專利名稱：利用動物糞便的方法和裝置的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域和背景本發(fā)明涉及一種利用動物糞便的方法和裝置，更具體地說，涉及一種制造以動物糞便為基礎(chǔ)的產(chǎn)品的方法，一種實現(xiàn)這種方法的裝置，以及依照這種方法生產(chǎn)出的以動物糞便為基礎(chǔ)的產(chǎn)品、所述產(chǎn)品可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品。
眾所周知，在農(nóng)業(yè)(尤其是在有名的“以供應(yīng)市場為目的的果菜園藝”的小型農(nóng)業(yè)中)和園藝中必須進行土壤改良，例如，減輕粘質(zhì)土壤，提高沙質(zhì)土壤的黏稠度，特別是提高多種土壤的持水能力。
泥炭是一種含碳物質(zhì)——或許是褐煤和煤形成過程的中間體——是生長在泥沼和沼澤中的特定的植物部分分解所形成的，除了作為燃料的眾所周知的使用價值以外，泥炭因其開孔結(jié)構(gòu)和高吸水能力而被廣泛地用作土壤結(jié)構(gòu)改良劑。另外，泥炭還被用來作為家畜，如牛和馬(包括賽馬)的鋪墊物。
然而，由于存在生態(tài)保護方面的問題，一些國家已經(jīng)禁止開采泥炭；此外，對于那些本地不開采泥炭的國家來說，從原產(chǎn)國運輸?shù)馁M用將會使這種產(chǎn)品的價格非常昂貴。因此，在市場上，尤其是在泥炭價格昂貴的國家中，需要和天然泥炭有相似性質(zhì)的泥炭替代品。
雖然長期以來一直利用動物來滿足人類的需求，然而，只有在近代，隨著人口密度的大幅度增加，以及人們在與生態(tài)、健康和衛(wèi)生有關(guān)的問題方面的意識的不斷增強，人們才意識到動物糞便(特別包括那些通常飼養(yǎng)在農(nóng)場里的以及以不同方式大規(guī)模利用的食草動物，但并不僅限于此)能夠?qū)е轮T如生物污染之類的環(huán)境問題，如污染空氣、土地和水。
由于這個原因，應(yīng)避免直接使用未加工的動物糞便作為肥料。因此，動物糞便的去除和經(jīng)濟利用是非常可取的。雖然人工堆肥已經(jīng)部分地滿足了這種需求，但是，為了實現(xiàn)這種人工堆肥，需要使用昂貴的設(shè)備進行大規(guī)模的好氧和厭氧操作，而且人工堆肥也不適用于規(guī)模相對較小的操作。
另一方面，自然堆肥需要大量的空間、勞動密集而且無法避免環(huán)境危害。因此，經(jīng)濟利用動物糞便的需求依然存在。本發(fā)明的發(fā)明者們驚奇地發(fā)現(xiàn)，泥炭替代品的需求以及經(jīng)濟有效地處置畜養(yǎng)動物糞便的需求都可以通過本發(fā)明的方法和裝置得到滿足。
因此，如下的需求已經(jīng)得到廣泛的認可，而且這種需求一旦得到滿足，將是非常有益的(i)一種制造以動物糞便為基礎(chǔ)的產(chǎn)品的方法，(ii)一種實現(xiàn)這種方法的裝置，以及(iii)依照這種方法生產(chǎn)出的以動物糞便為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種制造以動物糞便為基礎(chǔ)的產(chǎn)品的方法，該產(chǎn)品可用作人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑和泥炭替代品一種實現(xiàn)這種方法的裝置，以及依照這種方法生產(chǎn)出的以動物糞便為基礎(chǔ)的、可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品的產(chǎn)品。
根據(jù)如下所述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中的進一步的特征，本發(fā)明包含以下順序的步驟(a)提供一種包含動物糞便的基本上為固態(tài)的原料；(b)將這種原料和水混和形成含水混合物；(c)將這種含水混合物用頻率范圍為5Hz-200kHz的交流電處理一段時間；(d)在步驟(c)的交流電處理后分離出產(chǎn)物中過量的液體，回收固態(tài)產(chǎn)物。經(jīng)過以上處理及步驟(d)回收得到的所述固態(tài)產(chǎn)物，無嗅、無菌、多孔而且能夠吸收幾倍于其自重的水分。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，以上步驟至少還具有以下參數(shù)中一種或一種以上的特性(i)步驟(a)中的動物為草食動物；(ii)步驟(b)中，所述基本固態(tài)的原料和水的體積比在約1∶1到約1∶4的范圍之內(nèi)；(iii)步驟(c)中交流電的電壓約為約10到約1000伏；(iv)步驟(c)中所述的時間段約為5秒到10分鐘；(v)回收得到的固態(tài)產(chǎn)物至少能夠吸收六倍于其自重的水分。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，將所述含水混合物流過反應(yīng)器進行所述處理，該反應(yīng)器包含提供所述交流電的機構(gòu)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，所述基本上為固態(tài)的原料包括未處理的動物糞便。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，所述基本上為固態(tài)的原料包括動物糞便和造紙廠淤渣的混合物。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，動物糞便和造紙廠淤渣的體積比約為1∶10到約10∶1。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，提供了一種無嗅、無菌、多孔的產(chǎn)品，該產(chǎn)品能夠吸收幾倍于其自重的水分，可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品。通過以上方法可以獲得該產(chǎn)品。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，提供了一種可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品的產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含電處理后的動物糞便，它無嗅、多孔、無菌而且能夠吸收幾倍于其自重的水分。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，所述裝置包括含以下順序的機構(gòu)的處理線路(a)用于將包含動物糞便的基本上為固態(tài)的原料提供給所述裝置的第一機構(gòu)；(b)用于將所述基本固態(tài)的原料和水混和形成含水混合物的第二機構(gòu)；(c)用于將含水混合物用5Hz-200kHz的交流電進行處理的反應(yīng)器機構(gòu)；(d)用于分離反應(yīng)器機構(gòu)產(chǎn)生的產(chǎn)品中的過量液體，并回收該固態(tài)產(chǎn)品的第三機構(gòu)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，所述反應(yīng)器機構(gòu)包括一個通常情況下伸長的管狀反應(yīng)器，該反應(yīng)器用絕緣壁限定了反應(yīng)器空間；用于含水混合物流過所述反應(yīng)器空間的進口和出口；以及反應(yīng)器空間中與5Hz-200kHz的交流電源相連的、協(xié)同放置的火線和零線，從而在所述含水混合物流經(jīng)該反應(yīng)器空間時提供了用于向該混合物施加電流的機構(gòu)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案中更進一步的特性，提供了一種用于以上裝置的反應(yīng)器，它包括一個用絕緣壁來限定反應(yīng)器空間的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括為含水混合物流經(jīng)所述反應(yīng)器空間而設(shè)置的進口和出口，以及反應(yīng)器空間中與頻率為5Hz-200kHz的交流電源相連的、并排設(shè)置的火線和零線，從而在所述含水混合物流經(jīng)反應(yīng)器空間時提供了向其施加交流電的機構(gòu)。
因此，本發(fā)明的首要目標是提供一種可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品的產(chǎn)品，以及可以生產(chǎn)這種產(chǎn)品的方法和裝置。
本發(fā)明進一步的目標是為動物糞便提供一種經(jīng)濟的、有效的、衛(wèi)生的以及合乎生態(tài)的利用方法。
本發(fā)明的另一個目標是為造紙廠淤渣提供一種利用方法。
本發(fā)明的再一個目標是提供一種有可能被用作家畜用衛(wèi)生鋪墊物的產(chǎn)品。
本發(fā)明的其它目標將在下面的描述中陳述。
附圖簡述此處僅通過實例描述了本發(fā)明，參考附圖，其中

圖1說明了本發(fā)明的反應(yīng)器的一種實施方案，它可用在本發(fā)明的方法中，而且可以構(gòu)成本發(fā)明的裝置的一部分；圖2說明了本發(fā)明的反應(yīng)器的另一實施方案，它用在本發(fā)明的方法中，而且可以構(gòu)成本發(fā)明的裝置的一部分；圖3a-g描述了用于本發(fā)明的電極的示意布置方案；圖4說明了本發(fā)明的裝置的一種實施方案。
優(yōu)選實施方案簡述本發(fā)明是一種關(guān)于利用動物糞便的方法和裝置的發(fā)明，該方法和裝置可以用于生產(chǎn)以動物糞便為基礎(chǔ)的、可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品的產(chǎn)品。更明確地說，利用本發(fā)明可以生產(chǎn)出一種無嗅、無菌、多孔而且能夠吸收幾倍于其自重的水分的產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品，并且該產(chǎn)品可用本發(fā)明的方法獲得。
參照附圖及隨圖描述，可以更好地理解本發(fā)明的方法和裝置的原理和操作。
“基本為固態(tài)的原料”，即用于本發(fā)明的初始材料，包括基本上為固態(tài)的、可以是未加工狀態(tài)的畜養(yǎng)的動物糞便。此外還發(fā)現(xiàn)，原料還可以包含動物糞便和造紙廠淤渣的混合物；本發(fā)明的該實施方案中，最終產(chǎn)品比單獨使用動物糞便時質(zhì)地更加粗糙，也更適用于特定的應(yīng)用。
在下面的說明書和權(quán)利要求書部分所使用的術(shù)語“動物”指的是動物王國的任何成員，包括具有明確形狀的、生長受控制的、可以自由移動的、主動獲取食物并進行體內(nèi)消化的、具有感知和神經(jīng)系統(tǒng)從而可以快速對外界刺激作出反應(yīng)的多細胞生物。這個術(shù)語特指在畜圈中生長的動物，可以是哺乳動物或者禽類，尤指為商業(yè)目的而喂養(yǎng)的動物如牛、羊、豬、雞等，但并不僅限于此。
此處所用的術(shù)語“草食動物”包括生長在畜圈中的如牛、綿羊、山羊、馬、驢、駱駝、象、禽類等，容易理解，這里列舉的并不是一個封閉的清單，而且許多其它動物也包含在此類內(nèi)。
在處理方法的步驟(b)中，將初始原料和水混和，這可以以任何方便的方式實現(xiàn)，如使用機械浸漬器或混合器和/或攪拌器，或其組合。通常，優(yōu)選的初始固態(tài)原料和水的體積比約為1∶1到1∶4。
在處理方法的步驟(c)中，含水混合物用頻率為5Hz-200kHz的交流電(AC)處理一段時間(僅作為例子，這里的處理時間可以在約5秒到約10分鐘的范圍內(nèi))。經(jīng)過這樣的處理后，再經(jīng)過后續(xù)的步驟(d)的處理，回收得到的固態(tài)產(chǎn)品無嗅、無菌、多孔而且能夠吸收幾倍于其自重的水分。交流電的電壓最好在大約10到1000伏特的范圍內(nèi)。
雖然不認為本發(fā)明受任何理論限制，但已經(jīng)注意到，和原始混合物未經(jīng)交流電處理的另一種相似的產(chǎn)品(參見下文)比較，所述產(chǎn)品中的化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)都降低了，由此，存在這樣的可能性因為本發(fā)明的產(chǎn)品比初始原料的氧化程度更高，在本發(fā)明的方法中大氣中的氧起了作用。
此外，通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品中包含植物細胞，其細胞膜在處理的過程中已經(jīng)破裂。經(jīng)步驟(d)后回收得到的固態(tài)產(chǎn)品，即經(jīng)過如壓榨螺桿分離器或離心機分離所含過量液體后得到的固態(tài)產(chǎn)品，通常含有50％的水分，能夠吸收至少三倍，更優(yōu)選是至少六倍(如5-10倍)于其自重的水分。
在發(fā)明的具體實施方案中，初始原料包含動物糞便和造紙廠淤渣的混合物，其體積比約為1∶10到10∶1。
生產(chǎn)固態(tài)產(chǎn)品的本發(fā)明裝置與此處定義的方法一致，包括四種機構(gòu)的協(xié)同組合。
裝置的第一機構(gòu)提供包含動物糞便的基本上為固態(tài)的原料，在本領(lǐng)域，第一機構(gòu)例如可能為一個以上的集料斗。
裝置的第二機構(gòu)將上述基本固態(tài)的原料和水混和形成含水混合物，如上所述，第二機構(gòu)例如可能是機械浸漬器或混合器和/或攪拌器，或其組合。
依照本發(fā)明，裝置的第三機構(gòu)分離反應(yīng)器機構(gòu)產(chǎn)生的產(chǎn)品中的過量液體，并回收想要的固態(tài)產(chǎn)品，其中反應(yīng)器將在下面更詳細介紹。第三機構(gòu)可能例如是壓榨螺桿分離器或離心機。
反應(yīng)器機構(gòu)，其自身同樣構(gòu)成本發(fā)明的一部分，參照附圖的圖1和圖2(未按比例繪制)，它包括一個通常情況下伸長的管狀反應(yīng)器2，它通過絕緣壁6限定了反應(yīng)空間4，供含水混合物按箭頭方向流經(jīng)反應(yīng)空間4的進口8和出口10，以及協(xié)同放置在反應(yīng)器空間4中的火線16和零線18，它們與頻率為5Hz-200kHz的交流電源(如通過圖1中的電源14)相連，在含水混合物流經(jīng)反應(yīng)器空間4時為其提供交流電。
反應(yīng)器2周圍的區(qū)域12和反應(yīng)器空間4之間是密封的，用以容納電載體、電纜以及電反饋等。僅作為非限制性示例，反應(yīng)器可以用聚氯乙烯生產(chǎn)，其空間直徑可達2米，電極可以是不銹鋼的。
附圖中的圖3a-g顯示了反應(yīng)器空間中火線16和零線18(沒有必要按比例繪制)的許多排列方法，該排列方法說明性的，并且其大多數(shù)則是不言自喻的?；鹁€和零線相互平行排列，通常情況下，它們橫向穿過流經(jīng)反應(yīng)器的被處理的原料流。通常，火線之間的距離大于火線和零線之間的距離，而這些距離都和所用電壓成正比。
電參數(shù)可以通過已知方式的電反饋和控制來維持恒定，而流動的待處理原料因其濃度、類型以及溫度的不同，其電導(dǎo)率會隨之發(fā)生變化。然而，反應(yīng)物流通常足以冷卻電極產(chǎn)生的熱量，因而通常無需額外冷卻。
不使本發(fā)明的參數(shù)的一般性受到損害，圖4中描述的裝置代表了本發(fā)明裝置的目前的優(yōu)選實施方案，它能以連續(xù)的方式實現(xiàn)本發(fā)明的方法。初始原料包括例如未加工的牛糞，或其與造紙廠淤渣的混合物，通過進料斗20和22(在原料為成份的所述混合物的情況下，應(yīng)分別通過)送入混合容器24。水同時通過導(dǎo)管26送入混合容器24。糞便(或它和造紙廠淤渣的混合物)與水的體積比例如約為1∶2。通過攪拌器28可以將含水組分完全混和，攪拌器通過電動機34驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)方向如軸32旁邊的箭頭所示。為了保證待處理的組合物混和效率更高，通過泵38和導(dǎo)管40按箭頭42方向?qū)⒉糠纸M合物循環(huán)回混合容器24。同時，部分組合物經(jīng)過閥門44由泵向上打入管狀反應(yīng)器46，管狀反應(yīng)器的電源和電反饋機構(gòu)如48處所示，通過電纜50提供380伏特、100Hz的交流電。所述混合物在反應(yīng)器46中停留時間的變化如上所述，但典型的時間是15秒鐘左右、30秒鐘左右或大約1分鐘。處理后的混合物通過導(dǎo)管58傳送到帶有折流板56的中間容器54中，為了保證反應(yīng)產(chǎn)物有效流動，在52處加水，使反應(yīng)產(chǎn)物沿長箭頭的方向流出導(dǎo)管60，進入料斗62，在料斗62中有螺桿分離器64，由電動機66驅(qū)動。希望的反應(yīng)產(chǎn)物從分離器64處出來后，如68處所示，它最終通過重力到達70處進行收集，并可被移走，運移機構(gòu)在圖中未予顯示。
分離后流出的液體被收集到容器72中，并通過閥門74移走。如果想要的話，可以將這些液體通過未示出的機構(gòu)部分地循環(huán)到混合容器24中，其前提是至少要使用部分新鮮水。流出物中植物營養(yǎng)元素含量豐富，可以用來灌溉或作為肥料制劑。產(chǎn)物的典型數(shù)據(jù)(由以色列農(nóng)業(yè)部確認，而且也得到了一個私營實驗室的確認)如下，其中未加工的糞便按照所述方式進行處理
>*總懸浮固體，mg/l上表中的數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的方法對生態(tài)有利，而且它可能是一個氧化過程。
盡管通過有限幾個實施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明尚有許多變型、改進型以及其它應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品的產(chǎn)品的制造方法，它包括以下順序步驟(a)提供一種包含動物糞便的基本上為固態(tài)的原料；(b)將這種基本固態(tài)的原料和水混和形成含水混合物；(c)將這種含水混合物用頻率范圍為5Hz-200kHz的交流電處理一段時間；經(jīng)過該處理后再經(jīng)過后續(xù)的步驟(d)進行處理，回收得到的固態(tài)產(chǎn)品無嗅、無菌、多孔而且能夠吸收幾倍于其自重的水分；(d)從步驟(c)的交流電處理中分離出過量的液體，并回收所述固態(tài)產(chǎn)品。
2.權(quán)利要求1的方法，其步驟的特征是具有以下參數(shù)中至少一種(i)步驟(a)中所述的動物為草食動物；(ii)步驟(b)中所述基本固態(tài)的原料和水的體積比為約1∶1到約1∶4；(iii)步驟(c)中所述交流電的電壓約為10到1000伏；(iv)步驟(c)中所述的時間段約為5秒鐘到約10分鐘；(v)所述回收得到的固態(tài)產(chǎn)品能夠吸收至少六倍于其自重的水分。
3.權(quán)利要求1的方法，以所述含水混合物流經(jīng)反應(yīng)器來實現(xiàn)所述處理，該反應(yīng)器包括提供所述交流電的機構(gòu)。
4.權(quán)利要求1的方法，所說的基本上為固態(tài)的原料包括未處理的動物糞便。
5.權(quán)利要求1的方法，所說的基本上為固態(tài)的原料包括動物糞便和造紙廠淤渣的混合物。
6.權(quán)利要求5的方法，其中動物糞便和造紙廠淤渣的體積比約為1∶10到10∶1。
7.一種無嗅、無菌、多孔的產(chǎn)品，該產(chǎn)品能夠吸收幾倍于其自重的水分，可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品，而且這種產(chǎn)品可以通過權(quán)利要求1的方法獲得。
8.一種可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品的產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含電處理后的動物糞便，并且該產(chǎn)品無嗅、無菌、多孔并能夠吸收幾倍于其自重的水分。
9.一種生產(chǎn)無嗅、無菌、多孔固態(tài)產(chǎn)品的裝置，所述產(chǎn)品能夠吸收幾倍于其自重的水分，可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品，該裝置包含一條處理線路，該處理線路包含以下順序的機構(gòu)(a)第一機構(gòu)，用于將包含動物糞便的基本上為固態(tài)的原料供入所述裝置；(b)第二機構(gòu)，用于將所述基本固態(tài)的原料和水混和形成含水混合物；(c)反應(yīng)器機構(gòu)，用于將所述含水混合物用頻率為5Hz-200kHz的交流電進行處理；以及(d)第三機構(gòu)，用于分離所述反應(yīng)器機構(gòu)產(chǎn)生的產(chǎn)品中的過量液體，并用于回收固態(tài)產(chǎn)品。
10.權(quán)利要求9中的裝置，其中所述反應(yīng)器機構(gòu)包括一個通常情況下伸長的管狀反應(yīng)器，它通過絕緣壁來限定反應(yīng)空間，供含水混合物流經(jīng)所述反應(yīng)器空間的進口和出口，以及協(xié)同布置在所述反應(yīng)器空間中的火線和零線，它們與頻率為5Hz-200kHz的交流電源相連，由此形成在所述含水混合物流經(jīng)所述反應(yīng)器空間時為其提供交流電的機構(gòu)。
11.用于裝置的反應(yīng)器機構(gòu)，該裝置用來生產(chǎn)一種無嗅、無菌、多孔的固態(tài)產(chǎn)品，所生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠吸收幾倍于其自重的水分，可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品，此反應(yīng)器機構(gòu)包括一個通過絕緣壁來限定反應(yīng)器空間的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包含供含水混合物流經(jīng)所述反應(yīng)器空間的進口和出口，以及協(xié)同布置在所述反應(yīng)器空間中的火線和零線，它們與頻率為5Hz-200kHz的交流電源相連，由此形成在所述含水混合物流經(jīng)所述反應(yīng)器空間時為其提供交流電的機構(gòu)。
全文摘要
一種生產(chǎn)以動物糞便為基礎(chǔ)的產(chǎn)品的方法,該產(chǎn)品可以用來作為人工土壤、土壤結(jié)構(gòu)改良劑或泥炭替代品,一種實現(xiàn)這種方法的裝置,以及按照這種方法生產(chǎn)出的一種以動物糞便為基礎(chǔ)的產(chǎn)品。該方法包含以下順序的步驟:(a)提供一種包含動物糞便的基本上為固態(tài)的原料;(b)將這種原料和水混和形成含水混合物;(c)將這種含水混合物用頻率為5Hz－200kHz的交流電處理一段時間;經(jīng)過該處理后再經(jīng)過后續(xù)的步驟(d)的處理,回收得到的固態(tài)產(chǎn)品無嗅、無菌、多孔而且能夠吸收幾倍于其自重的水分;以及(d)在步驟(c)的交流電處理后分離出產(chǎn)品中過量的液體,并回收固態(tài)產(chǎn)品。
文檔編號B09B5/00GK1244179SQ97181269
公開日2000年2月9日 申請日期1997年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月4日
發(fā)明者Y·羅森塔爾, M·費克曼, K·舒斯特, L·莫爾達夫斯基, L·阿茲科維奇 申請人:超級土壤系統(tǒng)有限公司