JP2001522721A

JP2001522721A - 先に脱水した公共汚水スラッジを高電圧を使って脱水するための装置

Info

Publication number: JP2001522721A
Application number: JP2000520389A
Authority: JP
Inventors: ヘルド、ジェフリイ、エス．
Original assignee: ヘルド、ジェフリイ、エス．
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2001-11-20
Also published as: AU5177698A; EP1028918A1; CA2307724C; CA2307724A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、先に脱水した、生物学的に活性の汚水スラッジ（例えば、公共汚水スラッジ）を効率的方法で効果的に消毒および脱水して、自治体が処分しなければならない不活性廃棄材料の最終体積を劇的に減らすようにするためのパルス型電場システム、装置および方法を対象とする。逐次使用するこの方法は、先に脱水したスラッジを油圧で加圧する段階（２４、２６）、先に脱水したスラッジを所定の温度範囲に予熱する段階（３２）、先に脱水したスラッジを高エネルギーパルス放電に曝す段階（４２）、得られた固形物および液体部分の圧力分離（５２）、および分離した固形物のノズルからの最終圧力押出しする段階（７０）から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景）本発明は、公共処理プラントが処理する公共汚水スラッジに含まれる水の大部
分が分子細胞内および間に含まれるという発見を対象とする。細胞内に含まれる
水分子は、この出願のために、“細胞内（intra-cellular）”水分子と称し、一
方、細胞間にあって機械的および電気的両方の結合力によってそこに拘束される
水分子を“細胞間（intercellular）”水分子と称する。この細胞内および細胞間の水が公共処理プラントで処理する公共汚水スラッジの中の水の大部分をなし
、この細胞内および細胞間の水は、この公共スラッジを処理する、従来の公共脱
水方法によって典型的には解放されないと言うことがこの発見である。

【０００２】本発明は、先に脱水した、生物学的に活性の公共汚水スラッジの安全且つ効果
的処理を対象とするシステム、装置および方法にも関し、更に詳しくは、先に脱
水した、生物学的に活性の公共汚水スラッジを効率的且つ効果的方法で廃棄材料
の個々の分子細胞のレベルで消毒および脱水して、自治体が処分しなければなら
ない廃棄材料の最終体積および重量をかなり減らすようにするためのパルス型電
場装置および関連方法に関する。

【０００３】現在、全ての公共汚水材料、またはスラッジに対して、自治体によるこの汚水
スラッジの処理は、該当する規則および規制に従って行っている。しかし、結局
は自治体が環境的に安全な方法で処分しなければならない、かなりの量の水を含
む残留バイオ固形物廃棄材料が残っている。このバイオ固形物廃棄材料を処分す
る前に、自治体は、その処分コストおよび何れの環境公害を減らすために、この
バイオ固形物廃棄材料を可能な最大限まで脱水しようとするだろう。公共汚水処
理プラントが利用する従来の脱水手法は、普通（ｉ）“ベルトフィルタ”型プレ
スと称し、複数のローラおよびメッシュベルトのシステムで、その間にバイオ固
形物廃棄材料を通させ、および協働してこのバイオ固形物廃棄材料から幾らかの
水を絞り出すか；または（ii）専用で、直列の、ある種の遠心分離装置で、遠心
力を使ってこのバイオ固形物廃棄材料から幾らかの水を絞り出すか；または（ii
i）油圧式若しくは機械式駆動装置を備える、板およびフレームフィルタプレスで、機械的圧力を使ってバイオ固形物廃棄材料の個々のバッチを脱水するかであ
る。典型的な処理プラントの典型的な１日では、自治体が処理するバイオ固形物
廃棄スラッジは、この自治体による脱水プロセスの前は、水分９０％以上、およ
び固形分１０％以下を含む材料混合物になるだろう。脱水作業後は、それでも比
較的多くの水分がこの結果の残留バイオ固形物廃棄材料に残り、その残留物は、
この自治体の汚水処理装置の出力端で約６５ないし８０％の水分と約２０ないし
３５％の固形分を含む混合物に凝縮されるだろう。

【０００４】従来の脱水手法によっては扱われも認識もされない、根本的技術問題は、殆ど
の水がこの残留バイオ固形物廃棄材料を含む生物学的に活性の細胞に関連して残
り；水全体のかなりの量がこの残留バイオ固形物廃棄材料の細胞の内部に残るこ
とである。即ち、水分子がこの残留バイオ固形物廃棄材料の細胞の外部に存在し
、および水分子がこの残留バイオ固形物廃棄材料の細胞の内部にも存在する。ま
た、水分子は、この残留バイオ固形物廃棄材料の細胞間に結合される。従って、
現在使われている従来の脱水手法の結果として、個々の細胞が修復できない程に
は破壊されていないので、従来の脱水手法を使っては、水を含むスラッジの個々
の細胞は、各細胞の基質構造内の全体としての水の大部分が脱水されないので、
もし、この先に脱水した、残留バイオ固形物廃棄材料スラッジを、商業的に利用
できるプロセスで、細胞基質内にある水を実質的に除去することによって、連続
的且つ長期間に亘る方法で更に脱水できたら非常に好都合だろう。残留バイオ固
形物廃棄材料の細胞レベルでの更なる脱水へのこの新規なアプローチは、自治体
がその汚水処理サイクルの末端で処分することが必要な残留廃棄材料の体積およ
び質量を実質的に減らす結果になるだろう。特に、自治体が現在使っている従来
の脱水手法に比べて、この残留バイオ固形物廃棄材料に関する全体の体積および
重量の減少は、該当する規則および規制によって禁止されるような、かなり少な
い残留バイオ固形物廃棄材料を環境的に安全な方法で処分するトン当りの予想将
来コストの結果として、各自治体に対してかなりのコスト節減になるだろう。

【０００５】多年の研究および公聴会をした後に、米国環境保護庁は、自治体によるバイオ
固形物廃棄材料に関する適用規定を変更した環境保護庁５０３規則を最近公布し
た。環境保護庁５０３規則は、残留バイオ固形物廃棄材料の二つの異なるクラス
、クラス“Ａ”およびクラス“Ｂ”を定義すると言う、並びに残留バイオ固形物
廃棄材料のこれら二つのクラスの各々に対して異なる規制アプローチを採る、内
在する規制プロセスを有し、その後、バイオ固形物廃棄材料のこれら二つのクラ
スの各々に対する処分の許容できる方法を厳密に規制すると言う、基礎を為す合
理的支持事実に従う自治体によるバイオ固形物廃棄材料の安全且つ効果的な処分
を扱い、促進する。クラス“Ａ”バイオ固形物廃棄材料とクラス“Ｂ”バイオ固
形物廃棄材料の間の差は、その処分に直面する能動的負担を対象とする。クラス
“Ａ”バイオ固形物廃棄材料は、生物学的に不活性の、不活発な廃棄材料であり
、自治体によるクラス“Ａ”バイオ固形物廃棄材料の処分に制限はない。しかし
、クラス“Ｂ”バイオ固形物廃棄材料は、例えば病原性の、生物学的に活性の廃
棄材料であり、その結果、自治体によるクラス“Ｂ”バイオ固形物廃棄材料の処
分は、適切な投棄現場での高度に管理し規制したと物品と矛盾しない規制方法で
達成する。

【０００６】環境保護庁５０３規則の最近の公布前は、生および先に脱水したものの両方の
、生物学的に活性の、非消毒、残留バイオ固形物廃棄物の公共処理廃棄材料を地
方自治体が湖沼、海洋または河川投棄によって処分することがあり；これは屡々
処分に使用した多種の水に藻類が異常発生する等して荒れて、水の富栄養化を示
し、隣接する地主および下流の水の使用者に損害を与えるという不幸な結果にな
る。今は、環境保護庁５０３規則が自治体によるこの様な何れかの残留バイオ固
形物廃棄材料の処分を効果的に禁止する。環境保護庁５０３規則の公布後は、バ
イオ固形物廃棄材料の処分に使える承認された選択肢は現在三つしかない、即ち
：（１）焼却法；バイオ固形物廃棄材料の既存の規則および規制に従う焼却；（
２）埋立て処理；今や自治体がバイオ固形物廃棄材料を処分するために運び込め
る専門の埋立て地（例えば、クラスＤ埋立て地）がある；並びに（３）バイオ固
形物材料を肥料および／または土壌改良剤として使用する；土壌施用である。選
択肢（３）、土壌施用は、残留バイオ固形物材料の分類、クラス“Ａ”またはク
ラス“Ｂ”によって支配される。自治体の観点から、バイオ固形物廃棄材料のこ
の二つの分類は、環境保護庁５０３規則の結果としてバイオ固形物廃棄処分問題
を解決するために新しい技術を利用する機会を提供する。上記の選択肢の内、上
記の（１）および（２）は、全ての固有の特性が非常に規制的環境に関連して最
も高価である。明らかに、もし自治体が先に脱水した廃棄材料を、細胞レベルで
、自治体による処分に関して高度に規制されるクラス“Ｂ”のバイオ固形物廃棄
材料を自治体が任意の許容される環境的に安全な方法で処分できる安全クラス“
Ａ”のバイオ固形物廃棄材料に安全且つ効果的に変換し、自治体に固形廃棄材料
を経費が掛らず且つ少ない規制で処分できるようにする方法で処理するプロセス
で終れたら非常に有利だろう。そのような新規の消毒および脱水プロセスは、バ
イオ固形物廃棄材料の細胞レベルで細胞壁を細胞構造で修復できない方法で破壊
するように作用し、それによって細胞の中の内水および関連材料を細胞構造から
絞り出してそのようなものが細胞によって細胞構造内にもはや活性に含まれない
ようにすることを容易にする。出来た材料は、安全な、生物学的に不活性の、固
形材料である。

【０００７】更に、もし、そのような新規の消毒および脱水プロセスを既存の公共汚水処理
プラントに、この汚水処理プロセスまたは施設の何れかの再設計、地方規制承認
を要しない方法で、および自治体の既存の規制汚水処理施設に関して進行中の操
業を何れも中断せずに、既存の汚水処理施設の最後に、中断しない便利な改造可
能付加モジュールを容易にする方法で容易に付け加えることが出来たら、この業
界に非常に好都合だろう。

【０００８】牛乳、ジュース、生卵等のような、汲出し可能材料の中の固有の微生物、リス
テリア菌、イースト菌および黴を、この材料を１０〜３０ｋＶの範囲の複数の、
短パルスの電気エネルギーに曝すことによって殺すことが知られている。この電
場が貫通し、最終的に、微生物の影響を受けた細胞の修復できない破壊が生じる
。これらの細胞を破壊し、それらの自己修復機構が細胞膜損傷を修復するのを防
ぐことによって、この食品製品が安全であり、この製品の貯蔵寿命が延びる。こ
のプロセスの例が米国特許第５，０４８，４０４号に開示されている。

【０００９】（発明の概要）従って、本発明の一般的目的は、先に脱水した、バイオ固形物、公共汚水スラ
ッジの更なる脱水を提供することである。

【００１０】本発明の更なる目的は、先に脱水した、バイオ固形物、公共汚水スラッジの消
毒を提供することである。

【００１１】本発明のもう一つの目的は、クラス“Ｂ”バイオ固形物のクラス“Ａ”バイオ
固形物への低コスト変換を提供することである。

【００１２】本発明の尚更なる目的は、専門の装置を必要とせずに、便利な保管および土壌
施用に適した、圧縮し、ペレット化した最終製品を提供することである。

【００１３】本発明の更に他の目的は、先に脱水した、バイオ固形物、公共汚水スラッジを
、処分する前に、公共汚水処理プラントのプロセスの流れを中断することなく、
横取りするための方法を提供することである。

【００１４】本発明の更に他の目的は、バイオ固形物公共汚水スラッジを６．８９ないし１
３．７９ＭＰａの動作圧に加圧するための方法を提供することである。

【００１５】本発明の更に他の目的は、好適実施例で、このバイオ固形物流れを４０ないし
６０℃の動作温度に熱的に状態調節するための方法を提供することである。

【００１６】本発明の更に他の目的は、１ｃｍ当り２５，０００ないし１００，０００ボル
トの振幅、または可変振幅で十分な持続時間の高圧直流パルスによって細胞破壊
するための方法を提供することである。

【００１７】本発明の更に他の目的は、バイオ固形物流れの中の固形物と液状物を分離する
ための方法を提供することである。

【００１８】本発明の更に他の目的は、加圧し、熱的に状態調節し、電気的に破壊した、分
離したバイオ固形物流れを種々の寸法の幾何学パターンのペレットに押出すため
の方法を提供することである。

【００１９】本発明の更に他の目的は、固形物流れの分離した液体分を集め、計量し、およ
びプロセスへ戻すための方法を提供することである。

【００２０】本発明の更に他の目的は、公共の廃棄物（municial wastesm）の他に、動植物
廃棄物をこの発明の方法および装置で処理することである。

【００２１】本発明の実施例によれば、生物学的に活性の、先に脱水した、汚水スラッジ材
料を消毒および脱水するためのパルス電場システムで：廃棄材料を所定の加圧範
囲に加圧するための手段；廃棄材料を所定の温度範囲に加熱し、加圧手段に作動
連結された加熱手段；生物学的に活性の廃棄材料を不活性材料に変換し、加熱手
段に作動連結された変換手段；不活性廃棄材料を所定の方法で濾過し、変換手段
に作動連結された濾過手段；および不活性廃棄材料を所定の方法で排出し、濾過
手段に作動連結された排出手段を組合わせて含み、それによって生物学的に活性
の廃棄材料を不活性の廃棄材料に変換し、その結果の処分を必要とする不活性廃
棄材料の量を実質的に減少するシステムが提供される。

【００２２】手短に言えば、本発明の一実施例によれば、生物学的に活性の、先に脱水した
汚水スラッジ材料を消毒および脱水するための方法であって：廃棄材料を所定の
加圧範囲に加圧する段階；もし必要なら、廃棄材料を所定の温度範囲に加熱し、
加圧工程に作動連結された加熱段階；生物学的に活性の廃棄材料を不活性材料に
変換し、加熱段階に作動連結された変換段階；不活性廃棄材料を所定の方法で濾
過し、変換段階に作動連結された濾過段階；およびこの不活性廃棄材料を所定の
方法で排出し、濾過段階に作動連結された排出段階を含み、それによって生物学
的に活性の廃棄材料を不活性の廃棄材料に変換し、その結果の処分を必要とする
不活性廃棄材料の量を実質的に減少する方法が更に提供される。この方法をエレ
クトロポレーションと呼ぶ。

【００２３】この発明のその他の目的、特徴、および利点は、添付の図面に示すような、こ
の発明の好適実施例の以下に記す詳細な説明から明白となろう。

【００２４】本発明の前記の概要、並びにその他の目的、特徴、および利点、並びにその更
なる目的および利点と共に、その構成、構造および作用は、本発明の好適実施例
の以下の説明を吟味すれば最も良く理解でき、添付の図面と関連付けて読めばよ
り良く理解できるだろう。本発明を図解する目的で、図面に現在好適な実施例を
示すが、本発明は、開示する特定の方法および装置に限定されないことを理解す
べきである。

【００２５】（好適実施例の詳細な説明）添付の図面を詳細に参照すると、類似の参照数字は図面全体を通じて類似の要
素を示し、図１および図２Ａに、先に脱水した公共汚水スラッジを脱水するため
の、または動物および／または植物廃棄物を処理するための、本発明の装置１０
が示されている。本発明の装置１０は、バイオ固形物スラッジを脱水するための
従来の公共汚水処理プラントの出口に付け足す。それで、装置１０は、１次シス
テムによって脱水した、先に脱水したスラッジを更に脱水するための２次、また
は３次のシステムである。勿論、この装置１０を、それが唯一の脱水システムと
して役目を果すように、単独で使うことは可能であるが；経済的制限のために、
装置１０が先に脱水したスラッジを更に脱水するように働くことが予想される。

【００２６】従来の公共汚水処理プラントは、典型的には、ベルトフィルタプレス、遠心分
離機、板およびフレーム、または、スラッジ材料をコンベヤを介してオフサイト
処分のために運搬する前の中間貯留のための貯槽、ホッパ、容器またはトラック
車体へ排出する、その他の従来の脱水技術を含む。そのようなコンベヤを図１に
参照数字１１で示し、それは、従来の脱水技術が終る出口、または終端点を構成
し、そこから本発明の装置１０が機能し始める。本発明によれば、コンベヤ１１
の出力をオフサイト処分のためにトラック等へ送る代りに、コンベヤ１１からの
出力を本発明の装置１０の入力中へ排出する、多種多様な標準的資材運搬機器お
よび方法によって、本発明の装置１０の入力へ向ける。

【００２７】本発明の装置の入力は、螺旋送り１４を備える円錐形ホッパ１２である。螺旋
送り１４を備える円錐形ホッパ１２は、従来の脱水装置から出てコンベヤ１１を
介して、アーベルポンプ社の円錐バルブを備える“ＳＨ”型のような、油圧駆動
、自吸容積式ポンプ１８を有する二重スクリュオーガ送り部１６へ入る、先に脱
水したバイオ固形物汚水スラッジを均一に装填または装荷し、それによって濃い
濃度のスラッジを加圧する。この加圧環境は、プロセス（以下で議論する）の端
部でフィルタに駆動力を創生するために、および、もし発生すれば、適正な処分
に有害な、蒸気を発生することなく、スラッジを加熱し得るためにも、重要であ
る。この二重スクリュオーガ送り部１６は、以下に議論する、破壊器セルのエレ
クトロポレーション効果を向上するため、またはバイオ固形物のＰＨを、意図す
る土地利用用途に適合するように修正するため、または濾過モジュールの脱水効
果を向上するために、種々のアルカリ性または酸性の化学薬品を導入するために
も使うことが出来る。この先に脱水したバイオ固形物汚水スラッジは、交互に二
つの吸引側バルブの一つから引いて、二つのポンプ空洞２０、２２の一つへ入れ
、次に一つまたは二つの排出バルブから共通の排出口２３の中へ送る。これらの
ポンプピストン２４、２６は、ピストンロッド２４”、２６”を介して油圧シリ
ンダ２４’、２６’によって駆動する。これらの油圧シリンダは、従来の油圧ユ
ニット２８によって動かす。この好適実施例では、共通の排出口２３を配管３０
を介して、グラハム製造会社が製造する“ヘリックスフロー”型のような、螺旋
熱交換器３２の入口に接続する。この熱交換器への加熱源３４は、低圧蒸気であ
るのが好ましい。既存のバイオ固形物スラッジの温度は、標準サーモスタットに
よる蒸気バルブ制御によって４０℃と６０℃の間の範囲に制御する。４０℃未満
の温度は、破壊器セルのエレクトロポレーション効果を抑制しがちであり、一方
６０℃を超える温度は、ある種のバイオ固形物を熱交換器の壁の内部に着かせが
ちである（tend to scale）。エレクトロポレーション効果は、４０℃を超える温度では著しくは向上しない。バイオ固形物スラッジがその温度を上げずに容易
且つ簡単に流れるような濃度である場合、バイオ固形物スラッジを加熱するため
に上に説明した加熱工程および機器を省いてもよい。熱交換器は、加熱プロセス
から生ずる種々の排ガスを、従来の方法で集めるための流体の出入する小開口（
vent）を組込んでいる。排ガスは、後に、周囲に放出またはこれらの排ガスの内
容によって決る処理を行うために、真空ポンプによって集めるのが好ましい。ガ
ス抜きの主な目的は、このスラッジ材料から出来るだけ多くの空気を無くし、お
よび、材料を熱交換器で加熱するとき、出来た蒸気が含まれないようにすること
によって、エレクトロポレーション性能を向上出来ることである。

【００２８】熱交換器３２から、熱的に調整したバイオ固形物が圧力を受けて連結配管４０
を通り、図２Ａおよび図３で最も良く分る、破壊器セル４２へ続く。この破壊器
セル４２は、内部の、電気的に絶縁した高圧電極４６を備える、電気的に接地し
た、円筒形の外側が金属シェルまたは環状パイプ４４から成る。この電極設計は
、その先端表面上に、それと環状パイプ４４の間の約１ｃｍの環状部の中へ層流
特性をもたらし、それによって均一な破壊領域を作るようになっている。高圧電
極４６は、単極または双極モードで、１ｃｍ当り２５，０００ないし１００，０
００ボルトの振幅で、３ないし５Ｈｚで、処理するバイオ固形物材料の特性に依
る持続時間の間、生成されるか律動的に送り出す（generated, or pulsed）のが
好ましいが、他の周波数を使ってもよい。この様にして、層流するスラッジが、
一定圧で流れる媒体に曝される電場である、“電気・圧力（electro-baric）” 場と呼んでもよいものを受ける。容量性放電回路を有する、従来の半導体式パル
ス発生器４８が電源５０から電力を受ける。電力切替えをスパーク間隙“チオト
ロン（Thiotron）”または半導体式スイッチによって達成する。このパルス制御
ユニット、電源および切換えサブシステムは、電力、レーザ、およびバイオ技術
産業で普通に使う、標準の市販商品である。

【００２９】この破壊器セル内で作用している制御原理は、エレクトロポレーションである
。このエレクトロポレーションプロセス中、十分な電圧ポテンシャルが分子細胞
壁に沿って発生して力の不均衡が生じ、それが分子細胞壁の破壊を惹起する。破
壊すると、細胞は“溶解（lysis）”を受け、それは細胞内流体および物質の喪失である。溶解が続くと、細胞は死に、その液体内容物を放出し、その液体内容
物は殆ど水分子である。その上、高圧放電が細胞間水の機械的／電気的結合を解
放または破壊する。この破壊が起ってから、バイオ固形物材料は、環境保護局５
０３標準クラス“Ａ”に適合するに十分生物学的に不活性になり、長期間脱水に
適する。

【００３０】破壊器セル４２は、二つの帯電した金属濾過膜５２’、５２”から成る濾過モ
ジュール５２に直結し、それと縦に軸線方向に整列し、それは図２Ａおよび図４
で最も良く分る。外側濾過膜５２’は、同心円筒、または多孔性金属パイプであ
り、一方、内側濾過膜５２”は、長切頭円錐形金属部材で、この内側および外側
濾過要素間の環状領域がこの濾過モジュールの流れの全長に亘って次第にまたは
継続的に狭まりまたは先細りになる。これらの二つの濾過要素間のこの幾何学的
構成は、濾過モジュールの長さに沿って断面積を絶えず減少させる。これらの同
心濾過表面は、加圧バイオ固形物の特性を最適化しながら、全体的空間を維持し
、その特性は、接触表面への液体の移行と粘着であり、それによって液体水を廃
棄物の固形分から分離する。使ってもよい金属フィルタ膜は、米国イリノイ州デ
ィアフィールドのニュウメット・クレブソージの多孔性金属部品事業部が製造す
るものである。

【００３１】濾過を助けるために低電圧を使うことは、水から粒子を分離するというよく知
られる方法で、フィルタ５２’、５２”の濾過表面にも使われ、低電圧電源６１
によって作り出される。濾過セルは、付加的脱水、および濾過液の清澄度の所望
レベルに依って、６．８９ないし１０．３４ＭＰａの間の圧力で作用する。濾過
液は、先細りの内側金属膜フィルタ５２”および平行な外側金属膜フィルタ５２
’から、共通のドレーンに組合さる外側ドレーンパン６２および内側ドレーン６
４から成る液体収集組立体６０を介して液体形量ユニット６６へ集める。液体形
量ユニットは、従来の計装装置で、システム性能を監視するために使う。液体計
量器は、装置の戻り配管６８へ排出する。二つの膜の間の先細りまたは狭くなる
環状領域は、スラッジが流れるとき、その圧力を一定にする。二つの金属膜間の
環状領域内の動作圧は、６．８９〜１０．３４ＭＰａの間であり、それがスラッ
ジの中に残る何れの水をも“絞り出す（squeezed out）”だろう。

【００３２】この消毒し、二度脱水したバイオ固形物材料は、図２Ａおよび図４で最も良く
分るように、回転カッタ組立体７２を備えるペレット化ヘッド７０を通ってこの
濾過モジュールを出て、次に後の処分のために収集器−コンベヤ７３へ運ばれる
。バイオ固形物材料は、生物学的に不活性である。何故なら、通常の健全なバク
テリアまたはウイルスが繁殖できるＤＮＡを有する場合、本発明で起るように、
一旦バクテリアまたはウイルスのためのＤＮＡ機構が壊れると、生じた生物学的
材料は、その後不活性であるからである。このペレット化ヘッドは、各々この濾
過モジュールの環状出口流チャンネルと一致する孔の円形配列を有する複数の円
盤から成る。回転カッタ組立体は、押出したバイオ固形物をペレットに剪断し、
それが固形物収集コンベヤ上に落ち、そのコンベヤがこれらの消毒し、二度脱水
し、堆積／質量を減らしたバイオ固形物を、オフサイト処分のために運搬する前
の中間貯留のために既存の貯槽、ホッパ、容器またはトラック車体へ運ぶ。

【００３３】スラッジの中の殆ど全ての細胞は、サイズが１／２ミクロンより大きく、大部
分はサイズが１ミクロンより大きく、あるものは３ないし５ミクロンの範囲程も
大きい。金属フィルタ膜５６’、５６”の各々は、典型的には１０ミクロン網目
であるのが好ましい。

【００３４】金属膜５６’、５６”は、定期的に清掃しなければならないだろう。これをす
るために、スクレーパを設ける。その代りに、金属膜を蒸気で背面からパルスを
掛けてもよい。

【００３５】本発明の発見−それは、公共廃棄物スラッジに含まれる水の大部分は細胞内に
あると言うこと−は、細胞膜を修復できない程に破壊するための他の手法を使っ
て行ってもよいことにも注目すべきである。例えば、超音波を使ってもよい。

【００３６】新規であると信ずる、本発明の態様を請求項に具体的に示す。先に脱水した公
共残留汚水スラッジ材料を消毒および脱水するための、新規なパルス電気・圧力
システム、関連装置、および関連方法の特定の実施例を、本発明を使用しおよび
作る方法を例示する目的で説明したのに対して、本発明をその特定の実施例を参
照して説明したが、本発明の多くの変更および修正が、発明の精神および範囲か
ら逸脱することなく、当業者に明白になることを理解すべきである。本発明の範
囲内に正当に且つ適正に含まれるような、そのような変更および修正は、全て本
発明に含める意図である。従って、この発明の範囲は、ここに図示し、説明した
特定の実施例によってではなく、前記の請求項に開示した根本的基礎原理の真の
精神および範囲によってのみ限定すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロセスの流れ概略図である。

【図２Ａ】本発明のシステムの、比例尺換算の全体配置図である。

【図２Ｂ】図２Ａの装置のペレット化ヘッド部の立面図である。

【図２Ｃ】図２Ｂのペレット化ヘッド部から収集器までの排出導管の正面図である。

【図３】破壊器セルの全体的配置を示す、立面断面図である。

【図４】濾過モジュールの全体的配置を示す、立面断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】公共廃棄スラッジまたは動植物廃棄スラッジの分子細胞ユニ
ットに含まれる細胞内水分子を含む該廃棄スラッジまたは動植物廃棄スラッジを
脱水する方法であって：（ａ）前記廃棄スラッジを脱水装置に注ぎ込む段階；（ｂ）前記脱水装置の中で前記廃棄スラッジの個々の細胞ユニットの少なくと
も殆どを、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、破壊する段階
；および（ｃ）生じた解放水分を、後に収集するために、生じた固形分から分離する段
階を含み、前記段階（ｂ）が前記廃棄スラッジの分子細胞ユニットの少なくとも大部分の
各々の膜を、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、各膜にエレ
クトロポレーションすることによって破壊する段階を含み；前記エレクトロポレーションする段階が前記廃棄スラッジを１ｃｍ当り少なく
とも２５，０００ボルトの電圧を有する電場に通す段階を含む方法。
【請求項２】請求項１による細胞内水分子を含む廃棄スラッジを脱水する
方法であって、更に：（ｄ）前記段階（ａ）の前に、前記廃棄スラッジを初期脱水する段階を含み；
前記段階（ｂ）を前記先に脱水した廃棄スラッジに行う方法。
【請求項３】請求項１による細胞内水分子を含む廃棄スラッジを脱水する
方法に於いて、前記段階（ｂ）を前記先に脱水した廃棄スラッジに行う方法。
【請求項４】請求項１による細胞内水分子を含む廃棄スラッジを脱水する
方法に於いて、前記段階（ｃ）が解放した水の接触表面への液体の移行と粘着を
強制するために、該解放した水分および固形分の混合物を加圧する段階を含み、
それによって液体水を前記廃棄スラッジの固形分から分離する方法。
【請求項５】請求項１による細胞内水分子を含む廃棄スラッジを脱水する
方法に於いて、前記分離段階が解放した水分および固形分の混合物を内側多孔質
パイプと外側多孔質パイプの間に通す段階を含む方法。
【請求項６】請求項１による細胞内水分子を含む廃棄スラッジを脱水する
方法に於いて、前記段階（ｂ）が：前記廃棄スラッジを内側パイプの球形閉端にぶつけて送込み、前記廃棄スラッ
ジに前記内側パイプと外側の同心な関係にあるパイプの間の環状領域の中への層
流を採らせる段階；および層流の前記廃棄スラッジをエレクトロポレーション手段に曝す段階；を含む方法。
【請求項７】請求項６による細胞内水分子を含む廃棄スラッジを脱水する
方法に於いて、前記段階（ｃ）がエレクトロポレーションした混合物の流れをも
う一つの、先細りの環状容積の間へ向ける段階を含む方法。
【請求項８】廃棄スラッジの細胞ユニットに含まれる細胞内水分子を含む
該廃棄スラッジを脱水する方法であって：（ａ）前記廃棄スラッジの流れを内側パイプの閉端へ長手方向に、軸線方向に
向ける段階；（ｂ）その後、前記廃棄スラッジを前記内側パイプと該内側パイプの周りに同
心な関係に取付けた外側パイプとの間の環状流れ容積を通って流れさせる段階；
および（ｃ）前記廃棄スラッジの細胞ユニットの膜を、該スラッジを１ｃｍ当り少な
くとも２５，０００ボルトの電圧を有する電場に通すことによって、修復できな
い程に破壊する段階を含む方法。
【請求項９】廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに含まれる細胞内水分子
を含む該廃棄スラッジを脱水する方法であって：（ａ）前記廃棄スラッジを脱水装置に注ぎ込む段階；（ｂ）前記脱水装置の中で前記廃棄スラッジの個々の前記細胞ユニットの少な
くとも殆どを、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、破壊する
段階；および（ｃ）生じた解放水分を、後に収集するために、生じた固形分から分離する段
階を含み、前記段階（ｂ）が前記廃棄スラッジの分子細胞ユニットの少なくとも大部分の
各々の膜を、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、各膜に１ｃ
ｍ当り少なくとも２５，０００ボルトの電圧を有する電場でエレクトロポレーシ
ョンすることによって破壊する段階を含み；前記段階（ｂ）が前記廃棄スラッジを内側パイプの球形閉端にぶつけて送込ん
で、そこで前記各膜にエレクトロポレーションする段階を行う段階；およびエレクトロポレーションした前記廃棄スラッジを、後に該廃棄スラッジの水分
をその固形分から分離するために、前記内側パイプと同心な関係に取付けた外側
パイプとの間の環状容積を通して向ける段階を含む方法。
【請求項１０】廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに含まれる細胞内水分
子を含む該廃棄スラッジを脱水する方法であって：（ａ）前記廃棄スラッジを脱水装置に注ぎ込む段階；（ｂ）前記脱水装置の中で前記廃棄スラッジの個々の細胞ユニットの少なくと
も殆どを、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、破壊する段階
；および（ｃ）生じた解放水分を、後に収集するために、生じた固形分から分離する段
階を含み、前記段階（ｂ）が前記廃棄スラッジの分子細胞ユニットの少なくとも大部分の
各々の膜を、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、各膜にエレ
クトロポレーションすることによって破壊する段階を含み；前記エレクトロポレーションする段階が１ｃｍ当り少なくとも２５，０００ボ
ルトのパルス高圧電場を発生する段階；および前記段階（ｂ）の前に、前記廃棄スラッジを加熱する段階を含む方法。
【請求項１１】先に脱水した生物学的に活性の汚水スラッジ材料を消毒お
よび脱水するためのパルス電気・圧力システムであって、前記廃棄材料がそれに
関連する廃棄材料の複数の個々の細胞を有し、該細胞の各々がそれに関連する表
面積を有し、前記システムがそれに関連する制御手段を有し：前記廃棄材料を汲出すためのポンプ手段；前記廃棄材料を所定の温度範囲に加熱するための加熱手段；前記生物学的に活性の前記廃棄材料を不活性材料に変換し、該廃棄材料の前記
細胞の少なくとも前記表面を修復できない程に破壊するための手段を有し、それ
に関連する制御手段を有し、前記加熱手段に作動連結された変換手段；前記不活性廃棄材料を所定の方法で濾過し、前記変換手段に作動連結された濾
過手段；および前記不活性廃棄材料を所定の方法で排出し、前記濾過手段に作動連結された排
出手段；を組合わせて含み、それによって、前記生物学的に活性の前記廃棄材料を不活性の廃棄材料に変換
し、その結果の処分を必要とする不活性廃棄材料の量を実質的に減少するシステ
ム。
【請求項１２】請求項１１によるシステムに於いて、前記加熱手段が所定
の容量を有する熱交換器手段を含むシステム。
【請求項１３】請求項１１によるシステムに於いて、前記変換手段が所定
の容量を有するパルス高圧電気・圧力エレクトロポレーション手段を含むシステ
ム。
【請求項１４】請求項１１によるシステムに於いて、前記濾過手段が所定
の膜寸法および対応する所定の容量を有する、直列の金属膜手段を含むシステム
。
【請求項１５】廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに含まれる細胞内水分
子を含む該廃棄スラッジを脱水するための装置であって：前記廃棄スラッジを前記脱水装置の中へおよびそれを通して汲出すためのポン
プおよび導管手段；前記廃棄スラッジの個々の細胞ユニットの少なくとも殆どを、その中に含まれ
る前記細胞内水分子を解放するために、破壊する脱水室；並びに生じた解放水分を、後に収集するために、生じた固形分から分離するための分
離手段を含み；前記脱水室が前記廃棄スラッジの分子細胞ユニットの少なくとも大部分の各々
の膜を、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、修復できない程
に破壊するための手段を含む装置。
【請求項１６】請求項１５による、廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに
含まれる細胞内水分子を含む該廃棄スラッジを脱水するための装置であって、更
に、前記廃棄スラッジを初期脱水し、前記ポンプ手段および前記脱水室に作動連
結された初期脱水手段を含み、それで前記ポンプ手段が、先に脱水したスラッジ
を前記脱水室へ汲出す装置。
【請求項１７】請求項１５による、廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに
含まれる細胞内水分子を含む該廃棄スラッジを脱水するための装置に於いて、前
記脱水室が：閉入口端を有する内側パイプ；前記内側パイプの周りの外側の、同心な関係の
パイプ；およびこれらの細胞ユニットの膜を修復できない程に破壊するためのエ
レクトロポレーション手段を含み、前記ポンプおよび導管手段が前記廃棄スラッ
ジを前記内側パイプの前記閉入口端に向けて送出し、前記内側パイプおよび外側
パイプが環状流れ領域を形成し、そこを前記スラッジが前記閉入口端によって脇
に逸らされてから通る装置。
【請求項１８】請求項１７による、廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに
含まれる細胞内水分子を含む該廃棄スラッジを脱水するための装置に於いて、前
記内側パイプの前記閉入口端の形状がほぼ球形であり、それで前記スラッジが前
記脱水室で層流を採る装置。
【請求項１９】請求項１７による、廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに
含まれる細胞内水分子を含む該廃棄スラッジを脱水するための装置に於いて、エ
レクトロポレーション手段が３ないし５Ｈｚの間の周波数で、１ｃｍ当り２５，
０００ないし１００，０００ボルトの間のパルス高圧電場を含み、前記内側パイ
プの前記球形閉入口端が前記電気・圧力場のための電極である装置。
【請求項２０】請求項１７による、廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに
含まれる細胞内水分子を含む該廃棄スラッジを脱水するための装置に於いて、前
記分離手段が、前記脱水室の前記内パイプの出口に流体的に結合された、内部、
多孔質、濾過パイプ、および前記内部、多孔質、濾過パイプの周りに同心な関係
に取付けた、外部、多孔質、濾過パイプを含み；前記内部および外部多孔質、濾
過パイプの一つが、前記内部および外部多孔質、濾過パイプの間に先細りの環状
領域を作るために先細りであり、それによって前記脱水したスラッジを、該脱水
したスラッジの水分と固形分を分離させるために、前記先細りの環状領域で加圧
する装置。
【請求項２１】請求項２０による、廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに
含まれる細胞内水分子を含む該廃棄スラッジを脱水するための装置に於いて、前
記分離手段が、更に、前記脱水したスラッジの固形分を、後に収集および処分す
るために、押出すための押出し手段を含み；該押出し手段が前記内部および外部
多孔質、濾過パイプの間の前記先細りの環状領域の出口に位置する装置。
【請求項２２】廃棄スラッジ水の分子細胞ユニットに含まれる細胞内水分
子を含む該廃棄スラッジを脱水するスラッジ処理プラントに於いて：先に脱水した廃棄スラッジを更に脱水するための追加の脱水装置であって：前記先に脱水した廃棄スラッジを前記追加の脱水装置の中へおよびそれを通し
て汲出すためのポンプおよび導管手段；前記廃棄スラッジの個々の細胞ユニットの少なくとも殆どを、その中に含まれ
る前記細胞内水分子を解放するために、破壊する脱水室；並びに生じた解放水分を、後に収集するために、生じた固形分から分離するための分
離手段を含み；前記脱水室が前記先に脱水した廃棄スラッジの分子細胞ユニットの少なくとも
大部分の各々の膜を、その中に含まれる前記細胞内水分子を解放するために、修
復できない程に破壊するための手段を含む改良。
【請求項２３】請求項２２による装置に於いて、前記脱水室が：閉入口端を有する内側パイプ；前記内側パイプの周りの外側の、同心な関係の
パイプ；およびこれらの前記細胞ユニットの膜を修復できない程破壊するための
エレクトロポレーション手段を含み、前記ポンプおよび導管手段が前記先に脱水
した廃棄スラッジを前記内側パイプの前記閉入口端に向けて送出し、前記内側パ
イプおよび外側パイプが環状流れ領域を形成し、そこを前記先に脱水したスラッ
ジが前記閉入口端によって脇に逸らされてから通る装置。
【請求項２４】請求項２３による装置に於いて、前記内側パイプの上記閉
入口端の形状がほぼ球形であり、それで前記先に脱水したスラッジが前記脱水室
で層流を採る装置。
【請求項２５】請求項２３による装置に於いて、エレクトロポレーション
手段が３ないし５Ｈｚの間の周波数で、１ｃｍ当り２５，０００ないし１００，
０００ボルトの間のパルス高圧電場を含み、前記内側パイプの前記閉入口端が前
記電場のための電極である装置。
【請求項２６】請求項２３による装置に於いて、前記分離手段が、前記脱
水室の前記内側パイプの出口に流体的に結合された、内部、多孔質、濾過パイプ
、および前記内部、多孔質、濾過パイプの周りに同心な関係に取付けた、外部、
多孔質、濾過パイプを含み；前記内部および外部多孔質、濾過パイプの一つが、
前記内部および外部多孔質、濾過パイプの間に先細りの環状領域を作るために先
細りであり、それによって前記エレクトロポレーションし脱水したスラッジを、
該エレクトロポレーションし、脱水したスラッジの水分と固形分を分離させるた
めに、前記先細りの環状領域で加圧する装置。
【請求項２７】請求項２６による装置に於いて、前記分離手段が、更に、
前記脱水したスラッジの固形分を、後に収集および処分するために、押出すため
の押出し手段を含み；該押出し手段が前記内部および外部多孔質、濾過パイプの
間の前記先細りの環状領域の出口に位置する装置。
【請求項２８】廃棄スラッジの分子細胞ユニットに含まれる細胞内水分子
を含む該廃棄スラッジを脱水するための脱水装置用脱水室であって：脱水すべきスラッジが向って流れる閉入口端を有する内側パイプ；前記内側パイプの周りの外側内、同心な関係のパイプで、前記内側パイプと共
に環状流れ領域を形成し、そこを前記スラッジが前記閉入口端によって脇に逸ら
されてから通るパイプ；およびこれらの前記細胞ユニットの膜を修復できない程破壊するためのエレクトロポ
レーション手段を含む装置。
【請求項２９】請求項２８による装置に於いて、前記内側パイプの前記閉
入口端の形状がほぼ球形であり、それで前記スラッジが前記脱水室で層流を採る
装置。
【請求項３０】請求項２８による装置に於いて、エレクトロポレーション
手段が３ないし５Ｈｚの間の周波数で、１ｃｍ当り２５，０００ないし１００，
０００ボルトの間のパルス高圧電場を含み、前記内側パイプの前記閉入口端が前
記電気・圧力場のための電極である装置。