專利名稱：利用動物糞便的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用動物糞便的方法和裝置，更具體地說，涉及一種制造用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的動物糞便基制品的方法和實施這種方法的裝置以及按上述方法制成的用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的動物糞便基制品。
泥炭是生長在泥沼地和沼澤地的某些植物部分分解而形成的含碳物質(zhì)(可能是形成褐煤和煙煤的中間產(chǎn)物)，這種物質(zhì)除了公知地用作燃料之外，還普遍用作一種土壤的調(diào)節(jié)劑，因為它具有疏松的多孔組織和高的吸水性能。另外，泥炭還用作家畜(例如牛、馬包括賽馬)舍的鋪墊材料。
但是，由于生態(tài)學(xué)上的原因，許多國家已經(jīng)禁止開采泥炭，而且，在當?shù)夭婚_采泥炭的國家，要從原產(chǎn)國家運輸泥炭的成本會使這種產(chǎn)品過于昂貴。為此，市場上，特別是在泥炭昂貴的國家中需要有性能類似于天然泥炭的泥炭代用品。
雖然許多世紀以來為人類的需要而利用各種動物，但是，只有在當代，隨著人口密度越來越大，以及對與生態(tài)學(xué)、健康和衛(wèi)生相關(guān)的問題的了解的不斷加深，人們才認識到動物的糞便(尤其包括但不限于通常飼養(yǎng)作耕地及其他大規(guī)模使用的食草動物的糞便)會造成環(huán)境問題例如空氣、土地和水的生物污染的問題。
因此，要避免直接使用原始動物糞便作為肥料。這就十分希望能分離和經(jīng)濟地利用動物糞便。雖然通過人工堆肥已經(jīng)部分地滿足上述的需要，但是，為了肥效大這種方法需要使用有氧操作和無氧操作的昂貴設(shè)備進行大規(guī)模的作業(yè)，而且不適合于較小規(guī)模的作業(yè)。
另一方面，天然堆肥需要很大的空間。勞動強度大，而且不能避免環(huán)境公害問題。因此，仍然需要經(jīng)濟地利用動物糞便。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明的方法和裝置，可以既滿足泥炭代用品的需要，又可滿足經(jīng)濟地處理和應(yīng)用飼養(yǎng)動物的糞便的需要。
于是，普遍認為需要而且將是極為有利的是具有(i)一種制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的動物糞便基制品的方法；(ii)實施上述方法的裝置；和(iii)按照上述方法制成的可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的動物糞便基制品。
按照本發(fā)明的一個方面，提出一種制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的制品的方法，包含如下步驟用預(yù)定頻率的交流電對含有大致為固態(tài)的動物糞便原料和水的含水混合物處理一段預(yù)定的時間，然后通過除水處理收回一種無氣味的可吸收幾倍于其本身重量的水的固態(tài)制品。
按照本發(fā)明的下面要說明的最佳實施例的另一個特征，上述的動物是食草動物。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的大致為固態(tài)的原料與水的體積比約為(1∶1)～(1∶4)。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述交流電的電壓約為10～1000伏。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的處理時間約為5秒～10分鐘。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述收回的制品可吸收至少6倍于其本身重量的水。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述交流電的預(yù)定頻率為5Hz～200KHz。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的無氣味的固態(tài)制品在收回時可吸收3～10倍于其本身重量的水。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的無氣味的固態(tài)制品還沒有微生物。
按照所述最佳實施例的又一特征上述的處理是通過使含水的混合物流過一個反應(yīng)器而進行的，上述反應(yīng)器具有提供交流電的裝置。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的大致為固態(tài)的原料是原始的動物糞便。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的大致為固態(tài)的原料是動物糞便與造紙廠廢漿(sludge)的混合物。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的動物糞便與造紙廠廢漿(sludge)的體積比約為(1∶10)～(10∶1)。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種按照上述方法制得的可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的無氣味、無微生物且可吸收幾倍于其本身重量的水的多孔性制品。
按照本發(fā)明的又一方面，提供了一種含有電處理過的動物糞便的可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的制品，該制品是無氣味、無微生物且能吸收幾倍于其本身重量的水的多孔性制品。
按照本發(fā)明的再一方面，提供一種用于制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的無氣味的且能吸收幾倍于其本身重量的水的多孔性固態(tài)制品的裝置，該裝置具有一條下列部件依序排列的生產(chǎn)線(a)將含有動物糞便的大致為固態(tài)的原料供入本裝置內(nèi)的第一裝置；(b)使大致為固態(tài)的原料與水形成含水混合物的第二裝置；(c)用預(yù)定頻率的交流電對上述的含水混合物進行處理的反應(yīng)裝置；和(d)從來自反應(yīng)裝置的制品中分離掉過多的液體并收回固態(tài)制品的第三裝置。
按照所述最佳實施例的又一特征，上述的反應(yīng)裝置具有一個大致為長形的、形成一個由絕緣壁界定的反應(yīng)空間的管狀反應(yīng)器；使上述含水混合物流過反應(yīng)空間的進、出口裝置；和協(xié)同地設(shè)置在反應(yīng)空間內(nèi)并與頻率為5Hz～200KHz的交流電源相連接從而形成可在含水混合物流過反應(yīng)空間時對其通入電流的裝置的相電極(phaseelectrode)和零電極(zero electrode)。
按照本發(fā)明的一個附加的方面，提出一種在用于制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的、能吸收幾倍于其本身重量的水的無氣味的多孔性固態(tài)制品的裝置中使用的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置具有一個形成由絕緣壁界定的反應(yīng)空間的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有使含水混合物流過反應(yīng)空間的進、出口裝置和協(xié)同地設(shè)置在反應(yīng)空間內(nèi)且與預(yù)定頻率的交流電源相連接、從而形成在含水混合物流過反應(yīng)空間時對其通入電流的裝置的相電極和零電極。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的制品，以及制造這種制品的方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是經(jīng)濟、有效、衛(wèi)生且有利于生態(tài)地利用動物糞便。
本發(fā)明的又一目的是利用造紙廠廢漿(sludge)。
本發(fā)明的再一目的是提供可用作家畜居舍的衛(wèi)生鋪墊材料的制品。
本發(fā)明的其他目的將在下面的說明中闡明。
具體實施例方式
下面說明本發(fā)明的最佳實施例。
本發(fā)明涉及利用動物糞便制造用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑、或泥炭代用品的動物糞便基制品的方法和裝置。具體地說，本發(fā)明可用于提供一種可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的能夠吸收幾倍于其本身重量的水的無氣味且無微生物的多孔制品，這種制品可按本發(fā)明的方法制得。
參看附圖以及下列的說明可以更好地了解本發(fā)明方法和裝置的原理和作業(yè)情況。
在詳細說明本發(fā)明的至少一個實施例之前，先要明白本發(fā)明的申請并不限于在下面說明中所述的或附圖中示出的各種部件的結(jié)構(gòu)和排列的細節(jié)。本發(fā)明可以有其他的實施例，或者按其他各種方式來實施或者說進行。而且，還要明白，本文所用的措詞和術(shù)語都是為了便于說明，不應(yīng)當看成是限制。
作為本發(fā)明方法所用的原材料的“基本上是固態(tài)的原料”包括飼養(yǎng)動物的原始狀態(tài)的、基本上是固態(tài)的糞便。而且，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，上述的原料可以是動物糞便與造紙廠廢漿(sludge)的混合物，在本發(fā)明的該實施例中，其最終產(chǎn)品的質(zhì)地比只用動物便糞便時更粗，且更適合于某些用途。
在說明書及所附權(quán)利要求書中所用的“動物(animal)”一詞指的是動物世界中的任何成員，包括具有下列特征的多細胞有機體形狀固定，可控制生長，能自行移動，能主動獲取食物并在其內(nèi)部消化，而且具有可使它們對外部刺激快速反應(yīng)的感覺和神經(jīng)系統(tǒng)。具體地說，這個詞指的是飼養(yǎng)的動物(哺乳動物或鳥類)，尤其指為商業(yè)目的飼養(yǎng)的動物例如(但不限于)奶牛、山養(yǎng)、豬、小雞等。
本文所用的“食草動物”一詞意指飼養(yǎng)的例如牛、綿羊、山羊、馬、驢、駱駝、象、鳥，但是，很顯然，這類動物不僅僅局限于這些，還有許多其他動物都屬于這一類。
在本發(fā)明方法的工步(b)中，將原料與水相混合，這一操作可按任何方便的方式來實施，例如采用一種機械浸漬機或混合器和/或攪拌機，或它們的組合。一般而言，固態(tài)原料與水的體積比約為(1∶1)～(1∶4)。
在本發(fā)明方法的工步(c)中，用頻率為5Hz～200KHz的交流電(AC)對含水的混合物處理一段時間(例如約5秒～10分鐘)，以便在經(jīng)過處理并經(jīng)過隨后的工步(d)后，收回的制品是無氣味的、無微生物的、多孔的、且能吸收幾倍于其本身重量的水的制品。上述的交流電的電壓最好為大約10～1000伏特。
雖然本發(fā)明并不能認為是受任何理論所限制。但是已經(jīng)注意到，由于發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的制品無論是化學(xué)需氧量(COD)還是生物需氧量(BOD)都比初始混合物不進行交流電處理(參見下文)的類似制品的少，所以，鑒于制品比原材料的被氧化程度更大，在本發(fā)明的方法中，大氣的氧可能起了作用。
另外，通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，制品含有植物細胞，細胞膜已在處理過程中斷裂，在工步(d)(就是通過例如螺旋加壓分離器或離心機分離出多余的含水液體后)收回的固態(tài)制品通常含有50％的水，并能夠吸收至少3倍于(最好是至少6倍(例如5～10倍)于其本身重量的水。
在本發(fā)明的一個特定的實施例中，原料是動物糞便與造紙廠廢漿(sludge)的混合物，其混合體積比為約(1∶10)～約(10∶1)。
按上述的方法制造固態(tài)制品的本發(fā)明的裝置在有效組合中包括4種裝置。
本發(fā)明裝置的第一裝置用于提供基本上是固態(tài)的原料，包括動物的糞便。這種第一裝置可以是例如多個現(xiàn)有技術(shù)中公知的料斗。
本發(fā)明裝置的第二裝置用于使上述的基本上是固態(tài)的原料與水混合成含水混合物。如上所述，這種第二裝置可以是例如一種機械浸漬器或混合器和/或攪拌器或它們的組合。
本發(fā)明裝置的第三裝置用于從來自反應(yīng)裝置(下面再詳細說明)的制品中分離出多余的液體，并收回所需的固態(tài)制品，上述第三裝置可以是例如螺旋加壓分離器或離心機。
參看附圖中的


圖1和圖2(未按比例畫出)，如圖所示，本身也構(gòu)成本發(fā)明的一部分的反應(yīng)裝置具有一個大致為長形的、形成一個由絕熱壁6界定的反應(yīng)空間4的管式反應(yīng)器2；供含水混合物沿箭頭所指方向流過反應(yīng)空間4的入口8和出口10；以及分別協(xié)同地設(shè)置在反應(yīng)空間4內(nèi)并與頻率為5Hz～200KHz的交流電源(例如
圖1的電源14)相連接、從而形成了當含水混合物流過反應(yīng)空間4時對其施加交流電的裝置的相電極16和零電極18。
反應(yīng)器2周圍的區(qū)域12保持對反應(yīng)空間4的密封，并用于安裝電支承件(electric support)、電纜、電子反饋件(electronic feedback)等。按照一個非限定性的實例，反應(yīng)空間4的直徑可為2m，并且可由PVC(聚氯乙烯)制成，而電極則可由不銹鋼制成。
附圖的圖3a～3g示出相電極16和零電極18在反應(yīng)空間內(nèi)的多種示例性的不解自明的排列(不一定按比例畫出)。可以看出，相電極和零電極互相平行地設(shè)置，并且大致垂直于流過反應(yīng)器的被處理的材料。一般而言，相電極之間的距離大于相電極與零電極之間的距離，并且該距離大致與所加電壓成正比。
通過電反饋并按公知的方法控制可使電參數(shù)保持恒定，而流動中的被處理材料的導(dǎo)電性則可根據(jù)該材料的濃度和類型以及溫度而加以改變。但是，反應(yīng)物流一般足以冷卻電極上發(fā)出的熱量，通常不需要額外的冷卻。
圖4所示的裝置代表本發(fā)明裝置的現(xiàn)行最佳實施例，該裝置可使本發(fā)明的方法按連續(xù)的方式予以實施而對本發(fā)明各種參數(shù)的普遍適用性沒有不利的影響。將原料例如牛糞或牛糞與造紙廠廢漿(sludge)的混合物通過料斗20和22(分別加入所述各組分的混合物)加入混合容器24中。同時通過管道26將水加入混合容器24。糞便(或其與造紙廠廢漿(sludge)的混合物)與水的體積比是例如約1∶2。含水的組分通過攪拌器28充分攪拌混合，該攪拌器28由馬達34帶動沿箭頭30所指方向繞軸線32轉(zhuǎn)動。為了保證各種待處理組分更有效地混合，通過泵38和管道40將一部分組分沿箭頭42再循環(huán)到容器24內(nèi)。與此同時，將一部分組分向上泵送，從閥44進入管式反應(yīng)器46。圖中標號48簡單示出電源和反饋機構(gòu)，通過電纜50供入例如380V、100Hz的交流電。如上所述，混合物在反應(yīng)器46內(nèi)的駐留時間可以改變，但是通常約為15秒或約30秒或約1分鐘。通過導(dǎo)管58將處理過的混合物導(dǎo)引至帶有擋板56的中間容器54內(nèi)，并往容器54中添加水52，以保證反應(yīng)產(chǎn)物有效地沿長箭頭方向流至出口管60，并從此流至料斗62，再由料斗62送入由馬達66帶動的螺旋分離器64內(nèi)。從該分離器64的出口排出所需的反應(yīng)產(chǎn)物68，最后，通過重力流到其堆積處70，并由一未示出的裝置運走。
通過分離流出的液體流入容器72內(nèi)，并通過閥74排出。必要時，如果流出物中至少有一些新鮮的水可以用的話，便可通過一種裝置(未示出)使之部分地返回到容器24內(nèi)。上述的流出物富含植物營養(yǎng)素，可以用于灌溉或用于制備肥料。
下表列出用糞便原料按上述方法加工的制品的典型數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由以色列農(nóng)業(yè)部和一個民間實驗室測試

*總懸浮固形物，mg/l表中數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明的方法在生態(tài)學(xué)上是有利的，并且可能是一種氧化過程。
雖然上面結(jié)合具體實施例說明了本發(fā)明，但是，很顯然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可作許多替換、改型和改變。因此本發(fā)明應(yīng)包含所有符合所附權(quán)利要求規(guī)定的精神和廣義范圍的上述替換、改型和改變。
權(quán)利要求
1.制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的制品的方法，包含如下步驟用預(yù)定頻率的交流電對含有大致為固態(tài)的動物糞便原料的含水混合物處理一段規(guī)定的時間，然后通過除水處理而收回能吸收幾倍于其本身重量的水的無氣味的固態(tài)制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，本發(fā)明的各步驟還以下列參數(shù)中的至少一個參數(shù)為其特征(i)上述的動物是食草動物；(ii)上述的大致為固態(tài)的原料與水之體積比約為(1∶1)～(1∶4)；(iii)上述交流電的電壓約為10～1000V；(iv)上述的處理時間約為5秒～10分鐘；(v)上述收回的固態(tài)制品可以吸收至少6倍于其本身重量的水；(vi)上述交流電的預(yù)定頻率為5Hz～200KHz；(vii)上述無氣味的固態(tài)制品在收回后能吸收3～10倍于其本身重量的水；(viii)上述無氣味的固態(tài)制品還沒有微生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，上述的處理是通過使上述含水的混合物流過一個反應(yīng)器而進行的，上述的反應(yīng)器具有提供上述交流電的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，上述的大致為固態(tài)的原料包括原始的動物糞便。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，上述的大致為固態(tài)的原料包括動物糞便與造紙廠廢漿的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，上述的動物糞便與上述造紙廠廢漿的體積比約為(1∶10)～(10∶1)。
7.可按權(quán)利要求1所規(guī)定的方法獲得的一種可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的無氣味、無微生物且能吸收幾倍于其本身重量的水的多孔性制品。
8.一種可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的制品，由經(jīng)過電處理的動物糞便組成，該制品是無氣味、無微生物和多孔的，并能吸收幾倍于其本身重量的水。
9.一種用于制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的能吸收幾倍于其本身重量的水的無氣味的多孔性固態(tài)制品的裝置，該裝置由一條生產(chǎn)線構(gòu)成，該生產(chǎn)線依次包括(a)一個用于將包括動物糞便的大致為固態(tài)的原料供入本裝置內(nèi)的第一裝置；(b)一個使上述的大致為固態(tài)的原料與水形成含水混合物的第二裝置；(c)一個用預(yù)定頻率的交流電處理上述的含水混合物的反應(yīng)裝置；(d)一個從來自上述反應(yīng)裝置的制品中分離掉過多液體并收回上述固態(tài)制品的第三裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中，上述的反應(yīng)裝置具有一個總體上為長形的并構(gòu)成一個由絕緣壁界定的反應(yīng)空間的反應(yīng)管；供上述含水混合物流過上述反應(yīng)空間的進、出口裝置；和協(xié)同地設(shè)置在上述反應(yīng)空間內(nèi)并與頻率為5Hz～200KH2的交流電源相連接的相電極和零電極，它們形成在上述混合物流過上述反應(yīng)空間時對其施加上述電流的裝置。
11.一種在制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的能吸收幾倍于其本身重量的水的無氣味的多孔性固態(tài)制品的裝置中使用的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置具有一個形成一個由絕緣壁界定的反應(yīng)空間的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有供上述含水混合物流過上述反應(yīng)空間的進、出口裝置，并具有協(xié)同地設(shè)置在上述反應(yīng)空間內(nèi)且與預(yù)定頻率的交流電源相連接的相電極和零電極，它們構(gòu)成在上述混合物流過上述反應(yīng)空間時對其施加上述電流的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的反應(yīng)裝置，其中，上述的預(yù)定頻率為5Hz～200KHz。
全文摘要
一種制造可用作人造土壤、土壤調(diào)節(jié)劑或泥炭代用品的制品的方法,該方法的實施是用預(yù)定頻率的交流電對含有大致為固態(tài)的動物糞便和水的含水混合物進行一段預(yù)定時間的處理,從而在經(jīng)過除水處理后可收回能吸收幾倍于其本身重量的水的無氣味的固態(tài)制品。
文檔編號A01G1/00GK1351506SQ00807961
公開日2002年5月29日 申請日期2000年5月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月3日
發(fā)明者雅科夫·羅森塔爾, 馬蒂蒂亞胡·菲克曼, 凱姆·舒斯特, 利奧尼德·莫爾達夫斯基, 利奧尼德·艾齊科維希 申請人:超級土壤系統(tǒng)有限公司