CN104955343A - 处理废物活化污泥的方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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***)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***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***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***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***粮农组织(the Food andAgriculture 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。

附图说明

为了更好地理解本申请描述的各种示例性实施方案并更清楚地显示这些各种实施方案可以实现的方式，将通过举例的方式参照附图。应当认识到本申请的附图提供用于示例的目的而并不意图限制本发明。

图1描绘了本发明中提供的方法的某些实施方案的流程图。

图2描绘了用于处理废物活化污泥的反应器的示意图。

图3描绘了用于处理废物活化污泥的包括通过电子束辐射使微生物细胞灭活的反应器的示意图。

图4描绘了用于处理废物活化污泥的包括通过微波辐射使微生物细胞灭活的反应器的示意图。

具体实施方式

下面将描述各种方法或组合物以提供要求保护的各主题的实施方案的实例。下面描述的实施方案均不限制任何要求保护的主题，任何要求保护的主题都可以覆盖与下面所述那些不同的工艺、方法、组合物或***。要求保护的主题并不限制到具有下面所述的任一种组合物、方法、***或工艺的所有特征的组合物或方法或者限制到下面描述的多个或全部的组合物、***或方法共有的特征。下面所述的组合物、装置、***和/或方法可以不是任何要求保护的主题的实施方案。在下面所述的组合物、装置、***或方法中公开的在本文中未要求保护的任何主题可能是另一保护文件(例如连续专利申请)的主题，申请人、发明人或申请所有人并不意图将本文中通过其内容将任何这种主题放弃、弃权或捐献给公众。

所有公开文件、专利和专利申请都通过参考全部并入本申请。

在其各种实施方案中，在本发明的方法中，微生物细菌从该***中尽可能早地除去以防止死亡和溶解并使微生物细胞的产量最大化。这与常规废水处理装置是相反的，常规废水处理装置设计为微生物细胞从该***中尽可能晚地除去(即细胞寿命尽可能长)或者根本不将其除去以将尽可能多的微生物细胞生物质转化为二氧化碳，将废水严格处理到排放标准(disposalstandards)。这是因为常规废水处理装置的目的是使废产物的产量尽可能最小化。此外，为了使废物活化污泥可用于制备如本发明中那样的产品，降低其水含量和其中存活细菌含量是重要的。

在一些实施方案中，本发明涉及处理废物活化污泥的方法和通常包括将废物活化污泥中存在的微生物细胞灭活同时维持有价值的细胞组分的方法，这通常是通过对废物活化污泥的热、机械、辐射或酶处理而实现的。依照本申请的热处理方法的行为包括加热微生物细胞。依照本申请灭活微生物细胞使用的机械方法包括将微生物细胞暴露于快速压降或超声空化。依照本申请使用的辐射方法包括使用γ、电子束、微波或其他形式的辐射。使用的酶方法包括使用蛋白酶和其他酶破坏细胞膜(或者在真菌的情况下是细胞壁)的功能部分并导致细胞溶解和破碎。

如本申请所述，提供了至少一种有利的方法的实施方案，该方法之所以有利是因为其提供了干燥的废物活化污泥，其基本上不含活的微生物细胞且令人惊奇的是还包括大量的可消化蛋白质。就发明人的知识而言，现有技术中尚未制备出基本上不含活的细菌且此外还富含可消化蛋白质的干燥的废物活化污泥产品。令人惊奇的是，依照本申请公开的方法可以实现90％或更高的蛋白质消化率。提供的方法进一步的优点在于其提供了具有商业上可接受的储存期限且可以用于配制营养的动物饲料产品、人类食物或肥料产品的原料。因此，在一方面，本发明在一种实施方案中提供了处理包括可由废水流得到或由废水流得到的微生物细胞的废物活化污泥的方法，包括以下步骤：

(a)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(b)将该废物活化污泥脱水以将该废物活化污泥的水含量降低到小于约91％以得到经脱水的废物活化污泥。

可替代地，本发明的方法(代替步骤“a”和“b”)包括以下步骤：

(c)从废物活化污泥中除去水以得到(I)具有约91％-约96％的水含量的经增稠的废物活化污泥；或(II)具有80％或更低的水含量的经脱水的废物活化污泥；和

(d)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥。

在某些实施方案中，在步骤(a)和(d)中对该微生物细胞的灭活包括在约121℃-约155℃的温度对该废物活化污泥进行热处理以得到经热处理的废物活化污泥。

在某些实施方案中，在步骤(c)之后且在步骤(d)之前，干燥该经脱水的废物活化污泥或经增稠的废物活化污泥以得到经干燥的废物活化污泥。因此本发明在一方面进一步包括处理包括可由废水流得到或由废水流得到的废物活化污泥的方法，包括以下步骤：

(a)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(b)将该废物活化污泥脱水以将该废物活化污泥的水含量降低到小于约91％以得到经脱水的废物活化污泥；或者包括以下步骤：

(c)从废物活化污泥中除去水以得到(I)具有约91％-约96％的水含量的经增稠的废物活化污泥或(II)具有80％或更低的水含量的经脱水的废物活化污泥；或

(d)干燥该经脱水的废物活化污泥或该经增稠的废物活化污泥以得到经干燥的废物活化污泥；和

(e)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥。

在一些实施方案中，本发明的方面涉及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。该废物活化污泥能够表征为具有一定的固含量以及水/液体含量。

该方法能够进一步包括：(b)将该废物活化污泥脱水到约9-28wt％固体的固含量；(c)将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，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，本申请所述的脱水和干燥步骤可以作为分离的单元操作进行，或者可替代地，可以在同一操作中同时进行。例如，该废物活化污泥能够首先在第一操作中脱水到例如约9-28wt％固体的固含量，然后干燥到约80-90wt％固体的固含量。可替代地，该废物活化污泥可以经过单一的单元操作，其中废物活化污泥中的水通过机械和热方法连续除去到例如约90-28wt％固体的最终固含量。在这种“连续”方法中，在该操作过程中废物活化污泥的固含量提高到例如尤其为约9-28wt％的固含量，但并不因而分离；而是该操作继续除水直至其达到约90-28wt％固体的所需最终固含量为止。

本申请所述的蛋白质品质能够基于对该固体蛋白质饲料产品的消化率的任意适合的测量进行评价。在一些实施方案中，使用化验测定蛋白质消化率，例如提供的固定消化酶化验(Immobilized Digestive Enzyme Assay)在一些实施方案中，能够使用评分标准，例如美国食品和药品监督管理局(US Food and Drug Administration)(FDA)采用的蛋白质消化率校正的氨基酸评分(PDCAAS)。如果数值、评分和/或任何测量值维持与在一个或多个加工步骤之前的相同，那么能够认为在一个或多个特定的方法步骤之后蛋白质品质基本无变化。例如，在使用化验时，在入口温度为235℃、出口温度为88℃的环式干燥机(ring dryer)中干燥的废物活化污泥样品的三重分析可能导致各氨基酸消化率计算为92％、94％和96％，与此相比，在105℃的盘式干燥机中干燥12小时的废物活化污泥样品的相同氨基酸消化率计算为72％、74％和76％。使用具有95％的置信区间的成对T-试验的统计分析显示这些样品的消化率存在差异，因此这些样品的蛋白质品质也存在差异。

在一些实施方案中，根据使用例如Dumas或Kjeldah方法(Wiles,P.G.,I.K.Gray和R.C.Kissling 1998.通过Kjeldahl和Dumas方法常规分析蛋白质：回顾和使用乳制品的研究室间研究(Routine Analysis of Proteins by Kjeldahl andDumas Methods:Review and Interlaboratory Study Using Dairy Products),J.AOAC Int.81:620–632)测定，该固体蛋白质饲料产品的固含量的总粗蛋白质含量为至少约40wt％。

在一些实施方案中，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％。在一些实施方案中，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％。

在一些实施方案中，该步骤(d)的杀菌是通过电子束、γ辐射、微波辐射、酶处理、加热、超声、压降或其组合进行的。在一些实施方案中，在步骤(d)的杀菌之后，无单一可存活微生物种类以超过约50cfu/g的量存在。在一些实施方案中，在步骤(d)的杀菌之后，无单一可存活微生物种类以超过约10cfu/g的量存在。在一些实施方案中，步骤(d)的杀菌是通过在约120℃-约160℃的温度加热进行的。在一些实施方案中，在步骤(d)的杀菌过程中的滞留时间(仅通过测定固体蛋白质饲料产品暴露于灭活条件的时间而计算)小于约20分钟。

在一些实施方案中，该步骤(d)的杀菌是通过电子束辐射进行的。在一些实施方案中，该步骤(d)的杀菌是通过γ辐射进行的。

在一些实施方案中，该步骤(d)的杀菌是通过微波辐射进行的。在一些实施方案中，微波辐射的波长在约915MHz-约2450MHz范围内，且微波辐射的微波功率在约8kW-约80kW范围内。在一些实施方案中，步骤(d)的杀菌是在步骤(c)的干燥之后进行的。

在一些实施方案中，该步骤(d)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。在一些实施方案中，该步骤(d)的杀菌包括将该废物活化污泥暴露于快速压降。在一些实施方案中，该步骤(d)的杀菌包括将该废物活化污泥暴露于超声空化。

在一些实施方案中，该步骤(c)的干燥是在约80℃-约315℃的温度进行的。在一些实施方案中，该经脱水的废物活化污泥在该步骤(c)的干燥过程中的滞留时间为约2分钟-约20分钟。

在一些实施方案中，该步骤(c)的干燥是在单程炉(single pass oven)、双程炉(dual pass oven)、转鼓式干燥机(rotary drum dryer)、环式干燥机(ringdryer)、闪蒸干燥机(flash dryer)、喷雾干燥机(spray dryer)、旋转闪蒸干燥机(spin flash dryer)或过热蒸汽干燥机(super-heated steam dryer)中进行的。在一些实施方案中，该步骤(c)的干燥是在转鼓式干燥机或环式干燥机中进行的。

在一些实施方案中，该方法进一步包括(e)在该废物活化污泥中添加凝结剂。在一些实施方案中，该凝结剂是在该步骤(d)的杀菌之前添加的。在其他实施方案中，该凝结剂是在该步骤(d)的杀菌之后添加的。在一些实施方案中，该凝结剂选自由阴离子聚合物、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构成的组。

在一些实施方案中，该方法进一步包括步骤(f)在该废物活化污泥中添加保藏剂(preservative)。在一些实施方案中，该保藏剂选自由酸、碱、保湿剂、杀细菌基、杀真菌剂及其组合构成的组。

在一些实施方案中，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％。在一些实施方案中，该固含量的可消化蛋白质含量为至少约50wt％。在一些实施方案中，该固含量的可消化蛋白质含量为至少约60wt％。在一些实施方案中，该固含量的可消化蛋白质含量为至少约70wt％。在一些实施方案中，其中该固含量的可消化蛋白质含量为至少约80wt％。在一些实施方案中，该固含量的可消化蛋白质含量为至少约90wt％。

在一些实施方案中，该蛋白质饲料产品满足一个或多个规章标准。在一些实施方案中，根据***粮农组织(the Food and Agriculture Organization ofthe United Nations)的“良好动物饲养操作规范(CODE OF PRACTICE ONGOOD ANIMAL FEEDING)”(“规范(Code)”)(在本申请的申请日时在http://www.fao.org/docrep/012/i1379e/i1379e06.pdf可在线获得)中的定义，该蛋白质饲料产品可归类为饲料。该“规范”将饲料定义为意图直接饲养食用动物的任意单一材料或多种材料，无论是经过加工的、经过半加工的还是原料。

本发明的方面进一步涉及由本申请所述的方法制备的固体蛋白质饲料产品。在一些实施方案中，该固体蛋白质饲料产品的水含量为10％或更低，且固含量的可消化蛋白质含量为至少约40wt％。在一些实施方案中，固含量的可消化蛋白质含量为至少50wt％。在一些实施方案中，固含量的可消化蛋白质含量为至少60wt％。在一些实施方案中，固含量的可消化蛋白质含量为至少70wt％。在一些实施方案中，固含量的可消化蛋白质含量为至少80wt％。在一些实施方案中，固含量的可消化蛋白质含量为至少90wt％。在一些实施方案中，根据***粮农组织(the Food and Agriculture Organization of theUnited Nations)的“良好动物饲养操作规范(CODE OF PRACTICE ON GOODANIMAL FEEDING)”中的定义，该固体蛋白质饲料产品可归类为饲料。

本申请所用的程度术语例如"基本"、"约"和"近似"表示符合该术语的常规含义以及其使用的上下文的所修饰术语的合理偏差量。例如，在与数值结合时，“约”能够表示该数值偏差例如±10％(或±5％、±2％、±1％等)。

本申请所用的用于“和/或”意图表示包括-或。即，例如“X和/或Y”意图表示X或Y或二者。作为另一实例，“X、Y和/或Z”意图表示X或Y或Z或其任意组合。

本申请所用的术语“水的废流”、“废水流”及其变型表示任何废水流出物，包括但不限于：来自工业制造方法、市政、商业和家用来源的任何流出物，以及来自降雨或洪水的径流水(runoff water)。依照本发明使用的废水流包括但不限于：从食物制造方法得到的废水流，包括含有食物副产物和残渣的废水流，其在释放到开放环境中之前需要除去该食物副产物和残渣；并进一步包括但不限于：涉及一种或多种饮料生产方法(包括啤酒厂、酿酒厂、果汁生产厂等)、马铃薯加工厂、柠檬酸盐制造厂、酵母制造厂、棕榈榨油厂、湿玉米和大米磨坊、制糖厂、肉提炼厂和其他将食品级生物需氧量(Biological oxygen demand)释放到排出水中的食物制备方法)的废水流。本申请所用的“生物需氧量”或“BOD”表示生物降解废水中的污染物所需氧气的量。通常，BOD与废水中存在的生物可吸收有机材料的量相关联。在优选实施方案中，该废水流包括至少约200mg/升食物副产物和残渣污染物的BOD。

术语“废物活化污泥”或“WAS”在本申请可互换使用，表示使用废水作为微生物生长介质生长的微生物生物质。产生WAS的生长技术和方法通常包括以下步骤：(i)在组装以允许使用废水流作为生长介质的生长容器或反应器(例如曝气反应器)中微生物增殖；(ii)使用例如一个或多个沉降罐、澄清器、基于膜的分离技术或技术人员通常已知的其他方法和单元操作从排水流中分离微生物生物质；和(iii)取出一部分微生物生物质称作“废物活化污泥”。微生物的增殖通常是通过将废水流与微生物体优选在一个或多个水池中接触而实现的，例如通过搅动和混合将氧气引入该水池中以维持需氧代谢条件，该微生物体可以是废水流中内生存在的或外生提供的。如前所述，WAS能够表征为具有一定的固含量和水/液体含量。

进一步地，可以用营养物(例如微量营养物和/或常量营养物)补充该废水流，以刺激微生物的生长。该微生物体在消耗能量(以废水流中包含的碳的形式)的过程中代谢该废水流中包含的水生污染物残余物，并将这些残余物转化为微生物生物质。为了从经处理的废水中分离出微生物体，通常使该废水池中的内容物在澄清池中沉降。可替代地，在同一容器中进行生长和分离，例如通过周期性地改变操作条件(例如停止容器中的搅动，由此可使微生物物质沉降)。也可以使用其他分离***，例如基于膜的微生物反应器，包括使用过滤器分离微生物体，或者也可以使用溶解空气浮选。然后通常将微生物体的一部分返回到曝气池中以维持其中高浓度的微生物体，而收集剩余部分作为依照本申请的废物活化污泥。收集的废物活化污泥通常包含约1％-约2％固体和约98％-约99％水。

在一些实施方案中，该微生物增殖过程是在基本需氧的条件下进行的。术语“基本需氧的条件”意图表示其中微生物体在以促进以需氧方式消化碳的微生物种类主导生长的方式通过曝气控制供氧的条件下生长的条件。尽管可能会发生一些厌氧生长，但优选将这种生长限制到少于50％，更优选少于25％，最优选少于10％。通常为了实现基本需氧的条件，需要将氧气以至少0.5ppm，更优选至少1-2ppm的量供给该废水流。在基本需氧的条件下制备的微生物体也称作“需氧微生物体”。在微生物增殖中两个特别重要的操作参数是“平均细胞滞留时间”或“MCRT”和“平均废物滞留时间”或“MWRT”。MCRT能够通过用废水处理过程中微生物体的总质量除以每单位时间去除(或废弃)的微生物体的质量来计算。该过程中微生物体的总质量能够通过各种常规方法测定，例如通过从需氧池和澄清器中取出已知体积的样品，使用具有约1微米的标称孔尺寸的膜过滤器从废水样品中过滤出微生物体，干燥该过滤器和捕获的细胞，计算样品中微生物体的质量，并将样品中的微生物体的质量外推到该过程中存在的总体积中微生物体的质量。其他***(例如在其中恒定添加和去除物料的干燥机中)的“滞留时间”能够通过将该***中任意时刻的总质量除以质量的去除速率来计算。

作为实例，如果微生物体的总质量为100磅，每天去除20磅微生物体物质，那么MCRT为5天。在优选实施方式中，MCRT为约8天或更短。在其他实施方案中，将MCRT维持在约7天、约6天、约5天、约4天、约3天或约2天。换言之，在优选实施方案中，每天从微生物增殖过程中去除不超过1/8、1/7、1/6、1/5、1/4、1/3、1/2的微生物体物质(以体积或重量计)。MWRT表示该过程中含碳化合物(例如对废水流的BOD有贡献的有机化合物)的平均滞留时间，且能够从这些化合物进入该过程(例如进入曝气容器)的时刻开始测定，到这些化合物以经保藏、灭活和/或干燥的微生物生物质的形式从该过程中回收的时刻结束。该MWRT能够通过将该过程中的总碳质量除以每天回收的碳质量而计算。作为实例，如果该过程中的总碳质量为100磅，每天回收15磅碳，那么MWRT为6.7天。在优选实施方案中，MWRT为约10天或更短。在进一步优选的实施方案中，MWRT小于约8天、小于约7天、小于约6天、小于约5天、小于约4天、小于约3天或小于约2天。制备微生物体和废物活化污泥的其他操作参数将是本领域技术人员通常已知的，且能够通过常规实验由本领域技术人员容易地确定和优化。对MWRT和MCRT以及其他涉及依照本申请的微生物生物质的生长和回收的操作参数的控制和优化的进一步指导可见于’806专利中，其内容通过引用全部并入本申请。

本申请所用的术语“脱水”表示导致从废物活化污泥中去除水的任意工艺步骤。在一些实施方案中，这种通过脱水对水的去除得到具有约72％-约91％(包括其间的所有数值)的水含量的经脱水的废物活化污泥。

本申请所用的术语“增稠”表示导致从废物活化污泥中去除水的任意工艺步骤。在一些实施方案中，该经增稠的废物活化污泥具有约91％-约96％(包括其间的所有数值)的水含量。

本申请所用的术语“干燥”表示使用经脱水或增稠的废物活化污泥组合物进行且导致从该经脱水或增稠的废物活化污泥组合物中去除水以得到经干燥的废物活化污泥产物的任意工艺步骤。在一些实施方案中，该经干燥的废物活化污泥产物具有约4％-约20％(包括其间的所有数值)的水含量。

本申请所用的术语“溶解”表示导致微生物细胞的细胞膜实质破坏的任意工艺步骤。

在一些实施方案中，本发明提供了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方法，例如图1中所示例。参照图1中的方案100，在一方面，本发明在101、102和103中提供了3种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方法。在方法101和102中，在最初的步骤中，处理该废物活化污泥105以去除水并分别得到脱水的废物活化污泥110或增稠的废物活化污泥115。在两种方法101和102中，然后将该废物活化污泥(经脱水的110或经增稠的115)进行微生物灭活以得到不含存活微生物的脱水废物活化污泥(经脱水的125或经增稠的130)。该微生物灭活步骤也可以在非必要的干燥步骤之后进行，以首先得到经干燥的废物活化污泥160和165，然后得到不含微生物的经干燥的废物活化污泥170和175。在第三种方法103中，处理废物活化污泥105以去除微生物细胞并得到不含微生物的废物活化污泥120。在该微生物细胞灭活之后，将该废物活化污泥脱水以得到不含微生物的经脱水的废物活化污泥135。然后，依照方法103，将该不含微生物的经脱水的废物活化污泥135干燥以得到经干燥的不含微生物的废物活化污泥140，并将其保藏(preserved)以得到经干燥和保藏的废物活化污泥145。各废物活化污泥产物125、170、130、165和145随后可以直接配制以制备最终用户产物150，或者其可以如后文所述用于制备各种分级分离物155，这些分级分离物又可以用于制备各种最终用户产物150。在一些实施方案中，在实施方案101、102和103的方法中的各个步骤可以使用凝结剂180，如图1中所示例。

依照其某些方面，能够使用任意适合的方式对该废物活化污泥中存在的微生物细胞进行灭活以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥(参照图1，参考符号125、170、130、175和135)。依照本申请，在某些实施方案中(参照图1，方法103)，该灭活方法是在从经处理的废水中分离出废物活化污泥或废水处理方法之后立即实行的，即该失活方法应用于脱水、增稠或干燥该废物活化污泥或导致从废物活化污泥中实质除去水的任意其他处理步骤之前的废物活化污泥。最初，该废物活化污泥105能够包括约97％-约99.5％的水。在这种实施方案中，该灭活方法优选包括细胞的热处理。然而，在其他实施方案(参照图1，方法101和102)，微生物灭活的方法应用于(i)该废物活化污泥105脱水以得到具有80％或更低的水含量的经脱水的废物活化污泥110之后或(ii)该废物活化污泥增稠以得到具有91％-96％的水含量的经增稠的废物活化污泥115之后。因此，依照该实施方案，初始废物活化污泥105可以具有约97.5％-约99.5％的水，然后将其水含量降低到约91％、约92％、约93％、约94％、约95％或约96％或其间的任意值以得到经增稠的废物活化污泥115，或者将其水含量降低到例如约80％、约78％、约76％、约74％、约72％、约70％或其间的任意值以得到经脱水的废物活化污泥110。然后应用微生物细胞的灭活方法。在一些实施方案中，该灭活方法能够包括但不限于：热处理、用电离辐射处理、细胞溶解及其组合。

因此从前面将显然可见，依照各种实施方案与废物活化污泥中存在的微生物细胞的灭活方法结合使用的废物活化污泥的水含量可在以下范围内：(i)约97％-约99.5％(参照图1，方法103)；(ii)约91％-约96％(参照图1，方法102)；和(iii)80％或更低(参照图1，方法101)。然而各种微生物细胞的灭活方法都可以使用，只要该微生物细胞的灭活方法导致废物活化污泥基本不含活的微生物细胞即可。术语“基本不含活的微生物细胞”表示在应用微生物细胞的灭活方法之后，无单一微生物种类以超过约100菌落形成单位/干克(cfu/g)废物活化污泥的量存在于该废物活化污泥中。“基本不含活的微生物细胞”能够进一步包括应用微生物细胞的灭活方法，其中在应用之后，在废物活化污泥中不存在可检测水平(即约0cfu/g)的活细菌细胞。

在某些实施方案中，一旦该废物活化污泥中存在的微生物细胞被灭活，无单一微生物种类以超过约50cfu/g或超过约10cfu/g以及二者之间的所有数值的量存在于该废物活化污泥中。在一些实施方案中，废物活化污泥中的微生物数量约为0cfu/g。依照依照本申请，无单一微生物种类以超过约100cfu/g的量存在于该废物活化污泥中。在某些实施方案中，第一微生物种类以约100cfu/g的浓度存在，第二微生物种类以小于约100cfu/g的浓度存在。前述非常低的微生物数量水平能够进一步称作“商业无菌的”。例如，如果最终产物用于制备饲料应用，沙门氏菌种优选以约0cfu/g存在，且大肠杆菌种以不超过约100cfu/g的水平或不超过约10cfu/g的水平存在。在其微生物数量方面如此限定的产品能够被认为是商业无菌的。通过改变灭活的方法，可以得到微生物数量的非常低水平的变化。在一些实施方案中，在根据***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 ANIMALFEEDING)”中的定义可归类为饲料时。该产品能够被认为是商业无菌的。

在其中使用热处理方法灭活的微生物细胞的实施方案中，较长加热时间和/或使用更高温度能够导致较低的微生物数量。在其中使用高压细胞溶解方法的实施方案中，高压差的使用能够导致较低的微生物数量。作为另一实例，在其中使用超声空化的实施方案中，延长暴露于超声频率的时间长度能够导致较低的微生物数量。作为另一实例，在其中使用电离辐射的实施方案中，辐射暴露时间较长能够导致微生物数量较少，暴露于更强的频率或辐射形式也将如此。作为另一实例，在其中使用酶消化的实施方案中，延长暴露时间或暴露于多种酶能够导致较低的微生物数量。因此，根据最终废物活化产物的特定用途，可以调节与该灭活方式的应用相关的特定条件以实现一定范围的微生物数量并可以得到商业无菌的产物。

可以监控的微生物种类包括广泛多种的细菌种类，包括但不限于大肠杆菌(Escherichia coli)、产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、芽孢杆菌(Bacillus spp)和空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)。其他可以监控的微生物体包括但不限于：沙门氏菌属(Salmonella spp.)、酵母和霉菌属(yeast and mold spp.)、梭菌属(Clostridiumspp.)(包括亚硫酸盐还原的梭菌)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和大肠型细菌(coliform bacteria)纲中的细菌种类。依照本申请得到的极低含量的微生物体使该废物活化污泥在商业上是无菌的且适合用作用于商业制造很多产品(包括动物饲料产品、人类食物和肥料)的原料。

依照本发明的方法的一些实施方案，将废物活化污泥在约121℃-约155℃的温度进行热处理以得到经热处理的废物活化污泥。这种热处理的使用导致废物活化污泥中微生物体的大量失活，得到基本不能存活的废物活化污泥。在某些实施方案中，该热处理是在从经处理的废水中分离出废物活化污泥之后立即施行的，即该热处理应用于在对废物活化污泥脱水或干燥之前的废物活化污泥(即该废物活化污泥具有约97％-约99.5％的水含量)(参照图1，方法103)，或者在其他实施方案中该热处理是在导致从废物活化污泥中除去显著量的水的任意其他处理步骤(即导致废物活化污泥具有约91％-约96％的水含量的增稠步骤(参照图1，方法102)；或导致废物活化污泥具有约80％或更低的水含量的脱水步骤(参照图1，方法101))之后立即进行的。依照本申请对废物活化污泥的热处理通常持续时间较短。因此，在某些实施方案中，该热处理不超过约20分钟，在其他实施方案中，热处理将在约5分钟-约20分钟范围内(包括其间的所有值)变化。当在所述温度范围内使用较高温度时，该热处理时间能够持续较短，当在所述温度范围内使用较低温度时，热处理时间能够较长。在一些实施方案中，热处理将包括加热该废物活化污泥至少20分钟或约20分钟，例如至少20分钟或约20分钟、至少21分钟或约21分钟、至少22分钟或约22分钟、至少23分钟或约23分钟、至少24分钟或约24分钟、至少25分钟或约24分钟或至少30分钟或约30分钟，以及其间的任意值。在一些实施方案中，该热处理能够控制在至少121℃或约121℃，例如至少120℃或约120℃，至少119℃或约119℃，至少118℃或约118℃，至少117℃或约117℃，至少116℃或约116℃，至少115℃或约115℃、至少110℃或约110℃，以及其间的任意值。在另一特别的实施方案中，该热处理将包括在不超过200℃或约200℃、不超过180℃或约180℃、不超过170℃或约170℃、不超过160℃或约160℃、不超过155℃或约155℃、不超过154℃或约154℃、不超过153℃或约153℃、不超过152℃或约152℃、不超过151℃或约151℃、不超过150℃或约150℃及其间的任意值的温度加热至少5分钟或约5分钟、至少6分钟或约6分钟、至少7分钟或约7分钟、至少8分钟或约8分钟、至少9分钟或约9分钟或至少10分钟或约10分钟及其间的任意值。在另一特别的实施方案中，热处理将包括在121℃的温度加热该废物活化污泥约20分钟，在另一实施方案中，热处理将包括在155℃的温度加热该废物活化污泥约5分钟。在热处理之后，优选将该废物活化污泥快速冷却(在小于5分钟内)到低于约100℃，例如通过将该经杀菌的废物活化污泥通过热交换器或通过将该废物活化污泥输送到通常敞开到大气压的罐或其他容纳容器中。依照本申请可以使用的热处理方法和装置包括在保持这些液体物料的水含量在约92％-约99％的同时能够将液体物料充分加热到约121℃-约155℃的温度的方法和装置。然而，在某些实施方案中，由于使用了热方法或溶解方法，可能会发生该废物活化污泥的大量水损失和干燥，将水含量降低到例如50％、40％或30％。这种装置包括杀菌装置，例如但不限于：管状杀菌装置、板式热交换器杀菌装置、超高温杀菌或巴氏杀菌装置、高压杀菌装置和/或其他。在一些实施方案中，这种装置能够允许废物活化污泥连续流动。

依照一些实施方案，本申请所述的方法包括溶解废物活化污泥中存在的微生物体以实现微生物灭活并得到包括溶解的微生物细胞的废物活化污泥的方法。依照一些实施方案，溶解该微生物体的方法应用于该废物活化污泥的脱水之后或应用于对其脱水和干燥到约80％或更低(例如约70％、约60％、约50％、约40％、约30％或更低，包括其间的任意值)或任意其他导致从废物活化污泥中大量除去水的处理步骤之后。可以依照本申请使用的溶解的方法包括但不限于：压力调制、超声空化、基于酶的溶解技术及其组合。在一些实施方案中，可以依照本申请使用的溶解方法是“法式压力细胞挤压(French pressure cell press)”或“法式挤压(French press)”或减压破裂或类似的术语。

简言之，废物活化污泥的法式挤压包括在容器中在高压下挤压该废物活化污泥流体，迫使物料通过窄的阀或孔口。为了实现所需的压力，可以使用液压泵将活塞驱动到密闭容器(例如缸体)中。该活塞用例如O形环密封，使得该废物活化污泥从容器中的逃逸通道是通过该阀的。依照本申请施加的典型的压力为约5,000 psi或更高。一旦通过该阀离开，该微生物细胞经受剪切力并快速减压到常压。在这些条件下，废物活化污泥中存在的微生物细胞破裂并溶解。在应用于固相物料时，该方法是使用Hughes压力机或X-压力机进行的。法式挤压、Hughes挤压和X-挤压方法进一步描述于Harrison,S.T.L.(1991).细菌细胞破裂：回收胞内产物中的关键单元操作(Bacterial CellDisruption:A Key Unit Operationin the Recovery of Intracellular Products).Biotech.Adv.,9,217-240中。在将该细胞加热时，较低的压力也能实现有效的溶解。例如，在将WAS预加热到约121℃时，100 psi-1000 psi的压降会导致显著的溶解和灭活。较高的温度需要较低的压降差。因此，存在任意数量的压力与温度方案将会导致细胞的溶解。例如，本发明人在将WAS加热到约121℃时通过约30 psi的压降观察到了显著的溶解。

可以用于使细胞溶解或灭活的其他方法包括超声空化。简言之，在18KHz-1 KHz范围内的超声频率会产生空化现象，其中微细泡沫膨胀和收缩。一旦接触，冲击波会通过介质。这种泡沫的生长、收缩和冲击波发射的反复导致生物细胞的溶解和破坏。超声方法进一步描述于H.Feng,G.V.Barbosa-Cánovas和J.Weiss(Eds.)(2011).用于食物和生物工艺的超声技术(Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing)(2011).New York:Springer中。可以用于溶解或灭活细胞的其他方法是酶方法，包括但不限于蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶或其他酶及其组合。酶方法进一步描述于Aehle,W(ed.)(1990).工业中的酶(Enzymes in Industry),Weinheim,Germany:WileyVCH中。可以用于溶解或灭活细胞的其他方法是化学方法，包括但不限于用强酸或碱或吸湿化合物处理废物活化污泥。在这方面可以使用的酸包括盐酸、硝酸和硫酸和其他酸；可以使用的碱包括氢氧化钠和氢氧化钙和其他碱；在这方面可以使用的吸湿化合物包括保湿剂，包括丙二醇、山梨糖醇和甘油。

依照一些实施方案，通过使用电离辐射(包括γ辐射、电子束(e-beam)或微波)处理废物活化污泥实现了微生物的灭活。依照本申请，该辐射优选施加于废物活化污泥的脱水之后，使用具有80％或更低的水含量的经脱水的废物活化污泥或经干燥的废物活化污泥。在特别的实施方案中，使用具有10％的水含量的经干燥的废物活化污泥。辐射剂量可以变化，但在其中使用电子束处理的实施方案中，优选2-14千格雷的范围。Molins(2001)提供了显示较低的电子束剂量也能有效的数据(Molins,R.A.(ed.)(2001).食物辐射：原理和应用(Food Irradiation:Principles and Applications).New York:WileyInterscience)。在使用微波的情况中，对于1-15分钟的时长，施加的剂量通常为8-80kW。发明人的数据显示对于3-5分钟的时长，75kW实现了总微生物的3-log失活，在辐射之后沙门氏菌和总大肠杆菌分析呈阴性。该剂量未导致胃蛋白酶消化率的降低。Molins(2001)还提供了关于为使产品适用作动物饲料成分而实现商业无菌所需的关于γ辐射计量的数据。例如，动物饲料成分中微生物数量的典型规格可以如下表1中所列：

表1

例如DNA排序、单克隆抗体俘获和计数、培养和其他方法也能够用于确定样品中这些微生物体在辐射前后的初始浓度。因此辐射计量能够提高或降低以在最终产物中实现所需的水平。将预期在指定用于人类食物的成分中微生物的含量将会显著低于上面所示那些。

依照某些实施方案(参照图1，方法101和103)，将该废物活化污泥脱水以得到经脱水的废物活化污泥，这种经脱水的废物活化污泥具有不超过约91％的水含量。在更优选的实施方案中，该经脱水的废物活化污泥具有约85％或更低的水含量，在特别的实施方案中，该废物活化污泥具有约80％或更低的水含量。在约80％的水含量时，该废物活化污泥通常充分呈液态以便能被方便地泵送以进行任何其他处理步骤，因此通常优选将水含量保持不低于约80％。可以依照本申请使用的脱水方法包括任意脱水装置，包括但不限于能够通过使用机械力从废物活化污泥中去除水的任何装置，例如包括但不限于通过施加压力或离心力操作的任何装置。可以依照本申请使用以实现脱水的方法和装置包括但不限于挤压和离心。可以使用的用于脱水的装置包括但不限于例如带式压滤机、离心机、真空辅助压力机、压滤柱、螺旋压力机、旋转压力机、滚筒增稠机、重力带式增稠机、电介导脱水单元、挤出脱水单元或板框压力机。

在特别的实施方案中，使用沉降式离心机或带式压滤机对经热处理的废物活化污泥进行脱水。在脱水步骤的操作中，废物活化污泥的温度通常不实质调节。然而注意在脱水过程中的温度可能发生实质的变化，由于在某些实施方案中经热处理的废物活化污泥可能在热处理之后立即进行脱水。在这种实施方案中，脱水过程中的温度通常将降低。在其它实施方案中，经热处理的废物活化污泥或溶解的废物活化污泥经过常温脱水，在这些实施方案中，在脱水过程中的温度将通常保持在环境温度的约±20℃范围内。

依照某些实施方案(参照图1，方法102)，本发明的方法能够包括增稠该废物活化污泥。该增稠可以使用任意通过施加压力或离心力操作的装置实现。用于增稠的方法和设备最常用的是沉降器或转鼓式增稠器。依照本申请可以使用以实现脱水的方法和设备包括但不限于压力机和离心机。

依照本申请，一旦实现了对微生物细胞的灭活和该废物活化污泥的脱水，该废物活化污泥基本上不含活的微生物细胞，且该废物活化污泥富含蛋白质，特别地，该废物活化污泥包括蛋白质，其中存在的蛋白质的至少约50％是可消化的，更优选至少约60％，更优选至少约70％，更优选至少约80％，最优选至少约90％，例如至少约91％、至少约92％、至少约93％、至少约94％、至少约95％、至少约96％、至少约97％，以及其间的所有值。前述可以通过测定在其饲料中递送给动物的总蛋白质和/或氨基酸并将其与动物***物中排出的总蛋白质和/或氨基酸进行比较而测定。因此，例如包括90％可消化蛋白质的废物活化污泥在制备为动物饲料时，将会导致所递送的总蛋白质的10％存在于动物的***物中。体内消化率可以使用Skrede,A等,1998.在天然气体中生长的细菌蛋白质在貂、猪、鸡和大西洋鲑中的消化率(Digestibility of bacterial protein grown on natural gas in mink,pigs,chicken,and Atlantic salmon),Anim.Feed.Sci.Technol.76(103-116)中提供的方法定量。Boisen消化率描述于S.Boisen和Fernandez,J.(1995).通过体内分析预测猪饲料和饲料混合物中蛋白质和氨基酸的表观消化率(Prediction of theapparent digestibility of protein and amino acids in feedstuffs and feed mixturesfor pigs by in vitro analyses).Animal Feed Science and Technology,51,29-43中。胃蛋白酶消化率描述于Bassompierre,M.,Larsen,K.L.,Zimmermann,W.,McLean,E.,Borresen,T.,Sandfeld,P.(1998).化学物质的比较、用于预测鱼粉营养品质的电泳和体内消化方法(Comparison of chemical,electrophoretic andin vitro digestion methods for predicting fish meal nutritive quality)，其描述于Aquaculture Nutr.,4,223-239中。IDEA蛋白质消化率化验描述于Boucher,S.E.,S.Calsamiglia,C.M.Parsons,M.D.Stern,M.Ruiz Moreno,M.Vazquez-Anon和C.G.Schwab.2009.瘤胃未降解的蛋白质中单一氨基酸的体内消化率：改进的三步程序和固定消化酶化验(In vitro digestibility of individual amino acidsin rumen-undegraded protein:The modified three-step procedure and theimmobilized digestive enzyme assay).J.Dairy Sci.92:3939-3950中。使用本发明的方法的消化率化验及其结果另外进一步描述于实施例76、78、79和80中。

在本发明的一些实施方案中，该处理方法进一步包括干燥步骤。因此，本发明在一方面进一步包括处理可由废水流得到或由废水流得到的包括微生物细胞的废物活化污泥的方法，包括以下步骤：

(a)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(b)将该废物活化污泥脱水以将该废物活化污泥的水含量降低到小于约91％，以得到经脱水的废物活化污泥。

可替代地，本发明的方法(代替步骤“a”和“b”)包括以下步骤：

(c)从废物活化污泥中除去水以得到(I)具有80％或更低的水含量的经脱水的废物活化污泥；或(II)具有约91％-约96％的水含量的经增稠的废物活化污泥；和

(d)在步骤(b)或步骤(c)之后干燥该经脱水的废物活化污泥或该经增稠的废物活化污泥。

在特别的实施方案中，干燥优选是在约80℃-约315℃的温度进行的，干燥时间不长于约10分钟，以得到经干燥的废灭活污泥。

依照本申请，在某些实施方案中，该经干燥的废物活化污泥具有20％或更低的水含量、15％或更低的水含量，最优选约10％或更低的水含量。

在一些实施方案中，该经脱水的废物活化污泥在约80℃-约315℃的温度使用能够供应这些操作参数的干燥设备(例如包括但不限于单程炉、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)快速干燥不超过10分钟的干燥时间。通常使用环式干燥机、涡旋流化机、旋转闪蒸干燥机、喷雾干燥机和过热蒸汽干燥机，因为其可与微生物蛋白质的温度敏感性特别相容，且在一些情况中能够提供一致的颗粒尺寸分布。

简言之，喷雾干燥机是包括喷嘴的装置，通过该喷嘴，包含颗粒物质的流体(例如废物活化污泥)被传输并分散成液滴，其与优选提供在流中的热空气或气体(例如加热的氮气)接触。一旦该液滴与热空气或气体接触，液滴中的液体会挥发并变成干固体形态。将这些固体(通常以粉末的形式)回收，依照本申请称作经干燥的废物活化污泥。这些固体的水分含量小于10％。依照本申请，喷雾干燥机有利地操作以控制液滴分散到加热的空气或气体中的温度且该温度在特别实施方案中为约300℃，出口温度为约80-100℃。喷雾干燥机方法进一步描述于Mujumdar,A.S.(ed.)(2007).工业干燥手册(第三版)(Handbook of Industrial Drying,(Third Edition)).Boca Raton:CRC Press andLand和C.M.Van’t.(2012).加工工业中的干燥(Drying in the Process Industry),Hoboken:John Wiley and Sons中。

环式干燥机也是常用的，且包括使用由绕着曲线通过的空气或气体流产生的离心力浓缩分散在移动层中的环式干燥机中的经分散的废物活化污泥。在废物活化污泥内的干颗粒离开该***的循环，而较湿的颗粒通过该***循环。该环式干燥机优选以将入口温度控制在约200℃-约315℃的范围内(更优选约260℃)的方式操作。出口温度在约82℃-约93℃范围内。这样提供了具有约10％的水分含量和粉末一致性(consistency)的产物。该环式干燥机优选以进行多个循环的方式以及以废物的约97.5％在约2-4分钟内离开该环式干燥机的方式操作。环式干燥机方法进一步描述于Mujumdar,A.S.(ed.)(2007).工业干燥手册(第三版)(Handbook of Industrial Drying,(Third Edition)).BocaRaton:CRC Press and Land和C.M.Van’t.(2012).加工工业中的干燥(Dryingin the Process Industry),Hoboken:John Wiley and Sons中。

也可以使用过热蒸汽干燥机实现干燥，其包括使用空气气动输送在过热输送流内的该废物活化污泥。该干燥机通常在闭环***中操作，这样将可以回收和循环蒸汽和能量。该过热蒸汽可以由多种方式产生，包括燃气、燃油或电热锅炉、热交换器或其他蒸汽产生装置、烟气或热油。而且能够施加电加热。从产物中蒸发出的水分用于形成过剩蒸汽并降低过热蒸汽的温度。废物活化污泥在过热蒸汽***中通常的滞留时间通常低于1分钟，且能够低至仅几秒钟(例如2-5秒)。过热蒸汽干燥机或蒸汽回路能够串联施加以实现所需的干燥程度。传输蒸汽和干燥产物最通常在旋风或袋式分离器中分离，优选的方法最通常是旋风式分离器，然后使用气密旋转阀(air-tight rotary valve)或类似的装置将干燥产物从干燥机中排出。在分离之后，将传输蒸汽循环到热交换器的入口以进行再次加热。产生的过剩蒸汽连续流出。过热蒸汽干燥进一步描述于Mujumdar,A.S.(ed.)(2007).工业干燥手册(第三版)(Handbookof Industrial Drying,(Third Edition)).Boca Raton:CRC Press and Land和C.M.Van’t.(2012).加工工业中的干燥(Drying in the Process Industry),Hoboken:John Wiley and Sons中。

在另一实施方案中，废物活化污泥的干燥是使用微波辐射实现的。通常，废物活化污泥的基于微波的干燥是使用一定的微波剂量和波长施加足够长的时长进行的，以干燥该经脱水的废物活化污泥，并得到具有小于约90％水、更优选小于约80％、小于约70％、小于约60％、小于约50％、小于约40％、小于约30％、小于约20％或小于约10％水(包括其间的所有值)的水含量的经脱水的废物活化污泥。优选的辐射范围在约800MHz-约2450MHz变化，更优选在约900和1,000MHz之间，最优选为约915MHz，包括其间的所有值。优选的操作功率范围在约10kW-约20kW变化，包括其间的所有值。选定的波长、功率和暴露时长主要取决于该经脱水的废物活化污泥的初始和最终所需的水分含量。可以依照本发明使用的微波设备是任意微波设备，包括任意工业微波设备，例如Industrial Microwave Systems LLC或Burch BiowaveSystems销售的设备。例如，本发明人确定在约915MHz的微波频率和约80％的经脱水的污泥的初始水分含量，为获得具有约10％的水分含量的废物活化污泥在约20kW需要约25分钟。如果使用具有约20％的初始水分含量的经脱水的活化污泥，那么在约10kW时暴露于约915MHz微波3分钟15秒就将该经脱水的废物活化污泥的水含量降低到略低于约10％。

在本发明特别优选的实施方案中，该经脱水的废物活化污泥是在两个步骤中干燥的：(i)为了去除水的第一干燥步骤和(ii)为了在同时导致微生物基本灭活的条件下去除水的第二干燥步骤。通常限制在第一干燥步骤过程中实现微生物灭活。因此，例如，可以对经脱水的废物活化污泥进行冷冻干燥，然后暴露于微波辐射。在优选实施方案中，第一热干燥步骤使用例如优选环式干燥机或旋转闪蒸干燥机，然后是第二干燥步骤，包括暴露于微波辐射。因此，本发明进一步包括处理可由废水流得到或由废水流得到的包括微生物细胞的废物活化污泥的方法，包括以下步骤：

(a)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(b)将该废物活化污泥脱水以将该废物活化污泥的水含量降低到小于约91％，以得到经脱水的废物活化污泥。

可替代地，本发明的方法(代替步骤“a”和“b”)包括以下步骤：

(c)从废物活化污泥中除去水以得到(I)具有80％或更低的水含量的经脱水的废物活化污泥；或(II)具有约91％-约96％的水含量的经增稠的废物活化污泥；和

(d)在步骤(b)或步骤(c)之后通过第一干燥步骤和第二干燥步骤干燥该经脱水或该经增稠的废物活化污泥，该第一干燥步骤包括(i)热处理该经脱水的废物活化污泥以得到具有小于80％的水含量的经热处理和脱水的废物活化污泥，第二干燥步骤包括(ii)用同时降低水含量和灭活的微生物细胞的方式处理该经热处理和脱水的废物活化污泥，以得到基本不含活的微生物细胞的经干燥的废物活化污泥。

因此，在第一热处理步骤之后，可以得到具有80％或更低(例如约70％、约60％、约50％、约40％或约30％)的水含量的经脱水的废物活化污泥。第一步中的热处理优选是在至少87℃的温度(更优选在87℃-100℃的温度)进行的。重要的考虑是在水分含量小于约20％或小于约10％之前不能将该湿物料加热到超过100℃的温度。此外，在非常热的空气流(例如高达315℃)中的湿产物的温度由于蒸发冷却能够显著低于100℃。

在优选实施方案中，同时降低水含量和灭活的微生物细胞的方法是微波辐射。使用微波辐射，可以将废物活化污泥的水含量降低到例如约10％或更低。在两个步骤中使用加热和微波辐射进行干燥被视为特别优选的，因为本发明人确定这样可以产生如下经干燥的废物活化污泥，其中热敏的有价值组分(例如蛋白质、微生物)保存的程度比仅使用加热或仅使用微波加热得到经干燥的废物活化污泥时可能实现的高得多。如前所述，由此得到的经干燥的废物活化污泥此外还基本不含微生物细胞且富含可消化蛋白质。因此，使用两步干燥方法，可以得到具有约10％或更低(例如约9％或更低、约8％或更低、约7％或更低、约6％或更低、约5％或更低、约4％或更低，及其间的所有值)的水含量且包含约60％-约97％(例如约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％，包括其间的所有值)可消化的蛋白质组分且基本不含微生物细胞的WAS制品，如实施例79中进一步记录。在干燥之后得到的该制品的总蛋白质含量可以高达约80％w/w，更通常为约60％-约67％w/w。总之，这样可以使得依照本发明的该优选实施方案制备的经干燥的废物活化污泥特别适用于在最终用户产品(例如动物饲料产品、人类食品或肥料)的制备中作为原料。

在特别优选的实施方案中，将凝结剂180与废物活化污泥混合。这种凝结剂可以在施加该废物活化污泥的灭活方法之前(参照图1，方法101和102)或之后(参照图1，实施方案103)混合。与凝结剂的混合将该废物活化污泥的固含量提高到典型地高达约5％-约8％(包括其间的所有值)，导致废物活化污泥的水含量为约92％-约95％(包括其间的所有值)。在某些实施方案中，该凝结剂是在施加微生物灭活方法之前添加到该废物活化污泥中的。能够依照本发明使用的凝结剂包括但不限于任何热稳定的阴离子、非离子和阳离子聚合物、基于聚丙烯酰胺的聚合物、通常被认为安全的(GRAS)聚合物、人类食品级的聚合物和动物饲料等级的聚合物(例如聚丙烯酰胺)，本申请优选游离的丙烯酰胺部分满足饲料和食品的要求，例如可在市场上获得的GRASDREWFLOC商标的聚合物(例如DREWFLOC 2449-GR)。因此，在进一步的方面中，本发明进一步提供了处理可由废水流得到或由废水流得到的包括微生物细胞的废物活化污泥的方法，包括以下步骤：

(a)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(b)将该废物活化污泥脱水以将水含量降低到小于约91％，以得到经脱水的废物活化污泥，

其中在步骤(a)进行前后，将该废物活化污泥与凝结剂以以下方式混合：一旦该废物活化污泥与凝结剂混合，水含量降低到约95％-约92％。

在其中施加热处理以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥的本发明的另一实施方案中，该废物活化污泥中存在的微生物细胞另外还可以溶解。因此，本发明的方法进一步包括使用实现废物活化污泥中存在的细胞微生物基本溶解的技术。细胞溶解方法优选是在应用废物活化污泥的热处理的方法之后进行的，因为本发明人已经发现在本申请其中使用施加压力以实现细胞溶解的实施方案中，所需的压差幅度在使用经热处理的细胞时更低，因此例如低至约30psi的压降可能就足够了。在其他实施方案中，可以使用高达约100psi、高达约200psi或高达约500psi的压降，然后在约130℃热处理约20分钟，但是在一些实施方案中，细菌细胞的溶解方法也可以应用在应用热处理的方法之前。可以使用的溶解方法包括基于压力调节的溶解技术。因此依照本申请可以使用的溶解技术是所谓的法式压力细胞挤压法(French pressure cell press)或法式挤压法(French press)，如本申请前面详细描述。

在本发明的至少一些实施方案中，得到经保藏的废物活化污泥，其由此可以储存较长的时间。为了本申请的目的，术语“经保藏的废物活化污泥”表示其制备使得在将该废物活化污泥组合物储存较长时间时该组合物不会发生不良的物理或化学反应，由此具有商业上可接受的贮藏寿命的废物活化污泥制品。在一些实施方案中，该废物活化污泥至少约1个月是稳定的。在一些实施方案中，该制品至少约1年是稳定的。在其他实施方案中，该制品至少约2年是稳定的，所有都在室温储存。在另一实施方案中，该废物活化污泥制品的制备使得该制品能够另外耐受温度波动，例如在无温度控制的环境中(例如在运输过程中)通常可能发生的那些。

用于评价该废物活化污泥制品的稳定性的诊断参数可以是随意的，且可以包括表示与该废物活化污泥制品的化学或物理稳定性有关的任意和所有定性或定量变化的任意和所有参数。用于评价废物活化污泥随时间的变化的典型参数包括颜色、气味、粘度、质地、pH值、水活性和包括霉菌的微生物生长。在特别的实施方案中，该废物活化污泥制品中有关这些参数的变化是最低限度的(例如小于约10％)或基本不存在的。

本发明的废物活化污泥制品中的不良变化可能是由任何试剂造成的或由任何基本物理或化学原理决定的。不良的反应包括例如氧化反应(通常由于暴露于空气造成的)和由辐射诱导反应(通常暴露于光)造成的变化。此外，不良的化学变化意图包括由生物试剂(例如细菌、真菌、支原体、病毒等)造成的变化。这些试剂可能在依照本申请的处理步骤进行之后仍以非常低的水平保持存在，或者其可能是在储存时再次引入到该废物活化污泥中的。本发明并不意图在造成这种变化的原因试剂或决定这种变化的化学或物理原理方面进行限制。

在另一方面，本发明在一种实施方案中提供了处理可由废水流得到或由废水流得到的包括微生物细胞的废物活化污泥的方法，包括以下步骤：

(a)从废物活化污泥中除去水以得到(I)具有80％或更低的水含量的经脱水的废物活化污泥或(II)具有约91％-约96％的水含量的经增稠的废物活化污泥；

(b)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(c)通过将该经脱水的废物活化污泥或经增稠的废物活化污泥与选自由酸、碱或结合水构成的化合物组的化合物混合而保藏该经脱水的废物活化污泥或经增稠的废物活化污泥，以得到经保藏的废物活化污泥。

可替代地，本发明的方法(代替步骤“a”、“b”和“c”)包括以下步骤：

(d)干燥该经脱水的废物活化污泥或经增稠的废物活化污泥并用选自由酸、碱或结合水构成的化合物组的化合物保藏该经干燥的废物活化污泥以得到经保藏的废物活化污泥。

再次参照图1，前面提供了经依照方法101和102处理的废物活化污泥的保藏。依照本发明，方法103也可以产生经保藏的废物活化污泥。因此，本发明进一步包括处理可由废水流得到或由废水流得到的包括微生物细胞的废物活化污泥的方法，包括以下步骤：

(a)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；

(b)将该废物活化污泥脱水以将该废物活化污泥的水含量降低到小于约91％，以得到经脱水的废物活化污泥；

(c)干燥该经脱水的废物活化污泥；和

(d)用选自由酸、碱或结合水构成的化合物组的化合物保藏该经干燥的废物活化污泥以得到经保藏的废物活化污泥。

依照本申请在一种实施方案中，一旦已经得到了经脱水的废物活化污泥或经增稠的废物活化污泥，将其与选自由酸、碱或结合水构成的化合物组的化合物接触并混合，得到经保藏的废物活化污泥。可以依照本申请使用的酸包括盐酸、硫酸或硝酸，且以使废物活化污泥中最终氢离子的浓度([H⁺])在约10^-1-约10^-5摩尔变化的方式提供。可以依照本申请所用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾，且以使废物活化污泥中最终[H+]在约10^-9-约10^-13.5摩尔变化的方式提供。可以用于结合水的化合物是保湿剂，例如聚乙二醇、丙三醇和山梨糖醇。其他保藏剂也可以包括在该废物活化污泥中，包括杀细菌剂和杀真菌剂。这些试剂包括但不限于丙酸及其盐、苯甲酸及其盐、山梨酸及其盐、富马酸及其盐、乙酸及其盐、乳酸及其盐、其他有机酸(包括其混合物)、龙胆紫、生产乳酸的细菌、抗真菌剂(例如游霉素(也称作匹马菌素)、两性霉素和其他抗真菌抗生素)。

在一方面，本发明还提供了无菌到商业上可接受的水平且包括至少约70％可消化蛋白质的废物活化污泥。

在另一方面，本发明还提供一种组合物，其包括灭菌到商业上可接受的水平且具有小于约20％的水分含量且包括至少约70％可消化蛋白质的废物活化污泥。

在另一方面，本发明还提供了组合物，其包括灭菌到商业上可接受的水平且具有小于约20％或约10％的水分含量且包括至少约70％可消化蛋白质的经保藏和干燥的废物活化污泥。

依照本申请在一些实施方案中，在微生物细胞灭活之后得到的废物活化污泥可以用作富集某些微生物细胞分级分离物(参照图1，参考符号155)的原料。该微生物细胞组分包括但不限于微生物细胞膜、细胞质的细胞材料、微生物脂类、微生物核酸、特定的纯蛋白质、特定的纯维生素、多糖(包括甘露聚糖和β-葡聚糖)、油或其他有价值的组分，其可以以或高或低的纯度由细菌细胞得到，接着对该微生物细胞物质施加萃取和纯化方法。这种方法包括但不限于溶剂萃取方法和纯化，包括蛋白质纯化方法，例如膜过滤、柱色谱、高效液相色谱、沉淀和其他方法。一旦萃取后，可以使用其他技术制备产物，包括干燥(例如干燥以得到经干燥的微生物细胞膜)和引入保湿剂和其他配剂以制备经配制的废物活化污泥分级分离物。

特别受到关注的是可由依照本发明得到的废物活化污泥得到的蛋白质和油浓缩物。因此本申请还包括在对本发明的废物活化污泥进行萃取之后得到的蛋白质或油浓缩物以及使用溶剂萃取或超临界萃取得到该蛋白质或油浓缩物的方法。因此，本发明进一步包括获得蛋白质或油浓缩物的方法，包括通过以下处理可由废水流得到或由废水流得到的具有至少约97％水含量的包括微生物细胞的废物活化污泥：

(a)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(b)将该废物活化污泥脱水以将该废物活化污泥的水含量降低到小于约91％，以得到经脱水的废物活化污泥。

可替代地，本发明的方法(代替步骤“a”和“b”)包括以下步骤：

(c)将该废物活化污泥脱水以将该废物活化污泥的水含量降低到小于约80％以得到经脱水的废物活化污泥；和

(d)灭活该微生物细胞以得到基本不含活的微生物细胞的废物活化污泥；和

(e)由该废物活化污泥得到蛋白质或油浓缩物。

依照本申请，本申请提供的组合物可以用作用于制备产品的原料(参照图1，参考符号150)。该废物活化污泥或废物活化污泥分级分离物由于在该废物活化污泥中具有高蛋白质含量和高浓度的未变性蛋白质而特别可用于制备营养动物饲料产品。因此依照本申请提供的方法提供的废物活化污泥或废物活化污泥分级分离物可以用于制备用于陆生动物(例如牛、猪、家禽)的营养饲料以及用于水生动物(包括脊椎水生动物和无脊椎动物，例如虾)的饲料。该废物活化污泥或废物活化污泥分级分离物可以在不经进一步配制的情况下用作单一成分动物饲料产品，或者更优选地可以与其他营养成分和其他配剂(例如保湿剂)一起配制以制备多成分动物饲料产品。该产品可以以任意稠度制备，例如可以以颗粒的形式制备。该废物活化污泥产品进一步可以用作用于制备人类营养食品的成分或用作肥料，如实施例81和82中进一步所示。该肥料可以包括经干的细胞、经灭活的干的细胞、经灭活的湿的细胞、经溶解的细胞、细胞质或肽。

进一步参照以下实施例描述本发明，该实施例是示例性的，并不意图限制本发明。

实施例

实施例1.废物活化污泥的热处理

将包含BOD、营养物和溶解氧的废水流在罐或池中曝气以制备细胞生物质。然后将该生物质在澄清器、溶解空气浮选***、膜过滤器或其他装置中从大量水中分离出，将其一部分返回到需氧池，将其一部分从***中作为废物活化污泥取出。然后将该废物活化污泥在封闭压力容器中加热到约121℃-约155℃的温度以制备商业无菌的废物活化污泥。

实施例2.废物活化污泥的热处理

将由饮料生产厂、马铃薯加工厂、玉米加工厂、糖加工厂、柠檬酸盐生产厂、酵母制造厂、肉提炼厂或牛奶加工厂得到的废水流如实施例1中所述处理。

实施例3.废物活化污泥的热处理

将来自饮料加工厂(例如啤酒酿制厂、酿酒厂、棕榈油榨油厂或果汁制造厂)的废水流如实施例1中所述处理。

实施例4.废物活化污泥的热处理

将实施例1的废物活化污泥使用热交换器加热到约10-30℃到至少约121℃的温度。

实施例5.废物活化污泥的热处理

将实施例1的废物活化污泥在液液热交换器或气液热交换器中加热到约10-30℃到至少约121℃的温度。

实施例6.废物活化污泥的热处理–添加凝结剂

将实施例1的商业无菌的废物活化污泥冷却到约66℃-93℃的温度，然后添加凝结聚合物(高于约93℃的温度能够造成该凝结聚合物的水解)。

实施例7.废物活化污泥的热处理–添加凝结剂

将实施例6的商业无菌的废物活化污泥冷却到使该凝结聚合物能适当作用且不会发生间接观察到的作为凝结效能降低的过度水解的温度。

实施例8.废物活化污泥的热处理–添加凝结剂

实施例6的方法，其中该凝结聚合物是食品级的或如本申请所述通常被认为是安全的(GRAS)。

实施例9.废物活化污泥的热处理–添加凝结剂

实施例6的方法，其中将该商业无菌的废物活化污泥冷却到不会不利影响随后使用的分离装置的操作的温度。例如，冷却到93℃的温度的商业无菌的废物活化污泥不会干扰凝结聚合物的凝结效能或离心机或其他脱水装置的性能。

实施例10.废物活化污泥的热处理–添加凝结剂

实施例9的方法，其中该分离装置是离心机、膜或其他类型的过滤器。

实施例11.废物活化污泥的脱水

实施例1的方法，其中随后使用离心机、膜或其他类型的过滤器将该商业无菌的废物活化污泥从水流中分离出来以制备商业无菌的经脱水的废物活化污泥。

实施例12.废物活化污泥的脱水和干燥

实施例11的方法，其中随后将该经脱水的废物活化污泥在干燥机(例如本申请所述的任意干燥机)中加热干燥。

实施例13.废物活化污泥的脱水和干燥

实施例12的方法，其中该干燥机是转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机。

实施例14.废物活化污泥的脱水和干燥

实施例12的方法，其中该干燥机产生水含量为约10％水的商业无菌的经干燥的废物活化污泥。

实施例15.由废物活化污泥制备饲料和食物

实施例1-14的方法，其中使用该商业无菌的废物活化污泥制备动物饲料或人类食物。

实施例16.由废物活化污泥制备肥料

实施例1-14的方法，其中使用该商业无菌的废物活化污泥制备肥料。

实施例17.经干燥的废物活化污泥的制备

将包含BOD、营养物和溶解氧的废水流在罐或池中曝气以制备细胞生物质。然后将该生物质在澄清器、溶解空气浮选***、膜过滤器或其他装置中从大量水中分离出，将其一部分返回到需氧池，将其一部分从***中作为废物活化污泥取出并脱水以制备经脱水的废物活化污泥。然后将该经脱水的废物活化污泥在薄膜干燥机或其他适于干燥粘性物料(例如糊、凝胶或稠分散体)的干燥机中加热干燥以制备经干燥的废物活化污泥。

实施例18.经干燥的商业无菌的废物活化污泥的制备

实施例17的方法，其中随后将该经干燥的废物活化污泥辐射以灭活该细胞材料并得到经干燥的商业无菌的废物活化污泥。

实施例19.经干燥的商业无菌的废物活化污泥的制备

如实施例18中所述，其中该辐射是电辐射(例如电子束方法)、γ辐射(例如由钴60发射的辐射)或微波辐射。

实施例20.经干燥的商业无菌的废物活化污泥的制备

实施例19的方法，其中该微波具有约800MHz-约2450MHz的频率。

实施例21.经干燥的商业无菌的废物活化污泥的制备

实施例19的方法，其中该微波具有约900MHz-约1000MHz的频率。

实施例22.废物活化污泥的脱水然后杀菌

将包含BOD、营养物和溶解氧的废水流在罐或池中曝气以制备细胞生物质。然后将该生物质在澄清器、溶解空气浮选***、膜过滤器或其他装置中从大量水中分离出，将其一部分返回到需氧池，将其一部分从***中作为废物活化污泥取出并脱水以制备经脱水的废物活化污泥。然后将该经脱水的废物活化污泥通过加热或辐射进行生物灭活以得到商业无菌的废物活化污泥。

实施例23.废物活化污泥的脱水然后杀菌

实施例22的方法，其中该经脱水的废物活化污泥用过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化机或其他提供足以使微生物灭活的温度和足以保存蛋白质结构和消化率的短滞留时间的干燥机进行生物灭活。尽管对于特定的干燥机和蛋白质组合物，滞留时间和温度的特别组合是优选的，且其保存了不耐热的蛋白质并使微生物灭活，但通常较低的温度(例如约55℃-约75℃)和较高的滞留时间(例如约12-约24小时)或较高的温度(例如约230℃-约260℃)和较低的时间(例如约1/30-约1/6小时)是适合的。例如，在65℃操作的炉中约12小时的滞留时间通常足以灭活微生物并保存蛋白质品质和消化率。实施例78显示了在使用环式干燥机时随着入口温度的变化产物中消化率的变化。

实施例24.废物活化污泥的脱水然后杀菌

实施例22的方法，其中该经脱水的废物活化污泥用γ辐射、电子束辐射或微波进行生物灭活以制备经辐射的废物活化污泥。

实施例25.废物活化污泥的脱水然后杀菌和干燥

实施例24的方法，其中随后将经辐射的废物活化污泥干燥。

实施例26.废物活化污泥的脱水然后杀菌和干燥

实施例25的方法，其中该污泥在过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化机或其他提供足以使微生物灭活的温度和足以保存蛋白质结构和消化率的短滞留时间的干燥机中干燥。

实施例27.废物活化污泥的脱水然后杀菌

实施例22的方法，其中该废物活化污泥通过暴露于压降、超声空化、酶消化或其他使细胞膜溶解的方法进行灭活。

实施例28.废物活化污泥的脱水然后杀菌

实施例27的方法，其中该灭活是通过使用压降进行的，该压降是通过将废物活化污泥加压然后迫使其通过小的孔口使得在通过该孔口之后压力降低到环境水平而发生的，例如在称作均化器或法式挤压器(French Presses)的机械中发生的。

实施例29.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例28的方法，其中将该经溶解和杀菌的废物活化污泥进一步分离成细胞膜和细胞质。

实施例30.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料、食物或肥料的用途

实施例29的方法，其中随后将细胞膜干燥并用于制备动物饲料、人类食物或用作肥料。

实施例31.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料、食物或肥料的用途

实施例30的方法，其中该细胞膜在转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机中干燥。

实施例32.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例29的方法，其中在细胞膜中添加酸、碱或保湿剂以制备经保藏的细胞膜悬浮液。

实施例33.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料、食物或肥料的用途

实施例32的方法，其中该细胞膜悬浮液通过与其他成分混合并加工成所需形式而用于制备动物饲料或人类食物。例如，可以将该共混的成分制粒以形成动物饲料或挤出以形成所需的形状。该细胞膜悬浮液还可以仅通过添加到土壤或其他生长介质中而用作肥料。

实施例34.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料、食物或肥料的用途

实施例29的方法，其中将该细胞质干燥并用于制备动物饲料或人类食物或用作肥料。

实施例35.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例29的方法，其中在细胞质中添加酸、碱或保湿剂以制备经保藏的细胞质。

实施例36.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料或肥料的用途

实施例35的方法，其中该经保藏的细胞质用于动物饲料中或用作肥料。

实施例37.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料或肥料的用途

实施例35的方法，其中该经保藏的细胞质用作人类食物。

实施例38.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例29的方法，其中该细胞膜进一步使用溶剂萃取技术、醇沉淀或其他方法处理以分离或浓缩细胞膜的组分(例如蛋白质、脂类、维生素、辅酶)以制备肽混合物或制备其他营养组分。

实施例39.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料或肥料的用途

实施例37的方法，其中该细胞膜组分用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例40.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料或肥料的用途

权利要求38的方法，其中该细胞膜在组分提取之后用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例41.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料或肥料的用途

实施例40的方法，其中该细胞膜在组分提取之后进行干燥。

实施例42.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料或肥料的用途

实施例41的方法，其中该干燥是在转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机中发生的。

实施例43.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料或肥料的用途

实施例40-42的方法，其中该细胞膜在组分提取之后用于制备动物饲料、人类食物或用作肥料。

实施例44.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例29的方法，其中该细胞质进一步使用乙醇沉淀方法、膜过滤方法或其他方法处理以分离细胞质的组分。

实施例45.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例44的方法，其中该组分包括核酸、蛋白质、辅酶、脂类或维生素。

实施例46.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例45的方法，其中该核酸、蛋白质、辅酶、脂类或维生素用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例47.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例44的方法，其中该细胞质在组分分离和取出之后用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例48.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例29的方法，其中该分离是通过使用离心机或膜过滤器发生的。

实施例49.商业无菌的废物活化污泥的分级分离

实施例29和44和47的方法，其中使用喷雾干燥机或类似物干燥该细胞质。

实施例50.商业无菌的废物活化污泥的分级分离及其用于制备饲料、食物或肥料的用途

实施例29的方法，其中该细胞质用作动物饲料、人类食物或肥料。

实施例51.废物活化污泥的脱水

实施例11的方法，其中将强酸或强碱添加到该商业无菌的经脱水的废物活化污泥中以制备经灭活的商业无菌的经脱水的废物活化污泥。

实施例52.废物活化污泥的脱水

实施例51的方法，其中将保湿剂添加到该商业无菌的经脱水的废物活化污泥中以制备具有低水活性的商业无菌的废物活化污泥。

实施例53.废物活化污泥的脱水

实施例51的方法，其中将保湿剂添加到该商业无菌的经脱水的废物活化污泥中以制备具有低水活性的经脱水的商业无菌的废物活化污泥。

实施例54.废物活化污泥的脱水

实施例51-53的方法，其中该具有低水活性的商业无菌的废物活化污泥和该经灭活的商业无菌的经脱水的废物活化污泥用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例55.废物活化污泥的脱水

实施例11的方法，其中该经脱水的商业无菌的废物活化污泥经过压降、超声空化或酶消化以制备经溶解的经脱水的商业无菌的废物活化污泥。

实施例56.废物活化污泥的脱水

实施例55的方法，其中将该经溶解的经脱水的商业无菌的废物活化污泥干燥以制备经干燥和溶解的商业无菌的废物活化污泥。

实施例57.废物活化污泥的脱水

实施例56的方法，其中该干燥是在转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机中发生的。

实施例58.废物活化污泥的脱水以制备饲料、食物或肥料

实施例56的方法，其中该经干燥和溶解的商业无菌的废物活化污泥用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例59.废物活化污泥的脱水

实施例56的方法，其中该经溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥用强酸或强碱改良以制备经灭活、溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥。酸或碱的添加产生了阻碍微生物生长的pH环境，这提高了饲料、食物或肥料的稳定性。酸或碱所需的量将取决于该组合物的特征(例如其缓冲容量)。适用于食物中的酸或碱的非限制名单包括盐酸、硝酸或硫酸和氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙，由此得到约3或更低(例如约3、2.5或2)或约9或更高(例如约9、9.5或10)的最终pH值。

实施例60.废物活化污泥的脱水

实施例56的方法，其中该经溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥用保湿剂(如上所述)改良以制备具有低水活性(如上所述)的经溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥。

实施例61.废物活化污泥的脱水

实施例56的方法，其中该经溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥用强酸或强碱(如上所述)和保湿剂(如上所述)改良以制备具有低水活性(如上所述)的经灭活、溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥。

实施例62.废物活化污泥的脱水

如实施例59-61中所述的方法，其中将该经灭活、溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥和具有低水活性(例如低于约0.5，例如约0.25 a_w)的经溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥和该具有低水活性的经灭活、溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例63.废物活化污泥的脱水及其分级分离物的制备

实施例51和56的方法，其中随后将经溶解的商业无菌的废物活化污泥和该经溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥经历可将细胞膜和细胞质分离的分离技术(例如离心)。然后可以将该膜用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。也可以对该膜进行干燥并用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。该干燥可以发生在转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机中。该膜也可以用强酸或强碱或保湿剂改良并用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。该膜也可以用强酸或强碱或保湿剂改良并用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。该膜也可以经过萃取方法(例如溶剂萃取)以从该膜中净化例如磷脂。随后用于萃取方法的该膜可以用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。随后用于萃取方法的该膜也可以进行干燥并然后用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。该干燥可以发生在转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机中。该萃取产物(包括磷脂)可以用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例64.废物活化污泥的脱水及其分级分离物的制备

实施例51和56的方法，其中该经溶解的商业无菌的细胞悬浮液和该经溶解和脱水的商业无菌的废物活化污泥随后经过分离技术(例如离心)，使细胞膜和细胞质分离开。该细胞质可以随后用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。该细胞质还能够经过纯化和沉淀方法(例如醇沉淀)以制备例如蛋白质浓缩物或纯化的核酸。该随后用于纯化或萃取方法的细胞质能够随后用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。该纯化产物(例如蛋白质或核酸)能够随后用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。该细胞质能够在转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机中干燥以制备能够用于动物饲料、人类食物中或用作肥料的物料。也能够将强酸、强碱或保湿剂添加到该细胞质中以制备经灭活的细胞质、具有低水活性的经灭活的细胞质或具有低水活性的细胞质。该经灭活的细胞质、具有低水活性的经灭活的细胞质或具有低水活性的细胞质能够随后用于动物饲料、人类食物中或用作肥料。

实施例65.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

将包含BOD、营养物和溶解氧的废水流在罐或池中曝气以制备细胞生物质。然后将该生物质在澄清器、溶解空气浮选***、膜过滤器或其他装置中从大量水中分离出，将其一部分返回到需氧池，将其一部分从***中作为废物活化污泥取出并脱水以制备经脱水的废物活化污泥。然后将该经脱水的废物活化污泥经过压降、超声空化或酶消化以制备经溶解和脱水的废物活化污泥。

实施例66.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

实施例65的方法，其中将强酸、强碱或保湿剂添加到该经溶解和脱水的废物活化污泥中以制备经灭活和溶解的废物活化污泥。

实施例67.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

实施例65的方法，其中将强酸或强碱和保湿剂添加到该经脱水的废物活化污泥中以制备具有约2-3或9-10的pH值的具有低水活性(例如约0.25 a_w)的经灭活和溶解的废物活化污泥。

实施例68.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

权利要求65的方法，其中将保湿剂添加到该经溶解和脱水的废物活化污泥中以制备具有低水活性的经溶解和脱水的废物活化污泥。

实施例69.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

实施例65-68的方法，其中对该经溶解和脱水的废物活化污泥、该经灭活和溶解的废物活化污泥或该具有低水活性的经灭活和溶解的废物活化污泥进行辐射以制备经辐射、溶解和脱水的废物活化污泥、经辐射、灭活和溶解的废物活化污泥或具有低水活性的经辐射、灭活和溶解的废物活化污泥。

实施例70.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

实施例69的方法，其中该辐射包括γ辐射、电子束辐射或微波。

实施例71.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

实施例65、66或67的方法，其中将该经溶解和脱水的废物活化污泥、该经灭活和溶解的废物活化污泥或该具有低水活性的经灭活和溶解的废物活化污泥进行干燥。

实施例72.经脱水和溶解的灭活污泥的制备

实施例71的方法，其中该干燥是在转鼓式干燥机、过热蒸汽干燥机、环式干燥机、闪蒸干燥机、涡旋流化干燥机、薄膜干燥机或喷雾干燥机中发生的。

实施例73.制备经脱水和溶解的灭活污泥以制备饲料、食物或肥料

实施例65-69和71-72的方法，其中将该经溶解和脱水的废物活化污泥、该经灭活和溶解的废物活化污泥、该具有低水活性的经灭活和溶解的废物活化污泥、该具有低水活性的经溶解和脱水的废物活化污泥、该经辐射、溶解和脱水的废物活化污泥、该经辐射、灭活和溶解的废物活化污泥、该具有低水活性的经辐射、灭活和溶解的废物活化污泥或上述的经干燥的形式用作动物饲料、人类食物中的成分或用作肥料。

实施例74.经过热处理的废物活化污泥的蛋白质消化率

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。然后将该生物质在重力澄清器中从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为含有约2％固体的废物活化污泥从该***中回收。然后将该废物活化污泥加热到121℃20分钟以实现下面所示的微生物灭活，离心以制备经脱水的废物活化污泥，然后在65℃干燥直至水分含量小于10％，如图1中实施方案103中进一步所示。然后使用Novus International的IDEA大豆粉消化率化验测定单一氨基酸的消化率，并与离心以制备在65℃干燥直至水分含量小于10％且不加热到121℃的经脱水的废物活化污泥的对照样品的消化率进行比较。下表2中所示的结果显示尽管该废物活化污泥经过热处理，但Novus的IDEA化验测定的氨基酸消化率未曾预期地全面升高。

表2：经热处理的废物活化污泥的蛋白质消化率

^a值越高对应于消化率越高。

实施例75.干燥对废物活化污泥的消化率的影响

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。来自曝气罐的溢流通过重力用管道输送到作为重力澄清器的锥形底的罐中。将该澄清器中沉降的污泥的一部分作为返回废物活化污泥返回到曝气罐中，另一部分作为包括约2％固体的废物活化污泥从该***中回收。在该废物活化污泥中添加食品级的聚合物(实例？)，同时将其通过管道输送到澄清池离心机中，并脱水至包含约16％固体和84％水。然后将得到的经脱水的废物活化污泥在盘式干燥机的金属盘中在约68℃、约80℃、约95℃、约110℃和约125℃干燥约12小时的时长，如表3中所示。前面的方法包括如图1中所示的方法101，进一步示例在图2中。在干燥之后，将所得到的物料从盘中取出并使用辊式磨磨碎至0.5mm或更小的颗粒尺寸。取出在约68℃干燥的该物料的子样品，使用Leco FP428蛋白质分析仪分析粗蛋白质。然后制备虹鳟鱼饲料，其包括三种经干燥的样品，以测定这些经不同干燥的物料的蛋白质、脂类和能量部分的消化率。为此，制备六种饲料。这些中的一种是酪蛋白-明胶对照饲料，四种包含30％经不同干燥的废物活化污泥和70％的酪蛋白-明胶对照饲料，如下所示：

1.酪蛋白-明胶对照饲料

2.具有在68℃干燥的废物活化污泥的酪蛋白对照样

3.具有在80℃干燥的废物活化污泥的酪蛋白对照样

4.具有在95℃干燥的废物活化污泥的酪蛋白对照样

5.具有在110℃干燥的废物活化污泥的酪蛋白对照样

6.具有在125℃干燥的废物活化污泥的酪蛋白对照样

向各饲料中加入0.01％的不可消化的惰性标记物(氧化钇)。粒料尺寸为约3mm。为测定该废物活化污泥产品被虹鳟鱼的消化率，将SCP饲料的分析与对照饲料的分析进行对比，依照该方法进行相关计算(见下面)。

通过挤出制备饲料。取各种饲料的样品用于近似的氨基酸、矿物质和钇分析。饲料随机分配给养鱼实验室的三个同样的罐。

鱼的维护和喂养方式：在该研究中使用后稚(Post-juvenile)虹鳟鱼(150g/尾)。在放养时，将虹鳟鱼计数到20个的组中，放置到150L鱼缸中，直至各鱼缸包含60条鱼。有2种处理，每种处理三个同样的鱼缸的鱼，总共6个实验鱼缸。每个鱼缸供有未经处理的恒温(15℃)泉水，流速为6L/分钟。用荧光灯将光周期维持在恒定的14h亮10h暗。

每天在0830-0900h和1530-1600h用其各自的饲料喂鱼直至表观饱食，喂食一周。然后通过手动从各鱼清除收集***物。将来自各鱼缸内的鱼的***物集中，然后分别分析各鱼缸的***物。

化学分析：将经干燥的废物活化污泥成分、2份饲料或6份***物样品在对流炉中在105℃干燥12h以依照AOAC(1990)测定水分含量。将经干燥的样品用研钵和研杵微细粉碎，使用LECO FP-428氮分析仪(LECOInstruments,St.Joseph,MI)分析粗蛋白质(总氮x 6.25)。使用soxhlet萃取仪器(Soxtec System HT,Foss Tecator AB,Hoganas,Sweden)分析粗脂类，使用二氯甲烷作为萃取溶剂，在550℃通过在马弗炉中焚化分析飞灰。使用ParrAdiabatic Calorimeter(Parr Instruments,Moline,IL)测定样品的能量含量。使用HPLC(不包括色氨酸)在可信的第三方实验室分析氨基酸。由University ofIdaho,Holm Center,Moscow,ID进行矿物和钇的分析。

饲料和试验成分的表观消化率系数的计算：饲料和成分的干物质、有机物质、蛋白质、氨基酸、脂类、能量和矿物质的表观消化率系数(ADC)是使用Suguira等(1998)描述的以下方程计算的：

第1步：饲料ADC：

ADC_试验饲料(％)＝100 x[1–(饲料中的标记物％/***物中的标记物％)x(***物中的营养物％/饲料中的营养物％)]

第2步：成分ADC：

ADC_成分(％)＝(营养物_试验饲料x ADC_试验饲料–0.7 x营养物_参照饲料x ADC_参照饲料)/(0.3 x营养物_试验成分)

统计分析：使用Cochran的C试验评价方差的均一性。使用单变量方差分析(ANOVA)比较饲料和成分的干物质、有机物质、蛋白质、氨基酸、脂类、能量、脂类和矿物ADC。在P<0.05时认为平均值显著。

结果：

对照样(在68℃干燥)蛋白质含量：62.17％

喂食在不同温度干燥的废物活化污泥的虹鳟鱼中干物质、粗蛋白质、脂类、能量和磷的表观消化率和可用系数(％)(参见表3)。鲱鱼粉(选择等级)的蛋白质和能量的ADC值分别为86％和96％。

表3：随干燥温度变化的干物质、蛋白质、脂类、能量和磷

*表示该数据未能收集

结论：随着干燥温度的升高，蛋白质、脂类和能量的消化率和可用性都有普遍降低的趋势。

实施例76.微波处理对废物活化污泥的消化率或活微生物的影响

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。然后将该生物质使用膜过滤器从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为包含约1％固体的废物活化污泥从该***中回收。将食品级的聚合物添加到该废物活化污泥中，同时将其通过管道输送到澄清池离心机中，并脱水至包含约16％固体和84％水。然后将得到的经脱水的废物活化污泥在环式干燥机中以260℃的入口温度和88℃的出口温度干燥。该出口温度对应于小于10％的最终水分含量。然后将该经干燥的物料输送到具有示范微波干燥机(demonstration microwave dryer)的设施，其允许功率水平和待试验的暴露时间可变化。该方法进一步示例于图4中以及图1中的方法101中。

微波试验：通过在下表4中所示的各时间和功率水平进行微波处理而制备样品。通过将适当量的水添加到经干燥的(9.7％水分的)废物活化污泥中而制备具有20％水分的样品。然后使用Novus International的IDEA化验测定样品的消化率(参见表5)。

表4：样品水分含量和所用的微波参数

样品	初始水分(％)	微波功率(kW)	微波持续时间(min)	最终水分(％)
					对照	9.7	0	0	9.7
1	9.7	10	3	7.6
					2	16.8	10	2.5	9.5
3	20.0	10	3.25	9.6

表5：随微波参数变化的蛋白质消化率化验

这些结果显示微波处理对消化率具有很小的影响。然后分析这些样品的活微生物含量。结果示于表6中。

表6：经微波处理的样品的微生物含量

这些结果显示随着暴露于微波的功率和持续时间的增加，微生物计数仍减少，甚至同时消化率保持相对恒定。

实施例77.废物活化污泥的电子束杀菌

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。然后将该生物质在重力沉降器从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为含有约2％固体的废物活化污泥从该***中回收。将食品级的聚合物添加到该废物活化污泥中，同时将其通过管道输送到澄清池离心机中。随后将其在离心机中脱水至包含约16％固体和84％水。然后将该废物活化污泥在68℃干燥直至水分含量小于10％。然后将各种剂量的电子束辐射递送给该物料的子样品，测定芽孢杆菌孢子存活率以确定该辐射处理的可用性。前述方法进一步示例在图3中以及图1中的方法101中。

表7：经电子束处理的样品

样品编号	剂量	芽孢杆菌孢子/克
			1	无剂量，对照样	2100
2	2.0kGy	510
			3	3.1kGy	160
4	4.0kGy	100
			5	5.0kGy	20
6	6.1kGy	25
			7	7.0kGy	25
8	8.1kGy	20,20
			9	9.9kGy	<10,20
10	12.0kGy	25,25
			11	14.0kGy	10

这些结果显示电子束辐射有效灭活经干燥的废物活化污泥中的孢子，3.1千格雷的剂量导致大于1个数量级的芽孢杆菌孢子灭活，4.0千格雷的剂量将2,100孢子/克的初始浓度降低到约100孢子/克。通常在动物饲料工业中成分中的芽孢杆菌孢子的最高可容许浓度为100孢子/克。

还对该样品测定了单一氨基酸的消化率并作为电子束剂量的函数进行分析。结果示于下表8中。

表8：经电子束处理的样品的消化率

样品		无剂量	4.0kGy剂量	5.0kGy剂量
					编号	AA	g/100g	g/100g	g/100g
	非必需的AA
					1	Ala	3.75	3.21	3.67
2	Asp+ASN	5.23	4.76	4.90
					4	Cys	0.29	0.30	0.31
6	Glu+Gln	5.27	6.13	5.57
					7	Gly	2.28	2.68	2.38
8	Pro	3.11	2.79	2.52
					9	Ser	1.80	2.06	2.37
10	Tyr	3.32	3.03	3.04
						牛磺酸	0.00	0.00	0.00
	必需的AA
					1	Arg	2.95	3.11	2.98
2	His	1.30	1.45	1.07
					3	Ile	3.49	3.51	3.33
4	Leu	3.98	3.46	3.86
					5	Lys	3.32	3.35	3.44
6	Met	1.02	1.51	1.01
					7	Phe	3.14	3.03	3.41
8	Thr	3.19	2.72	3.58
					9	Trp	0.23	0.30	0.21
10	Val	3.42	3.64	3.93
					总计		51.08	51.03	51.56

这些结果显示电子束剂量的增加通常不会降低氨基酸的消化率，且即使造成消化率的降低，那么这种减低也是微不足道的。

实施例78.随环式干燥条件变化的废物活化污泥的消化率

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。然后将该生物质使用膜过滤器从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为含有约1％固体的废物活化污泥从该***中回收。将食品级的聚合物添加到该废物活化污泥中，同时将其通过管道输送到澄清池离心机中，脱水至包含约16％固体和84％水。然后将所得到的废物活化污泥在环式干燥机中以不同的入口温度和约88℃的出口温度干燥，该出口温度对应于最终水分含量小于10％。使用Novus International的IDEA化验测定经干燥的样品中单一氨基酸的消化率。结果示于表9中。

表9：随环式干燥机入口温度变化的蛋白质消化率

这些结果显示环式干燥机的入口温度在超过245℃之前对氨基酸的消化率没有影响。

实施例79.作为脱水然后热处理的结果的废物活化污泥的消化率

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。该酿酒厂内的卫生间、便器、水槽、厨房和淋浴也都排入该酿酒厂废水中，因此将其调整为家庭污水设施。然后将该生物质使用重力沉降器从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为含有约2％固体的废物活化污泥从该***中回收。将食品级的聚合物添加到该废物活化污泥中，将其在低离心力离心机中增稠以包含约6％固体和94％水。然后将所得到的经增稠的废物活化污泥(1)在冷冻干燥机中干燥或(2)在热对流干燥机中在105℃或87℃干燥，然后微波处理直至内部温度达到100℃-104℃(211°F-220°F)。该方法进一步示例在图1中的方法102中。然后使用Novus International的IDEA化验测定该样品中单一氨基酸的消化率，在ISO 17025微生物试验实验室测定微生物含量。结果示于下表10和表11中。

表10：蛋白质消化率作为热处理的函数

^a千瓦秒^b值越高对应于消化率越高

表11：经热处理的废物活化污泥的微生物计数

^a菌落形成单位/克；^b低于检测限；^c最或然数/克；1kW*s为1秒施加1000W

这些结果显示在仅将其暴露于冷冻干燥时蛋白质的消化率最高；然而，在将其冷冻干燥然后微波处理以实现100℃-104℃的内部温度时消化率仅最小程度地降低。这与在常规热干燥机中干燥然后微波处理以实现100℃-104℃的内部温度的两个样品相反。在105℃和87℃干燥的样品分别具有31.8％和55.7％的总蛋白质消化率，与此相比，经冷冻干燥然后微波处理的样品具有96.7％的总蛋白质消化率。这显示出在需要使蛋白质消化率最大化时，冷冻干燥与常规干燥机相比是非常优越的。该结果是未曾预期的，因为美国专利7,931,806公开了为了保存蛋白质消化率，在55℃-105℃的温度使用常规热干燥机用于干燥废物活化污泥。低于87℃和低至55℃的温度也将会可以以保存蛋白质的方式干燥物料，然而设计用以在该低温操作的热干燥机的尺寸和成本在费用上高得让人望而却步。

此外，低温时该干燥方法缓慢的速度使得可以制备例如生物胺的产物和复制耐热微生物(尤其是产孢菌类)。因此，非常可能经干燥的废物活化污泥将会不适合用作饲料、食物或肥料。该微生物数据显示该物料的热干燥通常优于冷冻干燥然后微波处理。然而，该实施例中试验的污泥包含显著量的人类废物。因此优选选择完全用于食品制备方法的废水处理装置以避免在污泥中存在有害的微生物。与经冷冻干燥的对照样相比，该经冷冻干燥和微波处理的样品通常证实显著较低的微生物计数并显示出微波处理是有效灭活所得到的经干燥的污泥中的微生物的方法。该废水处理装置的选择、如实施例78中所示的热环式干燥的组合预期排出具有低微生物计数和高消化率的经干燥的废物活化污泥。

实施例80.作为脱水然后热处理的结果的废物活化污泥的消化率

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。该酿酒厂内的卫生间、便器、水槽、厨房和淋浴也都排入该酿酒厂废水中，因此将其调整为家庭污水设施。然后将生物质使用重力沉降器从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为含有约2％固体的废物活化污泥从该***中回收。将食品级的聚合物添加到该废物活化污泥中，将其在低离心力离心机中增稠以包含约6％固体和94％水。然后将所得到的经增稠的废物活化污泥分成两个样品。这些中的一个样品在121℃高压灭菌15分钟，而另一个不经高压灭菌。然后使用Novus International的IDEA化验测定该样品中单一氨基酸的消化率，在ISO 17025微生物试验实验室测定微生物含量。结果示于下表12和表13中。

表12：经热处理的废物活化污泥的蛋白质消化率

^a值越高对应于消化率越高；^b低于检测限

表13：经热处理的废物活化污泥的细菌计数

^a菌落形成单位/克；^b低于检测限；^c最可几数/克

这些结果显示出高压灭菌未曾预期地提高了所得到的废物活化污泥的消化率。此外，经高压灭菌的样品的微生物计数显著低于未经高压灭菌的样品。因为这些样品取自标示为家庭污水设施的啤酒厂废水处理装置，因此绝对值并不重要。然而，该趋势显示出对废物活化污泥进行高压灭菌在消化率方面具有令人惊奇的有益效果，并导致有效的微生物灭活。

实施例81.用作肥料的经环式干燥的废物活化污泥的矿物组成

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。然后将该生物质使用膜过滤器从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为含有约1％固体的废物活化污泥从该***中回收。将食品级的聚合物添加到该废物活化污泥中，同时将其通过管道输送到沉降离心机中，并脱水至包含约16％固体和84％水。然后将所得到的经脱水的废物活化污泥在环式干燥机中以245℃的入口温度和约88℃的出口温度干燥。该出口温度对应于最终水分含量小于10％。根据在Leco蛋白质分析仪上的分析，该经干燥的物料具有45％的粗蛋白质含量。产生该物料的五个复合样品，对于除N之外的其他所有矿物营养物，使用酸消化和ICP分析N、P₂O₅、K₂O、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Mo和Zn以及重金属。N是通过在CNS2000分析仪上燃烧测定的。进行五次重复试验(样品)。测定并提供肥料中各矿物营养物的中值(平均)浓度和该平均值的标准偏差。

结论：

·该肥料包含接近7％的N。这低于典型的鱼粉(通常为10％N)，高于鱼乳液或水解产物(2％-5％)且与棉籽粉类似(7％)。

·该肥料包含超过3％P₂O₅。这低于鱼粉(6％)但与鱼乳液或水解产物类似(2％-3％)、其还与棉籽粉的P₂O₅浓度类似。

·该肥料包含0.5％K₂O，这低于典型的棉籽粉(2％)、鱼乳液(2％)和鱼粉(2％)。这类似于典型的鱼水解产物(0-1％)。

·该肥料包含低含量的其他矿物元素。

·如表14和表15中所示。

这些结果显示具有45％的粗蛋白质含量的经环式干燥的废物活化污泥具有类似于优质肥料的矿物特征。

实施例82.经环式干燥的废物活化污泥随时间在温室环境中的矿物营养物的释放和可用性的测定

将来自酿酒厂的包含BOD和营养物的废水流连续供给曝气罐以产生细胞生物质。然后将该生物质使用膜过滤器从大量水中分离出来，其一部分返回需氧池，一部分作为含有约1％固体的废物活化污泥从该***中取出。将食品级的聚合物添加到该废物活化污泥中，同时将其通过管道输送到沉降离心机中，并脱水至包含约16％固体和84％水。然后将所得到的经脱水的废物活化污泥在环式干燥机中以245℃的入口温度和约88℃的出口温度干燥。该出口温度对应于最终水分含量小于10％。根据在Leco蛋白质分析仪上的分析，该经干燥的物料具有45％的粗蛋白质含量。然后使用该物料测定该废物活化肥料随时间在温室环境中的矿物营养物的释放和可用性。因为很多变量影响矿物营养物从有机化合物中的释放和可用性(例如微生物活性、微生物群体、底土层、温度等)，因此该释放和可用性是在温室中在特定条件下进行的，并与未经处理(无肥料)的对照样进行比较。

配制包含80％加拿大水藓泥炭和20％珍珠岩(v/v)的标准温室根底土层。该底土层用方解石灰石改良以调节该底土层的初始pH值到5.8。该底土层用肥料以0、1克或4克肥料/6英寸容器的比率改良。0(零)比率用作对照样，也说明了底涂层提供的任何矿物营养物。该1克比率确定用于表示低施用率，4克比率确定用于表示中等或平均施用率。因此有3种肥料比率处理。

将用不同肥料比率改良的底土层放置到6英寸塑料容器中。将该容器置于University of Arkansas校园(Fayetteville,AR)的涂有玻璃釉的温室中。空气温度在65°F(18℃)-95°F(35℃)范围内。在12:00HR时，光水平平均为450μmol·m^-2·d^-1。通过施加根据保持湿润的底土层所需的去离子水使该容器中的底土层保持湿润。在每次照射时，施加足够的水以完全润湿该底土层但不使矿物营养物从容器中浸出(通常100mL/天)。

在0、1、2、3、4、5、6、7、8、12和16周(11个样品时间)时，对于各种肥料处理，从三(3)个容器中取样，并进行饱和介质萃取(去离子水萃取)分析以测定水溶性的(容易得到的)NH₄ ⁺、NO₃ ^-、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Mo和Zn。还测定各样品的pH值和电导率。

对于各种矿物营养物，在各样品时间描绘平均值和该平均值的标准偏差。此外，将各矿物营养物的浓度与时间进行回归分析。这样显示和模型化了肥料随时间在所述环境条件下提供的各矿物营养物的释放和可用性。其从视觉上说明了该肥料中包含的矿物营养物是否快速变得有效或是否存在延迟或迟延时间。

这样还可以将该底土层提供的与肥料以及低和中肥料比率之间的差别进行比较。

结论：

·在7天内，在以4克加入时，该肥料释放出显著量的NO₃ ^-，在四周时间中，该NO₃ ^-浓度保持比对照样中NO₃ ^-浓度更高。

·在7天内，在以4克加入时，该肥料释放出显著量的NH₄ ⁺，在约2周时间中，该NH₄ ⁺浓度保持比对照样中NH₄ ⁺浓度更高。

·在7天内，在以4克加入时，该肥料释放出显著量的P，在6周时间中，该P浓度保持比对照样中P浓度更高。

·在7天内，在以4克加入时，该肥料释放出显著量的K，在7周时间中，该K浓度保持比对照样中K浓度更高。

·在14天内，在以4克加入时，该肥料释放出显著量的Ca和Mg，在4周时间中，该Ca和Mg浓度保持比对照样中Ca和Mg浓度更高。

·在不同的肥料处理之间，Fe、Mn、B、Cu、Zn、Mo、Na和Al浓度并无显著差别。

·每个罐施加4克肥料导致在第2周取样时开始pH值减低约0.5单位。这非常可能是由于NH₄ ⁺转化为NO₃ ^-(以及其他微生物活动)导致的底土层酸化所致。

·每个罐施加4克肥料导致在第2周取样时电导率(EC)开始升高并持续至第5周。这非常可能是由于肥料提供的矿物元素离子(即NO₃ ^-、NH₄ ⁺等)浓度的提高所致。

这些结果显示具有45％粗蛋白质含量的经环式干燥的废物活化污泥具有类似于优质肥料的浸出特征。

Claims (45)

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***粮农组织(the Food andAgriculture 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/RCP54-2004)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***粮农组织(the Foodand 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/RCP54-2004)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。