关于植物生命增强产品的新型系统、方法和组合物的制作方法
【专利说明】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。