(57)【要約】本発明は、金属塩を有機物に添加してスラリーを生成する工程を含む前記有機物から粒状窒素肥料を製造する方法に関する。有機物は、脱水バイオソリッドから成り、スクラバーからの水を含むことが好ましい。使用できる金属塩は、鉄塩、亜鉛塩、またはその混合物を含む。好ましい鉄塩は、硫酸第二鉄または酸化第二鉄を含み、好ましい亜鉛塩は、硫酸亜鉛または酸化亜鉛を含む。金属塩は、硫酸などの酸と混合して酸性金属塩を生成することが好ましい。スラリーのｐＨは、約２〜２．５の範囲に入る。結果的に生じる流体が、操作中に流体の流れを妨げることがないように、充分な量の酸性金属塩を有機物に添加してスラリーの粘度を下げる。金属塩が酸性硫酸第二鉄または硫酸第一鉄を含む場合は、乾燥重量換算で０．１〜１０ｗｔ％の硫酸鉄を含む肥料製品を製造するために充分な鉄が存在し得る。本発明は、また本発明の方法を用いて製造する肥料製品にも関する。好ましい製品は粒子であり、金属塩は製品の硬度を高める。肥料粒子は、肥料として使用するときに、植物にとって生物学的に利用可能な金属を含むことが好ましい。製品の金属の水への溶解度を高め、製品の汚染度を低下させる。
2007500125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリーを生成するために、有機物に金属塩を添加する工程を含む、前記有機物から粒状窒素肥料を製造する方法。
【請求項２】
有機物がバイオソリッドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
スラリーが脱水バイオソリッドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
バイオソリッドの脱水スラリーが洗浄水を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
金属塩が鉄、亜鉛、およびその混合物の塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
鉄塩が硫酸第二鉄または酸化第二鉄を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
亜鉛塩が硫酸亜鉛または酸化亜鉛を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
金属塩が酸と混合されて酸性金属塩を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
スラリーの粘度を下げるために、充分な量の酸性金属塩を添加する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
運転中にスラリーの流れを妨げない流体を生成するのに充分な濃度および固さでスラリーを混合する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
さらに硫酸を添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記有機物を添加する前に、硫酸と金属塩を混合する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スラリーのｐＨが約２．０〜２．５になるように硫酸に酸化第一鉄を混合して硫酸第一鉄を生成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記スラリーのｐＨが約２．０〜２．５になるように硫酸に酸化第二鉄を混合して硫酸第二鉄を生成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
金属塩が、乾燥重量換算で０．１〜１０ｗｔ％の硫酸鉄を含む肥料製品を製造するために鉄が充分存在するように、有機物と混合される酸性硫酸第二鉄または硫酸第一鉄を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
肥料製品が、乾燥重量換算で０．５〜５ｗｔ％の硫酸鉄を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
肥料製品が、乾燥重量換算で１〜３ｗｔ％の硫酸鉄を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ｐＨが、３．０〜３．５の範囲になるように、有機物が混合タンクに到達する前に、合計供給量の約１．７５％の割合で硫酸を有機物に添加する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
高い剪断性を生むのに充分な速度で回転する高剪断回転式攪拌機を含む剪断混合タンクにスラリーをポンプで送る、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記剪断混合タンクから攪拌機を含む保持または平衡タンクにスラリーを通す工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
攪拌機を含む保持または平衡タンクにより、スラリーのために、約２時間の保存時間が取れる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
攪拌機を含む保持または平衡タンクは、１５〜２８％の固形分を含めてｐＨを３．０〜４．０に維持するために操作する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
固形分含有率が、２０〜２３％である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
金属塩が、スラリーの１個以上の元素と化学的に結合する、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
金属塩が、スラリー中に存在する硫酸アンモニウムまたはリン酸アンモニウムと結合する鉄塩である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
金属塩が、スラリー中の硫黄化合物を減らすために酸性第一、第二鉄塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
酸性第一、第二鉄塩が、運転中のダストの生成を減らす、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
酸性第一、第二鉄塩が、運転中の臭いを減らす、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
金属塩の添加が、スラリーの粒状化を高める、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
金属塩が、スラリー中の有機分子の化学的加水分解を開始する、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
金属塩が有機物から硫黄化合物を減らし、肥料製品中の臭気源を減らす、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
パイプクロスリアクタ内の前記有機物に金属塩を添加する、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
金属塩が、パイプクロスリアクタの反応速度を高める、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
金属塩が、金属塩を添加しない場合に比べてパイプクロスリアクタの運転がコントロールし易いように、スラリーの粘度を下げる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
金属塩を管状リアクタに添加する、請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
請求項１に記載の方法で製造する、肥料製品。
【請求項３７】
金属塩が、酸性第一または第二鉄塩である、請求項３６に記載の製品。
【請求項３８】
酸性第一または第二鉄塩が、製品の硬度を高める、請求項３７に記載の製品。
【請求項３９】
６ポンドより高い破壊重量を有する、請求項３６に記載の製品。
【請求項４０】
７ポンドより高い破壊重量を有する、請求項３９に記載の製品。
【請求項４１】
金属塩の金属が、植物に利用可能である、請求項３６に記載の製品。
【請求項４２】
金属の水に対する溶解度が高まる、請求項４１に記載の製品。
【請求項４３】
低汚染製品である請求項３６に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物質を肥料に変換するためのシステム、装置、および方法に関する。具体的には、本発明は、有機物質から肥料を製造する前に、有機物質に硫酸鉄または他の金属塩を添加することに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥の廃棄は、世界規模の大きな問題である。現在の下水汚泥の廃棄法には、焼却、直接的な陸および海への応用、殺菌のために加熱、乾燥し、その後の陸への応用、埋立地への堆積、あるいは外部からの熱源（例えば、購入した燃料を燃やすことによる）から供給される加熱および乾燥により標準的な回転式造粒機で行う造粒などがある。これらのうちのいくつかの方法によれば、肥料がもたらされる一方で、その肥料が持つ植物のための栄養価は比較的低いという分析が出ている。
肥料の植物栄養価の表し方としては、肥料のＮＰＫ値の識別があり、ここで、Ｎは窒素の量、Ｐは、燐酸（五酸化燐Ｐ２Ｏ５として表わす）の量、Ｋは、カリウム（酸化カリウムＫ２Ｏとして表わす）の量のことである。そこで、米国特許第３，０５０，３８３号に報告されているように、２．５／２．５／０の値を有する下水汚泥は、２．５％の窒素、Ｐ２Ｏ５として２．５％の燐酸、およびＫ２Ｏとして０％のカリウムを含む。ここにおいては、すべてのパーセント値は、別段の指定がある場合を除いて重量％（すなわちｗ／ｗ）である。
【０００３】
幸いにして、分析結果が比較的低い有機性廃棄物の栄養価を高める方法がある。例えば、前述したウイルソン特許（その内容は、参照することにより、全体として本出願の一部に含まれる）に、量をコントロールした硫酸や燐酸（または、強度を燐酸として表わす同等の燐化合物）などの酸またはそれらの混合物、およびアンモニア水またはアンモニア性窒素塩含有溶液などのアンモニア性溶液といっしょに乾燥家畜糞尿および下水汚泥を処理し、その大量の反応物を混転させ、植物栄養価のグレードが上がるか、または植物栄養価そのものが上がった粒状肥料を生成する方法が開示されている。
【０００４】
酸、塩基およびその混合物により、植物栄養価が比較的低い有機性廃棄物の栄養価を高めるための他の方法も記載されている。（例えば、米国特許第４，７４３，２８７号、Ｎｏｒｔｏｎら（１９７７年２月１日）への米国防衛特許Ｔ９５５，００２号、米国特許第５，４４６，２７３号、米国特許第５，１２５，９５１号、米国特許第５，１１８，３３７号、米国特許第５，３９３，３１７号、米国特許第５，４２２，０１５号）。
当業界では、アンモニア塩を製造するための管状リアクタが知られている（例えば、米国特許第６，１１７，４０６号、米国特許第２，９０２，３４２号、米国特許第２，７５５，１７６号、および米国特許第２，５６８，９０１号であり、その内容は、参照することにより、本出願に含まれる）。リアクタの管内において、塩基と酸を反応させることにより、発熱反応が管状リアクタ内で行われる。欧州特許公報７７０，５８６Ａ１号にも、栄養価が比較的低い分析値の有機性廃棄物を処理するために管状リアクタを使用することができるということが開示されている。この欧州特許公報には、一般的に、有機性廃棄物、アンモニア、および酸を管状リアクタに導入し、発熱反応を行い、汚泥から蒸気を分離し、さらに汚泥を処理することにより有機性廃棄物を処理するプロセスが記載されている。
管状リアクタに関わる代表的なコンポーネントは、事前中和装置である。この事前中和装置は、通常、酸をリアクタに導入する前に酸の部分的中和が達成されるように管状リアクタと連動して使用する。しかし、事前中和装置を使用すると、流量を正確に制御することが難しくなるということを含めて様々な不利な点が生じる。さらに、事前中和装置の使用に伴う運転および装置のコストは、しばしばかなりの出費になる。
【０００５】
管状リアクタに似たリアクタに、パイプクロスリアクタがある。パイプクロスリアクタは、管状リアクタと同様に発熱反応を起こすことは可能であるが、基本的には、試薬を徹底的に混合するためには、塩基と反応する１種類または異なる２種類の酸溶液を導入する必要がある。このことは、事前中和装置の必要性をなくすため、パイプクロスリアクタの重要な特徴となっている。クロスパイプリアクタの第１段階においては、塩基、および／または洗浄水および有機性物質溶液を事前混合する。第２段階では、パイプクロスリアクタは、酸性溶液が、実質的に相対する流れとしてパイプクロスリアクタに直角に導入されるように作られた最大２個の酸の入口を設けて作られる。酸はリアクタに対し直角に入り、相対する流れとなることにより、酸が充分に混合される効果があり、従って、事前中和装置などの補助装置の必要がなくなる。
パイプクロスリアクタは、公知であり、過去には、液体薬品から粒状ＮＰＫＳ肥料を製造するのに使用されてきた。（例えば、「パイプクロスリアクタによる省エネルギー型肥料製造」（米国エネルギー省、１９８２年）（従来型アンモニア処理造粒システムの造粒ドラムに取り付けたパイプクロスリアクタ）、Ａｃｈｏｒｎ等による「Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（粒状燐酸アンモニウム肥料の製造におけるエネルギー使用の最適化）」（１９８２年、ギリシャ、パリニビーチにおけるＩＳＭＡ技術会議）、Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｕｌｆｕｒ社による「ＴＶＡ  ｍｏｄｉｆｉｅｓ  ｉｔｓ  ｐｉｐｅ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ（ＴＶＡは、多様性を増やすためにパイプリアクタを改造する）」”Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  ＆  Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ（燐およびカリウム）”  ９０号  ２５〜３０頁（１９７７年）、Ａｃｈｏｒｎ等による「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  ａｎｄ  Ｆｌｕｉｄ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ（粒状および液体燐酸アンモニウム肥料の製造におけるエネルギーの有効使用）」（１９８２年、インド、ニューデリにおける肥料協会セミナー）、Ｓａｌｌａｄａｙ等による「Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＴＶＡ  Ｐｉｐｅ−Ｃｒｏｓｓ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｉｎ  Ｒｅｇｉｏｎａｌ  ＮＰＫＳ  ａｎｄ  ＤＡＰ  Ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ  Ｐｌａｎｔｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ（米国内広域ＮＰＫＳおよびＤＡＰ造粒プラントのＴＶＡパイプクロスリアクタの商品化）」（１９８０年、インド、ニューデリにおける肥料協会セミナー）米国特許第４，６１９，６８４号、米国特許第４，３７７，４０６号、米国特許第４，１３４，７５０号、Ｎｏｒｔｏｎ等に対する米国防衛特許公報Ｔ９６９，００２（１９７８年４月４日）、およびＳａｌｌａｄａｙ等による、「Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ＮＰＫＳ  Ａｍｍｏｎｉａｔｉｏｎ−Ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ  Ｐｌａｎｔｓ  ａｎｄ  ＴＶＡ  Ｐｉｐｅ−Ｃｒｏｓｓ  Ｒｅａｃｔｏｒ（アンモニア処理造粒プラントの状況およびＴＶパイプクロスリアクタ）」（１９８０年、米国ジョージア州アトランタにおける肥料業界会議（Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｒｏｕｎｄ  Ｔａｂｌｅ））。もっと最近では、パイプクロスリアクタは、栄養価の比較的低い有機性廃棄物の栄養価を高めるためにうまく使用されてきた（例えば、米国特許第５，９８４，９９２号、第６，１５９，２６３号、いずれも、参照することにより、全体として本出願に含まれる）。
【０００６】
パイプクロスリアクタや管状リアクタなどのリアクタにより、栄養価が比較的低い有機性廃棄物を発熱反応によって処理することで欠点として生じる可能性があるのは、処理中の有毒排気ガスの臭いである。有機性廃棄物の処理にパイプクロスリアクタを使用してきたことは、その処理に伴う臭いの減少に基本的に役立ってきた。しかし、臭いの発生する可能性をなくすか、少なくとも現在の排出レベルを超えて減少させることをさらに強く保証する必要がある。
さらに、設備投資とともに運転コストの点で汚泥処理効率の改善に対する要望が引き続きある。
当業界では、植物栄養価が比較的低い有機廃棄物を、実質的に有毒ガスの臭いを出さない植物栄養価の高い組成になるように処理するための比較的簡単で有効なプロセスに対するニーズがある。このようなプロセスでは、市販の散布機により散布できるサイズや形状の製品を製造することが好ましい。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３，０５０，３８３号
【特許文献２】米国特許第４，７４３，２８７号
【特許文献３】米国防衛特許Ｔ９５５，００２号（１９７７年２月１日）
【特許文献４】米国特許第５，４４６，２７３号
【特許文献５】米国特許第５，１２５，９５１号
【特許文献６】米国特許第５，１１８，３３７号
【特許文献７】米国特許第５，３９３，３１７号
【特許文献８】米国特許第５，４２２，０１５号
【特許文献９】米国特許第６，１１７，４０６号
【特許文献１０】米国特許第２，９０２，３４２号
【特許文献１１】米国特許第２，７５５，１７６号
【特許文献１２】米国特許第２，５６８，９０１号
【特許文献１３】欧州特許公報７７０，５８６Ａ１号
【非特許文献１４】「パイプクロスリアクタによる省エネルギー型肥料製造」（米国エネルギー省、１９８２年）（従来型アンモニア処理造粒システムの造粒ドラムに取り付けたパイプクロスリアクタ）
【非特許文献１５】Ａｃｈｏｒｎ等による「Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（粒状燐酸アンモニウム肥料の製造におけるエネルギー使用の最適化）」（１９８２年、ギリシャ、パリニビーチにおけるＩＳＭＡ技術会議）
【非特許文献１６】Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｕｌｆｕｒ社による「ＴＶＡ  ｍｏｄｉｆｉｅｓ  ｉｔｓ  ｐｉｐｅ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ（ＴＶＡは、多様性を増やすためにパイプリアクタを改造する）」”Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  ＆  Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ（燐およびカリウム）”  ９０号  ２５〜３０頁（１９７７年）
【非特許文献１７】Ａｃｈｏｒｎ等による「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  ａｎｄ  Ｆｌｕｉｄ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ（粒状および液体燐酸アンモニウム肥料の製造におけるエネルギーの有効使用）」（１９８２年、インド、ニューデリにおける肥料協会セミナー）
【非特許文献１８】Ｓａｌｌａｄａｙ等による「Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＴＶＡ  Ｐｉｐｅ−Ｃｒｏｓｓ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｉｎ  Ｒｅｇｉｏｎａｌ  ＮＰＫＳ  ａｎｄ  ＤＡＰ  Ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ  Ｐｌａｎｔｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ（米国内広域ＮＰＫＳおよびＤＡＰ造粒プラントのＴＶＡパイプクロスリアクタの商品化）」（１９８０年、インド、ニューデリにおける肥料協会セミナー）
【特許文献１９】米国特許第４，６１９，６８４号
【特許文献２０】米国特許第４，３７７，４０６号
【特許文献２１】米国特許第４，１３４，７５０号
【特許文献２２】米国防衛特許公報Ｔ９６９，００２号（１９７８年４月４日）
【非特許文献２３】Ｓａｌｌａｄａｙ等による、「Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ＮＰＫＳ  Ａｍｍｏｎｉａｔｉｏｎ−Ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ  Ｐｌａｎｔｓ  ａｎｄ  ＴＶＡ  Ｐｉｐｅ−Ｃｒｏｓｓ  Ｒｅａｃｔｏｒ（アンモニア処理造粒プラントの状況およびＴＶパイプクロスリアクタ）」（１９８０年、米国ジョージア州アトランタにおける肥料業界会議（Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｒｏｕｎｄ  Ｔａｂｌｅ）
【特許文献２４】米国特許第５，９８４，９９２号
【特許文献２５】米国特許第６，１５９，２６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、現在の戦略や設計に伴う問題および欠点を解決し、バイオソリッドなどの（但しこれに限定するものではない）有機物から肥料を製造する新しい方法を提供する。また、本発明の方法により製造する肥料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１実施例は、スラリーを生成するために該有機物に金属塩を添加することを含む、有機物から粒状窒素肥料を製造する方法に関する。有機物は、脱水されたバイオソリッドを含み、スクラバーからの水を含んでいることが好ましい。使用できる金属塩は、鉄塩、亜鉛塩、またはその混合物を含む。好ましい鉄塩には、硫酸第二鉄または酸化第二鉄があり、好ましい亜鉛塩としては、硫酸亜鉛または酸化亜鉛がある。金属塩は、硫酸などの酸と混合して酸性化された金属塩を生成することが好ましい。スラリーのｐＨは、約２〜２．５の範囲である。充分な量の酸性化した金属塩を有機物に加え、運転中に流体の流れが妨げられないようにスラリーの粘度を下げる。金属塩が、酸性化された硫酸第二鉄または硫酸第一鉄を含む場合は、乾燥重量換算で、０．１重量％〜１０重量％の硫酸鉄を含む肥料製品を製造するのに充分な鉄が存在することが可能である。硫酸を有機物に添加する場合は、ｐＨが３．０〜３．５の範囲になるように、混合タンクに到達する前に合計供給量の約１．７５％の添加率で添加することが好ましい。
【００１０】
スラリーは、高剪断を生じさせるのに充分な速度で回転する高剪断回転式攪拌機を有する剪断式混合タンクに、ポンプで汲み上げることが好ましい。スラリーは、剪断混合タンクから攪拌機を有する保持タンクまたは平衡タンクに通過させる。攪拌機により、スラリーを約２時間以上保存しておくこともできる。保持タンクまたは平衡タンクは、１５％〜２８％の固形分とともにスラリーのｐＨを３．０〜４．０に保持するために運転することができる。金属塩は、スラリーの１個以上の元素と化学的に結合させてもよい。鉄塩を使用する場合は、鉄は、スラリー内に存在する硫酸アンモニウムまたは燐酸アンモニウムと結合することができる。このことにより、造粒形成が促進され、スラリー内の硫黄化合物が減少し、運転中の臭いおよびホコリの発生が減少する。
金属塩が、スラリー中の有機分子の化学的加水分解を開始させることが好ましい。それにより、有機物から硫黄化合物を追い出し、製造される肥料製品中の臭気源を減少させることができる。
金属塩は、パイプクロスリアクタまたは管状リアクタ内の有機物に添加されることが好ましい。金属塩は、パイプクロスリアクタの反応速度を高めるとともに、金属塩を添加しなかった場合に比べて、パイプクロスリアクタの運転がコントロールし易くなるようにスラリー粘度を下げる。
【００１１】
本発明のもうひとつの実施例は、本発明による方法により製造される肥料製品に関する。好ましい製品は粒状であり、金属塩は、製品の硬度を高める。製品は、６ポンド超の破壊重量を持つことが可能であるが、好ましくは７ポンド超である。肥料の粒は、肥料として使用される場合に、植物に対して生物学的に利用可能な金属を含むことが好ましい。製品に含まれる金属の水への溶解度は高まり、製品は、汚染度が低い。
本発明の他の実施例および利点は、以下の記述に部分的に記載され、この記述から部分的に明らかになるか、あるいは本発明の実施により知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この出願書に具体化され、広く記載されているように、本発明は、有機物の処理システムおよび処理方法に関する。さらに具体的には、本発明は、汚泥を処理し、汚泥を肥料に変えるシステムおよび方法に関する。
【００１３】
図１に示す通り、有機性廃棄物の植物栄養価を高めるためのプロセスは、一般に有機性廃棄物を水１０と混合する必要がある。有機物を水と混合するための好ましいプロセスを図６に記載する。このプロセスは、有機性廃棄物および水などの（但し、水に限定するものではない）流体を金属塩（好ましくは鉄）と混合することを含むことが好ましい。スラリーを作るのに使用する水は、後述するスクラバー３８から出る洗浄水を含むことが望ましく、この水は廃棄酸を含むこともできる。スラリーは、有機性廃棄物をできるだけ迅速に処理するが、運転中にリアクタを詰まらせたり、塞いだりしないように、充分な濃度および堅さで混合することが好ましい。好ましいリアクタは、パイプクロスリアクタ１２であるが、それに代わって、管状リアクタも使用でき、さらにはシステム内でパイプクロスリアクタと連動して使用することさえも可能である。スラリーの濃度および堅さは、有機性廃棄物に含まれる非水溶性粒状物の大きさと量、およびリアクタコンポーネントの大きさおよび長さにある程度左右される。しかし、スラリーは、パイプクロスリアクタに送られるとき、一般に、少なくとも５％の固形分を含み、可能性としては約３５％も含むこともある。スラリーの固形分は、約１０％〜３０％が好ましく、１４％〜２８％がさらに好ましく、１５％〜２２％がさらに好ましい。
【００１４】
図１に示す通り、スラリーは、例えばアンモニアなどの塩基、および硫酸、燐酸、およびその混合物などの酸と発熱反応を行うために攪拌タンク１０からパイプクロスリアクタ１２にポンプにより送られる。この場合、溶解物を生成するために補助的な水を伴う場合と伴わない場合がある。
【００１５】
発熱プロセスで使用される酸および塩基の量は、当業界の技術の１つにより決定する。しかし、アンモニアの中和は、アンモニア各２モルに対して、硫酸約１モルまたはリン酸として表わすリン酸化合物２モルの使用が指針となる。リン酸の濃度に関しては、パイプクロスリアクタ内のＮ：Ｐの代表的モル比は、０．４：１〜０．７：１の間であり、好ましくは、０．５５：１〜０．６５：１の間であり、硫酸の濃度に関しては、パイプクロスリアクタ内のＮ：Ｓの代表的モル比は、０．５：１と０．８：１の間であり、好ましくは、０．６５：１と０．７２：１の間である。窒素のモル量については、添加するアンモニアの量だけでなく有機性廃棄物に含まれるアンモニア性窒素の代表的な量も考慮すべきである。
本発明で使用できる他の酸には、硝酸、酢酸、クエン酸、およびその混合物が含まれ、その全ては、当業者に公知である（例えば、爆発性有機物の存在下において、硝酸アンモニウムを生成する硝酸およびアンモニア化合物）。選んだ酸が複数であれ、単独であれ、本プロセスにおいて使用する酸の強さは、９０％硫酸に同等であることが好ましい（例えば、９３〜１００％の硫酸）。
【００１６】
図２に示す通り、パイプクロスリアクタ１２には、硫酸（約１７．２〜２５．８ｇｐｍの流量で供給）およびリン酸（約５．２〜７．８ｇｐｍの流量で供給）を受け入れるために、２本のクロスパイプ２６、２８が設けられていることが好ましい。
【００１７】
第３のパイプ３０は、アンモニアをリアクタの中心またはその近くに導く。このパイプ３０の長さは、充分な混合を確実にするために、少なくとも２０〜３０インチあることが望ましい。第３のクロスパイプ３２は、スラリーおよび追加の水を混合室に導く。第３のクロスパイプ３２と第１、第２クロスパイプ２６、２８の間には、均一で大きな混合を確実にするスラリーの流れに乱流を導入するために利用するオリフィス板３３が置かれる。
【００１８】
本発明に使用するための代表的なクロスパイプリアクタは、直径が約３〜１０インチであり、長さが約７〜１５フィートあり、末端は、例えば２〜８インチの排出パイプ（または、同等の断面積のスロット）の中で終わっており、ステンレススチール製挿入物または商標名ＴＥＦＬＯＮのライニング付きが好ましい。排出パイプは、標準的な回転ドラム式造粒機１４内に排出し、スチールパイプ（例えば、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｃ−２７６または３１６Ｌステンレススチール（反応チューブ用にはＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  ＣまたはＢ））によりできていることが好ましい。パイプクロスリアクタ内には、商標名ＴＥＦＬＯＮ、セラミック、あるいはその他の耐腐食性のライニングも使用できる。温度は、２０４℃（４００°Ｆ）より低く維持されることが好ましい。
【００１９】
オリフィス板３３は、図５に示す通り、パイプクロスリアクタ１２に似た材質で形成される板を含み、オリフィス３５すなわちパイプクロスリアクタの直径より小さな直径の穴を含む。従って、例えば直径が（６）インチのパイプクロスリアクタは、数インチ未満の直径のオリフィス３５を有するオリフィス板３３を採用する。オリフィス３５のサイズを決定するに当たっては、スラリーの固形含有量とともにスラリー、酸、塩基の流量を含む様々なパラメータが考慮される。従って、プロセスパラメータのいずれかが変われば、所与のパイプクロスリアクタ１２のオリフィス３５のサイズも変わる。
【００２０】
図５は、循環オリフィス板の使用について示しているが、驚いたことに、一般的に２本のパイプクロス型リアクタの上流において乱流を強くするために、突起を追加すると、熱回収量が上がるということが見出された。他の実施例においては、乱流は、１個の段差や直列または流れに対して平行な複数の段差等の隆起および１本以上のワイヤを使用する、空気などのガスを圧縮して送り込む、音波振とうあるいは振動壁をこの位置において使用するなどして創り出す。例えば、それぞれ、その位置において、直径の０．０２、０．０５、０．１、０．２、または０．３倍だけ管腔中間に向かって空間内に突き出る間隔を均等に空けた２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、またはそれ以上の段差を使用して乱流を創り出す。ある実施例では、段差は、パイプ内に収縮部分を形成する環状の厚い部分である。例えば、高度音響工学が提供するような音響バイブレ−タも使用できる。図２および図５に示す通り、くびれ（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）は、丸型である必要はなく、楕円形、四角、あるいは不定形等の別の断面形状も可能である。特に、楕円形の縦横構成比率は、長い方の楕円軸が２本のクロスパイプの開口部に接続する線を横切って伸びるように、狭い方の末端がクロスパイプに向いていることが望ましい。別の実施例では、楕円形の短い方の軸が、２本のクロスパイプと接続している線を横切って伸びる。この場合の長軸の楕円形では、直角なクロスリアクタから入ってくる流れによりぴったりと適合した乱流ができ、特に、図２に示す通り、直角なパイプクロスリアクタを使用する場合は、この楕円形が望ましい。
【００２１】
多くの実施例では、隆起は、流れ直径の０．１〜３倍の距離だけクロスリアクタ出口の平均的位置から上流に位置していることが最適な配置である（すなわち、流れの長さの間、ある間隔で配置されるクロスリアクタ出口の中間である）。隆起は、流れ直径の０．３〜１．５倍の距離だけクロスパイプリアクタの前方に位置することがさらに好ましい。最適な配置は、流量に左右されて変化する。流量が非常に多い場合は、隆起は、さらに離して配置し、流れの通路に隆起する度合いを制限すべきである。本実施例は、隆起部が離れる距離および流れの通路に突き出る度合いのコントロールを可能にする調節可能な環状リング、あるいは調節可能な段差によって実施される。環状リングは、開口サイズに合わせて調節すること、および別の位置に取り付けることもできる。複数の音響バイブレータを使用する場合は、異なる位置に置き、それぞれ、遅い流速あるいは速い流速および／または低い粘度に対応するために切り替えることができる。
【００２２】
クロスパイプリアクタ自体の調節は、所与の粘度および所与の流速に合わせて最適化できる。多くの実施例で、クロスリアクタパイプは、図２に示す通り、互いに正確に相対していることが有利である。この配置は、所与の粘度に匹敵する粘度の流体を所与の流速に匹敵する流速で添加させる場合に望ましい。また、複数（３、４、あるいはそれ以上）のクロスパイプを使用するのも望ましい。例えば、粘度が充分に低い場合は、相対する側を通してそれぞれ２種類の物質を処理する４−ｗａｙ（４本の直角パイプ）が使用できる。複数のクロスリアクタパイプは、粘度および／または流速の変化に対応するために切り替えることができる。例えば、粘度の低い物質あるいは流速の速いシステムは、隆起からさらに離れ（さらに下流）、かつ開閉できる１個以上のクロスリアクタの入口を使用することでメリットがある。他の組み合わせも、流れ、汚泥物の種類、試薬を変え、その後下流の１箇所以上のポイントにおいて温度を測定して熱回収をモニターするなど、ルーチンのキャリブレーションで最適化できる。調節可能な隆起部を取り付け、クロスパイプを配置し、流量を最適化することにより、熱回収を行うことができる。
【００２３】
さらに別の実施例では、クロスパイプリアクタの下流のあるポイントで混合物の温度を常にモニターし、隆起の位置、汚泥の流量、塩基の流量、添加水の流量、酸（１種類以上）の流量を調節し、さらに最適な結果が得られるようにクロスリアクタの出口を切り替える自動システムが提供されている。望ましい実施例では、より高い温度を得るために塩基、希釈水、酸、第２の酸、および／または汚泥の流量を上下に調整する。別の実施例では、２本以上のクロスパイプの間で切り替えを行い、さらに望ましい温度を得る。またさらに別の実施例では、充分な混合が行えるようにさらに望ましい粘度を得るために、放出された熱の一部が、コントロール可能な方法で、入ってくる流れに返される。コントロールシステムは、回収された熱、および汚泥ポンプに対するバックプレッシャやパイプクロスリアクタゲージで測定されたバックプレッシャ等の別の測定変数に従って熱転送量を調節する。
【００２４】
本発明のこの実施例のいずれの理論にも拘束されることなく、オリフィス板、その他のメカニズム、あるいは装置などの隆起物により、オリフィス板３３の下流、一般的には第１、第２クロスパイプ２６、２８の近くに乱流域を誘発させてスラリーを大きく混合することができる。多くの場合、発生する乱流が激しくなれば、より高い溶解温度として測定される通り、発生熱量が増加する。温度は、試薬が追加される最終クロスパイプの部分、またはその下流、例えば、パイプ径の１あるいは２倍の距離だけ最終クロスパイプよりさらに下流において測定する。オリフィス板を使用すると、オリフィス板を使用しない同様のパイプクロスリアクタより約３０％熱回収率を上げる効果があるということが観察されてきた。オリフィス板３３は、所望により、直径の異なるオリフィス３５の別のオリフィス板に変えることができる。
【００２５】
図２を参照すると、アンモニアは、約４．３ｇｐｍの流量でこの図に示す代表的なシステムに導入される。有機性廃棄物（例えば、下水汚泥）と水を、スラリーとして約３０ないし４０ｇｐｍの流量で取り込む。ここに示すパイプクロスリアクタは、通常１５〜６０ｐｓｉｇのゲージプレッシャで作動する。
【００２６】
熱い溶解物が、パイプクロスリアクタ１２から造粒機１４のなかに排出し、一方、溶解物が、造粒機１４に排出されるとともに、リアクタ製造物から水が勢いよく流れる。パイプクロスリアクタ内で行われる発熱反応により水蒸気が発生する。
【００２７】
図３、図４に示す造粒機（例えば、アンモニア処理式造粒機）は、長さが約５〜９ｍで直径２〜４ｍの回転ドラム式造粒機が望ましい。図３に示す通り、パイプクロスリアクタ１２は、垂直に向いており、造粒機１４に入る前に、９０度の移行部分または曲がり部を含む。図示したパイプクロスリアクタ１２の位置は、混合能力が高いので、好ましい位置である。しかし、移行部または曲がり部（例えば、米国特許第５，９８４，９９２号および第６，１５９，２６３号）がなくても、水平に向いているパイプクロスリアクタで満足する結果が得られる。
図示したプロセスでは、造粒機１４は、最終製品に向けて酸と塩基の反応を完結させるために溶解物にアンモニアを添加するため、造粒機１４内に操作可能に位置するアンモニア噴霧器２０を備える。溶解物は、造粒機１４内でリサイクルされる細かい粒子上で転がされ、造粒粒子が形成される。このようにして、造粒粒子は、所望のサイズに成長する。その後、この造粒粒子は、図１に示す通り、含有水分を減らすために、ロータリードライヤ１６の中に入り十分な時間を経て、その結果高い植物栄養価の肥料ができる。スラリーと酸、塩基の反応中に生成する蒸気（例えば、勢いよく流されるスチーム）は、プラント装置内での凝縮が起きないように露点蒸気を増やすために集められ、ロータリードライヤ１６の中に送られる。
【００２８】
ドライヤ１６内に直接蒸気を通すことは、米国特許第５，９８４，９９２号および第６，１５９，２６３号のそれと比較すると、別のプロセスである。パイプクロスリアクタに関連する以前のプロセスでは、造粒粒子は、乾燥する前に独立した乾燥工程に掛けるために蒸気から分離されることが普通であった。現在図示されているプロセスでは、追加の粒子分離装置およびエアー処理が必要なく、結局のところ、簡単で効率のよいプロセスになっている。
本発明で使用するためのドライヤは、直径が２〜４ｍの回転式ドラムドライヤで長さが約１７ｍ〜約３３ｍあり、加熱能力が３千万〜７千万ＢＴＵ／ｈある排出末端に塊粉砕機付きのもことが好ましい。さらに、プロセスは、乾燥した造粒粒子を、スクリーン１８などの粒子分離装置まで通過させる工程、および乾燥した造粒粒子を微粉、製品、およびサイズが大き過ぎるものとに分離する工程を含む。サイズが大き過ぎるものは、微粉としてプロセスに戻すためにサイズを落とす。微粉は、プロセスに組み込むために、（カリウム、あるいは所望の最終製品の栄養価に必要な微量栄養素とともに）造粒機１４に戻す。
【００２９】
プロセス中、アンモニア、粒子、露点以上の水蒸気を含む煙霧は、ドライヤ１６から集めてダストサイクロン３４などの粒子分離装置を通す。ダストサイクロン３４は、粒子の一部を空気から取り除き、この粒子（例えば、ホコリ）を、微粉および砕いたものと一緒にリサイクルする。このとき発生する煙霧は、ダストサイクロン３４を出て、バグハウスフィルタ３６などの追加の粒子分離装置により処理される。バグハウスフィルタは、増えた粒子分、特にダストサイクロン３４で除去された粒子より小さいサイズの粒子を除去する働きがある。バグハウスフィルタ３６から除去された粒子は、造粒機１４で使用するために、同様に、微粉および砕いたものといっしょにリサイクルされる。
【００３０】
バグハウスフィルタを出た煙霧は、引き続き、アンモニアガスや小さいダスト粒子を収集するための水分離チャンバを備えたベンチュリスクラバーまたはパックトベッドスクラバーなどのスクラバー３８により処理される。本発明では、造粒機１４から逃げた反応しなかったアンモニアガスを収集するために、スクラバー３８に低ｐＨの水を使用する。ある実施例では、スクラバー３８に少量の硫酸またはリン酸を添加して低ｐＨ（例えば、２〜３）を維持し、アンモニア蒸気を適切に洗浄する。
【００３１】
また、プロセスには、例えば、再生熱式酸化装置（ＲＴＯ）４０内で酸化するように、スクラバーを出る空気を酸化する工程が含まれる。ＲＴＯ４０は、破壊しないと空気中に放出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）およびその他のガス性炭化水素汚染物質を破壊するために使用する。ＲＴＯ４０は、高温熱式酸化法により、ＶＯＣおよび炭化水素ガスを破壊し、ＶＯＣや炭化水素ガスを二酸化炭素と水蒸気に変換する。さらに、空気の酸化は、除去しない場合大気中に排出されることになる有毒臭を実質的に除去する役割を担う。酸化処理から放出されるエネルギーは、運転コストを軽減するためにリサイクルできる。
空気は、ＲＴＯ４０から引いて排気筒４２を通して大気中に排出される。プロセスには、塩基（例えば、アンモニア）をパイプクロスリアクタ１２および／または噴霧器２０を介して造粒機１４に導入する前にプレヒートするために、排気筒４２内の排気ガスの熱を利用する工程を含むことが有利となる。
【００３２】
図示したプロセスにおける換気の別の態様として、スクリーン１８から空気を収集する工程が含まれる。このプロセスには、２つの選択肢が意図されており、その両方とも、粒子の除去および粒子と空気の両方のリサイクルを含む。最初の選択肢には、ダストサイクロン３４により空気を処理し、粒子と空気両方を造粒機１４にリサイクルすることが含まれる。第２の選択肢には、ダストサイクロン３４を利用することは含まれるが、さらにバグハウスフィルタ３６により空気を処理し、造粒機にリサイクルするために再度粒子を収集することを含む。バグハウスフィルタ３６を出た空気は、造粒機１４ではなく、ドライヤ１６に進む。
【００３３】
本発明で使用する換気システムの別の態様として、上記の様々な処理ステージ間の空気の移動のためのファンを含むことが好ましい。移動する空気の量は、除去すべき水分（露点以上）の量、融点、または肥料製品の解離温度によって決まる。
【００３４】
ＮＰＫ肥料には、微量栄養素、鉄、亜鉛が含まれる。好ましい実施例では、溶融亜鉛メッキまたは鉄の酸洗浄処理で使われた酸が、洗浄水のｐＨを低く維持するために使用される。この使用された酸は、通常、５〜１０％強度の硫酸であり、３〜８％の鉄を含む。メッキで使われた酸は、鉄とともに３〜８％の亜鉛を含む。鉄及び亜鉛は、洗浄工程から出るアンモニア含有洗浄水とともに汚泥スラリータンクに送られ、最終的にＮＰＫ肥料の微量栄養素の鉄、亜鉛として取り込むためにパイプクロスリアクタに送られる。使用された硫酸の場合、硫黄も、製造される肥料の栄養素になる。それは、パイプクロスリアクタ内で反応して硫酸アンモニウムを生成するからである。
【００３５】
他の微量栄養素または追加成分は、乾燥固体としてウエイトフィーダーによって微粉リサイクルの流れに追加することにより製造される肥料に取り込むことができる。微量栄養素と追加成分は、石灰、ドロマイト、方解石、ハイドロバイオタイト、石膏、リン酸（例えば、ロックリン酸、またはリン酸アンモニウム）カリ、尿素、土壌クレイ、過酸化カルシウム、硝酸アンモニウム、バーミキュライト、フミン酸、および鉄、マンガン、マグネシウム、臭素、銅、亜鉛、およびその組み合わせなどの微量元素などが含まれることが好ましい。
【００３６】
本発明は、都市下水汚泥について特定して述べてきたが、本発明によるプロセスは、家禽糞尿、食品処理廃棄物、製紙廃棄物、豚の糞尿汚泥、環境または産業生物学的物質、およびそれらの混合物など、比較的栄養価の低い有機性廃棄物の植物栄養価を高めるためにも使用できる。このような場合、比較的栄養価の低い有機性廃棄物が、下水汚泥に代わってプロセスで使用され、プロセスパラメータもそれに応じて変化する。
【００３７】
本発明の実施例を説明するのに、次のような例が提供されるが、この実施例が本発明の範囲を限定するものではない。
（実施例１）
攪拌タンク内では、６７００ｋｇ／時（７．４トン／時）の下水汚泥が、３７リットル／分（１０ガロン／分（ｇｐｍ））の洗浄水と混合され、スラリーが生成された。このスラリーは、容積移送式ポンプまたはその他の適切なポンプで、アンモニア、硫酸、リン酸、下水汚泥、および水を受け入れるために装備されたパイプクロスリアクタに送れるような堅さ（固形分含有率が１０％〜２７％の間で変化する）であった。パイプクロスリアクタは、直径が約４インチ、長さが４０フィートであった。パイプクロスリアクタの末端は、回転ドラム式造粒機内で終端となった。回転ドラム式造粒機は、直径が６フィート、長さが２０フィートであった。
【００３８】
スラリーは、パイプクロスリアクタに添加され、９９．５％アンモニア８．６ｇｐｍ、９３％硫酸８．６ｇｐｍ、およびリン酸（５４％Ｐ２Ｏ５）２．６ｇｐｍと反応した。パイプクロスリアクタの温度（酸と塩基の発熱反応による）は、汚泥中の水分とともに約１４９℃（３００°Ｆ）に維持された。この温度（最低殺菌温度を超える）は、スラリー中に発見される可能性のあるサルモネラ菌、大腸菌、その他の病原菌を殺す作用を有する。また、この温度は脱臭効果も持つ。
【００３９】
混合の結果できたパイプクロスリアクタからの溶解物は、２０００ポンドの追加の塩化カリウム（６０％Ｋ２Ｏ）とともに微粉のリサイクルベッドにスプレイされ、一方溶解物に含まれる水は、水蒸気となって流出した。造粒機には、反応を完結させ粒子を最終的に固めるために、造粒混合物に少量のアンモニアを添加するためのアンモニア噴霧器が備えられる。
このようなパイプクロスリアクタ操作では、時間当たり１０トンの生産速度で、２０％の固形分を含む下水汚泥を時間当たり約１４．８トン取り込んだ。
【００４０】
造粒された材料は、温度が約９３℃（２００°Ｆ）、水分含有率が約５〜１５％で造粒機を出てロータリードライヤに入る。ロータリードライヤは、直径が約２ｍ、長さが約２０ｍであった。ロータリードライヤは、３千万ＢＴＵ／時の加熱能力があり、排出末端に塊粉砕機または塊破壊機が付属している。材料の水分は、ドライヤ内の加熱強制空気により３％未満まで減少した。
ロータリードライヤを出る材料は、サイズが大き過ぎる材料を１インチ未満まで小さくするために塊粉砕機を通した。
材料は、スクリーンを使用して、（ａ）微粉、（ｂ）製品、（ｃ）サイズが大き過ぎるものに分離される。微粉は、造粒機に戻される。製品は、直径２ｍ、長さ２０ｍのクーラーに行き保存され、大き過ぎる材料は、製粉機を通り、造粒機にリサイクルするためにサイズを小さくする。リサイクルの流れでは、製品１トンにつき約２トン（１８００ｋｇ）の微粉材料が必要だった。
【００４１】
スチーム、アンモニア、および粒子を含む造粒機からの煙霧は、水分含有量を減らすためにロータリードライヤの中に煙霧を引き込むファンによって、造粒機内を負圧に維持することにより集められた。温度９２℃（１９８°Ｆ）、相対湿度１００％で毎分２０，０００立方フィート（ｃｆｍ）の割合で空気を造粒機から引っ張った。これは、時間当たり３４，２００ポンド（ｌｂｓ／ｈｒ）の水と毎分２９６ポンド（ｌｂｓ／ｍｉｎ）の乾燥空気を運んだのとほぼ同等である。
ロータリードライヤからの引いた空気は、ダストサイクロン、バグハウスフィルタ、そしてその後、スクラバーに向かわせた。空気は、相対湿度４５％で毎分７０，０００立方フィートの割合でドライヤから引いた。ドライヤを出た空気は、乾球温度が約９３℃（２００°Ｆ）あり、湿球温度が７４℃（１６５°Ｆ）あった。これは、５６，１００（ｌｂｓ／ｈｒ）の水、および２，７１１（ｌｂｓ／ｍｉｎ）の乾燥空気を運んだのとほぼ同等である。スクラバーに入った空気は、ｐＨの低い水（溶融亜鉛メッキ処理で使用した酸を添加することによりｐＨを下げた水）で洗浄される。メッキ工程の酸が使用できない場合は、リン酸または硫酸でｐＨをコントロールする。低ｐＨ水は、ダスト粒子とともに煙霧中に存在するアンモニア蒸気を集める。
【００４２】
温度１６５°Ｆ、相対湿度１００％で、６７，１００（ｃｆｍ）の割合で、スクラバーから熱式再生酸化装置に空気を送る。酸化された空気は、その後熱式再生酸化装置から引き抜かれ、９３℃（２００°Ｆ）で高さ約１００フィートの排気筒から排出される。
ダストを含む空気は、装置に対して負圧を維持するファンによって製粉機およびスクリーンから集められる。その空気は、ダストの約９７％を除去するサイクロンシステムから引っ張られ、回転式造粒機に戻され、ダストは、リサイクルされる微粉に添加された。
この結果製造される肥料は、１２−３−６（窒素１２％、リン３％、カリ６％）のＮＰＫ値となった。また、この肥料は、均質であり、標準的な施肥装置に対しても適切なサイズであった。
【００４３】
（実施例２）
例１のプロセスは、パイプクロスリアクタよりむしろ管状リアクタ内で繰り返される。攪拌タンク内では、６７００ｋｇ／時（７．４トン／時）の下水汚泥と３７リットル／分（１０ガロン／分（ｇｐｍ））のスクラバー水を再混合し、スラリーを生成する。スラリーは、アンモニア、硫酸、リン酸、下水汚泥、および水を受け入れるために装備された容積移送式ポンプまたはその他の適当なポンプで管状リアクタに送れるような堅さである。管状リアクタは、直径が約１．５〜３０ｃｍ、長さが２〜１０ｍ（好ましくは５〜８ｍ）あることが好ましい。リアクタ終端は、回転ドラム式造粒機内で終わる。回転ドラム式造粒機は、直径が６フィート、長さが２０フィートである。
スラリーをリアクタに添加し、８．６ｇｐｍの９９．５％アンモニア、および８．６ｇｐｍの硫酸（９３％）と２．６ｇｐｍのリン酸（５４％Ｐ２Ｏ５）を含む酸性溶液と反応させる。リアクタの温度（酸性溶液と塩基の間の発熱反応による）は、汚泥中の水分も含めて約１４９℃（３００°Ｆ）に維持される。
【００４４】
混合の結果できたリアクタからの溶解物は、２０００ポンドの追加の塩化カリウム（６０％Ｋ２Ｏ）とともに微粉のリサイクルベッドに噴霧され、一方溶解物に含まれる水は、蒸気となって勢いよく出る。造粒機には、反応を完結させ粒子を最終的に固めるために、造粒混合物に少量のアンモニアを添加するためのアンモニア噴霧器が備えられる。
造粒された材料は、水分含有量とおよそ同じ量でロータリードライヤに存在する。ロータリードライヤは、直径が約２ｍ、長さが約２０ｍである。ロータリードライヤは、３千万ＢＴＵ／時の加熱能力があり、排出末端に塊粉砕機または塊破壊機が付属している。材料の水分は、ドライヤ内の加熱強制空気により３％未満まで減少する。
【００４５】
ロータリードライヤを出る材料は、サイズが大き過ぎる材料を１インチ未満まで小さくするために塊粉砕機を通す。
材料は、スクリーンを使用して、（ａ）微粉、（ｂ）製品、そして（ｃ）サイズが大き過ぎるもとのに分離される。微粉は、造粒機に戻される。製品は、直径２ｍ、長さ２０ｍのクーラーに行き保存され、大き過ぎる材料は、製粉機を通り、造粒機にリサイクルするためにサイズを小さくする。リサイクルの流れにおいては、製品１トンにつき約２トン（１８００ｋｇ）の微粉材料が必要である。
【００４６】
スチーム、アンモニア、および粒子を含む造粒機からの煙霧は、水分含有量を減らすためにロータリードライヤの中に煙霧を引き込むファンによって、造粒機内を負圧に維持することにより集められる。温度９２℃（１９８°Ｆ）、相対湿度１００％で毎分２０，０００立方フィート（ｃｆｍ）の割合で空気を造粒機から引っ張る。これは、時間当たり３４，２００ポンド（ｌｂｓ／ｈｒ）の水と毎分２９６ポンド（ｌｂｓ／ｍｉｎ）の乾燥空気を運んだものとほぼ同等である。
【００４７】
ロータリードライヤからの引いた空気は、ダストサイクロン、バグハウスフィルタ、そしてその後、スクラバーに向かわせる。空気は、相対湿度４５％で７０，０００ｃｆｍの割合でドライヤから引く。ドライヤを出た空気は、乾球温度が約９３℃（２００°Ｆ）あり、湿球温度が７４℃（１６５°Ｆ）ある。これは、５６，１００（ｌｂｓ／ｈｒ）の水、および２，７１１（ｌｂｓ／ｍｉｎ）の乾燥空気を運んだのとほぼ同等である。スクラバーに入った空気は、ｐＨの低い水で洗浄される。低ｐＨ水は、ダスト粒子とともに煙霧中に存在するアンモニア蒸気を集める。
【００４８】
温度１６５°Ｆ、相対湿度１００％で、６７，１００ｃｆｍの速さでスクラバーから熱式再生酸化装置に空気を送る。酸化された空気は、その後熱式再生酸化装置から引き抜かれ、９３℃（２００°Ｆ）で高さ約１００フィートの排気筒から排出される。
ダストを含む空気は、装置に対して負圧を維持するファンによって製粉機およびスクリーンから集められる。その空気は、ダストの約９７％を除去するサイクロンシステムから引かれ、回転式造粒機に戻され、ダストは、リサイクルされる微粉に添加される。その結果製造される肥料は、ＮＰＫ栄養価を持つことになる。
【００４９】
（実施例３）
図６は、バイオソリッドを肥料に変換する前の好ましいバイオソリッドの調製法および取扱法の一つを示す。
図６では、都市下水のバイオソリッド６２０が、６２５立方ヤードのボックスの中に投入される。これらのボックスは、適切に設計されたダンプカーの上に載せて汚泥取扱い場所に運搬されることが好ましい。ボックスを開け、中身を受け入れホッパー６２２の中にどさっと落とす。受け入れホッパー６２２の容積は、４７立方ヤード以上が好ましい。ホッパー６２２の最大容積は、使用可能スペースおよびプラントの物理的配置によって決まる。ホッパー６２２は、その場所の湿潤環境の結果として発生する腐食に対して保護するために、ステンレススチールで作ることが好ましい。ホッパー内には、汚泥箱の中に存在する可能性がある大きな塊のいずれをも捉えることができるように大きなオープン格子が付いていることが好ましい。この格子は、約１インチ×１インチの開口部を持つことが好ましい。
【００５０】
汚泥６２０は、格子を通りホッパー６２２の底まで通過する。ホッパー６２２の底では、２本の水平螺旋スクリュー６２４が使用される。このダブル螺旋スクリュー６２４によって、汚泥６２０のホッパー６２２から移送ポンプ６２６への搬送が開始される。このスクリューの本数、サイズ、および配置は、ホッパー６２２の形状によって決まる。ある実施例では、汚泥６２０の搬送速度をコントロールするために、４本のスクリューを交互に使用している。スクリューは、様々なものが使用できる。スクリューは、そのプロセスに必要な量の汚泥６２０を供給するのに充分な速度で作動するダイレクトドライブモーターによって駆動されることが好ましい。さらに汚泥２０を供給する速度は、スクリューの運転の順序立て、および運転順序ごとに運転時間と非運転時間を管理することによってコントロールできる。
【００５１】
ホッパー６２０の底部のスクリューは、ホッパーの一端で、水平および直角コレクションスクリュー６２４に排出する。コレクションスクリュー２４は、搬送スクリューから汚泥６２０を集め、それを２基の汚泥ポンプ６２６のうちの１基に搬送するのに使用される。このスクリュー６２４は、移送スクリューと似た構造およびモーターの配置にすることができる。コレクションスクリュー６２４は、必要最大限の汚泥供給量が確保されればよいサイズにすることが好ましい。コレクションスクリュー６２４は、異なるポンプ吸引位置に汚泥を移動できるようにいずれかの方向に作動するように設計されることが好ましい。スクリューハウジングの底には、現在作動している汚泥ポンプ６２６に汚泥を向かわせるための複数の口が付いている。
【００５２】
コレクションスクリュー２４ハウジングから汚泥ポンプ６２６の吸引口まで垂直パイプ（２４’’）を取り付けることが好ましい。このパイプ内には、回転式塊破壊機６２８が付いていることが好ましい。塊破壊機６２８は、回転ブレードであり、また半固体状の汚泥６２０のポンプ６２６への流れを容易にするのに適したスピードで動作する格子システムである。塊破壊機は、次の２つの基本的な機能を有する。１）汚泥６２０内の大きな塊をすべて小さく砕き、管理し易い小片にする。２）小さな塊全てを、ポンプ６２６に到達する前に捕まえる。塊破壊機６２８には、汚泥ケーキ中の重合バインダの破壊を開始するための剪断力を汚泥６２０に付与するメリットもある。
【００５３】
塊破壊機の手前で、汚泥６２０の流れの中に水６３０を注入することが好ましい。この水６３０は、汚泥６２０の液化を助け、最終汚泥濃度が望ましい濃度になるようにコントロールされる。水６３０は、ｐＨ２．５〜４．０のベンチュリスクラバーのリサイクル水を含むことが好ましい。この水は、望ましいリアクタの流れの少なくとも１０％の割合で添加することが好ましく、１５％はさらに好ましく、２０％がもっとも好ましい。ある実施例では、この流量は、望ましいリアクタ流れの約２２．９％である。
【００５４】
別の実施例では、プロセス汚水貯め６３６内の水の流れ６３０に、酸化鉄６３２および硫酸６３４も添加することが好ましい。この添加により、作られたスラリーが、パイプクロスリアクタまたは管状リアクタを詰まらせたり、塞いだりしないように、汚泥に添加する必要がある水の量が最少になる。ある実施例では、プロセス汚水貯め６３６は、ステンレススチールを内張りしたコンクリートタンクで、寸法は、１１インチ×１１インチ×１１インチである。汚水貯め６３６の中では、混合物のｐＨが、硫酸をバイオソリッドに添加する前の約２．０〜２．５になるように、硫酸６３４か酸化第一鉄６３２と反応して硫酸第一鉄を生成する。または、硫酸をバイオソリッドに添加する前の、混合物のｐＨが約２．０〜２．５になるように、酸化第二鉄を使って硫酸と反応させて硫酸第二鉄を生成する。汚水貯めの中の混合物は、垂直攪拌機６３８で攪拌する。
【００５５】
剪断された汚泥は、塊破壊機６２８から汚泥移送ポンプ４２の吸入口に排出される。汚泥ポンプ４０は、高速混合タンク４２に流れる８’’のステンレススチール製ヘッダーに排出する。混合タンク６４４に到達する前に、最終汚泥混合物のｐＨを３．０〜３．５の範囲にコントロールするために、流れの中に硫酸６４６を注入する。硫酸添加量は、全リアクタ供給量の約１．７５％である。
汚泥と酸の混合体は、剪断混合タンク６４２の底の中へ流れる。ある実施例では、剪断混合タンク６４２は、酸性化したバイオソリッド混合体を強力に剪断するのに充分な高速度と高剪断性を有した回転式攪拌機６４８を備えた８９０ガロンの垂直円筒型タンクである。
【００５６】
ある実施例では、スラリー貯留タンクは、容積が１４，８００ガロンで、ステンレススチール製のものがある。このタンクには、ブレード２セットを有する垂直攪拌機６５０が備わっている。スラリー貯留タンク６５０は、最大供給速度でスラリーを供給する場合に約２時間の貯留時間が取れるように設計される。また、このタンクは、１５〜２８％、好ましくは、２０〜２３％の固形分を含めてｐＨを３．０〜４．０に維持するように操作する。
リアクタへの供給物は、貯留タンク５０の底からスラリー供給ポンプ６５２の吸入口に引き込む。リアクタへの汚泥供給量は、スラリー供給ポンプ６５２のモータースピードを調節することによりコントロールする。
【００５７】
図６は、汚泥を酸およびアンモニアと反応させて図１に記載の肥料を製造する前に、硫酸第二鉄を汚泥に添加するプロセスを示す。鉄は、酸化鉄の形で添加する以外に、硫酸鉄、金属鉄、炭酸鉄、およびリン酸鉄などを含む他の形で汚泥に添加することも可能である。鉄は、酸およびアンモニアと反応して肥料を製造する前に、硫酸鉄に変換することが好ましい。
ある実施例では、酸化第二鉄は、水および硫酸を含む混合タンクに粉末として添加する。水および硫酸は、水、硫酸、および硫酸アンモニウムを含む空気排出洗浄システムからのブローダウン水を含むことができる。この混合タンクに硫酸を添加すると、酸化鉄が硫酸第二鉄に変換される。この水中の硫酸鉄と硫酸アンモニウムの混合物は、その後の製品の硬化と脱臭を容易にするためにバイオスラリーに添加する。
【００５８】
上記のメリットを成就するために、鉄に加えて、例えば酸化亜鉛などの金属塩を反応前にスラリー添加できる。
驚いたことに、硫酸鉄、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウムなどの金属塩を汚泥に添加することにより、汚泥から肥料を製造するプロセスに顕著な改善をもたらすことができるということが見出された。第一鉄塩、第二鉄塩などの金属塩を充分に汚泥に添加して硫酸鉄などの金属塩を０．１〜１０ｗｔ％含む肥料製品を製造することが好ましい。最終的な肥料製品は、硫酸鉄などの金属塩を０．５〜５ｗｔ％含むことがさらに好ましい。第一硫酸塩や第二硫酸塩などの金属塩を１〜３ｗｔ％含むことがさらに好ましい。鉄を添加するとプロセスのコントロールが簡単になり、プロセスにその他の様々な改善がもたらされる。
【００５９】
その改善された内容には、つぎのようなものがある。
ａ）製品中に鉄などの化学的に結合した金属を含む。鉄などの金属は、混合物中に存在する硫酸アンモニウム塩と同様に混合物中の有機物成分と錯体を作ることができる。
ｂ）硫黄化合物を減らすための鉄または亜鉛などの金属結合。この結合の結果、硫黄化合物が減ると、大気中あるいは環境下への揮発が軽減され、製品から感じる臭いが大幅に減る。
ｃ）製品粒子の硬度増加。製品の破壊重量が、約４〜５ポンドから６ポンド以上、好ましくは７ポンドに大幅に上がる。また、この発明は、硬度範囲８〜９ポンドの粒子を作り出すと評価されている。
ｄ）製品に関わるダストが減り、その結果製品の保管および搬送が改善される。
ｅ）製品の臭いが低減し、通常肥料および特殊肥料ビジネスにおける製品としての市場性が高まる。
ｆ）窒素の揮発が減るため、Ｕｎｉｔｙ  Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ社製の肥料を、固い土地の現場で使用する場合に、特に肥料の商業的な実用の場で使用される尿素の揮発率が最高４０％であるのに比較して、大気中に失われる窒素の量が大幅に低減される。
ｇ）バイオソリッドのスラリーとの混合前に酸により酸化鉄を硫酸鉄に変換する。
ｈ）微量栄養素の増分としての鉄または亜鉛などの金属が利用できる。これは、金属塩を混合物に添加するということだけではなく、鉄などの金属の水への溶解度が上がるように、混合物中の有機成分に金属を結合させるからである。
ｉ）従来の製品に比べて、汚染の少ない製品を製造する。第一、第二酸化鉄または硫酸鉄などの金属塩を、バイオソリッドのスラリーに添加する前に、汚水貯めの中で事前に調整する。この事前調整により、鉄が黒い化合物に変換され、以前添加していた鉄の第二酸化鉄の生成に伴う赤い色の汚染が避けられる。
【００６０】
本発明に基づき製造される製品は、完成した肥料の重要な成分である、ある範囲の化学変換を取り込む。混合物をパイプクロスリアクタに通す前に、混合物の事前調整において硫酸と組み合わせて鉄を添加すると、パイプクロスリアクタの運転、および最終製品の化学的構成に影響を及ぼす範囲の状況が混合物内に起こる。それは、次の通りである。
ａ）パイプクロスリアクタの反応速度を高める。
ｂ）高度造粒が起こる。
ｃ）汚泥スラリー内で有機分子の化学的加水分解（例えば、タンパク質がペプチドおよびアミノ酸に変換されたり／あるいは、脂質が、脂肪酸などの構成分子に変換されたりするように）が開始される。長鎖有機分子（例えば、タンパク質、炭水化物、脂質、および核酸等）が化学的加水分解されると、目標作物の根の周りの土壌微生物がさらに容易に吸収できて、農作物がより強い活力、より早い成長、より高い生産性等のメリットを受けることができるように、根および毛根からもさらに簡単に直接吸収できる鉄とより簡単に結合できる分子が作り出される。さらに、パイプクロスリアクタの運転に伴う加水分解プロセスにより、有機分子が加水分解を受けると、最終製品が、加水分解を受けずにバイオソリッド有機物と組み合わさる製品より安全になる。この例としては、環境において内分泌ホルモンへの擬態を示し、例えば、鰐や蛙の雌雄性に影響してきた内分泌撹乱化合物の加水分解がある。これらの化合物を崩壊させることは、バイオソリッド製品の使用は公衆衛生上安全であるという公共的信頼性および科学的信頼性を高める。
ｄ）バイオソリッドのスラリーの成分における硫黄化合物の低減が促進されて、硫黄化合物がもはや臭いの成分ではなくなり、また最終製品の成分としても減少してゆく。
ｅ）パイプクロスリアクタの運転がコントロールし易いように、バイオソリッドスラリーの粘度を下げる。
ｆ）パイプクロスリアクタで起こる混合を改善する。
【００６１】
本発明の別の実施例および本発明の使用については、本明細書の考察および本明細書記載の発明を実施することにより当業者に明らかになるであろう。全米および外国特許を含む本明細書に引用される参考資料すべて、および米国仮出願第６０／４７３，１９８号およびこれに対応しこれと同時に申請される非仮出願、米国特許出願第０８／８５２，６６３号、第０９／７３５，７６８号、および第０９／４１６、３７０号を含む特許出願は、参照することにより、具体的かつ全体的に本明細書に含まれる。本明細書および例は、典型的な例としてのみ考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の１実施形態のプロセスフローを示す図である。
【図２】パイプクロスリアクタの様式図である。
【図３】回転式造粒機におけるパイプクロスリアクタの部分断面図である。
【図４】造粒機における材料用回転ベッドの様式端面図である。
【図５】パイプクロスリアクタと使用するオリフィスプレートの側面図である。
【図６】汚泥事前処理の１実施形態のプロセス図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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