CN1351506A

CN1351506A - 利用动物粪便的方法和装置

Info

Publication number: CN1351506A
Application number: CN00807961A
Authority: CN
Inventors: 雅科夫·罗森塔尔; 马蒂蒂亚胡·菲克曼; 凯姆·舒斯特; 利奥尼德·莫尔达夫斯基; 利奥尼德·艾齐科维希
Original assignee: SUPERSOIL SYSTEMS Ltd
Current assignee: SUPERSOIL SYSTEMS Ltd
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2002-05-29
Also published as: JP2002543242A; WO2000066184A9; BR0011229A; US6141905A; EP1176990A1; KR20020005023A; WO2000066184A1; EP1176990A4; CA2371981A1; AU4372100A

Abstract

一种制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的制品的方法,该方法的实施是用预定频率的交流电对含有大致为固态的动物粪便和水的含水混合物进行一段预定时间的处理,从而在经过除水处理后可收回能吸收几倍于其本身重量的水的无气味的固态制品。

Description

利用动物粪便的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种利用动物粪便的方法和装置，更具体地说，涉及一种制造用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的动物粪便基制品的方法和实施这种方法的装置以及按上述方法制成的用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的动物粪便基制品。

背景技术

众所周知，在农业(尤其是称为“市场园艺”的小型农业上)和园艺上，为了例如减少粘质土、改善砂质土的均匀性、特别是为了提高多种土壤的水土保持能力，需要进行土壤调节。

泥炭是生长在泥沼地和沼泽地的某些植物部分分解而形成的含碳物质(可能是形成褐煤和烟煤的中间产物)，这种物质除了公知地用作燃料之外，还普遍用作一种土壤的调节剂，因为它具有疏松的多孔组织和高的吸水性能。另外，泥炭还用作家畜(例如牛、马包括赛马)舍的铺垫材料。

但是，由于生态学上的原因，许多国家已经禁止开采泥炭，而且，在当地不开采泥炭的国家，要从原产国家运输泥炭的成本会使这种产品过于昂贵。为此，市场上，特别是在泥炭昂贵的国家中需要有性能类似于天然泥炭的泥炭代用品。

虽然许多世纪以来为人类的需要而利用各种动物，但是，只有在当代，随着人口密度越来越大，以及对与生态学、健康和卫生相关的问题的了解的不断加深，人们才认识到动物的粪便(尤其包括但不限于通常饲养作耕地及其他大规模使用的食草动物的粪便)会造成环境问题例如空气、土地和水的生物污染的问题。

因此，要避免直接使用原始动物粪便作为肥料。这就十分希望能分离和经济地利用动物粪便。虽然通过人工堆肥已经部分地满足上述的需要，但是，为了肥效大这种方法需要使用有氧操作和无氧操作的昂贵设备进行大规模的作业，而且不适合于较小规模的作业。

另一方面，天然堆肥需要很大的空间。劳动强度大，而且不能避免环境公害问题。因此，仍然需要经济地利用动物粪便。本发明人发现，按照本发明的方法和装置，可以既满足泥炭代用品的需要，又可满足经济地处理和应用饲养动物的粪便的需要。

于是，普遍认为需要而且将是极为有利的是具有：(i)一种制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的动物粪便基制品的方法；(ii)实施上述方法的装置；和(iii)按照上述方法制成的可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的动物粪便基制品。

发明内容

按照本发明，提出一种制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的动物粪便基制品的方法、一种实施上述方法的装置、和按照上述方法制成的可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的动物粪便基制品。

按照本发明的一个方面，提出一种制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的制品的方法，包含如下步骤：用预定频率的交流电对含有大致为固态的动物粪便原料和水的含水混合物处理一段预定的时间，然后通过除水处理收回一种无气味的可吸收几倍于其本身重量的水的固态制品。

按照本发明的下面要说明的最佳实施例的另一个特征，上述的动物是食草动物。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的大致为固态的原料与水的体积比约为(1∶1)～(1∶4)。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述交流电的电压约为10～1000伏。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的处理时间约为5秒～10分钟。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述收回的制品可吸收至少6倍于其本身重量的水。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述交流电的预定频率为5Hz～200KHz。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的无气味的固态制品在收回时可吸收3～10倍于其本身重量的水。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的无气味的固态制品还没有微生物。

按照所述最佳实施例的又一特征上述的处理是通过使含水的混合物流过一个反应器而进行的，上述反应器具有提供交流电的装置。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的大致为固态的原料是原始的动物粪便。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的大致为固态的原料是动物粪便与造纸厂废浆(sludge)的混合物。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的动物粪便与造纸厂废浆(sludge)的体积比约为(1∶10)～(10∶1)。

按照本发明的另一方面，提供了一种按照上述方法制得的可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的无气味、无微生物且可吸收几倍于其本身重量的水的多孔性制品。

按照本发明的又一方面，提供了一种含有电处理过的动物粪便的可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的制品，该制品是无气味、无微生物且能吸收几倍于其本身重量的水的多孔性制品。

按照本发明的再一方面，提供一种用于制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的无气味的且能吸收几倍于其本身重量的水的多孔性固态制品的装置，该装置具有一条下列部件依序排列的生产线：(a)将含有动物粪便的大致为固态的原料供入本装置内的第一装置；(b)使大致为固态的原料与水形成含水混合物的第二装置；(c)用预定频率的交流电对上述的含水混合物进行处理的反应装置；和(d)从来自反应装置的制品中分离掉过多的液体并收回固态制品的第三装置。

按照所述最佳实施例的又一特征，上述的反应装置具有：一个大致为长形的、形成一个由绝缘壁界定的反应空间的管状反应器；使上述含水混合物流过反应空间的进、出口装置；和协同地设置在反应空间内并与频率为5Hz～200KHz的交流电源相连接从而形成可在含水混合物流过反应空间时对其通入电流的装置的相电极(phaseelectrode)和零电极(zero electrode)。

按照本发明的一个附加的方面，提出一种在用于制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的、能吸收几倍于其本身重量的水的无气味的多孔性固态制品的装置中使用的反应装置，该反应装置具有一个形成由绝缘壁界定的反应空间的反应器，该反应器具有使含水混合物流过反应空间的进、出口装置和协同地设置在反应空间内且与预定频率的交流电源相连接、从而形成在含水混合物流过反应空间时对其通入电流的装置的相电极和零电极。

因此，本发明的主要目的是提供一种可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的制品，以及制造这种制品的方法和装置。

本发明的另一目的是经济、有效、卫生且有利于生态地利用动物粪便。

本发明的又一目的是利用造纸厂废浆(sludge)。

本发明的再一目的是提供可用作家畜居舍的卫生铺垫材料的制品。

本发明的其他目的将在下面的说明中阐明。

附图说明

下面参看附图，仅通过实例说明本发明，附图中：

图1示出本发明的反应器的实施例，该反应器用于实施本发明的方法，并构成本发明的装置的一部分；

图2示出本发明的反应器的另一个实施例，该反应器用于实施本发明的方法，并构成本发明的装置的一部分；

图3a～3g示出各种用于本发明的电极结构的实施例示意图；和

图4示出本发明装置的一个实施例。

具体实施方式

下面说明本发明的最佳实施例。

本发明涉及利用动物粪便制造用作人造土壤、土壤调节剂、或泥炭代用品的动物粪便基制品的方法和装置。具体地说，本发明可用于提供一种可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的能够吸收几倍于其本身重量的水的无气味且无微生物的多孔制品，这种制品可按本发明的方法制得。

参看附图以及下列的说明可以更好地了解本发明方法和装置的原理和作业情况。

在详细说明本发明的至少一个实施例之前，先要明白本发明的申请并不限于在下面说明中所述的或附图中示出的各种部件的结构和排列的细节。本发明可以有其他的实施例，或者按其他各种方式来实施或者说进行。而且，还要明白，本文所用的措词和术语都是为了便于说明，不应当看成是限制。

作为本发明方法所用的原材料的“基本上是固态的原料”包括饲养动物的原始状态的、基本上是固态的粪便。而且，业已发现，上述的原料可以是动物粪便与造纸厂废浆(sludge)的混合物，在本发明的该实施例中，其最终产品的质地比只用动物便粪便时更粗，且更适合于某些用途。

在说明书及所附权利要求书中所用的“动物(animal)”一词指的是动物世界中的任何成员，包括具有下列特征的多细胞有机体：形状固定，可控制生长，能自行移动，能主动获取食物并在其内部消化，而且具有可使它们对外部刺激快速反应的感觉和神经系统。具体地说，这个词指的是饲养的动物(哺乳动物或鸟类)，尤其指为商业目的饲养的动物例如(但不限于)奶牛、山养、猪、小鸡等。

本文所用的“食草动物”一词意指饲养的例如牛、绵羊、山羊、马、驴、骆驼、象、鸟，但是，很显然，这类动物不仅仅局限于这些，还有许多其他动物都属于这一类。

在本发明方法的工步(b)中，将原料与水相混合，这一操作可按任何方便的方式来实施，例如采用一种机械浸渍机或混合器和/或搅拌机，或它们的组合。一般而言，固态原料与水的体积比约为(1∶1)～(1∶4)。

在本发明方法的工步(c)中，用频率为5Hz～200KHz的交流电(AC)对含水的混合物处理一段时间(例如约5秒～10分钟)，以便在经过处理并经过随后的工步(d)后，收回的制品是无气味的、无微生物的、多孔的、且能吸收几倍于其本身重量的水的制品。上述的交流电的电压最好为大约10～1000伏特。

虽然本发明并不能认为是受任何理论所限制。但是已经注意到，由于发现本发明的制品无论是化学需氧量(COD)还是生物需氧量(BOD)都比初始混合物不进行交流电处理(参见下文)的类似制品的少，所以，鉴于制品比原材料的被氧化程度更大，在本发明的方法中，大气的氧可能起了作用。

另外，通过显微镜观察发现，制品含有植物细胞，细胞膜已在处理过程中断裂，在工步(d)(就是通过例如螺旋加压分离器或离心机分离出多余的含水液体后)收回的固态制品通常含有50％的水，并能够吸收至少3倍于(最好是至少6倍(例如5～10倍)于其本身重量的水。

在本发明的一个特定的实施例中，原料是动物粪便与造纸厂废浆(sludge)的混合物，其混合体积比为约(1∶10)～约(10∶1)。

按上述的方法制造固态制品的本发明的装置在有效组合中包括4种装置。

本发明装置的第一装置用于提供基本上是固态的原料，包括动物的粪便。这种第一装置可以是例如多个现有技术中公知的料斗。

本发明装置的第二装置用于使上述的基本上是固态的原料与水混合成含水混合物。如上所述，这种第二装置可以是例如一种机械浸渍器或混合器和/或搅拌器或它们的组合。

本发明装置的第三装置用于从来自反应装置(下面再详细说明)的制品中分离出多余的液体，并收回所需的固态制品，上述第三装置可以是例如螺旋加压分离器或离心机。

参看附图中的图1和图2(未按比例画出)，如图所示，本身也构成本发明的一部分的反应装置具有：一个大致为长形的、形成一个由绝热壁6界定的反应空间4的管式反应器2；供含水混合物沿箭头所指方向流过反应空间4的入口8和出口10；以及分别协同地设置在反应空间4内并与频率为5Hz～200KHz的交流电源(例如图1的电源14)相连接、从而形成了当含水混合物流过反应空间4时对其施加交流电的装置的相电极16和零电极18。

反应器2周围的区域12保持对反应空间4的密封，并用于安装电支承件(electric support)、电缆、电子反馈件(electronic feedback)等。按照一个非限定性的实例，反应空间4的直径可为2m，并且可由PVC(聚氯乙烯)制成，而电极则可由不锈钢制成。

附图的图3a～3g示出相电极16和零电极18在反应空间内的多种示例性的不解自明的排列(不一定按比例画出)。可以看出，相电极和零电极互相平行地设置，并且大致垂直于流过反应器的被处理的材料。一般而言，相电极之间的距离大于相电极与零电极之间的距离，并且该距离大致与所加电压成正比。

通过电反馈并按公知的方法控制可使电参数保持恒定，而流动中的被处理材料的导电性则可根据该材料的浓度和类型以及温度而加以改变。但是，反应物流一般足以冷却电极上发出的热量，通常不需要额外的冷却。

图4所示的装置代表本发明装置的现行最佳实施例，该装置可使本发明的方法按连续的方式予以实施而对本发明各种参数的普遍适用性没有不利的影响。将原料例如牛粪或牛粪与造纸厂废浆(sludge)的混合物通过料斗20和22(分别加入所述各组分的混合物)加入混合容器24中。同时通过管道26将水加入混合容器24。粪便(或其与造纸厂废浆(sludge)的混合物)与水的体积比是例如约1∶2。含水的组分通过搅拌器28充分搅拌混合，该搅拌器28由马达34带动沿箭头30所指方向绕轴线32转动。为了保证各种待处理组分更有效地混合，通过泵38和管道40将一部分组分沿箭头42再循环到容器24内。与此同时，将一部分组分向上泵送，从阀44进入管式反应器46。图中标号48简单示出电源和反馈机构，通过电缆50供入例如380V、100Hz的交流电。如上所述，混合物在反应器46内的驻留时间可以改变，但是通常约为15秒或约30秒或约1分钟。通过导管58将处理过的混合物导引至带有挡板56的中间容器54内，并往容器54中添加水52，以保证反应产物有效地沿长箭头方向流至出口管60，并从此流至料斗62，再由料斗62送入由马达66带动的螺旋分离器64内。从该分离器64的出口排出所需的反应产物68，最后，通过重力流到其堆积处70，并由一未示出的装置运走。

通过分离流出的液体流入容器72内，并通过阀74排出。必要时，如果流出物中至少有一些新鲜的水可以用的话，便可通过一种装置(未示出)使之部分地返回到容器24内。上述的流出物富含植物营养素，可以用于灌溉或用于制备肥料。

下表列出用粪便原料按上述方法加工的制品的典型数据，该数据由以色列农业部和一个民间实验室测试：

	处理前	处理后
	处理前	处理后	TSS^*	3640	3420
COD	12560	9770	TSS^*	3640	3420
COD	12560	9770	BOD	10800	8780

^*总悬浮固形物，mg/l

表中数据说明，本发明的方法在生态学上是有利的，并且可能是一种氧化过程。

虽然上面结合具体实施例说明了本发明，但是，很显然，本领域普通技术人员可作许多替换、改型和改变。因此本发明应包含所有符合所附权利要求规定的精神和广义范围的上述替换、改型和改变。

Claims

1.制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的制品的方法，包含如下步骤：用预定频率的交流电对含有大致为固态的动物粪便原料的含水混合物处理一段规定的时间，然后通过除水处理而收回能吸收几倍于其本身重量的水的无气味的固态制品。

2.根据权利要求1的方法，其中，本发明的各步骤还以下列参数中的至少一个参数为其特征：

(i)上述的动物是食草动物；

(ii)上述的大致为固态的原料与水之体积比约为(1∶1)～(1∶4)；

(iii)上述交流电的电压约为10～1000V；

(iv)上述的处理时间约为5秒～10分钟；

(v)上述收回的固态制品可以吸收至少6倍于其本身重量的水；

(vi)上述交流电的预定频率为5Hz～200KHz；

(vii)上述无气味的固态制品在收回后能吸收3～10倍于其本身重量的水；

(viii)上述无气味的固态制品还没有微生物。

3.根据权利要求1的方法，其中，上述的处理是通过使上述含水的混合物流过一个反应器而进行的，上述的反应器具有提供上述交流电的装置。

4.根据权利要求1的方法，其中，上述的大致为固态的原料包括原始的动物粪便。

5.根据权利要求1的方法，其中，上述的大致为固态的原料包括动物粪便与造纸厂废浆的混合物。

6.根据权利要求5的方法，其中，上述的动物粪便与上述造纸厂废浆的体积比约为(1∶10)～(10∶1)。

7.可按权利要求1所规定的方法获得的一种可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的无气味、无微生物且能吸收几倍于其本身重量的水的多孔性制品。

8.一种可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的制品，由经过电处理的动物粪便组成，该制品是无气味、无微生物和多孔的，并能吸收几倍于其本身重量的水。

9.一种用于制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的能吸收几倍于其本身重量的水的无气味的多孔性固态制品的装置，该装置由一条生产线构成，该生产线依次包括：

(a)一个用于将包括动物粪便的大致为固态的原料供入本装置内的第一装置；

(b)一个使上述的大致为固态的原料与水形成含水混合物的第二装置；

(c)一个用预定频率的交流电处理上述的含水混合物的反应装置；

(d)一个从来自上述反应装置的制品中分离掉过多液体并收回上述固态制品的第三装置。

10.根据权利要求9的装置，其中，上述的反应装置具有：一个总体上为长形的并构成一个由绝缘壁界定的反应空间的反应管；供上述含水混合物流过上述反应空间的进、出口装置；和协同地设置在上述反应空间内并与频率为5Hz～200KH₂的交流电源相连接的相电极和零电极，它们形成在上述混合物流过上述反应空间时对其施加上述电流的装置。

11.一种在制造可用作人造土壤、土壤调节剂或泥炭代用品的能吸收几倍于其本身重量的水的无气味的多孔性固态制品的装置中使用的反应装置，该反应装置具有一个形成一个由绝缘壁界定的反应空间的反应器，该反应器具有供上述含水混合物流过上述反应空间的进、出口装置，并具有协同地设置在上述反应空间内且与预定频率的交流电源相连接的相电极和零电极，它们构成在上述混合物流过上述反应空间时对其施加上述电流的装置。

12.根据权利要求11的反应装置，其中，上述的预定频率为5Hz～200KHz。