CN1023393C - 处理废水污泥的方法 - Google Patents

Abstract

一种净化废水污泥的方法：将足够量的石灰或炉窑灰和/或其它碱性材料与废水污泥混合，将该混合物的pH值调到等于和大于12，并维持一定的时间，然后进行干化处理。采用本法可使废水污泥达到或超过USEPA为“进一步减少病原体的方法”所制定的标准。

Description

本发明涉及一种处理含有臭味、动物病毒、病原菌和寄生虫的生物污泥以提供可直接施用于农田的肥料的方法。

40    CFR    257的附录Ⅱ中将下列方法列为PSRP和PFRP方法。

A.大量减少病原体的方法（PSRP）

需氧消化法：通入空气或氧气，搅动污泥，保持有氧条件，处理时间从15℃下60天到20℃下40天，至少减少38%的挥发性固体。

空气干燥法：使液态污泥在底部排水的砂床上，或在铺砌或未铺砌的槽池内脱水和/或干燥，其中污泥厚度为9英寸。至少需三个月时间，其中两个月的日平均温度在0℃以上。

厌氧消化法：该法在无空气条件下进行，处理时间从20℃下60天到35-55℃下15天，至少减少38%的挥发性固体。

堆肥法：采用池内混合，静态充气堆肥法或各形堆肥法，固体废料至少要在40℃的操作条件下放置5天，其中有4个小时温度超过55℃。

石灰稳定法：加入足量石灰，使处理2小时后的pH值达到12。

其它方法：也可采用其它方法和操作条件，但其降低病原体数量以及减少废料对传病媒介的吸引力（挥发性固体）的效果，要相当于上述任一种方法所达到的水平。

B.进一步减少病原体的方法（PFRP）

堆肥法：采用池内堆肥法时，固体废料要在55℃或55℃以上的操作条件下放置3天。采用静态充气堆肥法时，固体废料要在55℃或55℃以上的操作条件下放置3天。采用条形堆肥法时，堆制肥料期间，固体废 料在55℃或55℃以上的温度下至少放置15天，此外，高温期最少要翻料5次。

加热干燥法：通过直接或间接与热气流接触，使脱水的污泥饼干燥，水含量减少到10%或10%以下。污泥颗粒的温度要达到80℃以上。或者与污泥接触的气流逸出干燥器的湿球温度要超过80℃。

热处理法：将液体污泥加热到180℃，达30分钟。

耐热性需氧消化法：用空气或氧气，搅动液体污泥，保持有氧条件，在55-60℃放置10天，至少减少38%的挥发固体。

其它方法：也可采用其它方法和操作条件，但其降低病原体数量以及减少废料对传病媒介吸引力（挥发性固体）的效果，要与上述任一方法达到的水平相当。下述任一方法如与上述A中所列方法共用，可进一步减少病原体。因为下述方法本身并不能减少废料对疾病传播媒介的吸引力，实际上只是附加方法。

β射线辐射法：用来自加速器的β射线照射污泥，辐射剂量为室温下（约20℃）至少1.0兆拉德。

γ射线辐射法：用来自某些同位素，如60Co和137Co的γ射线照射污泥，辐射剂量为室温下（约20℃）至少1.0兆拉德。

巴氏灭菌消毒法：将污泥在最低温度为70℃的条件下达30分钟。

其它方法：也可采用其它方法或操作条件，但其降低病原体数量的效果要与上述任一附加方法所达效果相当。

石灰处理法所具有的长期消毒作用和稳定化性能这两方面存在的问题，在本发明提出之前，就已经引起人们的许多关注。Farrel等人在初次污泥的石灰稳定化作用“（水污染控制杂志，Fed    46，1974年1月13日USEPA出版）一文中指出”;石灰稳定化法不能使污泥达到化学上的稳定。pH值逐渐减少，使残存的细菌在适宜条件下有可能复活。……短时间处于pH值11.5环境中的较高级生物如蛔虫属可以存活，既使长时间 处于该环境中，也有存活的可能性。”

1979年1月，EPA出版了一本废水污泥手册（EPA625/1-79-001），手册名称为“废水污泥处理与排放工艺设计手册”。其中提到：“石灰稳定法十分简单，与其它稳定法相比所具有的主要优点是成本低，操作简单。……但加入石灰并不能使污泥达到化学上的稳定;如果pH值降到11.0以下，生物分解过程重新开始，又会释放出有害气味。此外，与生物稳定法一样，排放的污泥量并未减少。相反，由于所加的石灰，并且因加入石灰而产生的化学沉淀物，干燥污泥量增加了。由此可见，采用石灰稳定污泥法，使废料量增加，造成运输费及最后排放费用常常高于用其它稳定方法的费用。……在显微镜下进行定量观察发现，象钩虫，阿米巴Systs和蛔虫属卵这样较高级生物体，在高pH值条件下接触处理24小时后，仍可基本上存活”。

据Reimers，Englande等人（EPA600/2-81-166）报导：“按每克固体污泥加约1000毫克石灰的剂量（1份石灰对1份固体污泥），向初次需氧消化污泥和厌氧消化污泥中加入石灰，5天后进行需氧消化处理，可有效地减少80%以上蛔虫属的存活性。……如果需氧消化污泥的温度为35℃，在厌氧条件下按每克干燥污泥最高为3000毫克石灰的剂量加入石灰，20天后未见到石灰对减少蛔虫卵存的活性有明显的影响。但在好氧条件下，按每克干的固体污泥加入1000毫克以上石灰的剂量加入石灰，一小时内就可将活的蛔虫卵减少98%。如向每克干的固体污泥加100毫克石灰，20天后活蛔虫卵仅减少77%。造成上述差别的原因尚无明确的解释。”

1984年7月，Sandia国家实验室发表了一份题为“污泥中病原体的存在，失活和再生能力”的报告。报告中指出：“通过高pH值可使石灰对污泥中病原体病毒的作用受到破坏的总结，尽管尚未观察到污泥中病毒失活的现象，但寄生虫虫卵能耐受高pH值，并且大多数都可在石灰处 理中存活下来;pH值12时，细菌很快失活，但随后由于pH值降到适于细菌生长的数值，细菌数目又随时间延长而增加。”

1984年10月，EPA发表了一份题为“城市废水污泥的使用和排放”的报告（EPA625/10-84-003）。这份报告是今后制订法规的基础。报告第三部分指出：“如欲将施用污泥18个月内收获的作物直接向民众销售，该污泥必须经过PERP的处理。采用这些方法，在多数情况下将污泥在升高的温度下放置一段时间，可消灭病原体细菌、病毒、原生动物以及寄生虫。”

1985年11月6日，EPA公布了一份备忘录，该备忘录指出，在将下水道污泥或化粪池泵吸物施用于农田之前，应按照40    CFR    257法规减少其中的病原体。公布这份备忘录的一个目的是要概括提出若干步骤，使实施人按照这些规定的步骤，即可决定未列入法规（40    CFR    257）的其它方法是否能够作为PFRP的方法予以采用。为使一种方法具备作为PSRP使用的资格，必须证明该法能将污泥中动物病毒减少一个对数值，将病原体细菌密度至少减少二个对数值，还必须减少污泥对传病媒介的吸引力，使蝇类鼠类这样的媒介不再被吸引。为使一种新方法具备作为PFRP使用的资格，必须证明该法能将病原体细菌，动物病毒和寄生虫减少到“检测限以下”，即：对动物病毒是每100毫升污泥中一个菌斑生成单位（PFU），对病原体细菌（沙门氏菌属种）为每100毫升污泥中三个菌落生成单位（CFU）;对寄生虫（蛔虫属种）为每100毫升污泥中1个可存活虫卵。此外，也必须减少污泥对传病媒介的吸引力。

只要采用PSRP灭菌，将污泥作为肥料施用于农田就可受到EPA限制措施的制约。（污泥不能用于根茎作物：“40    CFR    257”）。如果一种方法可达到PFRP的标准，这些限制措施将不予考虑（“40    CFR    257”）

我在US4554002中曾指出，在施用于农田之前，可先用炉窑灰减少其中的病原体和干燥废水污泥。

Roediger在US4270279中介绍了一种对下水道污泥进行干燥与灭菌的处理方法。该法是将片状污泥粉碎成球形颗粒，再将生石灰喷撒在颗粒外表面上。这项技术利用水与生石灰反应所放出的热量对污泥进行灭菌处理。这种加热灭菌法是一种典型的PFRP方法。到目前为止，EPA还没有接受将这项技术列入PSRP方法的请求。此外，这种方法还存在一些问题。如果这种方法确实具有灭菌作用，那么污泥中的所有生命体，无论是病原体微生物还是非病原体的有益的微生物都将被杀灭。而本发明的净化污泥法，不仅能杀灭病原体使其含量降低到PFRP标准以下，而且能不杀灭污泥中的非病原体微生物。

上述现有技术都没有提到将石灰或炉窑灰与自然干燥法结合在一起，可将废水污泥中病原体含量降低到PFRP的标准，从而提供了一种处理废水污泥的十分经济的方法，经该法处理的污泥可作为肥料直接用于农田上，以种植直接供人类食用的农作物。

本发明的目的在于提供一种处理含有臭味、动物病毒、病原菌和寄生虫的生物污泥以提供可直接施用于农田的肥料的方法。

根据本发明，用足量的石灰，水泥炉窑灰粉或石灰窑灰粉或它们的混合物和/或其它碱性材料和废水污泥相混合，使pH值达到等于和大于12至少2小时和采用曝气法干燥上述混合物。本方法可将处理后污泥中病原体的存活率降低到符合或超过USEPA为PFRP制订的标准。

图1是污泥固百分含量与处理天数的关系曲线。

图2是污泥pH值与处理天数的关系曲线。

图3是单位重量污泥中粪大肠杆菌对数值与处理天数的关系曲线。

图4是单位重量污泥中粪链球菌属对数值与处理天数的关系曲线。

图5是单位重量的混合污泥中沙门氏菌属〔伤寒肠炎（typhimurium）〕的对数值与处理天数的关系曲线。

图6是单位重量消化污泥中沙门氏菌属（伤寒肠炎）的对数值与处 理天数的关系曲线。

图7是单位重量污泥中肠道病毒的对数值与处理天数的条线图。

图8是单位重量混合污泥中可存活蛔虫卵的数目与处理周数的关系曲线。

图9是已消化污泥数量与处理周数的关系曲线。

图10是经过两周处理后的污泥相对臭味的条线图。

本发明方法基本上包括污泥的机械脱水，化学稳定化及干燥。其中的化学稳定化过程是将废水污泥与石灰，水泥窑灰或石灰窑灰粉或它们的混合物混合在一起，其加入量要足以使污泥的pH值在至少两小时，最好几天内保持在等于和高于12。其中的干燥过程采用如利用一种Brown    Bear曝气装置曝气法干燥污泥。为了达到PFRP中规定的降低病原体数量的标准，所处理的污泥经过曝气干燥后，固含量至少达到80%，最好90%（重量计）。固含量达到要求后的污泥再经过大约10天的空气固化处理。也可采用条切堆肥法，翻料法或其它压缩空气法使混合物达到干燥和固化。固化时间或曝气时间取决于贮存装置的类型（有盖、封闭、或敞口的），曝气步骤，混合方式的设计，混合物的物理化学特性，混合设备的质量，脱水污泥饼的固体百分含量和污泥的类型等。必要时，在机械脱水后可加入化学稳定化混合物。石灰，水泥窑灰和石灰窑灰粉都是很好的絮凝剂，可先用它们进行调节，然后再用各种设备进行机械脱水处理。

与污泥混合的石灰，水泥窑灰或石灰窑灰粉的用量范围，根据上述的各种变量，约为干污泥的10%（重量）-200%（重量）。

可向污泥中加入能释放大量反应热的物料，或对污泥和物料进行加热，以减少所需混合物的总量和/或减少所需的固化时间。向pH值等于和大于12的化学稳定污泥中加无水氨和磷酸或硫酸，可释放足够的热量，有利于将病原体含量减少到相当于PFRP的水平。同时还可提高污泥 的营养价值，减少固化时间，降低对自然干燥的要求。除采用化学反应释放的热量以外，还可采用机械或电加热对混合物进行干燥和固化处理。

水泥制造业中排出的固体废料主要是水泥窑灰粉。窑灰中含有的混合物由水泥原料，部分已煅烧的物料，细粒水泥焙渣以及碱性的和碱金属的（alkaline    and    alkali）碳酸盐和硫酸盐（通常是硫酸盐）所组成。具有经济价值的作法是将炉窑灰返回到炉窑内再利用，但如果返回再利用的炉窑灰的碱含量太高，使水泥焙渣产品达不到要求的规格时，这些炉窑灰就必须废弃掉。约有高达15%的已加工的原料可能作为炉窑灰收集，这其中约有一半因碱含量较低，可返回再用。其余的通常作为废料堆放并被废弃，这是一种有害的作法。

典型的水泥窑灰中的主要氧化物是SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃、Na₂O和K₂O。

石灰制造业中排出的固体废料主要是石灰烟道灰。烟道灰中含有的混合物由石灰窑原料，部分已煅烧的原料，及粉尘组成。将烟道灰返回炉窑是毫无意义的，因为灰粉太细，返回后将直接经过炉窑进入沉淀器。约有高达15%的待加工原料成为烟道灰，烟道灰常作为废料堆积并被废弃，这是一种有害的作法。

典型的石灰烟道灰中的主要氧化物有CaO、MgO、SO₃、CO₂，及可收集到的游离石灰。

将各种物料组合在一起构成的体系是最经济的。例如，采用石灰、水泥炉窑灰或石灰炉窑灰或它们的混合物使污泥达到化学稳定，同时加入膨松材料（bulking）如炉渣沫、飞灰、石膏、流化床残渣、干式硫磺洗涤气器残渣、硫酸钙粉末及类似物帮助脱水。单独使用石灰、水泥窑灰或石灰窑灰是达不到将病原体减少到符合PFRP标准的预期效果的。但与干燥过程结合在一起，整个净化过程就可达到PFRP的水平。

采用本方法，既使在固化期间的pH值可能降到9以下时，也可明显地除掉污泥臭味。用膨松剂（bulking    agent）混合物减少了排放或回用的污泥容积。

通过实验，研究了用水泥炉窑灰（CKD）和石灰对Toledo城市废水污泥进行稳定化和消毒处理的情况。

为了确定采用本发明的各种方法是否符合可被列为“大量减少病原体的方法”（PSRP）和“进一步减少病原体的方法”（PFRP）的各项要求，进行了专门具体的实验。如前所述，对于PSRP类别，粪大肠杆菌和总的大肠杆菌计数必须减少二个对数值，动物病毒计数必须减少一个对数值，对于PFRP类别，每100ml污泥中动物病毒必须在1个菌斑生成单位（PFU）以下，病原体细菌（沙门氏菌属）必须在3个菌落生成单位（CFU）以下，寄生虫（蠕虫卵-蛔虫属）必须少于1个可存活卵。上述100ml污泥相当于约5克干污泥（如1985.11.6    EPA备忘录中述）。

图1是混合污泥的固体百分含量与处理天数的关系曲线，包括未加任何物料，加25%（重量）的水泥窑灰（CKD）及加10%（重量）石灰三种情况。

如图1所示，加10%（重量）的石灰或25%（重量）的水泥窑灰粉（CKD）可提高污泥的干燥速度，尤其是在处理期的前四个星期更是如此。混合污泥是初始污泥和二次（废物活化）污泥的混合物。

图2是混合污泥的pH值与处理天数的关系曲线，包括未加任何物料，加25%（重量）水泥窑灰粉及加10%（重量）石灰三种情况。

图2表明：加10%（重量）石灰处理的污泥的pH值在整个实验期没有明显下降。加25%（重量）水泥窑灰粉处理的污泥的pH值一天之内保持在12.4，然后缓慢下降，约4周后达到该数控制水平。

图3是单位重量混合污泥中粪大肠杆菌的对数值与处理天数的关系曲线，包括未加任何物物料，加25%（重量）水泥窑灰粉（CKD）及加10% （重量）石灰三种情况。

粪大肠杆菌是水质检测中最常用的一类指示细菌中的一种，图3表明，在不考虑干燥数量的情况下，未处理污泥中的粪大肠杆菌不受影响。而用25%（重量）水泥窑灰粉处理的污泥中的粪大肠杆菌一天后就迅速减少了5个对数值，而且在一周之后，甚至减少到每5克干污泥中只有1个细菌。用10%（重量）石灰处理的污泥中大肠杆菌第一天就减少了6个对数值。在石灰和水泥窑灰粉处理的污泥中都发现某种再生现象，最后检测结果是每5克干污泥中有500个细菌存活。

图4是单位重量的消化污泥中粪链球菌对数值与处理天数的关系曲线，包括未加任何物料，加25%（重量）水泥窑灰粉（CKD）及加10%（重量）石灰三种情况。

图4示出，经石灰处理和水泥窑灰粉处理的污泥样品中的粪链球菌的对数值减少了2个多一点，但在整个实验期内未再减少。这项实验观察结果表明，水泥窑灰粉和石灰都没有能够杀死所有微生物的内在毒性，它们只能选择杀灭某些微生物群体如沙门氏菌属。

图5是单位重量的混合污泥中沙门杆菌（伤寒肠炎）的对数值与处理天数的关系曲线。包括未加任何物料，加25%（重量）水泥窑灰粉（CKD），10%（重量）石灰三种情况。

图6是单位重量的消化污泥中沙门杆菌（伤寒肠炎）的对数值与处理天数的关系曲线，包括未加任何物料，加25%（重量）水泥窑灰粉（CKD）及加10%（重量）石灰三种情况。

EPA为农用污泥制定PFRP标准时，选用的主要指示细菌是病原体沙门氏杆菌（伤寒肠炎）。图5和图6表明，在最初一天对数值减少3-4个之后，所有污泥样品中沙门低杆菌都出现再生，每5克干污泥中沙门氏杆菌超过1000个。只有将干燥处理和在一定pH值下暴露4周以上结合在一起，才能将沙门氏杆菌减少到PFRP的水平。80天内未处理的或对照 的沙门氏杆菌样品没有减少。

图7是单位重量混合污泥中肠道菌毒的对数值与处理天数的条线图，包括未加任何物料，加25%（重量）水泥窑灰粉（CKD）及加10%（重量）石灰三种情况。

通过检测Vero细胞组织培养筛上可存活的病毒来判断残存的肠道病毒中的脊髓灰质炎I型病毒。如图7所示，用水泥窑灰粉和石灰处理，在一天内就可将病毒存活率减少到PFRP的水平，即每5克干污泥中只有不到一个可存活病毒。未处理污泥样品中病毒含量可在一天内减少几乎2个对数值，1周内全部被杀灭。

图8是单位重量的混合污泥中可存活蛔虫卵的数目与处理周数的关系曲线，包括未加任何物料，加25%（重量）和35%（重量）水泥窑灰粉（CKD）及加10%（重量）石灰几种情况。

图9是单位重量的消化污泥中可存活蛔虫卵的数目与处理周数的关系曲线，包括未加任何物料，加25%（重量）和35%（重量）水泥窑灰粉（CKD）和加10%（重量）石灰几种情况。

在废水污泥稳定化的其它处理方法中，遇到的最大困难是控制蠕虫卵的存活力，这也是EPA各项指标中要求最严的一项指标。开始加到污泥中的蛔虫卵是每5克干污泥16000个。对这些虫卵进行检测的结果表明，在消化污泥中复活的虫卵约为2%，在混合污泥中约为6%。图8和图9分别示出这些复活虫卵在混合污泥及消化污泥中的存活力。PFRP要求将虫卵的存活力控制在每5克干污泥有1个可存活卵的水平，用25%（重量）和35%（重量）水泥窑灰粉及10%（重量）石灰处理的混合污泥和消化污泥中的虫卵，只有经过6个星期的熟化期之后，其存活力才能降到PFRP的上述标准。

加入水泥窑灰粉或石灰可减少污泥中的病原体，这似乎是由于开始时污泥样品的pH值达到11.5，然后高pH和干燥的协同相互作用造成的。 这种解释基于下列事实：a）pH值不高的污泥样品经过强烈的干燥处理后，其中的微生物含量并没有明显降低;b）用25%（重量）水泥窑灰粉处理的混合污泥样品开始时pH值很高，随后pH值降低形成一般平稳区，杀灭蛔虫卵是以接近对数值速率进行的;c）pH值保持在9.5以上的时间越长，杀灭蛔虫卵的效果越好，用25%（重量）和35%（重量）水泥窑灰粉处理的污泥样品就是这种情况;d）如用5%（重量）石灰处理的污泥样品的实验曲线所示，样品本身的pH值虽很高，但不经过进一步的干化处理，只是延缓了蛔虫卵被杀灭的过程。

图10是两周后消化污泥和混合污泥相对臭味的条线图。包括未加任何物料，加入15%（重量），25%（重量）和35%（重量）水泥窑灰粉及加入5%（重量）和10%（重量）石灰几咱情况。

如图10所示，加入水泥窑灰粉或石灰确实具有消除污泥臭味的作用。不过，虽然用各种含量的水泥窑灰粉和石灰处理都可改善臭味，但只有用35wt%水泥窑灰粉处理污泥，才能将其臭味减少到置其于密闭空间也可忍受的程度。

可以确定在污泥中加入水泥窑灰粉或石灰对这种污泥的物料处理性能有影响，用35%（重量）水泥窑灰粉处理的污泥其单个颗粒的平均直径约2-5mm，这使处理过的污泥易于处理。相反，用石灰及15%（重量）和25%（重量）的水泥窑灰粉处理的污泥样品都含有很大的结块，结块平均直径约3-8cm，以致于不容易进行处理。

根据石灰和炉窑灰粉处理污泥的方法得出下列结论：

1.各种实验表明，用水泥窑灰粉和石灰处理的污泥符合PSRP类别的要求。

2.用水泥窑灰粉处理污泥，可提高污泥干燥速度，特别是在处理过程的前4个星期。

3.用水泥窑灰粉处理的污泥，与石灰处理的污泥相比，其pH值下降 得更快。

4.用25%（重量）和35%（重量）水泥窑灰粉或10%（重量）石灰处理泥5个星期，即可将污泥中细菌病原体如沙门杆菌的含量控制PFRP的水平。

5.用水泥窑灰粉和石灰处理污泥，一天内就可将其中的肠道病控制在PFRP的水平。

6.用大剂量处理，4周内可将可活蛔虫卵存活率减少3个对数值以上。用25%（重量）的CKD，35%（重量）的CKD和10%（重量）石灰处理污泥，到第46天即可达到PFRP的水平（1个可存活虫卵/5克污泥）。含15%（重量）CKD的混合污泥样品达不到PFRP的水平。但含15%（重量）的CKD的消化污泥可达到该水平。

7.用CKD的石灰处理都可减少臭味，只有用35%（重量）的CKD处理才可将臭味减少到适度的水平。

8.干燥处理本身并不能杀灭污泥中的微生物。

9.在80天的实验期内可有效地防止病原体（沙门氏菌属）复活。

10.用25%（重量）的CKD，35%（重量）的CKD和10%（重量）石灰处理的污泥，经过6个星期的熟化期后都可达到EPA为PFRP制订的全部标准。

与PFRP的三个标准有关的下列结果是6个多星期（46天）时得到的。

标准

污泥类型    处理方式    沙门氏菌属    病毒    蛔虫属    全部

混合的    对照    ×    ×    ×    ×

15%CKD    ×    -    ×    ×

25%CKD    V（35）    V（1）    V（46）    V

35%CKD    V（27）    -    V（46）    V

5%石灰    V（46）    -    V（46）    ？

10%石灰    V（27）    V（1）    V（46）    V

消化的    对照    ×    ×    ×    ×

15%CKD    V（46）    -    ×    ？

25%CKD    V（46）    -    V（46）    V＊

35%CKD    V（27）    -    V（46）    V＊

5%石灰    ×    -    V（46）    ×

10%石灰    V（27）    -    V（46）    V＊

符号说明：

×：未达到PFRP标准，

V：达到PFRP标准，

（3）：侧量达到标准的那一天

？：结果不完全

＊：根据用混合污泥测出的数据得出的结论。

按下列12个处理小组进行了实验：

混合的    消化的

1.未处理的    7.未处理的

2.15%CKD    8.15%CKD

3.25%CKD    9.25%CKD

4.35%CKD    10.35%CKD

5.5%石灰    11.5%石灰

6.10%石灰    12.10%石灰

将上述每一处理小组（5000g污泥加处理料）装入10升的塑料管。在20°F下保持干燥，每周混合两次，以促使其干化。在第0、1、7、13、27、46和80天取样，处理后测定存活的病原体和微生物，下面列出取样测定的各项参数：

固体百分含量

pH

体积

粪大肠杆菌

沙门氏杆菌（伤寒肠炎）

猪蛔虫卵

人体肠道病毒（灰质I型-疫苗菌株）

下表概括列出各种数据，上述参照结果和图1-10都是根据这些数据编制的。

表Ⅰ-Ⅷ中符号说明

DWS：污泥干重

FC：粪大肠杆菌

FS：粪链球菌

Sal/：沙门氏杆菌〔伤寒肠炎〕

＃V    Ascaris    eggs：可存活猪蛔虫卵

＃V    Virus：可存活肠道病毒

Combined    Control：未处理的混合物污泥

CKD/COMB：用水泥窑灰粉处理的混合污泥

LIME/COMB：用石灰处理的混合污泥

DIGEST    CONTROL：未处理的消化污泥

CKD/DIG：用水泥窑灰粉处理的消化污泥

LIME/DIG：用石灰处理的消化污泥

处理时间：表Ⅰ：80天    表Ⅴ：13天

表Ⅱ：46天    表Ⅵ：7天

表Ⅲ：35天    表Ⅶ：1天

表Ⅳ：27天    表Ⅷ：0天

上述结果都已在1987.2.27申请的，申请号为019，888的美国专利申请中公开，并要求给予保护，该申请与本发明有一共同受让人。

根据本发明，已发现对该方法进行优选可达到最佳效果。根据本发明，该方法包括前期的碱性稳定化与后期的加速干化。

定义：

1.碱性材料：列入附录A的各种择优的水泥窑灰粉（CKD），石灰窑灰粉（LKD），生石灰粉、石灰粉、或水合石灰。其它碱性物料如满足下列操作条件的要求，也可部分或全部取代上述物料。

2.前期碱性稳定化与后期加速干化：

＃1方案：加入足量的上述碱性物料，以满足下列技术条件的要求：

要加入足量的碱性物料，将pH值调到12以上，并能保持该pH值至少7天。进行充分混合，使污泥饼内达到完全水解。可采用曝气等方法对预先经过碱性稳定化处理的污泥进行干燥处理。干燥至少要30天，直到固体最低浓度达到65%为止，碱性物料的加入量要足够多，要能使污泥在其pH值降到12.0以下之前，固体含量至少达到60%。

＃2方案：加入足够的碱性材料，同时提供一定量的热量，以满足下列技术条件的要求。

加入足量的碱性物料，将pH值调到12以上，并保持该pH值至少72小时。充分混合，使污泥饼内达到完全水解，与此同时，将污泥加热至少50℃，但不能加热达到可导致发生灭菌的温度。要提供足够的热量，使污泥在静置期间，至少能保持12小时处于至少50℃的温度下。可利用碱性物料的放热反应或其它热过程所放出的热量提高温度。稳定化的污泥经暴气干燥处理直到最低固体浓度达到50%为止。

将上述碱性物料粉末与污泥混合在一起，彼此充分、均匀地相互接触，不仅可使污泥保持在一种不适宜的生物化学环境中，此外，碱性物料粉末的比表面很大，可以吸附臭味，提高干燥速度。

本方法可将污泥对传病媒介的吸引力和污泥中的病原体减少到可检测限以下。具体而言，这种前期碱性稳定化与后期加速干化的方法可达到下述最佳效果，即每100毫升污泥中约1PFU（菌斑生成单位）的动物病毒，3CFR（菌落生成单位）的病原体细菌（沙门氏菌属），上述100毫升污泥约相当于5克干污泥。

CKD、LKD和石灰物料粉末（如附录A所述）是均匀地混入下水道的液体污泥或脱水污泥饼的。为了得到前期碱性稳定化处理的污泥，可利用机械的或曝气的混合方式（湿污泥），或机械混合（脱水污泥）达到均匀，充分地混合加料。如果得到的是污泥饼，可直接采用下述的空 气干化法。如果得到的是液体污泥，要在pH值仍大于12时，进行脱水处理，脱水处理可采用常规的浓密/过滤技术，进行到固体含量适度的程度，以得到易于进一步处理的污泥饼（固含量约为15-50%）。

加入的碱性材料的量要足够多，确保能将pH值提高到12以上，混合应当非常充分，确保污泥中水解反应的进行。

＃1方案：

通过间歇翻料或其它干燥方法对前期碱稳定化处理的脱水污泥饼进行空气干燥处理（处理过程中至少7天内pH值要保持在12以上）。干燥处理至少30天，直到固体含量达到并保持在其最小值即65%为止。碱性物料的加入量要足够多，要能使固含量超过60%以前，污泥pH值保持在12以上。

＃2方案：

当pH值大于12时，利用碱性物料的放热反应或其它热过程所放出的热量对前期碱稳定化处理的脱水污泥进行加热处理，将整个污泥的温度加热到至少约50℃，但不能加热到可引起灭菌的温度。将污泥静置存放，其间保持上述温度至少达12小时。利用间歇翻料或其它干燥方法对经过上述热处理的污泥饼进行空气干燥处理（处理过程中至少3天内pH值要保持在12以上），直到固体含量到并保持在其最小值即50%为止。

采用上述具体方法得到的PFRP产品，最后可通过销售/分配渠道、农田使用规划，或作为废渣用于填埋复盖材料。

实施例情况叙述如下。

实施例1

本实验中，将500克Toledo污泥饼样品与15%（重量），25%（重量）或35%（重量）水泥窑灰粉或5%（重量）或10%（重量）石灰相混合。该混合物在22.2℃湿度约20%的条件下放置60多天。结果表明，加CKD可以改进污泥的干燥过程，加25%（重量）和35%（重量）的CKD以及10%（重 量）的石灰，可达到PFRP中每一微生物限制标准。污泥/CKD混合物的pH值保持在12以上的时间为3天。对污泥臭味的控制，用35%（重量）CKD处理的效果比其它方式处理的效果都好，其结果令人十分满意。微生物检测结果汇总如下（数字表示每5克干污泥中可存活物的计数值），（经过以下列出的时间天数之后，无病原体复活）。

沙门氏菌（伤寒肠炎）    粪大肠杆菌

0天：1.5×10    0天：9.7×10

28天：＜1    13天：3.2×10

脊髓灰质炎病毒    粪链球菌

0天：2.0×10    0天：7.8×10

1天：＜1    13天：2.6×10

7天：＜1    46天：6.5×10

蛔虫属猪蛔虫卵

0天：

42天：＜1

实施例2

在实验室和现场分别用35%CKD处理密西根（Michigan）的Monroe污泥，本实验比较了这两种结果，现场料堆分3组，每组用料7吨，分成10份，用中间一组料堆进行微生物实验，该组料堆每周用“Brown    Bear”翻动混合两次。平均温度约45°F，平均湿度约65%，现场的干燥过程进展缓慢，28天时固体含量为54%，64天后才达到72%。料堆pH值保持在12以上的时间超过28天，第64天时，pH值已降到10.6。加入CKD以后，立即有效地控制了臭味。微生物检测结果汇集如下表：

沙门氏菌（伤寒肠炎）    粪大肠杆菌

0天：104    0天：8.9×10

28天：＜0.3    1天：7.9×10

7天：＜0.3

脊髓灰质炎病毒    粪链球菌

0天：0    0天：2.4×10

1天：2.1×10

1天：0    14天：2.8×10

蛔虫属猪蛔虫卵

0天：＜1

1天：＜1

7天：＜1

实施例3

分别用3个城市的污泥进行试验，如下所示。

a.衣阿华州的Des    Moines污泥：

将城市污泥与30%CKD混合，pH值保持在12以上，干燥7天使固体含量达到65%，加CKD控制臭味效果十分好。微生物检测结果汇集如下：

沙门氏菌（伤寒肠炎）    粪大肠杆菌

0天＜2    0天：2.4×10

7天＜2    7天：2

脊髓灰质炎病毒    粪链球菌

0天：未测出    0天：2.4×10

7天：未测出    7天：2.3×10

b.伊利诺斯州Dupage县污泥：

将城市污泥与35%石灰窑灰粉混合，干燥化效果很好，2周后固体含量达63%，5周后达到85%。第2周pH值已降到9.0，第5周降到 7.2。2周后臭味控制效果已很好，5周后更令人满意，微生物检测结果汇集如下：

沙门氏菌（伤寒肠炎）    粪大肠杆菌

0天：未测出    0天：2.3×10

14天：未测出    14天：2

35天：未测出    35天：22

脊髓灰质炎病毒    粪链球菌

未测出    未测出

蛔虫属猪蛔虫卵

未测出

c.在俄亥俄州Sylvania    Township处理的Toledo污泥

在处理厂将大约550吨Toledo城市污泥用6%石灰粉处理后，装运到Sylvania处，在那里与35%CKD混合，堆成料堆（8′宽，3.5′高，200′长），用Brown    Bear每周翻动3次，天气潮湿夏季平均温度约27℃，干燥效果很好，30天后固体含量达到64%，60天后达到69%。pH值保持在12以上的时间超过60天。在第90天才降到11.2。对臭味的控制一开始效果就很好，30天后更好。微生物检测结果汇集如下：

沙门氏菌（伤寒肠炎）    粪大肠杆菌

0天：1.4×10    0天：1.1×10

30天：＜2    30天：2

60天：＜2    60天：＜2

脊髓灰质炎病毒    粪链球菌

未测出    0天：3.0×10

30天：＜2

60天：20

蛔虫属猪蛔虫卵

0天：20

30天：＜1

60天：＜1

实施例4

将Toledo的城市污泥运到医学院（Medical    College），按下列百分比与“bag    houre”生石灰和/或CKD混合（每个冷却箱25000克）

1.对照0%    2.35%CKD

3.6%石灰+35%CKD    4.10%石灰+35%CKD

5.表面施用35%CKD    6.20%石灰

设计这些组合开式的目的是要测定达到的温度，并且确定一下，要使处理的污泥达到PFRP的标准，是否有可能缩短熟化期，记录下来的上述每一组合形式的最高温度分别为：1（25℃）;2（38℃）;3（46℃）;4（58℃）;5（25℃）;6（87℃）。在确定的最佳混合条件下，用石灰处理的污泥样品的最高温度本来还能更高些，现在由于加入石灰后很快地进行了额外的搅动混合，造成温度下降。干燥结果很好，14天后除CKD处理的样品固体含量为52%以外，其它样品固体含量都在64%以上。CKD（＃2）样品pH值保持在12以上的时间是24小时，其它样品的该pH值保持在12以上的时间都超过56天。所有处理过的样品都很好地控制了臭味。微生物检测结果汇集如下：

沙门氏菌（伤寒肠炎）    粪大肠杆菌

0天：2.4×10    0天：4.8×10

3天：＃2∶3.5×10    3天：＃2    1.3×10

＃3＜1    60天：＃3＜1

＃4＜1    ＃4＜1

＃6＜1    ＃6＜1

脊髓灰质炎病毒    粪链球菌

未测出    0天：8.7×10

3天：＃2    3.0×10

＃3    2.3×10

＃4    3.0×10

＃6    ＜1

蛔虫属猪蛔虫卵

0天：145

1天：＃1：64    7天：＃1：88    28天：＃1    152

＃2：19    ＃2：13    ＃2    ＜1

＃3：＜1    ＃3：＜1    ＃3    ＜1

＃4：＜1    ＃4：＜1    ＃4    ＜1

＃6：＜1    ＃6：＜1    ＃6    ＜1

实施例5

在处理厂将6%或8%的“bag    houre”生石灰加到Toledo城市污泥中，然后将该混合物放在贮存箱内熟化至少12小时。在这12小时中，加6%石灰的污泥温度不低于52℃，加8%石灰的污泥温度不低于56℃。熟化后，将这批污泥（大约50顿）装运到Toledo    Port    Authority处与35%CKD混合，之后每周用“Brown    Bear”混合两次。干燥结果很好，用6%石灰处理过的混合物14天后固体含量达到58%，28天后达到60%。用8%石灰处理的混合物14天后固体含量达到54%，28天后达到63%。6%石灰处理量的混合物的pH值保持在12以上的时间为66天，8%石灰处理的混合物在实验的28天内其pH值都在12以上。一旦混入35%的CKD，就能非常有效地控制臭味。为了充分检验石灰/CKD两步处理法的灭菌能力，在一个布袋内装上污泥和适宜的处理混合物（8%石灰再加35%CKD）并放入蛔虫卵，然后立即放进孵化箱，以后再放入料堆。微生物检测结果汇总 如下：

沙门氏菌（伤寒肠炎）    粪大肠杆菌

6%石灰+35%CKD    6%石灰+35%CKD

0天：＜1    0天：2.8×10

1天：＜1    1天：＜1

14天：＜1    14天：＜1

8%石灰+35%CKD    8%石灰+35%CKD

0天：＜1    0天：2.8×10

1天：＜1    1天：＜1

脊髓灰质炎病毒

未测出

蛔虫属猪蛔虫卵    粪大肠杆菌

6%石灰+35%CKD    6%石灰+35%CKD

0天：2    0天：8.9×10

1天：＜1    1天：＜1

14天：＜1    14天：＜1

8%石灰+35%CKD    8%石灰+35%CKD

0天：137（放入）    0天：2.8×10

1天：＜1    1天：＜1

14天：＜1    14天：＜1

从上述结果得出的结论是：用CKD或分两步用石灰/CKD处理城市污泥，都能达到PFRP的标准。具体处理过程表明。要使污泥当加入1×10的沙门氏菌和1×10的蛔虫卵时达到PFRP的标准，掌握好加工处理的时间是十分必要的。下面列出不同的方法和处理时间：

1.只有CKD：总是掌握在46天内

2.6%石灰+35%CKD，不加热：30天

3.6%石灰+35%CKD，46℃/12小时-3天

4.6%或8%石灰+35%CKD，52℃/12小时-1天进一步实验表明本方法可稳定重金属。

附录A

材料规格

生石灰：

要符合ASTMC911中规定的生石灰的各项指标。至少有75%的生石灰要能通过＃100筛。

消石灰：

要符合ASTMC911中规定的生石灰的各项指标。至少有75%的消石灰要能通过＃200筛。

炉窑灰粉：

是从生产波特兰水泥或生石灰的回转窑中收集的物料，上述两种产品要分别达到ASTMC150和ASTMC911的指标。对该物料中氧化物进行了分析，要求其中CaO和MgO的总含量至少要达到35%。烧失重不超过30%。活性的alkalines和alkalis（CaO+MgO-〔LOI×1.2〕+K₂O+Na₂O）占12%以上。

元素的最大容许量为：

Cd：25mg/kg

Cu：500mg/kg

Pb：900mg/kg

Ni：100mg/kg

Hg：5mg/kg

Zn：1500mg/kg

至少75%的灰料要能通过＃100筛。至少50%的灰粉要能通过＃200筛。

Claims (12)

1、一种处理含有臭味、动物病毒、病原菌和寄生虫的生物污泥以提供可直接施用于农田的肥料的方法，由下列必要步骤组成：

将上述污泥与选自石灰、水泥窑灰粉和石灰窑灰粉中的至少一种物料混合成混合物；

上述混合物中与污泥混合的添加物料的加入量要充足，以使能将该混合物的pH值调到12或12以上，并能够将其保持至少一天时间；

干化上述混合物，使成粒状材料；

与上述污泥混合的添加物料的加入量要充足，干化的时间要足够长，以便将污泥臭味明显减少到可忍受的程度，将污泥中的动物病毒减少到每100毫升上述污泥中少于1个菌斑生成单位，将病原菌减少到每100毫升上述污泥中少于3个菌落生成单位，将寄生虫减少到每100毫升上述污泥中不到一个可存活虫卵；减少上述污泥对传病媒介的吸引力；有效地防止病原体微生物的再生。

2、根据权利要求1的方法，其中所述添加物料的加入量要充足，以使能将上述混合物的pH值提高到12或12以上，并能使其保持至少7天时间。

3、根据权利要求1的方法，其中添加物料包括炉窑灰粉，其加入量为35%（按污泥重量计），即使干化期间pH值可能下降到9以下，也能将臭味减少到在密闭空间内可忍受的程度，即使上述混合物在各种气候条件下，也能无限期地保持对该臭味的控制效果。

4、根据权利要求1的方法，其中与上述污泥混合物的添加物料的加入量要充足，干化时间要足够长，即使干化期间pH值可能降到9以下，也能将臭味减少到在密闭空间内可忍受的程度，即使上述混合物，在各种气候条件下，也能无限期地保持对该臭味的控制效果。

5、根据权利要求1的方法，其中所述干化处理采用曝气法。

6、根据权利要求1的方法，其中所述干化处理连续进行，一直到高于50%的产品（按重量计）由固体构成。

7、根据权利要求1的方法，采用曝气法和加热进行其中所述的干化处理，提供的热量既不能导致发生灭菌反应，又要能明显缩短干化时间。

8、根据权利要求7的方法，其中所述的加热是通过提供化学反应释放热量或直接加热进行。

9、根据权利要求7的方法，其中所述热量是由向污泥和添加物料组成的混合物中添加的放热物料提供的。

10、根据权利要求1-9的任一方法，其中所述与上述污泥混合的添加物料的加入量要充足，要能将所述混合物的pH值提高到至少12，并能使大于12的pH值保持至少7天，

对所述混合物至少进行30天的干化处理，直到固体浓度达到最小值65%为止;

添加物料的加入量也要充足，以便能使大于12的pH值保持到污泥固体含量至少达到60（重量）%。

11、根据权利要求10的方法，其中添加物料是炉窑灰粉，添加物料的加入量是35%（按污泥重量计），即使干化期间pH值可能下降到9以下，也能将臭味减少到在密闭空间内可忍受的程度，即使上述混合物在各种气候条件下，也能无限期地保持对该臭味的控制效果。

12、根据权利要求10的方法，其中与上述污泥混合的添加物料的加入量要充足，干化时间要充裕，即使干化期间pH值可能降到9以下，也能将臭味减少到在密闭空间内可忍受的程度，即使上述混合物在各种气候条件下，也能无限期地保持对该臭味的控制效果。

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