專(zhuān)利名稱：來(lái)源于生物廢水處理過(guò)程的微生物的液化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)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(shè)備中，廢水和污水是以需氧處理方法來(lái)凈化的。在曝氣罐中，培養(yǎng)天然存在于污水中的細(xì)菌和其它微生物，以消耗有機(jī)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(jī)質(zhì)。這一過(guò)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(guò)量生命體通常被銷(xiāo)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(guān)的費(fèi)用可能是很高的。對(duì)于其它類(lèi)型的需氧生物廢水處理系統(tǒng)，還會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的淤泥處理問(wèn)題，如間歇反應(yīng)器的排序和生物接觸器的循環(huán)問(wèn)題。
在現(xiàn)有技術(shù)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(lái)運(yùn)行，以提高細(xì)菌的消化速率。例如，1980年3月11日公布的美國(guó)專(zhuān)利US 4192741中涉及污水處理方法，該方法包括將活性淤泥通過(guò)高壓文氏管(venturi)以提高微生物活性的步驟。
在現(xiàn)有技術(shù)中，還已知通過(guò)調(diào)節(jié)pH來(lái)調(diào)整活性淤泥。1972年11月14日公布的美國(guó)專(zhuān)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(guò)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(guó)專(zhuān)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(jī)。
盡管現(xiàn)有的技術(shù)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(dǎo)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(jì)的方式銷(xiāo)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(yīng)用中?；ぁ⒅扑?、乳制品、專(zhuān)業(yè)食品以及生物技術(shù)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(shè)計(jì)了用于高壓操作的均質(zhì)器。這種均質(zhì)器使用了強(qiáng)迫流體通過(guò)具有受限過(guò)水面積(流動(dòng)面積，flow area)的閥門(mén)或噴嘴的高壓泵。當(dāng)流體通過(guò)受限區(qū)時(shí)，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(shì)能轉(zhuǎn)化成低壓動(dòng)能，在流體中發(fā)生了強(qiáng)烈的流體力學(xué)變化。
在生物技術(shù)領(lǐng)域，均質(zhì)器已用于細(xì)胞的破裂多年。讓微生物水泥漿通過(guò)均質(zhì)器使細(xì)胞壁破裂，以釋放細(xì)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(shù)還沒(méi)有以工業(yè)規(guī)模應(yīng)用于廢棄活性淤泥的處理。
因此，對(duì)使用高壓均質(zhì)化技術(shù)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(kāi)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(guò)一噴嘴，所述的噴嘴具有具有受限的過(guò)水面積以使微生物從噴嘴噴出時(shí)液化?？缭絿娮斓膲毫祪?yōu)選超過(guò)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(guò)程輸送養(yǎng)料。任選地，液化的微生物可以通過(guò)厭氧方法轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳。
泥漿在泵吸通過(guò)高壓噴嘴之前，可以經(jīng)受預(yù)處理以削弱存在于泥漿中的微生物的細(xì)胞壁。例如，通過(guò)氫氧化鈉、酸或其它化學(xué)品的處理而改變泥漿的pH。此外，泥漿還可以在切碎機(jī)中浸軟，以降低固體部分的顆粒尺寸。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖解釋了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，而不應(yīng)以任何方式解釋成是對(duì)本發(fā)明的精神或范圍的限制。


圖1是申請(qǐng)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(jí)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(shí)施該方法所用的設(shè)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(gè)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(shì)。原生動(dòng)物和細(xì)菌構(gòu)成生物量的大部分，盡管淤泥中還發(fā)現(xiàn)小線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)、酵母、真菌甚至藻類(lèi)。與活性淤泥有關(guān)的幾種細(xì)菌種類(lèi)包括不動(dòng)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(dòng)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(shí)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(jìn)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(guò)焚化來(lái)脫水和處置，也可以用填埋法儲(chǔ)存起來(lái)。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(qǐng)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?qǐng)D1，廢棄的活性淤泥首先在池式反應(yīng)器10中通過(guò)酸或堿來(lái)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(xì)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(yù)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(guò)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(guò)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(xì)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(yíng)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?xì)怏w可以反過(guò)來(lái)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(qǐng)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(fèi)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(qǐng)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(guān)的費(fèi)用。這極大地降低了第二種費(fèi)用(從80％降低至總費(fèi)用的10％)。
實(shí)施例1用常規(guī)的厭氧處理設(shè)備處理來(lái)自紙漿廠的廢棄活性淤泥，所述的厭氧處理設(shè)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(guò)均質(zhì)器噴嘴。通過(guò)測(cè)量總懸浮固體濃度的降低，本發(fā)明的處理方法導(dǎo)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(shí)施例2按本發(fā)明的方法處理實(shí)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(guò)均質(zhì)器噴嘴。通過(guò)測(cè)量總懸浮固體濃度的降低，本發(fā)明的處理方法導(dǎo)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(shí)施例1和2的結(jié)果表明，本申請(qǐng)人的方法較常規(guī)系統(tǒng)在更短的時(shí)間內(nèi)極大地降低揮發(fā)性固體(即，用六分之一的時(shí)間從泥漿中除去揮發(fā)性固體的量超過(guò)常規(guī)系統(tǒng)的兩倍)。這在性能方面累計(jì)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(qǐng)人的方法可以在更高的容量下以更低的資本和運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行。
本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明除用于固體處理之外，還可以用來(lái)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(lái)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(kāi)內(nèi)容，本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對(duì)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(quán)利要求書(shū)所限定的內(nèi)容來(lái)解釋。
權(quán)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(guò)12000 psi 的壓力下通過(guò)一具有受限過(guò)水面積的噴嘴，使所述的微生物從所述的噴嘴中噴出時(shí)液化，以此來(lái)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(quán)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(quán)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(quán)利要求1的方法，其中還包括在使所述的微生物通過(guò)所述噴嘴之前先用化學(xué)方法處理以削弱其細(xì)胞壁的步驟。
5．權(quán)利要求4的方法，其中該化學(xué)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(quán)利要求4的方法，其中增加所述的pH至約11。
7．權(quán)利要求4的方法，其中降低所述的pH至約2。
8．權(quán)利要求1的方法，其中還包括在使所述的泥漿通過(guò)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?cè)撚倌嗟膒H；(c)浸軟該淤泥以降低該淤泥中固體顆粒的大??；和(d)使該淤泥的液體泥漿在高壓下通過(guò)一具有受限過(guò)水面積的噴嘴，其特征在于，跨越所述噴嘴的壓力降超過(guò)12000 psi，以使該泥漿中的生物細(xì)胞從所述噴嘴噴出時(shí)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(guò)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(quán)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(guò)一具有受限過(guò)水面積的噴嘴，以使所述的微生物從所述的噴嘴中噴出時(shí)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(quán)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(quán)利要求12的方法，其中所述的消化步驟是在厭氧條件下進(jìn)行的。
15．權(quán)利要求12的方法，其中所述的消化步驟是在需氧條件下進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明所公開(kāi)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(guò)一噴嘴,所述的噴嘴具有受限的過(guò)水面積以使微生物從噴嘴噴出時(shí)液化。跨越噴嘴的壓力降優(yōu)選超過(guò)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(guò)程輸送養(yǎng)料。任選地,液化的微生物可以通過(guò)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(guò)高壓噴嘴之前經(jīng)過(guò)pH調(diào)節(jié)和/或浸軟。
文檔編號(hào)C02F11/04GK1312777SQ99809733
公開(kāi)日2001年9月12日 申請(qǐng)日期1999年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月5日
發(fā)明者羅伯特·J·斯蒂芬森, 哈普里特·達(dá)利韋爾 申請(qǐng)人:帕拉迪姆環(huán)境技術(shù)公司