申請日2014.09.02
公開(公告)日2015.09.30
IPC分類號A23K1/00
摘要
用于處理可由廢水裝置得到的廢物活化污泥的方法。本申請的方法是有用的，因為其提供了新的基本不含活的微生物體且包含高含量的可消化蛋白質(zhì)的廢物活化污泥制品。
權(quán)利要求書
1.由廢水制備固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品的方法，包括：
(a)在廢水流中生長微生物細胞以制備廢物活化污泥;
(b)將經(jīng)脫水的廢物活化污泥干燥到約80-90wt%固體的固含量;和
(c)在該脫水或該干燥之前、期間或之后對該廢物活化污泥殺菌以制 備商業(yè)無菌的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品;
其中該固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品的蛋白質(zhì)品質(zhì)與殺菌和干燥之前的廢物 活化污泥相比基本沒有變化。
2.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在步驟(b)之前將該廢物活化污泥脫水 到約9-28wt%固體的固含量。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中該固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品的固含量的總 蛋白質(zhì)含量為至少約40wt%。
4.權(quán)利要求3的方法，其中該固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品的固含量的總蛋白質(zhì) 含量為約60-65wt%。
5.權(quán)利要求3的方法，其中該固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品的固含量的總蛋白質(zhì) 含量為至少約80wt%。
6.權(quán)利要求1或2的方法，其中該步驟(c)的殺菌是通過電子束、γ輻射、 微波輻射、酶處理、加熱、超聲、壓降或其任意組合進行的。
7.權(quán)利要求1或2的方法，其中在步驟(c)殺菌之后，無單一可存活微生 物種類以超過約50cfu/g的量存在。
8.權(quán)利要求1或2的方法，其中在步驟(c)殺菌之后，無單一可存活微生 物種類以超過約10cfu/g的量存在。
9.權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(c)的殺菌是通過在約120℃-約 160℃的溫度加熱進行的。
10.權(quán)利要求9的方法，其中在步驟(c)的殺菌過程中的滯留時間小于約 20分鐘。
11.權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(c)的殺菌是通過電子束輻射進行 的。
12.權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(c)的殺菌是通過γ輻射進行的。
13.權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(c)的殺菌是通過微波輻射進行的。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述微波輻射的波長為約915MHz-約 2450MHz，且其中微波輻射的微波功率在約8kW-約80kW范圍內(nèi)。
15.權(quán)利要求13的方法，其中步驟(c)的殺菌是在步驟(b)的干燥之后進 行的。
16.權(quán)利要求1或2的方法，其中該步驟(c)的殺菌包括用蛋白酶和/或其 他酶進行的酶處理，由此破壞細胞膜或細胞壁的功能部分。
17.權(quán)利要求1或2的方法，其中該步驟(c)的殺菌包括將該廢物活化污 泥暴露于快速壓降。
18.權(quán)利要求1或2的方法，其中該步驟(c)的殺菌包括將該廢物活化污 泥暴露于超聲空化。
19.權(quán)利要求1或2的方法，其中該步驟(b)的干燥是在約80℃-約315℃ 的溫度進行的。
20.權(quán)利要求19的方法，其中該經(jīng)脫水的廢物活化污泥在該步驟(b)的 干燥過程中的滯留時間為約2分鐘-約20分鐘。
21.權(quán)利要求1或2的方法，其中該步驟(b)的干燥是在單程爐、雙程爐、 轉(zhuǎn)鼓式干燥機、環(huán)式干燥機、閃蒸干燥機、噴霧干燥機、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機或 過熱蒸汽干燥機中進行的。
22.權(quán)利要求21的方法，其中該步驟(b)的干燥是在轉(zhuǎn)鼓式干燥機或環(huán) 式干燥機中進行的。
23.權(quán)利要求1或2的方法，進一步包括(d)在該廢物活化污泥中添加凝 結(jié)劑。
24.權(quán)利要求23的方法，其中該凝結(jié)劑在所述殺菌之前添加。
25.權(quán)利要求24的方法，其中該凝結(jié)劑在所述殺菌之后添加。
26.權(quán)利要求24的方法，其中該凝結(jié)劑選自陰離子聚合物、非離子聚 合物、陽離子聚合物、基于聚丙烯酰胺的聚合物、人類食品級的聚合物、動 物飼料等級的聚合物及其組合。
27.權(quán)利要求1或2的方法，進一步包括在該廢物活化污泥中添加保藏 劑。
28.權(quán)利要求27的方法，其中該保藏劑選自酸、堿、保濕劑、殺細菌 劑、殺真菌劑及其組合。
29.權(quán)利要求1或2的方法，其中該固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品的水含量為 10%或更低，且該固含量的可消化蛋白質(zhì)含量為至少約40wt%。
30.權(quán)利要求29的方法，其中該固含量的可消化蛋白質(zhì)含量為至少約 50wt%。
31.權(quán)利要求29的方法，其中該固含量的可消化蛋白質(zhì)含量為至少約 60wt%。
32.權(quán)利要求29的方法，其中該固含量的可消化蛋白質(zhì)含量為至少約 70wt%。
33.權(quán)利要求29的方法，其中該固含量的可消化蛋白質(zhì)含量為至少約 80wt%。
34.權(quán)利要求29的方法，其中該固含量的可消化蛋白質(zhì)含量為至少約 90wt%。
35.權(quán)利要求1或2的方法，其中根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(the Food and Agriculture Organization of the United Nations)的“良好動物飼養(yǎng)操作規(guī)范 (CODE OF PRACTICE ON GOOD ANIMAL FEEDING)”(文件CAC/RCP 54-2004)中的定義，該蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品可歸類為飼料。
36.由權(quán)利要求1或2的方法制備的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品。
37.權(quán)利要求36的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品，其中水含量為10%或更低， 固含量的可消化蛋白質(zhì)含量為至少約40wt%。
38.權(quán)利要求37的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品，其中固含量的可消化蛋白質(zhì) 含量為至少50wt%。
39.權(quán)利要求37的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品，其中固含量的可消化蛋白質(zhì) 含量為至少60wt%。
40.權(quán)利要求37的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品，其中固含量的可消化蛋白質(zhì) 含量為至少70wt%。
41.權(quán)利要求37的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品，其中固含量的可消化蛋白質(zhì) 含量為至少80wt%。
42.權(quán)利要求37的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品，其中固含量的可消化蛋白質(zhì) 含量為至少90wt%。
43.權(quán)利要求37的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品，根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(the Food and Agriculture Organization of the United Nations)的“良好動物飼養(yǎng)操作規(guī)范 (CODE OF PRACTICE ON GOOD ANIMAL FEEDING)”(文件CAC/RCP 54-2004)中的定義，可歸類為飼料。
44.農(nóng)業(yè)肥料，包括權(quán)利要求36的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品。
45.權(quán)利要求1的方法，其中在該步驟(b)的干燥過程中將廢物活化污泥 脫水到約9-28wt%的固含量，且在該脫水和干燥之后進行該步驟(c)的殺菌。
說明書
處理廢物活化污泥的方法
相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2013年12月16日申請的名稱為“處理廢物活化污泥的方法 (METHODS OF PROCESSING WASTE ACTIVATED SLUDGE)”的美國臨時 申請?zhí)?1/916,365的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用全部并入本申請用于所有 目的。
技術(shù)領(lǐng)域
在多種實施方案中，本申請?zhí)峁┑膬?nèi)容尤其涉及用于處理可由廢水流得 到的或由廢水流得到的廢物活化污泥的新方法、由該方法制備的產(chǎn)品(例如 固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品)和該產(chǎn)品的制備方法。這些方法是可用的，因為其增 強了水的治理(water remediation)并提供了可以用于制備各種產(chǎn)品(例如包括 動物飼料、人類食品和/或肥料)的原料。
背景技術(shù)
很多工業(yè)制品的制造商都涉及對水的使用，導(dǎo)致廢水流作為制造方法副 產(chǎn)物的產(chǎn)生。在對廢水流處置之前，環(huán)境規(guī)章制度通常規(guī)定要從廢水流中除 去有機污染物。去除污染物的對策包括需氧生物水處理，例如通過培養(yǎng)微生 物體以轉(zhuǎn)化廢水流中存在的污染物并生成二氧化碳、水和微生物細胞物質(zhì) (microbial cell mass)。
典型的需氧生物廢水處理方法包括在包括廢水和懸浮在廢水中生長的 微生物細胞的曝氣反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)微生物細胞。通常，將廢水連續(xù)輸送到該曝 氣反應(yīng)器中。細胞懸浮液(本領(lǐng)域中稱作“混合液”)溢流到固液分離器(例如澄 清器或基于膜的系統(tǒng))中，產(chǎn)生清澈的流出液和微生物物質(zhì)。該微生物物質(zhì) 可以返回該需氧反應(yīng)器(稱作回流活化污泥或“RAS”)，或者其可以從系統(tǒng)中 除去并廢棄;該固體廢物在本領(lǐng)域中也稱作“廢物活化污泥”或“WAS”。流出 液排放到當?shù)厮馈⒆⑷氲叵禄蛞匀我馄渌m合的方式排放，微生物物質(zhì)通 常部分返回曝氣反應(yīng)器，部分作為固體廢物丟棄。
現(xiàn)有技術(shù)的廢水處理方法顯現(xiàn)出顯著的缺陷。廢物活化污泥組分必須進 行處置，且處置成本在廢水裝置的操作中表現(xiàn)為顯著的成本組成。因此，在 大多數(shù)情況中，水處理裝置以使得在處理廢水中為達到使該廢水和/或廢物活 化污泥滿足可接收的最低處置需求的目的發(fā)生最小成本的方式建造和操作。 廢水處理操作的常規(guī)目標是使廢固體的生產(chǎn)量最小化。最通常地，這是通過 將微生物細胞保持在該系統(tǒng)中較長的時間而實現(xiàn)的，在其中微生物細胞將會 死亡、溶解并通過微生物途徑和氧化被轉(zhuǎn)化為二氧化碳。
現(xiàn)有技術(shù)中已知廢物活化污泥可以用作制備有價值的產(chǎn)品(例如動物飼 料產(chǎn)品)的原料(參見美國專利7,931,806，后文稱作“806專利”)。在另一方法 中，在從廢水處理方法中去除后隨后將廢物活化污泥脫水并干燥以制備肥料 (這種代表性的實例是Milwaukee,WI sewerage district(污水區(qū))制造和銷售的 肥料)。最通常地，這種成為肥料產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化是通過1)在高溫(通 常高達300℃)或者2)通過將其暴露于高劑量的微波而干燥在廢水處理系統(tǒng) 內(nèi)保持較長時間的廢物活化污泥而實現(xiàn)的，在其中微生物細胞將會死亡、溶 解并通過微生物途徑和氧化被轉(zhuǎn)化為二氧化碳。由此微生物細胞的可能有益 的組分(例如蛋白質(zhì)、維生素和輔酶)都受到該細胞制備方法、加熱或過高量 的輻射的損害和/或破壞。這些方法顯著提高了廢水處理的成本。然而，處理 步驟通常不是在典型的設(shè)計用以將廢水嚴格處理到排放標準的廢水處理裝 置中進行的。
意圖嚴格用于處置目的的廢水裝置的操作并不包括也將不包括上述步 驟的實施(即用于制備動物飼料產(chǎn)品或肥料)。事實上，上述’806專利包括將 廢物活化污泥脫水，然后通過使用55℃-105℃的溫度進行熱處理少于1天而 干燥�！�806專利中提供的方法使用在所述溫度范圍內(nèi)較高的溫度(即105℃) 以實現(xiàn)存活的微生物細胞含量的降低以及水含量的降低;然而，依照’806專 利中描述的方法，將充分脫水的廢物活化污泥暴露于此范圍內(nèi)較高的溫度 (例如約105℃)能夠?qū)е聫U物活化污泥中蛋白質(zhì)的可消化度的實質(zhì)降低，這 又能夠影響干燥產(chǎn)物的品質(zhì)。特別地，蛋白質(zhì)消化度能夠受到影響，且這能 夠限制經(jīng)干燥的廢物活化污泥作為用于制備高品質(zhì)動物飼料產(chǎn)品的原料的 適用性。另一方面，在’806專利中提供的所述溫度范圍內(nèi)的較低溫度(例如 約55℃)時，該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可能受到較少的損害，然而干燥將需要更長得多 的時間，且重要的是，還能夠?qū)е赂稍锂a(chǎn)物將包含較大量的存活細菌含量。 后者提供了將難以保藏和/或可能不滿足用于例如飼料產(chǎn)品制備的原料所需 的安全標準的干燥廢物活化污泥產(chǎn)品。此外，在約55℃干燥大量廢物活化污 泥所需的設(shè)備能夠非常大和/或成本高得驚人。
本發(fā)明的方法提供了與用于在廢水處理操作中制備微生物物質(zhì)的已知 方法相比具有改進性質(zhì)(例如提高的微生物蛋白質(zhì)品質(zhì)、降低的存活細菌含 量、提高的儲存穩(wěn)定性和/或提高的方法經(jīng)濟性)的產(chǎn)品。特別地，本發(fā)明的 方法提供了具有在廢物活化污泥中具有降低的存活細菌含量的產(chǎn)品，同時還 提供了包括高品質(zhì)蛋白質(zhì)的材料。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明提供的一些實施方案中，描述了由廢水制備固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn) 品的方法，其包括(a)在廢水流中生長微生物細胞以制備廢物活化污泥和(b) 將廢物活化污泥脫水到約9-28wt%固體的固含量。本發(fā)明還包括(c)將該經(jīng)脫 水的廢物活化污泥干燥到約80-90wt%固體的固含量和(d)在該脫水或干燥之 前、期間或之后對該廢物活化污泥殺菌以制備商業(yè)無菌的固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn) 品，由此該固體蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)品的蛋白質(zhì)品質(zhì)與殺菌和干燥之前的廢物活化 污泥相比基本沒有變化。在一些實施方案中，通過本申請描述制備了固體蛋 白質(zhì)飼料產(chǎn)品。在一些實施方案中，根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(the Food and Agriculture Organization of the United Nations)的“良好動物飼養(yǎng)操作規(guī)范 (CODE OF PRACTICE ON GOOD ANIMAL FEEDING)中的定義，該蛋白質(zhì) 飼料產(chǎn)品可歸類為飼料。
