本发明涉及处理生活污水污泥的方法，以达到减少体积（重量）增强脱水、降低粘度、减少病原菌和增加生物稳定性的目的。 据现行联邦法令40 CRF 257款-固体废物处置设置和惯常分类标准，本发明方法可以定义为“进一步减少病原体的方法”（PFRP）。据联邦法令议案40 CFR 503款-污水污泥应用和处置技术标准，本发明方法可以使污水污泥达到A级病原菌降低指标，其中指示生物密度等于或低于
（1）2log10粪性大肠菌数/克挥发性悬浮固体;和
（2）2log10粪性链体菌数/克挥发性悬浮固体
污水污泥的处理已在共同转让的第3，507，788号美国专利中讨论过。在共同转让的美国专利第3，687，646中披露了污水污泥通过部分氧化方法来气化，在共同转让的第4，933，086号美国专利中介绍了不通过加热而用剪切方法来对污水污泥含水泥浆进行浓缩，通过加热来凝聚污水污泥含水泥浆中的有机物同时存在共同转让的第4，983，296号美国专利中作了披露。但是，无论其中任何一份公知技术，还是将上述公知技术综合起来考虑，任何一份参考文献都未对本发明的污水污泥含水泥浆的水热处理和通过多级闪蒸进行脱水的方法给予教导或提示。
该发明涉及一项处理污水污泥的改进方法，该法包括以下步骤：
（1）在输送固体含量约3-35wt%的含水污泥浆料同时，约预热30秒至5分钟使之达到约100°F-200°F的温度。
（2）对由（1）中送入的污水污泥进行皱片。
（3）用往复式正排量泵将（2）送入的经皱片的污水污泥送至一间接热交换器中，停留8至10分钟左右，使之达到400°F-600°F左右的温度。
（4）在400°F-600°F的温度范围内，在700-800psip（磅/平方英寸（表压））的压力下，在氮气氛的密闭反应器中水热处理从（3）来地加热污泥15至45分钟，在反应温度的水蒸汽压力之上，破坏污泥的纤维和凝胶结构以释放内含的水。
（5）在第一个多级闪蒸区中，对从（4）送入的水热处理过的污泥进行脱水和冷却，在该区中经2个或多个闪蒸步骤，把压力从约700-800psig降至约25-75psig，饱和温度降至约300-400°F，然后在第二个闪蒸区中，经1个或多个闪蒸步骤，把压力降至约10-50psig，饱和温度降至约200-300°F。
（6）冷却从第一和第二区中来的蒸气，分离冷凝液体和不冷凝气体。
（7）取出从（5）送入的固体含量约为5-50wt%，病原体数量下降的可泵送的已脱水污泥泥浆。
可用本发明的方法处置城市生活污水污泥，而不污染环境。
该方法中的污泥供料是经传统处理步骤和设备处理过的未处理的城市生活污水污泥。例如，通过隔网去除那些会堵塞管道或是毁坏泵的大块石头、木材、金属和其它垃圾的城市污水网的污水。那些粗而重的不可燃无机物，如碎石、煤渣、沙子将通过沉砂槽被分离。干的污水污泥含约55-75wt%的可燃物，其余大体上为不可燃物质。
污水污泥接着被分为含水污水污泥悬浮体和液体。可以通过任何适宜的传统方法将固体、液体分离。如重力沉降、过滤、离心、水力旋流或其结合来对污泥进行浓缩。例如，一个较为适宜的预处理步骤是将从沉砂槽中来的经过筛网的溢出物送入初级沉降槽，如Perry化学工程师手册，McGraw-Hill，第四版，1963年，第19-50页所示的连续澄清池，停留时间约为1至24小时，以能产生固体含量约为1-10wt%的可泵送初级污泥水浆，初级沉降槽亦可用做消除污泥成分不连续性的存储槽，也可用一个单独的储存槽。在一优选实施方案中，次级可泵送污泥含水泥浆被送入沉降槽与初级污水污泥混合，次级污水污泥固体含量约为0.5-5wt%，来源于前面提到的初级沉降槽的液体溢出物。液体溢出物经传统方法处理，以产生次级污水污泥，降低BOD和有机固体含量并对次级污水污泥中分离来的废水净化和脱矿质。可据水的最终用途使用下列任何步骤中或较为适宜的全部步骤，对自初级沉降槽的液体溢出物进行处理，调节PH值，把固体和BOD含量降到约30ppm或更低、优选用曝气生物化学处理、澄清、优选凝结、过滤或离心、脱矿质和活性炭处理。
如果需要更浓的含水污水污泥，从初级沉降槽排出的含初级污水污泥浓浆或初级储存槽来的与20-60wt%（以总的污水污泥为基准）的次级污水污泥混合的初级污水污泥浓浆还可进一步脱水，该污泥是一种纤维状物质，其粒度大部分在500-1000μ的范围内，还有一些长的头发。
在该方法中，将于环境温度下的，固体含量约为3-35wt%、粘度在5000-20，000CP（厘泊）范围内（如10000CP）的脱水城市污水污泥，经30秒至5分钟，预热至约100-200°F，（如180°F）同时被输送至皱片区。所有这里记载的粘度均为180°F下测定的，单位为厘泊。在该预热-输送步骤中，污水污泥粘度下降至2000-50000CP左右。可从市场买到的普通传热介质如油或水可以通过的带空心链板的螺旋输送器是非常适宜的热传送器。在一实施方案中，螺旋输送器-加热器向上倾斜15°角，以节省空间和提供良好的排水和通网。有利的是，传热介质可以通过与该方法下游产生的热污水污泥产品和蒸气进行间接热交换而被预热。
加热的污水污泥通过一可将其切割成最大尺寸约1/4″×1/2″×2″小片的传统皱片器。因而保护了下游设备不受大体积杂物的破坏，经皱片的污水污泥被双推运螺旋送料器送入个双活塞、正排量水力驱动泵的送料槽，在大约700-900psig的压力下，把已预热的污水污泥泵入间接热交换器，如套管或螺旋型，热油通过间接热交换方法加热污水污泥，进入间接热交换器的污水污泥温度约为100-200°F范围（如180°F），粘度约为2000-3000CP。离开热交换器的污水污泥温度约400-600°F（如约500°F）。粘度约为1000-1500CP（如1200CP）。在该双壁加热器中的停留时间为2至10分钟左右，如约3.5分钟。氮气被用来维持饱和压力，并保护下一步中的水热反应器。氮气与热污水污泥混合后送入水热反应器的底部，氮气还可用来快速恢复水热器和第一闪蒸器中的压力。氮气不是象我们预计的那样直接进入蒸气空间，而是通入水热反应器的液平面之下。从这个部位注入可以从下列三个方面增加氮的容积效率：（1）液体向气体的传热效率好，这保证了气体的快速加热;（2）使干燥的氮气得到湿润;（3）使上开的氮气带走污泥中的任何气体。该方法较之冷的氮气通入蒸气空间，能节省多达40倍的氮气。
在约400°F的温度范围内，约700-800psig的压力下，该反应温度下的水蒸气压力上，污水污泥在一密闭的垂直式园柱型容器中进行水热反应约15分钟至45分钟。在该处理过程中，污水污泥的纤维状和凝胶结构被破坏，内含水被释放。
在水热处理过程中，旋转桨以约45-235转/分的速度沿反应器中轴缓慢转动来搅拌污泥以保证固体处于悬浮状态。主要含水蒸气、氮气和有机气体的蒸气可以从水热处理单元的顶端排出。一部分蒸气被引入第一闪蒸容器的顶部以加压该容器，余下的蒸气被冷却，不冷凝气体 可冷凝液体中相分离。在气体净化操作中，不冷凝气体用水洗涤后再排入大气。冷凝物在从系统中排放之前要送入一水净化设备处理。
水热处理后的固体含量约为3-35wt%，温度约400-600°F，压力约700-800psig，粘度约300-1000CP，可泵送污水污泥从水热器的顶端离开后，进入含1个或多个（如1-4）脱水容器的多级闪蒸区的第一闪蒸区第一个容器，经此水热处理的污水污泥中残存的30-45wt%左右的水，在第一多步闪蒸区中，通过此可泵送污水污泥泥浆的等熵绝热膨胀而被除除去。接下来，在至少有一个容器（如1-4）和最好有一个容器的第二闪蒸区中，从第一闪蒸区排出的污水污泥中存在的另外5-10wt%的水，将由闪蒸，等熵绝热膨胀的方法被去除，经闪蒸脱水的污泥产品被储存起来。
同单级闪蒸步骤相比，本发明的多级闪蒸是一个重要的改进，有利的是，在我们运用传统的减压阀，仅通过一个节流步骤而让压力下降时，使用该方法，不会有阀门堵塞的现象发生，如污水污泥泥浆只经过一次闪蒸步骤处理，挥发物形式的浮渣和固形物沉积于阀门口并引起阀门阻塞，本申请人注意到了此现象而由此提出了本发明的方法，也由于该方法中，蒸气相中夹带的污水污泥水浆中固体和BOD的减少而使这个问题得以避免。
大部分闪蒸是按下述方法进行的，即把一批已处理的污泥隔离于第一闪蒸区中的容器中并连续不断地降低压力，如将压力从约700psig降至300psig，再降至100psig左右，最后至40psig。分批处理将减少连续处理时引起的管口的磨损。第一闪蒸容器相对于水热处理容器或其后的第二闪蒸区中的第二闪蒸器都要小，由此有利于能减少第一闪蒸容器热量散失快的操作。进一步说，在水热处理器中压力波动范围宽的现象避免了。一旦第一区中压力降至约40psig，根据连续的基本原理，另外的闪蒸将在不激烈的条件下在第二闪蒸区中相继的闪蒸容器中进行，第二闪蒸区中相继闪蒸容器的连续性处理保证了从该过程中稳定的排放产品。例如，对于第一、第二闪蒸区各自的一个蒸发容器而言，第二闪蒸区中容器的体积要比第一闪蒸区中容器大2-4倍（如125加仓对42加仓），从而提供了调节能力。
在该方法优选实施方案中，第一闪蒸区中的污水污泥将在一个容器中经三步脱水。例如，第一闪蒸容器中的相继三个步骤能除去该容器中污泥大约全部残存水量的10-15wt%。在第一步中，将第一闪蒸器顶部排气管的一个传流节流阀部分打开，使得污水污泥的压力从进入时的约700-800psig降至约200-500psig，温度从约400-600°F降至与相应压力下的饱和温度约380°-470°F。该过程持续的约0-30秒，接着阀门第二次进一步打开，使压力降至约75-300psig，温度降至300-420°F。该过程亦持续0至30秒后，第二次再将阀门打开一点。此第一容器中的压力降至75-300psig左右。温度降至相应压力下的饱和温度，即约300-420°F。持续0-30秒左右后，第三次再将节流阀门打开一点，此第一容器的压力降至25-75psig，温度降至相应压力下的饱和温度，即约240-310°F。
离开第一闪蒸区闪蒸容器的蒸汽经节流阀释出，如主要含：H2O-10wt%，CO2-60wt%，N2-30wt%，可溶性物质＜1wt%。可溶性物质包含非甲烷烃类，这些蒸气与从第二闪蒸区中单个闪蒸器释出的蒸气混合，并通过一冷却器，可冷凝液体与不冷凝蒸气在一单独区中被分离。蒸气通过一气体净化区后再排放至大气。冷凝物被送入一水净化区后再予排放。
固体含量约4-40wt%，压力约25-75psig、相应压力下的饱和温度约240-310°F的、于第一闪蒸区闪蒸器底部排出的部分脱水可泵送污水污泥，被送入第二区以进一步脱水、贮存。此闪蒸器中压力约10-30psig，这样污水污泥的一进入容器就立即进行闪蒸，已脱水可泵送污水污泥产品从闪蒸区底部排出，其固体含量约为5-50wt%，粘度约500-1200CP压力约5-50psig、相应压力下的饱和温度约200-300psig。
主要含水和一些可溶性物质的蒸气，通过第二闪蒸区闪蒸器顶部的排气管排走。如前面所述，该蒸气与来自第一闪蒸区闪蒸器的塔顶引出蒸气混合，并被通入一气体净化单元，污水污泥产品可不加燃料而予燃烧或与添加燃料混合后用部分氧化气化器，炉、锅炉或焚烧炉中燃烧而被处置掉。而且，该产品符合联邦法令40CFR 257款和503款的要求，可用诸如土地填埋或复盖予以处置。
参照说明本发明的优选实施方案的附图，将全面地理解本发明，但本发明并不局限于我们所描述的特定方法或材料。
在管线1的已脱水的城市的生活污水被送入进料口2，并从此进入热输送器3，热油从管线4进入输送器3的中空轴和螺旋叶片，从而提供必需的热量，冷却油从管线5排出，加热污水污泥通过皱片器6被切成4片，此法可使得该过程后面的设备不被过大的垃圾物质破坏。污水污泥通过螺旋进料口7填充活塞槽8，活塞9向前运动时即施压于污水污泥加压并使之通过管道10、间接热交换器11和管道12。在管线13的热油为污水污泥提供热量使之达到容器23中水热反应所需的温度。冷却油从管线14排出。水热容器23和第一闪蒸器30用氮气加压，该加压过程由打开阀门18，21和32以及关闭阀门26，36，40和44来完成，来自管线15的氮气经压缩机16压缩，接着经过管线17，阀门18和管线19。来自管线12的温度约500°F的热污水污泥与来自管线19的氮气在管线20中混合，氮气与污水污泥混合物通过阀门21和管线22一直到水热反应器23底部，水热反应器23被填充至要求的泥浆时，将阀门18和阀门32关闭。在水热反应过程中维持温度如500°F，压力超过该温度下的水蒸气压力如680psig条件下由马达25带动的慢速叶片型搅拌机24搅拌密闭容器23中的物质。排气阀26位于管线27、28上，通常情况下是关闭的。紧急情况时，将阀门26打开，通过管线29、38、39，冷却器50，管线51和分离槽52来排放容器23中的蒸气，第一闪蒸器30是通过管线27，31，阀门32和管线33、34的氮气来预加压的，所需压力由管线41的阀门40控制，容器30通过管线34、41，阀门40，管线42、38，39，冷却器50，管线51和分离器52来排气。
水热处理后的污水污泥通过管线35、阀门36，从容器23的上部排出，经管线37通入第一闪蒸器30，经过三个独立的脱水，闪蒸步骤后，阀门48和63预置于一特定压力下，此时阀门44打开，容器30中的污水污泥经其底部的管道43、阀门44和管道445进入第二闪蒸容器46，通过调节阀门40，容器30中的压力要高于容器46中，因此污水污泥进入容器46，同时被脱水和闪蒸蒸。关闭阀门44，容器46中的闪蒸步骤停止，容器46中的压力使热污水污泥经管道60排出。污水污泥在热交换器61中与如水等冷却剂进行间接热交换而予冷却，冷却剂由管道65进入，从管道66排出，容器46中的塔顶蒸气经过管道47，阀门48，管道49，在管道39中与来自第一闪蒸器30和水热反应器23的蒸气混合。管道39中的混合蒸气被通入冷却器50，管道51和气液分离器52，冷水是冷却器50中的冷却剂。非冷凝气体通过管道53并在管道54中与来自管道68的油热输送器3的蒸气混合。管道54中气体蒸气组合物主要含：N2-33wt%;CO2-67wt%，含水冷却物经分离器52底部的管道55排出。冷凝物经管道57，阀门58和管道59被泵56泵出，最好是送入一传统的水回收单元。
经管道60，热交换器61、管道62、阀门63和管道64，已脱水的城市污水污泥产品从第二闪蒸器46底部排出，该可泵送污水污泥产品可以用做部分氧化气化炉、炉、锅炉、焚烧炉的燃料，亦可用诸如土地填埋或复盖予以处理。
关闭阀门44，打开阀门18和32及关闭阀门36，用氟气加压该系统进行下一个新的循环。
有利的是：在管道70和/或管道65中的水或油经与管道39中的气体和/（或）管道60中的污水污泥产品进行间接热交换而被加热。该已知热交换液与管道1中的初级污水污泥一起通入间接热交换器，用来预热管道4中的油或通入热输送器3之前的污水污泥。
尽管可以在不违背本发明精神和不超出本发明范围的情况下对该发明进行修改和各种变更，但是这些均在申请待批的权利要求保护范围之内。