申请日2014.09.02
公开(公告)日2015.09.30
IPC分类号A23K1/00
摘要
用于处理可由废水装置得到的废物活化污泥的方法。本申请的方法是有用的，因为其提供了新的基本不含活的微生物体且包含高含量的可消化蛋白质的废物活化污泥制品。
权利要求书
1.由废水制备固体蛋白质饲料产品的方法，包括：
(a)在废水流中生长微生物细胞以制备废物活化污泥;
(b)将经脱水的废物活化污泥干燥到约80-90wt%固体的固含量;和
(c)在该脱水或该干燥之前、期间或之后对该废物活化污泥杀菌以制 备商业无菌的固体蛋白质饲料产品;
其中该固体蛋白质饲料产品的蛋白质品质与杀菌和干燥之前的废物 活化污泥相比基本没有变化。
2.权利要求1的方法，进一步包括在步骤(b)之前将该废物活化污泥脱水 到约9-28wt%固体的固含量。
3.权利要求1或2的方法，其中该固体蛋白质饲料产品的固含量的总 蛋白质含量为至少约40wt%。
4.权利要求3的方法，其中该固体蛋白质饲料产品的固含量的总蛋白质 含量为约60-65wt%。
5.权利要求3的方法，其中该固体蛋白质饲料产品的固含量的总蛋白质 含量为至少约80wt%。
6.权利要求1或2的方法，其中该步骤(c)的杀菌是通过电子束、γ辐射、 微波辐射、酶处理、加热、超声、压降或其任意组合进行的。
7.权利要求1或2的方法，其中在步骤(c)杀菌之后，无单一可存活微生 物种类以超过约50cfu/g的量存在。
8.权利要求1或2的方法，其中在步骤(c)杀菌之后，无单一可存活微生 物种类以超过约10cfu/g的量存在。
9.权利要求1或2的方法，其中步骤(c)的杀菌是通过在约120℃-约 160℃的温度加热进行的。
10.权利要求9的方法，其中在步骤(c)的杀菌过程中的滞留时间小于约 20分钟。
11.权利要求1或2的方法，其中步骤(c)的杀菌是通过电子束辐射进行 的。
12.权利要求1或2的方法，其中步骤(c)的杀菌是通过γ辐射进行的。
13.权利要求1或2的方法，其中步骤(c)的杀菌是通过微波辐射进行的。
14.权利要求13的方法，其中所述微波辐射的波长为约915MHz-约 2450MHz，且其中微波辐射的微波功率在约8kW-约80kW范围内。
15.权利要求13的方法，其中步骤(c)的杀菌是在步骤(b)的干燥之后进 行的。
16.权利要求1或2的方法，其中该步骤(c)的杀菌包括用蛋白酶和/或其 他酶进行的酶处理，由此破坏细胞膜或细胞壁的功能部分。
17.权利要求1或2的方法，其中该步骤(c)的杀菌包括将该废物活化污 泥暴露于快速压降。
18.权利要求1或2的方法，其中该步骤(c)的杀菌包括将该废物活化污 泥暴露于超声空化。
19.权利要求1或2的方法，其中该步骤(b)的干燥是在约80℃-约315℃ 的温度进行的。
20.权利要求19的方法，其中该经脱水的废物活化污泥在该步骤(b)的 干燥过程中的滞留时间为约2分钟-约20分钟。
21.权利要求1或2的方法，其中该步骤(b)的干燥是在单程炉、双程炉、 转鼓式干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、喷雾干燥机、旋转闪蒸干燥机或 过热蒸汽干燥机中进行的。
22.权利要求21的方法，其中该步骤(b)的干燥是在转鼓式干燥机或环 式干燥机中进行的。
23.权利要求1或2的方法，进一步包括(d)在该废物活化污泥中添加凝 结剂。
24.权利要求23的方法，其中该凝结剂在所述杀菌之前添加。
25.权利要求24的方法，其中该凝结剂在所述杀菌之后添加。
26.权利要求24的方法，其中该凝结剂选自阴离子聚合物、非离子聚 合物、阳离子聚合物、基于聚丙烯酰胺的聚合物、人类食品级的聚合物、动 物饲料等级的聚合物及其组合。
27.权利要求1或2的方法，进一步包括在该废物活化污泥中添加保藏 剂。
28.权利要求27的方法，其中该保藏剂选自酸、碱、保湿剂、杀细菌 剂、杀真菌剂及其组合。
29.权利要求1或2的方法，其中该固体蛋白质饲料产品的水含量为 10%或更低，且该固含量的可消化蛋白质含量为至少约40wt%。
30.权利要求29的方法，其中该固含量的可消化蛋白质含量为至少约 50wt%。
31.权利要求29的方法，其中该固含量的可消化蛋白质含量为至少约 60wt%。
32.权利要求29的方法，其中该固含量的可消化蛋白质含量为至少约 70wt%。
33.权利要求29的方法，其中该固含量的可消化蛋白质含量为至少约 80wt%。
34.权利要求29的方法，其中该固含量的可消化蛋白质含量为至少约 90wt%。
35.权利要求1或2的方法，其中根据联合国粮农组织(the Food and Agriculture Organization of the United Nations)的“良好动物饲养操作规范 (CODE OF PRACTICE ON GOOD ANIMAL FEEDING)”(文件CAC/RCP 54-2004)中的定义，该蛋白质饲料产品可归类为饲料。
36.由权利要求1或2的方法制备的固体蛋白质饲料产品。
37.权利要求36的固体蛋白质饲料产品，其中水含量为10%或更低， 固含量的可消化蛋白质含量为至少约40wt%。
38.权利要求37的固体蛋白质饲料产品，其中固含量的可消化蛋白质 含量为至少50wt%。
39.权利要求37的固体蛋白质饲料产品，其中固含量的可消化蛋白质 含量为至少60wt%。
40.权利要求37的固体蛋白质饲料产品，其中固含量的可消化蛋白质 含量为至少70wt%。
41.权利要求37的固体蛋白质饲料产品，其中固含量的可消化蛋白质 含量为至少80wt%。
42.权利要求37的固体蛋白质饲料产品，其中固含量的可消化蛋白质 含量为至少90wt%。
43.权利要求37的固体蛋白质饲料产品，根据联合国粮农组织(the Food and Agriculture Organization of the United Nations)的“良好动物饲养操作规范 (CODE OF PRACTICE ON GOOD ANIMAL FEEDING)”(文件CAC/RCP 54-2004)中的定义，可归类为饲料。
44.农业肥料，包括权利要求36的固体蛋白质饲料产品。
45.权利要求1的方法，其中在该步骤(b)的干燥过程中将废物活化污泥 脱水到约9-28wt%的固含量，且在该脱水和干燥之后进行该步骤(c)的杀菌。
说明书
处理废物活化污泥的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月16日申请的名称为“处理废物活化污泥的方法 (METHODS OF PROCESSING WASTE ACTIVATED SLUDGE)”的美国临时 申请号61/916,365的优先权，其公开内容通过引用全部并入本申请用于所有 目的。
技术领域
在多种实施方案中，本申请提供的内容尤其涉及用于处理可由废水流得 到的或由废水流得到的废物活化污泥的新方法、由该方法制备的产品(例如 固体蛋白质饲料产品)和该产品的制备方法。这些方法是可用的，因为其增 强了水的治理(water remediation)并提供了可以用于制备各种产品(例如包括 动物饲料、人类食品和/或肥料)的原料。
背景技术
很多工业制品的制造商都涉及对水的使用，导致废水流作为制造方法副 产物的产生。在对废水流处置之前，环境规章制度通常规定要从废水流中除 去有机污染物。去除污染物的对策包括需氧生物水处理，例如通过培养微生 物体以转化废水流中存在的污染物并生成二氧化碳、水和微生物细胞物质 (microbial cell mass)。
典型的需氧生物废水处理方法包括在包括废水和悬浮在废水中生长的 微生物细胞的曝气反应器内培养微生物细胞。通常，将废水连续输送到该曝 气反应器中。细胞悬浮液(本领域中称作“混合液”)溢流到固液分离器(例如澄 清器或基于膜的系统)中，产生清澈的流出液和微生物物质。该微生物物质 可以返回该需氧反应器(称作回流活化污泥或“RAS”)，或者其可以从系统中 除去并废弃;该固体废物在本领域中也称作“废物活化污泥”或“WAS”。流出 液排放到当地水道、注入地下或以任意其他适合的方式排放，微生物物质通 常部分返回曝气反应器，部分作为固体废物丢弃。
现有技术的废水处理方法显现出显著的缺陷。废物活化污泥组分必须进 行处置，且处置成本在废水装置的操作中表现为显著的成本组成。因此，在 大多数情况中，水处理装置以使得在处理废水中为达到使该废水和/或废物活 化污泥满足可接收的最低处置需求的目的发生最小成本的方式建造和操作。 废水处理操作的常规目标是使废固体的生产量最小化。最通常地，这是通过 将微生物细胞保持在该系统中较长的时间而实现的，在其中微生物细胞将会 死亡、溶解并通过微生物途径和氧化被转化为二氧化碳。
现有技术中已知废物活化污泥可以用作制备有价值的产品(例如动物饲 料产品)的原料(参见美国专利7,931,806，后文称作“806专利”)。在另一方法 中，在从废水处理方法中去除后随后将废物活化污泥脱水并干燥以制备肥料 (这种代表性的实例是Milwaukee,WI sewerage district(污水区)制造和销售的 肥料)。最通常地，这种成为肥料产品的转化是通过1)在高温(通 常高达300℃)或者2)通过将其暴露于高剂量的微波而干燥在废水处理系统 内保持较长时间的废物活化污泥而实现的，在其中微生物细胞将会死亡、溶 解并通过微生物途径和氧化被转化为二氧化碳。由此微生物细胞的可能有益 的组分(例如蛋白质、维生素和辅酶)都受到该细胞制备方法、加热或过高量 的辐射的损害和/或破坏。这些方法显著提高了废水处理的成本。然而，处理 步骤通常不是在典型的设计用以将废水严格处理到排放标准的废水处理装 置中进行的。
意图严格用于处置目的的废水装置的操作并不包括也将不包括上述步 骤的实施(即用于制备动物饲料产品或肥料)。事实上，上述’806专利包括将 废物活化污泥脱水，然后通过使用55℃-105℃的温度进行热处理少于1天而 干燥。’806专利中提供的方法使用在所述温度范围内较高的温度(即105℃) 以实现存活的微生物细胞含量的降低以及水含量的降低;然而，依照’806专 利中描述的方法，将充分脱水的废物活化污泥暴露于此范围内较高的温度 (例如约105℃)能够导致废物活化污泥中蛋白质的可消化度的实质降低，这 又能够影响干燥产物的品质。特别地，蛋白质消化度能够受到影响，且这能 够限制经干燥的废物活化污泥作为用于制备高品质动物饲料产品的原料的 适用性。另一方面，在’806专利中提供的所述温度范围内的较低温度(例如 约55℃)时，该蛋白质结构可能受到较少的损害，然而干燥将需要更长得多 的时间，且重要的是，还能够导致干燥产物将包含较大量的存活细菌含量。 后者提供了将难以保藏和/或可能不满足用于例如饲料产品制备的原料所需 的安全标准的干燥废物活化污泥产品。此外，在约55℃干燥大量废物活化污 泥所需的设备能够非常大和/或成本高得惊人。
本发明的方法提供了与用于在废水处理操作中制备微生物物质的已知 方法相比具有改进性质(例如提高的微生物蛋白质品质、降低的存活细菌含 量、提高的储存稳定性和/或提高的方法经济性)的产品。特别地，本发明的 方法提供了具有在废物活化污泥中具有降低的存活细菌含量的产品，同时还 提供了包括高品质蛋白质的材料。
发明内容
在本发明提供的一些实施方案中，描述了由废水制备固体蛋白质饲料产 品的方法，其包括(a)在废水流中生长微生物细胞以制备废物活化污泥和(b) 将废物活化污泥脱水到约9-28wt%固体的固含量。本发明还包括(c)将该经脱 水的废物活化污泥干燥到约80-90wt%固体的固含量和(d)在该脱水或干燥之 前、期间或之后对该废物活化污泥杀菌以制备商业无菌的固体蛋白质饲料产 品，由此该固体蛋白质饲料产品的蛋白质品质与杀菌和干燥之前的废物活化 污泥相比基本没有变化。在一些实施方案中，通过本申请描述制备了固体蛋 白质饲料产品。在一些实施方案中，根据联合国粮农组织(the Food and Agriculture Organization of the United Nations)的“良好动物饲养操作规范 (CODE OF PRACTICE ON GOOD ANIMAL FEEDING)中的定义，该蛋白质 饲料产品可归类为饲料。
