料666包括一种或多种厌氧活性有机残留物662、好氧活性的有机物627、死的细菌654、富藻类浆料656以及藻类658。浆料666可以用于产生植物生命增强组合物(例如,肥料、杀虫剂、杀菌剂和/或农作物养料),然而在本配置的替选实施方案中,浆料666可以可选地被输送至干燥机668用于干燥。
[0122] 干燥机668是能够干燥浆料666的任何干燥机。由干燥机668产生的干燥的产物可以用作肥料、杀虫剂、杀菌剂和/或农作物养料。然而,任选地,干燥的产物可以替代地被输送至制粒机670用于造粒。
[0123] 制粒机670是能够将干燥机668的干燥产物造粒的任何制粒机。在一个优选配置中,由制粒机产生的颗粒被用作植物生命增强组合物(例如,肥料、杀虫剂、杀菌剂和/或农作物养料)。
[0124] 图7示出了根据一个优选配置的方法700,其用于将废水处理的固体副产物转换成植物生命增强产物(例如,肥料、杀菌剂、杀虫剂和/或农作物养料)。方法700从第一步骤702开始,第一步骤702包括厌氧消化农作物残留物以制备厌氧活性有机残留物和富氨水。根据一个优选配置,调用一系列部件(例如,图6的厌氧给料池602、固体分离器604、DAF池606和SRT#1608)来利用厌氧消化农作物残留物以产生厌氧活性有机残留物和富氨水,其在厌氧条件下处理有机残留物并从废水中去除废水处理的各种尺寸的固体副产物(例如,图6的厌氧活性粗固体650、厌氧活性中型固体624和/或厌氧活性细固体652)。所产生的废水是富氨的并且被输送用于进一步处理。
[0125] 虽然未在图7中示出,但是在步骤704之前,厌氧活性有机废弃物(其包括一种或多种粗的、中的和细的固体)被优选地输送至中间混合机(例如,图6的中间混合机660)用于混合。
[0126] 本教导内容认识到可以调整被输送至中间混合机的厌氧活性有机废弃物中的粗的、中型的和细的固体的比例以便优化用于植物生命增强产物(例如,肥料、杀菌剂、杀虫剂和/或农作物养料)的配制剂。这样做时,本布置认识到由固体分离器(例如,图6中的固体分离器604)产生的粗固体比由DAF池(例如,图6中的DAF池606)产生的中型固体分解得相对较少。同样地,中型固体比由SRT(例如,图6中的SRT#1608)产生的细固体分解得相对较少。值得注意的是,因为这些固体是逐渐地分解,所以逐渐地将以氨的形式的氮制成更加生物可利用。因此,通过调整在厌氧活性有机废弃物中的粗的、中间尺寸的和细固体的比例来优化在植物生命增强组合物(例如,肥料、杀虫剂和/或杀菌剂)中的氮的释放。通过实例的方式,快速作用肥料(即以氨的形式的氮可容易地被吸收)可以包含相对更多的细固体(其包含比粗固体和中型固体更加生物可利用的氮)。同样地,慢速作用肥料可以包含相对更多的粗固体(其包含较低的生物可利用的氮并因此在更长的时间段上释放地更加缓慢)。
[0127] 接着,步骤704包括好氧消化富氨水以产生好氧活性有机残留物。优选地,在一系列部件(例如,图6中的BCR#1610、BCR#2612和好氧污泥消化池614)中执行好氧消化来促进去除好氧活性有机残留物。
[0128] 虽然未在图7中示出,但是富氨水优选地在一系列部件中被进一步处理,所述一系列部件包括SRT(例如,图6中的SRT#2616)、HRAP(例如,图6中的HRAP618)和另一SRT(例如,SRT#3620),其分别促进去除废水处理的其他固体副产物(包括死的微生物、富藻类浆料和藻类)。
[0129] 接下来,步骤706包括混合厌氧活性有机残留物和好氧活性有机残留物以产生肥料。虽然未在图7中示出,但是废水处理的其他副产物(例如,死的微生物、富藻类浆料和藻类)也优选地与厌氧活性有机残留物混合以产生肥料。然而,在本配置的优选实施方案中,混合的产物为植物生命增强组合物的前体,其被输送至干燥机和制粒机以最终产生植物生命增强组合物。
[0130] 以与上述参照步骤702类似的方式,可以以产生肥料的最佳配制剂的比例将在步骤706中混合的每种固体废弃物组分(例如,厌氧活性有机残留物、死的微生物、富藻类浆料和藻类)输送至混合机。
[0131] 在本教导内容的一个实施方案中,植物生命增强组合物包括有效量的生物可用成分(其可以被植物直接吸收)和有效量的前体成分(其具有比生物可用成分更加复杂的分子结构)。在持续时间内前体成分转变成生物可用成分。在这个实施方案中,还提供了有效量的催化剂。催化剂促进前体成分(即,较复杂的分子)转变成生物可用成分(即,较不复杂的分子)。
[0132] 前体成分转变成生物可用成分的持续时间可以根据多种因素而变化,所述因素例如,植物增强组合物存放的温度、活化剂(例如,水)的量以及前体成分的复杂度。在本教导内容的一个优选实施方案中,持续时间在约一天至约六个月的范围内。
[0133] 催化剂的有效量可以为在约0.01 % (按肥料的重量计)至约2% (按肥料的重量计)的范围内的数值。催化剂可以包含酶。在存在酶的条件下,前体成分转变成生物可用成分的速率可以比在无催化剂的条件下将前体成分转变成生物可用成分的速率快3到4倍,在本教导内容的一个实施方案中,酶包括如下物质中的至少一种:β -葡糖苷酶、荧光素二乙酸酯水解、酰胺酶、脲酶、磷酸酶、硫酸酯酶、内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶、葡糖苷酶纤维二糖水解酶、木聚糖内切酶、甘露聚糖内切酶、β -糖苷酶、酯酶、内切壳多糖酶、N-乙酰葡糖胺糖苷酶、α -葡萄糖苷酶、Mn-过氧物酶、木素过氧化物酶、漆酶、酚氧化酶、蛋白酶、氨基肽酶、脲酶、磷酸单酯酶、磷酸二酯酶和芳香基硫酸酯酶。
[0134] 在植物生命增强组合物中,生物可用成分包含有效量的微量营养素和/或有效量的常量营养素以增强植物生长。有效量的每一微量营养素和常量营养素的取值范围可以是从大约0.1% (按生物可用成分的重量计算)到大约6% (按生物可用成分的重量计算)。微量营养素优选地包括硼、钴、铬、铜、氟、碘、钼、砸、锌、氯、铁、锰、锌和镍中的至少一种。常量营养素优选地包括氮、钾、钙、镁、磷、碳和硫中的至少一种。
[0135] 前体成分优选地包含有效量的非生物可利用形式的成分,该成分选自硼、钴、铬、铜、氟、碘、钼、砸、锌、氯、铁、猛、锌、镍、氮、钾、•丐、镁、磷、碳和硫中的至少一种。有效量的前体成分的取值范围可以从大约0.01% (按植物生命增强组合物的重量计算)到大约10%(按植物生命增强组合物的重量计算)。在其他方面中,本教导的植物生命增强组合物包括有效量的休眠成分,休眠成分接着可以包括好氧活性有机残留物627,死去的细菌654,富藻楽料656和藻类658中的至少一个。在本方面中,有效量的已分解的休眠成分也可以存在。已分解的休眠成分包括厌氧消化的输出。通过实例的方式,已分解的休眠成分包括厌氧活性细固体,细固体可以包括活性的粗固体650,厌氧活性中型固体624,以及厌氧活性细固体652中的至少一个。
[0136] 如上所述,产生的植物生命增强组合物在一些情况下可能不具有足够量的期望材料。为此目的,植物生命增强组合物可以与有效量的改良剂混合,以提供预定量的实际上无机或有机的一种或多种期望材料。一种或多种期望材料的实例可以包括硫和/或氮。
[0137] 在另一实施例,本教导提供了一种植物生命增强组合物,其包括有效量的休眠成分,已分解的休眠成分和催化剂。休眠成分包括好氧消化的输出(例如,好氧活性有机残留物),而已分解的休眠成分包括厌氧消化的输出(例如,厌氧活性有机残留物),如上所述。催化剂促进休眠成分转换成已分解的休眠成分。此外,催化剂也可以将已分解的休眠成分转换成本教导的植物生命增强组合物中的生物可用成分。有效量的休眠成分和已分解的休眠成分中每一者的取值范围,可以从大约0.01% (按植物生命增强组分的重量计算)至大约10% (按植物生命增强组分的重量计算)。有效量的催化剂的取值范围可以从大约0.01% (按植物生命增强组分的重量计算)至大约2% (按植物生命增强组分的重量计算)。在催化剂存在时,休眠成分被转换成已分解的休眠成分的速率,可以比没有催化剂时将休眠成分转换成已分解的休眠成分的速率快3倍到4倍之间。在一个方面,本教导提出,酶可用作催化剂来促进上面所述的将休眠成分转换成已分解的休眠成分,这是因为它们促进植物生长并有效地活化细菌。
[0138] 尽管本教导所示的实施例已经被示出和描述,但可以计划其他修改,改变,以及替代。相应地,广泛地解释所附的权利要求,并且与如以下权利要求所述本公开的范围一致的解释方式是合理的。

Claims (40)

1.一种生产植物生命增强产品的系统,其包括: 厌氧池,用于厌氧地消化农业残留物以产生厌氧活性有机残留物和富氨水; 固体去除子组件,用于将所述富氨水和所述厌氧活性有机残留物分离以产生基本不含氨的厌氧活性有机残留物; 好氧池,用于有氧地消化所述富氨水以产生好氧活性有机残留物; 混合单元,用于混合所述厌氧活性有机残留物和所述好氧活性有机残留物以产生所述植物生命增强产品。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述固体去除子组件包括选自固体分离器、溶气过滤池以及沉积去除池中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的系统,其中所述固体分离器从所述厌氧活性有机残留物中分离平均粒径大于大约150 μm的厌氧活性有机残留物。
4.根据权利要求2所述的系统,其中所述溶气过滤池从所述厌氧活性有机残留物中分离平均粒径范围从大约25 μ m至大约150 μ m的厌氧活性有机残留物。
5.根据权利要求2所述的系统,其中所述溶气过滤池从所述厌氧活性有机残留物中分离平均粒径小于25 μm的厌氧活性残留物。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述固体去除子组件包括至少一个沉积去除池,用于处理所述好氧活性有机残留物。
7.根据权利要求1所述的系统,其中,其进一步包括高效藻类塘。
8.根据权利要求1所述的系统,其中所述好氧池包括至少一个生物芯片反应器,用于处理所述好氧活性有机残留物。
9.根据权利要求8所述的系统,进一步包括沉积去除池,用于处理在所述高效藻类塘中处理的废水。
10.根据权利要求1所述的系统,进一步包括干燥机。
11.根据权利要求10所述的系统,进一步包括增密器。
12.根据权利要求11所述的系统,其中所述增密器是制粒机。
13.根据权利要求1所述的系统,进一步包括中间混合单元,该中间混合单元配置为容纳并混合来自所述固体去除子组件的粗固体、中型固体以及细固体中的至少一种。
14.一种生产植物生命增强产品的方法,所述方法包括: 厌氧地消化农业残留物以产生厌氧活性有机残留物以及富氨水; 有氧地消化所述富氨水以产生好氧活性有机残留物; 混合所述厌氧活性有机残留物和所述好氧活性有机残留物以产生所述植物生命增强τώ: 口广PR ο
15.如权利要求14所述的方法,其中,跟随所述厌氧消化农业残留物,混合所述厌氧活性有机残留物。
16.如权利要求14所述的方法,其中,其还包括:干燥所述植物生命增强产品以形成干燥的植物生命增强产品。
17.如权利要求16所述的方法,其中,颗粒化所述干燥的植物生命增强产品。
18.如权利要求14所述的方法,其中,所述植物生命增强产品能够用于杀虫剂、农药和农业饲料产品中的至少一种。
19.如权利要求14所述的方法,其中,其还包括:从所述厌氧活性有机残留物中去除固体。
20.如权利要求19所述的方法,其中,所述去除固体包括去除粗固体、中型固体或细固体。
21.一种植物生命增强组合物,其包括: 有效量的生物可用成分,其能够由植物直接吸收; 有效量的前体成分,其具有比所述生物可用成分更为复杂的分子机构,其能够在持续时间内转换成所述生物可用成分; 有效量的催化剂,其促进所述前体成分向所述生物可用成分的转换。
22.如权利要求21所述的植物生命增强组合物,其中,所述持续时间是一段时间,其范围从一天到约6个月。
23.如权利要求22所述的植物生命增强组合物,其中,按所述植物生命增强组合物的重量计,所述催化剂的所述有效量的取值范围是从约0.01%至约2%。
24.根据权利要求22所述的植物生命增强组合物,其中所述催化剂包括酶,以及在所述催化剂存在的条件下所述前体成分转换成所述生物可用成分的速率比在所述催化剂不存在时所述前体成分转换成所述生物可用成分的速率快约3到4倍。
25.根据权利要求24所述的植物生命增强组合物,其中所述酶包括β -葡糖苷酶、荧光素二乙酸酯水解、酰胺酶、脲酶、磷酸酶、硫酸酯酶、内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶、葡糖苷酶纤维二糖水解酶、木聚糖内切酶、甘露聚糖内切酶、β -葡糖苷酶、酯酶、内切壳多糖酶、Ν-乙酰氨基葡萄糖苷酶、a-葡糖苷酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶、漆酶、酚氧化酶、蛋白酶、氨基肽酶、脲酶、磷酸单酯酶、磷酸二酯酶以及芳香基硫酸酯酶中的至少一种。
26.根据权利要求21所述的植物生命增强组合物,其中所述生物可用成分包括有效量的微量营养素和/或有效量的常量营养素以促进植物生长。
27.根据权利要求26所述的植物生命增强组合物,其中,按所述生物可用成分的重量计,所述微量营养素的所述有效量的值的范围从大约0.1%到大约6%。
28.根据权利要求26所述的植物生命增强组合物,其中所述微量营养素包括硼、钴、铬、铜、氟、碘、钼、砸、锌、氯、铁、锰、梓以及镍中的至少一种。
29.根据权利要求26所述的植物生命增强组合物,其中所述常量营养素包括氮、钾、钙、镁、磷、碳以及硫中的至少一种。
30.根据权利要求26所述的植物生命增强组合物,其中按所述生物可用成分重量计,所述常量营养物的所述有效量的取值范围是从大约0.01%到大约10%。
31.根据权利要求21所述的植物生命增强组合物,其中所述前体成分包含有效量的非生物可用的形式的成分,该非生物可用的形式的成分包括硼、钴、铬、铜、氟、碘、钼、砸、锌、氯、铁、猛、锌、镍、氮、钾、妈、镁、磷、碳和硫中的至少一种。
32.根据权利要求21所述的植物生命增强组合物,其中按所述植物生命增强产品的重量计,所述前体成分的所述有效量的取值范围是从大约0.01%到大约10%。
33.根据权利要求21所述的植物生命增强组合物,还包括: 有效量的休眠成分,其包含好氧消化的输出;和 有效量的已分解的休眠成分,其包含厌氧消化的输出。
34.根据权利要求21所述的植物生命增强组合物,进一步包括一种有效量的改良剂,以提供预定量的一种以上的期望的本质上是无机或有机的分子。
35.根据权利要求34所述的植物生命增强组合物,其中一个或多个所述期望分子包括硫和/或氮。
36.一种植物生命增强组合物,包括: 有效量的休眠成分,其包含好氧消化的输出, 有效量的已分解的休眠成分,其包含厌氧消化的输出,和 有效量的催化剂,其能促进所述休眠成分转化成所述已分解的休眠成分。
37.根据权利要求36所述的植物生命增强组合物,其中按所述植物生命增强产品的重量计,所述已分解的休眠成分的所述有效量的取值范围是从大约0.01%到大约10%。
38.根据权利要求36所述的植物生命增强组合物,其中所述已分解的休眠成分包括厌氧活性有机残留物,并且所述休眠成分包括好氧活性有机残留物。
39.根据权利要求36所述的植物生命增强组合物,其中按所述的植物生命增强产品的重量计,所述休眠成分的所述有效量的取值范围是从大约0.01%到大约10%。
40.根据权利要求36所述的植物生命增强组合物,其中按所述的植物生命增强产品的重量计,所述催化剂的所述有效剂量的取值范围是从大约0.01%到大约2%,以及在有所述催化剂的存在下,所述休眠成分转化为所述已分解的休眠成分的速率是没有所述催化剂存在情况下的大约3倍到4倍。
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