用于处理动物排泄物的方法、装置和系统的制作方法

用于处理动物排泄物的方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】一种制备含有代谢物、氨基酸和多肽的微生物消化的液态植物营养物的方法，所述方法包括下列步骤：动物排泄物固体的部分堆肥；将部分堆肥的动物排泄物加入至含有水的容器并且保持悬浮；将水性分散液充分曝气多至4天。随后将固体和液体从代谢反应器中移除、分离并用作植物营养物。
【专利说明】用于处理动物排泄物的方法、装置和系统
[0001] MM
[0002] 本发明涉及用于处理厩肥的方法、装置和系统。具体地，本发明涉及用于将厩肥 转变为液态完全需氧微生物消化的氨基酸系肥料和固态混合肥料状副产物的方法、装置和 系统，所述肥料具有氧化还原电位为 -l〇〇mV至-1000mV之间的高给电子能力、5mS/cm至 100mS/cm之间的导电性的性质，具有许多负活性反应部位。
[0003] 置量
[0004] 来自家畜和人的粪便排泄物是与营养物浸出至水道和地下水中相关的环境污染 的重要原因。对环境尤其危险的是硝酸盐和磷酸盐，它们杀死鱼类并且导致藻华（algal blooms)以及使水对于人和动物消耗来说毒性太大。这些粪便的处置还导致释放恶臭、加快 苍蝇繁殖、和向土壤和水中释放毒性水平的致病细菌。
[0005] 对动物和人的主要健康担忧是，由于处置来自摄入了抗生素的人和动物的排泄物 而向土壤和水道中释放活性抗生素。在集约化畜牧业生产中抗生素的使用是广泛并且常见 的。暴露于抗生素的土壤和水中的驻留细菌（包括微生物）多种种群迅速发展为抗生素抗 性菌株。这些驻留的自然存在的细菌也能从已经暴露于抗生素的死亡的细菌中获取脱氧核 糖核酸（DNA)并且构建细菌的抗生素抗性菌株。这些抗生素抗性细菌之后在整个环境和食 物链中延续，复制并且种群密度增加，并且替代危害更小的抗生素敏感物种。如果继续将土 壤和水传播的细菌和微生物暴露于抗生素或死亡的细菌或死亡的微生物的DNA，具有抗生 素抗性特性的细菌或微生物的百分数将会到达种群激增的阈值。如果这发生，则作为防止 人和动物中疾病和感染的工具的抗生素将会无效，这会导致世界范围的流行病。已经存在 驻留在医院中的抗生素抗性葡萄球菌（staphlococci bacteria)(通常被称为金黄色葡萄 球菌（Golden Staph))的菌株，在那里其被证实是难以去除的。
[0006] 本发明力图克服以上提到的缺点中的至少一些。
[0007] 概沭
[0008] 在其最广的方面中，本发明提供用于处理动物排泄物的方法、装置和系统。
[0009] 因此，在第一方面中，本发明提供用于处理动物排泄物的方法，所述方法包括下列 步骤：
[0010] a)使动物和人粪便接受以固态进行所述动物排泄物的至少部分需氧消化的条件。 适合于微生物消化的碳的形式必须以在40 %碳与60 %粪便至60 %碳与40 %粪便之间比率 的粪便贮藏堆而存在。碳可以为，但不限于，锯末、秸杆、木浆或藻类；
[0011] b)必须将混合肥料堆中的水分水平维持在40 %至60 %水分之间。必须将所述堆 在1周至2个月的时间段内反转2至10次，以将物质曝气，从而能够进行蛋白质、碳水化合 物和碳的微生物分解。备选地，用混合肥料翻转器来翻转混合肥料，这样更快。
[0012] C)将所述堆中的温度维持在60摄氏度和85摄氏度之间至少1周的时间段。
[0013] d)在固态堆肥时，产生大量的氨、糖、多糖、胺、醛、羧酸、还原硫和V0C，然后将堆 肥堆在厌氧条件下密封以防止需氧堆肥过程继续进行至完全堆肥阶段。在固态级分的完全 堆肥阶段，氨已经耗散，糖已经被转化为C02,并且微生物活性大幅度降低。完全堆肥的固体 不适用于随后的液态堆肥阶段。将部分堆肥的固体在厌氧条件下保持在密封贮藏堆中，以 维持以上20d)中描述的质量。可以无限期地保持这种静态覆盖的贮藏堆用于微生物消化 的有效原料，但是优选的方法是使用在静态厌氧贮藏2年以内并且用不透水的薄片覆盖的 产物以将气体密封在所述堆中。可以将过量的气体排出。
[0014] e) -旦检测到糖、糖化物和氨，就不允许所述堆继续堆肥过程。这有效地使粪便 碳源半堆肥，以提供适用于液态需氧堆肥阶段的元素的理想形式。这提供了高水平的所述 堆中自然存在的活性微生物种群，连同上述元素的精确形式，以在最终液态曝气堆肥阶段 完成微生物消化过程。如果允许固态堆肥过程、预液态微生物消化进行至不再产生氨并且 糖和糖化物已经被转化为C02的阶段，则液态阶段堆肥将不被实施。在峰值微生物和真菌 活性时，即整个完成的堆肥过程的一半，对于将要作为来源的液态微生物消化原料是至关 重要的。此时，糖化物、甲基乙基酮、乙胺、异丙胺、还原硫、噻吩、丙醛、丁醛、丙酮、胺、羧酸、 V0C、醛、糖、氨水平处于最高，微生物和真菌活性和产生热的水平也是如此。一旦已经达到 恰好最大微生物和真菌活性的点，必须将预调节的液态微生物消化原料保持密封。根据本 发明，大多数堆肥过程发生在保持固体悬浮并曝气的液态需氧阶段。预调节期用于将原材 料、矿物质和有机物转化为在液体消化器中容易被微生物消化的形式。
[0015] f)将步骤a)至f)中产生的固态消化物分散在水性介质中；参见图1
[0016] g)将步骤b)的所述水性分散液在可溶性二氧化硅和/或锗的存在下曝气；以及 [0017] h)在经曝气的水性分散液已经完全被微生物和真菌消化之后将固体与液体分离， 其可以为4小时至3天之间的时间段。参见图2
[0018] 在本发明的一个实施方案中，在使动物排泄物接受厌氧和或需氧条件之前，将动 物排泄物与纤维素材料以40 : 60至60 : 40的动物排泄物：纤维素材料的重量比（％w/ w)混合。优选地，混合物的含水量在约40至70% w/w的范围内。
[0019] 在另一个实施方案中，使动物排泄物接受进行动物排泄物的厌氧和/或需氧消化 的条件包括，将动物排泄物和纤维素材料的混合物在氧的存在下储存至少2周的时间段。 优选地，混合物在所述条件下将会达到约60°C至约85°C的范围内的温度。
[0020] 在进一步的实施方案中，所述方法包括用表面活性剂处理纤维素材料。优选地，纤 维素材料具有40%至70%之间的含水量。在本发明的一个形式中，用表面活性剂处理纤维 素材料包括，以每吨纤维素材料〇. 5升至5升表面活性剂的量混合表面活性剂。在将纤维 素材料与动物排泄物混合之前，可以形成纤维素材料和表面活性剂的混合物。优选地，在将 经处理的纤维素材料与动物排泄物混合之前使纤维素材料和表面活性剂的混合物接受需 氧条件至少一周的时间段。备选地，可以将表面活性剂在其与动物排泄物混合的同时或大 约同时与纤维素材料混合。
[0021] 如上所述的，使动物排泄物接受进行动物排泄物的需氧消化的条件产生了固态消 化物。
[0022] 在本发明的一个实施方案中，将固态消化物分散在水性介质中的步骤包括，将固 态消化物与水或水溶液以lkg固态消化物与约5至50升水或水溶液的范围内的重量/体 积比混合。
[0023] 在本发明的优选实施方案中，固态消化物的水性分散液还包含选自包括表面活性 齐?、需氧微生物接种物或其前体、可溶性二氧化硅和/或锗、氮源如尿素、可溶性海草、糖、 矿物质和糖蜜的组中的一种或多种添加剂。特别优选的添加剂是可溶性二氧化硅和/或 锗。可以在将固态消化物与水或水溶液混合的同时或大约同时加入一种或多种添加剂。备 选地，可以将一种或多种添加剂加入至水性分散液。相反，可以将一种或多种添加剂在将其 与水或水溶液混合之前加入至固态消化物。在本发明的此外另一个备选的形式中，在与固 态消化物混合之前，水溶液可以含有一种或多种添加剂。
[0024] 在另一个实施方案中，将水性分散液曝气的步骤包括，使曝气介质在正压力下以 在每100L水每小时0. 5m3至5. Om3含氧气体范围内的速率通过整个水性分散液。在本发明 的一个形式中，将水性分散液曝气的步骤进行多至4天的时间段。通常，曝气介质是含氧气 体。含氧气体的适合的实例包括，但不限于，空气和氧气。
[0025] 在曝气周期完成之后，典型地允许经曝气的水性分散液中的固体在重力下沉降， 以通过多种公知的并且了解的分离技术中的任一种来促进固相和液相的分离。
[0026] 在第二方面中，本发明提供用于处理动物排泄物的装置，所述装置包括用于容纳 固态消化物的水性分散液或半堆肥的粪便的圆锥底容器，其中借助于具有2个至10个从容 器壁垂直突出的均匀分隔的挡板的2个向下的助推螺旋桨保持固态消化物悬浮，其中4个 挡板是优选的数量。挡板防止漩涡作用并且这使得固体不断地沿着容器壁上升，有效地保 持固体悬浮。将可商购的曝气分散系统面向上地朝容器的底部放置。通过空气分散单元 泵送加入或未加入氧的空气，在容器的全部体积中产生大量直径范围为〇· 2mm至10mm的 气泡，在曝气区中保持固态消化物/半混合肥料悬浮。这允许溶液或悬浮液中的固态消化 物、矿物质、水、空气、氧、添加剂与有益微生物、有益细菌和有益真菌之间高水平表面积的 接触。这种高水平表面积接触为细菌提供理想的环境以消化半堆肥的粪便，复制并且产生 代谢物的强效溶液。此过程在48小时内完成，在微生物消化的强度下，将水加热多至80摄 氏度的温度。代谢物具有下列性质：PH7. 5至pHll之间的pH，优选的pH为pH9. 2, -200mV 至-800mV之间的氧化还原电势以及5mS/cm至100mS/cm之间的导电性。本发明为许多种的 有益微生物和有益真菌提供理想的环境以复制并且积极地消化预调节的输入物，形成通过 需氧消化整个液态悬浮液产生的代谢物如氨基酸、肽、腐殖酸和棕黄酸、核糖核酸、血红蛋 白，并且保持固态输入物悬浮。凭借具有有益微生物和有益真菌与水、空气和/或氧、半堆 肥的粪便、矿物质、表面活性剂、糖和碳的最大表面积接触，实现微生物消化或代谢物制备 的最大效率。对于要在液态堆肥期中发生的肽和氨基酸的制备来说，之后在部分堆肥阶段 必须以粪便为来源，从而为需氧液态堆肥阶段捕获借助微生物活性的热、糖和氨制备的峰。
[0027] 在进一步的实施方案中，排出口与分离器流体连通，其中分离器在使用中被布置 为将经曝气的水性分散液中的固体与液体分离。
[0028] 在第三方面中，本发明提供用于处理动物排泄物的系统，所述系统包括：
[0029] 动物排泄物的来源；
[0030] 用于需氧消化所述动物排泄物的需氧消化器。这由一堆经曝气的粪便和碳组成。 使用糖度计（brix meter)测定半堆肥的堆中的糖水平。当糖度水平（brix level)达到 1至20之间的读数时，则停止固态需氧堆肥过程，然后将贮藏堆密封并且保持在厌氧条件 下，直到在需氧液态微生物消化阶段中要使用其时为止。
[0031] 用于容纳固态消化物的水性分散液的容器，其中通过在需氧消化器中需氧消化动 物排泄物产生固态消化物，
[0032] 与排出口流体连通的分离器，其中所述分离器在使用中被布置为将经曝气的水性 分散液中的固体与液体分尚；以及
[0033] 第一和第二传送机，分别用于将动物排泄物从所述动物排泄物的来源传送至需氧 消化器，和用于将消化物从需氧消化器传送至容器。
[0034] 说明书附图的描沭
[0035] 图1/2是用于根据本发明的方法处理动物排泄物的装置的横截面图；以及
[0036] 图2/2是用于根据本发明的方法处理动物排泄物的备选的装置的横截面图。
[0037] 优诜实施方案的详细描沭
[0038] 本发明涉及用于处理动物排泄物以产生混合肥料状固体产物以及氨基酸形式的 微生物和真菌代谢物液态肥料的方法。动物排泄物首先经历至少部分需氧消化以产生固态 消化物。如在本文中所使用的，术语"需氧消化"是指这样的过程：其中可生物降解的物质在 氧的存在下被需氧细菌分解以产生氨和单糖以及消化物，所述消化物可以是液态的和/或 固态的，其取决于所处的已经进行需氧消化的水分条件。然后将在本发明中产生的固态消 化物分散在水性介质中，并且将水性分散液在可溶性二氧化硅和/或锗的存在下曝气。然 后将水性分散液的固体和液体分别分离为混合肥料状产物和液态肥料。
[0039] 通常，本发明的方法可以用于处理任何形式的动物排泄物，以将其转化为混合肥 料状产物和液态微生物消化的肥料。动物排泄物的适合的实例包括，但不限于，人和动物粪 便、家禽和鱼类加工废物、扇贝加工残渣、藻类、和屠宰场废物。本发明尤其可用于人和动物 粪便的处理。
[0040] 通常，动物排泄物来源于农业作业场所，尤其是动物饲养作业场所，如猪圈、家禽 农场、牛奶场、和家畜饲养场。其他农业作业场所的适合的实例包括，但不限于，屠宰场和食 物加工作业场所。人排泄物也可以来源于城市作业场所。
[0041] 使动物排泄物接受进行动物排泄物的至少部分需氧消化的条件的步骤包括，将动 物排泄物在氧的存在下储存至少1个月的时间段。
[0042] 通常，动物排泄物的需氧消化将在需氧消化器中发生。在本发明的方法中可以使 用任何需氧消化器，并且将其作为连续式或间歇式需氧消化器运行。如在本文中所使用的， 术语"需氧消化器"是指促进复杂有机物质、蛋白质和矿物质生化分解为氨、胺、糖化物和单 糖的装置。作为复杂有机物质中蛋白质和碳水化合物的水解的结果，固态和/或液态消化 物可以含有糖、脂肪酸和氨基酸。可以在本发明中使用的需氧消化器的适合的实例包括，但 不限于，覆盖的或未覆盖的堆。
[0043] 在本发明的一个形式中，将动物排泄物储存在质量为至少10吨并且优选100吨的 静态贮藏堆或堆中。通常，静态贮藏堆覆盖有不透水的覆盖物，如防水帆布（tarpaulin)。 覆盖物的目的可以分为两部分：用于使过量的水通过降雨进入贮藏堆和生物气或氨形式的 气味和温室气体排放物的排出最小化，以及在贮藏堆中维持和保存热能。覆盖物还抑制苍 蝇繁殖、由于雨水渗滤通过贮藏堆而导致的营养物的浸出、和致病细菌的释放。
[0044] 通常，动物排泄物在需氧消化期间将会达到约60°C至约85°C的范围内的温度。有 利地，这样的温度杀死致病细菌并且破坏任何可以存在的抗生素。另外，本发明的发明人认 为，氮气通过矿化作用被固定在固态消化物的碳级分中，因此防止了对空气造成的这种有 价值元素的损失并且还防止温室气体排放。
[0045] 优选地，在使动物排泄物接受需氧条件之前，将动物排泄物与纤维素材料以 40 : 60至60 : 40的动物排泄物：纤维素材料的重量比（％w/w)混合。纤维素材料的适 合的实例包括，但不限于，木材、锯末、植物残渣、秸杆、甘蔗渣、回收的（废料和碎屑）纸或 纸板，如例如未漂白的牛皮纸或纸板或者瓦楞纸或纸板、主要由下列纸浆制成的纸或纸板： 机械浆（例如报纸、期刊和类似的印刷物）、源自回收的（废料或碎屑）纸或纸板的纤维或 其他纤维状纤维素材料的纸浆，如例如，棉绒浆、机械木浆、化学木浆或通过机械和化学制 浆工艺的组合获得的木浆。应理解的是，所提及的木浆可以是未漂白的、针叶木的、非针叶 木的、半漂白的或漂白的。
[0046] 优选地，动物排泄物和纤维素材料混合物的含水量在约40至70% w/w的范围内。
[0047] 不认为混合物的粒径或粒径范围对本发明是重要的，尽管小粒径是优选的，其中 表面积与粒径的比率有利于增加需氧消化速率。通常，低于〇. 5cm3的粒径是优选的。
[0048] 优选的纤维素材料是锯末。然而，锯末和其他源自木材的纤维素材料含有可以抑 制需氧消化期间生成的含氮和硫气体的可生物降解性和矿化作用的油和木质素。因此， 所述方法还可以包括用表面活性剂处理纤维素材料。适合的表面活性剂包括，但不限于， 离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、和脂肪醇。离子型表面活性剂的说明性实例包 括，但不限于，基于硫酸根、磺酸根或羧酸根阴离子的阴离子型表面活性剂，诸如例如十二 烧基硫酸纳、月桂基硫酸按、和其他烧基硫酸盐、月桂基酿硫酸纳、烧基苯横酸盐、阜、洗漆 齐IJ、或脂肪酸盐；基于季铵阳离子的阳离子表面活性剂，诸如例如十六烷基三甲基溴化铵 和其他烧基三甲基铵盐、十六烧基氯化批陡、聚乙氧基化牛脂胺、苯扎氯铵（benzalkonium chloride)、节索氯铵（benethonium chloride);以及两性表面活性剂诸如例如十二烧基 甜菜碱、十二烷基二甲基氧化胺、椰油酰胺丙基甜菜碱、和椰油两性甘氨酸盐（coca ampho glycinate)。非离子型表面活性剂的说明性实例包括，但不限于，烷基聚（环氧乙烷）、聚 (环氧乙烷）和聚（环氧丙烷）的共聚物、烷基聚葡糖苷诸如例如辛基葡糖苷和癸基麦芽糖 苷、脂肪醇诸如十六烷醇和油醇、以及椰油酰胺MEA、椰油酰胺DEA、和椰油酰胺TEA。
[0049] 月桂基醚硫酸钠是优选的表面活性剂。
[0050] 在本发明的一个形式中，用表面活性剂处理纤维素材料包括，以每吨纤维素材料 〇. 5至5升表面活性剂的量混合表面活性剂。在将纤维素材料与动物排泄物混合之前，可以 形成纤维素材料和表面活性剂的混合物。优选地，在将经处理的纤维素材料与动物排泄物 混合之前使纤维素材料和表面活性剂的混合物接受厌氧条件至少一个月的时间段，以分解 木油并且因此改善随后的微生物消化并增强固氮。备选地，可以将表面活性剂在其与动物 排泄物混合的同时或大约同时与纤维素材料混合。
[0051] 通常，在动物排泄物的至少部分需氧消化期间，动物排泄物经历水解，从而将动物 排泄物中的蛋白质和碳水化合物转化为固态消化物中的糖、脂肪酸和氨基酸。有利地，如上 所述的动物排泄物的需氧消化引起固态消化物中的氮和硫以氨、硝酸盐和磺酸盐的形式固 定而不是作为促成温室气体排放的有毒气体释放。
[0052] 当动物排泄物的需氧消化已达到氨、糖化物和单糖产量的峰时，并且在这些水平 降低之前，所述方法还包括将此调节的/半堆肥的固态消化物分散在水性介质中的步骤。 在堆中的最大热量时，并且当检测到糖、糖化物、氨和胺的存在时，停止固相的需氧消化。通 常，将固态消化物分散在水性介质中采取下列形式：将固态消化物从需氧消化器输送至容 器，以及将固态消化物与水或水溶液以lkg固态消化物与约2. 5至50升水或水溶液的范围 内的重量/体积比混合。
[0053] 优选地，将选自包括表面活性剂、需氧微生物接种物、有益细菌、或其前体、可溶性 二氧化硅和/或锗、氮源、和微生物能量来源的组中的一种或多种添加剂加入至水性分散 液。特别优选的添加剂是可溶性二氧化硅和/或锗。
[0054] 适合的表面活性剂包括上述那些。
[0055] 适合的需氧微生物接种物或其前体对本领域技术人员来说应是公知的。说明性实 例包括，但不限于，可商购的产品如由Insight Environmental供应的Eco Care、Symbex、 Environ-8、Eco_Growth。对于Eco Care来说剂量率为多至lml/100升溶液。
[0056] 适合的可溶形式的二氧化硅和/或锗对本领域技术人员来说也应是公知的。特 别优选的是以S0LSIL的名称销售的可商购形式的可溶性二氧化硅。可溶性二氧化硅以在 10mg至lg可溶性二氧化硅/1升水性介质之间的量包含在水性分散液中。不希望受到理论 的约束，本发明的发明人认为，可溶性二氧化硅的益处分为两部分：1)其参与微生物消化 并且结合至多肽序列中，增加氨基酸和肽序列的机械强度和弹性，以及2)其起到催化剂的 作用，以通过提供多个化学活性部位加速微生物消化的速率，从而促进长链氨基酸和多肽 序列的快速构建。
[0057] 锗以在1 μ g至100 μ g锗/1升水性介质之间的量包含在水性分散液中。通常认 为，锗以与可溶性二氧化硅类似（尽管更有效）的方式起作用，并且在提高抗氧化剂水平中 具有重要作用。
[0058] 适合的氮源包括，但不限于，尿素或海草，如例如可商购的ARCADIAN，其通常可以 以lg至20g可溶性海草/1000升水性介质之间的量存在于水性分散液中。海草特别优选 作为氮源，因为它还提供痕量矿物质如碘、铬、钴、钒、砷和放射性元素如铀和镭，以及激发 微生物活性的有益激素。备选地，或者与海草的加入一起，可以将上述痕量矿物质加入至水 性分散液。在一些情况下，痕量矿物质可以来源于采矿或来源于工业废物。
[0059] 适合的微生物能量来源包括，但不限于，糖、糖蜜、淀粉、麦芽糖、乳糖、蔗糖、葡萄 糖。微生物能量来源占250g至1000g微生物能量来源/1000升水性介质之间。通常认为， 微生物能量来源的目的是增加需氧微生物的碳固定能力以及提高多肽产量。
[0060] 可以在将固态消化物与水或水溶液混合的同时或大约同时加入一种或多种添加 齐IJ。备选地，可以将一种或多种添加剂加入至水性分散液。相反，可以将一种或多种添加剂 在将其与水或水溶液混合之前加入至固态消化物。在本发明的此外另一个备选的形式中， 在与固态消化物混合之前，水溶液可以含有一种或多种添加剂。
[0061] 在本发明的方法中将水性分散液曝气的步骤包括，使曝气介质在正压力下以在每 100L水每小时0. 5m3至5. Om3含氧气体范围内的速率通过所述水性分散液。在本发明的一 个形式中，将水性分散液曝气的步骤进行多至48小时的时间段。通常，曝气介质是含氧气 体。含氧气体的适合的实例包括，但不限于，空气和氧气。
[0062] 在曝气周期完成之后，通常允许经曝气的水性分散液中的固体在重力下沉降约15 至30分钟，以通过多种公知的并且了解的分离技术中的任一种来促进固相和液相的分离。 适合的分离技术的说明性实例包括，但不限于，通过真空或压力过滤、离心、脱水、澄清、振 动筛分离器、楔形丝网筛等。应该理解的是，可以通过泵送的方式将固相和液相之一或二 者输送至单独的分离装置。通常，固相将会作为浆料泵送。例如，可以将浆料抽出至具有 以20目开凿的孔的排水箱中，以将过量的水分从浆料中排出，从而获得易碎的灌封混合物 (potting mix)、覆盖料（mulch)或修复剂。备选地，可以通过离心机、压滤机或用于脱水的 脱水袋来泵送浆料。
[0063] 然后可以在防水帆布的覆盖下贮藏堆放固态脱水产物，直到其被分配用作土壤的 环境修复用土壤改良剂，或用作改善植物生长用灌封混合物或覆盖料。
[0064] 可以方便地将所述过程中分离的液态产物应用为纯净或稀释形式的液态肥料。分 离的液态产物具有_50mV和-1000mV之间的氧化还原值，并且认为其具有高抗氧化剂价值。 此外，已经产生液态产物的条件促进了消耗微量的痕量元素如硅、铬、碘、钒、硒和锗的长链 氨基酸和多肽序列的形成。
[0065] 以上构造确保了分散液的剧烈曝气。尽管空气是优选的曝气介质，也可以使用具 有大于空气的氧含量的曝气介质、或纯氧。
[0066] 在本发明的备选实施方案中，入口 14包括位于并固定于容器12的下壁18的膜盘 扩散器。通常，下壁18的整个表面被所述膜盘扩散器覆盖。盘中的孔尺寸约为5微米，并 且产生1mm至3mm之间的粒径的气泡。这种微小气泡比较大的气泡花费更长的时间移动至 容器12的内含物的表面，并且因此增加了微生物接受曝气的机会。小表面积还增加了允许 容器内水性分散液更完全且快速微生物消化的微生物/空气/消化物/水的接触。
[0067] 排出口 16与分离器（未示出）流体连通，其中分离器在使用中被布置为将经曝气 的水性分散液中的固体与液体分尚。排出口 16可以被配置为在已经使经曝气的水性分散 液分别沉降为液相和固相之后去除经曝气的水性分散液中的液相。在这种特定的构造中， 排出口与分离器如过滤装置（真空或压力）、离心装置、或切向流分离器流体连通用于从其 中去除悬浮的固体颗粒。之后可以方便地将得到的液体用作肥料液体或用作用于固体、液 体或气体处理的环境修复剂。
[0068] 在备选的构造中，排出口 16被配置为将经曝气的水性分散液中的固相作为浆料 去除。可以将浆料泵送至排水箱（诸如例如具有20目的穿孔）中，以将过量的水分从浆料 中排出。备选地，可以将浆料排出至用于脱水的离心机。其他分离技术对本领域技术人员 来说应是公知的，并且可以方便地将其应用于经曝气的水性分散液的固相和液相的分离。 [0069] 用于从营养物溶液中分离在150微米至5微米的范围内的微细固体颗粒的本发明 的另外的实施方案是通过具有与锥的基部连接的管道的锥形底槽的方式。参见图2。一个 刀型阀置于与锥连接的管道的顶部，另一个刀型阀位于管道的底部。上阀左边打开，下阀是 封闭的。锥形槽和管道填充有微生物消化的液体和固体微细颗粒的分散体。使固体沉降至 少15分钟，使其留在下部管道段中。上刀型阀是封闭的并且下阀是打开的，并且去除小部 分液态浆料中的固体细粒。关闭上刀型阀的操作并不搅起固体微细颗粒，并且在不需要昂 贵的过滤机械的情况下允许大多数液态级分的快速和有效回收。
[0070] 如上所述，本发明的装置10方便地结合至用于处理动物排泄物的系统。所述装置 可以位于用于需氧消化动物排泄物的需氧固体消化器的附近，并且所述系统还可以设置有 用于将固态消化物从需氧消化器传送至所述装置的容器的第一传送机。类似地，需氧消化 器可以位于动物排泄物的来源的附近，并且所述系统还可以设置有用于将动物排泄物从动 物排泄物的来源传送至需氧消化器的第二传送机。
[0071] 应该理解的是，在澳大利亚或任何其他国家，尽管在本文中可能参考了现有技术 用途和出版物，这种参考并非承认这些中的任一个形成本领域一般公知常识的一部分。
[0072] 对于本说明书的目的来说，应清楚地理解，词语"包括"意指"包括但不限于"，并且 词语"包含"具有相应的含义。
[0073] 除了已经描述的那些之外，在不背离基本发明构思的前提下，相关领域的技术人 员会想到许多变化和修改。所有这些变化和修改应被认为是在本发明的范围内，其本质由 前述说明确定。
【权利要求】
1. 一种用于处理动物排泄物的方法，所述方法包括下列步骤： a) 使所述动物排泄物接受进行所述动物排泄物的至少部分需氧消化的条件； b) 然后将部分需氧微生物消化的固体保持在厌氧条件下以维持在固相中微生物活性 的峰处形成的氨、糖和糖化物水平；此时将半堆肥的粪便密封对之后成功的需氧液态微生 物消化阶段是至关重要的； c) 将步骤a)中产生的固态消化物分散在水性介质中； d) 将步骤b)的水性分散液在可溶性二氧化硅和/或锗的存在下曝气；以及 e) 将来自经曝气的水性分散液的固体与液体分离。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中在使所述动物排泄物接受厌氧条件之前将所述动 物排泄物与纤维素材料混合。
3. 所述方法，其中将所述动物排泄物与所述纤维素材料以40 : 60至60 : 40的动物 排泄物：纤维素材料的重量比w/w)混合。
4. 所述方法，其中所述混合物的含水量在约40至70% w/w的范围内。
5. 根据权利要求中任一项所述的方法，其中使所述动物排泄物接受进行所述动物排泄 物的至少部分需氧消化的条件包括：将动物排泄物和纤维素材料的混合物在氧或富氧气氛 的存在下储存1周至两个月之间的时间段。
6. 根据权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合物在所述条件下达到约60°C至 约85°C的范围内的温度。
7. 根据权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括用表面活性剂处理所述纤维 素材料。
8. 所述方法，其中将所述纤维素材料与所述表面活性剂以每吨纤维素材料0. 5至5升 表面活性剂的量混合。
9. 所述方法，其中在将所述纤维素材料与所述动物排泄物混合之前形成纤维素材料和 表面活性剂的混合物。
10. 所述方法，其中在将处理的纤维素材料与所述动物排泄物混合之前使纤维素材料 和表面活性剂的混合物接受需氧条件至少一个月的时间段。
11. 所述方法，其中将所述表面活性剂在其与所述动物排泄物混合的同时或大约同时 与所述纤维素材料混合。
12. 所述方法，其中然后将所述半堆肥的粪便和碳保持在厌氧条件下以防止糖和糖化 物进一步需氧分解形成C02以及氨的耗散。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述将所述固态消化物分散在水性 介质中的步骤包括：将所述固态消化物与水或水溶液以lkg固态消化物与约2. 5至50升水 或水溶液的范围内的重量/体积比混合。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述固态消化物的水性分散液还包 含选自包括表面活性剂、需氧微生物接种物或其前体、可溶性二氧化硅和/或锗、氮源、和 微生物能量来源的组中的一种或多种添加剂。
15. 所述方法，其中所述添加剂是可溶性二氧化硅和/或锗。
16. 所述方法，其中在将所述固态消化物分散在所述水性介质中的同时或大约同时加 入所述一种或多种添加剂。
17. 所述方法，其中将所述一种或多种添加剂加入至所述水性分散液。
18. 所述方法，其中将所述一种或多种添加剂在将其与水或所述水溶液混合之前加入 至所述固态消化物。
19. 所述方法，其中在与所述固态消化物混合之前所述水溶液含有所述一种或多种添 加剂。
20. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述将所述水性分散液曝气的步骤 包括：使曝气介质在正压力下以在每100L水每小时0. 5m3至5. Om3曝气介质范围内的速率 通过所述水性分散液。
21. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述将所述水性分散液曝气的步骤 进行多至4天的时间段。
22. -种用于处理动物排泄物的装置，所述装置包括用于容纳固态消化物的水性分散 液的容器，其中通过至少部分需氧消化所述动物排泄物产生所述固态消化物，所述容器具 有多个用于接收曝气介质的入口和用于排出经曝气的水性分散液的排出口。
23. 所述装置，其中所述排出口与分离器流体连通，从而所述分离器在使用中被布置为 将经曝气的水性分散液中的固体与液体分离。
24. -种用于处理动物排泄物的系统，所述系统包括： 动物排泄物的来源； 用于至少部分需氧消化所述动物排泄物的需氧消化器； 用于容纳固态消化物的水性分散液的容器，其中通过在所述需氧消化器中至少部分需 氧消化所述动物排泄物产生所述固态消化物，所述容器具有多个用于接收曝气介质的入口 和用于排出经曝气的水性分散液的排出口： 与所述排出口流体连通的分离器，其中所述分离器在使用中被布置为将经曝气的水性 分散液中的固体与液体分尚；以及 第一和第二传送机，分别用于将所述动物排泄物从所述动物排泄物的来源传送至所述 需氧消化器，和用于将消化物从所述需氧消化器传送至所述容器。
【文档编号】C05F3/00GK104105396SQ201280061334
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2012年12月10日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】加里·罗伯特·努恩 申请人:加里·罗伯特·努恩