专利名称：动物废物流出物的处理的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及污泥整治，更具体地，涉及如动物废物之类的污泥转变为价值增加的材料，例如肥料。
背景技术：
现代城市污水废物处理厂采用传统的机械和生物方法，以便在总体效果上是将水污染问题转变为固体废物处理问题(污泥)的过程中回收利用废水。在一个典型的现代处理厂，将大的物体与粗砂分离。然后废水进入初级沉淀池，该池除去50-70％悬浮固体和25-40％BOD。然后，污泥与研磨筛余物进行厌氧消化。废水再流到曝气槽，在该槽中胶状和溶解的有机物通过微生物，主要是细菌的需氧生长转化成气体(主要是二氧化碳)和细胞团块。细胞团块在二次沉淀步骤中被除去，并进行厌氧消化。另外，最终的生物步骤通过将氨转化为硝酸盐，再转化成氮气而减少了流出物的氮含量。该方法还产生生物污泥。使结合的污泥增稠，提高其固体含量，并进行厌氧消化。消化的主要目的是减少污泥的有机含量、体积和气味，并降低病原微生物的浓度(Metcalf &Eddy 1979，U.S.EPA 1979，Arora 1980，Federal Register 1989)。厌氧消化的脱水污泥是污水处理厂的最大固体输出，并带来了较大的处理问题。
在历史上，因为产生这些污泥的体积极其庞大，所以常规城市污水处理产生的微生物污泥固体的处理成本一直很高。这些污泥含有很大部分的挥发性固体(VS)，并保留大量的水(干燥前70-85％)。由于废物体积庞大，因此运输和处理的成本也相当高。最近，由于垃圾填埋的可用性不断降低，所以通过传统垃圾填埋法处理这些微生物污泥的成本急剧增加。在某些地区，生物污泥完全被禁止用垃圾填埋法处理，因为其具有高污染能力。
考虑到污水处理产生的微生物污泥的处理成本不断增加，人们努力寻找能替代垃圾填埋处理的技术，例如为了减少需要处理的废物的体积，可进一步减少污泥含水量的技术。公众对燃烧过程中可能产生的有害排放物以及所得灰分可能的重金属污染这些问题的关注，降低了燃烧处理(Samela等人，Environmental Aspects of the Combustionof Sewage Sludge in a Utility Boiler，Environ.Progress，5110，1986)作为城市污水污泥处理选择方案的接受度。由于生物活性产生甲烷，残余的挥发性固体导致有机物污染地下水，所以污水污泥的土地应用也是难以解决的问题。
处理给定量污泥的成本通常很高，并且越来越高。此外，现有处理厂负担的增加也导致处理成本急剧增加。对废水处理质量的环境要求越来越多，于是造成方法更加复杂，该更加复杂的方法产生更大的微生物量需要处理。参见Laughton，P.J.，“Upgrading a WaterPollution Control Plant to Meet Stringent Effluent DischargeRequirements”，Water and Pollution Control，11714(1979)。废水流中较高的有机污染物负荷量对处理方法产生了较高的压力，这样常常降低有机除去效率。参见Mungsgaard等人，“Flow and LoadVariations at Wastewater Treatment Plants”，J.Water PollutionControl Fed.，522131(1980)。
这种效率降低使污泥脱水性能变差，大大增加废物的水含量和体积。参见Rutherford等人，“Realities of Sludge Dewatering”，Proceedings of the National Conference on Municipal TreatmentPlant Sludge Management，奥兰多，佛罗里达州，(1986)。最终，脱水效率降低需要增加使用有利于脱水的有机聚合物。参见Novak等人，“Mixing Intensity and Polymer Performance in SludgeDewatering”，J.Environ.Bngineer，1141(1988)；Bandak等人，“Polymer Performance in Sludge Conditioning”，Proceedingsof the Eighteenth Mid-Atlantic Industrial Waste Conference，兰开斯特，宾夕法尼亚州(1986)；Doyle等人，“Sludge ConditioningWith Organic Polyelectrolytes”，Proceed.of the Nat′I.Conf.on Municipal Treatment Plant Sludge Management，奥兰多，佛罗里达州(1986)。增加聚合物使用量提高了处理成本，增加了废物流的有机负荷量。最终的结果是，当现有处理厂必须应对增加的负荷量和清除要求时，污泥处理的量与成本会不成比例地增加。
最近的研究常常支持通过改进脱水减少废物体积的作法。参见Knocke等人，“Effect of Mean Cell Residence Time and ParticleSize Distribution on Activated Sludge Vacuum DewateringCharacteristics”，J.Water Pollution Control Fed.，581118(1986)；Barraclough等人，“Start-Up Optimization of theMechanical and Chemical Parameters Influencing the DewateringPerformance of a Gravity Belt Filter Press Operation”，Proceedings of the Eighteenth Mid-Atlantic Industrial WasteConference，Blacksburg，Va.(1986)；Katsiris等人，“Bound WaterContent of Biological Sludge in Relation to Filtration andDewatering”，Water Res.211319(1987)；Harries等人，“Designand Application of a Modern Solid/Liquid Separation Plant”，S.African Mech.Engin.，37481(1987)；Cobb等人，“OptimizingBelt Press Performance at Smurfit Newsprint”，TappiProceedings-1987 Environmental Conference，波特兰，俄勒冈州。但是，如果这种脱水不减少污泥的挥发性部分(“VS”)，污泥的污染能力就不会改变。
厌氧消化的污泥含有约40％-75％VS。未消化污泥的VS含量甚至更高。参见Downing等人“Used-Water Treatment Today and Tomorrow″，Ecological Aspects of Used-Water Treatment，Vol.2，C.R。Curds和H.A.Hawkes，Eds.(1983)；Ramalho，Intro.to WastewaterTreatment Processes，2nd ed.N.Y.Academic Press(1983)。很明显，仍然有可能进一步减少污泥的体积。
一般而言，其他动物废物，例如牛、羊和鸡的废物也以类似方式处理。最近，这些污泥通常被转化成肥料。但是，这样的转化并不容易。例如，猪粪和尿含有或产生氨、硫化氢、甲烷、硝酸盐、三卤甲烷、霉菌孢子和其他污染物。源于动物和植物组织的动物臭气和腐败气体通常存在于猪圈内及其周围。腐败物产生了气味极浓的气体和化合物，如氨、氨基酸、芳族脂肪酸、代谢物、硫醇和硫化氢。一个废物管理系统必须解决这些散发气味的物质，更重要地，必须除去活的有害微生物，例如排泄物大肠菌，其中当然包括大肠杆菌。
如声处理之类的多种技术用于破坏有害微生物，例如像US 6 039867中描述的技术。该专利描述了以“声波束”重复和多通道方式使用700-1000瓦声处理。声处理的副作用是加热。例如US 4 340 488描述的声处理据说将污泥加热到70摄氏度，这个温度曾被描述是杀死微生物的非常理想的特征。US 4 944 886、4 477 357和5 380 445可以见到其他的声处理方法。声处理的一个目的是杀死尽可能多的微生物，同时用声能加热污泥。例如US 5 380 445强调指出，55摄氏度是破坏的“最有效”温度。
声处理也影响溶解的气体。当被作为除去溶解的气体来认识时，这一属性一般还没有与利用声处理本身的气体控制的其他方法结合使用。另一个未得到正确评价或被忽略的问题是，这些专利所描述的采用声处理破坏微生物是不明确的。在这个问题上很不幸地，异养生物通常是所希望，并且通过除去毒素并通过与不希望的生物竞争来帮助污泥解毒。最后，阻碍污泥作为增值产品(例如肥料)进行更广泛再循环的主要问题是，需要将非常湿的材料运到干燥和制粒站。还有，大部分微生物消灭方案需要极高的能量，并且常常采用加热杀死微生物并干燥污泥进行造粒。能够降低能量成本、改进脱水和/或优先除去不希望的微生物的任何方法或系统，都能够改进成本结构，以更有效更广泛地利用污泥再循环。
通常，专利文献中所述的污泥处理经常是实验室方法和设备的按比例扩大，这些方法与设备虽然适合于基础研究，但经常难以解释大规模的经济问题。更合适的技术(例如利用污水池和大规模微生物转化的方法和设备)往往需要非常大量的时间、空间和资金，以将污泥转化成可使用的形式，一般用作远处的肥料。
本发明的简要说明一个具体实施方案是一种从湿污泥中除去挥发性气体的方法，该方法包括添加沸石至浓度为每加仑污泥至少0.05克沸石；用超声波能量处理，以从污泥中释放挥发性气体，以便与沸石结合；通过絮凝作用除去沸石。在另一个具体实施方案中，每加仑添加1-20克沸石。在另一个具体实施方案中，每加仑添加10-250克沸石。在另一个具体实施方案中，每加仑添加0.2-2.5克沸石。
另一个具体实施方案是一种使污泥废物流中厌氧细菌失活的方法，该方法包括往废物流中添加沸石，往废物流中添加氧化剂，用强超声波能量处理被氧化的废物流，并通过絮凝作用除去废物流中的固体。氧化剂可以在用强超声波能量处理之前或之后添加，沸石也可在强声处理之前或之后添加。在一种有利的方法中，首先用足够的超声波能量溶解至少10％、25％、50％、65％、75％、85％、90％、95％或更多的细菌，然后添加氧化剂，并培养至少15秒、30秒、1分钟、2分钟、5分钟、10分钟或更长，接着除去固体。
本发明的另一个具体实施方案是一种将含水污泥经济浓缩成更有用形式的低能量方法，该方法包括向污泥中添加沸石，使用每克污泥中的固体为0.001-8.0瓦时的超声波能量处理污泥-沸石混合物，往经声处理的污泥中添加絮凝剂，并将用絮凝剂处理的污泥放在土工织物(geotextile)中脱水。
另一个具体实施方案是一种污泥物流处理系统，用于选择性地将厌氧细菌失活，并产生小的固体颗粒，该系统包括具有含水污泥输入和氧化剂输入的物流、泵、氧化剂、高于1千瓦输出功率的超声波发生器、以及输出，其中污泥含有0.1-10％的固体材料，并且作为物流以每分钟至少1加仑的流动速度进入并通过处理设备。
另一个具体实施方案是一种使粪便排泄物脱水的系统，该系统包括声处理器、絮凝剂和土工织物，其中声处理器与粪便排泄物接触，在活化作用下使粪便排泄物中颗粒更小更均匀，然后往声处理的粪便排泄物中添加絮凝剂，再将絮凝剂和废物合并物加到土工织物，让淘析物通过袋。
另一个具体实施方案是一种消灭在污泥流或分批样品中的粪便细菌的系统，该系统包括活性氧源和至少3千瓦的高功率声处理器，其中往污泥流或分批样品中添加活性氧，然后声处理器将样品激活到至少消灭或弱化样品中的粪便细菌。
另一个具体实施方案是一种消灭污泥流或分批样品中的粪便细菌的方法，该方法包括往污泥流或分批样品中添加活性氧源，然后用至少3千瓦的高功率声处理器对得到的混合物进行声处理，从而使粪便细菌更均匀分散。
另一个具体实施方案是一种消灭污泥流或分批样品中的粪便细菌的方法，该方法包括用声处理器对细菌进行声处理，形成更均匀的分散体；在低温下干燥细菌。
附图简要说明
图1描述一个具体实施方案的氧化塘的猪流出物处理方法。
图2描述一个具体实施方案的工艺流程。
图3显示一个具体实施方案的代表性试验结果。
图4显示由一个具体实施方案得到的试验结果。
图5显示各种材料参数的重复测定结果。
详细说明现有技术中的一些缺点可通过这样的设备、系统、方法和其他发现得到克服，该设备、系统、方法和其他发现能减少气味、减少如厌氧细菌之类的不需要微生物，并更有效地将湿污泥转化成更易运输的形式，同时承担的能量费用较低。一些具体实施方案对于处理含有微生物(如粪便物)的污泥是特别有用的，对于高浓缩废物(如湿悬浮体)更特别如此，所述高浓缩废物典型地是0.5-10％(重量/体积)鸡、火鸡、牛、羊、人类或其他粪便排泄物。本文描述的不同具体实施方案将这些发现融合在有用的系统、方法和/或设备中。但是，本领域技术人员会很容易地认识到，每种发现可单独用于人们在阅读本说明时将看到的其他具体实施方案中。
为了实现大规模、低成本的污泥整治方法，发现一种流动系统，该系统以非常经济的方式使用“强”超声波能量处理污泥浆，使其分解。这里使用的“污泥浆”表示一种污泥，它含有在水中每个体积为0.1-20％，优选地0.5-10％，更优选地1.5-6％的干固体重量。在与物流处理相关的一个实验中，发现了大输出功率(大于500瓦、1千瓦、3千瓦、5千瓦或更高能量)的声处理器以约20000赫兹操作时，能够使污泥流具有良好的性能，从而可以使猪排泄物污泥流的处理达到每分钟3、6、10、20、30、50或更多的加仑。在另一个适合于小规模转化的具体实施方案中，诸如废物流为每分钟0.2-20加仑，更优选地每分钟0.5-5加仑，声处理器(由单个单元构成或由多个设备一起构成)可以在低于3千瓦的低输出功率，例如100-600瓦、250-750瓦、300瓦-1千瓦、500瓦-2千瓦，或750瓦-3千瓦下得到良好的结果。在本文中，术语“千瓦”表示由声处理器对进行声处理的材料施加的实际能量(其中包括热和振动)，并且在许多场合中表示给变换器的总输入功率，变换器例如是压电转换器或磁阻(magnetorestrictive)换能器。
在使用该研究的流动系统时，已发现在结合料(binder)存在下可以利用声能释放一种或多种散发气味的物质，例如氧化硫、硫化氢、氨、一种或多种氮化合物，所述的结合料例如是沸石、明矾、diatametious earth、ZMS-5沸石、斜发沸石、碎海贝壳、碱洗沸石(得到非质子化形态沸石)、离子交换材料等。本发明该具体实施方案的流动物流系统以及间歇式系统使用超声波能量有利于将这些不需要的物质转移到例如沸石的受体中。一个相关发现是，通过在声处理之前，期间或之后添加氧化剂，通过利用活性氧物质，例如臭氧、过氧化氢、其他过氧化物、一种或多种Fenton反应的氧化产物等进行处理，可以优先杀死不需要的微生物，如厌氧菌。不希望受到该具体实施方案任一理论的约束，据认为通过增加氧化剂与微生物的接触，声处理改进了氧化作用的动力学。
在另一个可大幅度减少污泥处理的输入能量的具体实施方案中，已发现可以使用中等的超声波能量(如每克处理的固体为0.005-5，优选地0.01-1，更优选地0.01-0.1瓦时)，使污泥颗粒转化成比较均匀的形式，并且这些颗粒絮凝成比期望尺寸更大的颗粒，这样在相继的脱水步骤中能更大量脱水。令人惊奇地，较少量的能量对改善脱水步骤有较大的作用，与其他的改进结合时尤其如此。
脱水步骤常采用重力沉降得到倾析液或洗提液。如Richard G.Sheets Sr.的名称为“Reclamation of Materials in a ClosedEnvironment with Remedial Water”(以下称为“Sheets技术”)的PCT申请公开PCT/US00/09809所述，有利地，使用土工织物进行脱水，形成渗出物。此外，除了土工织物之外或代替土工织物，还可使用其它脱水技术。例如，城市废水处理厂通常采用的脱水技术，例如(i)“带式过滤机”型压力机，它包括多辊和网状带的系统，其间通过生物固体废物，并且其配合以从生物固体废料中挤压出一些水分；(ii)专用内嵌式离心装置，它利用离心力从生物固体废料中挤压出一些水分；(iii)溶解空气浮选系统，或(iv)带液压或机械驱动的板框压滤机，它采用机械压力，使生物固体废料的不连续批料脱水，该系统可单独使用，或与其他方法结合使用。Global Resources RecoveryOrganization的旋风式Tempest干燥系统(TM)是特别合适的，正如澳大利亚Aqua International的脱水系统。特别考虑本领域技术人员已知的所有脱水技术，其中包括例如空气干燥、稳流撞击干燥、红外干燥、微波干燥和必要时的干燥鼓干燥。US 6 470 597、6 447 642、6 393 719、6 308 436、6 221 261、6 106 632、6 030 538、5 893979、5 891 342、5 720 887、5 695 650、5 587 085、5 472 620和5 449 464描述的技术和设备是本领域技术人员已知中的一部分，并且本文特别地将其作为参考文献加以引用，由于篇幅的限制，这些细节不再作进一步描述。在这些技术中，许多技术单独或结合使用时要求较少的聚合物，一些技术可以完全不需要聚合物。即，可以利用已用技术和材料代替土木织物(或强化其使用)，甚至可以免除对添加聚合物和/或絮凝剂和/或凝结剂的部分或完全需要。理想地，用户将根据特定环境下的成本选择其中的一种或多种。
人们已看到，这些发现的组合为例如动物粪便排泄物之类的废物的处理提供了相对低成本，而大体积的系统。此外，人们还看到，任选较低能量水平的声处理可用于使污泥粉碎，改善脱水作用。因此，一个希望的具体实施方案采用至少两个声处理步骤，第一个强声处理步骤用于粉碎污泥，而第二个步骤(该步骤可使用较低的能量水平)有利于脱水前使颗粒集合在一起。可单独使用第二个步骤，没有第一个步骤，优选地，与第一个强声处理步骤相比，废物流中每克固体施加75％、50％、30％、25％、10％、5％以下，甚至1％以下的声能。在另一个具体实施方案中，第二个步骤的声处理频率比第一个步骤声处理频率低至少50％、100％、200％甚至更多(较长的波长)。例如，第二个步骤在19000赫兹下进行时，则第一个步骤可以在40000-100000赫兹、100000-200000赫兹甚至更高频率下进行。
在另一个具体实施方案中，提供一种处理方法，其中所有步骤都在低的温度下进行。本文使用的术语“低温处理”表示的处理方法的特征在于，与至少部分地采用高温杀死微生物的方法相比，采用较低的温度。在一个具体实施方案中，所有的处理步骤都在低于50度、45度、40度、37度、33度，或者甚至低于30摄氏度的温度下进行。术语“度”表示整体性质的测量结果，例如用正常温度计或大型热敏电阻器测量的结果，并不表示可能处在一个泡内或邻近传送声处理能量的表面的局部温度。在一个具体实施方案中，采用低温处理产生1-20％，更希望2-8％固体的处理材料，并在较高的温度下干燥。
在另一具体实施方案中，施用相对于不希望的生物体而言优先有利于土壤生物体存活的化学组分或电磁能量。优选地，化学组分是一种气体，例如分子(双分子)氧、过氧化物、臭氧或纯态氧。其他的气体包括分子氯或溴，以及其他形态的活化氯或溴。添加的电磁能量可以是紫外辐射，如350-400纳米，和/或低于350纳米。
在一个符合要求的具体实施方案中，从固态设备添加紫外光。目前，紫外线发光二极管是已知的。随着价格下降和输出功率增加，这些设备对于一些具体实施方案将变得更加理想。尽管现在使用多个排列LED作为具体实施方案的能力是现实可用的，但是成本的改善可能将使这种技术在未来商业上会更加令人满意。例如，可沿着处理物流加一个或多个产生UV光的LED，这种处理物流使用UV透明材料，例如透明管、透明流动槽和透明窗，以输入这种光。还可在从管排出废物之后，或相继步骤(如干燥步骤)期间或之前采用UV照射。此外，废物流处理前可以使用UV光辐射。优选地，这样的化学或光处理与低温处理结合起来，相对于不希望的生物(如兼性厌氧微生物)而言有利于土壤生物体。
下面将评论这些和其他的发现以及源于此的一些理想的具体实施方案。
流动物流的高能声处理人们已发现，可使用单个高输出功率的声处理器经济地处理单一流动物流，这种声处理器的能量是至少0.25、0.5、1、2、3、4、5、6、7、10、15、20、25、30、40、50千瓦或更高。令人满意地，输出频率应该高于15千赫，一个具体实施方案使用20千赫最适宜。在本文未提到的其它具体实施方案中，可用较高的频率，例如25-30、30-40、50-100、100-200、200-1000千赫或更高，以将声能特别地转移到逐渐减小的颗粒。这种污泥优选地含有0.1-12重量％，更优选地1-5重量％固体。用声能处理的流动物流通常可以是每分钟0.5-500加仑，但更典型地可以是每分钟5-100加仑，更通常地是每分钟10-75加仑。为了达到较高的声能输出，特别是10千瓦以上，使用两个或两个以上的声波发生器(例如驱动不同的扬声器)可能是合适的。在这样的情况下，有利地，可以通过可调节相差使驱动电路同步，从而设置一个或多个声转换器的循环定时，以降低消声。通过例如直接用独立的转换器检测能量输出检测传递给流动物流的声能，测定处理污泥的温度升高，用一个或多个检测器(如压电装置)直接测定流动物流中的能量，可以确定合适的偏移量。如熟练工程师所懂得的，可采用人工或自动电路进行这种监测和调节。例如，可以调节最大功率输出、最大检测能量、处理材料中的最大升温和/或处理材料组成(如密度、固体含量)的最大变化的相差。
例如，第一个500瓦声转换器可接触来自第二个500瓦声转换器的在上游的污泥流。如果两个转换器都发出相同频率的声能，并且这些转换器之间的距离是声能波长的一半(或相应的若干倍)，那么可以驱动这些转换器彼此异相，以达到最大效果。在这种情况下，可采用180度相位差，来防止破坏性干扰，并将更有效声能转移到该物流中。在一个具体实施方案中，用相同的频率驱动两个或两个以上协调控制的转换器，并且调节频率以达到最佳的效果(最小破坏性波干扰)。在该方法中，提高频率可提供更短波长的声能，而降低频率提供更长波长的声能。如果两个声转换器对于最优操作而言分开太远，则降低它们的共同频率将使它们的声波振动具有更长的周期性，以更有效地与该距离相匹配。如果太靠近，可以提高它们的声波频率进行补偿。当然，两个或两个以上的声转换器可以在不同频率和/或彼此具有不同相角的情况下驱动。本领域技术人员知道频率与相移结合可调整多个声波发生器。特别希望该方法使用小型声处理器，例如Branson的小型声处理器，并且非常适用于小模块系统，在该系统中根据处理的需要，可以设定低流速或管尺寸。
在一个令人满意的具体实施方案中，采用反馈系统自动控制至少一个设备的相角、输出功率和频率中的至少一项。优选地，该反馈系统包括至少一个传感器和一个电路，所述的传感器监测加到废物流的声能的状况，所述的电路可包括一个微处理器或计算机，以对反馈信号作出响应。例如，一个反馈系统可以包括压电转换器，它离声处理段有一定的距离(至少3英寸、6英寸、1英尺、2英尺、3英尺或更长)。这种压电转换器检测声能幅度，检测产生新频率的谐波间混频、改变的相角等，并输出测量信号。在一个简单的具体实施方案中，检测在驱动频率下的声能幅度，调整一个或多个声转换器，从而从压电检测器获得最大的测量声波信号。这种反馈系统可以是光装置，它测定反射系数、透射性、折射差数、颗粒尺寸、粘度、流体密度或其他参数，将信号反馈以便调整。
实际上，微型计算机可控制转换器的驱动器的频率、相角或幅度，并可增加或降低所述参数，然后根据测定的信号确定增加或降低的效果。如果效果不那么令人满意，那么控制器可进行相反的操作。如果效果令人满意，则控制器可再次执行并提高所述参数。微调可涉及较小的改变，直到未感知其效果为止。当然可以采用人工方法操作控制器，并且它本身也显示有关该系统的信息。例如，最佳频率的改变可能显示材料粘度发生变化、声波探针磨损及其特性改变，或发生影响系统声学性能的其他事情。在一个具体实施方案中，超出临界值的变化将触发提醒系统操作员的警报。这个警报例如可以是音频，如哔哔声或嗡嗡声，可以是视频，如LCD面板显示或发光二极管显示，和/或自动的电话呼叫信息。但是，由于与使用一个声处理器相关的改进控制的原因，某些具体实施方案使用较高功率的声处理器，例如Heilschre(新泽西)Edge Technologies，Inc.(Ames，lowa)的高流速12000瓦UIP 12000工业处理器。本发明较大规模低成本处理系统的具体实施方案采用智能(smart)金属高功率设备，如Ames lowa的Etrema公司销售的“terfeneol-D”。以terfeneol-D为基础的声处理器特别用于污泥系统，因为采用这种基于智能金属的系统的自动控制可以调节在处理过程中难以预测变化的污泥特性。对于通过污泥系统的物流，自动和/或人工结合控制一个或多个如下参数是特别有价值的位移、功率和这种工具的频率，特别地3、5、7、10、20、25、30、45、50、60、75千瓦以上，或者甚至100千瓦以上，并且将会预见到工业应用，这不仅对于本文描述的具体实施方案是如此，而且对于每单位重量或体积的更高能量的应用也是如此，由于以热量形式消耗声能，所以导致杀灭甚至更多的微生物，并且甚至更快的干燥。
压电转换器也可用于污泥处理。一个特别理想的装置包括一个转换器，它有前部分和后部分，中心部分两侧中的任一侧有压电驱动器，其支配共振部分。例如参见Miodrag Prokic MP of Interconsulting，Marais 36，CH-2400 Le Locle，瑞士，在http//mpi.powerultrasonics.com/hammer-transducer.html的“THE ULTRASONICHAMMER TRANSDUCER”，它的一个存储版本可从Google找到(http//216.239.53.104/search？q＝cachebQE4ja-OEycJmpi.powerultrasonics.com/hammer-transducer.html+ultrasonic+hammer&hl＝en&ie＝UTF-8)。这个转换器类似于力转换器与具有小信号特征的夹层式转换器的结合，可特别用于“驱动大质量负载，如管内容物”。
这种“锤”式转换器使质量动态中心或惯性中心振荡。特别地考虑这种锤式设备，因为它具有非常理想的特点1)与管内容物相对容易的声耦合；2)转换器对负荷(管内容物)变化的相对抗扰性和3)使用更低成本和较高效率的压电材料。在一个理想的具体实施方案中，构建一个双压电转换器锤，以在废物流的一点添加声能。典型地，这个点是管的一部分，它不是圆的，而已制成方形，使得在至少两个相对面上有一个平面。也就是说，废物流中的一点可能是0.25-24英寸长，更优选地1-10英寸长，它有至少两个振动的相对平面壁。这个部分可以用与周围管不同的材料制成，并且可以是矩形或正方形截面，不过由椭圆形或圆形部分保持在一起的两个平面壁可良好工作。这些平面能传递声音振动。这些相对平表面可以在其相对面上与压电转换器接触，并且转换器一前一后工作，以保持锤状推拉动作。
在一个具体实施方案中，在与压电锤接触的点的处理流的内壁不是刚性金属，而是很好地传递声能的另一种材料，这种材料的柔性足以不会因运动而断裂。在另一个具体实施方案中，与转换器接触的壁是金属，并且在与一个或多个压电装置接触的金属和周围管之间使用柔性材料可减轻传导物料通过该管部分时在周围管上的压力。本领域技术人员会很容易知道在本文中可以使用塑料、其他聚合物和金属。更理想地，这种材料是能很好传导振动能的金属，但这种材料通过同样不会将声能传递到周围管的连接段或联结器而机械连接(即垂直的)到流动物流中。该连接段可包括柔性聚合物。
根据固体含量变化的需要，可以调整声音发送装置的所希望的驱动频率和/或输出功率。可采用人工方法或采用自动电路确定对一种或多种该声音装置的调整。为达到所希望的结果而使用的设置是有价值的信息，系统操作员可使用该信息推断固体含量。例如，如果需要增加声音输出功率，或者获得的数据表明污泥流中固体含量增加，那么操作员(或自动电路)可以作出反应，在声处理器上游增加更多水，如ECA水或其他水。可选择地，操作中推断固体含量减少，可能提示减少加入的水量。作为调整水量的代替操作，例如可以升高温度，或降低流速，以补偿增加的固体。例如，可分别降低温度和增加流速，以补偿减少的固体。因此，本发明的具体实施方案考虑使用用于测量和调整这些参数中的每个参数的系统，以及实施这些活动的软件算法和存储的计算机程序。
在一个具体实施方案中，声处理频率随着检测或推测的污泥流速的增加或降低而增加，随着相反条件而降低。采用本领域技术人员已知的各种装置和方法中的任何装置和方法可以测量这种流速。代替传统的流速测量方法，或除了传统的流速测量方法之外，可以采用压电装置监测污泥的流动程度或粘度，以及由该装置获得的用于调整声处理频率的信息。在一个具体实施方案中，根据周围的环境，以不同谐波驱动如压电装置之类的装置。在另一个具体实施方案中，以更连续的方式调整如磁阻装置之类的装置的频率。在一个具体实施方案中，在检测大块材料后，频率降低至少10％、25％、50％或更多，以帮助声波破碎。在另一个具体实施方案中，检测到更均匀的材料，并且增加声音频率。在一个理想的具体实施方案中，采用至少19000赫兹的频率以使大块破碎，并采用35000赫兹以上，更优选地70000赫兹以上的频率处理小块悬浮体或单个微生物体。
在另一个具体实施方案中，声处理能量随着污泥流速增加而有意增加，随着检测或推测的污泥流速降低而降低。如本领域技术人员所知道的，可以很方便地改变加到一个或多个转换器的功率。在一个特别希望的具体实施方案中，通过响应检测到的材料的减少或缺乏，声处理能量降低至少75％、90％或者甚至中断。当希望检测时，应该检测出例如气塞、大气泡或不想要的材料(如影响污泥声学性能的塑料片)，以产生一个信号，该信号即刻使声处理器中断(或降低功率)，或者直到满足另外的条件。优选地通过监测声能传输，实时粘度测量或其他测量结果，例如因使用声波装置造成的温度升高，或转换器负载阻抗的变化(例如增加)，可以检测出这样的障碍物。在另一个具体实施方案中，通过被污泥流吸收或可能吸收的功率量，如通过声能传输、污泥温度增加、污泥粘度降低或其他参数所测量的，可以控制至该装置的输出功率。已发现，许多具体实施方案可以往流动物流的每克固体中加0.001-10瓦时声能。优选地，每克固体使用0.003-5、0.01-3瓦时，更优选地0.03-0.5瓦时。对于可用于大规模处理的低成本具体实施方案来说，有利地，污泥流保持低于30摄氏度。例如，污泥流在声处理前可以是5-25摄氏度，优选地10-18摄氏度，而在声处理后是10-35度，优选地18-25度。在某些希望微生物失活的具体实施方案中，在声处理前，最适宜的温度可能是0-10度，而在声处理后是0-25度，或在声处理前是10-25度，而在声处理后是25-35度。在许多具体实施方案中，流动物流中的颗粒典型地在声能下暴露10秒以下，优选地5秒以下，更优选地3秒以下，甚至1秒以下。尽管可根据这些希望的参数对流动物流进行声处理，但采用相同或相似的参数时，这里所述的方法和材料还与分批处理有关。
在一个实验中，用Heilscher级联声极(sonotrode)产生一个均匀的声场。用36英寸扬声器长度获得3千瓦(@20.0千赫)的能量输出，并对准流速为每分钟6-10加仑的3.6％固体的猪排泄物污泥流。不希望被本发明这个具体实施方案的任一理论所约束，据认为高强度声场产生空化气泡，这有助于释放气体，将气体转化成危害更小的产物，通过添加氧化剂(如添加的话)改善固体颗粒的渗透能力而有利于杀死厌氧微生物，并且实际上改变粘土和硅酸盐(当存在时)的物理性质，以有利于化学结合水进入其结构，因此增加以后耐受干燥条件的能力，例如当随后用于肥料时，再通过化学结合硝酸盐和磷酸盐，有助于在处理的污泥被用作肥料时防止这些有价值植物营养流失。
不希望被本发明的这个具体实施方案的任一理论所约束，据认为在这个阶段的声处理(特别是在加入活性氧后的声处理)通过极其有利于氧与厌氧生物的接触而优先杀死厌氧细菌。因此，尽管在某些具体实施方案中，声能可能不会杀死所有的生物体，但声能与这些不需要的微生物协同地增加了氧的自然杀死能力。在另一个具体实施方案中，使用高得多的声能，它有效地杀死了所有类型的微生物。
在另一个具体实施方案中，这个声处理步骤在加入如臭氧之类的氧化剂之前进行，并用于通过由该声处理造成的分散改善而大大增加与氧反应的作用。事实上，氧化处理前的声处理改进了杀死微生物的能力。在这种情况中，声处理可使微生物变弱，使它们变得更敏感，而且通过把固体分散成更小的颗粒也有助于扩散限制过程。
如沸石之类的结合料的添加与混合人们已发现，在声处理之前或之后可以添加结合料(例如沸石)除去气味，例如氨(鸡废物和养牛废物的共同问题)，或硫化合物，如硫化氢(猪废物的共同问题)。根据本发明的这个具体实施方案，可以使用结合料，例如粘土；硅酸盐；沸石；粉碎的海贝壳；明矾；diatametiousearth；沸石如像沸石分子筛，如沸石4A和5A；发光沸石；用钙离子、镁离子、钾离子或钠离子交换的沸石；菱沸石；和/或毛沸石。本领域技术人员知道这些和其他的分子筛，并且其描述例如参见D.M.Ruthven的Principles of Adsorption and Adsorption Processes(John Wiley and Sons，纽约，1984)。
在一个理想的具体实施方案中，使用天然或合成的斜发沸石。在另一个具体实施方案中，使用ZMS-5沸石。在另一个具体实施方案中，在使用前用碱冲洗沸石，得到非质子化型的沸石。在这样的沸石中可利用的阳离子的选择面极宽，即第I、II和IIA以及IIIB族，并且可以基于此来选择沸石，或者为了改进而改性。在某些具体实施方案中，可以交换这些阳离子以改善性能。此外，在一个具体实施方案中，当除去气体分子时，使用疏水沸石(优选地呈粉末状)。还可参见US 5 587003、5 531 808和6 290 751，它们描述了斜发沸石、LSX沸石和其他有关沸石。
另一个具体实施方案利用表面改性的沸石，例如Robert S.Bowman教授所描述的(例如参见Environ.Sci.Technol.36(2002)；Environ.Sci.Technol.334326-4330(1999)和Phase IIB Topical Report.美国能源部，国家能源技术实验室，匹兹堡，PA 33p。“Surface-alteredzeolites as permeable barriers for in situ treatment ofcontaminated groundwater”2002)。最有利地，通过与像季铵之类的大阳离子表面活性剂接触，在沸石表面形成稳定的有机涂层，从而使沸石改性。理想地，这种表面活性剂具有带单个正电荷的首基和8-24个碳原子长的疏水尾部。有利地，这种季铵是胺十六烷基三甲铵或这个系列的其他化合物，它们有不同数量的碳原子，例如8、10、12、14、18、20或22个碳原子长的链。对于低于25摄氏度的较低温度的处理，更有利地使用8、10、12、14或16个碳原子的较短链。对于较高的温度，16、18、20或20个以上碳原子的较长链可能更有利。可以加入任何形式的结合料，例如浆料、粉末、合成颗粒等。这种结合料可以间断方式添加到待声处理的污泥浆中，或者，如果污泥是一种流动物流，则在声处理步骤前、过程中或之后添加可能有利。当使用斜发沸石结合来自排泄物污泥的造成臭味的物质时，最好使用可悬浮于污泥中的细粉末，并且这种粉末可以加到含有约3％固体的这样的污泥中，添加量是在污泥中为约0.7-0.9重量％沸石(每加仑污泥19.5-27克沸石)。使用量可大可小，例如每加仑0.5、1、2、3、4、5、10、15、25、35、50、65、75、100、200、300、400，或者甚至直到500克或500克以上，这取决于所需要的结合容量。声处理在分配时是特别有用的，因为声能可以把大颗粒打碎成较小的颗粒，这些较小颗粒较易分配到流动物流或其他部位中。
在一个具体实施方案中，通过泵流扰动混合器添加固体物质，例如结合料或聚合物。已发现固定在流动物流内的无源(passive)板是一个理想的混合器。优选地，该无源板至少部分地与该物流垂直，至少50％其表面积在30％垂直物流内，优选地，至少50％其表面积在15％垂直物流内，更优选地，至少75％其表面积在15％垂直物流内。在一个具体实施方案中，该板是单个确定的表面，由一个或多个附件固定在管壁的适当位置上。优选地，这个板有圆形边，例如可以包括单一圆形或椭圆形。发现三叶草形状工作得很好。优选地，该无源板的表面积是流动物流截面表面积的2-30％，更优选地，该板的表面积是该截面积的5-20％。
优选地，在5倍无源板混合器直径的距离内添加固体物质，更优选地，在2倍无源板直径的距离内添加固体物质。这种板可以位于添加点的上游或下游，优选地位于上游，以便在允许湍流混合的同时，尽可能减少固体与扰动混合器的接触。最理想地，在强声处理步骤的下游使用无源板扰动混合器，这样减轻在混合器上积累物料。在另一个具体实施方案中，采用声学方法将混合器与一个声转换连接，并且进行振动以除去混合器上的碎屑。可采用物理方法将这种声转换器与混合器相连，或者可以分开一段距离。在另一个具体实施方案中，这种无源板并不是无源的，而是采用声学方法与声处理器偶联，并有源地把超声波能加到流动物流上。在一个理想的具体实施方案中，调整这种声能频率，以便有利于添加的固体材料的混合，而在另一个具体实施方案中，调整频率，以利于絮凝脱水。
处理的污泥典型地含有约0.5-12％固体，更典型地约1-5％固体。术语“固体”是指除去盐类和干燥残余物之后留下来的物质。所需结合料的量(如果使用的话)随着污泥的量和种类而改变。当用于由氨化的排泄物污泥制成肥料时，理想地，添加沸石(如斜发沸石)以结合氨，以后在肥料使用过程中释放该氨。理想地在污泥中使用高比率的沸石和其他的结合料，因为在处理流中可逆结合氮然后从肥料产品中释放氮的性质很理想。
在一个具体实施方案中通过声处理和使用结合料除去散发气味的气体，在废料的存在下声处理结合料。不希望被本发明的这个具体实施方案的任一理论所约束，据认为声处理如排泄物废物之类的污泥会造成从颗粒解吸和/或从溶液中放出散发气味的物质，例如氨和硫化氢，并且使与添加的结合料(如沸石)的紧密结合变成可能。声处理还有利于向颗粒和固体材料中扩散和从颗粒和固体材料向外选出，并且已发现在本文描述的每分钟声处理物流30加仑的条件下，可使污泥更均匀地分散成小颗粒。在声处理的过程中，这种沸石结合了污泥浆体释放的气体分子。
由于紧密结合这种散发气味的分子，这些分子在运输、干燥过程中以及在作为最终增值产品(如肥料)的成分时均留在固体材料中。一种理想的分子(如氨)缓慢地从肥料中释放出来，以作为一种长效释放成分提供植物养分。在这方面，另一个重要的可选具体实施方案是从开始处理污泥(例如排泄物)到经过配制并用作肥料都采用低温处理。本领域中许多(如果不是大多数的话)可供选择的处理方法均采用至少一个高温步骤。相反，本发明理想的具体实施方案提供了较高浓度的固体，它需要较少的干燥，并有利地在低于80度、70度、60度、50度、40度，甚至低于30度的温度下实施。这些低温对于保留载体中的氨(或其他化合物)是特别有用的，否则在高温步骤中会排出废气。
这种结合料令人满意地结合有毒气体，捕获重金属，并且可以含有一种或多种常量和微量营养物、硅酸盐和粘土。例如，可以添加微量金属，以改进最终材料作为肥料的质量。当在声处理过程中存在时，高的机械声处理力有助于水结合到粘土和其他硅酸盐中，这样增加了随后使用的产品的抗旱性。声处理还有助于结合硝酸盐和磷酸盐。
氢化剂，任选地与声处理结合人们已发现，在声处理之前或之后添加氧化剂可更多地杀死厌氧细菌，并且事实上优先杀死这类微生物，在“低温处理”中使用时尤其如此。最理想的氧化剂是臭氧，不过如本领域技术人员所知道的那样，也可以使用过氧化氢、其他过氧化物、活性卤素物质和活性氧试剂。在另一个具体实施方案中，可以添加电化学活性(“ECA”)水，如Sheets技术所描述的。也可以在稍晚的时间添加ECA水，例如在被处理污泥的脱水步骤期间。有利地可以往污泥，例如干厩肥或非常粘稠的厩肥(例如牛奶场废物，未冲洗鸡废物，马废物等)中添加如本文所述的水，如ECA水和/或含有其他氧化剂的水，以使污泥具有更适当的流体处理特性，例如粘度和流体密度，如前所述，这些特性会影响声处理步骤的操作参数。
许多技术都可以制备臭氧，例如像US 6 482 370、6 468 400、6 461487、6 460 211、6 458 257、6 399 022、6 361 698和6 328 862所描述的。将氧化剂和微生物变性系统结合起来应用很有利。例如像US 6 083 398所描述的，铁和过氧化氢之间的Fentons反应与紫外光可以结合使用。特别地，洗衣洗涤剂工业已研制大量便宜而稳定的氧化剂，它们也可以单独或组合用作一种或多种被添加的氧化剂，例如像US 6 241 779、6 083 398、6 013 774、5 965 033、5 770 010和5 362 412所描述的。
氧化剂的使用浓度可以很宽。氧化剂可以作为一种气体并且例如通过鼓泡溶解，或者作为氧化剂固体形式，在溶解到含水流体后直接添加到物流流动中。在这个实验实施例中，用3千瓦声处理器以每分钟6-10加仑的速度，来处理2英寸流动物流管中的猪废物(3.6％固体)。在声处理器上游添加每小时1.5克臭氧，并且令人惊奇地实现优先杀死厌氧细菌。这种处理方法使粪便大肠菌从1800MPN(最可能的数目)降到约750，并且在湿生物固体阶段进一步降到约500MPN，在干燥生物固体阶段降到零。与此对照，因为声处理，大肠埃希杆菌从每100毫升242000MPN以上降低到每100毫升3000MPN(参见图4)。在其他的实验中，微生物杀死得比这个实验高得多。粪便大肠菌也从每克1809MPN降到每克699MPN(图3)。在其他的具体实施方案中，没有使用氧化剂，而依赖其他的步骤，例如进一步的声处理，热干燥，或者甚至暴露于辐射，例如紫外辐射或电离辐射，以用于杀死微生物如厌氧细菌、病毒等。
在一个理想的具体实施方案中，在声处理之后添加臭氧或其他的氧化剂。优先地，声处理分散的材料以一个延长的时间暴露于氧化剂下，该延长的时间是经由在如槽之类的室中的停留时间而实现的。例如，每分钟50加仑的5％固体的废物流可以添加每小时至少1克、2克、4克、8克、16克、32克、75克或至少200克的臭氧。活性氧与废物固体的这个比例可以杀灭废物流中的细菌和其他有机物。在另一项研究中，让臭氧发生器以铅锤形式放置，以每小时最高16克的速率往每分钟约50加仑的流动物流中注入臭氧。这种氧化剂杀死有害微生物，还改善了最终水产物的清澈度和气味。氧化剂(像臭氧)在本发明的具体实施方案中具有特殊的作用，并且有助于辨别需要的土壤细菌和不需要的细菌，其中包括许多需氧菌和厌氧菌。臭氧可以在任何步骤添加，但最好是在使菌块分裂的至少第一次声处理步骤之后添加。臭氧应该按照能杀死细菌的量添加，并且可以在一个以上的步骤添加臭氧。优选地，使用单个单元制造臭氧，该单元有一个输出端，它能将生成的臭氧分到废物流的较早的点，例如在声处理之后但在加入沸石之前；加入沸石过程中；加入沸石之后但在加入絮凝剂之前以及加入絮凝剂之后。来自同一臭氧制造设备的第二条臭氧流可以把臭氧加到该处理过程的另一个点，例如通过加到倾析废水中而加到该处理过程的另一个点。
使用絮凝剂进行更大程度的脱水本发明具体实施方案一个未预料到的结果是，尽管声处理产生更小更均匀的污泥颗粒，但其却导致在絮凝时较大颗粒以较大的沉降速度沉降。这个特点提供了几个非常强的优势。第一，以最小或零能量成本获得更大的脱水。用土工织物袋测量出更完全、更快的沉淀，该土工织物袋具有标称40微米孔隙度(干)-100微米(湿)的衬里。例如TCMirafy(Atlanta Ga.)销售一种产品也是合乎需要的，它是HP 570，有适当的孔隙度AOS 30、40或更高。事实上，在采用添加沸石和声处理，接着添加其最终浓度为150ppm的聚丙烯酰胺聚合物这种方式处理后，含有3％固体的猪废物仅仅通过重力就可浓缩到18-19％的固体，并且是以更快的时间浓缩，该时间是少于24小时、12小时、6小时甚至3小时以下。当然，大部分(例如80％)的脱水在约一小时内完成。因此，借助于改进的絮凝剂质量，本发明具体实施方案能非常迅速地脱水达到较高的固体浓度。
如Sheets技术所述，通过对衬有土工织物的阻挡层或容器施加真空，甚至有可能达到更高的固体浓度。另一个优点是由于水量不多，较低温度干燥是适宜的。较低温度有助于结合料保留气体，例如氨，因此有助于提高肥料的质量。而另一个重要优点是，由于不必储存和移动被除去的过量水，所以运输和储存成本大大降低。运输成本通常是大规模处理方法中的主要费用。很明显，提高固体致密性(例如从7％提高到18％，甚至从15％提高到18％)会产生巨大的成本收益。
尽管本发明的许多具体实施方案涉及使用Sheets技术所述的土工织物，但其他相分离技术同样地可利用本发明具体实施方案的优点。例如，可以添加絮凝剂，并采用“涡轮式”相分离器分离固体，例如像发明人Ron Harris在US 5 589 081、6 004 461和5 707 535中所描述的，它们可以使用各种各样土工织物中的任何一种。SpectrumEnvironmental，Inc制造了这种分离器。这些装置中用于筛分固体的典型土工织物是150微米纤维布，典型地使用30×40目(590-420微米)的过滤筛网。
本领域技术人员知道大量絮凝剂，这些絮凝剂可用于本发明具体实施方案中。已发现，离子(阳离子、阴离子或阳离子与阴离子)絮凝剂以及非离子絮凝剂都能充分起作用。例如，絮凝剂及其应用可参见US6 461 511、6 454 949、6 447 687、6 432 321、6 413 433和6 408227。阳离子絮凝剂是特别符合需要的。例如，US 3 409 546描述了阳离子型N-(氨基甲基)-聚丙烯酰胺聚合物与其他阳离子聚合物一起用于处理污水污泥。US 3 414 514还描述了使用丙烯酰胺与季铵化阳离子甲基丙烯酸酯的共聚物来进行污泥脱水。US 3 897 333中描述了用于污泥脱水的另一类阳离子聚合物。还知道使用聚乙烯亚胺和阳离子丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的均聚物以及其他阳离子聚合物(像聚乙烯基吡啶)。US 4 191 645描述了阳离子聚合物用于污泥处理的另一个实例。在该专利中，公开了由非离子单体(如丙烯酰胺)与阳离子单体(如三甲基铵乙基甲基丙烯酸酯甲基硫酸季铵(TMAEM.MSQ)，或二甲基氨基乙基丙烯酸酯甲基硫酸季铵(DMAEA.MSQ))制备的阳离子共聚物，用于污泥脱水。其他聚合物例如包括黄原酸胶(像XC或其可分散形式XCD)、纤维素HP-007、任选地水解成各种长度的褐藻胶和PHPA(部分水解的聚丙烯酰胺)伸长聚合物。
一种特别有利的絮凝剂是高分子量的聚丙烯酰胺聚合物，例如Ondeo Nalco公司(Napierville，伊利诺斯州)出售的这种聚合物，它们在脱水和干燥的污泥块随后用作肥料时提供了额外的优点。对于粪便排泄物流来说，尽管可使用非有机聚合物，例如Al2(SO4)3或FeCl3，但阳离子聚合物，如低电荷密度的聚丙烯酰胺是最有用的。理想地，添加如絮凝剂之类的聚合物达到最终浓度为约(例如精确地)1-100000ppm(毫克/升)，更理想地10-10000ppm、1-20ppm、2-10ppm、5-100ppm、10-1000ppm或25-500ppm。当采用机械脱水步骤，如使用旋风分离器干燥时，可使用较少的絮凝剂。
在一个具体实施方案中，可以使用比这个领域正常浓度更高浓度的絮凝剂。例如，Nalco 7190聚丙烯酰胺聚合物按照95ppm加到声处理的(3％固体)猪粪便排泄物中。也就是说，低电荷、高分子量的聚合物Nalco 7190加到(150毫升1％溶液)4.17加仑流出物中。优选地，按照污泥脱水正常使用浓度的1.5、2、4、6、10、15、20、25、30或者甚至50倍添加絮凝剂。事实上，过高的絮凝剂浓度通常将给定絮凝剂的使用限制在了小范围的污泥固体，但令人惊奇地发现这种过高絮凝剂浓度会逐步地良好实施。但是在另一具体实施方案中，可以使用较低浓度的非常高分子量的絮凝剂，例如Cesco的PF 601 CHHG。
其他聚阳离子聚合物也是有用的。例如，包括至少1％、2％、5％、10％、25％、50％或者甚至50％以上的阳离子聚合物或长度至少100纳米、200纳米、500纳米、1微米、2、5或者甚至直到10微米的其他物质的植物原料都可用作絮凝剂。这种天然聚合物可以得到并部分被纯化，或者可以通过简单的化学反应由其他生物聚合物转化而成。
由海藻制成的褐藻胶非常有用，在与像钙之类的一种或多种二价或三价阳离子结合后尤其如此，可以稍后加入褐藻胶，以在随后的时间里引起相分离。因为最终产品可以相当不纯，所以所述来源很适合用作污泥(尤其是粪便排泄物)的絮凝剂。最理想地，褐藻胶是由海藻经部分纯化得到的，与100％质子化形态相比，该纯化释放(除去)至少10％、20％、30％、50％、75％、90％或90％以上作为抗衡离子的钠。褐藻胶可作为流动物流或以其他方式分批加入，并且在分散后加入钙。在另一具体实施方案中，首先加钙。在另一个具体实施方案中，离子化钙已经存在，并且采用添加的褐藻胶进行滴定测量。在另一个具体实施方案中，加入另外的二价或三价阳离子，像镁、锌、铜或铁。在另一具体实施方案中，加入多价阳离子的混合物。考虑到篇幅所限，在这里没有列出如上述US专利描述的絮凝剂及其标准使用浓度，因此读者可参考提供这些信息的各个专利的相关部分。
在添加絮凝剂时，污泥固体料更迅速地沉淀出来。优选地，絮凝剂添加到流动物流(如果使用的话)或分批悬浮液中，然后混合。材料混合后或混合时最好立刻转移到沉降池中进行脱水。在一个非常理想的具体实施方案中，沉降池有土工织物，在重力作用下其孔隙度能让水流走。尽管实验中使用的土工织物具有标称孔隙度40-100微米，但能够使用更大孔隙度的衬里。在一个具体实施方案中，使用了100-200微米孔隙度的衬里，在另一个具体实施方案中，使用了250微米孔隙度的衬里。对于较大孔隙度来说，推荐使用较大分子量的聚合物，特别是阳离子聚合物，如聚丙烯酰胺或合成的有阳离子电荷的天然生物物质，或通过化学反应转化成聚阳离子的天然生物物质。因此，可使用较大筛目尺寸，如30目、40目、50目、100目和100目以上。这样导致衬里材料成本较低，沉降速度更快，脱水污泥的固体含量也更高。
水的分离与水的澄清在一个具体实施方案中，处理的废液经过相分离步骤，其中废水与固体分离。在本文中，术语“相分离”系指一个水部分，即与水分离步骤之前的废物流相比，它具有至少50％、2倍、3倍或者3倍以上水被除去。在一个以此为目的建造的系统中，在倾析步骤前添加高分子量聚合物并混合，在该倾析步骤中，废物流流到大的容器中，这样可以除去沉降的重材料和/或除去或倾析靠近顶部的水。
在另一个系统中，声处理器被用于水部分的相分离富集。例如，可以在废物流中建立由声处理器产生的平面超声波场，使声能与在管道流中循环的含水悬浮固体相互作用，因此声辐射力根据颗粒半径把固体分成两个或更多部分。在加入如本发明所述的高分子量聚合物之后，这个声分离特别有用。在一个具体实施方案中，纤维是增稠剂，如天然形成的聚阴离子材料，它被添加在声分离器的上游。例如，可使用褐藻胶。在另一个具体实施方案中，声分离后接着浓缩-倾析步骤，其中聚合物部分被进一步脱水。在加入大聚离子的情况下，可以在后面步骤加入多价抗衡离子。在加入时，聚合物部分因与抗衡离子的离子吸引作用，使这种聚合物紧密而脱水。作为一个实例，加入褐藻胶，由超声波场进行任选的相分离，然后往含有聚合物的部分中添加钙，从而形成可被除去的上清液。如Institute of Paper Science andTechnology的研究者所报告的，设计用于分离木浆废物与废物流的装置和方法是特别有用，并说明了这种技术中的某些步骤。例如参见US5 979 664，其内容(特别是从污泥固体中分离液体的方法和材料)全部作为参考文献加以引用。
这些水澄清步骤可单独使用，或互相组合使用，优选地作为废物处理过程的后面步骤进行。更理想地，在加入聚合物后进行水倾析步骤。通过砂滤器、生物过滤器、或本领域技术人员熟知的其他过滤器，可以进一步净化除去的水。
在一个理想的具体实施方案中，由于在大型砂滤器中用于除去有机材料的微生物床的作用，因而可使用该砂滤器除去有机材料，例如固体/溶解的氮。还可依靠该砂滤器除去已加到处理流中的矿物(如沸石)中的细料。可以回洗这种砂滤器，使其再生。在一个具体实施方案中，这种砂滤器使用至少6英寸、1英尺、2英尺、3英尺或3英尺以上的床。在另一具体实施方案中，在应用于砂滤器之前、之中或之后，往水中添加臭氧或其他氧化剂。
其他处理参数最小化氨挥发。在一个具体实施方案中，为了保持低pH以减轻氨的释放，可添加低pH材料，例如酸，优选地在泵入这个系统前加到废物中。在另一个特别理想的具体实施方案中，在任选的最终干燥步骤之前的所有步骤都在低于60度、50度、40度、35度、30度甚至低于25摄氏度的温度下进行。特别地，在这个方法中将低温(或室温)与使用氨结合料结合起来，对于防止氨释放是特别理想的。在另一个具体实施方案中，预先往材料中加入一种或多种脲酶抑制剂，例如N-(n-丁基)硫代磷酸三酰胺或环己基磷酸三酰胺，来抑制尿素转化成氨。这种抑制剂可加到动物笼舍的地板上、冲洗水中，饲料或饮用水中，并且理想地采用计量装置连续或定期添加。在另一个具体实施方案中，通过脲酶抑制剂蛋白转基因加成和表达制成转基因动物，如转基因猪。在另一个具体实施方案中，把用以将尿素转化成另一种形态(例如更还原的形态)的细菌添加到动物饲料、饮料、冲洗液中、地板上，或直接加到排泄物中。
表达抑制剂的细菌是特别理想的。在动物笼舍中，特别是在抑制剂能混入尿中的地点上抑制剂的长期存在是最理想的。而另一个具体实施方案通过加入一种或多种三重过磷酸盐、过磷酸盐、氯化钙或石膏来抑制氨的产生。明矾、硫酸亚铁和磷酸也能减少氨的挥发。将加入明矾与加入磷酸和硫酸亚铁结合起来是特别有用的。这些氨挥发方案中的每一种都可以与本发明所述的任何设备和方法结合使用。
组合系统参数 已发现，将低温处理与使用沸石(或其他的氨气吸收剂)结合起来可以实现特别低的氨排放。在一个具体实施方案中，在较低温度或室温下的声处理能达到良好的分散与致死，而不需非常高的温度。因此，强声处理与使用吸收氨气的矿物结合起来是特别有用的，并提供了令人惊奇的良好结果。强声处理、使用矿物结合料和低温的进一步结合是特别值得推荐的。还推荐加入氧化剂，例如臭氧。另外，通过加入吸收剂，例如带电荷高分子量聚合物(阳离子、阴离子或两性离子)来进行相分离是特别理想的。为了降低成本，并且为了使最终产品有造土性能，该聚合物优选地是天然产物，并可能在某些情况下是未纯化的。例如，海藻通过简单碱处理而制成的藻酸盐可以用作增稠剂，以提供一种使用二价或三价阳离子(例如钙)可以控制硬化的可泵送材料。可以在任何时间添加硬化剂。最理想地，在脱水步骤，或者在生产颗粒的步骤(如在转鼓或旋风分离干燥器中)，添加至少一些硬化剂。例如，可以添加氯化钙、氢氧化钙粉剂或其它的剂型，或者在形成浓溶液或悬浮液之后添加。
在另一个具体实施方案中，采用电解方法使含有离子聚合物(和/或沸石或其他固体基质)的废物流脱水。例如，含有褐藻胶的悬浮液可以流过电极，以让具有足够尺寸的阳极通过除去电荷来沉淀褐藻胶。可以采用倾析、刮除，或以其他方式除去沉淀的褐藻胶，和/或除去液体部分，以增加固体含量。
在本文前面所描述的方法中，优选进行强声处理以得到良好的分散体。但是，在其他的步骤中也可以进行声处理。例如，在除去气体步骤之前或之中采用声处理，有利于从处理的材料中除去气体。在一个具体实施方案中，通过声处理发生相分离。本领域技术人员懂得在处理过程中如何制订和运用相分离器声处理步骤。两步式声处理方法是理想的，其中小于40千赫的低频声能用于将成块材料分散，然后高于20千赫的高频声能用于杀死微生物。更优选地，高频是50-100千赫、70-150千赫、100-200千赫、200-500千赫、500千赫至2兆赫，或者甚至更高。
通常，使用较高频率使小颗粒(如细菌)甚至更小颗粒分裂，较低频率用于使块破裂。在一个特别理想的具体实施方案中，在(常常较低的)功率下，用如terfenol D之类的磁阻材料进行(一般)低频声处理，以使块分裂。然后在较高频率下使用高频压电材料使微生物碎裂。这一方案利用了两类声处理器的不同优点。通常广泛流行的磁阻装置非常耐受，但频率低(典型地35千赫以下)，能效低(典型地约40％)。这种压电装置对于负载的变化比较敏感，但可在高得多的频率和大得多的能效条件下工作。在这个具体实施方案中，低频和强声处理将块状浆体转化成比较均匀的分散体，随后的高频高效声处理使微生物碎裂。在一个具体实施方案中，调整高频压电(典型地通过选择倍频)，或选择一种提供增强的杀灭细菌的频率的设备。典型地，100千赫或更高的频率在这方面是理想的。反馈控制系统可用于根据测量的参数调整声功率、选择声驱动器，和/或选择声驱动器，所述参数例如是混浊度、电导率、背压等。
在另一个具体实施方案中，在把添加的组分添加到流动物流之前、之中或之后声能用于将其转化成更小的碎片。例如，沸石矿物可以有不同的尺寸，甚至在同批料内也是如此。通过声处理沸石，特别是在添加前并且在干燥状态下，可以获得较小的尺寸，这样能比较容易地进行反应，还可比较容易地分散。声能还可用于更新砂滤器或其他过滤器，所述过滤器用于澄清采用这种方法得到的水。
与其它处理步骤结合 在一个相关的具体实施方案中，污泥处理技术中已知的各种处理步骤均可与本发明具体实施方案相结合。例如电絮凝，这种方法已研究多年，可作为一个步骤添加。尤其考虑这一步骤介于声处理步骤与絮凝步骤之间。在另一个具体实施方案中，在声处理之前或之后，通过添加其他的物质(其中包括活物质，例如前生命期细菌)使硫化氢和/或其他散发气味的气体降到最低。如本领域技术人员所知道的，当污泥可能处于其最高温度时，可在处理之前或声处理之后往污泥中添加前生命期细菌的纯培养物或混合培养物，例如Chromanium、红螺菌属、绿菌属、绿曲挠丝状菌属和硫杆菌属，或如US 6 410 305所述的。本发明具体实施方案的一个出乎预料的特点是，在本发明的某些具体实施方案中，在声处理步骤之后，需氧或兼性需氧微生物(例如粪便大肠菌和前生命期菌)可以在许多声处理条件下存活，并能继续起作用，以降低硫化物(或其他气体)浓度。事实上，一种或多种细菌、酶、丝兰属、氯化亚铁和其他氧化剂(例如氧、卤素气体等)可在处理前添加到废物设备或流动物流中的有机废料污泥中，并且对于该处理来说可以是一种有益的添加。当然，可以在整个处理方法的一个或多个步骤中加入其他的氧化剂、进一步的声处理、曝露于紫外线、电离辐射等。
整个处理在一个将猪厩肥转化为肥料的理想的具体实施方案中，从饲养场收集厩肥，再将收集的废水送到声处理系统。该处理系统可以在饲养场处或在中央位置。相应地，流动物流可直接从饲养场连接到声处理系统，或将在地区性饲养场装载的物流运走。如上所述，在超声波系统中，可以添加如沸石之类的结合料，添加任选的氧化剂，然后对物料进行声处理。(在其他具体实施方案中，在声处理过程中或之后添加结合料和/或氧化剂。)在声处理之后加入絮凝剂，并使材料脱水。在最理想的具体实施方案中，如Sheets技术所述，在运输容器，如ISO容器内进行脱水。在脱水之后(或者在某些具体实施方案中的脱水过程中)，浓缩固体可被送到制粒车间，这种材料在制粒车间接着进行干燥并制粒以便随后用作肥料。
图1表示根据一种在污水池中处理污泥的具体实施方案，将流出物中的固体转化成肥料的代表性工艺流程。在这里，来自粪池或污水池320的污泥由浮动泵322通过吸力抽出，然后进入废水进料泵324。该物料经过累计流量计326。可以在328抽取样品或检测流动物流的特性。举例来说，328可以包含压电回声仪，它发出声音振动并且还压电检测这种振动的一个或多个特性，以确定固体含量。还可以检测温度(例如热电偶检测器或热敏电阻)、盐(以电导率测量的离子强度)和/或不透明度(光透射)。从储罐330往流动物流中添加结合料，例如沸石。
在控制面板334的控制下，声处理器332进行超声波处理，该控制面板334通过响应在较早位置的固体的检测，例如在取样位置328的检测，可以自动调整声处理器的功率、相移、频率、位移和/或振幅，水的添加和/或污泥流的流速。在声处理和任选加入絮凝剂(未显示)后，在位置336可以进行任选取样，并且废物流被送入带有过滤袋的辗轧(roll-off)箱(图中338)中。在辗轧箱338中进行脱水步骤时，水被除去，在340取样，底料泵/输送泵342将淘析物输送经过砂吸收过滤器344，在346取样，然后进入冲洗液排放池或污水池348。当然，如本领域技术人员所知道，这个流程图的各种排列都是可能的。例如，优选地，该砂吸收过滤器的设计与化粪场和其他加压堆垛系统中作为砂滤器所采用的设计相同。在一个特别理想的具体实施方案中，辗轧箱338被另一种干燥机械取代，例如涡流干燥机，任选地，如需要采用其他脱水装置进行优化时，可减少絮凝剂甚至不使用絮凝剂。
图2表示从动物废物流出物到肥料的一个工艺流程简图。在这个实施例中，典型地含有1-6％固体的起始流出物505进入废物流。尽管在这里未表示，但在密度或固体含量(例如使用声检测)和/或温度、离子强度和浊度测量的监测器的控制下，可以加入水。在510加入结合料，例如沸石，并在515加入任选的氧化剂或进行其他处理。(在每个加入步骤常常采用的混合器在图中未标出但却包含于其中。)该物流进入超声波室520、任选的电絮凝步骤525、加入絮凝剂530，然后前进到以土工织物作衬里的容器535。来自容器535的淘析物穿过砂和沸石过滤器540，成为可利用的550再循环/再生水。同时，在容器535中已浓缩的固体由卡车或轨道运到空气干燥和粉碎站555。在站555，任选地加入其他常量/微量营养物560。干燥和粒化的肥料由于控制加入营养物而可被看作是“设计肥料”，该肥料被运输并分配用于植物生长565。
这里描述的整个过程出乎意料地甚至在不需要加热的情况下使不需要的微生物受到巨大破坏，这些微生物受到水质EPA法规的控制。由于不需要高能输入，这于提供了操作的巨大经济性。如图3表所示，最初每100毫升242000MPN以上的大肠埃希杆菌，在声处理后破坏达到每100毫升3000MPN，并且(参见图3)在湿固体中含量低。通过这种处理，活的粪便大肠菌从每100毫升7000MPN(图3)降到每100毫升3000MPN，而在最终产物中基本未检测到。相比之下，异养菌在声处理之后还存活，和/或明显茁壮生长，声处理前测量是每100毫升2.9百万，而声处理后是每100毫升3.6百万(图3)，每克湿固体9.95百万CFU(图4)，干态再悬浮后是每克3.35百万CFU(图4)。图5表明各种材料参数，例如重金属、无机物、细菌、总固体等的重复测量结果。细菌大大减少，并发现成品中重金属量减少。在这些表中列出的这些数据和其他数据表明，所述处理(废物流的声处理，任选地包括加入氧化剂和沸石)是以需要的异养生物为代价，来除去不需要的有机体。
不希望被本发明这个具体实施方案的任一理论所约束，据信，声处理步骤提供了理想的杀菌方法，此外，还弱化了其他微生物，另外改变了污泥环境，结果以适合生活在动物肠内的有机体为代价保留异养生物。即，在整个处理中建立的一个或多个条件与土壤有机体(例如异养生物)的生存能力相容，而与许多粪便有机体的生存能力不相容。本发明的一个具体实施方案提供了一种低温方法，它选择性破坏粪便有机体，而有利于土壤有机体。据信，在氧的存在下，并且任选地在添加的氧化剂的存在下，低温(50、40、35摄氏度以下，更优选地30摄氏度以下)声处理与较低温度干燥结合使用可得到这个值得考虑的结果，这是特别值得考虑的。肠球菌、大肠埃希杆菌、全部大肠菌、粪便大肠菌和其他在动物肠内生活的细菌，由于在氧化剂的存在下对对声处理用敏感而减少了，并且明显被弱化。
表1表明实施一个具体实施方案所达到的氨和硫化氢放出的气味急剧减少。该表前2行表明未处理样品的结果。接下来的4行是经过处理的，但仍处于湿的状态。最后4个样品已干燥。如图所示，也取得了其他方面的改进，如重金属污染的改善。
表1
在一个特别理想的具体实施方案中，约5％固体的猪废物流以每分钟约50加仑泵送到流物物流中，并如上所述加入沸石材料。然后该混合物在一个具有3千瓦磁阻声处理器的站进行声处理，这样将废物固体分散成细分散体。然后每小时加约16克臭氧来氧化该物流。使用190加仑大容器很好地溶解臭氧，并与每分钟30-40加仑的处理物流接触。臭氧处理后，添加Cesco公司(Bellingham，华盛顿)的低阳离子的高分子量PDF601丙烯酰胺聚合物干粉。接着将该物料输送到一个大室中，该室允许更稠密的部分沉降出来。倾析富含水的部分。除去固体材料，并且浓度是约10％固体。除去的固体材料转移到干燥器中。Global Resource Recovery Organization销售的旋风干燥器是优选的，并已采用。参见US 6 506 311，其名称是加工湿材料的方法与装置(2003年1月14日出版)，其方法和材料非常特别地被引用以供参考。倾析的水部分通过深度至少为约3英尺的砂滤器，然后排出。
在爱荷华州对猪废物实施上一个具体实施方案的试验中，采用每分钟10加仑的再循环处理和空气干燥方法得到表2所列的结果。采用每分钟30-50加仑的处理和旋风干燥法得到表3的结果。这些表列出了干固体中营养物的百分比，该营养物例如是总氮、有机氮、钙、碳等。正如在这里所看到的，粪便大肠菌降低到非常低的水平。
表2
表3
在另一个具体实施方案中，在倾析步骤之后还添加臭氧。在另一个非常有利的具体实施方案中，臭氧用于回洗砂滤器，该砂滤器用于处理排出前的倾析水。人们发现，臭氧处理除去了水中的毒素。
在作为二氧化碳槽使用的一个非常理想的具体实施方案中，二氧化碳气体添加到湿废物流中，并在处理过程中被吸收。理想地，二氧化碳是作为电源或其他工业源的废气得到的。例如，处理过程可靠近燃烧矿物燃料的发电厂、矿物燃料焚烧炉、锅炉或其他燃烧源，并且富含二氧化碳的矿物燃料燃烧排放废气或者鼓泡加入或者以另外方式引入，或者直接引入，或者在首先通过过滤器后引入。在一个具体实施方案中，使富含二氧化碳的气体往大容器中鼓泡，其中也加入鼓泡的臭氧。在一个具体实施方案中，二氧化碳气体含有氧气，并且处理的废物流被混合气体饱和达到至少10％、20％、30％、40％、50％、65％、75％、85％、90％、95％或95％以上。
在一个用于减少二氧化碳释放的具体实施方案中，将来自矿物燃料动力发动机或其他设备的废气流添加到废物流中，以让其与其中溶解的钙进行反应。理想地，这种废气流含有热能，并将热传给废物流。在这种情况中，有利地，溶解的二氧化碳和钙的浓度与温度适合于转化成碳酸钙沉淀物。本领域技术人员可通过在可以除去沉淀物(例如采用倾析)的位置升至所需温度来优化这些适合的条件。有利地，在处理结束时，在声处理之后，在加入任何氧化剂之后，在絮凝作用(如果使用的话)之后但在干燥步骤之前，加入矿物燃料燃烧器产生的富含热二氧化碳的废气。因此，在一个具体实施方案中，加入富含二氧化碳的热废气，该废气具有足够高的二氧化碳浓度并且其热量足以使碳酸钙沉淀。
在另一个特别理想的具体实施方案中，采用声分离技术可进一步分离倾析水，以除去小颗粒，例如细胞和无机细屑。用于从流动物流中声分离出颗粒的技术和材料例如参见下述文献US 5 996 808、5 979664、5 803 270、5 523 058、5 472 620、5 395 592、RE33 524、4673 512和4 550 606。由于篇幅有限，在本说明书中没有说明每个引用专利(作为参考文献引用)关于颗粒和纤维分离方法的细节说明。特别地，希望使用US 5 472 620中详细说明的声分离方法，其中在施加声能时，往材料的流体悬浮液中加入聚合物，并且聚合物的加入有利于颗粒分离。在这个具体实施方案中，含有至少一种聚合物的含水流体流到一个容器或者废物流加大部分的位置中，并且声能被施加到流体，其强度足以使流体内产生空化效应。使固体在该容器或该物流加大部分内的至少一个位置聚集，然后聚集的固体与液体分离。
设计的土壤，池塘增效剂(builder)一个具体实施方案的大规模应用可通过增加土壤保水性、延长土壤氮的释放和/或添加一种或多种需要的营养物来显著改善土壤的质量。在絮凝作用和/或水与废物流的其他分离时使用的聚合物(如聚酰胺结合水)，以及它们在通过所述方法制成的肥料中的存在由于该原因而是理想的。添加的矿物，尤其是沸石缓慢地释放水和氮。添加聚合物和矿物的量和种类可根据特定土壤类型的要求进行调节。因此，所考虑的具体实施方案还包括进行过程调节的方法，本文所述方法的最终产品的销售和使用。在很多情况下，固体含量为5-10％、7-12％、10-15％、20-30％或者更高的固体产品作为肥料或土壤增效剂出售。
在一个具体实施方案中，购买者或者潜在购买者所需要的某种类型的肥料或土壤增效剂是根据所涉及农作物(将使用该产品)对矿物质的需求来确定的。例如，一种或多种下述营养物在产品中的浓度可通过它们在任意位置添加到处理流中或者在某些情况下通过有选择地不除去它们来进行调节，这些营养物是氨、尿素、硝酸盐、磷、钾、铜、钼、硒和锌。某些营养物(如硒)可被添加，或者通过往家畜或其粪便中添加该元素而改变其形态，以使该元素新陈代谢。例如，把无机硒加到水和/或家畜的固体饲料(或者加到其粪便的细菌)中，可制成具有高有机硒值的肥料。举例来说，猪(及其肠内细菌)往往合成还原形态的硒，如三甲基硒(尿中)和硒基-甲硫氨酸(粪便中)。设计的肥料可被制成含有这种添加的有机硒，它不会很容易地从土壤中浸出。还可添加其他的元素。
正如菲律宾、越南、泰国、柬埔寨、非洲、印尼、中国、台湾、印度、缅甸和其他地区的使用者所认识到的，本发明的具体实施方案提供了非常好的水产养殖池塘。例如由A.Dhawan和S.Kaur在TheICLARM Quarterly(Vol.25；No.1)1月-3月，2002(第11-14页)中所描述的，猪废物可极大地改进一些鱼种的水产养殖。在一个具体实施方案中，所述方法的一个或多个特征(如杀死微生物的声处理、任选地加入氧化剂和聚合物)在这类地区可被作为将猪废物送回到水产养殖场之前的一个处理步骤来使用。最优选地，经过声处理的废物被加到养有如印度鲩和露斯塔野鲮之类的鲤鱼的池塘中。对于该具体实施方案，至少涉及声处理的流水线处理是优选的。在声处理之后，任选地，可以加入聚合物，例如丙烯酰胺或褐藻胶(具有钙和其他多价阳离子)，并且将该混合物倾析以除去一些水。在一个具体实施方案中，将猪的湿废物泵送经过声处理池，该声处理池至少杀死一些细菌，并将余下的细菌分散。任选地添加氧化剂并进行培养。然后，加入增稠剂如藻酸盐，并加入离子钙和/或其他多价离子，以利于在撒布到田地或加到鱼塘中之前增稠。该增稠剂有助于材料的缓慢降解，并可提供比其他方法更长时间的释放特性。
与现有条件相比，这种流水线型的低成本方法可以提供明显改进的卫生状况。在一个最简单的方法中，猪废物通过至少一根短管流到养有鲤鱼的池塘中，其中所述管(或管的一部分)装有高功率声处理器。然后，经过声处理的废物流到池塘中，在那里营养物支持浮游动物和浮游植物的生长，这些浮游生物进而又支持鱼类的生长。在另一个具体实施方案中，鸡的粪便排泄物经过声处理，从而消灭了苍蝇幼虫和其他有机体。优选的声音功率和频率是如上所详述的。在另一个具体实施方案中，在声处理之前、之中或之后加入鱼或其他池塘生物(如植物或浮游动物)所需的营养物。声处理的一个优点是，许多不易溶解的物质很容易被声处理而悬浮，这样在混合时可使物质分散遍布在在整个池塘中。
每种土壤、池塘、农场甚至农田都具有不同的一系列条件和要求。农场主可使用装有一种或多种本发明所述组件的固定装置，或者可以使用移动式废物处理系统。理想地，外部部分建造、维护和运行这种移动式废物处理系统，并且通过约定可获得该系统。同一团队可通过向流动物流添加一种或多种营养物来安排设计的产品。当农场主将这种固体产品撒布到田地上时，可以采用分开的料斗将一种或多种微量营养物加到该过程中，并以此方式计量加到土壤里。但是，最理想地，农场主将微量营养物加到家畜或其粪便中(例如通过喷洒水溶液或洗出液)，以将营养物转化成在土壤中更长期存在的形式。猪废物中的细菌可以代谢许多不同的微量营养物，而田地本身能进行许多的转化。
例如，当农场主指示猪废物处理单元对其猪废物进行处理时，农场主可指定一种或多种营养物，可将这些营养物加到该流动处理中，以提高肥料的价值。某些土壤可能缺乏足够的锌或硒，而且这些微量营养物不仅可以通过本发明所述的流动方法添加，而且还可以在废物处理前添加到废物(或动物)中，以使微生物或动物本身有机会把营养物转化成所希望的形式。微量营养物甚至可进入到废水中，并提升所述水的价值。
可根据地点或顾客的要求来决定类似的设计的土壤增效剂，以制备具有改进的保水性、改进的矿物质驻留或氮驻留的固体产品(或者废水产品)。理想地，可以往这个过程中添加非常低成本的天然产品，例如沸石或藻酸盐。在许多情况下，如在本发明所描述的，通过改进效率或减轻氨释放以及改进土壤，这种产品有利于这个过程。
设计的杀虫剂、杀真菌剂在另一个具体实施方案中，矿物质或微生物被添加到处理流中，或者在处理之前添加到废物中，以提高作为杀生物剂的固体的价值。例如，高含量锌、铁和/或钼应用于植物时，被认为是抗Pierce病的。如U.C.Davis的Bruce Kirkpatrick的著作中所描述的，Pierce病起因于细菌感染，它对应用这样的无机物非常敏感。通过在这个过程中添加高含量的一种或多种这些营养物，可制成一种材料，该材料不仅将营养物提供给土壤，而且还能抑制Pierce病细菌。在另一具体实施方案中，在微生物被声处理杀死后，可加入一种或多种希望的细菌或真菌，它们最终会利用释放的营养物生长。这些有机体包括由DavisCalifornia的Agraquest发现的生物体。在本发明的具体实施方案中，在这个流动过程之前或之中，添加下述任一专利中所确定的一种或多种微生物菌株US 6 586 231、6 524 577、6 291 426、6 245 551、6 210 665、6 077 506、6 060 051、6 027 723、6 015 553、6 001637、5 919 447、5 906 818、5 869 042、5 733 544、5 691 191和5 645 831。在这些引用的专利中提供的有益微生物的识别和描述特别地作为参考加以引用。
本发明所参考的每个专利和其他出版物都特别地被本文完全引用以供参考。
权利要求
1.一种从湿污泥中除去挥发性气体的方法，该方法包括a)添加沸石至其浓度为每加仑污泥至少0.05克；b)用超声波能量处理以释放污泥中的挥发性气体，以便与沸石结合；以及c)通过絮凝作用除去沸石。
2.根据权利要求1所述的方法，其中沸石是斜发沸石。
3.根据权利要求1所述的方法，其中斜发沸石含有至少0.5％的氧化钙。
4.根据权利要求1所述的方法，其中向每克干污泥物施用小于2瓦时的超声波能量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中向每克干污泥物施用小于0.1瓦时的超声波能量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中挥发性气体选自氨、氮化合物、硫化合物和硫化氢。
7.根据权利要求1所述的方法，其中动物废物选自人的腐败性废物、人的污物、猪的废物流出物、鸡的废物流出物、牛的废物流出物、鸭的废物流出物和火鸡的废物流出物。
8.一种使污泥废物流中的厌氧细菌失活的方法，该方法包括a)往废物流中添加沸石；b)往废物流中添加氧化剂；c)用超声波能量处理被氧化的废物流；d)除去废物流中的固体。
9.根据权利要求8所述的方法，其中该沸石是斜发沸石。
10.根据权利要求9所述的方法，其中斜发沸石含有至少0.5％氧化钙。
11.根据权利要求8所述的方法，其中向每克干污泥物施用小于2瓦时的超声波能量。
12.根据权利要求8所述的方法，其中通过絮凝作用除去固体。
13.根据权利要求8所述的方法，其中动物废物选自人的腐败性废物、猪的废物流出物、鸡的废物流出物、牛的废物流出物、鸭的废物流出物和火鸡的废物流出物。
14.一种将含水污泥经济浓缩成更有用形式的低能量方法，该方法包括a)向污泥中添加沸石；b)使用每克污泥中的固体为0.001-8.0瓦时的超声波能量处理加沸石的污泥；c)添加絮凝剂至经超声波处理的污泥中；并且d)采用至少一种下述方法脱水i)把用絮凝剂处理的污泥放入土工织物中；ii)把污泥放到旋风干燥器中；和c)通过溶解空气浮选法处理该污泥。
15.根据权利要求14所述的方法，其中该沸石是斜发沸石。
16.根据权利要求14所述的方法，其中该沸石添加的比率以该污泥中固体物重量计为0.1-2.5重量％。[14注每加仑127克固体添加0.89克沸石＝0.007沸石与固体比(添加0.7％沸石)]
17.根据权利要求14所述的方法，其中该沸石添加的比率以该污泥中固体物重量计为至少0.5重量％。
18.根据权利要求14所述的方法，其中该沸石添加的比率以该污泥中固体物重量计为至少0.75重量％。
19.根据权利要求14所述的方法，其中以每克为小于0.1瓦时来施用超声波能量。
20.根据权利要求14所述的方法，其中在污泥流动物流中至少实施步骤b)和c)。
21.根据权利要求14所述的方法，其中添加絮凝剂至最终浓度是10-1000ppm。
22.根据权利要求21所述的方法，其中添加絮凝剂至最终浓度是至少500ppm干重。
23.根据权利要求22所述的方法，其中添加絮凝剂至最终浓度是至少500ppm干重。
24.根据权利要求14所述的方法，其中土工织物的标称筛孔尺寸为10-1000微米。
25.根据权利要求14所述的方法，其中土工织物的标称筛孔尺寸为10-1000微米。
26.根据权利要求14所述的方法，其中土工织物的标称筛孔尺寸为25-150微米。
27.根据权利要求14所述的方法，其中该污泥在任何时间均保持低于40摄氏度。
28.根据权利要求14所述的方法，其中该污泥在任何时间均保持低于30摄氏度。
29.根据权利要求14所述的方法，其中在加入沸石之前，该污泥含有小于5％的固体，并且在土工织物中通过重力作用浓缩到至少8％的固体。
30.根据权利要求14所述的方法，其中在加入沸石之前，该污泥含有小于5％的固体，并且在土工织物中通过重力作用浓缩到至少16％的固体。
31.根据权利要求14所述的方法，还包括在超声波处理之前添加氧化剂。
32.根据权利要求31所述的方法，其中该氧化剂是臭氧。
33.如权利要求14所述的低能量方法，其中在土工织物中的处理的污泥被置于真空下，以进一步除去水。
34.根据权利要求14所述的方法，其中使用卡车或轨道车将土工织物中的处理的污泥输送到用于进行空气干燥和粉碎成肥料的地点。
35.根据权利要求14所述的方法，其中动物废物选自人的腐败性废物、猪的废物流出物、鸡的废物流出物、牛的废物流出物、鸭的废物流出物和火鸡的废物流出物。d)通过絮凝作用从废物流中除去固体。
36.一种污泥流动物流处理系统，用于选择性地将厌氧细菌失活并产生小的固体颗粒，该系统包括a)具有含水污泥的输入和氧化剂的输入的流动物流；b)泵；c)氧化器；d)高于1千瓦输出的超声波发生器，以及e)输出；其中该污泥含有0.1-10％的固体材料，并且作为流动物流以每分钟至少1加仑的流动速度经过处理设备。
37.根据权利要求36所述的系统，其中该氧化器是臭氧发生器。
38.根据权利要求36所述的系统，其中超声波发生器产生大于2.5千瓦的能量。
39.根据权利要求36所述的系统，还包括在声处理之前将沸石加到流动物流中的入口。
40.根据权利要求39所述的系统，其中该沸石是斜发沸石。
41.根据权利要求36所述的系统，其中斜发沸石含有至少0.5％的氧化钙。
42.根据权利要求36所述的系统，其中每克干污泥物施用小于2瓦时的超声波能量。
43.根据权利要求36所述的系统，其中每克干污泥物施用小于0.1瓦时的超声波能量。
44.一种使粪便排泄物脱水的系统，包括声处理器、絮凝剂和脱水装置，其中声处理器与粪便排泄物接触，并在活化作用下使粪便排泄物中产生更小更均匀的颗粒，然后往经过声处理的粪便排泄物中添加絮凝剂，并且絮凝剂和废物合并物进一步用脱水装置处理以除去水。
45.根据权利要求44所述的系统，其中该脱水装置选自允许淘洗物通过袋的土工织物；和旋风干燥器。
46.一种杀死污泥流或分批样品中的粪便细菌的系统，该系统包括活性氧源和至少3千瓦的高功率声处理器，其中往污泥流或分批样品中添加活性氧，然后所述声处理器将样品激活到至少杀死或弱化样品中的粪便细菌。
47.根据权利要求45所述的系统，其中活性氧是臭氧。
48.一种杀死污泥流或分批样品中的粪便细菌的方法，包括往污泥流或分批样品中添加活性氧源，并且用至少3千瓦的高功率声处理器对得到的混合物进行声处理，以制成更均匀的粪便细菌的分散体。
49.根据权利要求47所述的方法，其中活性氧是臭氧。
50.根据权利要求47所述的方法，还包括在低温下干燥污泥的步骤。
51.根据权利要求49所述的方法，其中该温度不高于40摄氏度。
52.一种杀死污泥流或分批样品中的粪便细菌的方法，包括用声处理器对细菌进行声处理，以形成更均匀的分散体；并在低温下干燥细菌。
53.根据权利要求51所述的方法，其中该污泥保持低于40摄氏度。
全文摘要
动物废物，例如猪、鸡、火鸡和牛的粪便排泄物被转化成有用的形式，例如肥料、其他类型的土壤增效剂，甚至是营养性饲料添加剂。提供的设备、系统和方法能实现经济转化，而且在许多情况下可减轻不需要气体(例如硫化物和氨)的产生和释放。在一个具体实施方案中，不需要的厌氧和兼性厌氧细菌被杀死的速度高于与土壤相容的所需的需氧菌的速度。采用低温杀灭的方法可减少通常其他技术会存在的放出气体的问题，并且采用气体捕集添加剂(例如沸石)提高了土壤增效质量，例如缓慢释放氮并且向土壤缓慢释放水分。这些方法能方便地调节组成，以将废物转化成适合于特定土壤的专门设计的肥料。其他的具体实施方案提供了其他的土壤增效质量，并为动物饲养(例如水产养殖)中使用的饲料提供了营养质量。
文档编号C02F11/14GK1732131SQ200380107394
公开日2006年2月8日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月25日
发明者理查德·G·大希茨 申请人:理查德·G·大希茨