湿污物处理剂以及处理湿污物的污物处理方法

专利名称：湿污物处理剂以及处理湿污物的污物处理方法
技术领域：
本发明涉及一种湿污物处理剂以及处理湿污物的湿污物处理方法。更具体的说，本发明涉及一种适合用于处理湿污物包括废物原料如动物、工厂等的排泄物和垃圾等等的湿污物处理剂，以及处理湿污物的湿污物处理方法，该方法具有节约处理能量的杰出性，即可以短时高效并且在干净的环境下进行处理。
目前，下水道的范围率不到整个国家的50％。在没有铺设下水道的地区，来自家庭和各种公共场所如医院、工厂等的污物以及处理池的污泥等由淘粪车等收集并且运送到处理场所来以各种方式处理。此外，来自家庭等的湿垃圾由垃圾收集车进行收集，并且很多垃圾通过燃烧或者倾倒来处理。
在处理场所，将收集和运送来的污物用微生物分解成固体和液体原料来进行处理。固体原料可以作为肥料或通过燃烧处理，而液体原料还要进行一系列的处理，包括例如聚集或沉淀，过滤，用活性炭处理，用臭氧处理，除去氮、磷等，然后排放到河流、大海等中。从中明显看出，这种污物处理需要大型的设备，并且设备、处理和劳动需要昂贵的费用。同样，固体原料的处理也需要非常高的费用。
来自动物的废物，包括粪便等等可以收集并且加工成堆肥。然而，堆肥的形成需要长时间的发酵或老化，使周围环境产生令人不快的臭气，并且在某些地区造成地下水包括井水等的污染。
来自家庭的垃圾具有高水含量，垃圾的处理需要大量的重油来来从中蒸发水分，从而垃圾处理缺乏能量的节约。
针对上述污物处理中的问题，已提出从湿废物例如污水、污泥等中蒸发水分来除去水所使用的各种湿污物处理剂，以及用这种湿污物处理剂处理这种湿废物的污物处理方法。
这种湿污物处理剂包括，例如，JP申请公开说明书(Kokai)8-24,900公开的湿污物处理剂，该处理剂包括含有氧化钙和硅酸钠作为主要成分的组合物。该专利说明书还公开了用这种湿污物处理剂处理包含有害重金属的污水和污泥等的湿污物处理方法。
JP专利公开说明书(Kokai)8-182,999公开了一种湿污物处理方法，包括将污物淤泥和氧化钙混合并且将污物淤泥脱水，同时处理和氧化钙混合时产生的大量的氨气，并且添加酸性粉末原料来防止脱水固体原料中吸附的少量氨气的产生和扩散。
然而该现有技术存在多种缺点和困难。
例如，JP申请公开说明书(Kokai)8-24,900公开的湿污物处理剂当处理包括动物粪便、家庭垃圾等的湿污物时，由氧化钙和硅酸钠形成的碱性凝胶能够有效吸附弱酸性的恶臭材料，如硫醇、硫化氢等，然而，包含在粪便和垃圾中的含氮成分分解时产生的弱碱性材料如氨气、三甲基胺气体等不太可能被吸附在凝胶原材上。因此，该湿污物处理剂的缺点是氨气或三甲基胺气体等的恶臭可能泄漏到反应系统的外部，并且使用这种污物处理剂时还需要单独安装脱臭装置。
另一方面，JP专利公开说明书(Kokai)8-182,999公开的湿污物处理方法在用氧化钙处理期间产生了大量的氨气和三甲基胺气体，从而必须在反应设备中安装大型吸附装置来吸附这些气体，由此使设备复杂化和尺寸变大，并且需要大量的设备费用。同时，还附加需要处理剂，因此这种处理方法的缺点是缺乏经济性。此外，在后面的阶段还必须添加酸性粉末材料，从而需要添加这种材料的步骤，由此使方法复杂化并且使用性差。
本发明成功解决了常规技术中存在的上述问题，并且本发明的目的是提供一种用于处理湿污物的湿污物处理剂，该处理剂不需要加热装置和产生足以从污物中除去水分的高温，而是简单地和湿污物混合，包括动物粪便、家庭垃圾等，该处理剂具有节约能量的杰出性，控制了处理期间湿污物中包含的恶臭成分的蒸发和扩散，并且可以杀死有害生物并保持处理在干净的卫生条件下进行。
为达到这个目的，本发明提供了一种用于处理湿污物的湿污物处理剂，该处理剂包括本发明的另一个目的是提供一种用于处理湿污物的湿污物处理方法，该方法不需要复杂的设备系统，可以以简化的方式并在短时间内操作，并且除上述效果外，还可以达到高效的使用性和处理效率。
通过以下描述，本发明的其它目的、特点和优点将显而易见。
本发明将通过具体实施方案的方式作较详细的描述。
本发明的湿污物处理剂可以包括包含100重量份氧化钙、5-30重量份硅酸钠、5-30重量份二氧化硅、和1-10重量份铵离子捕获剂的组合物。
根据以下化学方程式，通过向氧化钙添加水，组合物可以产生水合热从而获得非常高的温度
这种水合热可以升高湿污物处理系统中的温度，并且蒸发出包含在其中的水分，留下粉状形式的污物。水合热还可以起杀死湿污物中存在的细菌的作用。
此外，湿污物处理剂可以将弱酸性和恶臭性成分包括如硫醇等吸附在反应产物上，这些反应产物是不溶于水的并且是通过氧化钙和硅酸钠反应获得的。反应产物可以包括例如硅酸钠凝胶、硅酸钙凝胶、硅酸钙钠凝胶等等。
另外，本发明的湿污物处理剂包含铵离子捕获剂和二氧化硅包括如硅胶等，以便可以有效地吸附铵离子，从而防止处理时产生的氨气有害影响处理场所的周围环境。而且，待处理的湿污物包含大量的含氮成分，使得它还可以用来制作肥料、土壤调节剂等等。
对本发明的湿污物处理剂而言，所用的氧化钙可以是纯度为50％或更高的纯化级或烧石灰。当使用烧石灰时，优选使用的纯度为80％或更高，因为反应热较高，而当烧石灰的纯度较低并且如果纯度低于50％，可以造成这种趋势的明显出现。
另外，包括如烧石灰的氧化钙可以是以粉末、颗粒或成团的形式使用。它们的平均颗粒粒度优选为大约10mm-0.001mm，特别是大约1mm-0.05mm。如果其平均颗粒粒度小于约0.05mm，作为可以出现的趋势是水合反应进行得太快，结果可能是大量的湿污物被剩下而未被处理。此外，具有这么小颗粒粒度的氧化钙和烧石灰使得在制造湿污物处理剂时操作变得困难，并且面临的困难是它们的表面积太大和可能较大程度地变质。另一方面，如果使用的氧化钙和烧石灰的平均颗粒粒度大于约1mm，则可能出现的趋势是水合反应进行得太缓慢并且需要较长的时间。此外，温度难以升高从而使反应时间变长。较长的反应时间可能会剩下未反应的原料。此外，热量扩散，降低了使处理原料成粉的作用。这些趋势不利于有效处理湿污物。
当用脂肪和油涂覆烧石灰时，即使其平均颗粒粒度为大约2mm-0.05mm，也是可以优选使用的。虽然烧石灰的颗粒粒度可以因脂肪和油的量或种类不同而不同，但当平均颗粒粒度小于约0.05mm时脂肪和油的量可以变大。然而在这种情况下，水合反应的反应速率会升高并且可能引起反应快速进行。另一方面，当烧石灰的平均颗粒粒度大于约2mm时，可能引起的趋势是处理时的最高温度出现下降。无论哪种情况，不优选在平均颗粒粒度在上述范围之外的烧石灰上涂覆脂肪和油。
对本发明的湿污物处理剂来说，包括烧石灰的氧化钙可以优选用脂肪和油涂覆。涂覆可以是通过用脂肪和油涂覆氧化钙的表面来完成。在氧化钙表面上的涂层可以防止氧化钙在储藏期间吸附空气中存在的水分并引起水合。此外，涂层本身在作为湿污物处理剂的使用过程中可以通过搅拌而破碎，并且使得氧化钙的表面和湿污物中存在的水接触。一旦氧化钙的表面直接和其中存在的水接触，氧化钙开始产生热量并且开始水合，由此升高了湿污物的温度。随着提升湿污物的温度越来越高，造成破坏脂肪和油涂层的作用也越来越快，最终反应得到进一步的促进。
当本发明使用脂肪和油时，可以使用具有很宽范围熔点的脂肪和油，例如-10℃至200℃，并且脂肪和油的熔点范围可以根据脂肪和油的来源种类而在很宽的范围内变化。例如当脂肪和油包括例如石蜡、无规聚合物、低分子量聚合物如各种树脂的低聚物时，可以优选具有约40℃-150℃的熔点，并且优选60℃-120℃的脂肪和油。脂肪和油可以包括，例如，熔点低于40℃的脂肪和油在储藏期间可能从涂层中渗出，由此造成难于操作，并且同时造成更可能易燃于火、火星等。另一方面，当使用熔点大于150℃的脂肪和油时，不得不对涂层加热，从而消耗了大量的能量。其它种类的脂肪和油也可以作涂层使用。这种脂肪和油可以包括，例如，熔点为约-10℃至75℃、优选约-5℃至70℃的C5-C22饱和或不饱和脂肪酸。此外，还可以适宜使用动物例如牛、马、羊、猪等的骨脂，母牛、猪、羊等的脂肪，植物油，这些脂肪和油各自都具有约-10℃至75℃、优选约-5℃至70℃的熔点。也可以使用这些脂肪和油的废弃原料。具有较低熔点但仍具有较高沸点的这些脂肪和油可很容易地均匀涂覆在氧化钙的表面。
除脂肪和油外，还可以使用聚醚。这种聚醚可包括，例如聚乙二醇或聚丙烯橡胶。
涂覆可以通过将100重量份氧化钙与约0.1重量份-10重量份、优选约0.5重量份-6重量份的脂肪和油和/或聚醚以常规方式混合来完成，即通过将脂肪和油和/或聚醚的液体如溶液、分散液等喷在氧化钙上，通过掺合机、混合机、搅拌机等将氧化钙与油脂和/或聚醚掺混。
本发明使用的硅酸钠可以包括，例如，水玻璃、正硅酸钠、原硅酸钠、二硅酸钠、四硅酸钠等。这些硅酸钠中，根据产生硅酸钙凝胶等的容易程度优选使用水玻璃、原硅酸钠和正硅酸钠。硅酸钠可以优选以粉末或薄片的形式使用。当硅酸钠以这种形式使用时，它可以容易且快速地和处理剂的其它成分混合并且溶解在处理系统的水中形成凝胶产物。
相对于100重量份的氧化钙，硅酸钠的使用量可以是大约5重量份-30重量份。一方面，如果硅酸钠的比例小于5重量份/100重量份氧化钙，则具体说，有机原料的固化将变得较为困难。另一方面，如果硅酸钠的比例小于30重量份/100重量份氧化钙，则在后处理期间需要花费大量的劳动来进行运输等等。
可以使用的二氧化硅是，例如，硅胶、可通过高炉撞碎获得的无定形二氧化硅等。相对于100重量份的氧化钙，二氧化硅的量可以是约5重量份-30重量份。一方面，当二氧化硅小于5重量份时，捕获铵离子或三甲基铵离子的作用将较困难，由此造成处理期间出现产生氨气或胺臭气的趋势。另一方面，当二氧化硅增加至大于30重量份时，可能造成的趋势是出现反应温度降低，从而不能从湿污物中除去足够程度的水分。
添加铵离子捕获剂可看到相同的趋势。也就是说，一方面，当铵离子捕获剂的量小于大约1重量份/100重量份氧化钙时，被捕获的铵离子或三甲基铵离子的比例可能降低，并且在处理期间可能较高程度地产生氨气或胺恶臭。另一方面，当铵离子捕获剂的量大于约10重量份/100重量份氧化钙时，可能导致反应温度下降，从而难以从湿污物中除去足够程度的水分。
本发明污物处理剂中的铵离子捕获剂可以包括，例如，氯化物如氯化锌、氯化铝、氯化锡、氯化铁等，硝酸盐如硝酸锌、硝酸铝、硝酸锡、硝酸铁等，硫酸盐如硫酸锌、硫酸铝、硫酸锡、硫酸铁、硫酸氢钾、硫酸氢钠、硫酸铁铵、硫酸铝钾、硫酸铝钠等，磷酸盐如磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠等。也可以使用其盐酸盐。铵离子捕获剂可以单独使用或者两种或多种结合使用。
可以根据待处理的铵离子的浓度或类型来适宜选择铵离子捕获剂。铵离子捕获剂可以有效捕获铵离子并且具有将铵离子吸附在二氧化硅如硅胶等上的作用。
此外，当硝酸盐和/或磷酸盐用作铵离子捕获剂时，铵离子和/或磷酸根离子可以被用作增加肥料的特性，并且可以将处理湿污物获得的残余物生产为肥料。铵离子捕获剂可以是以粉末或者浓缩溶液的形式使用。
本发明的湿污物处理方法包括将一定量湿污物处理剂添加到湿污物并搅拌湿污物的步骤，所说的污物包括例如动物粪便、垃圾等。湿污物处理剂可以是以大约20-1 50重量份/100重量份污物的比例添加。
湿污物处理方法可以通过利用氧化钙的水合反应所产生的热量在非常短的时间内非常高效地从湿污物中除去水分，并且不需要使用加热设备或脱臭设备。当水分从湿污物中除去时，原料变成固体状态。因此，湿污物处理方法在能量消耗和使用性能方面是杰出的。该方法在环境卫生方面也是杰出的，因为有害生物可以被和氧化钙的反应所产生的热量杀死。
搅拌步骤可以用螺旋桨式搅拌器、螺旋带式混合机等等来完成。此外，处理期间很少产生恶臭因而可以通过简化的设备如混合器载运车(mixervehicle)等来完成，并且湿污物可以在所收集的地点被立即处理。因此，本发明湿污物处理方法可以作为意外事件如地震等时可以采取的措施来有效地得到使用。
本发明将通过实施例的方式作更详细的描述。
以下实施例中使用湿污物处理剂是按照以下所述的方式制备和用于处理的。
湿污物处理剂#1由100重量份平均颗粒粒度为100目的烧石灰(95％的氧化钙)、20重量份硅酸钠、20重量份二氧化硅和5重量份硝酸铝作为铵离子捕获剂组成的混合物。
湿污物处理剂#2由1 03重量份其表面涂覆有大约3wt％骨脂的烧石灰、20重量份硅酸钠、20重量份二氧化硅和5重量份硫酸铝作为铵离子捕获剂组成的混合物。
湿污物处理剂#3(用于比较)由103重量份其表面涂覆有大约3wt％骨脂的烧石灰、20重量份硅酸钠和20重量份二氧化硅组成的混合物。该处理剂中不含任何铵离子捕获剂。
上述各个湿污物处理剂是通过将所有的成分在粉末混合机中混合制得。实施例1粪便的处理用真空车收集粪便作为样品。包含大约95％水分的样品作为湿标准样品。
将样品(100g)放在1升螺旋带式混合机中。向样品中添加70g的湿污物处理剂#1。当开始搅拌时，短时间内导致出现放热反应并且水从样品中蒸发出来。处理过程中没有闻到氨气臭味，并且样品15分钟后干燥成粉末。
实验结果见下表1。对比实施例1；使用实施例1所用的相同样品作为对比实施例1的样品。将样品(100g)放在1升螺旋带式混合机中并且基本上按照实施例1的方法，使用不含任何铵离子捕获剂的湿污物处理剂#3进行处理。
在该对比实施例中，处理期间闻到氨气产生的强烈臭味。用湿污物处理剂处理20分钟之后样品变成粉状。
实验结果见下表1。
表1<
从表1明显看出，用湿污物处理剂#1处理过的样品所包含的含氮成分是用不含铵离子捕获剂的湿污物处理剂#3处理过的样品的大约1.4倍。这个结果证实了铵离子捕获剂的效果。从中还发现用湿污物处理剂#1处理过的样品包含了大量的磷酸盐和钾成分，适于作为肥料使用。此外，它包含了较大量的钙成分，从而可以用作肥料、土壤调理剂等等。
实验结果说明恶臭成分被吸附掉除去了臭味。另外，用湿污物处理剂#1处理过的样品被制成粉末，从而易于处理。实施例2牛粪基本上按实施例1的相同方式用真空车收集牛粪作为样品(水含量约45％)。
向置于1升容器中的200g样品添加160g湿污物处理剂#2，并且搅拌混合物。搅拌过程中，发生放热反应以致产生热量，搅拌开始约20分钟后剩下粉末状态的样品。这时，发现放热反应比实施例1发生的放热反应进行得较为温和，这是因为湿污物处理剂#2不像湿污物处理剂#1不包含骨脂。处理期间完全没有臭气冒出。
分析样品的组成且结果见下表2。对比实施例2用不含铵离子捕获剂的湿污物处理剂#3按照基本上与实施例2相同的方式处理上述收集的牛粪样品(100g)。处理过程中发现闻到了强烈的臭味。
分析样品的组成且结果见下表2。
表2
从表2中明显看出，用湿污物处理剂#2处理过的样品包含适合用作肥料的成分，并且同用不含铵离子捕获剂的湿污物处理剂#3处理的样品相比，它包含了大量的含氮成分。实施例3垃圾的处理收集由比例为约2∶1的蔬菜残余物以及鱼和贝壳残余物组成的垃圾作为样品(水含量约70％)。
将样品(300g)置于2升容器中并且加入60g的湿污物处理剂#2。用混合机将混合物搅拌20分钟。搅拌期间发现很少闻到臭味。搅拌结束后样品变成粉状。还发现垃圾的重量减少到原垃圾重量的约60％，并且体积下降到约70％。
分析湿污物处理剂#2处理过的样品的组成，结果见下表3。对比实施例3用湿污物处理剂#3按照与实施例3基本相同的方式处理300g量的样品。搅拌过程中没有闻到臭气。
分析用湿污物处理剂#2处理过的样品的组成，结果见下表3。
表3
从表3中明显看出，用湿污物处理剂#2处理过的样品包含适合用作肥料的成分，并且同用不含铵离子捕获剂的湿污物处理剂#3处理的样品相比较，它包含了大量的含氮成分。此外，它富含钾和钙成分并且适于用作肥料和其它目的。
本发明的湿污物处理剂包括包含氧化钙、硅酸钠、二氧化硅和铵离子捕获剂的组合物，它具有各种优点湿污物处理系统的温度可以被氧化钙的水合反应所产生的热量升高到足以使其中所含水分蒸发的程度。所产生热量还可以杀死在湿污物中繁殖的有害生物。可以获得粉状形式的剩余产品，易于操作并且环境卫生安全。
本发明的湿污物处理剂还具有的优点是可以将弱酸性恶臭成分如硫醇等吸附在不溶于水的反应产物上，并且所说的反应产物可由氧化钙和硅酸钠的反应获得。反应产物可以包括例如硅酸钠凝胶、硅酸钙凝胶、硅酸钙钠凝胶等等。
此外，本发明的湿污物处理剂可以有效地将铵离子吸附在二氧化硅上，因为它包含了铵离子捕获剂和二氧化硅，从而可以防止处理期间产生恶臭气体如氨气和三甲基胺和对处理场所周围环境的污染。而且，待处理的湿污物包含大量的含氮成分，从而可以当作肥料和土壤调理剂作为第二用途使用。
另外，用脂肪和油或聚醚涂覆氧化钙以便防止本发明的湿污物处理剂在储藏期间因吸收空气中的水分而水合。此外，当搅拌湿污物处理剂时，在氧化钙表面形成的涂层被破坏从而和水接触，产生热量并且由此开始水合，升高湿污物的温度。随着湿污物的温度越来越高，氧化钙表面形成的涂层变得越来越易碎，从而促进水合作用较快地进行。
本发明湿污物处理剂的这种构成可以促进湿污物的干燥，并且干燥的污物残余物可以被利用作肥料等。
另外，本发明的湿污物处理剂包含铵离子捕获剂，其包括如硫酸盐、氯化物、盐酸盐、硝酸盐、磷酸盐等等。铵离子捕获剂可以根据待处理的湿污物所包含的铵离子的浓度和类型来选择，并且可以有效地捕获铵离子并且将它们吸附在二氧化硅上。特别是，当选择硝酸盐或磷酸盐作为铵离子捕获剂时，包含这种铵离子捕获剂的湿污物处理剂还可以当作肥料作为第二用途使用，因为硝酸根或磷酸根离子可以补充肥料成分的特性。
本发明的另一个方面，所述湿污物处理方法可以从湿污物如粪便、垃圾等中除去水份，并且通过氧化钙水合的放热反应所产生的热量在相当短的时间内高效率地固化湿污物。这种湿污物处理方法的另一个优点是不需要使用加热或者脱臭设备。因此，本发明湿污物处理方法在能够节约能量和在实用性能方面是很有优势的。此外，它可以通过反应期间热量产生的高温快速杀死有害生物，从而极其有利于环境卫生。
权利要求
1.一种用于处理湿污物的湿污物处理剂，该处理剂包含100重量份氧化钙，5-30重量份硅酸钠，5-30重量份二氧化硅，和1-10重量份铵离子捕获剂。
2.根据权利要求1的湿污物处理剂，其中所说的氧化钙的纯度为50％或更高。
3.根据权利要求1的湿污物处理剂，其中所说的氧化钙的平均颗粒粒度为约0.001mm-10mm。
4.根据权利要求1的湿污物处理剂，其中所说的氧化钙的表面涂覆有熔点为约-10℃至200℃的脂肪或油，或者聚醚。
5.根据权利要求1的湿污物处理剂，其中所说的铵离子捕获剂是氯化物、硫酸盐、硝酸盐或磷酸盐。
6.根据权利要求5的湿污物处理剂，其中所说的氯化物是氯化锌、氯化铝、氯化锡或氯化铁；所说的硫酸盐是硫酸锌、硫酸铝、硫酸锡、硫酸铁、硫酸氢钾、硫酸氢钠、硫酸铁铵、硫酸铝钾或硫酸铝钠；所说的硝酸盐是硝酸锌、硝酸铝、硝酸锡或硝酸铁；或所说的磷酸盐是磷酸二氢铵、磷酸二氢钾或磷酸二氢钠。
7.一种处理湿污物的湿污物处理方法，该方法包括以下步骤将20重量份-150重量份的湿污物处理剂添加到100重量份湿污物中；并且搅拌湿污物和湿污物处理剂的混合物。
全文摘要
一种湿污物处理剂,包含100重量份氧化钙、5—30重量份硅酸钠、5—30重量份二氧化硅和1—10重量份铵离子捕获剂。该湿污物处理剂可以在极短的时间内较高程度的效率处理湿污物,如粪便或垃圾。由于所用的湿污物处理剂可以在非常短的时间内有效处理湿污物,因此利用本发明湿污物处理剂的湿污物处理方法具有节约能量的优越性。该方法在环境卫生方面也是有效的。
文档编号C02F11/14GK1266027SQ9910561
公开日2000年9月13日 申请日期1999年3月8日 优先权日1999年3月8日
发明者波多孝祐, 波多祐史, 日高健树, 卷木康宏 申请人:孝祐株式会社