专利名称：：生物废物处理的制作方法生物废物处理本发明涉及与生物废物(例如污水污泥和动物废物)的处理相关的产物和过程。污水污泥是城市废水处理过程中沉淀出来的物质，所述城市废水一般包含生活污水和工业来源的废水。动物废物一般是由农场或牧场上的动物饲养活动(AF0)产生的，人们在所述农场或牧场的受限制区域看守和饲养这些动物。AFO在小的土地面积上群集了动物、饲料、粪肥和尿，以及生产活动。把饲料喂给动物而不是动物在牧场、原野中或在草原上放牧。常见类型的AF0包括牛奶场、养牛场、养禽场和养猪场。与AFO相关的污染降低水的质量，威胁饮用水源，而且可能损害大气质量。然而，如果适当地加以处理和利用，来自动物祠养活动的粪肥可以成为有价值的资源。生物废物作为肥料和土壤调理剂的来源被广泛地应用于农业生产。为了使这些废物适合于这种用途，必须首先对它们进行处理，不仅是为了降低其病原体含量而且为了通过降低其有机质含量而使这些物质稳定。用于这种处理的最常见的方法是中温厌氧消化法，常常缩写为MAD。传统上，所述MAD法通常分两个阶段进行，即，在35。C下持续12至24天的初始消化阶段，然后是为期14天的贮藏。初始消化将一部分有机质含量转化为甲烷。贮藏导致病原体含量的降低。常常将消化过的生物废物脱水以产生一种饼，目的是降低储存和运输的成本。传统MAD法的缺点包括这一事实，即，该方法很緩慢而且其病原体较少能力非常有限。以前，本申请人公开过在消化之前用于减少病原体的污泥保温处理(UK0126963.811/09/2001)，该处理提供了改进的病原体减少能力并消除了对贮存阶段的需要。然而，该改进方法的总处理时间仍然相当长。此外，不管采用的消化法如何，所有的消化污泥都显示支持病原体(例如大肠杆菌(Escherichiacoli))再生长以及产生恶臭气味(如果它们经受强烈的剪切场，例如在采用离心机的脱水过程中会经历的情况)的趋势。另外，废水中的磷酸盐含量会引起问题。在欧洲，城市废物水处理方针(UWWTD,91/271/EEC)制定了关于排污的最低标准。这些法规适用于所述排放，不管是内陆地表水、地下水、河口还是或近海水域。这些标准主要基于BOD、SS、N和P，而要符合的水平取决于被服务的人群的大小以及承受水体是被分类为正常、敏感、还是不太敏感。虽然已经有用于从废水脱除BOD、SS和N的公认方法，但是目前的用于脱除P的方案还不大令人满意。在大多数情况下，操作者依赖于为了该用途而使用铁盐。使用铁盐有许多严重的缺点，包括供应短缺，残余铁对水生环境的有害作用，以及由于铁的使用而导致的污泥生成的实质增加，这将需要处置。由该过程产生的磷酸铁不是生物能利用的，因此几乎没有农业价值。一种更理想的替代方法是生物磷脱除法(BNR)，这是一种公知的技术，该技术基于积累聚磷酸盐(poly-P)的生物体在厌氧条件下的活性。Po1y-P积累高度依赖于复合碳源发酵为挥发性脂肪酸(VFA)。一般而言，附加的可溶性有机物质是通过发酵从污水的内部碳源产生的，所述发酵不是污水处理厂的厌氧区域就是在专用的预发酵器中进行。VFA的产生可以是污水中污泥或可沉淀固体的发酵的结果。一般而言，污泥能够导致VFA浓度的显著提高，从原生污泥获得的结果优于从混合污泥获得的结果。大多数实际尺寸的预发酵器是以原生污泥为进料的。这些预发酵器被称为"侧流预发酵器"。原生污泥是初级澄清池的浓缩底流而且有时也被称为原污泥。所谓的"在线预发酵器"以原污水为进料而不是以原生污泥为进料。在线预发酵器的一个实例是活性初级罐(APT)。APT通过让污泥层在初级澄清池中形成来产生VFA。然后在该污泥层中发生发酵和VFA生成。将污泥循环回入口，该循环过程被认为是用活性发酵生物体接种进来的固体，淘析污泥层中形成的VFA。用于BNR的这些已知VFA生成系统釆用未浓缩的污泥在环境温度下操作。这类系统的缺点包括其大的体积和低的VFA生产速率。从其获得的污泥部分在不经过进一步处理(例如通过消化或堆肥)的情况下也不适合于农业循环。此外，来自这些来源的VFA总是污染有高含量的在发酵过程中从污泥释放的P。VFA中P的存在使它们在BNR应用中不是那么有效。所有这些因素，连同在许多欧洲国家(例如UK)中所见的正常淡污水，意味着不可能实现令人满意的BNR,特别是关于P脱除。外部碳源往往是实现一致的工厂性能的唯一可行方法，所述外部碳源可以是VFA,但也可以是甲醇、乙醇或者具有高可溶性COD浓度的废水，例如来自食品加工厂。本发明的一个目的是消除或减轻上述缺点。于是，本发明的第一个方面提供了一种处理生物废物的方法，该方法包括如下步骤(l)在中温范围内的温度下，将病原体减少阶段中在厌氧条件下的生物废物发酵一段预定的时间，和(2)随后分离固相和液相以产生发酵饼和发酵液。本发明的第二个方面提供了按干基计含有至少15%固体的生物废物来源的发酵饼，它含有超过500毫克/升氨、超过l，OOO毫克/升总挥发性脂肪酸(tVFA)和低于100,000cfu/克干固体的大肠杆菌。更优选地，所述发酵饼具有按干基计至少20%固体，特别是在20%-45%范围内。优选地，所述饼含有超过1000毫克/升氨、更优选地1500至3500毫克/升。所述饼的tVFA含量优选是至少3000毫克/升，更优选是5000-25000毫克/升，大肠杆菌以低于10，000cfu/克干固体，更优选低于1000的量存在。本发明的笫三个方面提供了生物废物来源的发酵液，它含有超过10，000毫克/升COD、超过500毫克/升氨、超过1，000毫克/升tVFA和低于5，000毫克/升的悬浮固体。发酵液优选含有至少20,000毫克/升COD,优选地在20，000至40,000范围内。所述发酵液优选地含有至少1500毫克/升的氨、理想的是在1500-3500毫克/升范围内，而且具有的tVFA含量为至少3000毫克/升，优选地在5000-25000毫克/升的范围内。该液体中的悬浮固体优选地低于3000毫克/升。能理解的是，本发明的第二方面和第三方面的发酵饼和发酵液优选地是由本发明的第一方面的方法产生的。所述病原体减少阶段(步骤(i))包括实质上原始的生物废物的发酵，所述实质上原始的生物废物就是说，没有向该废物添加和/或与该废物混合接种物(例如部分消化的污泥)来接种它。此外，在传统的中温厌氧消化中，将所述废物保持在中温内并且用部分消化的污泥接种超过12天的时间。与此相反，就本发明来说，通过机械手段立即分离所述发酵废物的固体部分和液体部分以产生发酵饼和发酵液。能理解的是，术语"生物废物"一般是指由涉及生物降解性原料的工业操作产生的废物物流，而且可能含有有害的病原体。这类废物包括，例如污水污泥、农场空地淤泥、屠宰场废物以及来自其它工业过程的废物。此外，该术语"生物废物"用于指这样的废物，它具有较高的有机质含量而且不排除已经有某种程度预处理的可能性。因此，术语"生物废物"应当广义地解释为是指具有高的有机质含量的废物物流。通常，这将是总化学需氧量(C0D)大于约10，000毫克/升的废物，尽管在实际应用中所关注的物质可能具有在30,000至100，000毫克/升的范围的COD以及在5，000至50，000毫克/升的范围内的BOD(5天)(所述BOD表明进料的生物降解性)。原始的废物物流可能具有1至40%固体而剩余物为水。所述固体大概部分呈可溶形式，部分呈悬浮形式。优选地，所述固体含量应当在3至15%的范围内。废物物流的固体含量可采用任何便利的方式加以调节。例如，可以在所述病原体减少阶段之前、期间或甚至之后用废水稀释所述废物物流。已经发现，稀释可以改进总挥发性脂肪酸的回收。所述废物物流应当优选地是有很少或者没有显著病原体含量的废物物流。所述中温范围被理解为从约25。C至约46。C。在本发明中，优选的操作温度范围在32。C和42。C之间。已经发现，适当的发酵时间是从约1天至约6天。在本发明中，优选的发酵时间在2天和5天之间。因此，通过实施本发明的方法大大缩短了制备适用作有价值资源的发酵饼和发酵液所需的时间。适合于本发明的固液分离方法包括所有已知的脱水方法例如离心、压带机和压滤机。这些方法常常需要预处理，例如采用混凝剂和/或pH调节，因此，本发明的方法可以包括一个预处理步骤。该方法产生一种固体含量为20%至40%干重的饼以及一种悬浮固体含量一般低于5，000毫克/升的液体。本发明的方法可以间歇方式操作或者连续操作。优选地，该方法以连续方式操作，采用串联的许多反应器，目的是避免病原体侧流(bypass)。更优选地，从反应器取出少部分的发酵废物，并且将空气或氧气引入该发酵废物。将该发酵废物中存在的VFA氧化为二氧化碳，所述二氧化碳产生热，而热可用于加热病原体较少期中的生物废物，由此提高本发明方法的效率。更优选地，提供串联的至少3个容器，特别是6个，其中从一个或一个以上容器取出少部分的发酵废物并将其用于加热其它容器中的一个或一个以上容器。由所述发酵废物产生的热可以用热交换器移出并循环回所述容器中的一个或一个以上。然后，可以将所述热被移出的氧化发酵废物与来自所述容器之一(优选是串联中的最后一个)的废物合并并且送入压滤机。或者，可以每隔一定时间将氧气或空气加入所述容器之一(优选第一个容器)，以产生热。在发酵过程期间，一些细菌菌种释放酶来将大分子例如脂质、蛋白质和碳水化合物分解成较小的分子，然后其它细菌能利用所述小分子，最终导致氨、乙酸和二氧化碳的形成。已经发现，发酵条件是这样的，危险的病原体例如大肠杆菌(fsc/er/c力/acoh')和沙门氏菌(i^^o/2e//a)不能幸存而是被消灭。此外，只要发酵的培养基没有被稀释，即使使发酵产物经受高剪切速率(例如在离心过程中)，发酵产物也不显示支持病原体再生长或产生恶臭味的倾向。应当注意的是，尽管所述发酵产物没有产生恶臭味的倾向，它们确实含有发酵过程中形成的有气味的残留化学品例如硫醇化合物。在所述产物被作为肥料循环回土地之前，一般应当将这类化合物从发酵饼中脱除，目的是避免有气味的妨害。用于处理饼气味的适当方法包括与氧化剂例如过氧化物或亚氯酸盐反应。或者，通过简单暴露于空气达2天以上的时间，就可以经由自然堆肥过程脱除所述气味。本发明还提供了用于从所述发酵污泥液产生甲烷气体的方法。用于本发明的发酵液的适当厌氧消化法包括所有已知的厌氧消化法，例如，在悬浮生长或固定膜系统两者中的中温厌氧消化和嗜温厌氧消化。对于本发明来说，固定膜系统例如上流厌氧污泥床(UASB)反应器是优选的选择，这是由于其非常短的水力保留时间要求。虽然本发明提供了适合用作肥料或土壤结构改良剂的发酵饼以及适合于产生甲烷的发酵液，但是能理解的是，这类产物的其它用途是可能的。例如，所述发酵饼可以在蠕虫饲养中喂养蚯封l或者通过堆肥或干燥得到进一步处理以改进贮存和输送。此外，发酵液可以用作用于其它有用产物例如可生物降解塑料的发酵的原料。在所有情况下，就发酵液和发酵饼两者而言，分别超过1，500毫克/升和3，000毫克/升的氨和tVFA水平是优选的。所述饼优选地具有按干基计至少20%固体和低于10,000cfu/克干固体的大肠杆菌。所述发酵液优选地具有超过20，000毫克/升COD和低于3，000毫克/升的悬浮固体。在本发明的一个优选实施方案中，所述方法进一步包括在分离固相和液相之前沉淀发酵的生物废物中所含的正磷酸盐的步骤。这提供了具有高VFA浓度和低磷酸盐浓度的液体。于是，本发明的第四个方面提供了生产挥发性脂肪酸含量高且磷酸盐污染程度低的液体的方法，该方法包括如下步骤(l)在中温范围内的温度下，将厌氧条件下的生物废物发酵一段预定的时间；(2)沉淀出所述生物废物中所含的正磷酸盐；和(3)随后分离固相和液相。正磷酸盐是可溶性磷酸盐形式的磷。采用盐或金属氧化物的任何适当沉淀方法都可以用于引起正磷酸盐的沉淀，但是优选釆用镁盐(例如氯化镁或氧化镁)以实现鸟粪石形成。优选地，所述生物废物是含有大于4%固体、理想地至少5%固体的浓缩污水污泥。本发明第四方面的方法产生VFA，其具有超过5000毫克/升总VFA和低于50毫克/升磷酸盐污染物，更优选地超过7500亳克/升总VFA和低于15毫克/升P污染物。现将仅通过实施例描述本发明的具体实施方案。实施例1.用原污水污泥装满容量为1升的瓶。给瓶盖上盖后，让其在35。C的温度下在病原体减少步骤中发酵4天。在实验室规模离心机中使发酵污泥的样品脱水而产生发酵饼和发酵液的样品。实验结果归纳于下表1:表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>实施例2.在32。C的发酵温度下重复实施例1中的实验两次。在第一次重复中使样品发酵2天而第二次重复中使其发酵4天。实验结果归纳于下表2:表2<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>实施例3.在台式UASB厌氧反应器中处理得自实施例1的发酵液(总计0.75升)以产生曱烷。实验结果归纳于下表3:表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>实施例4.在42。C的温度下以连续方式操作具有串联的6个罐的实际尺寸的厌氧发酵器。该发酵器具有150米V天的生产能力，平均水力保留时间为4天。实际尺寸的离心机使所述发酵器的出料脱水。实验结果归纳于下表4:表4<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>实施例5.采用猪淤浆作为进料重复实施例1中的实验。实验结果归納于下表5:表5<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>实施例6重复实施例1中的实验。在病原体减少步骤之后，在样品于实验室规模离心机中脱水产生发酵饼和发酵液之前，用自得实施例3的0.5升消化液(即，厌氧消化产生曱烷之后具有最低的生物降解物含量)稀释所述发酵的污泥。在发酵液中回收的总挥发性脂肪酸(tVFA)比从实施例1获得的高22%。实施例7从按实施例4中所述方式操作的实际尺寸厌氧发酵罐中取出发酵的污泥样品(2L)。将该样品分成子样品a和b。在使两个样品脱水之前向子样品b添加MgO粉末。下表6显示了液体样品的分析。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>从该表可见，在分离样品之前采用MgO沉淀P大大降低了液体样品中的正磷酸盐含量，由此提供了可用于BNR用途例如用于从废水脱P的液体。如下实施例8-10显示了所述发酵废物中存在的VFA如何能被氧化成二氧化碳以产生可用于病原体较少阶段的热。实施例8参见附图中的图l,显示了本发明处理生物废物的又一个方法的工艺流程图。该工艺由串联的3个发酵容器(标记为EH1、EH2和EH3)组成。每个容器的容积为400米3，操作温度为35。C。在操作中，将污泥进料物流(物流l)引入第一容器(EH1)。然后将所述进料物流串联通过容器EH2和EH3。使来自容器EH3的发酵污泥分成两路，其中50%的流量流向压滤机(P)以产生发酵饼物流(物流3)和发酵液物流(物流4)。把来自容器EH3的发酵污泥的其余部分送往容积为800米3的好氧反应器(ATAD)，还给所述反应器提供了氧气物流(物流2)。ATAD反应器中的生物活性将所述发酵废物中存在的VFA氧化为二氧化碳和热。ATAD反应器中的热使所述污泥的温度升高至55°C。将氧化污泥物流循环至第一容器(EH1)，该物流在此处与污泥进料物流(物流1)混合。下表7显示了对每一物流的有关参数的分析。发现了，氧化污泥物流的热含量能够在没有任何外部热量输入的情况下保持所述三个发酵容器的操作温度(35X:)。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>实施例9参见图2，显示了实施例8的方法的一个变体的工艺流程图。该工艺同样由串联的3个发酵容器(标记为EH1、EH2和EH3)组成。每个容器的容积为200米3而且操作温度为35'C。在操作中，将污泥进料物流(物流l)引入第一容器(EH1)。然后，将所述进料物流串联通过容器EH2和EH3。把来自容器EH3的一少部分的发酵污泥取出并将其送入容积为50米3的好氧反应器(ATAD)，还给该反应器提供了氧气物流(物流2)。所述ATAD反应器中的生物活性将所述发酵废物中存在的VFA氧化成二氧化碳和热。ATAD反应器中的热通过热交换器(HEX)移出并循环至第一发酵容器EH1。使减去了过剩热量的氧化污泥物流与来自发酵容器EH3的剩余污泥合并并且被送往压滤机(P)以产生发酵饼物流(物流3)和发酵液物流(物流4)。下表8显示了对每一物流的有关参数的分析。发现了，氧化污泥物流的热含量能够在没有任何外部热量输入的情况下保持所述三个发酵容器的操作温度(35X:)。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>实施例10参见图3，显示了用于处理生物废物的以前方法的另一种变体的工艺流程图。该工艺由串联的3个发酵容器(标记为EH1、EH2和EH3)组成。每个容器的容积为200米3而且操作温度为35"C。在操作中，将污泥进料物流(物流l)引入第一发酵容器(EH1)。然后，将所述进料物流串联通过容器EH2和EH3。为第一容器EH1提供了氧气物流(物流2)，时间为每天至多12小时。第一容器(EH1)中的生物活性将所述发酵废物中存在的VFA氧化成二氧化碳和热。第一容器(EH1)中产生的热量将其内容物保持在35'C。于是，所述第一容器EH1在一部分时间充当发酵器，一部分时间充当好氧反应器。把来自发酵容器EH3的发酵污泥送往压滤机(P)以提供发酵饼物流(物流3)和发酵液物流(物流4)。下表9显示对每一物流的有关参数的分析。发现了，VFA在第一容器EH1中的氧化所产生的热量能够在没有任何外部热量输入的情况<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>权利要求1.处理生物废物的方法，该方法包括如下步骤(i)在中温范围内的温度下，在病原体减少阶段中在厌氧条件下将生物废物发酵一段预定的时间，和(ii)随后分离固相和液相以产生发酵饼和发酵液。2.如权利要求1中请求保护的处理生物废物的方法，其中对实质上原始的、未接种的废物进行所述发酵步骤。3.如权利要求1或权利要求2中请求保护的处理生物废物的方法，其中在发酵之前所述废物的固体含量在3至15%的范围内。4.如权利要求l、2或3中请求保护的处理生物废物的方法，其中用于发酵阶段的温度在25'C至46。C的范围内。5.如权利要求4中请求保护的处理生物废物的方法，其中用于发酵阶段的温度在32'C至42'C的范围内。6.如权利要求1至5任一项中请求保护的处理生物废物的方法，其中所述发酵时间为从约1天至约6天。7.如权利要求6中请求保护的处理生物废物的方法，其中所述发酵时间在2天和约5天之间。8.如前述权利要求任一项中请求保护的处理生物废物的方法，其中使用串联的许多反应器以连续方式操作所述发酵步骤。9.如前述权利要求任一项中请求保护的方法，进一步包括在所述病原体减少阶段期间去除少部分所述发酵废物，将空气/氧气加入被去除的废物以及将从中产生的热导向正在经历发酵的废物。10.如权利要求1至8任一项中请求保护的方法，其中在所述发酵步骤期间每隔一段时间将氧气或空气加到所述生物废物中以产生热。11.如权利要求9中请求保护的处理生物废物的方法，进一步包括将所述移除了热的被氧化的发酵废物与其它发酵废物结合，用于后继的分离。12.如前述权利要求任一项中请求保护的处理生物废物的方法，其中分离固相和液相的方法选自由离心、压带才几和压滤才几组成的组。13.如前述权利要求任一项中请求保护的处理生物废物的方法，进一步包括在所述固液分离之前预处理所述发酵的生物废物的步骤。14.如前述权利要求任一项中请求保护的处理生物废物的方法，进一步包括在所述病原体减少阶段之前、期间或之后用废水稀释所述生物废物的步骤。15.如前述权利要求任一项中请求保护的处理生物废物的方法，进一步包括用厌氧消化法消化所述被分离的发酵液的步骤。16，如前述权利要求任一项中请求保护的处理生物废物的方法，进一步包括在分离固相和液相之前使所述发酵的生物废物中所含的任何正磷酸盐沉淀的步骤。17.如权利要求16中请求保护的处理生物废物的方法，其中将镁盐加到所述发酵的废物中以沉淀出所述正磷酸盐。18.如权利要求16中请求保护的处理生物废物的方法，其中将氧化镁加到所述发酵的废物中以沉淀出所述正磷酸盐。19.如权利要求16至18任一项中请求保护的处理生物废物的方法，其中所述发酵液的VFA超过5000毫克总VFA/升，而且磷酸盐污染低于50毫克/升。20.通过权利要求1至14任一项的方法产生的发酵饼。21.权利要求20中请求保护的发酵饼作为土壤肥料的用途。22.通过权利要求1至19任一项的方法产生的发酵液。23.权利要求22中请求保护的发酵液用于产生甲烷气体的用途。24.按千基计含有至少15%固体的生物废物来源的发酵饼，它含有超过500毫克/升的氨、超过1，000毫克/升的总挥发性脂肪酸(tVFA)和低于100，000cfu/克干固体的大肠杆菌。25.如权利要求24中请求保护的发酵饼，其中该发酵饼具有按干基计至少20%固体，含有超过1000毫克/升的氨，具有至少3000毫克/升的tVFA含量，而且大肠杆菌以低于10，000cfu/克干固体的量存在。26.生物废物来源的发酵液，它含有超过10，000毫克/升的COD，超过500毫克/升的氨，超过1，000毫克/升的tVFA以及低于5，000毫克/升的悬浮固体。27.如权利要求26中请求保护的发酵液，其中所述发酵液含有至少20，000毫克/升的C0D、至少1500毫克/升的氨，具有至少3000毫克/升的tVFA含量而且具有低于3000毫克/升的悬浮固体含量。28.生产挥发性脂肪酸含量高且磷酸盐污染程度低的液体的方法，该方法包括如下步骤(1)在中温范围内的温度下，在厌氧条件下将生物废物发酵一段预定的时间；(2)沉淀出所述生物废物中所含的正磷酸盐；和(3)随后分离固相和液相。全文摘要处理生物废物的方法，该方法包括如下步骤(1)在中温范围内的温度下，将病原体减少阶段中在厌氧条件下的实质上原始的生物废物发酵一段预定的时间，和(2)随后分离固相和液相以产生发酵饼和发酵液。所述发酵饼具有按干基计至少15％固体并含有超过500毫克/升氨、超过1,000毫克/升总挥发性脂肪酸(tVFA)和低于100,000cfu/克干固体的大肠杆菌。所述发酵液含有超过10,000毫克/升COD、超过500毫克/升氨、超过1,000毫克/升tVFA和低于5,000毫克/升的悬浮固体。文档编号A61K33/02GK101233085SQ200680028115公开日2008年7月30日申请日期2006年7月4日优先权日2005年7月5日发明者S·李申请人:联合公用事业公开公司