專利名稱：來源于生物廢水處理過程的微生物的液化方法
技術領域：
本申請涉及市政或工業(yè)廢水處理廠所產(chǎn)生的淤泥(生物固體，biosolids))如廢棄的活性淤泥的液化方法。
背景在很多市政和工業(yè)處理設備中，廢水和污水是以需氧處理方法來凈化的。在曝氣罐中，培養(yǎng)天然存在于污水中的細菌和其它微生物，以消耗有機廢物。在這些曝氣罐中，微生物繁殖并消化存在于廢水中的有機質(zhì)。這一過程產(chǎn)生凈化水、二氧化碳和微生物生命體(biomass)，所述的微生物生命體以淤泥的方式沉淀于與曝氣罐相連的澄清池中。一些生命體再循環(huán)至曝氣罐中，以重新播種于該系統(tǒng)。那些稱作“廢棄的活性淤泥”的過量生命體通常被銷毀或以其它方式處理掉。與廢棄的活性淤泥的脫水和處理有關的費用可能是很高的。對于其它類型的需氧生物廢水處理系統(tǒng)，還會產(chǎn)生類似的淤泥處理問題，如間歇反應器的排序和生物接觸器的循環(huán)問題。
在現(xiàn)有技術中，已知多種調(diào)整淤泥的系統(tǒng)。其中的一些系統(tǒng)需要升高溫度或壓力來運行，以提高細菌的消化速率。例如，1980年3月11日公布的美國專利US 4192741中涉及污水處理方法，該方法包括將活性淤泥通過高壓文氏管(venturi)以提高微生物活性的步驟。
在現(xiàn)有技術中，還已知通過調(diào)節(jié)pH來調(diào)整活性淤泥。1972年11月14日公布的美國專利US 3718582中描述了一種微生物的生物分解方法，在該方法中，通過加入苛性鈉使活性淤泥成堿性，然后升溫使之水解。
淤泥的浸軟也是平常之舉。1972年4月25日公布的美國專利US3658262中描述了一種在熱調(diào)整之前降低淤泥顆粒大小的磨碎機。
盡管現(xiàn)有的技術系統(tǒng)在降低廢棄的活性淤泥的體積方面是有用的，但是它們通常導致能量、加熱和/或材料成本的增加。因此，它們不符合以經(jīng)濟的方式銷毀或處理廢棄活性淤泥的需要。
本發(fā)明人發(fā)明了一種節(jié)省成本的液化廢棄的活性淤泥等的方法，該方法用壓力非常高的均質(zhì)器噴嘴，將存在于廢棄的活性淤泥中的微生物溶解(lyzing)。均質(zhì)器常用于很多工業(yè)應用中?；ぁ⒅扑?、乳制品、專業(yè)食品以及生物技術工廠均使用均質(zhì)器以乳化、分散、混合和處理它們的產(chǎn)品。
最近已設計了用于高壓操作的均質(zhì)器。這種均質(zhì)器使用了強迫流體通過具有受限過水面積(流動面積，flow area)的閥門或噴嘴的高壓泵。當流體通過受限區(qū)時，根據(jù)伯努利原理(Bernoulli’s Law)流體的流速增加而壓力降低。伴隨高壓勢能轉(zhuǎn)化成低壓動能，在流體中發(fā)生了強烈的流體力學變化。
在生物技術領域，均質(zhì)器已用于細胞的破裂多年。讓微生物水泥漿通過均質(zhì)器使細胞壁破裂，以釋放細胞的內(nèi)容物。用這種辦法可以獲得由微生物生產(chǎn)的蛋白質(zhì)和酶。但是，迄今為止，均質(zhì)化技術還沒有以工業(yè)規(guī)模應用于廢棄活性淤泥的處理。
因此，對使用高壓均質(zhì)化技術液化存在于淤泥或其它生物淤泥中的微生物的工業(yè)規(guī)模的處理方法的需求已經(jīng)產(chǎn)生。
發(fā)明概述本發(fā)明公開了一種液化微生物的方法，所述的微生物存在于生物廢水處理廠所產(chǎn)生的生物固體，如廢棄的活性淤泥中。該方法的步驟包括讓微生物泥漿在高壓下通過一噴嘴，所述的噴嘴具有具有受限的過水面積以使微生物從噴嘴噴出時液化?？缭絿娮斓膲毫祪?yōu)選超過12000psi。至少部分液化的微生物可以再循環(huán)至處理廠，為生物廢水處理過程輸送養(yǎng)料。任選地，液化的微生物可以通過厭氧方法轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳。
泥漿在泵吸通過高壓噴嘴之前，可以經(jīng)受預處理以削弱存在于泥漿中的微生物的細胞壁。例如，通過氫氧化鈉、酸或其它化學品的處理而改變泥漿的pH。此外，泥漿還可以在切碎機中浸軟，以降低固體部分的顆粒尺寸。
附圖的簡要說明附圖解釋了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，而不應以任何方式解釋成是對本發(fā)明的精神或范圍的限制。


圖1是申請人的廢棄活性淤泥處理方法的示意圖。
發(fā)明詳述活性淤泥廢水處理系統(tǒng)是一種二級生物處理方法，用該法將廢水在排放至受納水流(receiving stream)之前凈化。實施該方法所用的設備通常包括曝氣罐或曝氣池，在曝氣罐或曝氣池中，用微生物在有溶解氧存在的情況下處理原廢水。該處理微生物降低了存在于廢水中的污物，并降低了廢水的生物需氧量。
該系統(tǒng)的第二個組件通常是沉淀含微生物的固體淤泥的澄清池。淤泥中的微生物變化很大。需氧的和兼性厭氧的生物居優(yōu)勢。原生動物和細菌構(gòu)成生物量的大部分，盡管淤泥中還發(fā)現(xiàn)小線蟲、昆蟲幼蟲、酵母、真菌甚至藻類。與活性淤泥有關的幾種細菌種類包括不動桿菌屬(Acinetobacter)、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、短桿菌屬(Brevibacterium)、黃桿菌屬、假單胞菌屬和動膠菌屬。
沉淀的淤泥要定期地從澄清池中清除。一些淤泥被泵回曝氣罐，為飼養(yǎng)系統(tǒng)播種。這些淤泥有時也稱作回返的活性淤泥或RAS。額外的淤泥從系統(tǒng)中清除以進一步處理或處置。這些額外的淤泥稱作廢棄的活性淤泥或WAS。例如，廢棄的活性淤泥可以通過焚化來脫水和處置，也可以用填埋法儲存起來。將固體含量較低的凈化的污水排放至出水口或貯存容器中。
本申請涉及一種處理廢棄的活性淤泥(和/或回返的活性淤泥)的方法。參照圖1，廢棄的活性淤泥首先在池式反應器10中通過酸或堿來調(diào)整，以改變其pH。例如，可以用氫氧化鈉或某些其它堿性試劑處理淤泥，以幫助存在于淤泥中的油脂溶解，從而使微生物的細胞更易于溶解。為此，淤泥的pH可以增加至約11，這取決于淤泥的組成。
然后，優(yōu)選將淤泥輸送至一切碎泵12，以浸軟存在于淤泥中的固體。降低固體的顆粒尺寸有助于防止高壓噴嘴16的堵塞，所述的高壓噴嘴16用于本方法的后續(xù)步驟中。
在pH調(diào)整和/或浸軟預處理之后，下一步是將淤泥的泥漿傳輸至高壓泵14，高壓泵14迫使泥漿以很高的壓力通過均質(zhì)器噴嘴16。已發(fā)現(xiàn)壓力在12000-20000 psi范圍內(nèi)是最佳的。隨著通過噴嘴16射出，泥漿經(jīng)受很大的壓降，從高壓環(huán)境降至大氣壓，這造成了存在于淤泥中的細胞物質(zhì)的溶解和液化。
液化的廢棄活性淤泥易于生物降解。一部分液化的淤泥優(yōu)選返回曝氣罐，以循環(huán)氮和磷。因此，液化的淤泥最終轉(zhuǎn)化成二氧化碳或用作曝氣罐中微生物再生產(chǎn)的營養(yǎng)基質(zhì)。任選地，一些液化淤泥可以泵至厭氧處理廠，在那里液化淤泥轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳。厭氧消化產(chǎn)生的甲烷和二氧化碳氣體可以反過來循環(huán)至曝氣罐，以在液化之前中和淤泥。
已經(jīng)表明，本申請人的方法適用于紙漿或造紙廠排出的廢棄活性淤泥的處理。在活性淤泥處理方法中，處理紙漿廠排出物的現(xiàn)行費用約有20％用于為曝氣罐提供氧，約有80％用于提供其它材料(主要是氮、磷和聚合物)和廢棄活性淤泥的處置。如上面解釋的那樣，本申請人的方法將一部分液化的廢棄活性淤泥返回至曝氣罐，以循環(huán)氮和磷，很大程度上避免了與脫水、填加聚合物和廢物處置相關的費用。這極大地降低了第二種費用(從80％降低至總費用的10％)。
實施例1用常規(guī)的厭氧處理設備處理來自紙漿廠的廢棄活性淤泥，所述的厭氧處理設備使揮發(fā)性固體在30天的期間內(nèi)降低了30％。用本發(fā)明的方法處理同樣的淤泥，用氫氧化鈉至pH為11，然后泵吸以12000 psi的壓力通過均質(zhì)器噴嘴。通過測量總懸浮固體濃度的降低，本發(fā)明的處理方法導致72％的液化，并使總揮發(fā)性固體在5天的期間內(nèi)降低了69％。
實施例2按本發(fā)明的方法處理實施例1的淤泥，用氫氧化鈉至pH為11，然后泵吸以18000 psi的壓力通過均質(zhì)器噴嘴。通過測量總懸浮固體濃度的降低，本發(fā)明的處理方法導致76％的液化，并使總揮發(fā)性固體在5天的期間內(nèi)降低了72％。
實施例1和2的結(jié)果表明，本申請人的方法較常規(guī)系統(tǒng)在更短的時間內(nèi)極大地降低揮發(fā)性固體(即，用六分之一的時間從泥漿中除去揮發(fā)性固體的量超過常規(guī)系統(tǒng)的兩倍)。這在性能方面累計提高十倍以上。因此，與現(xiàn)有的廢棄活性淤泥處理系統(tǒng)相比，本申請人的方法可以在更高的容量下以更低的資本和運行費用運行。
本領域普通的技術人員應該理解，本發(fā)明除用于固體處理之外，還可以用來殺死水中的微生物。盡管水中微生物的濃度大大地低于生物淤泥中的濃度，但是可以用同樣的方法步驟來溶解存在于水中的微生物(浸軟步驟除外，它僅適用于固體材料)。
依據(jù)前述的公開內(nèi)容，本領域普通的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對本發(fā)明的多種變換和修改。因此，本發(fā)明的范圍將依據(jù)后面的權利要求書所限定的內(nèi)容來解釋。
權利要求
1．一種液化微生物的方法，所述的微生物存在于生物廢水處理廠所產(chǎn)生的廢棄活性淤泥的泥漿中，所述的淤泥包含揮發(fā)性的固體，其中所述的泥漿在超過12000 psi 的壓力下通過一具有受限過水面積的噴嘴，使所述的微生物從所述的噴嘴中噴出時液化，以此來提高所述揮發(fā)性固體的生物降解速率，與未處理的淤泥相比至少提高200％。
2．權利要求1的方法，其中還包括將至少一部分液化的微生物再循環(huán)至所述的處理廠的步驟。
3．權利要求1的方法，其中還包括將液化的微生物用厭氧方法轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳的步驟。
4．權利要求1的方法，其中還包括在使所述的微生物通過所述噴嘴之前先用化學方法處理以削弱其細胞壁的步驟。
5．權利要求4的方法，其中該化學方法處理步驟包括改變所述泥漿的pH，該泥漿含有所述的微生物。
6．權利要求4的方法，其中增加所述的pH至約11。
7．權利要求4的方法，其中降低所述的pH至約2。
8．權利要求1的方法，其中還包括在使所述的泥漿通過所述噴嘴之前先將其浸軟的步驟。
9．處理廢棄活性淤泥的方法，包括如下步驟(a)從廢水處理廠得到廢棄的活性淤泥；(b)改變該淤泥的pH；(c)浸軟該淤泥以降低該淤泥中固體顆粒的大?。缓?d)使該淤泥的液體泥漿在高壓下通過一具有受限過水面積的噴嘴，其特征在于，跨越所述噴嘴的壓力降超過12000 psi，以使該泥漿中的生物細胞從所述噴嘴噴出時溶解。
10．殺死液體泥漿中微生物的方法，其中所述方法包括如下步驟(a)在高壓環(huán)境下壓縮所述的泥漿至壓力超過12000 psi；和(b)從所述的高壓環(huán)境放出所述的泥漿至一低壓環(huán)境，以使所述的微生物溶解。
11．權利要求10的方法，其中所述的低壓環(huán)境是大氣壓下的環(huán)境。
12．一種液化微生物的方法，所述的微生物存在于生物廢水處理廠所產(chǎn)生的廢棄活性淤泥的泥漿中，所述的淤泥包含揮發(fā)性的固體，其中所述的方法包括如下步驟(a)將所述的泥漿在12000 psi以上的壓力下通過一具有受限過水面積的噴嘴，以使所述的微生物從所述的噴嘴中噴出時液化；和(b)在厭氧條件下消化所述的泥漿，其中該方法提高了所述揮發(fā)性固體在所述消化期間的生物降解速率，與未處理的淤泥相比至少提高200％。
13．權利要求12的方法，其中與未處理的淤泥相比，所述揮發(fā)性固體在所述消化期間的生物降解速率至少提高300％。
14．權利要求12的方法，其中所述的消化步驟是在厭氧條件下進行的。
15．權利要求12的方法，其中所述的消化步驟是在需氧條件下進行的。
全文摘要
本發(fā)明所公開的是一種液化微生物的方法,所述的微生物存在于市政或工業(yè)廢水處理廠所產(chǎn)生的生物淤泥,如廢棄的活性淤泥中。該方法的步驟包括讓淤泥的泥漿在高壓下通過一噴嘴,所述的噴嘴具有受限的過水面積以使微生物從噴嘴噴出時液化?？缭絿娮斓膲毫祪?yōu)選超過12000psi。至少部分液化的微生物可以再循環(huán)至處理廠,為廢水處理過程輸送養(yǎng)料。任選地,液化的微生物可以通過厭氧方法轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳。最佳的結(jié)果是,淤泥在泵吸通過高壓噴嘴之前經(jīng)過pH調(diào)節(jié)和/或浸軟。
文檔編號C02F11/04GK1312777SQ99809733
公開日2001年9月12日 申請日期1999年8月5日 優(yōu)先權日1998年8月5日
發(fā)明者羅伯特·J·斯蒂芬森, 哈普里特·達利韋爾 申請人:帕拉迪姆環(huán)境技術公司