CN1860085A - 结合生物固体和高浓度铵的液体肥料 - Google Patents

结合生物固体和高浓度铵的液体肥料 Download PDF

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加里·L·达姆斯
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Abstract

本发明涉及一种利用生物固体和高浓度氮及其它必要植物养分制造液体农业肥料的方法及所得到的产品。

Description

结合生物固体和高浓度铵的液体肥料
相关申请的引用
本申请要求名称为″Liquid Fertilizer Incorporating Biosolids and HighConcentrations of Ammonia″的美国临时申请60/473,198和名称为″OrganicRecycling with Metal Addition″的美国临时申请60/473,197的优先权，它们的全部内容都通过引用而结合在此。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种利用生物固体和高浓度氮及其它必要植物养分制造液体农业肥料的方法及所得到的产品。
2.背景描述
用于处理废水污泥的方法以制造高氮的液体肥料，即基于干固体大于7重量％氮的液体肥料，所述的液体肥料是稳定的，并且在微生物和化学上是安全的，并且使得在制造或使用的过程中没有显著的氮排放。需要用于将污泥转变成为增值的肥料的安全有益利用的方法，以处理大量由城市和工业产生的废水污泥。
用于制造可以用于农业的有益利用增值产品的城市废水污泥处理的现有技术遵循增加含污泥物质的干燥度或百分比固体的范例。这导致生产固体状产品、有机附聚的石灰(organic ag-limes)、干燥丸状或粒状产品，或在美国专利5,984,992和6,159,263的实例中，含高氮和硫和/或磷的粒状肥料。这些基本上干燥(大于50％固体)的产品不是流体，将不能通过ASTM标准涂料过滤试验，并且按照40 C.F.R.§503(用于含生物固体的产品USEPA细则)，可能不能制造成为B类或A类标准。不能将这些产品用于通常在商品农业生产中采用的常规液相区和农作物灌溉系统。
在城市废水处理厂中制备1％至15％生物固体的液体污泥的一般实践为B类土地施用方法，所述的液体污泥被简单地喷射或施用至农业土地上。虽然这些污泥含有一些氮、磷和有机物质，但它们不是增值的产品，并且实施该方法的那些城市府或公司承受持续的社会和政治压力，以将它们的污泥加工转变为更安全和更少气味的实践。
发明概述
本发明克服了与现行策略有关的问题和缺点，并且设计和提供了用于产生稳定的、微生物病原体安全的、气味可接受的或无味的液体肥料产品的新工具和方法，所述的液体肥料产品将城市废水污泥或粪肥与高值氮和其它养分结合，使得混合物可以被有利地用于园艺或商品农业。
本发明的一个实施方案涉及处理有机物质如，优选废水污泥饼或生物固体的方法，以使有机物质转变为具有高氮含量的液体肥料。优选地，氮含量大于7％干固体重量的产品。还优选地，产品是稳定的、在微生物学上和化学上是安全的，使得在产品的制造或使用的过程中没有显著的氮排放。稳定是指该产品可以在长时期内贮存，并且在此富含养分的液体肥料混合物的贮存过程中没有显著的微生物再生长。优选地，有活力的粪便大肠菌类的数目低于1000MPN/克干重产品。
本发明的另一个实施方案涉及制造流动的液体氮肥的方法，所述的流动的液体氮肥可以容易地和经济地输送至农场地点，在此它可以被加入至商业灌溉设备中，以通过标准的液体灌溉方法将结合的养分直接供应给土壤和/或农作物。
本发明的另一个实施方案涉及调节液体肥料的pH，以使pH对于土壤改良或对于农场主的土壤管理计划是有利的。这在农作物在过分酸性土壤的生长中或备选地，过分碱性或石灰质的土壤中的生长，或者在为了最佳生产而需要特殊pH管理的农作物生长而言，将是特别有利的。
本发明的另一个实施方案涉及污泥稳定方法，使得污泥可以被灭菌，并且可以与氮化合物化学结合，所述的氮化合物如优选地，硫酸铵、磷酸一铵和二铵、硝酸铵和尿素。可以将该有机和无机化学品混合物保持于流动的液体状态，使得它可以容易地和经济地输送至农场地点，在此它可以被加入至商业灌溉设备中，以将结合的养分通过标准的液体灌溉方法直接供应给土壤和/或农作物。这种化学品结合的优点之一在于，由于在产品的制造过程中发生的反应在病原体方面是安全的，即达到了USEPA的用于含生物固体的产品的40CFR Part 503 A类(优选地)或B类标准。该实施方案的再一个优点在于，由于在制造该产品的过程中发生的反应含有水解的有机化合物，所述的有机化合物是由污泥组分中原来含有的有机物的分解得到的。于是，土壤微生物或植物可以更容易地利用这些更小的有机组分来提高生产率，和/或这些更小的有机组分可以与以盐的阴离子形式如硫酸根离子或磷酸根离子和以阳离子形式如铵离子存在于肥料中的无机盐形成络合物，使得这些养分可以抗挥发，并且显示出养分向土壤中的慢扩散，从而农作物可以更有效地吸收养分。
本发明的另一个实施方案涉及污泥稳定方法，其中污泥被灭菌，并且通过共混与氮肥化合物结合，所述的氮肥化合物如优选地，硫酸铵、磷酸一铵和二铵、硝酸铵和尿素。可以将该有机和无机化学品混合物保持于流动的液体状态，使得它可以容易地和经济地输送至农场地点，在此它可以被加入至商业灌溉设备中，以通过液体灌溉方法将结合的养分直接供应给土壤和/或农作物。
本发明的另一个实施方案涉及根据本发明制备的液体肥料，其可以被用于例如水栽法耕作环境。
本发明的其它实施方案和优点部分地列于下面的描述中，并且部分可以由此描述是明显的，或可以由本发明的实践所教导。
附图说明
图1是根据本发明一种优选方法的流程图。
发明描述
如此处所具体化和广泛描述的，本发明涉及一种制备稳定的、微生物病原体安全的液体肥料产品的方法，所述的液体肥料产品将生物固体，如优选城市废水、污泥或粪肥与高值氮和其它养分结合，使得混合物可以被有利地用于园艺或商品农业。
根据本发明，提供一种方法用于处理有机物质，如优选废水污泥饼或生物固体，使得它转变为稳定的、微生物学和化学上安全的高氮液体肥料，并且使得在制造或使用过程中很少至没有显著的氮排放。稳定的是指产品可以在长时期内贮存，或者是指在此富含养分的液体氮肥混合物的贮存过程中很少至没有显著的微生物再生长。优选地，粪便大肠菌的数目保持低于1000MPN/克干重产品。
根据本发明可以处理的生物固体包括任何和所有有机废料。这包括但不限于城市脱水污泥，或原始生污泥、废活性污泥、厌氧消化的或需氧消化的污泥；由抗菌剂和其他药物产品生产得到的污泥；细菌发酵污泥；由啤酒和葡萄酒生产得到的污泥；菌类堆肥废料；造纸厂污泥；有机污泥，其可由微生物分解的占大多数但不是生物或微生物源；由食品生产，例如谷类产品产生的污泥；来自回收的有机产品如纸产品的含微生物的污泥；在化学品生产过程中由微生物产生的污泥；工业污泥；微生物活动的副产物、特别是涉及食品生产的副产物；和来自畜牧生产的污泥，特别是由通过微生物消化或以别的方式分解的动物有机废料而产生的污泥。
通过根据本发明处理生物固体，产生所需要的产品，其：
利用生物固体，所述的生物固体可以是下列中的一种：城市废水液体污泥和脱水污泥饼、粪肥、药品废物、工业微生物废物，或任何微生物消化的食物或生物废物产品、或城市固体废物的有机提取物、或来自上述的任何一种的液体提取物；
是在温度、压力、氨曝露和酸性条件的组合下处理的，以杀死任何病原体，所述的病原体可能是由于在反应和/或混合物中结合生物固体而存在的；
在病原体方面是安全的，即达到了USEPA的含生物固体的产品的40CFR Part 503 A类(优选地)或B类标准；
其按干重量计可以含有7至22重量％的无机氮，但优选按干固体重量计含有14重量％或更高的氮，或更优选按干固体重量计含有1重量％的氮；
其按干固体重量计含有7至24重量％的无机硫或无机磷，但优选按干固体重量计含有14重量％或更高的硫或磷；
其可以得到肥料，所述的肥料含有无机养分阴离子的混合物，如在放热反应中将硫酸和磷酸同时与液体或气体无水氨结合所得到的磷酸盐和硫酸盐的混合物；
最初在酸性条件下处理，以最小化和防止在污泥处理过程中和之后的含氮化合物的排放；
利用浓无机酸和液体或气体无水氨，以供给无机养分的主要来源以及使微生物减少的反应热量；
其可以利用十字管接头或管式反应器机构，以使浓无机酸与液体或气体无水氨反应，生成通过注射液化生物固体而冷却的铵盐；
含有与混合物中的无机养分络合的有机部分；
其得到由与铵盐分子结合的有机分子形成的络合物；
使液体混合物的微生物再生长和潜在的微生物污染的机会最小化；
为其浓缩形式，大于5％悬浮和可溶性固体，优选大于10％悬浮和可溶性固体，并且更优选大于20％悬浮和可溶性固体(80％或更少的水)；
其对于公众或商品农业使用是安全的，如由用于含生物固体的产品的40 CFR Part 503 A类或B类细则所规定的。
其对液体肥料施用的土壤将是有益的，原因在于可以调节和/或控制土壤的pH，并且使得有机性提高的无机氮肥可以提高土壤微生物和/或提高由目标植物根结构吸收的养分，以允许和提高农作物的产量；
可以因其N、P、S值而作为商品液体农业肥料销售；并且
在其成品中，为液体混合物形式，其可以直接或稀释到农场灌溉系统中使用。
根据一个优选实施方案的方法示于图1中。图1的方法部分地解释于美国专利6,406,510中，该专利的公开内容通过引用而结合在此。
图1的方法中所使用的混合物可以含有设计用来帮助保持混合物于悬浮液中的乳化剂和或化学试剂。
典型地，加入养分归并至城市生物固体的稳定，并且可以包括十字接头或管式反应器或其它容器的使用，所述十字接头或管式反应器或其它容器设计用于通过使用液体或气体无水氨和浓酸而生成铵盐。由与来自生物物质的固体混合的无机盐浓度产生的摩尔渗透压浓度，如由有气味的腐败物公害的产生所规定的，防止任何微生物污染或再生长变得显著。
选自氧化铁、磷酸铁、硫酸铁或碳酸铁的铁化合物的加入可以有利于混合物的增溶，以及有助于任何气味的减少，所述的气味可能是由在反应中有机生物固体的结合而导致的。得到的有机铁络合物还用来促进铁作为目标农作物营养中的微量养分的实用性。还可以实施本发明的方法，使得其产品将满足USEPA 40C.F.R.§503 A类或B类病原体标准。使用该病原体标准的备选方案1、时间和温度细则可以达到A类标准。可以提供用于达到A类产品标志的备选方案1，原因在于浓酸与液体或气体无水铵的放热反应。可以通过使用选自硫酸、磺酸、磷酸、盐酸或硝酸的浓酸来实现这些放热反应。该化学反应使混合物达到由USEPA在USEPA C.F.R.§503中公布的时间/温度要求，使得503细则的病原体杀灭成分得到满足。
对于本领域的技术人员而言，考虑到此处所公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施方案和用途将是清楚的。此处引用的所有参考文献，包括美国临时申请60/473,197及与此同时提交的相应非临时申请，美国专利申请08/852,663、09/735,768和09/416,370，所有出版物，所有的美国和外国专利和专利申请，以及所有出版的法规和标准，都通过引用而具体和全部地结合在此。意图是认为说明书和实施例仅是示例性，其中本发明的真实范围和精神由后附权利要求所指示。

Claims (36)

1.一种包括将有机物质转变成最初无菌和具有预定氮含量的液体肥料的方法。
2.权利要求1的方法，该方法还包括十字接头或管式反应器机构，以使浓无机酸与液体或气体无水氨反应，生成通过注射冷却的铵盐。
3.权利要求1的方法，该方法还包括预先确定液体肥料的pH或pH范围。
4.权利要求1的方法，其中浓缩形式的液体肥料含有大于5％悬浮和可溶性固体。
5.权利要求1的方法，其中浓缩形式的液体肥料含有大于10％悬浮和可溶性固体。
6.权利要求1的方法，其中浓缩形式的液体肥料含有大于20％悬浮和可溶性固体。
7.权利要求1的方法，该方法还包括加入浓酸，使得液体肥料的氮含量基于干固体大于7重量％。
8.权利要求1的方法，该方法还包括加入浓酸，使得液体肥料的氮含量基于干固体大于12重量％。
9.权利要求1的方法，该方法还包括加入浓酸，使得液体肥料的氮含量基于干固体大于17重量％。
10.权利要求1的方法，该方法还包括加入浓酸，使得液体肥料的硫或磷含量基于干固体大于7重量％。
11.权利要求1的方法，该方法还包括加入浓酸，使得液体肥料的硫或磷含量基于干固体大于12重量％。
12.权利要求1的方法，其中有机物质包括生物固体或污泥。
13.权利要求1的方法，其中有机物质选自：城市脱水污泥、原始生污泥、废活性污泥、厌氧消化或需氧消化的污泥；由抗菌剂和药物产品生产得到的污泥；细菌发酵污泥；由啤酒或葡萄酒生产得到的污泥；菌类堆肥废物；造纸厂污泥；有机污泥，其可由微生物分解但不是生物或微生物源；由食品生产、谷类产品产生的污泥；来自回收的有机产品的含微生物的污泥；在化学品生产过程中由微生物产生的污泥；工业污泥；微生物活动的副产物、食品生产的副产物；来自畜牧生产的污泥、由通过微生物消化或以别的方式分解的动物有机废物而产生的污泥，以及它们的组合。
14.权利要求1的方法，其满足或超过病原体的USEPAA类微生物学标准。
15.由权利要求1的方法制造的液体肥料。
16.一种方法，该方法包括：
由有机物质产生污泥淤浆；
将氮化合物结合入所述的污泥淤浆中；和
在保持液态的同时，对所述的污泥淤浆进行灭菌。
17.权利要求16的方法，其中所述的有机物质包括脱水的废水污泥饼。
18.权利要求16的方法，其中将灭菌的污泥淤浆转变成为高氮液体肥料，所述的高氮液体肥料是稳定的，并且对于向农作物施用在微生物和化学上是安全的。
19.权利要求16的方法，该方法不产生氨或氮氧化物形式的氮的显著排放。
20.权利要求16的方法，该方法还包括由稳定的灭菌污泥淤浆制造液体肥料。
21.权利要求16的方法，该方法还包括最初在酸性条件下处理有机物质，以在操作过程中将含氮化合物的排放最小化。
22.权利要求16的方法，该方法还包括加入浓无机酸和液体或气体无水氨。
23.权利要求22的方法，其中加入浓无机酸和液体或气体无水氨产生热量，所述的热量至少部分地减少微生物有机体并且保持所述的液态。
24.权利要求22的方法，其中所述的浓无机酸和液体或气体无水氨使有机化合物与无机阴离子和阳离子反应，生成络合物。
25.权利要求24的方法，其中所述的络合物减少氮的挥发。
26.权利要求24的方法，其中所述的络合物能够扩散入土壤中。
27.权利要求22的方法，其中该方法的温度、压力、氨曝露和酸性条件的组合杀死存在于有机物质中的病原体。
28.权利要求22的方法，其中浓酸和无水氨在十字接头或管式反应器中的反应产生的热量、压力和pH的组合引起存在于有机物质中的有机分子水解。
29.权利要求16的方法，该方法还包括加入乳化剂或化学试剂以保持悬浮液。
30.由权利要求16的方法制造的肥料产品。
31.权利要求30的产品，其可以在长时期内贮存。
32.权利要求30的产品，其中在贮存过程中没有显著的微生物病原体再生长。
33.权利要求30的产品，其有活力的粪便大肠菌类的数目低于1000MPN/克干重产品。
34.权利要求30的产品，其是无菌的，并且化学结合有氮化合物。
35.权利要求34的产品，其中所述的氮化合物包含硫酸铵、磷酸一铵或二铵、硝酸铵、尿素或它们的组合。
36.一种将养分结合入土壤中的方法，该方法包括将权利要求30的产品施用至所述的土壤中。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104245631A (zh) * 2011-03-28 2014-12-24 维塔格控股有限责任公司 高价值有机增强的无机肥料
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