CN102781880B - 生物有机增强的高价值肥料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理生物固体的方法，所述方法产生高价值、含氮、缓释、有机增强的无机肥料，所述肥料与价值较低或更昂贵的常规市售制造的肥料竞争。所述方法包括在高通量制造设备中调节传统的废水生物固体并连续加工经调节的生物固体。主要反应容器的放热设计和闭环控制显著降低运行制造设备必需的功率量。与传统的处理厂相比，所述方法利用绿色技术促进废物减少和空气质量标准提高。自所回收的生物固体废物生产的肥料为安全的并且满足或者超过美国环境保护局(USEPA)A类和特殊品质标准，并且不受到限制或者监管。

Description

生物有机增强的高价值肥料
相关申请的引用
该申请要求2009年10月30日递交的标题为“生物有机增强的高价值肥料”的美国临时申请系列号61/291205的优先权，其通过引用特别地且整体地结合到本文中。
背景
1. 发明领域
本发明涉及用于肥料(尤其是高氮、有机增强的、无机、基于铵的、缓释或控释肥料)的连续流制造过程的系统、装置和方法。本发明还涉及有利地利用混合化合物的放热反应以提高肥料的氮组成并提高对不需要大分子的分解。本发明进一步降低温室气体排放量并且基本上是碳中和的。本发明还涉及通过本发明方法产生的产品。
2. 背景描述
对自市政废水处理厂排放的生物固体的处理是严重且日益增加的问题。在1990年，美国环境保护局指出四口之家每天排放300-400加仑废水而在2000年这个数字几乎倍增。在美国，公有处理厂从该废水中每年产生约770万公吨干污泥(或“生物固体”，如这些市政污泥目前所被称为的那样)，即对于每个个体产生约64磅干生物固体。
在联邦规章典集的标题40，257.2部分(通过引用结合到本文)下的定义“污水污泥”和“污泥”和“生物固体”如下：
“污水污泥”意指在处理厂处理生活污水期间产生的固体、半固体或液体残余物。污水污泥包括但不限于生活废物(domestic septage)、在初级、中级或高级废水处理工艺中除去的浮渣或固体；和自污水污泥衍生的材料。污水污泥不包括在污水污泥焚化炉中燃烧污泥期间产生的灰烬或在处理厂初级处理生活污水期间产生的砂砾和残渣。污泥意指自市政、商业或工业污水处理厂、供水处理厂或空气污染控制设备产生的固体、半固体或液体废物或具有类似特性和作用的任何其它这样的废物。”
术语污泥还包括物质例如(但不限于)市政脱水生物固体、生活废物、加热干燥的生物固体、制药发酵废物、有机产品的微生物消化物例如食品、食物副产品、动物粪肥、经消化的动物粪肥、主要包含微生物的有机污泥及其任何组合。
存在几种类型的自污水和/或废水处理产生的生物固体。这些主要包括生物固体、废物活化的生物固体、巴氏杀菌的生物固体、热处理的生物固体和有氧或厌氧消化的生物固体及其组合。这些生物固体可来自市政和/或工业来源。因此，生物固体可包含大分子，包括蛋白质、核酸、脂肪、碳水化合物和脂质。生物固体可包含药物化合物，包括来自其制造过程的废品、抗生素、激素、激素样分子、其它生物活性化合物和大分子。
通常，但不充分地，生物固体仅脱水至通过化学和机械手段可能的最好程度。污水生物固体的含水量仍然非常高，并且以上列举的不合乎需要的化合物中没有一种被无效(neutralized)。出自重力澄清器的典型生物固体可具有干固体含量为2%或者更少。在厌氧消化之后，固体含量可为约10%。已发现阳离子水溶性聚合物可用于引起固体与化学和物理结合的水之间的进一步分离。阳离子聚合物处理的生物固体的过滤或离心通常得到含有一定范围固体的糊状生物固体饼。
干燥污水生物固体(至大于90%固体)已经在美国和欧洲两者实践许多年。在约1965年之前，在美国进行生物固体干燥以减少运输成本和寻求各种处理备选。在一些工厂，生物固体以粉末形式干燥并且细微颗粒消耗于焚烧炉或锅炉的燃烧室中。在20世纪60年代后期，休斯敦和密尔沃基两市开始销售用作土壤改良剂和/或肥料的丸粒状或颗粒状干燥的生物固体。用于制造干燥丸粒状生物固体的几个另外的工厂建造于20世纪80年代和20世纪90年代；特别是在取消了由沿海城市向海洋倾倒生物固体之后。干燥并转化为加热干燥的生物固体丸粒肥料为对于垃圾填埋场和用于处理的土地受到限制的这些大都市区域的最佳选择。然而，用于生物固体干燥设备需要的投资非常大，导致每吨干生物固体的市政费用巨大。
干燥和丸粒状的常见生物固体为厌氧消化的市政污水。厌氧消化，如同名称表明的那样，涉及在厌氧条件下通过兼性细菌处理，以分解生物固体中的有机物质。在规定的时间和温度之后，得到相对不含可腐烂有机物质的生物固体。通常，病原体保留在这样的生物固体中，并且USEPA已将这样处理的生物固体分类为“B类”，意指其比“A类”处理的生物固体具有更低的标准。因为B类生物固体含有病原体指示剂-并且因此为潜在病原体，其以其可被应用于动物和人类作物的方式受到限制。相比之下，根据USEPA标准，A类生物固体，例如加热干燥的生物固体丸粒以及本发明产物，未被限制作为动物或人类作物使用的肥料。
如果病原体(例如沙门氏菌属细菌、粪大肠菌指示剂细菌、肠道病毒和活性蠕虫卵)低于可检测水平，则生物固体满足A类命名。503部分的条款(联邦规章典集的标题40，503部分，通过引用结合到本文中)列出了用于处理生物固体的6种备选方案，因此它们可相对于病原体分类于A类中。备选方案1要求生物固体经受4种时间-温度方案中的一种。备选方案2要求生物固体处理满足pH、温度和空气干燥要求。备选方案3要求在生物固体以其它方法处理时，其必须证明该方法可减少肠道病毒和活性蠕虫卵，并且在病原体减少的示范完成之后必须保持用于该示范的操作条件。备选方案4要求在以未知方法处理时，在使用或处理生物固体时或在某些情况下准备使用或处理时，测试生物固体的病原体。备选方案5要求生物固体以进一步减少病原体的方法之一进行处理。备选方案6要求生物固体以与进一步减少病原体的方法(如经许可机构确定的)之一等价的方法进行处理。
A类病原体生物固体还必须具有粪大肠菌的密度为少于1000最大可能数(MPN)/克总固体(干重基准)或沙门氏菌属细菌的密度为少于3 MPN/4克总固体(干重基准)。在以下时间之一必须满足这两个要求中的任何一个：当使用或处理生物固体时；当生物固体准备在袋或其它容器中出售或赠送用于土地施用时；或者当生物固体或衍生的材料被制备以满足特殊品质(Exceptional Quality)生物固体的要求时。
施用于土地的所有生物固体必须满足污染物的上限浓度，所述污染物包括10种重金属污染物：砷、镉、铬、铜、铅、汞、钼、镍、硒和锌。如果超过这些重金属中任何一种的限度，则在未包括显著限制下，不可施用于土地。特殊品质(EQ)为503部分第7条款的USEPA指南中用于表征生物固体的术语，所述生物固体满足低污染物和A类病原体减少(实质上不存在病原体)限制并且具有减少水平的吸引媒介物(vector)的可降解化合物。
病原体减少发生于媒介物吸引减少之前或同时，除了当满足pH调节、百分比固体媒介物吸引、注射或掺入选择(incorporation option)时。最后，当生物固体施用于土地时，必须满足媒介物吸引减少。通常，这通过将生物固体产物干燥至大于90%固体的水平实现。
仅干燥的生物固体，与加热干燥的丸粒一样，即使干燥至大于90%固体，对于农业使用具有若干缺点。生物固体具有低施肥价值，通常具有氮含量仅为约2-5%。每单位氮的货运和施用成本高。加热干燥的生物固体通常具有难闻的气味，特别是当潮湿时。而且，干燥的丸粒具有低的密度和硬度并且当掺合其它的市售肥料时，丸粒可分隔并破碎且可不与其它更致密成分均匀散布于田地。与生物固体的使用有关的难闻气味，除非被充分处理，否则在进一步加工处理富含氮的肥料产品期间将继续存在，并可继续存在于最终产品中。这使得以下复杂化：将合适的肥料加工厂放置在不靠近居住区的位置。另外，生物固体必须运输的更长距离增加处理该废品的成本和物流。目前生物固体增强的肥料的另一个缺点是，当材料变得潮湿时细菌作用可持续，并且在储存条件下材料的温度可上升至自燃点。因此，除了特殊市场(其重视其用于掺合肥料中的土壤改良剂或填充剂的有机含量)之外，相对不太需要加热干燥的生物固体产品。在许多情况下，市政当局必须支付运费，或者可为使用该材料的商业栽培者提供其它刺激方案。然而，这通常仍然比备选处理方案更加经济。
农业肥料的市场价值主要地基于其含氮量。需要实际、安全和经济的方法，用于将生物固体的含氮量增加至接近市售矿质肥料含氮量的水平，例如8-20%。如果可制造这样的生物固体肥料，那么生物固体产品的总价值和产品需求将可能会增加。另外，正确制造的生物固体肥料将具有优势：其许多氮将属于缓释型。缓释或控释肥料为这样的肥料，其中养分(例如氮)可以以比来自传统肥料(例如尿素、硫酸铵和磷酸氢二铵)的速效氮慢得多的速率在土柱中被利用。这是非常期望的并且在整个植物生长周期给植物提供氮，意味着需要更少的氮施用于土壤或作物，从而减少潜在的环境污染和减少肥料使用的成本。传统无机制造的缓释氮肥的价格为普通矿质氮肥的许多倍。在自其生物固体生产含有高氮生物固体的肥料的情况下，市政当局对于其生物固体处理计划将享有公共和监管支持。这样的计划将确保定期清除其脱水或干燥的生物固体，例如通过将生物固体再循环成为高氮肥料，其然后可直接销售至成熟的国家肥料分销行业，从而消除传统上与生物固体处理计划有关的主要问题之一。
之前曾尝试达到这些目的中的一些。美国专利第3942970、3655395、3939280、4304588和4519831号描述了用于将污水生物固体转化为肥料的方法。在这些方法中的每一种，用生物固体原位形成尿素/甲醛缩合产物。因此，这些方法需要处理甲醛，甲醛为高毒性催泪剂并且为疑似致癌剂。
其它方法需要不易于并入到现有污水处理设备的昂贵的加工设备和/或特殊条件(参见日本专利第58032638号；法国专利第2757504号)。
用于增加生物固体中氮的简单方法可为在干燥和丸粒化前向湿的生物固体中掺合市售氮肥材料。对于农业中的应用，仅有一些高氮肥料是经济的。实例包括：氨(82 wt.% N)、尿素(46 wt.% N)和硝酸铵(33.54 wt.% N)。氨具有高挥发性并且对于将其排放到大气中受到严格监管。尿素为固体，其很容易吸附水分并且使得污泥更难以干燥。如果其未被正确制备，尿素亦高度易于被生物固体中微生物和酶分解为氨，导致氮损失和气味问题。硝酸铵为强氧化剂并可导致潜在爆炸问题，这几乎使该肥料自2000年之后从商业市场退出。所有这些肥料具有高含氮量，但是少于用于与无特殊处理的生物固体混合的理想含氮量。
其它参考文献例如欧洲专利第0143392号、日本专利第9110570号和“Granulation of Compost From Sewage Sludge. V. Reduction of Ammonia Emission From Drying Process”，Hokkaidoritsu Kogyo Shikenjo Hokoku, 287, 85-89 (1988))未能公开酸与硫酸铵添加的用途并且没有论述在酸条件下钢工艺设备的腐蚀问题。
在过去的三十年内，生物固体的碱性稳定作用已经成为将生物固体有益地制备为有用材料的标准和成功方法，所述有用材料可主要用作土壤调节材料。因为这些碱性稳定的生物固体产品具有高碳酸钙当量，其已作为农用石灰或农用石灰材料，通常作为农场土壤管理策略中碳酸钙的替代物生产和销售。由于该用途，这些材料的价格已经受限于仅几美元/吨产品。然而，运输成本高，这在很大程度上是由于材料的显著含水量。最高50%的水量使得运输在经济上和地理上局限于接近其处理源的区域。
因此，长期需要通过增加其含氮量，和增加散布能力来增加污水生物固体的经济价值的实际手段以及需要处理这些材料，使得其被转化为具有物理和化学性质及养分性质的商品肥料，使得其可在国家和国际商品肥料市场拥有显著价值。一系列美国专利，美国专利第5984992、6159263、6758879和7128880号描述了采用来源于田纳西流域管理局的管道交叉式反应器(pipe-cross reactor)，用生物固体制备的高氮有机增强的硫酸铵肥料的生产方法。管道、三通管和管道交叉式反应器由IFDC在Fertilizer Manual (1998), 第440页中定义为：“管式反应器主要包含一定长度的耐腐蚀管道(约5-15 m长)，通过类似三通管的管道配置向其一端同时加入磷酸、氨并通常加入水，因此名为‘三通反应器’”。三通反应器经TVA改进，亦通过位于磷酸入口对面的另一个管道入口接收另外的硫酸流，使得该单元为“交叉”配置并因此名为“管道交叉式反应器”。
IFDC Fertilizer Manual_(1998)和Fertilizer Technical Data Book (2000)两者指的是管道交叉式反应器。管道交叉式反应器向造粒机成型装置传送浓缩的混合物并且比其它装置更有效地自肥料混合物蒸发不需要的水，但是这些参考文献证实对于改进的需要盼望已久，表明管道交叉式反应器的缺点之一是在管道内部结垢，这可导致堵塞。
由该组专利(美国专利第5984992、6159263、6758879和7128880号)教导的方法因与以下相关的问题而受阻：这些狭窄的(相对于其长度)反应“管道样”反应器配置在操作期间堵塞，和难以控制所述管道交叉式反应器中混合物的反应温度和压力和保留时间。这些管道交叉式反应器相对于其长度为狭窄的，例如直径最多为6-8英寸并且长度通常为15英尺或者更长。由于在所述反应器中来自生物固体积累或来自加热期间的破坏造成的堵塞，实施有机增强的硫酸铵肥料制造的工厂常常必须关闭和拆解管道交叉式反应器，使得在反应器的内部反应侧常用的Teflon®涂层熔化并毁掉。此外，管道交叉式反应器的使用具有显著缺点，即具有非常短的反应器保留时间(通常少于20秒)，这在制造传统肥料像硫酸铵中是有利的，但当偶联于生物固体的同步过程时是不利的。当3种材料输入通过该反应器时，这样短的处理时间增加了未经处理或非均匀混合的可能性。亦为限制性的是对所述管道交叉式反应器中的大气压力缺乏控制，因为这些反应器具有通常直接进入造粒机的开放式排放(open-ended discharge)。相关但是明显不同于缺乏内部压力控制，管道交叉式反应器亦对通过反应器的混合物几乎没有温度控制至没有温度控制。
Robinson的美国专利第4743287号描述了依次使用两个反应容器以向低或中等氮浓度(4重量%氮-最大氮浓度为10重量%的范围)的氮肥加入有机生物固体的方法。Robinson使用其第一反应容器以达到非常低的混合物pH值(pH 0.2-1.5)，以对存在的分子实现水解和制备用于在第二反应容器中反应的混合物。Robinson的确指出可使用单一反应器，但是仅在批量配置而不是在连续流制造方法中。Robinson还指出，酸和氨可不以任何顺序注射，但是必须依次注射。该专利描述了与管道交叉式反应器相比较能够用相对长的保留时间达到高压(30 psig)的反应容器。然而，Robinson未能满足对新颖实用的连续流动法的需要，该方法在确定的温度、压力和反应保留时间的优势下制造高氮(大于8 wt.%氮)和含有生物固体的肥料产品。因此，迫切需要用于处理生物固体的有效、高效和经济的方法。
概述
本发明克服与目前的策略和设计有关的问题和缺点，并且提供用于将生物固体处理为安全且市售可行的自然缓释肥料的新工具和方法。
本发明的一个实施方案涉及用于连续处理生物固体的方法，所述方法包括：形成脱水生物固体与一种或更多种第一酸的酸化糊状物(paste)；向压力容器中加入酸化糊状物使得压力容器保持顶空，其中顶空具有预定的压力；向压力容器中加入一种或更多种第二酸和一种或更多种碱以与酸化糊状物混合并形成混合物；在保留时间内使混合物经受温度和压力，其中混合物的温度和含水量由顶空压力确定；自压力容器除去混合物；并干燥混合物以形成经处理和干燥的生物固体。可采用的生物固体包括以下的一种或更多种：市政生物固体、加热干燥的生物固体、制药发酵废物、有机产品的微生物消化物、食品、食物副产品、动物粪肥、经消化的动物粪肥、有机生物固体、含有微生物的生物固体，或其组合。脱水生物固体优选地通过使生物固体经受过滤、离心、压力或其组合而产生。优选地，所述一种或更多种第一酸至少包含50%或者更高，并且更优选54%浓度下的磷酸。优选地，所述酸化糊状物具有pH为pH 2-6，并且更优选为pH 3-4。亦优选地，所述一种或更多种第二酸包含磷酸、硫酸或两者，并且所述一种或更多种碱包含无水或含水氨。更优选地，所述一种或更多种第二酸包含硫酸或硫酸与磷酸两者，并且pH为小于pH 2且更优选小于pH 1。优选地所述一种或更多种碱为无水氨并且将pH增加至pH 2.5-4或者更高。一种或更多种第二酸和一种或更多种碱与酸化糊状物一起在混合物中发生放热反应。施加于混合物的压力防止沸腾并使整个反应平息，使得温度对生物固体中的大分子具有最大效应。优选地在没有外部加热的情况下发生放热反应并且将混合物保持在230℉或者更高的温度。任选地，可向混合物中加入一种或更多种高铁酸盐和/或一种或更多种氧化剂。优选地，所述一种或更多种高铁酸盐为高铁酸钙、高铁酸钠、高铁酸钾、七水硫酸亚铁或其组合。亦优选地，所述一种或更多种高铁酸盐由固态氢氧化钠与次氯酸钠和氯化铁的反应形成。所述一种或更多种氧化剂优选为过氧化氢、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸钾、二氧化氯、臭氧、氧气或其组合。压力容器中混合物的保留时间优选为30分钟或者更少，更优选为15分钟或者更少，并且甚至更优选为10分钟或者更少。酸度、压力、流速、pH和碱注入速度中的一个或更多个优选通过闭环计算机控制进行控制以保持预定的反应温度。亦优选地，将生物固体通过压力容器连续加工处理，从而连续形成经处理和干燥的生物固体。经处理和干燥生物固体中的大分子部分或优选完全被水解、变性和/或灭菌。生物固体中的有机材料可包括药物化合物、抗生素、激素、激素样分子、生物活性化合物、大分子、碳水化合物、核酸、脂肪、脂质、蛋白质中的一种或更多种或其组合。优选地经干燥混合物的磷酸盐含量为0.5%-4%，并且含氮量通过向反应容器中加入的氨水来提高。优选地，向混合物中加入成粒剂，然后干燥形成干燥和颗粒状混合物。方法还可包括粉碎经干燥和颗粒化混合物并使干燥和颗粒化混合物通过一个或更多个筛以分离预定大小的颗粒。干燥的颗粒还可用涂布剂涂布，将涂布剂施用于冷却装置中的颗粒，所述冷却装置使干燥和颗粒化混合物冷却至140℉或者更低的温度。优选冷却装置为流化床、氨冷冻器或转鼓。
本发明的另一个实施方案涉及如以上描述的方法并且包括使反应混合物通过第二压力容器。
本发明的另一个实施方案涉及方法，所述方法还包括向压力容器中的混合物加入一种或更多种植物养分。优选的植物养分包括尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、尿素硝酸铵、液体尿素、钾碱、氧化铁、可溶性铁、螯合铁及其组合。还可向混合物中加入一种或更多种硬化剂。优选的硬化剂包括氧化铁、明矾、凹凸棒石粘土、工业糖蜜、lignon、木质素磺酸盐、脲甲醛聚合剂及其组合。
本发明的另一个实施方案包括用于处理生物固体的方法，所述方法包括：将脱水的生物固体与酸混合形成混合物；将混合物和蒸汽注入到含有加压顶空的压力容器中；在保留时间内使混合物经受预定的温度和压力，其中混合物的温度和含水量由顶空压力确定；在保留时间之后自压力容器除去混合物；并干燥混合物。
本发明的另一个实施方案涉及通过本发明方法处理和加工的生物固体。
本发明的另一个实施方案涉及用于将生物固体加工成肥料的系统，所述系统包括：第一混合器，其将生物固体与浓酸和氧化剂掺和并将生物固体转化为可泵送糊状物；具有顶空压力的压力容器，其自第一混合器接收可泵送糊状物，其中压力容器将可泵送糊状物保持在如通过顶空压力确定的预定压力和温度下，并且保持一段时间；第二混合器，自压力容器接收可泵送糊状物，其中可泵送糊状物与硬化剂混合；和造粒机，以使硬化的糊状物破碎成丸粒状肥料。优选地，所述系统包括蒸汽发生器，其中将通过蒸汽发生器产生的蒸汽注入到第一混合器中。还优选地，所述系统包括多个阀以控制蒸汽水平、混合物水平、温度、加压器(presser)、pH和氮水平中的至少一个，其中自设备的空气排放小于30 CFM。所述系统还包括氨蒸发器和袋滤室干燥器。
本发明的另一个实施方案涉及用于按照本发明方法加工处理生物固体的压力容器，所述容器包括顶空和控制顶空压力的多个阀，其中顶空压力确定容器中生物固体的温度和含水量，并且还包括指示压力容器中生物固体的温度、压力、pH和含氮量中一个或更多个的计量器。
本发明的其它实施方案和优势在随后的描述中部分地被阐述，并且部分地可根据该描述而清楚明了，或者可在本发明的实践中领会。
附图描述
图1. 生物固体肥料厂流程图。
图2. 压力容器反应水解器。
图3. 氨和硫酸注入水解器的细节。
图4. 生物固体肥料厂气流的图表。
发明描述
生物固体，尤其是来自废水处理呈污水污泥形式的生物固体，造成主要的处理问题和社区费用。传统的处理导致具有气味和潜在病原体问题的脱水生物固体。或者，加工处理可产生经燃烧或运送到处理站点的细粉。生物固体加工处理还可包括热处理以灭活微生物及其它潜在的污染材料。认为这些所处理的生物固体是低价值肥料并分散在作物和大型农业区域。所有这些解决方案不能令人满意并且已经尝试将生物固体灭菌用作肥料，且获得极小成功。
已经意想不到地发现，可自未加工和半加工的生物固体有效率地制造高价值肥料。效率包括用来自铵以及可能的其它氮源的氮增强的连续流制造过程。本发明还利用因生物固体的初级加工导致的触变性质。初级加工的剧烈搅拌、混合或其它剪切作用产生可泵送流体。本发明优选地包括发生放热反应，其分解和破坏大分子。方法优选地包括通过加入气味控制剂和气味控制处理步骤来控制不需要的气味。用于本发明方法的制造设备将所需要的水量以及总功率利用和所形成的废物副产品的量减至最小。因此，制造可具有一定规模以满足工厂所在的具体社区大小的需要。该按需制造的设计使得生物固体加工/肥料制造厂可加工少于3吨/小时的脱水生物固体或按比例扩大为更大的厂(例如最多10-12吨/小时或者更多)。该按规模分级的特征减少成本，允许可互换设备和物流运行的效率以及总体债务标准化。本发明的制造厂优选考虑相邻的存储设备。由于临近，运输物流得以简化或取消从而减少产品的运输成本以及输入生物固体的运输成本。本发明优选提供气味控制系统，以确保社区接受制造厂并且促进满足USEPA标准以及使该方法更加有效，这通过自植物的加工空气捕获和加入有价值的氮或其它潜在和/或难捕捉的植物养分来进行。
本发明的一个实施方案涉及尽可能接近处理厂加工处理生物固体，将潜在有害化合物的运输和潜在泄漏减至最小。这通过直接从废水处理厂获取生物固体来实现。优选地，将生物固体脱水至18-30%固体含量。通过利用许多类型脱水生物固体的触变性质，以呈现糊状物或糊状、可泵送流体的性质，将生物固体泵送至捣泥机。该可泵送生物固体优选初始通过自在线加热器注入蒸汽、水和热量来调节，以进一步增强生物固体的流动，以便在双轴捣泥机中进一步调节。在这个初始捣泥机中，将生物固体与化学添加剂例如氧化剂彻底混合或掺和，用于初始气味控制和制备用于在压力容器中反应的生物固体。在该步骤中，生物固体的初始酸化和气味控制还通过以下实现：注入50%或更大浓度并且优选54%浓度的黑色或农用级磷酸。加入该磷酸使得肥料颗粒中的最终磷酸盐浓度在0.5%-6%之间，并且优选在1.5%-4%之间，且更优选在2%-3%之间。另外，可向该捣泥机中加入一种或更多种植物养分，以提高作为肥料制备的生物固体糊状物的组成。还可加入七水硫酸亚铁以促进生物固体糊状物的额外纯化。
在生物固体从第一捣泥机出来之后，将其泵送至压力容器中，其中将液氨和硫酸注入到生物固体中，导致放热反应并优选为剧烈的放热反应。以允许与所调节的酸性生物固体糊状物和氨发生剧烈连续放热反应的方式构造压力容器。在本发明的另一个实施方案中，在温度超过230℉ (110C)下通过压力容器的保留时间为最多15分钟。在一个优选的实施方案中，整个反应过程受到闭环计算机控制的控制，所述闭环计算机控制通过加入硫酸、氨、植物养分、pH调节剂和压力控制连续监测和调节放热反应。优选的控制机制通过调节压力容器中生物固体上面的顶空压力来进行。在优选的实施方案中，将该顶空压力控制在35-80 psig之间(或者更高)，更优选为62 psig，这调节压力容器中的混合物水平并从而控制从该容器出来的混合物流出。该压力水平的其它实施方案已经在低至20 psig和高至60 psig的压力下实施。进行整个过程而不需要另外施加热量或者将生物固体进出压力容器的连续流动停止。生物固体由于在水解容器中的温度、压力、混合和保留时间而导致所调节生物固体的组分经受部分或完全水解、变性、灭菌或其组合。
在从压力容器的上部(优选容许生物固体上面25%的顶空体积)出来时，所调节的生物固体反应混合物进入第二捣泥机，其中对生物固体进行最终调节准备干燥。此时pH优选为约5.5-约7，并且更优选6.2。气味控制剂可自初始流连续加入到第一捣泥机，通过压力容器，并且到最后的捣泥机加工过程。
在通过第二捣泥机加工处理之后，对所处理生物固体进行进一步干燥、造粒、筛选、包装和循环。在一个优选的实施方案中，在自第二捣泥机出来时，生物固体进入造粒机，形成经加工完成高氮肥料的丸粒/颗粒。然后将其通过旋转干燥器处理，进一步干燥生物固体肥料至少于1%含水量。在从旋转干燥器出来时，对生物固体肥料的大小进行进一步筛选并分开为产品，即筛下和筛上的颗粒组。筛下粒循环回到第二捣泥机的入口。筛上粒被送至锤式粉碎机，其中其被粉碎并然后循环回到第二捣泥机的入口。在离开筛选过程之后，将生物固体肥料颗粒加工通过旋转式冷却器，其中生物固体肥料被冷却。肥料颗粒腾空进入最后的抛光筛以除去筛下粒或在冷却过程中产生的粉尘。在加工通过抛光筛之后，产物通过涂布鼓，其中加入抑制粉尘的涂布剂。然后将生物固体肥料储入仓库准备散装运送或随后包装。本发明的另一个实施方案为空气抛光系统，其将在冷却过程产生的热空气连续循环至干燥阶段，导致用于加工的燃料使用和废气减少。将从筛和设备吸取的空气在集尘器中净化、通过换热器冷却并作为进气重新用于冷却器。自冷却器排出的热空气再次于集尘器中净化。经净化、加热的空气用作旋转干燥器的进气。
在另一个优选的实施方案中，液氨注入线通过置于干燥器排出空气流中的换热器。在换热器中氨经蒸发和过热并然后用于反应器，这增加该过程关键化学反应区的能量并显著减少干燥所需要的燃料能源。在该换热器的另外益处方面，干燥器排出空气流通过氨蒸发被部分冷却，从而减少排气处理系统中的冷却负载。
本发明生物固体加工处理的输出为高氮缓释的生物固体肥料。在一个优选的实施方案中，本发明产生16-2-0-17-1-15 (钠-磷-钾-硫-铁-有机物)缓释颗粒肥料，其为99%干的并且超过美国环境保护局(USEPA) A类要求和特殊品质(EQ)标准。16%控释有机氮组分有助于在需要时和需要之处在根区结合氮。
与传统或常规的肥料制造实践相比较，本发明包含重大改进，在传统或常规的肥料制造实践中大型制造设备位于尽可能远离社区的位置，从而需要将输入材料经长距离运送以使工厂运转。该问题的一个恰当实例为位于阿肯色州海伦娜的生物固体-肥料转化厂，该厂实施了在美国专利第5984992、6159263、6758879和7128880号中教导的制造方法。就该肥料制造厂而言，将含有70%-80%之间水的生物固体从包括纽约市和西切斯特郡的纽约地区运送至该设备。这种运输需求给制造过程增加了巨大成本。本发明通过将实施该制造方法必要的实体设备置于邻近或接近于生物固体源而消除了这种类型的问题。所述源通常为市政废水处理厂。例如，本发明方法具有如下优势：其可与其它不相关的铵生产设备对接。那些设备可与不相关的商业企业例如尼龙或钢生产有关。在这两种行业中热的硫酸铵作为产品制造的副产品产生。通过将本发明的加工设备共同置于这些类型的位点，其它不需要的副产品例如硫酸铵不需要运走，而是可直接用于制造本发明的肥料。
本发明允许处理大多数的任何有机生物固体材料，例如市政脱水生物固体、生活废物、制药发酵废物和其它有机产品的微生物消化物例如食品和/或动物粪肥或经消化的动物粪肥等等。这些生物固体通常为12-40%固体并且优选为18-30%之间的固体。该处理过程可优选导致产生合适的干燥度、硬度和化学质量的颗粒或丸粒状USEPA A类肥料产品，以生产能够在国内和国际市场上与传统无机肥料竞争的有价值的高氮缓释市售肥料产品。市售高氮肥料优选具有按成品肥料的干重计大于8%的氮，并更优选具有按成品肥料的干重计至少16%的氮。A类特性指肥料成品的微生物质量，其满足美国环境保护局对于含有如在40 C.F.R. § 503中定义的市政生物固体的产品的A类微生物标准。基于所采用的应力条件和保留时间以及基于成品肥料组成中大于80%，并且更优选大于90%干燥固体，且最佳水平为超过98%干燥固体，本发明方法满足或者超过该标准。因此确保：满足相关的USEPA媒介物吸引标准(90%或者更大)；关于成品肥料的运输，成品肥料颗粒经优化达到最小含水量，增加硬度特性并去除水。通过在成型之前加入肥料混合物提供硬度，一种或更多种硬化剂选自氧化铁、明矾、凹凸棒石粘土、工业糖蜜、lignon、木质素磺酸盐、脲甲醛聚合剂及其组合。
本发明的方法生产一种肥料，肥料优选对于处理和操作为安全的，并且优选满足和/或超过USEPA A类生物固体的最低要求。肥料产品优选经灭菌并且生物和化学污染物至少部分并且优选完全水解和变性至灭活和/或破坏的程度。典型的生物或化学污染物包括但不限于药物化合物、抗生素、激素、激素样分子、生物活性化合物、大分子、碳水化合物、脂质、蛋白质、核酸中的一种或更多种及其组合。
本发明优选包括在产生高压灭菌作用的预定保留期内的应力调节。该高压灭菌作用使生物固体破坏和/或失活或者仅对生物固体进行灭菌。生物固体中的微生物，包括例如细菌、病毒、真菌、寄生物、
寄生卵、细菌和真菌孢子及其组合，再次破坏和/或失活的。另外，本发明方法优选设计为水解大分子例如蛋白质、核酸、脂质、脂肪、碳水化合物及其组合，和/或可存在的其它生物活性物质。
根据本发明的优选方面，使生物固体经受应力条件，其包括但不限于极端pH、搅拌、压力升高和温度升高中的一种或更多种，其与受控或预定的保留期联合，产生与采用常规技术例如管道交叉式反应器技术加工的产品相比较更加安全的混合物和/或肥料。控制或预定保留期的能力在选择所得到产品的优选性质方面是重要的。换句话说，生物固体在压力容器中的保留时间(R)优选根据反应器中材料的顶部压力(p)和体积(v)确定(即 )。顶部压力还确定了反应器中的温度。一些优选的压力和所得到的温度显示在表1中。
表1
压力(psi) 温度℉ (℃)
20 258.8 (126)
30 274 (134.4)
38 284 (140)
60 307 (152.8)
根据本发明的优选方法，压力控制系统将容器中所需的压力保持在顶部压力，其继而又将所需温度设置在预定高度并同时将压力容器中的材料水平控制在预定高度。优选的压力包括以上列出的那些压力和更高压力，包括70 psi、80 psi和更高。更优选地顶空压力为约62 psi。由于通过在所选具体应力条件下混合而引起的压力容器本身存在的压力和反应的组合，压力系统优选消除任何塞规。压力控制还便于控制反应容器的理想湿度以及适当造粒和最小干燥能量所需的最终湿度。压力系统优选将所需压力控制在溢流的水平。该系统不改变容器的材料水平，除非系统出现故障。因此，当生物固体经受反应容器的受控应力条件(例如热、pH、压力)时，生物固体以及存在的污染物优选完全被灭活。通过调节应力条件，如可由本领域技术人员凭经验确定的那样，可达到所需的处理水平。保留时间可设置为大多数的任何时间段，从数分钟至数小时，并且优选地设置为少于60分钟，更优选少于30分钟，更优选少于15分钟的时间。优选的保留期为2-16分钟或者1-12分钟，并且更优选约10分钟或者更少。优选地采用一系列可任选被加热的混合器(例如单轴或双轴捣泥机式混合器、优选采用可调节宽型叶片配置的掺合和混合捣泥机)。另外，主要压力反应器优选加入混合装置以确保生物固体与酸充分搅拌与混合和沿着反应路径注入反应性氨种类。在浓酸或多种酸与氨之间的反应为剧烈放热并且产生高热量，这将生成的铵盐保持在可溶性熔融状态，以及将存在的任何水呈过热蒸汽形式。该放热反应还在压力容器中产生显著的压力。该铵盐混合物具有温度特性为约100℃(212℉)或者更高并且优选温度为121℃(250℉)或者更高，并且更优选温度为149℃(300℉)或者更高，其全部可取决于反应中使用的氨的性质。如果使用无水氨，则温度优选显著高于使用氨水时，尤其是21%氮时的温度。
保持铵熔体或盐的温度和流动性，使得当在接收压力容器中与生物固体掺合时，掺合物的温度将满足超过100℃(212℉)，并且优选满足或超过149℃(300℉)。较高的温度便于生物固体中的蛋白质和肽在酸性环境中水解，对最终肥料产品产生有利的性质，导致与不含有这样的有机材料的肥料(例如硫酸铵或磷酸铵或尿素肥料)相比较，作物产量增加。压力容器优选地沿着其长度含有压力和温度计量器，用于监测压力和温度和另外的注入端口(用于加入另外的反应试剂)。反应容器优选具有控制系统，其作为闭环系统起作用，控制熔融肥料熔体经过系统的温度、压力、pH、反应性注射添加和流速。
按照本发明方法处理的生物固体通常含有低水平的金属例如砷、镉、铜、铅、汞、钼、镍、硒和/或锌。低水平为这样的水平，其低于认为有害的水平并且少于如由USEPA对于含有市政生物固体的产品公布的对于金属的特殊品质 (“EQ”)标准。
通过对于大分子(例如个人医药产品例如抗生素或激素或激素样物质)高于USEPA规定和水解器或压力容器的水解条件，所生成的肥料在农业、植物和动物及其周围使用是安全的。此外，按照本发明方法处理的生物固体由人处理以及在人周围处理是安全的。
图1提供了本发明实施方案的示意图，其中该实施方案的方法利用脱水市政生物固体，其混合有另外的植物养分、铵盐肥料和粘合剂。在该实施方案中，欲处理的生物固体为脱水生物固体，通常称为“生物固体饼”。将该生物固体递送至制造设备，其中将其存储于贮料仓105中直到准备调节生物固体。通过与用于控制气味和酸化的浓酸，连同氧化剂例如高铁酸盐剧烈混合或掺合，调节初始发生于第一捣泥机110中，其将触变的生物固体转化为可泵送的混合物、糊状物或糊状混合物。氧化剂与生物固体中存在的还原态硫化合物和其它气味剂反应。浓酸将生物固体稍微酸化，并且如果酸为磷酸，则有助于改变生物固体中存在的气味剂。该酸性混合物的放热反应达到温度超过230℃(110℉)，这不必再施加热量。优选地，来自蒸汽发生器115的蒸汽可在捣泥机110开始时注入以便于启动和使生物固体流入工厂以及增强放热反应。随着生物固体熔体继续通过密封的捣泥机110时，可向混合物中注入另外的植物养分。一旦混合物从捣泥机110出来，将其泵送至发生主要氮注入反应的压力容器120中。如在图2和3中显示的那样，喷雾器210向熔体中注入氨气或其它氮源，连同注入硫酸，以在注入生物固体糊状物的酸化生物固体中引起高度放热反应。小心控制该反应以优化温度、压力、保留时间、pH和氮气，其全部可基于输入生物固体材料和所处理和干燥生物固体的所需输出内容物凭经验确定。压力容器120包括多个阀215，其允许加入来自蒸汽发生器115的蒸汽、其它添加剂，并可用于控制温度、压力和pH以及氮气水平。向压力容器120中泵送的氮源125包含碱例如无水氨或氨水。形成了的生物固体与硫酸铵和磷酸铵的混合物，其变得分子整合的，因为铵离子变得电性结合于来自生物固体的两性有机分子，从而在最终肥料颗粒中产生缓释或控释氮。类似地，该电性键合可发生于混合物中存在的硫酸盐和磷酸盐及铁分子之间，从而类似地使这些养分分子处于缓释或控释状态。当混合物穿过压力容器120时，在保留期(如通过其保留时间确定的)内将该混合物保持在应力状态(其继而基于如本文描述的顶部压力和体积)。应力状态优选包括温度升高和/或压力升高。温度升高部分或全部通过组分的放热反应产生，这可使混合物的温度增加至230℃(110℉)或者更大。在这些温度下自混合物产生蒸汽。允许该蒸汽在阀控释下从压力容器120出来，实现混合物的部分干燥。生物固体在压力容器120中经受的应力状态和保留期经控制，使得导致产生混合物，其为无菌的并含有来自生物固体的经水解大分子。控制应力状态和保留期还导致所形成的铵离子与存在的有机分子融合，对所存在的氮产生天然缓释性质，并使生物固体中存在的许多大分子例如蛋白质变性和或水解。当所述分子具有生物活性时，该变性和/或水解使得其具有较少活性或无活性，从而产生更加安全的用于公共使用或接触的混合物。引起必要的肥料性质和生物失活的保留时间通过将生物固体连续泵送和流入压力容器120来控制。本发明的这种连续流处理与老厂的传统分批处理相比较有助于本发明的高通量。连续流还将与需要停机时间以清除堵塞的堵塞该过程有关的问题减至最小。当生物固体混合物从压力容器120流动时，其出来并进入到第二混合器或捣泥机130，其中生物固体与一种或多种硬化剂以及与另外的养分混合以微调肥料。如果在压力容器120中由过量酸的部分氨化形成熔体，混合物还用包含碱例如氨(优选蒸发的氨)的另外量的氮源喷雾，以完成氨化从而形成铵盐。优选地，加入液氨并转化为蒸发的氨，然后进入紧随压力容器120和造粒机135的两个捣泥机130中的喷雾器。该转化为蒸发的氨改进工厂的操作以及减少能量需求。液体无水氨通过加热器转化为过热氨蒸气以完成在压力容器120中开始的氨化过程。加热可通过施加到氨递送线的直接加热器或者可通过安装的换热器来进行，所述换热器自该过程的别处回收多余热量。如在图4中显示的那样，多余热量可为例如在袋滤室的干燥器排出气流下游并且在酸洗涤器之前。蒸发器的氨侧控制在90-120 psig，并且优选在100 psig(在64℉ {17.8}下饱和的氨)。在温度控制在120-200℉ (48.9-93.3℃)并且优选在170-180℉ (76.7-82.2℃)的情况下，将氨蒸气过热化。在循环捣泥机130/造粒机135氨喷雾器中用蒸发的氨替代液氨提供若干益处，例如完成在压力容器中开始的氨化过程；通过增加与未反应酸接触的氨表面积来改进反应效率；通过使用来自该过程的废热以增加造粒机流的温度，从而增加造粒机135中的蒸发和减少所需的干燥器能量来改进能源效率；通过向捣泥机130/造粒机135的反应区域提供均匀分布的氨来减少粉尘产生和增加颗粒大小与硬度(当在未固化的颗粒中产生小局部区域的高pH时，液氨的液滴可产生粉尘，并且蒸汽氨消除这种问题)；通过冷却干燥器排出气流和利用热量减少所需的水淬；或其组合。
接着，混合物优选通过造粒或挤出为颗粒例如丸粒或其它较小的结构来进行进一步处理。颗粒在旋转干燥器140中进行干燥并通过一个或更多个筛145以使筛上材料和筛下材料与大小合适的材料分开。筛上材料可用粉碎机或碾磨机粉碎。随后，筛下材料和粉碎的筛上材料可循环至第二混合器或捣泥机130以便于肥料混合物的造粒。然后将所得到的大小合适的颗粒在旋转式冷却器150中进行干燥、按大小分类、涂布、冷却和存储。当传统的造粒机用于成型过程时，还可在该容器中通过蒸发的氨和循环添加(recycle addition)进行氨化。作为来自压力容器和来自随后容器的蒸汽自混合物除去水，因为蒸汽和/或水蒸汽可冷凝并优选返回至废水处理厂(WWTP)，或者可经处理并排放至相邻的水资源，或者排放至大气。
本发明的优选要素包括通过调节生物固体来处理生物固体，所述调节生物固体通过用足以使生物固体可泵送的力混合来进行。生物固体可通过加入一种或更多种氧化剂和/或通过加入一种或更多种酸以降低生物固体的pH来进行进一步调节。所述调节通常发生于可被任选加热的混合器或捣泥机。然后将经调节的生物固体加入到压力容器中。随后或同时，一旦该过程达到稳态，则将一种或更多种酸与一种或更多种氮源在位于压力容器生物固体中的反应区内混合。反应区为任何酸、任何碱、任何氮源及其任何组合的最佳施用区域，以使生物固体用本发明的实施方案处理。反应区基于向其中放入生物固体的容器的大小进行优化。反应区大小依酸、碱和/或氮源的流入以及生物固体的粘度而变化。反应区优选位于压力容器中生物固体的底部，优选尽可能低，使得容器中材料的重量向下压在其上面，从而有助于含有经由放热反应产生的任何力。反应区为向其中注入酸、碱和/或氮源的生物固体部分。使用术语“反应区”不打算意指反应仅发生在反应区内。尽管反应性组分的初始混合和初始放热反应发生于反应区内，但放热反应继续发生于整个容器中。一种或更多种氮源中的至少一种包含碱，并且因此放热反应可发生于酸和碱之间。随后，在保留期内将该混合物保持在应力状态。应力状态可导致包含在混合物的生物固体组分中的任何大分子(包括蛋白质)的部分水解和/或变性。应力状态还可导致任何个人药物化合物、抗生素、激素、激素样分子或其它生物活性化合物的部分水解和/或变性。应力状态和保留期可经延长的温度和压力暴露产生高压灭菌作用，其通过将存在于生物固体中的任何微生物(包括细菌、病毒、真菌、寄生物和寄生卵)进行杀菌而破坏。应力状态可包括由于混合物组分的任何放热反应造成的搅拌混合物、增加温度和/或压力。由于应力状态造成的混合物温度增加优选超过85℃ (185℉)，更优选为100℃ (212℉)，更优选为121℃ (250℉)，并且更优选为126℃ (260℉)。由于应力状态造成的混合物的任何压力增加优选超过20磅每平方英寸(psi)，更优选超过30 psi，并且更优选超过38 psi和更优选满足或者超过62 psi。
本发明的另一个实施方案涉及制造肥料的方法，所述方法包括通过在捣泥机中搅拌和氧化以及初始酸化一定量的生物有机生物固体(例如市政脱水生物固体)进行调节；在压力容器中，在受控的温度、大气压力、混合物保留时间和作为蒸汽和/或水蒸气的水去除下，在经调节的生物固体存在下同时混合浓酸与铵以产生铵熔体(部分氨化的混合物)；并经另外的混合器进一步处理所述水解的混合物，用任选的另外调节剂例如氧化铁和至少一种硬化剂掺合至肥料混合物中以控制硬度；并用另外的蒸发或气态氨喷雾所述另外混合器以完成硫酸铵和/或磷酸铵的盐形成并在之后经传统的造粒加工，在工厂产生颗粒状有机增强的无机肥料。还可如在颗粒肥料的制造中实践的那样，在造粒机中进行蒸发氨的喷雾。当向混合物中加入铁硫酸盐即硫酸亚铁或氧化铁时，铁还用作成品肥料中的重要养分，其提高产品价值及其施肥给目标作物的性能两者。
本发明的另一个实施方案涉及制造肥料的方法，所述方法包括经搅拌和氧化一定量的生物有机生物固体(例如市政脱水生物固体)进行调节；在压力容器中，在受控的温度、大气压力、混合物保留时间和作为蒸汽和/或水蒸气的水去除下，在经调节的生物固体存在下同时混合浓酸与铵以产生铵盐(剩余少量未反应的酸)；并经另外的混合器进一步处理所述水解的混合物，在另外的混合器中掺合任选的另外调节剂(例如氧化铁和至少一种硬化剂)至肥料混合物中以控制硬度铵肥料技术并在之后经传统的造粒加工，在工厂产生颗粒状有机增强的无机肥料。
本发明的另一个实施方案涉及制造肥料的方法，所述方法包括混合触变的有机生物固体以产生可泵送的糊状混合物；用一种或更多种氧化剂处理混合物并在混合器中酸化触变的糊状物，产生第一调节的混合物；用过量的酸得到包含部分氨化的混合物(其含有硫酸铵或磷酸铵)的高温无机肥料熔体；在温度高于85℃ (185℉)并且优选高于100℃ (212℉)的压力容器中，在受控的大气压和混合物保留时间下将热熔体与经调节的混合物掺合，以产生第二混合物，并自所述混合物除去水(作为蒸汽和水蒸气)；在另外的混合器中进一步处理所述第二混合物，用任选的另外调节剂例如氧化铁和至少一种硬化剂掺合至肥料混合物中以控制硬度，并用蒸发氨喷雾所述另外混合器以完成硫酸铵和或磷酸铵的盐形成；继续自第三混合物除去水，以产生可用传统的造粒加工或挤压技术进一步处理的材料；和自第三混合物产生最终产品肥料。蒸发氨的喷雾还可在造粒机中进行。
本发明的另一个实施方案涉及制造肥料的方法，所述方法包括混合触变的有机生物固体以产生可泵送的糊状混合物；用氧化剂处理混合物并在混合器中用磷酸酸化糊状物，产生第一混合物；得到包含硫酸铵和或磷酸铵的高温无机肥料盐；在温度高于85℃ (185℉)并且优选高于100℃ (212℉)的压力容器中，在受控的大气压和混合物保留时间下将所述热盐与所述第一混合物掺合，以产生第二混合物，并自所述混合物除去水(作为蒸汽和水蒸气)；用任选的另外调节剂例如氧化铁和至少一种硬化剂掺合至肥料混合物中以控制硬度；继续自第三混合物除去水，以产生可用传统的造粒加工或挤压技术进一步处理的材料；并自第三混合物产生最终产品肥料。
本发明的另一个实施方案涉及制造肥料的方法，所述方法包括混合触变的有机生物固体以产生可泵送的糊状混合物；在第一捣泥机或混合器中，用一种或更多种氧化剂，优选用高铁酸钙调节混合物，产生第一碱性混合物；然后将该调节的混合物排放至其中加入氨源的第二捣泥机或混合器中。在该实施方案中，氨水用作碱。然后该第二混合器将其碱性氨化的混合物排放至压力容器中。压力容器将接收浓硫酸以产生包含硫酸铵的高温无机肥料熔体。在该实施方案中，还向压力容器中加入磷酸，产生磷酸铵。就其它实施方案来说，向压力容器中而不是向第一捣泥机中加入磷酸，因为在第一捣泥机较早加入磷酸，则将在捣泥机产生不合乎需要的放热反应。在受控的大气压和混合物保留时间下压力容器中的放热反应达到温度超过100℃ (212℉)并且优选超过137.8℃ (280℉)，并自所述混合物除去水(作为蒸汽和水蒸气)；将肥料混合物排放至其中使用蒸发氨的另外的捣泥机或混合器中，以完成铵盐的形成，并用任选的另外调节剂例如氧化铁和至少一种硬化剂掺合至肥料混合物中以控制硬度；继续自第三混合物除去水，以产生可用传统的造粒加工或挤压技术进一步处理的材料；并自第三混合物产生最终产品肥料。
或者，本发明的该实施方案涉及制造肥料的方法，所述方法包括混合触变的有机生物固体以产生可泵送的糊状混合物；任选地用一种或更多种氧化剂调节混合物并然后在第一捣泥机或混合器中，用磷酸酸化糊状物，产生第一混合物；然后将该调节的混合物排放至其中流入浓酸或氨水(但不是两者)的第二捣泥机或混合器中。然后该第二混合器将其混合物排放至压力容器中。然后压力容器接收氨源或浓硫酸，这取决于向第二捣泥机中加入酸还是碱，从而在受控的大气压和混合物保留时间下，在温度超过100℃ (212℉)并且优选超过137.8℃ (280℉)下，得到主要包含硫酸铵(含有较少量磷酸铵)的高温无机肥料熔体；自所述混合物除去水(作为蒸汽和水蒸气)；将肥料混合物排放至另外的捣泥机或混合器中，其中使用蒸发氨完成铵盐的形成，并用任选的另外调节剂例如氧化铁和至少一种硬化剂掺合至肥料混合物中以控制硬度；继续自第三混合物除去水，以产生可用传统的造粒加工或挤压技术进一步处理的材料；并自第三混合物产生最终产品肥料。
本发明的另一个实施方案涉及用以上实施方案的方式制造肥料的方法，但是用加热干燥的生物固体或有机生物固体替代本文描述的脱水生物固体饼。这种干燥的生物固体材料的固体可在30%-99.9%范围内，但是优选和更通常地在90%-99.9%范围内，以便根据USEPA分类为A类，如根据其媒介物吸引(Vector Attraction)条例对于生物固体或含有生物固体的材料所规定的。干燥的生物固体或有机生物固体材料，如果作为丸粒或颗粒获得，在调节期间，必须在加入一些水之前碾磨为粉末并随后暴露于氧化剂并酸化。然后经调节的生物固体可通过如在以上实施方案中描述的方法的其余部分进行处理。
本发明的另一个实施方案涉及用以上实施方案的方式制造肥料的方法，但是用3个压力容器替代以便用“连续批量”方式操作该过程。加入化学品、混合、反应、氨化、除水和造粒或挤压可如以上实施方案中任一个所描述的进行。
本发明的另外实施方案接受脱水或干燥的生物固体但是不用以上实施方案中描述的方式对其进行调节。取而代之地，仅将生物固体搅拌为可泵送状态；如果必要，可以甚至任选地加入水。然后这些可泵送的生物固体如以上实施方案中那样进行处理。可在紧随压力容器之后的第二混合器或捣泥机中加入氧化剂和任选地另外的磷酸(用于pH控制)、营养补充和抑制自动氧化或者其可被完全消除。其余处理步骤如本文描述的那样。
进入的脱水生物固体可具有不同的固体百分数，优选在17%-32%固体范围内。生物固体可在33%固体-100%固体范围内。当它们具有干固体性质时，将其碾磨为粉末并然后进一步处理。
优选地，生物固体在12%-40%固体范围内，且生物固体在18%-30%之间。该传递可通过来自废水处理厂(“WWTP”)的输送机或管道或通过传统的运输(使用卡车、火车或驳船)来进行。在到达处理厂时，脱水的生物固体可通过块料破碎机或筛装置以除去可损坏或破坏该方法中泵或其它设备的大型外来物。将生物固体置于缓冲罐或存储槽或筒仓或活底料仓，用于积累和储存直到加工处理。优选地，所传递的生物固体可置于存储槽或筒仓并然后转移至用于调节的第一混合装置。
如果生物固体在缓冲贮存之前尚未筛选以去除污染物，那么其接下来优选通过块料破碎装置或筛装置以去除任何金属或石头或其它大型外来物，以保护在该方法中后续使用的泵送和掺合装置。然后固体通过螺旋输送机或泵转移至反应容器中。该材料然后进一步用氧化剂调节，氧化剂可选自高铁酸钙、高铁酸钠、高铁酸钾、臭氧、过氧化氢、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸钾、二氧化氯和氧气本身以及用所述氧化剂的混合物调节。在本发明的优选实施方案中，将所选择的氧化剂注入到初始混合装置中，目的是氧化生物固体中存在的还原态硫化合物以及其中包含的其它气味剂。此外，在初始捣泥机中进行的调节过程还包括引入浓酸，优选为磷酸，并且更优选为用至少50%浓度的浓磷酸，并且优选54%浓度的黑色或农用级磷酸，从而在初始混合器中产生酸性糊状物。任选地，来自空气洗涤装置的生产用水和排污水可注入到初始混合器中，或者如果必要，其可恰在块料破碎机之前注入到生物固体中。优选本发明方法将加入到制造程序中的水量减至最小，以便减少脱水所需的能量需求。
与氧化剂和浓酸(优选磷酸)的混合启动气味控制过程，并将生物有机材料酸化至pH 2.0-pH 6.9之间的水平，优选在pH 3.0-pH 5.0之间。用磷酸进行该处理还提供一定水平的氧化加热抗性，这在长期储存含有机物的成品颗粒时发生，例如对于加热干燥的生物固体丸粒通常发生。在该初始调节装置中加热并混合将产生可泵送的糊状物。在本发明的一个实施方案中，该糊状物优选经加热以控制气味并制备用于在压力容器中与浓酸和氨混合的生物固体。所述调节热量优选通过放热化学反应赋予生物固体。另外的热量可为所传递的蒸汽注入。
在生物有机材料中建立高于环境温度的温度确保在铵盐中包含的热能有利地用于杀死或足够灭活至少全部有害的病原体(例如细菌、病毒、真菌和寄生病原体)，其包含在生物有机材料中，尤其包含在市政生物固体中，尤其是当氨水用于形成硫酸铵或磷酸铵时，因为当施用氨水时释放较少的放热能量。
捣泥机或混合器为卧式混合室，其具有安装在一个或多个大功率驱动轴上的叶片状掺和元件，驱动轴以可变但是可控的速率旋转，其每秒分隔、混合、返混和重新分隔欲掺和的材料多次，得到具有可靠稠度的完全均匀的掺和物。用于处理程序的掺和器、捣泥机和或混合器每一个可独立地经由热轴和或加热的空心螺旋叶片机构加热，或者可通过装置周围的夹套管加热。加热还可任选地施用于第二混合装置，优选为捣泥机，尤其是当使用氨水时，其中在蒸发氨或气态氨喷雾和干燥循环中加入硬化剂、任选的pH调节剂。
调节保证用于注入到压力容器中的混合物具有适当稠度。在本发明的优选实施方案中，无水(99%氨)并且如果必要(如许可考虑可能需要的)，将氨水与浓硫酸(且含有或不含浓磷酸)在压力容器中混合。为了本发明的目的，制作了定制的反应容器。这与开发管道交叉式反应器形成对比并如由IFDC在Fertilizer Technical Data Book中的Fertilizer Manual by Sephri-nix中描述的那样。具体地讲，本发明的容器被设计具有大的反应室以在容器底部接收经调节的生物固体和直接在生物固体输入之接收硫酸与氨两者。酸与氨反应形成硫酸铵和磷酸铵，从而形成含有硫酸铵和/或磷酸铵的相互作用的肥料混合物。在一个优选的实施方案中，通过在该容器中将酸部分氨化形成熔体。这将改进肥料混合物的流动性。硫酸铵/磷酸铵的熔体优选在大于100℃ (212℉)的温度下，并且优选在大于121℃ (250℉)的温度下，并且更优选在大于126℃ (260℉)的温度下。在压力容器中接触时间将为最少1分钟，优选的范围为15分钟或者更长，更优选的范围为10-20分钟，对于正常操作的优选保留时间为约15分钟。压力容器将含有使用旋转桨或叶片的搅拌能力。在压力容器中这样的混合物搅拌连同将混合物连续移动通过封闭系统，将助于确保混合物的均匀性和受控反应。搅拌还可防止混合物固结并便于使混合物排放至捣泥机中。
压力容器的取向为垂直的，且蒸汽通过可控阀在容器的上端释放，从而允许容器中的大气压力受到控制。此外，该压力，大于20 psi，并且优选大于30 psi，并且更优选大于38 psi，联合温度和pH保持在容器中，使得在容器中发生大分子的化学改变。由于热量和压力的组合造成的化学改变包括蛋白质分子的变性和蛋白质分子的水解以及其它有机化合物的水解。有机物的这种变性或水解导致产生更安全的最终产品，因为这样的化合物例如个人药物、抗生素、激素及存在于生物固体中的其它生物活性有机化合物通常伴随生物活性丧失。
另外，在本发明压力容器中产生的高应力例如压力和温度将生物有机材料灭菌，以得到更加安全、危害更小的肥料。无菌通过未检测到活性微生物来测量。
在达到所述暴露时间之后，可发生蒸汽和水蒸气(其从混合物和压力容器发出)的排放，从而由能量部分干燥混合物，所述能量从酸和氨的化学反应赋予给混合物。捕获该蒸汽和水分并用于促进本过程。
混合物的干燥在紧随压力容器的混合器或捣泥机中继续进行并可在成型装置例如造粒机中继续，在干燥器(例如转鼓式干燥器或流化床干燥器)中完成。氨化在紧随压力容器的该混合器或捣泥机中通过注入蒸发氨而完成，或者可任选地通过向造粒机中注入蒸发氨或气态氨而完成。
在一个优选的实施方案中，生产用空气(process air)用酸洗涤，以除去任何易变的气味剂并且尤其是蒸发氨或气态氨。所捕获的氨作为铵盐混合回到反应容器或混合器中，从而增加整个系统的效率并使成品肥料中的最终氮浓度达到最大。混杂的残余物包括粉尘、非规格或回收产品以及干燥的肥料(其太小)或筛下或筛上材料(其在粉碎或碾磨装置中粉碎)，或者可包括其它添加剂，例如客户更喜欢的铁(可加入到成品肥料的组成中)，所述残余物被加入到位于压力容器下游的捣泥机或混合器中。在完成干燥过程之前，在捣泥机中加入一种或多种硬化剂，其有助于混合物结块并促成干燥丸粒或颗粒的硬度。一种或多种硬化剂除了其他之外还选自凹凸棒石粘土、lignon、工业糖蜜和明矾或者这些硬化剂的混合物。
任选地，依顾客的要求而定，优选在捣泥机中加入另外的植物养分，例如钾碱或其它形式的钾，例如氢氧化钾。可加入的固体养分还包括尿素、硝酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和或钾碱。还在该第二捣泥机中加入任何另外需要的铁。该铁可具有不同化合价，但是称为七水硫酸亚铁(FeSO4-7H2O)的铁化合物在该过程中为优选，因为其影响生物固体气味和促进造粒。铁贡献给肥料混合物重要和有价值的植物养分。
而且，可将另外的氨喷雾到捣泥机和造粒机中以完成铵盐的形成并控制混合物的pH，以便于形成成品颗粒。用于调节pH的固体还可主要为选自以下的碱性剂：碳酸钙、氢氧化钠、氧化钙、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、C级粉煤灰、F级粉煤灰、多级燃烧器灰分、明矾、来自水处理的明矾生物固体和木灰。这些物质经螺旋输送机以对于每一种化合物的特定速率加入。液体添加还包括pH调节材料例如酸(例如磷酸或硫酸)，或者苛性碱溶液，例如氢氧化钠。这些物质以各自速率泵送至注入环以进入捣泥机。
另外，在喷雾期间加入的除蒸发氨以外的pH控制剂可呈下列碱性材料中的一种或更多种的形式加入到混合器中：例如氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钾或其它金属氧化物或金属氢氧化物、无水氨、水泥窑灰、石灰窑粉尘、流化床粉灰分、C级粉煤灰和F级粉煤灰，该加入升高混合物的pH。本发明的肥料产品优选具有在5.0-7.0之间的pH，更优选在pH 5.5-pH 6.5之间，并且更优选在pH 5.7-pH 6.3之间。如在丸粒或颗粒生产中用于成型处理的其余部分包括标准肥料造粒技术(尤其是用于高容量通量工厂)。丸粒或颗粒产品，尤其是在较小通量的工厂(认为少于每天25吨产品生产的那些)，可包括更多的创新技术例如注入或挤压，随后碾磨或使丸粒或颗粒球化，或者包括自造粒机或造粒捣泥机简单排出。当使用造粒机或造粒捣泥机时，优选在一些循环中将(例如干种子材料中的)即经粉碎机或碾磨机产生的干燥细粒和细粒或者肥料产品的规格以下或回收材料进料至碾磨机和造粒机，以调节混合物中存在的含水量百分数，使得可发生结块或成核，导致颗粒形成。
其它优选的实施方案包含对本文所公开的方法进行调整，以控制pH、干燥、产物中的养分、形状、浓度等，以产生对不同植物例如玫瑰、杜鹃花及任何其它花卉、蔬菜、草本植物特异性的大量肥料以及产品例如猫砂(cat litter)。调整还可根据产品所施用的地理区域进行，例如可使该区域内固有或另外缺少的养分变化。所述变化的实例包括加入不同量的钙、钾或磷。缓释肥料为本发明的优选实施方案。
在另一个优选的实施方案中，将部分干燥的材料直接注入到垂直流化床干燥器中，以在单一步骤中产生干燥颗粒。
用于最终干燥的正常干燥使用卧式流化床干燥器或转鼓式干燥器进行。然后通过一个或更多个筛对干燥的丸粒或颗粒按大小分级，所述干燥的丸粒或颗粒大于90%固体并且优选大于95%固体，并且更优选大于98%，并且甚至更优选大于99%固体。规格大小可依顾客要求而变化，然而，用于销售的合适产品的范围在0.5 mm-3.5 mm之间，对于正常大小肥料的市售范围在2 mm-3 mm之间。本发明还可制造适用于高尔夫球场应用的最小尺寸产品，其在0.5 mm-1.3 mm范围内。分离适当大小的材料，然后涂布，然后在装置中优选在转鼓中冷却至小于140ºF (60℃)，优选冷却至小于130ºF (54.4℃)，并且更优选冷却至小于120ºF (48.9℃)。将颗粒或丸粒涂布最佳地与冷却发生于相同的容器中，通常为使用环境空气或来自氨蒸发冷却器的冷却空气的转鼓装置。涂布可发生于涂布容器(特别用于该目的)，然后进入冷却容器。涂布用除尘器或釉料(其将在运输、储存和施用期间的粉尘产生减至最小)进行。然后成品颗粒或丸粒作为成品高含氮有机增强的无机铵肥料输送以存储直到从制造场所装运。适当涂布和干燥的丸粒或颗粒具有大于5磅抗破碎性的硬度，以在运输、装运和施用期间耐除尘和处理。除尘器涂料或釉料通常需要较高温度，通常为180ºF (82.2℃)，以保持用于涂布装置的熔融状态。
颗粒储存设备或仓库，通常加入料箱或筒仓以含有颗粒，必须干燥以防止颗粒结块，导致降解和破坏。成品在制造时为无菌肥料，基本上没有可检测量的对动物或人有害的活性微生物例如大肠杆菌或链球菌。基本上没有活性微生物意指肥料为无毒性并且没有可检测量或者可检测量远低于用于安全处理和使用源自生物固体的微生物的阈值。尽管在制造期间肥料为无菌的，但预期在储存或使用期间污染可来自空气传播的微生物或可由动物或其它污染物沉积的微生物导致。在任何情况下，因为肥料产品为干燥的并且在大多数情况下无机铵盐将不会以导致公共卫生问题的速率维持微生物繁殖。
在正常操作期间，定期关闭工厂设备对于检查、维修或更换将是必要的。该做法的不同程度取决于具体情况。在一个实施方案中，停工为自动的，如同在工厂控制处理器提供的自动化命令程序中那样，在另一个实施方案中，手动实施停工。
如果该过程的有限关闭对单件设备是必要的，生物固体向反应容器的流动将停止并且该单元将尽可能多地腾空所包含的混合物材料到捣泥机中。在这种情况下，生产用水被阻止进入压力容器，压力容器继续运行并通过其正常排放进行清空。在肥料混合物降至低于正常排放点之后，排放处的分流阀关闭，封闭压力容器的正常排放。然后压力容器底部的分流阀转换，允许压缩空气进入压力容器的顶空，以迫使剩余的材料进入返回肥料混合物线。如果需要进一步清洁，则向压力容器注入生产用水，随后注入压缩空气以清除水。对紧随压力容器之后的捣泥机、造粒机、干燥器及所有后续设备如下进行清洗：使其运行直到容器腾空。
本发明的肥料优选进行化学调节以适合高氮肥料要求的需要，所述肥料含有显著量的磷酸盐、硫和铁以提高目标氮(N)含量在8重量%-18 重量%之间，并且优选为16重量%，使其具有显著商业价值。
在优选实施方案的改进中，可向压力容器中加入两种其它氧化材料。通过将泵的生物固体输送速率控制在1%-5%之间，向压力容器中加入25-50%浓度的液体过氧化氢。此外，固体次氯酸钙可以以等于进入压力容器的生物固体体积的1%-5%之间的速率，经螺旋输送机输送至磨粉机，然后至添加剂端口。另外的气味控制剂，氧化铁，Fe304(亦称为磁铁矿，固体)，优选使用螺旋输送机以一定速率加入到碾磨机中粉碎并使这些添加剂变为粉末，然后加入到捣泥机中。使用碾磨机助于优化这些固体材料，以便与存在于生物固体中的气味剂分子接触。这里加入的铁不仅用作另外的气味控制剂，而且用作提高成品肥料产品的有用性和价值的植物养分。
在本发明的另一个实施方案中，方法基本上如对于先前实施方案描述的那样，不同之处在于在压力或水解容器中形成完全的铵盐而没有剩余的过量酸。那么这就不必再在混合器或捣泥机和或造粒机中铵喷雾。
使用蒸发铵进行铵喷雾可在混合器或捣泥机和或在造粒机中进行，以完成氨化、pH控制和产生氨盐肥料。
本发明的另一个实施方案如以上实施方案中的任一个那样实施，不同之处在于代替脱水有机生物固体，接受更干燥的生物固体、丸粒、干燥有机丸粒或生物固体进行处理。水可或可不加入到起始原料中，起始原料可具有在12-40%之间的固体，或者优选18-30%的固体。该实施方案的优选干燥度为大于90 wt.%固体，通常接受为在市政废水处理厂制造的热干燥的生物固体丸粒。这种干燥的丸粒或颗粒通常含有少于6 wt.%氮，并且更通常地为少于4 wt.%氮，并且因此在市售肥料分配系统中为不合乎需要的。该实施方案教导了这样干燥的低氮丸粒或颗粒转化为高氮有机增强的无机铵肥料。将所接受的干燥丸粒或颗粒研磨为粉末，以便于使用氧化剂、酸并且如果必要加入蒸汽或水、或者来自该方法后续步骤的冷凝水的混合物，生产可泵送的糊状材料。
根据本文所公开的本发明说明书和实践的考虑，本发明的其它实施方案和用途对本领域技术人员将清楚明了。本文引用的所有参考文献，包括所有出版物、美国和外国专利及专利申请，均通过引用特别且整体地结合。各处所使用的术语包括，意欲包括术语包含和基本上包含。意欲认为说明书和实施例仅为示例性的，且本发明真实范围和精神由以下权利要求书表明。

Claims (33)

1.一种用于连续处理生物固体的方法，所述方法包括：
形成脱水生物固体与一种或更多种浓缩的酸的酸化糊状物，所述浓缩的酸的浓度为50%或更高；
将所述酸化糊状物加入到压力容器中，使得所述压力容器保持顶空，其中所述顶空具有预定的压力，所述压力控制加工温度；
向所述压力容器中加入包含磷酸、硫酸或两者的一种或更多种第二酸与包含无水氨或氨水的一种或更多种碱，以与所述酸化糊状物混合形成混合物，其中所述一种或更多种第二酸和所述一种或更多种碱一起在混合物中在没有外部加热的情况下发生放热反应，其中将所述混合物保持在顶空压力预定的230°F或者更高的温度；
在15分钟或者更少的保留时间内使所述混合物经受温度和压力，其中所述混合物的温度和含水量通过顶空压力确定；
自所述压力容器除去混合物；和
干燥所述混合物，形成经处理和干燥的生物固体。
2.权利要求1的方法，其中所述生物固体包括以下的一种或更多种：市政生物固体、加热干燥的生物固体、制药发酵废物、有机产品的微生物消化物、食品、食物副产品、动物粪肥、经消化的动物粪肥、有机生物固体、含有微生物的生物固体，或其组合。
3.权利要求1的方法，所述脱水生物固体通过使生物固体经受过滤、离心、压力或其组合而产生。
4.权利要求1的方法，所述方法还包括向混合物中加入一种或更多种高铁酸盐或者一种或更多种氧化剂。
5.权利要求4的方法，其中所述一种或更多种高铁酸盐选自高铁酸钙、高铁酸钠、高铁酸钾、七水硫酸亚铁及其组合。
6.权利要求4的方法，其中所述一种或更多种高铁酸盐由固态氢氧化钠与次氯酸钠和氯化铁的反应形成。
7.权利要求4的方法，其中所述一种或更多种氧化剂选自过氧化氢、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸钾、二氧化氯、臭氧、氧气及其组合。
8.权利要求1的方法，其中酸度、压力、流速、pH、碱注入速度中的一个或更多个通过闭环计算机控制进行控制以保持预定的反应温度。
9.权利要求1的方法，其中将生物固体通过压力容器连续加工处理，从而连续形成经处理和干燥的生物固体。
10.权利要求1的方法，其中经处理和干燥的生物固体中的有机材料被部分或完全水解、变性或灭菌。
11.权利要求10的方法，其中所述有机材料选自药物化合物、抗生素、激素、激素样分子、生物活性化合物、大分子、碳水化合物、核酸、脂肪、脂质、蛋白质中的一种或更多种及其组合。
12.权利要求1的方法，其中干燥混合物的磷酸盐含量为0.5%-4%。
13.权利要求1的方法，其中干燥混合物的含氮量通过加入到反应容器中的氨水来提高。
14.权利要求1的方法，所述方法还包括向所述混合物中加入成粒剂，然后干燥形成干燥和颗粒状混合物。
15.权利要求14的方法，所述方法还包括粉碎所述干燥和颗粒状混合物。
16.权利要求14的方法，所述方法还包括使所述干燥和颗粒状混合物通过一个或更多个筛以分离预定大小的颗粒。
17.权利要求14的方法，所述方法还包括用涂布剂涂布所述干燥的颗粒。
18.权利要求17的方法，其中将所述涂布剂施用于冷却装置中的颗粒。
19.权利要求14的方法，所述方法还包括在冷却装置中使所述干燥和颗粒状混合物冷却至140°F或者更低的温度。
20.权利要求19的方法，其中所述冷却装置为流化床、氨冷冻器或转鼓。
21.权利要求1的方法，所述方法还包括使所述反应混合物通过第二压力容器。
22.权利要求1的方法，所述方法还包括向所述压力容器中的混合物加入一种或更多种植物养分。
23.权利要求22的方法，其中所述一种或更多种植物养分选自尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、尿素硝酸铵、液体尿素、钾碱、氧化铁、可溶性铁、螯合铁及其组合。
24.权利要求1的方法，所述方法还包括向所述混合物中加入一种或更多种硬化剂。
25.权利要求24的方法，其中所述一种或更多种硬化剂选自氧化铁、明矾、凹凸棒石粘土、工业糖蜜、lignon、木质素磺酸盐、脲甲醛聚合剂及其组合。
26.生物固体，其通过权利要求1的方法进行加工处理。
27.一种用于处理生物固体的方法，所述方法包括：
将脱水的生物固体与50%或更高浓度的一种酸混合形成混合物；
将混合物和蒸汽注入到含有满足或者超过62 psi的加压顶空的压力容器中，其中所述顶空压力控制加工温度；
在不超过15分钟的保留时间内使所述混合物经受121℃或者更高的温度和压力，其中所述混合物的温度和含水量由顶空压力确定；
在保留时间之后自所述压力容器除去混合物；和
干燥所述混合物。
28.一种用于将生物固体加工成肥料的系统，所述系统包括：
第一混合器，其将生物固体与浓酸和氧化剂掺和并将生物固体转化为可泵送糊状物；
压力容器，其自第一混合器接收可泵送糊状物，其中压力容器保持满足或者超过38psi的顶空压力，其中将可泵送糊状物保持在如通过顶空压力确定的预定压力和温度下，并且保持一段时间；
第二混合器，自压力容器接收可泵送糊状物，其中可泵送糊状物与硬化剂混合；和
造粒机，以使硬化的糊状物破碎成丸粒状肥料。
29.权利要求28的系统，所述系统还包括蒸汽发生器，其中将通过蒸汽发生器产生的蒸汽注入到第一混合器中。
30.权利要求28的系统，其中所述压力容器还包括多个阀以控制蒸汽水平、混合物水平、温度、加压器、pH和氮水平中的至少一个。
31.权利要求28的系统，其中自设备的空气排放小于30 CFM。
32.权利要求28的系统，所述系统还包括氨蒸发器和袋滤室干燥器。
33.一种用于加工处理含氮生物固体的压力容器，所述容器包括顶空和控制顶空压力的多个阀，并保持满足或者超过38psi的顶空压力，其中顶空压力确定容器中生物固体的温度和含水量，并且还包括表明压力容器中生物固体的温度、压力、pH和含氮量中一个或更多个的计量器。
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