專利名稱：凈化用污泥的處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于處理凈化用污泥(boues d’épuration)的方法以及通過所述方法處理的污泥。
背景技術：
粗廢水的處理通常需要過濾或沉降步驟(其中大的固體和砂礫被除去)，之后是對水相進行需氧細菌作用以除去可生物降解物質的步驟。這后一個步驟涉及到“活性污泥”，其基本上是濃縮的細菌物質。在將水相排放到水道如江河中之前應當除去可生物降解物質，否則這些物質在江河中的細菌降解會消耗溶解的氧，從而導致魚類死亡、臭味和環(huán)境的全面劣化。在可生物降解物質的降解過程中發(fā)生細菌的生長和繁殖，這導致應被除去的細菌污泥的累積。
在需要時，過量污泥可以在厭氧條件下進行“消化”，其中，基本上，細菌在新條件下再平衡，以產生甲烷并減少生物量，但最終仍留有應被除去的過量污泥的不可減少的量。有許多種除去方法，例如控制排放和拋棄在海洋中，這兩種方法由于污染的原因都是不利的?？蛇x地，過量污泥可被焚化(費用高)或者鋪散到農用土地上，在后一種情況下，污泥可被用作肥料/土壤調節(jié)劑，這是有利的。
遺憾地是，這些污泥可能包含了有效濃度的病原體，如果是這樣的話，污泥需要進行消毒，以便在消毒的污泥被鋪散到土地上之前將可能存在的任何致病生物降低到可接受的環(huán)境和衛(wèi)生水平。用于量化致病風險的指標生物是大腸埃希氏菌。為了滿足英國的法定規(guī)定，對于常規(guī)的處理的污泥來說，大腸埃希氏菌在污泥中的水平必須減少99％(即對數降低值(baisse logarithmique)為2)并且在處理的凈化用污泥中大腸埃希氏菌的最大可接受水平是105/克干污泥(gds)。對于在英國改進處理的污泥來說，應當不存在沙門菌屬并且大腸埃希氏菌的量必須減少至少99.9999％(即對數降低值為6)。在改進處理的凈化用污泥中大腸埃希氏菌最大可接受量是103/克干污泥。未來在歐洲和USA預期會采用類似的法定要求。
為了實現細菌減少，可以采用不同的方式，尤其是用石灰處理(臟的，需要大量的資金投入并且?guī)韲乐氐奶幚韱栴})、熱處理(非常昂貴)或者簡單地將污泥儲存，直到細菌水平下降到所需的限度。對于后一種情況來說，在大多數廢水凈化站所涉及的非常大量的污泥由于不足的儲存容量通常不能儲存必需的時間。出于空間考慮，設置足夠的容量是不切實際的，或者涉及到大的資金消耗。
理論上，降低污泥細菌含量的另一種方法是應用消毒劑。但是已發(fā)現，迄今為止已評價的消毒劑采用了相對長的周期來把細菌含量降低至可接受的水平，因而產生超出大多數廢水凈化站資源的儲存要求。消毒劑的使用也是昂貴的。

發(fā)明內容
已經發(fā)現，單獨地或者與其它處理結合，對凈化用污泥使用含磷化合物(尤其是鹽)可以使得相對于粗的未處理污泥來說處理的污泥的病原體含量的總降低等于至少為2的對數降低值。
相應地，本發(fā)明提供一種用于處理凈化用污泥以降低所述污泥的病原體含量的方法，該方法包括的步驟在于(a)向污泥中添加有效量的含磷化合物；并且(b)保持該含磷化合物與污泥接觸足以產生最終處理的污泥的時間，相比于在未處理污泥中存在的病原體量，在該最終處理的污泥中存在的病原體量的總降低對應于等于2或更大的對數(log)降低值的量。
在一種實施方式中，含磷化合物可被添加到未處理的(粗)凈化用污泥中。含磷化合物優(yōu)選以足夠的量添加，以將未處理的凈化用污泥中的病原體總量降低等于2或更大的對數降低值的量。
在第二實施方式中，含磷化合物可被添加到經歷過一次或多次用以降低所存在的病原體總量的處理的凈化用污泥(這種污泥在下文中被稱作“預處理污泥”)中。用于得到預處理污泥的優(yōu)選處理是厭氧消化。
含磷化合物優(yōu)選以有效量添加到預處理污泥中，以用于減少在預處理污泥中存在的病原體量，以使得在預處理和利用含磷化合物處理之后的病原體含量相對于未處理污泥的總降低等于2或更大的對數降低值的量。
在另一實施方式中，含磷化合物與預處理污泥保持接觸足夠的時間，以使得相對于未處理污泥的病原體含量總降低等于2或更大的對數降低值的量；并且通過添加含磷化合物實現的病原體含量的總降低等于2或更大的對數降低值的量。
相應地，例如，未處理的凈化用污泥可以在步驟(a)之前經過了厭氧消化處理。該厭氧消化步驟例如可以使病原體含量降低等于1.0-1.8，優(yōu)選1.5的對數降低值的量。在通過厭氧消化步驟處理之后的未處理污泥應當被稱作預處理污泥。含磷化合物隨后可被添加到該預處理污泥中以進一步降低病原體含量。含磷化合物可以使病原體含量進一步降低等于0.2-1.0或更大，優(yōu)選0.5或更大的對數降低值的量，分別相比于未處理污泥的病原體含量。這種方法可以使污泥的病原體含量相比于未處理污泥的病原體含量的總降低等于2或更大的對數降低值的量，以得到最終處理的污泥。
優(yōu)選地，相比于未處理污泥的病原體含量，在通過本發(fā)明方法處理之后，本發(fā)明的方法提供等于在最終處理的污泥中存在的病原體含量的2-6的對數降低值的量的病原體含量的降低。
優(yōu)選地，含磷化合物與污泥保持接觸足夠的時間，以使得相比于未處理粗污泥來說將污泥中存在的病原體總含量降低3或更大的，優(yōu)選4或更大的對數降低值。
優(yōu)選地，含磷化合物是有機磷化合物。
優(yōu)選地，含磷化合物是化合物，尤其是四(羥基有機基)鹽或式(I)化合物[R′R″(CH2OH)2P+]nXn-(I)
其中n是X的化合價；R′和R″可以是相同或不同的，選自烷基，羥烷基，烯基或芳基，并且X是陰離子。
R′和R″優(yōu)選長度為1-20個碳原子。
X優(yōu)選選自氯根，硫酸根，磷酸根，乙酸根，草酸根和溴根。
特別地，化合物是硫酸四(羥甲基)鹽。
可選地，化合物例如可以是氯化四(羥甲基)，溴化四(羥甲基)，磷酸四(羥甲基)，乙酸四(羥甲基)或者草酸四(羥甲基)。
可選地，該含磷化合物可以是烷基取代的膦，例如三(羥甲基)膦，如由式(II)所表示的(CH2OHR2)P(II)其中每個R基團可以是相同或者不同的，選自烷基，羥烷基，烯基或者芳基。
在本發(fā)明方法的步驟(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量有利地為最高達10000mg/l，優(yōu)選100-2500mg/l，特別是200-1000mg/l。
可選地，添加到污泥中的含磷化合物的量可相對于干固體重量來表示。有利地，所添加的量可最高達干固體重量的大約30％。優(yōu)選地，添加的含磷化合物的量可以是干固體重量的0.1-20％，例如0.1-10％，如0.2-5％，或0.4-2％。
本發(fā)明方法的步驟(b)可以進行1秒至14天的持續(xù)時間。例如6-2 4小時，1-6小時，1-60分鐘，1-60秒或者1-15秒。
病原體總含量的對數降低值可基于液體污泥來測量，以使得在通過本發(fā)明方法進行處理之后獲得的最終處理的液體污泥具有等于2或更大的對數降低值的量的病原體總量的降低。液體污泥在此被定義為具有1-4重量％的干固體含量。
優(yōu)選地，通過本發(fā)明方法實現的等于2或更大的對數降低值的病原體含量的總降低在一定的時間周期內進行，該時間周期短于未使用含磷化合物所需的時間周期。例如，通過本發(fā)明方法實現的等于2或更大的對數降低值的病原體含量的總降低優(yōu)選地在20-30小時周期，最優(yōu)選在24小時周期內進行。
可選地，總病原體含量的對數降低值可基于污泥餅來測量，以使得在通過本發(fā)明方法進行處理之后獲得的最終處理的污泥在被干燥形成污泥餅時具有等于2或更大的對數降低值的量的總病原體量降低。污泥餅在此被定義為具有20-30重量％的固體含量。
優(yōu)選地，通過本發(fā)明方法實現的等于2或更大的對數降低值的病原體含量的總降低在一定的時間周期內進行，該時間周期短于未使用含磷化合物所需的時間周期。
本發(fā)明方法因而確保處理的污泥是以液體或餅的形式使用，必須的病原體量的降低被實現以使得能夠按要求使用處理的污泥。
含磷化合物的添加速率和混合速率對于使該方法的收率最大化是重要的。為了使收率最大化，二者應當盡實際可能地短，并且接觸時間應當盡可能大。
在涉及到通過凈化用污泥的自然重力沉降的方法中，步驟(b)優(yōu)選6-24小時。在其中處理的污泥任選地通過例如離心分離或壓濾脫水以產生‘污泥餅’的方法中，步驟(b)優(yōu)選在15秒至24小時內進行。在生產污泥餅時可以使用脫水助劑如聚二烯丙基-二甲基氯化銨，聚胺，陽離子化聚丙烯酰胺和陰離子聚丙烯酰胺。
污泥中存在的病原體合適地選自-細菌，特別是大腸埃希氏菌(Escherichia coli)，沙門菌屬(Salmonella)，志賀氏菌屬(Shigella)，霍亂弧菌(Vibreo cholerae)，蠟狀芽孢桿菌(Bacilles cereus)，單核細胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)，腸彎曲桿菌屬(Campylobacter)和鼠疫耶爾森菌(Yersinia pestis)；-病毒，特別是輪狀病毒，嵌杯狀病毒，F組腺病毒和星狀病毒；-原生動物，特別是內阿米巴屬(Entamoeba)，賈第屬(Giardia)，結腸小袋纖毛蟲(Balantidium coli)和隱孢子蟲屬(Cryptosporidium)；和-蠕蟲和它們的卵，尤其是線蟲類，例如人蛔蟲(Ascarislumbricoide)(線蟲)，毛首鞭形線蟲(Trichuris trichiura)(鞭蟲)，十二指腸鉤蟲(Ancylostoma duodenale)(鉤蟲)，糞類圓線蟲(Strongyloides stercoralis)(線蟲)；吸蟲類，例如血吸蟲屬(Schistosoma)；以及絳蟲類，例如，牛帶絳蟲(Taenia saginata)(牛肉絳蟲)和Taenia solum(豬肉絳蟲)。
本發(fā)明進一步提供已經根據上述方法處理的凈化用污泥。該凈化用污泥可以是液體污泥或者它可以是污泥餅。
具體實施例方式
本發(fā)明將通過下面的實施例進行描述。
在實施例中，用于處理凈化用污泥的含磷化合物是可以從RhodiaConsuimer Specialties Limited獲得的75％重量的硫酸四(羥甲基)。為了本專利說明的目的，該產品隨后將被稱作“鹽”。
作為對比，凈化用污泥利用常規(guī)消毒劑化合物二溴次氨基丙酰胺(DBNPA)處理。
在每個實施例中，所觀察的細菌是大腸埃希氏菌。
實施例1-41.1方法用于評價殺生物劑性能的方法采用了定量懸浮液試驗(QST)，使用無菌厭氧消化污泥作為QST介質，利用預先與污泥分離的大腸埃希氏菌培養(yǎng)物進行后培養(yǎng)。以此方式，一致的化學環(huán)境(無菌污泥)可結合限定的細菌激發(fā)使用。這使得能夠提供試驗之間的一致性。
1.2微生物評價通過在121℃下高壓滅菌20分鐘而由粗污泥樣品制備無菌污泥。在QST中使用的大腸埃希氏菌株已經與粗污泥樣品分離。
QST如下進行·將無菌污泥(19ml)置于無菌塑料材料制成的通用瓶中，所述瓶具有螺旋蓋，標稱容量30ml。
·向每個樣品中添加0.5ml的大腸埃希氏菌的洗滌細胞懸浮液，該懸浮液由在胰蛋白

大豆肉湯中在44℃下培養(yǎng)的16小時培養(yǎng)物制備，該胰蛋白

大豆肉湯已進行離心處理(14500rpm，10分鐘)并且再懸浮于無菌磷酸鹽緩沖液(0.2M，pH7.2)中。0.5ml的接種物足以在20ml的QST介質中提供約108/ml的最終細胞濃度。
·在無菌磷酸鹽緩沖液(0.2M，pH7.2)中制備所研究處理的化學品的新鮮滴定液，其濃度要使得當添加0.5ml到QST介質中時(最終體積為2Oml)，獲得所需的殺生物劑的最終濃度。
·QST介質被充分混合，并且在22℃下保持該試驗的持續(xù)時間。
·在該試驗過程的時間段內，充分混合污泥并且在QST介質中提取樣品(1.0ml)并將其接種到含有麥康凱肉湯(補充以硫代硫酸鈉(5.0g/l))的系列稀釋的第一個管中，以使該系列稀釋中可能含有的任何殘余殺生物劑失活。這個操作進行兩次。
·通過在單獨的麥康凱肉湯和在44℃下培養(yǎng)的管中16小時來實施剩余的系列稀釋(1/10的步進)。終點被標記為在該系列中的最高稀釋，其呈現從紫色到黃色的顏色變化，并且出現混濁。
選擇麥康凱肉湯是因為這種介質含有溴甲酚紫pH指示劑，當介質變?yōu)樗嵝詴r，該指示劑從紫色變?yōu)辄S色。當無法通過在最初澄清的介質中出現混濁來進行評價時，這是一種對微生物生長(有機酸生成)有用的間接指示劑。由于污泥含有懸浮的固體，因此在添加污泥時該系列稀釋的前兩個管會即刻出現混濁。這就排除了只采用混濁作為微生物生長的指示。
在該評價中使用的殺生物劑在下表中示出

實施例1-3在附圖的

圖1中示出了濃度范圍是250-1000mg/l的鹽的性能。在前6個小時的接觸時間內，250和500mg/l的濃度給出了類似的結果，具有相當平的殺滅隨時間變化的曲線，之后數目降低直至在48小時內全部殺滅。
比較而言，在1000mg/l下，由殺滅隨時間變化的曲線所提供的響應則要快得多。在前6個小時的接觸時間內殺滅隨時間變化的曲線更加漸進，并且在2 4小時內實現全部殺滅。
作為對比，在圖2所示的時間周期內，在未處理污泥中大腸埃希氏菌的量自然地緩慢下降。即使開始時為104cfu/gds的低大腸埃希氏菌量，仍需要6天實現全部殺滅。當開始時為108.5cfu/gds的更高量時，在8天后該量只降低到104cfu/gds。鹽處理的益處(圖1)因而被充分地顯示出。
實施例4附圖中的圖3顯示出了相比于DBNPA性能的鹽的性能。對兩種殺生物劑在500mg/l的相等有效成分濃度下進行研究。DBNPA顯示出令人吃驚地差的抗微生物性能，在48小時后在數目上只達到2.5的對數降低值。
前面的實施例表明了本發(fā)明的以下特性(a)通過把在處理時使用的鹽濃度從500mg/l提高到1000mg/l而帶來了明顯改善的性能。
(b)在所評價的所有處理中，均實現全部殺滅。
(c)與DBNPA的性能相比，鹽的性能更好。
實施例5實施例5附圖中圖4示出了鹽的性能，該鹽用于處理未經過預處理步驟如厭氧消化的未處理粗廢水。
在375mg/l和500mg/l的同等有效成分濃度下研究鹽的性能。
在未處理的粗凈化用污泥與濃度為500mg/l的鹽接觸略大于1分鐘的時間之后以及在未處理的粗凈化用污泥與濃度為375mg/l的鹽接觸略小于2分鐘的時間之后，獲得了大腸埃希氏菌數目的等于3的對數降低值。
權利要求
1.用于處理凈化用污泥以降低所述污泥的病原體含量的方法，該方法包括的步驟在于(a)向污泥中添加有效量的含磷化合物；并且(b)保持該含磷化合物與污泥接觸足以產生最終處理的污泥的時間，相比于在未處理污泥中存在的病原體量，在該最終處理的污泥中存在的病原體量的總降低對應于等于2或更大的對數降低值的量。
2.權利要求1的方法，其中含磷化合物被添加到未處理的凈化用污泥中。
3.權利要求1的方法，其中含磷化合物被添加到經歷過一次或多次用以降低所存在的病原體總量的處理的凈化用污泥中。
4.權利要求3的方法，其中該用以降低所存在的病原體總量的處理是厭氧消化。
5.權利要求3或4的方法，其中含磷化合物以有效量被添加到經歷過一次或多次用以降低所存在的病原體總量的處理的凈化用污泥中，以進一步降低所存在的病原體量，以使得在預處理和利用含磷化合物處理之后的病原體含量相對于未處理污泥的總降低為等于2或更大的對數降低值的量。
6.權利要求3-5中任一項的方法，其中通過添加含磷化合物實現的病原體含量的總降低對應于小于2的對數降低值的量。
7.前述權利要求中任一項的方法，其中含磷化合物是有機磷化合物。
8.前述權利要求中任一項的方法，其中含磷化合物是化合物。
9.權利要求8的方法，其中化合物是四(羥基有機基)鹽或式(I)化合物[R′R″(CH2OH)2P+]nXn-(I)其中n是X的化合價；R′和R″可以是相同或不同的，選自烷基，羥烷基，烯基或芳基，并且X是陰離子。
10.權利要求9的方法，其中R′和R″長度為1-20個碳原子。
11.權利要求9或10的方法，其中X選自氯根，硫酸根，磷酸根，乙酸根，草酸根和溴根。
12.權利要求7-11中任一項的方法，其中含磷化合物是化合物，并且選自硫酸四(羥甲基)，氯化四(羥甲基)，溴化四(羥甲基)，磷酸四(羥甲基)，乙酸四(羥甲基)或者草酸四(羥甲基)。
13.權利要求1-7中任一項的方法，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)其中每個R基團可以是相同或者不同的，選自烷基，羥烷基，烯基或者芳基。
14.上述權利要求中任一項的方法，其中在本發(fā)明方法的步驟(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量最高達10000mg/l。
15.權利要求14的方法，其中在本發(fā)明方法的步驟(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量為100-2500mg/l。
16.權利要求15的方法，其中在本發(fā)明方法的步驟(a)中添加到污泥中的含磷化合物的量為200-1000mg/l。
17.權利要求1-13中任一項的方法，其中添加到污泥中的含磷化合物的量相對于干固體重量來表示，并且添加的量最高達干固體重量的大約30％。
18.權利要求17的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固體重量的0.1-20％。
19.權利要求18的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固體重量的0.1-10％。
20.權利要求17的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固體重量的0.2-5％。
21.權利要求17的方法，其中添加的含磷化合物的量是干固體重量的0.4-2％。
22.上述權利要求中任一項的方法，其中本發(fā)明方法的步驟(b)進行1秒至14天的持續(xù)時間。
23.權利要求22的方法，其中本發(fā)明方法的步驟(b)進行6-24小時的持續(xù)時間。
24.權利要求22的方法，其中本發(fā)明方法的步驟(b)可進行15秒-24小時的持續(xù)時間。
25.權利要求1-4和權利要求6-24中任一項的方法，其中污泥中存在的病原體選自細菌，病毒，原生動物和蠕蟲。
26.權利要求25的方法，其中細菌選自大腸埃希氏菌，沙門菌屬，志賀氏菌屬，霍亂弧菌，蠟狀芽孢桿菌，單核細胞增生李斯特菌，腸彎曲桿菌屬和鼠疫耶爾森菌。
27.權利要求25的方法，其中病毒選自輪狀病毒，嵌杯狀病毒，F組腺病毒和星狀病毒。
28.權利要求25的方法，其中原生動物選自內阿米巴屬，賈第屬，結腸小袋纖毛蟲和隱孢子蟲屬。
29.權利要求25的方法，其中蠕蟲選自人蛔蟲(線蟲)，毛首鞭形線蟲(鞭蟲)，十二指腸鉤蟲(鉤蟲)，糞類圓線蟲(線蟲)，血吸蟲屬，牛帶絳蟲(牛肉絳蟲)和Taenia solum(豬肉絳蟲)，以及它們的卵。
30.根據權利要求1-29中任一項的方法處理的凈化用污泥。
31.權利要求30的凈化用污泥，其中污泥是液體污泥。
32.權利要求30的凈化用污泥，其中污泥被至少部分脫水以形成污泥餅。
33.實質上如借助實施例和附圖而在本文描述的處理凈化用污泥的方法。
34.實質上如借助實施例和附圖而在本文描述的經處理的污泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理凈化用污泥以降低所述污泥的病原體含量的方法，該方法包括的步驟在于(a)向污泥中添加有效量的含磷化合物；并且(b)保持該含磷化合物與污泥接觸足以產生最終處理的污泥的時間，以將污泥中存在的病原體量降低對應于等于2或更大的對數降低值的量。
文檔編號C02F11/00GK101084164SQ200580043748
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權日2004年12月20日
發(fā)明者S·埃德蒙茲, P·D·吉爾伯特, R·E·塔爾博特 申請人:羅狄亞英國有限公司