用于营养物回收和使用的系统和方法技术方案

在一个实施方案中，系统包括至少一个可重复使用的营养物盒，该营养物盒包括具有入口和出口的外部壳体以及被包含在壳体内的营养物吸附材料，该材料被配置成吸附营养物，其中盒被配置成通过以下而被装载有营养物：使营养物流流过入口、流过营养物吸附材料并且流过出口以使营养物吸附材料能够吸附营养物，其中盒还被配置成后来通过以下而排放营养物：使水流过入口、流过营养物吸附材料并且流过出口以便将营养物转移至水中来产生适于用作肥料的稀营养物溶液。

Systems and methods for nutrient recovery and use

In one implementation, the system includes at least one reusable nutrient box comprising an external shell with an inlet and an outlet and nutrient adsorption material contained in the shell, which is configured to adsorb nutrients, wherein the box is configured to be loaded with nutrients by: allowing nutrient flow through the inlet and through nutrient adsorption material The material also flows through the outlet so that the nutrient adsorbing material can adsorb nutrients, and the box is also configured to discharge nutrients later through the inlet, through the nutrient adsorbing material and through the outlet so as to transfer nutrients to the water to produce a dilute nutrient solution suitable for use as fertilizer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于营养物回收和使用的系统和方法政府资助的研究通知本专利技术是在政府支持下，在由国家科学基金会授予的授权合同号RD835569下做出的。政府对本专利技术具有某些权利。相关申请的交叉引用本申请要求于2016年7月22日提交的共同未决的序列号为62/365,729美国临时申请的优先权，该美国临时申请特此通过引用以其整体并入本文。背景虽然废水通常被视为有问题的“废物”流，但它常常含有大量可用于有益用途的化合物。例如，住宅废水是诸如氮、磷和钾的丰富的营养物的来源。这些营养物是通常用于农业和园艺应用的合成肥料的主要组分。如果这样的营养物能够从废水中经济地获取并使得以低成本可用于最终使用者，则它们能够对那些最终使用者有很大益处，特别是在贫瘠土壤条件存在的干旱地区。废水通常在释放至环境中之前被处理，因为未处理的废水可以导致环境退化。例如，废水常常在废水处理(WWT)厂中处理，以去除其有机化合物和营养物。有机化合物通常使用生物工艺去除，而营养物通过另外的工艺操作去除。营养物去除工艺会产生额外的成本。此外，通过这些操作去除的营养物变得不可用于农业或园艺工艺。用于从废水中回收和重复使用营养物的现有方法具有固有的缺点。基于沉淀的方法，例如磷酸铵镁(鸟粪石)和磷酸钙的形成，常常需要升高的pH、高营养物浓度、添加另外的化学品(例如氧化镁)、随后的脱水和干燥以及处理/包装，这些增加了成本。另一种方法是直接将部分处理和消毒的废水用于植物灌溉而无需事先去除营养物(直接加肥灌溉(fertigation))。这样的方法是有吸引力的，因为营养物保留在灌溉水中，并得到有效利用。然而，直接加肥灌溉要求需求(即最终使用者)物理上位于供水(废水源)附近。这常常是不可能或不实际的。鉴于上述讨论，可以理解，合意的将是具有一种低成本的系统和方法，该系统和方法用于从营养物源例如废水中回收营养物并在农业或园艺工艺中使这样的营养物可用于最终使用者。附图简述参考以下附图可更好地理解本公开内容。匹配参考数字指示贯穿不一定按比例绘制的图的对应部件。图1是用于营养物回收和使用的系统的实施方案的框图。图2A是可以在图1的系统中使用的营养物盒(nutrientcartridge)的实施方案的侧视图，该盒是在营养物装载过程期间被示出。图2B是图2的营养物盒的侧视图，该盒是在营养物排放过程期间被示出。图3是可以在图1的系统中使用的营养物盒的可选择的实施方案的侧视图，该盒被配置用于垂直向上流动。图4是可以在图1的系统中使用的营养物盒的另外可选择的实施方案的侧视图，该盒包括多个单独可移除的模块，所述模块可以具有可选择的配置。图5是可以在图1的系统中使用的营养物盒的实施方案的侧视图，该盒包括指示盒内的装载水平的指示器。图6是并入充气部(aeration)的营养物盒的实施方案的侧视图。详细描述如上所述，合意的将是具有一种低成本的系统和方法，该系统和方法用于从营养物源例如废水中回收营养物并在农业或园艺工艺中使这样的营养物可用于最终使用者。本文公开的是这样的系统和方法的实例。在一个实施方案中，系统包括可重复使用的营养物盒，该营养物盒被配置成从营养物流中吸附营养物并然后在农业或园艺地点被用作肥料源。在一些实施方案中，通过使营养物流流过盒，盒可以在营养物源地点被“装载”有营养物，可以被递送至最终使用地点，可以通过使水流过装载的盒而被用于给最终使用地点处的作物或其他植物施肥(从而将盒“排放”)，并然后返回营养物源地点用于重新装载。然后，盒可以以这种方式被反复重复使用，并且直到其使用寿命结束。尽管该系统是可缩放的，但是在一些实施方案中，盒的尺寸相对较小，以便于有利容易地递送至可能远离营养物源地点的最终使用地点。在下面的公开内容中，描述了各种具体实施方案。应当理解的是，那些实施方案是所公开的专利技术的示例性实施方式，并且可选择的实施方案是可能的。所有这些实施方案意图落入本公开内容的范围内。本文公开的是采用紧凑的、可重复使用的营养物盒的营养物回收系统，该营养物盒能够从营养物流中捕获营养物并随后将营养物在期望的目标流中释放。盒利用离子交换和吸附材料从营养物流中选择性地捕获相关营养物材料，从而提供了用于低成本的营养物去除的方法。在装载有营养物材料之后，盒随后在期望的地方释放营养物，作为用于营养物去除和加肥灌溉的、无源的(passive)、低成本的技术。盒容纳与过滤材料组合的离子交换和吸附介质，以实现流过设计(flow-throughdesign)。在一些实施方案中，指示器被用于指示盒内的营养物装载水平(即，营养物浓度)。因此，所公开的系统能够实现无源营养物回收，这有效地缓解了与在非理想位置的远程农业操作所需的相关营养物资源获取的缺乏相关的问题。图1提供了示例性营养物回收和使用系统10的概况。如图中所指示的，系统10包括营养物源12，营养物源12可以产生含水营养物流，营养物可以从该含水营养物流中被收集。营养物源12可以包括产生营养物流的任何源。例如，营养物源12可以是废水处理设施。在其他情况下，营养物源12可以是一个或很多个家庭的化粪池系统或下水管道。在仍其他情况下，营养物源12可以是收集与其他人类排泄物(humanwaste)分离的尿(例如，使用小便器)的一个或很多个家庭。在另外的情况下，营养物源12可以是食物废物的源。可能的营养物源12的其他实例是鱼塘和水产养殖池。值得注意的是，营养物源12的具体性质不是关键性的。更重要的是，源12产生含水营养物流，从该含水营养物流中可以收集营养物。进一步参考图1，来自营养物源12的营养物流可以被提供给可重复使用的营养物盒14。在一些实施方案中，营养物流具有低悬浮固体浓度、低致病材料(pathogenicmaterial)和高营养物浓度(具体地，以尿素或氨的形式的氮、磷和/或钾)。营养物流可以流过营养物盒14，营养物盒14利用离子交换材料、生物材料和/或吸附材料的特定共混物来从营养物流中选择性地捕获营养物。在一些实施方案中，盒被放置成在流动流的内部(in-line)，以便于在类似于线上过滤器(inlinefilter)的操作的过程中去除营养物材料。当营养物流流过盒14时，盒吸附营养物，以便变得“装载”有营养物。在盒14达到其营养物捕获容量(capturecapacity)之后，其被认为是完全装载的，并且准备用作肥料的源。在那时，可重复使用的营养物盒14可以被递送至最终使用地点18，在该地点18，其将被“排放”。这样的排放包括使水流过盒14以释放盒中包含的营养物并产生稀营养物溶液，该稀营养物溶液可以被用于对作物或其他植物同时灌溉和施肥，或加肥灌溉。这个过程在图1中图示，其中另外的可重复使用的营养物盒16位于最终使用地点18。在一些实施方案中，水包括不含添加剂的清洁水。在其他实施方案中，水可以包含有助于从盒16中释放营养物的化合物和/或最终使用者希望提供给作物或其他植物的化合物，例如特定营养物。在仍其他实施方案中，可以在最终使用地点18处进行另外的物理过程、化学过程或生物过程，以诱导营养物的排放。这样的过程可以包括浓度梯度的操纵、生物再生、沉淀和溶解、离子交换、电化学氧化、热刺激(thermalstimulation)和超声波辐射中的一种或更多种。无论如何，排放需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重复使用的营养物盒，包括：外部壳体，所述外部壳体具有入口和出口；以及营养物吸附材料，所述营养物吸附材料被包含在所述壳体内，所述材料被配置成吸附营养物；其中所述盒被配置成通过以下而被装载有营养物：使营养物流流过所述入口、流过所述营养物吸附材料并且流过所述出口以使所述营养物吸附材料能够吸附所述营养物，其中所述盒还被配置成后来通过以下而排放所述营养物：使水流过所述入口、流过所述营养物吸附材料并且流过所述出口以便将所述营养物转移至所述水中来产生适于用作肥料的稀营养物溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.22 US 62/365,7291.一种可重复使用的营养物盒，包括：外部壳体，所述外部壳体具有入口和出口；以及营养物吸附材料，所述营养物吸附材料被包含在所述壳体内，所述材料被配置成吸附营养物；其中所述盒被配置成通过以下而被装载有营养物：使营养物流流过所述入口、流过所述营养物吸附材料并且流过所述出口以使所述营养物吸附材料能够吸附所述营养物，其中所述盒还被配置成后来通过以下而排放所述营养物：使水流过所述入口、流过所述营养物吸附材料并且流过所述出口以便将所述营养物转移至所述水中来产生适于用作肥料的稀营养物溶液。2.如权利要求1所述的盒，其中所述壳体具有约1升至5升的体积容量。3.如权利要求1所述的盒，其中所述营养物吸附材料被配置成吸附氮、磷、钾、钙和镁。4.如权利要求1所述的盒，其中所述营养物吸附材料包括沸石材料。5.如权利要求4所述的盒，其中所述营养物吸附材料还包括被配置成从所述营养物流中去除有机化合物的材料。6.如权利要求5所述的盒，其中被配置成去除有机化合物的所述材料包括碳、木炭或两者。7.如权利要求4所述的盒，其中所述营养物吸附材料还包括矿物岩。8.如权利要求1所述的盒，还包括在所述入口、所述出口或两者处的网，所述网被配置成将所述营养物吸附材料保持在所述外部壳体内。9.如权利要求1所述的盒，其中所述营养物吸附材料被包含在可移除和可更换的模块内，所述可移除和可更换的模块被包含在所述外部壳体内。10.如权利要求1所述的盒，其中所述壳体包含多个单独地可移除和可更换的模块，所述模块各自包含不同的材料。11.如权利要求1所述的盒，还包括用于测量所述盒的营养物装载水平的装置以及被配置成向使用者提供所述营养物装载水平的指示的指示器。12.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·H·叶，J·L·卡拉布里亚，O·Y·奥斯肯，R·A·拜尔，
申请(专利权)人：南佛罗里达大学，
类型：发明
国别省市：美国,US