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CN117136176A - 用于处理家禽垫料的方法和设备 - Google Patents

用于处理家禽垫料的方法和设备 Download PDF

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CN117136176A
CN117136176A CN202180093381.0A CN202180093381A CN117136176A CN 117136176 A CN117136176 A CN 117136176A CN 202180093381 A CN202180093381 A CN 202180093381A CN 117136176 A CN117136176 A CN 117136176A
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poultry litter
anaerobic digester
effluent
litter
poultry
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CN202180093381.0A
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道格·瓦诺尔努姆
斯蒂芬·W·德沃拉克
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Dvo Franchise Co
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Abstract

本文的方法、系统和设备提供了处理家禽垫料的独特和新颖的工艺。在一个实施例中，家禽垫料被厌氧消化以产生沼气和一种以上的营养素。在一个实施例中，在厌氧消化之前，利用再循环消化物润湿家禽垫料。

Description

用于处理家禽垫料的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请是2020年12月15日提交的第63/125,706号临时申请的非临时申请，并要求该临时申请的优先权，该临时申请的全部内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本文公开的方法、系统和设备可以用于有效且高效地处理家禽垫料。在一个实施例中，本文公开的方法、系统和设备可以用来处理家禽废弃物和生成沼气，并且回收磷和氨。本文公开的方法、系统和设备提供了一种综合的废弃物管理的方法。
背景技术
美国每年产生数百万吨的家禽垫料，几乎全部来自精养系统。家禽垫料是主要由垫底材料(各种木质纤维素材料中的一种)、羽毛、溢出的动物饲料、刨花、死物、花生壳和家禽排泄物组成的固体废弃物。垫底材料与排泄物的相对比例变化很大，垫料的化学性质也是如此。垫料中还可能存在病原体、杂草种子和药物污染物。由于各种气味或其前体，垫料当然是恶臭的。除了游离氨，还发现了诸如硫醇、硫化物、二酮、吲哚和粪臭素的气味物质。垫料包含并在储存和堆肥过程中生成许多挥发性有机化合物(VOC)。
家禽垫料通常由30％的垫底材料和70％的排泄物组成。因此，垫料是包括糖、脂肪酸、纤维素、木质素和提取物、维生素和氨基酸的许多化合物的复杂混合物。家禽垫料天然包含植物所需的所有营养素、次要营养素和微量营养素，包括N、P、K、S、Zn、Ca、Mg、Mn、B以及Cu。垫料的营养素含量取决于许多因素，包括管理实践、所用垫底材料的类型、饲料等。通常，以干基计算，家禽垫料包含1％-4％的N、25％-35％的碳、1.4％-6.6％的P2O5、1.3％-4.1％的K2O和0.3％-2％的S。由于家禽饲养场中使用垫底材料，家禽垫料还包含高水平的木质纤维素。所用的垫底材料是容易获得的森林和农业废弃物，诸如稻草、木屑、花生壳和稻壳。家禽垫料与用于产生肥料的其他废弃物有很大不同。除了木质纤维素之外，家禽垫料还包含多种有机化合物，并且这些有机化合物不同于粪肥、污水和生物固体中的有机化合物。
家禽垫料被认为是水体硝化的重要来源。由于对家禽产品的需求和人口增长，家禽生产稳步增长，因此这种生产的废弃物也在增加。保护环境的努力导致了法规的产生，这些法规导致当地生产者/农民奋力满足州强制规定的营养素管理计划要求，同时还要以较低的利润率保持偿付能力。
目前，仅美国每年就产生1300万吨家禽垫料。消费更多家禽的不断增长的人口也需要来自农作物的不断增加的食物供应，这需要肥料。家禽垫料被用作肥料，因为它是有大量文件记载的主要植物营养素(氮、磷和钾)、次要营养素(硫、镁和钙)和如锌、铜、铁、硼、镍、锰和钼的微量营养素的来源。然而，无论是以原始形式还是如堆肥或滚筒(rotarydrum)热处理的传统处理之后，使用家禽垫料作为肥料都不是营养高效、节能的，或者对我们的健康或环境是安全的。此外，即使是经过热处理的垫料，当暴露在潮湿或雨水中时也会散发出难闻的气味。此外，垫料运输商面临着家禽垫料供应不断增加和土地申请的可用性不断减少的问题。这导致垫料的堆积，进一步造成温室气体释放、潜在的沥滤和径流、人类和动物接触病原体以及垫料中营养素流失的问题。
家禽垫料以多种方式造成人类健康问题。未经处理的垫料灰尘不仅气味难闻，还会在空气中携带对人类有害的病原体。这些病原体也有可能传播给在利用垫料处理过的土地上吃草的牲畜，以及利用用作肥料的垫料种植的蔬菜和其他农作物。缓解该问题的典型方法包括堆肥或堆放垫料。这些方法允许在应用前加热杀死病原体。
堆肥和堆放垫料对我们的环境具有额外的负面效果，即释放气体和降低空气质量。如上所述，病原体可以通过家禽垫料传播到空气中。由于脱氮和氨挥发、径流和沥滤，堆肥垫料还会造成氮和磷的损失。这些损失可能相当高。
家禽粪肥的厌氧消化(AD)具有几个重要的好处：产生更稳定的使用产品，去除令人讨厌的气味，保持垫料的营养价值，减少对载体的吸引，并且产生可再生燃料。然而，由于家禽垫料的异质性和复杂性质，消化家禽垫料在操作上非常具有挑战性，这也是为什么现在更多的基于家禽的AD系统没有被使用的一个原因。因此，非常需要能够提供高效且成本有效的家禽垫料的厌氧消化的方法和设备。
发明内容
本公开提供了将家禽垫料转化为许多有价值的商品的方法、系统和设备，所述有价值的商品包括但不限于沼气、肥料、磷、氨盐和动物垫底材料。
在一个实施例中，家禽垫料被处理以产生无有害气味、无有害病原体和病毒、无活的杂草种子、无药物、类固醇和杀虫剂的有价值的干燥、均匀平衡的颗粒状或颗粒状肥料。
在一个实施例中，家禽垫料被处理以产生无有害气味、无有害病原体和病毒、无活的杂草种子、无药物、类固醇和杀虫剂的动物垫底材料。
在一个实施例中，本公开涉及一种处理包括润湿的家禽垫料的家禽垫料的方法。在一个实施例中，使用来自厌氧消化器的消化物润湿家禽垫料。在一个实施例中，消化物已经从消化器中去除并允许沉淀一段时间。在一个实施例中，消化物被允许沉淀在坑、缸或塘(lagoon)中。
在一个实施例中，本公开涉及一种处理家禽垫料的方法，所述方法包括润湿家禽垫料并从润湿的家禽垫料中去除生物质。在一个实施例中，从润湿的家禽垫料中去除生物质包括使用滚筒。
在一个实施例中，本公开涉及一种处理家禽垫料的方法，所述方法包括润湿家禽垫料和在不添加酸的情况下从润湿的家禽垫料中去除生物质。在一个实施例中，本公开涉及在不添加酸和不需要部分中和和氨化步骤的情况下从润湿的家禽垫料中去除生物质。
在一个实施例中，本公开涉及一种处理家禽垫料的方法，所述方法包括：(a)润湿家禽垫料；(b)从步骤(a)的润湿的家禽垫料中分离生物质，以产生家禽垫料流入物；以及(c)在厌氧消化器中消化来自步骤(b)的家禽垫料流入物，以产生厌氧消化器流出物和沼气。
在一个实施例中，本公开涉及一种处理家禽垫料的方法，所述方法包括：(a)润湿家禽垫料以产生润湿的家禽垫料，其中，润湿的家禽垫料的总固体含量至少比起始家禽垫料的总固体含量少50％；(b)从步骤(a)的润湿的家禽垫料中分离生物质，以产生家禽垫料流入物；以及(c)在厌氧消化器中消化来自步骤(b)的家禽垫料流入物，以产生厌氧消化器流出物和沼气。
在一个实施例中，润湿的家禽垫料包括使用来自厌氧消化器的再循环消化物。在另一个实施例中，从步骤(a)的润湿的家禽垫料中分离生物质包括使用滚筒。
在一个实施例中，本公开涉及一种处理家禽垫料的方法，所述方法包括：(a)从厌氧消化器获得第一厌氧消化器流出物；(b)从厌氧消化器流出物中回收磷；(c)对厌氧消化器流出物进行缓冲和脱气，以产生再循环消化物；(d)利用再循环消化物润湿家禽垫料；(e)从步骤(d)的润湿的所述家禽垫料中分离木质生物质，以产生家禽垫料流入物；以及(f)在厌氧消化器中消化来自步骤(e)的所述家禽垫料流入物，以产生第二厌氧消化器流出物和沼气。
在一个实施例中，本公开涉及一种系统，所述系统包括厌氧消化器、营养素回收系统、收集和润湿坑、分离装置和混合槽。
在一个实施例中，本公开涉及一种系统，所述系统包括厌氧消化器，其被配置为产生厌氧消化器流出物；营养素回收系统，其被配置为从厌氧消化器流出物中回收营养素，营养素包括但不限于氨和磷；沉淀系统，其被配置为允许对流出物进行缓冲和脱气，并且产生再循环消化物；收集和润湿坑，用于将再循环消化物与家禽垫料混合；分离装置，其被配置为从所述家禽垫料中去除木质生物质并且产生家禽垫料流入物；以及混合槽，用于混合来自所述木质生物质的沥滤液和家禽垫料流入物。在一个实施例中，再循环消化物也是在分离装置中使用的洗涤水。
附图说明
图1是用于处理家禽垫料的系统的代表性示意图，该系统尤其包括预润湿坑、旋转筛(rotary screen)、消化器混合槽、厌氧消化器和营养素回收系统。
图2是用于处理家禽垫料的系统的代表性实施例的示意图。
图3是营养素回收系统的一个实施例的示意图。
在详细解释本发明的一个实施例之前，应当理解本发明的应用不限于以下说明中阐述的或附图中所示的部件的构造和布置细节。这些方法和设备能够有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应当被认为是限制性的。本文中“包括”和“包含”及其变体的使用意味着包含其后列出的项目及其等同物以及附加项目。
具体实施方式
定义
本公开中的数值范围是近似，因此除非另有说明，否则可包括该范围之外的值。数值范围包括来自并包括下限值和上限值的所有值，以一个单位为增量，只要在任何较低值和任何较高值之间存在至少两个单位的间隔。例如，如果组成的、物理的或其它性质(诸如分子量，粘度、熔融指数等)为100至1,000，则它旨在明确列举所有的单个值(诸如100，101，102等)和子范围(诸如100至144，155至170，197至200等)。对于包含小于1的值的范围或包含大于1的小数的范围(例如，1.1，1.5等)，一个单位视情况被视为0.0001，0.001，0.01或0.1。对于包含小于10的单个数字的范围(例如，1到5)，通常认为一个单位是0.1。这些仅仅是具体意图的示例，并且所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为是在本公开中明确陈述的。此外，在本公开中提供了混合物中组分的相对量的数值范围，以及方法中列举的各种温度和其他参数范围。
如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”指一个或一个以上，除非上下文另有明确规定。
如本文所用，术语“厌氧消化器流出物”包括直接从厌氧消化器中去除的流出物、从消化器中去除并与大固体分离的流出物、从消化器中去除并与细固体分离的流出物、从消化器中去除并与大固体和细固体分离的流出物；从消化器中去除并被曝气的流出物；从消化器中去除并被加热的流出物；从消化器中去除并被加热和曝气的流出物；从消化器中去除被加热和曝气以及与固体分离的流出物；从消化器中去除、被加热、被曝气以及用于从沼气中去除H2S的流出物；从消化器中去除、被加热、被曝气、与固体分离以及用于从沼气中去除H2S的流出物；从消化器中去除、被加热、被曝气、用于从沼气中去除H2S以及再生至碱性pH的流出物；从消化器中去除、被加热、被曝气、与固体分离、用于从沼气中去除H2S以及再生至碱性pH的流出物；从消化器中去除、被加热、被曝气、用于从沼气中去除H2S、再生至碱性pH以及用于从沼气中去除CO2的流出物；以及从消化器中去除、被加热、被曝气、与固体分离、用于从沼气中去除H2S、再生至碱性pH以及用于从沼气中去除CO2的流出物。
在一个实施例中，厌氧消化器流出物包括在水力停留时间为21天的厌氧消化器中消化废弃物材料获得的流出物。
在一个实施例中，厌氧消化器流出物包括在废弃物材料消化结束时从厌氧消化器获得的流出物。
如本文所用，术语“生物反应器”、“反应器”或“发酵生物反应器”包括由一个以上的容器和/或塔或管道布置组成的发酵装置，其包括连续搅拌釜式反应器(CSTR)、固定化细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、鼓泡塔、气举发酵罐、静态混合器或其它适于气液接触的装置。
如本文所用，术语“鸡粪肥”旨在指可以用作肥料的鸡排泄物。
如本文所用，术语“包括”意味着“含有”。例如，包括或含有“A”和“B”的装置包含“A”和“B”，但是可以可选地包含“C”或除了“A”和“B”之外的其他部件。包括或含有“A”或“B”的装置可以包含“A”或“B”或“A”和“B”，以及可选地一个以上的其他部件，诸如“C”。
如本文所用，术语“分层粪肥”是指来自产蛋鸡的纯废弃物产品。
如本文所用，术语“粪肥”是指包括动物粪便、饲料残渣和毛发的动物废弃物。
如本文所用，术语“粪肥浆体(slurry)”旨在指粪肥和任何液体(例如尿液和/或水)的混合物。因此，在一个方面，当动物粪肥和尿液接触时，或者当粪肥与外部来源的水混合时，可以形成粪肥浆体。术语浆体并不意味着具体的水分和/或固体含量。
如本文所用，“家禽垫料”是粪肥、尿液、垫底材料、废弃物饲料、羽毛和死物的异种混合物，常见的垫底材料包括锯屑、刨花、麦秸、花生壳和稻壳。
如本文所用，术语“生石灰”是氧化钙(CaO)。生石灰在室温下是白色、腐蚀性和碱性结晶固体。作为商品，石灰通常还包含氧化镁、氧化硅以及少量的氧化铝和氧化铁。
如本文所用，术语“去除或减少CO2”是指消除沼气中CO2的量或百分比。消除的百分比可以小至0.5％或大于200％。
如本文所用，术语“去除或减少H2S”是指消除沼气中H2S的量或百分比。消除的百分比可以小至0.5％或大于200％。
如本文所用，术语“经处理的沼气”是指已经与碱性流出物直接或间接接触的沼气。
如本文所用，术语“再循环消化物”是指在营养素回收处理之后，随后缓冲和脱气一段时间而获得的流出物。在一个实施例中，再循环消化物包括在从厌氧消化物流出物中去除磷的营养素回收处理之后，随后缓冲和脱气一段时间而获得的流出物。在一个实施例中，再循环消化物包括在从厌氧消化物流出物中去除氨的营养素回收处理之后，随后缓冲和脱气一段时间而获得的流出物。
废弃物处理系统
如上文简述，本公开涉及处理来自例如家禽和牲畜生产设施的动物粪肥和废弃物产品的方法。
在一个实施例中，废弃物处理系统如图1所示。在一个代表性的非限制性实施例中，废弃物处理系统用于处理家禽垫料。系统10包括润湿坑/槽(20)、旋转筛(30)、消化物混合槽(40)和厌氧消化器(50)。在一些实施例中，系统(10)可以进一步包括营养素回收系统(60)。系统10可以用于处理废弃物材料并从沼气中去除包括H2S的污染物，从而产生可以用于发电和作为燃料源的沼气。
营养素回收系统包括用于磷去除的固体分离、经由空气汽提的NH3去除和利用合适的酸(诸如硫酸(H2SO4))的酸吸收。NH3处理所需的热量可以从CHP发动机中回收。
从图1的示意图可以看出，在营养素回收处理结束时，流出物的pH值大约为9.7，在储存在塘中或用作肥料之前，应当降低pH值。流出物可以再循环(再循环消化物70)并在润湿坑中与家禽垫料混合。
废弃物材料
家禽和其它牲畜通常饲养在被设计为管理由这些动物生成的粪肥和液体废弃物的设施中。例如，家禽通常饲养在包含诸如刨花、木屑和/或锯屑、溢出的食物、羽毛和粪肥的填充物的垫料床上。在垫料床上生长之后，以及在连续生长期间，垫料主要是粪肥，并且最终以新鲜的垫底材料所取代。
除了牲畜生产之外，农民还饲养家禽来生产蛋。由于工业的进步，农民们现在在高达六层楼的建筑物中将这些动物饲养在笼子中。产生的大量粪肥通常被堆积和储存在室外的存放区域。
农民以多种方式管理来自牲畜饲养设施的粪肥和液体废弃物。例如，许多农民将粪肥和液体废弃物应用于农田。其他农民将粪肥和液体废弃物从设施中直接撒到他们的土地上。
家禽和其他牲畜排泄的粪肥通常含有多种病原体，包括沙门氏菌、大肠菌群、粪大肠菌群、土壤传播的蠕虫(钩虫、蛔虫和鞭虫)、弯曲杆菌、禽流感、组织胞浆菌、荚膜真菌和大肠杆菌。这些病原体的存在对处理粪肥的农场工人造成健康风险。此外，在农作物上使用或分配含有这些病原体的粪肥会对农场工人和消费者造成健康和环境问题。
在多个方面，本公开的方法可以利用和/或处理来自诸如家禽的多种动物的动物粪肥。在一个方面，待处理的动物废弃物流可以包括家禽粪肥。在其他方面，废弃物流可以包括动物废弃物、粪便、尿液、食物、诸如木屑和/或锯屑、羽毛和其他材料的垫底材料和其他材料。在另一个方面，家禽垫料可能含有一种以上的有害微生物，诸如细菌、病毒、原生动物和/或其他寄生虫或病原体。
动物废弃物可以由现场设施提供，或者可以通过例如卡车大量输送。还应当理解，给定动物废弃物产品的性质，例如营养成分和物理性质，可以根据例如动物和/或饲养或生长设施的类型、动物废弃物储存的时间长度、环境条件等而变化。在一个方面，诸如氮含量、磷含量、钾含量、钙含量、硫含量、硼含量、镁含量、钼含量、钠含量、锰含量、锌含量、铁含量、铜含量、水分和pH的性质，可以根据动物和/或饲养或生长设施的类型而变化。例如，家禽垫料动物废弃物可以包含木屑、锯屑、羽毛和/或除粪便之外的其他物质，并且水分含量可根据垫料是来自鸡房还是产蛋设施而变化。家禽垫料可以包括各种不同尺寸的材料。
处理来自家禽和牲畜生产设施的粪肥和液体废弃物的常规方法不能解决本文所述的健康和环境问题。因此，大量的动物粪肥(诸如鸡粪肥)以及与其处理相关的问题引起了通过动物粪肥的需氧分解生产有机液体和固体肥料的新处理的开发，如本文所述。
可以使用本领域中任何合适的方法收集废弃物材料。废弃物材料包括但不限于木材、草、农业残余物、粪肥、再循环废纸和农业废弃物材料。废弃物材料的来源的示例包括但不限于牲畜生产设施，诸如牛、猪、山羊、绵羊、奶牛、马等，养鸡场、火鸡场、养鸭场、养鹅场、人类废弃物等。废弃物材料还可以包括很多形式的农产品处理设施，其可以包括与食用无关的农产品。废弃物材料也可以包括一些形式的混合废弃物，其中一部分废弃物也可以包括食物残渣。废弃物材料也可能包括混杂的纤维和变质的食物。
在另一个实施例中，废弃物材料还可以包括干草、稻草和动物隔栏或其他农业环境中常用的其他材料。在又一个实施例中，废弃物材料还可以包含尿液和清洁隔栏使用的水。在又一个实施例中，废弃物材料还可以包含额外的材料，诸如合股线、绳索和其它可生物降解或不可生物降解的材料。在又一个实施例中，废弃物材料来自奶牛农场。
在另一个实施例中，废弃物材料还可以包括来自非食用农产品的纤维，诸如竹子、油棕、椰壳纤维等。
在一个非限制性实施例中，本文公开的废弃物处理系统用于处理家禽垫料。
润湿坑
废弃物处理系统10包括润湿坑20，用于混合家禽垫料5和厌氧消化器流出物，包括但不限于再循环消化物70。家禽垫料被润湿以允许在厌氧消化器中充分混合。在一个实施例中，与起始家禽垫料材料相比，家禽垫料的水分含量可以增加至少两倍。在另一个实施例中，与起始家禽垫料材料的水分含量相比，家禽垫料的水分含量可以增加至少4倍，或至少8倍，或至少10倍。
在一个实施例中，润湿的家禽垫料的总固体含量比起始家禽垫料的总固体含量少50-99％，或比起始家禽垫料的总固体含量少60-99％，或比起始家禽垫料的总固体含量少70-99％，或比起始家禽垫料的总固体含量少80-99％，或比起始家禽垫料的总固体含量少90-99％。
在一个实施例中，与起始家禽垫料的总固体含量相比，润湿的家禽垫料的总固体含量减少30％，或40％，或50％，或60％，或70％，或80％，或90％，或91，或92，或93，或94，或95％，或96％，或97％，或98％，或99％。
在一个实施例中，家禽垫料在润湿坑或围栏中停留少于48小时。在一个实施例中，家禽垫料在润湿坑或围栏中停留1小时至24小时。在一个实施例中，家禽垫料在润湿坑或围栏中停留6小时至24小时。在一个实施例中，家禽垫料在润湿坑或围栏中停留12小时至24小时。在一个实施例中，家禽垫料在润湿坑或围栏中停留18小时至24小时。
在一个方面，如果需要，可以在处理的该步骤或任何后续步骤中，使用水和/或富含营养素的液体，包括但不限于再循环消化物70，来调节水分含量。
在一个方面，使用富含营养素的液体可以最小化和/或消除动物废弃物中可能存在的一种以上期望的营养素的稀释。示例性的营养素可以包括对肥料或农业应用有益的那些化合物，诸如氮、磷和钾。在一个方面，富含营养素的液体可以是源自本文所述处理方法的水，例如，已经与动物废弃物接触的水，包括但不限于再循环消化物70。
在另一个方面，可使用动物废弃物或所需化合物单独制备富含营养素的液体。在一个方面，富含营养素的液体由与动物废弃物接触的水制备，其不会将非有机成分引入处理过程。在处理过程中使用的富含营养素的液体和水(例如清洁水或城市用水)的比例可以变化，这取决于被处理的特定动物废弃物产品和/或所得的处理产品的期望性质。在各个方面，该比例可以在从100％水到100％富含营养素的液体的范围内，并且本公开旨在包括其间的所有组合。
在一个实施例中，润湿坑可以具有实现期望结果的任何期望形状或尺寸，包括但不限于矩形、正方形、六边形、八边形、圆形、圆形、三角形、五边形和V形切口形状。
分离装置
在一个实施例中，废弃物处理系统包括分离装置，以从液体中分离木质生物质。在一个实施例中，分离装置可以根据精确的家禽垫底材料而变化。稻壳、刨花、锯屑、花生壳、碎甘蔗、碎玉米棒、加工纸、碎稻草是用于家禽垫底材料的一些但不是全部材料的示例。在一些情况下，材料被组合以生产家禽垫底材料。分离装置的代表性非限制性示例包括但不限于机械分离器、倾斜螺旋钻、斜坡筛(也称为侧筛)、螺旋压力机、离心机、多孔传送带和旋转筛。
A.旋转筛
润湿的家禽垫料被引入旋转筛30的内部。然后，可以作为再循环消化物70的洗涤水被转动，以使家禽垫料进入旋转筛的圆筒。同时，旋转筛的圆筒通过齿轮旋转。以这种方式，被处理的废弃物材料由旋转筛的一部分支撑，该部分目前位于最低处。当被这样支撑的时候，它被稍微抬高，然后被允许自动回落，这样它不断地被翻转。
当如此翻转和混合时，其经受洗涤水的作用，由于物质的连续运动，其可以渗透并作用于其每一部分。因此，洗涤水的作用彻底、有效且迅速。木质生物质通过多孔筛落下，并且收集在圆筒的最低部分。剩余的液体/流入物可以被输送到混合槽中。在一个实施例中，通过使用一个以上的管道来输送液体/流入物。
混合槽
在一个实施例中，来自分离装置的液体/流入物与来自木质生物质的沥滤液105在混合槽中混合。沥滤液/流入液随后被输送到厌氧消化器。
在一个实施例中，沥滤液为沥滤液/流出物组合物的约5％至约25％。在一个实施例中，沥滤液为沥滤液/流出物组合物的1％至5％。在一个实施例中，沥滤液为沥滤液/流出物组合物的0.1至1％。在一个实施例中，沥滤液为沥滤液/流出物组合物的0.01％至1％。
在一个实施例中，来自分离装置的流入液为沥滤液/流入液组合物的60％至85％。在一个实施例中，来自分离装置的流入物为沥滤液/流入物组合物的80％至99％。
厌氧消化器
来自混合罐的流入物被输送到厌氧消化器(50)。在一个实施例中，流入物经由一个以上的管道从混合罐输送到厌氧消化器。
可以使用任何类型的厌氧消化器。传统的厌氧消化器系统通常包括以下部件：粪肥转移和混合坑，由钢、玻璃纤维、混凝土、泥土或其他合适材料(如果需要，包括加热和混合设备)制成的消化器，沼气处理和传输，以及气体最终使用(燃烧)设备，诸如发电设备。
根据操作模式和温度，常规厌氧消化器也可能需要显著的操作监督。传统的厌氧消化器系统还需要适当的设计和尺寸，以维持负责废弃物处理和稳定的临界细菌种群，以维持长期可预测性能。尺寸要求基于水力停留时间(HRT)和加载速率，其中操作温度影响这些尺寸参数。这些因素(尺寸、材料、操作要求)影响消化器的成本，这可能是相当资本密集的，并且在一些经济和农场规模中，如果没有经验丰富的技术人员，可能负担不起或可能无法操作。
在一个实施例中，可以使用具有任何类型处理配置的厌氧消化器，包括但不限于分批、连续、嗜温温度、嗜热温度、高固体、低固体、单级复杂性和多级复杂性。
在另一个实施例中，可以使用厌氧消化的分批系统。生物质在处理开始时被分批添加到反应器，并且在处理期间被密封。分批反应器受到气味问题的困扰，当它们被清空时，这可能是严重的问题。通常，随着时间的推移，沼气产量将形成正态分布模式。操作者可以利用这一事实来确定他们认为有机物质的消化处理何时完成。
在另一个实施例中，可以使用厌氧消化的连续系统。在连续消化处理中，有机物质通常被分阶段添加到反应器中。终产物不断地或周期性地被去除，导致沼气的不断产生。这种厌氧消化形式的示例包括连续搅拌釜式反应器(CSTR)、升流式厌氧污泥床(UASB)、膨化颗粒污泥床(EGSB)和内循环反应器(IC)。
在另一个实施例中，可以使用厌氧消化器的嗜温温度或嗜热操作温度水平。嗜温温度水平最佳发生在大约37-41℃或环境温度在20-45℃之间；在这些温度下，嗜温微生物是存在的主要微生物。嗜热温度水平最佳发生在大约50-52℃并且在高达70℃的高温下；在这些温度下，嗜热微生物是存在的主要微生物。
嗜温微生物的种类比嗜热微生物的种类多。嗜温微生物也比嗜热微生物更能忍受环境条件的变化。因此，嗜温系统被认为比嗜热消化系统更稳定。
在另一个实施例中，厌氧消化器可以被设计为在总悬浮固体(TSS)浓度大于20％的干固体而非液化内容物中操作，或者在TSS浓度小于15％的低固体浓度中操作。高固体消化器处理浓浆体(slurry)，需要更多的能量输入来移动和处理原料。材料的厚度也可能导致与磨损相关的问题。由于与水分相关的低体积，高固体消化器通常需要较少的土地。
低固体(高固体，液化)消化器可以使用标准泵将材料输送通过系统，该标准泵需要显著降低的能量输入。低固体消化器比高固体需要更多的土地，这因为与消化器的增加的液体原料比(liquid:feedstock ratio)相关的体积增加。有与在液体环境中操作相关的好处，因为它使得物质更彻底地循环，并且使细菌和食物接触。这使得细菌能够更容易地接近它们以之为食的物质，并且增加产气的速度。
在另一个实施例中，消化系统可以配置有不同水平的复杂度：一级或单级和两级或多级。单级消化系统是所有的生物反应都发生在单个密封的反应器或储存罐中。利用单级反应器降低了构造成本；然而，对系统内发生的反应的控制较少。例如，产酸细菌通过产生酸来降低罐的pH，而产甲烷细菌在严格限定的pH范围内运行。因此，单级反应器中不同物种的生物反应可以彼此直接竞争。另一个一级反应系统是厌氧塘。这些塘是类似池的土盆，用于处理和长期储存粪肥。在这种情况下，厌氧反应包含在池中的天然厌氧污泥中。
在两级或多级消化系统中，优化不同的消化容器，以最大化地控制消化器内的细菌群落。产酸细菌产生有机酸，并且比产甲烷细菌生长和繁殖更快。产甲烷细菌需要稳定的pH和温度来优化它们的性能。
在消化器中的停留时间随着废弃物材料的量和类型、消化系统的配置以及是一级还是两级而变化。在单级嗜热消化的情况下，停留时间可以在14天左右，这与嗜温消化相比相对较快。这些系统中的一些的活塞流性质将意味着材料的完全降解可能不会在这个时间尺度内实现。在这种情况下，离开系统的消化物颜色更深，并且通常有更多的气味。
在两级嗜温消化中，停留时间可以在15至40天之间变化。在嗜温UASB消化的情况下，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。以这种方式，UASB系统能够利用污泥床分离固体和水力停留时间。
连续消化器具有机械或液压装置，根据材料中的固体水平，混合内容物，使细菌和食物接触。它们还允许连续提取多余的材料，以保持消化罐内合理的恒定体积。
在一个实施例中，可以通过从DVO公司(Chilton,WI)(威斯康星州奇尔顿)获得的厌氧消化器处理废弃物材料。在一个实施例中，可以通过如美国专利第6,451,589号；第6,613,562号；第7,078,229号；和第7,179,642号描述的厌氧消化器处理废弃物材料；这些专利中的每一篇都通过引用整体结合到本文中。上述各项专利均转让给GHD公司，即现在的DVO公司，并且指定史蒂夫·德沃夏克(Steve Dvorak)先生作为唯一发明人。在另一个实施例中，厌氧消化器可以是两级混合活塞流消化器系统。
在另一个方面，本公开可以提供用于高固体废弃物的厌氧消化的方法，包括将固体废弃物以螺旋状(corkscrew-like)方式移动通过消化器。消化器是总体水平尺寸近似100英尺长和72英尺宽的U形槽。近似90英尺长的中心壁将消化器划分为U形的两条腿。因此，消化器的每条腿近似100英尺长和36英尺宽。
可以使用修改的活塞流或浆体流来移动污泥。消化器加热管道使用来自发动机的冷却器的近似160°F的热水局部加热污泥，使加热的混合污泥在对流力下上升。对流在消化器中形成气流，这是其它消化器没有的特征。污泥被消化器中心壁附近的消化器加热管道加热，使得对流力导致加热的污泥在中心壁附近上升。同时，相对更冷的外壁附近的污泥在对流力的作用下下落。结果，对流力导致污泥遵循环形流动路径沿着中心壁向上并沿着外壁向下。同时，污泥沿着消化器的第一和第二条腿流动，导致污泥的组合的螺旋状流动路径。
在另一个实施例(未示出)中，使用从发动机输出的加热气体的热气体喷射流代替热水消化器加热管道作为加热和气流产生源。热气的喷射通过自然和强制对流使污泥循环。在消化器中形成了类似螺旋状流动路径。
为了进一步增加中心壁附近的加热污泥的向上流动，可以从消化器的沼气储存区域去除沼气，利用气体离心或旋转叶片鼓风机加压，并且通过位于导管上的喷嘴喷射到加热的污泥中。这种靠近消化器的底部的再循环沼气喷射用于提高加热污泥的螺旋状流动路径的速度。
消化器的U形导致长的污泥流动路径，并且因此导致近似二十天的长停留时间。当污泥流经消化器时，厌氧消化将污泥处理成活性污泥。活性污泥从消化器流入任选的澄清池(clarifier)和流出物坑110。澄清池使用重力将活性污泥分离成液体和固体部分。
营养素回收系统
在一个实施例中，图2中示出营养素回收系统200。在一个实施例中，来自厌氧消化器的流出物可以重力流动，或者它可以被泵送到隔热的流出物坑110中。在一个实施例中，厌氧消化器流出物从消化器中排出，同时保持气体完整性。厌氧消化器流出物的排出被设计为最大化湍流、薄膜流动和与外部空气的接触。为了更大的气体产量和环境/气候控制，这种排出处理导致过饱和甲烷气体脱气。
在一个实施例中，所得甲烷/空气混合物可以重新喷射到厌氧消化器中，以增强混合，并且增加沼气产量。此外，重新喷射的甲烷/空气混合物有助于减少消化器中的硫化氢含量。
当流出物在活塞流处理中流经第一容器时，其温度可以被升高到合适的温度，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和175°F至195°F。
在实施例中，使用扩展的排气热回收系统加热流出物，以将所述流出物及其纤维固体进一步热处理至A类病原体标准。
可以根据美国EPA标准验证容器中流入物的水力停留时间(HRT)。根据设计标准，HRT可以从30分钟到48小时或从4小时到36小时或从8小时到24小时或从12小时到16小时变化。
流出物坑110在液面上方和容器顶部下方具有气体顶部空间，具有气密性，可在真空下操作。通过喷射器或气体喷嘴120喷射加热的气体，包括但不限于空气，将加热和搅拌流出物坑中的流出物。加热的气体将被喷射到流出物坑底部附近的液体中，产生螺旋混合效应。在来自沼气发动机发电机组的排气提供加热的空气流的情况下，可以通过使环境空气穿过横流热交换器122来供应加热的空气。加热的流出物与空气搅拌，将释放液体废弃物中夹带的大部分CO2和一些NH3。从液体废弃物中释放CO2将导致液体废弃物中的pH升高，增加NH3去除效率。pH值可以用作已经释放了多少过饱和气体的标志。pH值也可以用作确定哪些营养素可以回收的标记。
不受任何特定理论的束缚，据信曝气允许汽提过饱和气体，包括但不限于CO2，并且根据亨利定律，高温增强动力学，允许更快速地释放过饱和气体。通过对流出物曝气，pH值增加，并且从液体流出物中去除可能干扰自然絮凝和沉降的气体。
此外，过饱和气体的释放与因曝气和亨利定律而发生的化学平衡的重要变化有关，诸如碳酸盐、碳酸氢盐和氨系统平衡的变化。曝气允许释放过饱和CO2，但也会导致总无机碳(碳酸盐、碳酸氢盐等)减少，这也会发生并导致更多气体释放和pH的持续变化。
在一个实施例中，曝气速率可为实现或有助于过饱和气体释放的任何速率，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。在实施例中，可以使用微型曝气袜(micro-aeration sock)。
在一个实施例中，曝气时间可以是实现过饱和气体释放的任何时间量，包括但不限于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。
在实施例中，选择曝气速率，以允许过饱和气体的汽提，并保持现有鸟粪石或鸟粪石状胶体固体的水平。在实施例中，曝气速率不会引起或限制鸟粪石状颗粒的溶解，这将释放更多的游离磷酸盐。
在一个实施例中，曝气可以将流出物的pH值增加到期望值，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和大于12.0。加热和曝气以及随后的pH增加有效地消除了液体流出物中的病原体，产生了无菌液体。
在另一个实施例中，曝气源被设计以产生特定尺寸的气泡，包括但不限于通过微曝气、大曝气或通过使用不同的喷射器配置、类型、尺寸和形状产生的气泡。
在另一个实施例中，该方法包括在流出物曝气之前，从流出物中分离消化的材料。在另一个实施例中，该方法包括在流出物曝气之前，从流出物中分离消化的纤维材料。
在另一个实施例中，可以通过使用机械方法，包括但不限于筛网、过滤器和柱分离，从流出物中分离消化的材料。
在一个实施例中，流出物可以具有大和细固体。在另一个实施例中，流出物可以仅具有细固体。在又一个实施例中，流出物可以仅具有大固体。在又一个实施例中，相对于流出物中的总固体含量，流出物可以含有从1至5％的大固体，或从5至10％的大固体，或从10至15％的大固体，或从15至20％的大固体，或从20至25％的大固体，或从25至30％的大固体，或从30至35％的大固体，或从35至40％的大固体，或从40至45％的大固体，或从45-50％的大固体，或从50-55％的大固体，或从55-60％的大固体，或从60-65％的大固体，或从65-70％的大固体，或从70-75％的大固体，或从75-80％的大固体，或从80-85％的大固体，或从85-90％的大固体，或从90-95％的大固体，或从95-99％的大固体。
在又一个实施例中，相对于流出物中的总固体含量，流出物可以含有从1至5％的细固体，或从5至10％的细固体，或从10至15％的细固体，或从15至20％的细固体，或从20至25％的细固体，或从25至30％的细固体，或从30至35％的细固体，或从35至40％的细固体，或从40至45％的细固体，或从45至50％细固体，或从50至55％细固体，或从55至60％细固体，或从60至65％细固体，或从65至70％细固体，或从70至75％细固体，或从75至80％细固体，或从80至85％细固体，或从85至90％细固体，或从90至95％细固体，或从95至99％细固体。
汽提塔
营养素回收系统还包括汽提塔(140)。汽提塔用于吸收气态氨并将其稳定为铵盐溶液，铵盐溶液可以更加浓缩并易于储存。简而言之，汽提是蒸馏过程，包括通过沸点或蒸汽压的差异分离流体成分。通常的分离方法是通过填充有一种以上的不同载体材料的柱或塔，即鲍尔环、拉西环、贝尔鞍形填料等，以增加接触面。汽提介质(例如加热的空气或蒸汽，或者在一个实施例中，未加热的空气)被喷射到塔的底部，并且含氨溶液被喷射在顶部或顶部附近。当含氨液体通过填料向下滴流时，它与上升的热蒸汽接触，并且更易挥发的氨馏分被蒸发，并且可以被收集和进一步处理。挥发性较低的液体组分随着接近塔底而变得越来越纯，在塔底可以被收集。2011年3月22日公告的美国专利第7,909,995号提供了关于汽提塔和营养素回收系统的设计的额外信息，并通过引用整体将其全部内容明确并入本文。
汽提塔是能够容纳腐蚀性酸的装置，腐蚀性酸包括但不限于硫酸、硝酸、碳酸、盐酸和磷酸。汽提塔也可以包括真空鼓风机和泵。
在一个实施例中，汽提塔可以用于收集任何铵盐，包括但不限于碳酸铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵和磷酸铵。
与使粪肥流经汽提塔的传统方法相反，可以采用活塞流曝气。这避免了斑块汽提塔的堵塞的问题。此外，传统的汽提塔通过非常高的曝气速率关注高效率。这些曝气率通常与压降和高电力需求有关。
在一个实施例中，使用闭环塔设计进行氨汽提，该设计使用空气作为汽提介质，并且包括酸吸收系统以铵盐形式捕获氨。空气可以用于该处理，因为尽管它不具有如其他潜在载气那样高的氨吸收能力，但空气是廉价的，并且所需的pH调节可以保持在相对低的水平(例如pH 10)，因为该处理利用来自厌氧消化器的热(大约32-35℃)粪肥废水来补偿。
在一个实施例中，可以使用单塔设计。单塔包括用于氨汽提的废水输入和用于酸吸收的酸输入。使用风扇或鼓风机将空气导入塔的底部。空气在封闭的系统中循环，这样可以提高氨的回收率并减少能量输入，因为空气在没有外界影响的情况下可以长时间保持其温度。在一些实施例中，空气被加热到例如大约50℃的温度，或者在从大约40℃到大约60℃的范围内。在另一个实施例中，可以使用双塔系统。
在一个实施例中，流出物坑110中的流出物空气将被转移到填料汽提塔140，在填料汽提塔中硫酸(或其他酸)的液体洗涤将降低液体流(合并的液体洗涤和流出物空气)的pH，并产生包含硫酸铵的溶液。该溶液可以含有铵盐浆体，该浆体包含大约30％至大约60％的硫酸铵。硫酸铵可以被收集并用作肥料。在另一个实施例中，其他酸和接触化学品可以用于生产任何数量的铵盐，包括但不限于硝酸铵、磷酸铵、柠檬酸铵，每一种都可用作肥料。
在一个实施例中，在真空下，流出物坑110中的流出物空气将被转移到填料汽提塔140。
固/液分离器
在工程HRT结束时，将消毒的流出物泵入固/液分离器130；产生将满足A类生物固体标准的分离的固体135流和也将被灭菌和无病原体的分离器液体流137。在另一个实施例中，在工程HRT结束时，流出物中的病原体将显著减少。
分离的固体和分离的液体将减少氨-N含量。产生的硫酸铵将是有机废弃物中发现的天然铵的高价值利用，并且将是更容易利用和销售的化学形式。分离出的固体可用于动物垫底材料、园艺用途或肥料。从液体流出物中去除和捕获氨还减少了氨气从废弃物储存和处理中自然释放到大气中，因此减少了nox、N2O和温室气体排放以及与氨释放和这些其它氮气释放到大气中相关的环境影响。
气密容器
温度保持在130°F至180°F或140°F至160°F的分离器液体流可以被转移到单腔室或多腔室气密容器。图2中示出了三腔室气密容器145。第一腔室150与第二腔室160通过屏障墙分开。第二腔室160与第三腔室170通过屏障墙分开。
在一个实施例中，屏障墙可由保持腔室独特的任何合适材料制成，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、玻璃纤维增强塑料(FRP)或不锈钢。
在一个实施例中，第一腔室和第三腔室可以是允许期望的结果任的何形状或尺寸，包括但不限于矩形、正方形、三角形、圆形、五边形和V形切口形状。一个以上的泵可以位于或靠近第一和/或第三腔室的底面。
a.第一腔室
第一腔室150(并非在所有配置中都使用)是“静区”腔室，在该“静区”腔室，允许分离器液体在此处倾析。与液体流出物一起通过固体分离器的大部分微小固体可能会沉降到第一腔室150的底部，并且被收集和被去除以进行脱水。由于分离处理，厌氧消化和曝气的液体具有减少的固体含量，并且在更高的液体温度下，分离更快和更有效。液体流将活塞流过第一腔室150，其设计有从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小时的HRT。液体流将活塞流入到第二腔室160。
b.第二腔室
第二腔室160可以具有实现期望结果的任何期望形状或尺寸，包括但不限于矩形、正方形、圆形、三角形、五边形和V形切口形状。
在第二腔室160中，液体流可与空气进行气体搅拌，空气在热交换器中与发动机排气一起加热。用于将空气注入第二腔室的喷嘴或喷口可以位于第二腔室160的底板处或附近。在另一个实施例中，液体流可以用循环泵进行液压搅拌，或者可以用螺旋桨搅拌系统进行机械搅拌。在一个实施例中，搅拌可以持续合适的时间，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小时和大于12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(如果需要去除的话)。
在一个实施例中，在进入第二腔室时，可将包括但不限于生石灰或苛性碱的高pH值液体添加到分离的液体流中，以将液体流出物的pH值增加到合适的值，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和大于12.5。
降低废弃物液体的固体含量的好处是，提高给定体积液体的pH值所需的石灰或苛性碱较少，或在不添加苛性碱的情况下，所需的曝气时间和速率较少，从而降低了营养素回收系统的化学处理成本。液体流将活塞流过气密容器140的第二腔室160，因为它是利用上述标题为“厌氧消化器”的部分中描述的混合活塞流(螺旋)搅拌方法搅拌的，并且将因此在容器中保持一致的HRT。
在110°F至大约160°F或更高的温度下，将厌氧消化器流出物的pH增加至大约9.5或更高，将可溶性铵态氮(NH4-N)转化为不溶性挥发性氨氮(NH3-N)。随着气密容器中提供的连续搅拌，氨-氮162将迅速挥发，并且将被收集在容器中提供的顶部空间中。顶部空间气体的真空抽取可用于进一步增加气密容器内的挥发速率。随后，在错流空气汽提塔140中，通过利用用H2SO4或类似酸性化学品的低pH值液体溶液洗涤气态空气流的空气系统，氨将从空气流中被去除并作为液体硫酸铵被捕获。硫酸铵是高价值的、容易被农民利用的固体肥料，并且它将作为营养素去除系统的进入流。最重要的是，从液体废弃物流中去除铵态氮解决了厌氧消化器流出物的主要处理问题之一：高氮含量。此外，去除铵态氮也限制了NH3和N2O向大气中的自然排放。
c.第三腔室
液体流将活塞流至第三腔室170，其是无搅拌的“静区”，在此允许液体倾析。剩余的固体将沉降到第三腔室的底部，在那里它们可以通过底部排放分离系统去除。通过添加具有高pH和镁成分的生石灰，以及在第三腔室之前的高温搅拌，高含量的磷酸铵镁(鸟粪石)易于沉淀。沉淀的固体将从第三腔室160中去除并脱水。
在实施例中，通过使用主泵，使富营养素固体的沉降和脱水变得更容易。在另一个实施例中，可以加入酸以浓缩固体层用于倾析。
磷酸铵镁也是高价值、容易被农民利用的固体肥料，并且也将作为营养素去除系统的进入流。通过从废液中去除磷和更多的铵，厌氧消化器流出物的两个最大的处理问题已经被解决。本文公开的方法、系统和设备有助于解决液体有机废弃物的产生者/处理者在美国遇到的许多环境和法规问题。
热交换器
温度为140°F至175°F的倾析的液体将被泵送至废弃物-废弃物热交换器180，在该热交换器中，通过加热厌氧消化器系统10前部的冷的进入粗有机废弃物来保存倾析的液体的温度。这将节省整个系统的热成本。
倾析的液体将从热交换器180进入错流填料塔气体洗涤系统190。在该气体洗涤塔190中，高pH的倾析的液体将暴露于来自厌氧消化器系统10的沼气200。厌氧消化器沼气200通常具有500ppm或更高的硫酸氢(H2S)含量，并且被认为对用于将沼气转化为用于发电处理的动力的往复式发动机具有很强的腐蚀性。
在汽提塔190中高pH的倾析的液体与在沼气流中发现的酸性H2S的反应将沼气中的H2S水平降低至小于50ppm。这降低了沼气中的H2S浓度，并且显著降低了AD系统中往复式发动机的运行和维护成本。
此外，在中和酸性H2S并从沼气中去除显著百分比的CO2后，倾析的液体的高pH现在降低至约8.0；导致农民/所有者使用更友好的液体和更容易的液体处理选择。也可以使用其他选择，如沼气鼓泡腔室和微扩散器来代替汽提塔。
图3示出营养素回收系统300的另一个实施例。营养素回收系统300类似于系统100，除了示出双腔室气密容器310。
营养素回收系统300包括流出物坑110，流出物坑110包括热交换器315以加热厌氧消化器流出物。流出物坑还包括将厌氧消化器流出物输送到双腔室气密容器310的第一腔室320中的泵。
双腔室气密容器310具有腔室320，腔室320允许液体流与空气进行气体搅拌，空气在热交换器322中与发动机排气一起加热。用于将空气喷射到腔室320的喷嘴或喷口324可以位于腔室320的底板处或附近。在另一个实施例中，液体流可以用循环泵进行液压搅拌，或者可以用螺旋桨搅拌系统进行机械搅拌。在实施例中，搅拌可以持续合适的时间，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。
在实施例中，将流出物的pH值调节至9.0至10.5。在一个实施例中，大于9.5的pH值可以通过曝气或曝气和添加具有高pH值的试剂来实现，所述试剂包括但不限于苛性碱或生石灰。添加具有高pH值的试剂可以用于将pH值增加至9.5-10.0、10.0-10.5、10.5-11.0、11.0-11.5、11.5-12.0、12.0-12.5和大于12.5的值。
可以将加热的高pH流出物泵入多重分离器130，该多重分离器130将固体135与液体137分离，其满足被视为A类的液体和固体的要求。液体流出物被泵入腔室340，腔室340是静区。液体流出物的剩余组分、回收处理和pH调节基本上如系统100所述。
在一个实施例中，本发明涉及系统，系统包括厌氧消化器、营养素回收系统、缓冲系统、收集和润湿坑、分离装置和混合罐。
在一个实施例中，本公开涉及系统，系统包括：厌氧消化器，其被配置为产生厌氧消化器流出物；营养素回收系统，其被配置为从厌氧消化器流出物中去除营养素，营养素包括但不限于氨和磷；沉淀系统，其被配置为允许对流出物进行缓冲和脱气，并且产生再循环消化物；收集和润湿坑，用于将再循环消化物与家禽垫料混合；分离装置，其被配置为从所述家禽垫料中去除木质生物质并且产生家禽垫料流入物；以及混合槽，用于混合来自所述木质生物质的沥滤液和家禽垫料流入物。在一个实施例中，再循环消化物也是在分离装置中使用的洗涤水。
现在参照以下实施例描述本发明。这些实施例仅仅是为了说明的目的而提供的，本发明不应当被解释为局限于这些实施例，而是应该被解释为包括由于本文提供的教导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公开的美国专利申请，都通过引用整体并入本说明书。

Claims (20)

1.一种处理家禽垫料的方法，包括：
(a)利用再循环消化物润湿家禽垫料；
(b)从步骤(a)的润湿的所述家禽垫料中分离木质生物质以产生家禽垫料流入物；
(c)在厌氧消化器中消化来自步骤(b)的所述家禽垫料流入物以产生厌氧消化器流出物和沼气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述再循环消化物是在去除磷的营养素回收处理之后获得的消化物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述再循环消化物是在去除氨的营养素回收处理之后获得的消化物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，去除木质生物质包括使用旋转筛。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述厌氧消化器采用混合活塞流设计。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述厌氧消化器使用螺旋流动路径来移动废弃纤维材料通过消化器。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在步骤(c)之前，将混合槽中的所述家禽垫料流入物与来自分离的所述木质生物质的沥滤液混合。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤(d)：处理所述厌氧消化器流出物以回收一种以上的营养素。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，处理所述厌氧消化器流出物以回收磷。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，处理所述厌氧消化器流出物以回收氨。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，处理所述厌氧消化器流出物以回收一种以上的营养素包括：
(i)在曝气反应器中对厌氧消化器流出物进行加热和曝气，以将可溶性铵转化为气态氨；
(ii)从所述曝气反应器向汽提塔提供气态氨，所述汽提塔提供受控量的与气态氨反应的酸；以及
(iii)在所述汽提塔中回收由所述酸与气态氨反应产生的铵盐。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在向所述汽提塔提供所述气态氨之后，将所述厌氧消化器流出物从所述曝气反应器泵送到固体沉淀系统。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括从所述固体沉淀系统收集富磷固体。
14.一种处理家禽垫料的方法，包括：
(a)从厌氧消化器获得第一厌氧消化器流出物；
(b)从厌氧消化器流出物中回收一种以上的营养素；
(c)对步骤(b)的所述厌氧消化器流出物进行缓冲和脱气，以产生再循环消化物；
(d)利用步骤(c)的所述再循环消化物润湿家禽垫料；
(e)从步骤(d)的润湿的所述家禽垫料中分离木质生物质，以产生家禽垫料流入物；以及
(f)在厌氧消化器中消化来自步骤(e)的所述家禽垫料流入物，以产生第二厌氧消化器流出物和沼气。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，回收一种以上的营养素包括从所述厌氧消化器流出物中回收磷。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，回收一种以上的营养素进一步包括从所述厌氧消化器流出物中回收氨。
17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括，在步骤(f)之前，在混合槽中将所述家禽垫料流入物与来自分离的所述木质生物质的沥滤液混合。
18.一种用于处理家禽垫料的系统，包括
(a)厌氧消化器，其被配置为产生厌氧消化器流出物；
(b)营养素回收系统，其被配置为从步骤(a)的所述厌氧消化器流出物中回收一种以上的营养素；
(c)沉淀系统，其被配置为允许对来自步骤(b)的流出物进行缓冲和脱气，从而产生再循环消化物；
(d)收集和润湿坑，用于将步骤(c)的所述再循环消化物与家禽垫料混合；
(e)分离装置，其被配置为从所述家禽垫料中去除木质生物质并且产生家禽垫料流入物；以及
(f)混合槽，用于混合来自步骤(e)的所述木质生物质的沥滤液和家禽垫料流入物。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述分离装置是滚筒。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述滚筒使用来自步骤(c)的再循环消化物来洗涤所述家禽垫料。
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