专利名称：净化用污泥的处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理净化用污泥(boues d’épuration)的方法以及通过所述方法处理的污泥。
背景技术：
粗废水的处理通常需要过滤或沉降步骤(其中大的固体和砂砾被除去)，之后是对水相进行需氧细菌作用以除去可生物降解物质的步骤。这后一个步骤涉及到“活性污泥”，其基本上是浓缩的细菌物质。在将水相排放到水道如江河中之前应当除去可生物降解物质，否则这些物质在江河中的细菌降解会消耗溶解的氧，从而导致鱼类死亡、臭味和环境的全面劣化。在可生物降解物质的降解过程中发生细菌的生长和繁殖，这导致应被除去的细菌污泥的累积。
在需要时，过量污泥可以在厌氧条件下进行“消化”，其中，基本上，细菌在新条件下再平衡，以产生甲烷并减少生物量，但最终仍留有应被除去的过量污泥的不可减少的量。有许多种除去方法，例如控制排放和抛弃在海洋中，这两种方法由于污染的原因都是不利的。可选地，过量污泥可被焚化(费用高)或者铺散到农用土地上，在后一种情况下，污泥可被用作肥料/土壤调节剂，这是有利的。
遗憾地是，这些污泥可能包含了有效浓度的病原体，如果是这样的话，污泥需要进行消毒，以便在消毒的污泥被铺散到土地上之前将可能存在的任何致病生物降低到可接受的环境和卫生水平。用于量化致病风险的指标生物是大肠埃希氏菌。为了满足英国的法定规定，对于常规的处理的污泥来说，大肠埃希氏菌在污泥中的水平必须减少99％(即对数降低值(baisse logarithmique)为2)并且在处理的净化用污泥中大肠埃希氏菌的最大可接受水平是105/克干污泥(gds)。对于在英国改进处理的污泥来说，应当不存在沙门菌属并且大肠埃希氏菌的量必须减少至少99.9999％(即对数降低值为6)。在改进处理的净化用污泥中大肠埃希氏菌最大可接受量是103/克干污泥。未来在欧洲和USA预期会采用类似的法定要求。
为了实现细菌减少，可以采用不同的方式，尤其是用石灰处理(脏的，需要大量的资金投入并且带来严重的处理问题)、热处理(非常昂贵)或者简单地将污泥储存，直到细菌水平下降到所需的限度。对于后一种情况来说，在大多数废水净化站所涉及的非常大量的污泥由于不足的储存容量通常不能储存必需的时间。出于空间考虑，设置足够的容量是不切实际的，或者涉及到大的资金消耗。
理论上，降低污泥细菌含量的另一种方法是应用消毒剂。但是已发现，迄今为止已评价的消毒剂采用了相对长的周期来把细菌含量降低至可接受的水平，因而产生超出大多数废水净化站资源的储存要求。消毒剂的使用也是昂贵的。
发明内容
已经发现，单独地或者与其它处理结合，对净化用污泥使用含磷化合物(尤其是盐)可以使得相对于粗的未处理污泥来说处理的污泥的病原体含量的总降低等于至少为2的对数降低值。
相应地，本发明提供一种用于处理净化用污泥以降低所述污泥的病原体含量的方法，该方法包括的步骤在于(a)向污泥中添加有效量的含磷化合物；并且(b)保持该含磷化合物与污泥接触足以产生最终处理的污泥的时间，相比于在未处理污泥中存在的病原体量，在该最终处理的污泥中存在的病原体量的总降低对应于等于2或更大的对数(log)降低值的量。
在一种实施方式中，含磷化合物可被添加到未处理的(粗)净化用污泥中。含磷化合物优选以足够的量添加，以将未处理的净化用污泥中的病原体总量降低等于2或更大的对数降低值的量。
在第二实施方式中，含磷化合物可被添加到经历过一次或多次用以降低所存在的病原体总量的处理的净化用污泥(这种污泥在下文中被称作“预处理污泥”)中。用于得到预处理污泥的优选处理是厌氧消化。
含磷化合物优选以有效量添加到预处理污泥中，以用于减少在预处理污泥中存在的病原体量，以使得在预处理和利用含磷化合物处理之后的病原体含量相对于未处理污泥的总降低等于2或更大的对数降低值的量。
在另一实施方式中，含磷化合物与预处理污泥保持接触足够的时间，以使得相对于未处理污泥的病原体含量总降低等于2或更大的对数降低值的量；并且通过添加含磷化合物实现的病原体含量的总降低等于2或更大的对数降低值的量。
相应地，例如，未处理的净化用污泥可以在步骤(a)之前经过了厌氧消化处理。该厌氧消化步骤例如可以使病原体含量降低等于1.0-1.8，优选1.5的对数降低值的量。在通过厌氧消化步骤处理之后的未处理污泥应当被称作预处理污泥。含磷化合物随后可被添加到该预处理污泥中以进一步降低病原体含量。含磷化合物可以使病原体含量进一步降低等于0.2-1.0或更大，优选0.5或更大的对数降低值的量，分别相比于未处理污泥的病原体含量。这种方法可以使污泥的病原体含量相比于未处理污泥的病原体含量的总降低等于2或更大的对数降低值的量，以得到最终处理的污泥。
优选地，相比于未处理污泥的病原体含量，在通过本发明方法处理之后，本发明的方法提供等于在最终处理的污泥中存在的病原体含量的2-6的对数降低值的量的病原体含量的降低。
优选地，含磷化合物与污泥保持接触足够的时间，以使得相比于未处理粗污泥来说将污泥中存在的病原体总含量降低3或更大的，优选4或更大的对数降低值。
优选地，含磷化合物是有机磷化合物。
优选地，含磷化合物是化合物，尤其是四(羟基有机基)盐或式(I)化合物[R′R″(CH2OH)2P+]nXn-(I)
其中n是X的化合价；R′和R″可以是相同或不同的，选自烷基，羟烷基，烯基或芳基，并且X是阴离子。
R′和R″优选长度为1-20个碳原子。
X优选选自氯根，硫酸根，磷酸根，乙酸根，草酸根和溴根。
特别地，化合物是硫酸四(羟甲基)盐。
可选地，化合物例如可以是氯化四(羟甲基)，溴化四(羟甲基)，磷酸四(羟甲基)，乙酸四(羟甲基)或者草酸四(羟甲基)。
可选地，该含磷化合物可以是烷基取代的膦，例如三(羟甲基)膦，如由式(II)所表示的(CH2OHR2)P(II)其中每个R基团可以是相同或者不同的，选自烷基，羟烷基，烯基或者芳基。
在本发明方法的步骤(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量有利地为最高达10000mg/l，优选100-2500mg/l，特别是200-1000mg/l。
可选地，添加到污泥中的含磷化合物的量可相对于干固体重量来表示。有利地，所添加的量可最高达干固体重量的大约30％。优选地，添加的含磷化合物的量可以是干固体重量的0.1-20％，例如0.1-10％，如0.2-5％，或0.4-2％。
本发明方法的步骤(b)可以进行1秒至14天的持续时间。例如6-2 4小时，1-6小时，1-60分钟，1-60秒或者1-15秒。
病原体总含量的对数降低值可基于液体污泥来测量，以使得在通过本发明方法进行处理之后获得的最终处理的液体污泥具有等于2或更大的对数降低值的量的病原体总量的降低。液体污泥在此被定义为具有1-4重量％的干固体含量。
优选地，通过本发明方法实现的等于2或更大的对数降低值的病原体含量的总降低在一定的时间周期内进行，该时间周期短于未使用含磷化合物所需的时间周期。例如，通过本发明方法实现的等于2或更大的对数降低值的病原体含量的总降低优选地在20-30小时周期，最优选在24小时周期内进行。
可选地，总病原体含量的对数降低值可基于污泥饼来测量，以使得在通过本发明方法进行处理之后获得的最终处理的污泥在被干燥形成污泥饼时具有等于2或更大的对数降低值的量的总病原体量降低。污泥饼在此被定义为具有20-30重量％的固体含量。
优选地，通过本发明方法实现的等于2或更大的对数降低值的病原体含量的总降低在一定的时间周期内进行，该时间周期短于未使用含磷化合物所需的时间周期。
本发明方法因而确保处理的污泥是以液体或饼的形式使用，必须的病原体量的降低被实现以使得能够按要求使用处理的污泥。
含磷化合物的添加速率和混合速率对于使该方法的收率最大化是重要的。为了使收率最大化，二者应当尽实际可能地短，并且接触时间应当尽可能大。
在涉及到通过净化用污泥的自然重力沉降的方法中，步骤(b)优选6-24小时。在其中处理的污泥任选地通过例如离心分离或压滤脱水以产生‘污泥饼’的方法中，步骤(b)优选在15秒至24小时内进行。在生产污泥饼时可以使用脱水助剂如聚二烯丙基-二甲基氯化铵，聚胺，阳离子化聚丙烯酰胺和阴离子聚丙烯酰胺。
污泥中存在的病原体合适地选自-细菌，特别是大肠埃希氏菌(Escherichia coli)，沙门菌属(Salmonella)，志贺氏菌属(Shigella)，霍乱弧菌(Vibreo cholerae)，蜡状芽孢杆菌(Bacilles cereus)，单核细胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)，肠弯曲杆菌属(Campylobacter)和鼠疫耶尔森菌(Yersinia pestis)；-病毒，特别是轮状病毒，嵌杯状病毒，F组腺病毒和星状病毒；-原生动物，特别是内阿米巴属(Entamoeba)，贾第属(Giardia)，结肠小袋纤毛虫(Balantidium coli)和隐孢子虫属(Cryptosporidium)；和-蠕虫和它们的卵，尤其是线虫类，例如人蛔虫(Ascarislumbricoide)(线虫)，毛首鞭形线虫(Trichuris trichiura)(鞭虫)，十二指肠钩虫(Ancylostoma duodenale)(钩虫)，粪类圆线虫(Strongyloides stercoralis)(线虫)；吸虫类，例如血吸虫属(Schistosoma)；以及绦虫类，例如，牛带绦虫(Taenia saginata)(牛肉绦虫)和Taenia solum(猪肉绦虫)。
本发明进一步提供已经根据上述方法处理的净化用污泥。该净化用污泥可以是液体污泥或者它可以是污泥饼。
具体实施例方式
本发明将通过下面的实施例进行描述。
在实施例中，用于处理净化用污泥的含磷化合物是可以从RhodiaConsuimer Specialties Limited获得的75％重量的硫酸四(羟甲基)。为了本专利说明的目的，该产品随后将被称作“盐”。
作为对比，净化用污泥利用常规消毒剂化合物二溴次氨基丙酰胺(DBNPA)处理。
在每个实施例中，所观察的细菌是大肠埃希氏菌。
实施例1-41.1方法用于评价杀生物剂性能的方法采用了定量悬浮液试验(QST)，使用无菌厌氧消化污泥作为QST介质，利用预先与污泥分离的大肠埃希氏菌培养物进行后培养。以此方式，一致的化学环境(无菌污泥)可结合限定的细菌激发使用。这使得能够提供试验之间的一致性。
1.2微生物评价通过在121℃下高压灭菌20分钟而由粗污泥样品制备无菌污泥。在QST中使用的大肠埃希氏菌株已经与粗污泥样品分离。
QST如下进行·将无菌污泥(19ml)置于无菌塑料材料制成的通用瓶中，所述瓶具有螺旋盖，标称容量30ml。
·向每个样品中添加0.5ml的大肠埃希氏菌的洗涤细胞悬浮液，该悬浮液由在胰蛋白
大豆肉汤中在44℃下培养的16小时培养物制备，该胰蛋白
大豆肉汤已进行离心处理(14500rpm，10分钟)并且再悬浮于无菌磷酸盐缓冲液(0.2M，pH7.2)中。0.5ml的接种物足以在20ml的QST介质中提供约108/ml的最终细胞浓度。
·在无菌磷酸盐缓冲液(0.2M，pH7.2)中制备所研究处理的化学品的新鲜滴定液，其浓度要使得当添加0.5ml到QST介质中时(最终体积为2Oml)，获得所需的杀生物剂的最终浓度。
·QST介质被充分混合，并且在22℃下保持该试验的持续时间。
·在该试验过程的时间段内，充分混合污泥并且在QST介质中提取样品(1.0ml)并将其接种到含有麦康凯肉汤(补充以硫代硫酸钠(5.0g/l))的系列稀释的第一个管中，以使该系列稀释中可能含有的任何残余杀生物剂失活。这个操作进行两次。
·通过在单独的麦康凯肉汤和在44℃下培养的管中16小时来实施剩余的系列稀释(1/10的步进)。终点被标记为在该系列中的最高稀释，其呈现从紫色到黄色的颜色变化，并且出现混浊。
选择麦康凯肉汤是因为这种介质含有溴甲酚紫pH指示剂，当介质变为酸性时，该指示剂从紫色变为黄色。当无法通过在最初澄清的介质中出现混浊来进行评价时，这是一种对微生物生长(有机酸生成)有用的间接指示剂。由于污泥含有悬浮的固体，因此在添加污泥时该系列稀释的前两个管会即刻出现混浊。这就排除了只采用混浊作为微生物生长的指示。
在该评价中使用的杀生物剂在下表中示出
实施例1-3在附图的
图1中示出了浓度范围是250-1000mg/l的盐的性能。在前6个小时的接触时间内，250和500mg/l的浓度给出了类似的结果，具有相当平的杀灭随时间变化的曲线，之后数目降低直至在48小时内全部杀灭。
比较而言，在1000mg/l下，由杀灭随时间变化的曲线所提供的响应则要快得多。在前6个小时的接触时间内杀灭随时间变化的曲线更加渐进，并且在2 4小时内实现全部杀灭。
作为对比，在图2所示的时间周期内，在未处理污泥中大肠埃希氏菌的量自然地缓慢下降。即使开始时为104cfu/gds的低大肠埃希氏菌量，仍需要6天实现全部杀灭。当开始时为108.5cfu/gds的更高量时，在8天后该量只降低到104cfu/gds。盐处理的益处(图1)因而被充分地显示出。
实施例4附图中的图3显示出了相比于DBNPA性能的盐的性能。对两种杀生物剂在500mg/l的相等有效成分浓度下进行研究。DBNPA显示出令人吃惊地差的抗微生物性能，在48小时后在数目上只达到2.5的对数降低值。
前面的实施例表明了本发明的以下特性(a)通过把在处理时使用的盐浓度从500mg/l提高到1000mg/l而带来了明显改善的性能。
(b)在所评价的所有处理中，均实现全部杀灭。
(c)与DBNPA的性能相比，盐的性能更好。
实施例5实施例5附图中图4示出了盐的性能，该盐用于处理未经过预处理步骤如厌氧消化的未处理粗废水。
在375mg/l和500mg/l的同等有效成分浓度下研究盐的性能。
在未处理的粗净化用污泥与浓度为500mg/l的盐接触略大于1分钟的时间之后以及在未处理的粗净化用污泥与浓度为375mg/l的盐接触略小于2分钟的时间之后，获得了大肠埃希氏菌数目的等于3的对数降低值。
权利要求
1.用于处理净化用污泥以降低所述污泥的病原体含量的方法，该方法包括的步骤在于(a)向污泥中添加有效量的含磷化合物；并且(b)保持该含磷化合物与污泥接触足以产生最终处理的污泥的时间，相比于在未处理污泥中存在的病原体量，在该最终处理的污泥中存在的病原体量的总降低对应于等于2或更大的对数降低值的量。
2.权利要求1的方法，其中含磷化合物被添加到未处理的净化用污泥中。
3.权利要求1的方法，其中含磷化合物被添加到经历过一次或多次用以降低所存在的病原体总量的处理的净化用污泥中。
4.权利要求3的方法，其中该用以降低所存在的病原体总量的处理是厌氧消化。
5.权利要求3或4的方法，其中含磷化合物以有效量被添加到经历过一次或多次用以降低所存在的病原体总量的处理的净化用污泥中，以进一步降低所存在的病原体量，以使得在预处理和利用含磷化合物处理之后的病原体含量相对于未处理污泥的总降低为等于2或更大的对数降低值的量。
6.权利要求3-5中任一项的方法，其中通过添加含磷化合物实现的病原体含量的总降低对应于小于2的对数降低值的量。
7.前述权利要求中任一项的方法，其中含磷化合物是有机磷化合物。
8.前述权利要求中任一项的方法，其中含磷化合物是化合物。
9.权利要求8的方法，其中化合物是四(羟基有机基)盐或式(I)化合物[R′R″(CH2OH)2P+]nXn-(I)其中n是X的化合价；R′和R″可以是相同或不同的，选自烷基，羟烷基，烯基或芳基，并且X是阴离子。
10.权利要求9的方法，其中R′和R″长度为1-20个碳原子。
11.权利要求9或10的方法，其中X选自氯根，硫酸根，磷酸根，乙酸根，草酸根和溴根。
12.权利要求7-11中任一项的方法，其中含磷化合物是化合物，并且选自硫酸四(羟甲基)，氯化四(羟甲基)，溴化四(羟甲基)，磷酸四(羟甲基)，乙酸四(羟甲基)或者草酸四(羟甲基)。
13.权利要求1-7中任一项的方法，其中含磷化合物是烷基取代的膦，如由式(II)所表示的(CH2OHR2)P(II)其中每个R基团可以是相同或者不同的，选自烷基，羟烷基，烯基或者芳基。
14.上述权利要求中任一项的方法，其中在本发明方法的步骤(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量最高达10000mg/l。
15.权利要求14的方法，其中在本发明方法的步骤(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量为100-2500mg/l。
16.权利要求15的方法，其中在本发明方法的步骤(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量为200-1000mg/l。
17.权利要求1-13中任一项的方法，其中添加到污泥中的含磷化合物的量相对于干固体重量来表示，并且添加的量最高达干固体重量的大约30％。
18.权利要求17的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固体重量的0.1-20％。
19.权利要求18的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固体重量的0.1-10％。
20.权利要求17的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固体重量的0.2-5％。
21.权利要求17的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固体重量的0.4-2％。
22.上述权利要求中任一项的方法，其中本发明方法的步骤(b)进行1秒至14天的持续时间。
23.权利要求22的方法，其中本发明方法的步骤(b)进行6-24小时的持续时间。
24.权利要求22的方法，其中本发明方法的步骤(b)可进行15秒-24小时的持续时间。
25.权利要求1-4和权利要求6-24中任一项的方法，其中污泥中存在的病原体选自细菌，病毒，原生动物和蠕虫。
26.权利要求25的方法，其中细菌选自大肠埃希氏菌，沙门菌属，志贺氏菌属，霍乱弧菌，蜡状芽孢杆菌，单核细胞增生李斯特菌，肠弯曲杆菌属和鼠疫耶尔森菌。
27.权利要求25的方法，其中病毒选自轮状病毒，嵌杯状病毒，F组腺病毒和星状病毒。
28.权利要求25的方法，其中原生动物选自内阿米巴属，贾第属，结肠小袋纤毛虫和隐孢子虫属。
29.权利要求25的方法，其中蠕虫选自人蛔虫(线虫)，毛首鞭形线虫(鞭虫)，十二指肠钩虫(钩虫)，粪类圆线虫(线虫)，血吸虫属，牛带绦虫(牛肉绦虫)和Taenia solum(猪肉绦虫)，以及它们的卵。
30.根据权利要求1-29中任一项的方法处理的净化用污泥。
31.权利要求30的净化用污泥，其中污泥是液体污泥。
32.权利要求30的净化用污泥，其中污泥被至少部分脱水以形成污泥饼。
33.实质上如借助实施例和附图而在本文描述的处理净化用污泥的方法。
34.实质上如借助实施例和附图而在本文描述的经处理的污泥。
全文摘要
本发明涉及一种用于处理净化用污泥以降低所述污泥的病原体含量的方法，该方法包括的步骤在于(a)向污泥中添加有效量的含磷化合物；并且(b)保持该含磷化合物与污泥接触足以产生最终处理的污泥的时间，以将污泥中存在的病原体量降低对应于等于2或更大的对数降低值的量。
文档编号C02F11/00GK101084164SQ200580043748
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月20日
发明者S·埃德蒙兹, P·D·吉尔伯特, R·E·塔尔博特 申请人:罗狄亚英国有限公司