JP2002500953A - 下水汚泥脱水のためのコンディショニング方法 - Google Patents

下水汚泥脱水のためのコンディショニング方法

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JP2002500953A JP2000528514A JP2000528514A JP2002500953A JP 2002500953 A JP2002500953 A JP 2002500953A JP 2000528514 A JP2000528514 A JP 2000528514A JP 2000528514 A JP2000528514 A JP 2000528514A JP 2002500953 A JP2002500953 A JP 2002500953A
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sewage sludge
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container
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バイセンベルク，ハインツ−ギユンター
メリン，トマス
フオステーン，ベルンハルト
レムケ，ヨアヒム
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バイエル・アクチエンゲゼルシヤフト
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、酸性酸化予備コンディショニングを無機後コンディショニングと組み合わせた清澄化汚泥を脱水する方法であって、該予備コンディショニングは、清澄化汚泥の酸性化及びｐＨ≦５で化学量論的量より少ない量の過酸化水素及び鉄イオンを添加することによる触媒下の部分酸化を含み、その後、無機後コンディショニングを行い、該コンディショニングにおいては、酸性化されそして部分的に酸化された清澄化汚泥をアルカリ土類と混合する。無機後コンディショニング中、石灰処理された清澄化汚泥のｐＨ値が少なくとも９から最大１１までの範囲にあるように十分な水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）を加え、該コンディショニングされた清澄化汚泥を機械的方法で適宜に脱水する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 工業及び都市廃水処理は一般に「一次汚泥」（“ｐｒｉｍａｒｙ ｓｌｕｄｇ
ｅ”（ＰＳ）及び「二次汚泥」（“ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｌｕｄｇｅ”）（余
剰の活性汚泥（ｓｕｒｐｌｕｓ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ）（ＳＡＳ
）の混合物として大量の下水汚泥を生成する。有機汚泥フラクションを減少させ
／利用するために、汚泥は、部分的に消化に付されそしてその濃縮後ですら例え
ば４〜５重量％の低い乾燥物質含有率を有する非常に高い水含有率の生汚泥（ｒ
ａｗ ｓｌｕｄｇｅ）として存在する。ドイツでは、これは年間約８千万トンの
生汚泥を生じ、これは年当たり約３６０万トンの乾燥物質に相当する。
【０００２】 本発明は工業及び都市下水汚泥の脱水の相当な改良を目指し、そして実際の下
水汚泥脱水の前に重要なプロセス工程としての下水汚泥コンディショニング（ｓ
ｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）のための新規な方法に
関する。
【０００３】 高分子電解質による慣用の有機コンディショニング（ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｎ
ｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）又は石灰による慣用の無機コンディショニング（ｉｎｏｒ
ｇａｎｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）の如き各下水汚泥コンディショニング
処理は、下水汚泥（消化後ですらまだ有機物に富んでいる）の脱水性を確実にし
又は改良することを意図する。何故ならば特定のコンディショニングをしなけれ
ばそれらは脱水するのが困難であるからである。本発明の目的はその後の下水汚
泥脱水において相当な改良をもたらす新規な下水汚泥コンディショニングである
。
【０００４】 すべての最近の汚泥処理は利用又は排除の目的を有しており、そして一般に凝
集（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ）／濃縮（ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ）、汚泥減少（
例えば消化、加水分解）の処理副工程（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｕｂｓｔｅｐ
ｓ）を経由して進行し、及び／又は直接、凝集／濃縮、コンディショニング（ｃ
ｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）、脱水、乾燥及び焼却の処理工程を経由して進行する
。下水汚泥焼却プラントは一般に、機械的に脱水された下水汚泥のまだ必要な残
留物乾燥（例えば流動床炉及び多重炉床炉（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｈｅａｒｔｈ
ｆｕｒｎａｃｅｓ）を含む。汚泥処理の最終目的は、廃水に対するドイツの技術
的規制（Ｇｅｒｍａｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｎ
Ｗａｓｔ）に従えば、一般に焼却による下水汚泥無機化（ｍｉｎｅｒａｌｉｚａ
ｔｉｏｎ）である。
【０００５】 焼却による下水汚泥無機化の全体のコストの臨界的因子（ｃｒｉｔｉｃａｌ
ｆａｃｔｏｒｓ）は、他の上流段階のコストに加えて、焼却コストである。下水
汚泥に対する水負荷（ｗａｔｅｒ ｌｏａｄ）を相当減少させることができるな
らば、これらは資本コスト（例えば、より小さなプラントサイズ）及び操作コス
ト（例えば補助燃料の消費の減少）の両方に関して対応して相当減少させること
ができる。
【０００６】 脱水に関するコンディショニング及び脱水それ自体に関する多くの最近の研究
の目的は、できるかぎり高度に脱水される汚泥である（例えば［１］参照）。機
械的脱水の改良のための主な出発点は依然として有機物が高い汚泥の上流コンデ
ィショニングである。コンディショニングは個々の場合において存在する汚泥自
体に正確に合わされ（ｍａｔｃｈｅｄ）なければならずそして同時に使用される
脱水技術（例えば、デカンター、ファイアーフィルタープレス（ｆｉｒｅ ｆｉ
ｌｔｅｒ ｐｒｅｓｓｅｓ）、チャンバーフィルタープレス（ｃｈａｍｂｅｒ
ｆｉｌｔｅｒ ｐｒｅｓｓｅｓ）、膜フィルタープレス（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆ
ｉｌｔｅｒ ｐｒｅｓｓｅｓ）に合わされなければならない。
【０００７】 慣用のコンディショニングは有機コンディショニング助剤、例えば高分子電解
質（ＰＥ）を使用して行うのが好ましいが、しかし消石灰のような無機コンディ
ショニング助剤及び／又は他の脱水を促進する物質、例えば微粉砕石炭又は石炭
燃焼からのフライアッシュを使用することもまれではない。
【０００８】 特に無機コンディショニングの場合に、初めに存在する汚泥乾燥物質（ＳＤＭ
ｏ）の量は加えられたコンディショニング助剤（ＣＡ）の量だけ著しく増加して
、そのとき存在するより多くの乾燥物質の量ＳＤＭ＋＝ＳＤＭｏ＋ＣＡとなる。
最初の汚泥乾燥物質のＣＡ負荷ｙＣＡ（比ＣＡ／ＳＤＭｏとして）は、例えば、
ＣＡ０．２５ｋｇ／ＳＤＭｏ１ｋｇに設定され（ｓｅｔ）、しばしばそれより実
質的に高くすら設定される。２５％以上の最初の乾燥物質の量のこの増加は、し
ばしば最近無機コンディショニングよりＰＥを使用する有機コンディショニング
の方が好ましいとされる理由である（しかし必ずしも真実の理由ではない）。
【０００９】 記載された有機又は無機コンディショニングに加えて、以前にも、汚泥コンデ
ィショニングのための他の可能な方法が研究されてきた。研究された可能な方法
の１つは有機汚泥成分、特に、明らかに汚泥の脱水を大きく抑制する「スライム
状微生物汚泥フラクション」（“ｓｌｉｍｙ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｓｌｕｄｇ
ｅ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ〃）の酸化部分分解（ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐａｒｔｉ
ａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）に関する。フェントン試薬（過酸化水素Ｈ2Ｏ2 及び例えばＦｅＣｌ2の形態で加えられた触媒としての二価の鉄イオンＦｅ++） に基づく又はオゾンに基づく下水汚泥のこのような酸化処理は、ＡＯＸ分解（Ａ
ＯＸ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）又は臭い減少（特定の部分分解の結果として）
のような付随する問題も考慮する広範な研究の主題である。
【００１０】 Ｈ2Ｏ2コンディショニングに関する先行技術の実質的な部分は［２］において
要約に記載されている。多くの研究（例えば、［３］、［４］、［５］参照）に
もかかわらず、Ｈ2Ｏ2コンディショニングを使用して種々の脱水機で達成された
脱水結果は、幾分改良されてはいるものの、改良は大したものではなく、即ち、
脱水結果は我々の意見ではまだ不満足なものである。
【００１１】 脱水結果は通常達成された乾燥物質含有率ＤＭ＋（重量％）、即ち、比ＤＭ＋
＝水／（水＋ＳＤＭ＋）により示され、これは無機コンディショニングにおける
変動可能な量で加えられたコンディショニング助剤ＣＡも含む（ＳＤＭ＋＝ＳＤ
Ｍｏ＋ＣＡ）。最初の汚泥乾燥物質の水負荷ｙＨ2Ｏと呼ばれるもの、即ち、比 ｙＨ2Ｏ＝水／ＳＤＭｏは、脱水の技術的評価に更に好適であると思われる。
【００１２】 コンディショニングは達成される脱水の程度の範囲に対してのみならず、脱水
速度（例えばろ過時間、プレッシング時間）及び従って使用される脱水機の出力
）に対しても有利な効果を有する。
【００１３】 例えば趨勢おいて有利なベルトフィルタープレス及びチャンバーフィルタープ
レスにおける下水汚泥脱水に対する酸化コンディショニング、特にフェントン試
薬を使用する酸性酸化コンディショニングの効果はそれ故一般に知られている。
しかしながら、例えば鉄触媒又は対応する遷移金属のタイプ及び量に関する反対
のレポートが見いだされる。フェントン試薬を使用する下水汚泥の酸性酸化コン
ディショニングに関する多数のこれらの研究から、一般にこの操作及び関係する
単位操作は実質的に以前の研究から知られる。
【００１４】 ● 酸性化は出発ｐＨ３〜４である限り進行する。
【００１５】 ● 好ましくは、Ｈ2Ｏ2／Ｆｅ++モル比≦５：１が使用される。
【００１６】 ● 安価に入手可能なＦｅ（ＩＩ）ＳＯ4・７Ｈ2Ｏ（緑バン）が使用されるこ
とが最も多いが、しかしながらこれは石灰によるその後の中和の際に相当な石膏
を形成するという欠点を有する。
【００１７】 ● Ｈ2Ｏ2要求は汚泥依存性であり、最小Ｈ2Ｏ2要求はＨ2Ｏ2１．０〜１．５
重量％（ＳＤＭｏを基準として）である。
【００１８】 ● 酸化反応は温度の関数として幾分速く進行する（必要な最小時間１０分）
。
【００１９】 ● しかしながら、例えばＣＯＤ、ＢＯＤ、ＮＨ4 +による相当な残留ろ液汚染
の欠点と関連した高められた温度（例えば６０〜９０℃）は酸化を促進する。
【００２０】 或る研究では特定の後コンディショニングが明白に特許請求されている。
【００２１】 しかしながら、これまでに後コンディショニング（ｐｏｓｔ−ｃｏｎｄｉｔｉ
ｏｎｉｎｇ）についてなされた言及は、 ａ）追加の有機ＰＥ後コンディショニング、しばしばＨ2Ｏ2予備コンディショ
ニングされた（Ｈ2Ｏ2−ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ）汚泥及びＰＥ後コンデ
ィショニングされた汚泥の高圧感受性について言及されている、及び ｂ）例えばＮａＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）2又はＣａ（ＯＨ）2により中和点の付近に
ｐＨを増加させそして更に最大８．５の最終ｐＨに増加させる「中和」、後者は
予め酸性の環境においてその間に溶解された重金属を再結合する目的及び／又は
もっと後のろ液のＣＯＤ／ＢＯＤ残留汚染を減少させる目的を有する、 に関するのみである。
【００２２】 本発明の基礎をなす目的は、脱水結果を相当改良するために、これまで部分的
にしか利用されていなかった酸性酸化コンディショニング（ａｃｉｄｉｃ ｏｘ
ｉｄａｔｉｖｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）の有利な効果を完全に利用するこ
とである。
【００２３】 この場合の出発点は、工業的下水汚泥のための現存の下水汚泥焼却プラントに
おいては下水汚泥フィルターケーク（石灰コンディショニング後にチャンバフィ
ルタープレス（ＣＦＰ）で予め脱水された）の約６０％しか焼却することはでき
ないが、これに対して１９９７年４月からの廃水に関するドイツの技術的規制に
従えば、すべての下水汚泥は焼却されるべきであるということであった。チャン
バーフィルタープレスで予め脱水された下水汚泥フィルターケークは、ＳＤＭｏ
１ｋｇ当たりＣＡ約０．２５〜０．５０ｋｇの消石灰負荷ｙＣＡにおいて、平均
して約３４重量％のＤＭ＋を含んでおり、これはＳＤＭｏ１ｋｇ当たりＨ2Ｏ２ ．４〜２．８ｋｇの水負荷ｙＨ2Ｏと同等である。この開発研究の目的は、下水 汚泥フィルターケークにおける水負荷を大体半分にすること、従って現存の焼却
プラントの処理量（ＳＤＭｏのトン／年）をほぼ２倍にすることであった。
【００２４】 新規な方法は、下水汚泥を最初に酸性化し、次いで二価の鉄イオン（Ｆｅ++）
及び化学量論的量より少ない量の過酸化水素（フェントン試薬）の添加によりｐ
Ｈ≦５で触媒下の部分酸化（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐａｒｔｉａｌ ｏｘｉｄａ
ｔｉｏｎ）を行う酸性酸化予備コンディショニングから出発し；この予備コンデ
ィショニング（一般にに知られている）の後、新規な方法に従ってアルカリ土類
による規定された後コンディショニングを行い、その後最後の工程で機械的脱水
を行う。従って、詳細においては、上記した改変は別として、一般に知られてい
る下記のプロセス工程を使用する： ａ）最初に、高い有機含有率の下水汚泥を、下水汚泥をＨＣｌで酸性化し、そ
してｐＨ≦５において二価鉄イオンＦｅ++及び化学量論的量より少ない量の過酸
化水素Ｈ2Ｏ2の添加により触媒下の部分酸化を行う酸性酸化予備コンディショニ
ングに付し、 ｂ）次いで無機後コンディショニングを行い、該無機後コンディショニングに
おいては、酸性化されそして部分酸化された下水汚泥を、更に正確にはｐＨを少
なくとも９に上昇させて、アルカリ土類と混合する。
【００２５】 ｃ）最後の工程において、かくしてコンディショニングされた下水汚泥を既知
の脱水装置を使用して機械的に脱水する。
【００２６】 この目的は、Ｈ2Ｏ2予備コンディショニングの後アルカリ土類金属酸化物によ
る有機後コンディショニングを好ましくは水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2） により行い、そしてこの後コンディショニングにおいて少なくとも９から多くて
も１１の範囲のｐＨを設定する（ｓｅｔ）ことによって、上記したプロセス工程
に関して本発明に従って達成される。
【００２７】 本方法は、酸性化のために塩酸を使用しそして添加を酸性化された下水汚泥の
ｐＨが３〜４であるように設定するような方式で有利に行われる。
【００２８】 部分酸化に使用される触媒は好ましくはＦｅＣｌ2溶液であり、これは既に酸 性化されそして脱ガスされた下水汚泥に加えられており、その場合に加えられる
ＦｅＣｌ2の量は、Ｈ2Ｏ2／Ｆｅ++モル比５：１と同等な、Ｈ2Ｏ2（１００％濃 度）１ｋｇ当たりＦｅＣｌ2（１００％純度）０．７５ｋｇからＨ2Ｏ2（１００ ％濃度）１ｋｇ当たりＦｅＣｌ2（１００％純度）１ｋｇの大きさのオーダー内 で調節される。
【００２９】 本方法は、部分酸化中、酸化している下水汚泥において２００ｍＶ〜５００ｍ
Ｖ、好ましくは３５０ｍＶ〜４５０ｍＶの酸化還元電位が維持されるように十分
な過酸化水素を加えるような方式で行われるのが好ましい。
【００３０】 かくして誘発された３〜４のｐＨでの部分酸化は１５℃〜４０℃の範囲の相対
的に低い温度においてすら速く進み、従って２０℃〜３０℃で行われるのが好ま
しく、即ち高められた温度は必要ではない。
【００３１】 本方法の好ましい操作は、更に、無機後コンディショニング中、後コンディシ
ョニングされた下水汚泥のｐＨが少なくとも９から多くても１１の範囲の所定の
予め設定された（ｐｒｅｓｅｔ）値となるように十分な水酸化カルシウムを加え
ることである。
【００３２】 本発明の更なる進展によれば、下水汚泥を２つの直列に接続された容器（ｓｅ
ｒｉｅｓ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｖｅｓｓｅｌｓ）において酸性化し、第２容器
のｐＨを、第１容器への塩酸添加を調節することにより３〜４の範囲の所定の予
め設定された値に維持する。
【００３３】 更に、部分酸化も２つの直列に接続した容器で有利に行うことができ、その場
合に、第２容器の酸化還元電位は該容器への過酸化水素の添加を調節することに
より２００ｍＶ〜５００ｍＶの範囲の所定の予め設定された値に保たれる。
【００３４】 最後に、無機後コンディショニングも２つの直列に接続された容器で有利に行
うことができ、その場合に、第２容器のｐＨは、第１容器への水酸化カルシウム
の添加を調節することにより９〜１１の範囲の所定の予め設定された値に保たれ
る。
【００３５】 本発明により下記の利点が達成される。
【００３６】 ａ）第１に、下水汚泥の部分酸化が行われる酸化予備コンディショニングと、
著しい、即ちより強く無機の、しかし石灰は最小化された後コンディショニング
との上記の特定の組み合わせは、純粋な石灰コンディショニングの場合と同じく
比較的短いろ過時間で、例えば、ｙＨ2Ｏ＝Ｈ2Ｏ１．０〜１．２ｋｇ／ＳＤＭｏ
１ｋｇの値への水負荷の劇的な減少をもたらす。
【００３７】 これは純粋に無機の石灰コンディショニング又は有機ＰＥコンディショニング
の場合の脱水結果と比較して、慣用の脱水機、例えば、チャンバーフィルタープ
レス、高脱水効率デカンターを使用してすら相当な改良を意味する。最適脱水は
高脱水効率脱水機、例えば膜フィルタープレスで達成される。
【００３８】 ｂ）石灰仕込み（ｌｉｍｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ）ｙＣＡは純粋に無機の石灰コ
ンディショニングと比較して相当減少させることができる（大体半分）。
【００３９】 ｃ）本方法によって、最初の乾燥物質含有率は例えば２０％減少するか（ＳＤ
Ｍ＋＝＜ＳＤＭｏ）又は僅かに増加する（ＳＤＭ＋はほぼＳＤＭｏに等しい）。
何故ならば汚泥の酸性化中、水酸化カルシウムがその後に添加されるよりも多く
の炭酸塩ＣＯ2（ｃａｒｂｏｎａｔｅ ＣＯ2）がしばしば排出されるからである
。
【００４０】 ｄ）塩酸及び過酸化水素による増加したコストは、純粋な石灰コンディショニ
ングと比較して石灰消費を減少させることにより本発明の方法において実質的に
補償される。
【００４１】 新規な方法は下記の個々の工程： ● 塩化鉄溶液の添加を伴うＨＣｌによる予備濃縮された生汚泥の酸性化、下
水汚泥脱ガス（ＣＯ2）、 ● 添加された触媒を含有する酸性化された下水汚泥混合物の酸化剤としての
過酸化水素による部分酸化、 ● 十分なｐＨ上昇による石灰後コンディショニング、 ● かくして予備コンディショニング及び後コンディショニングされた下水汚
泥の好ましくはチャンバフィルタープレス又は膜フィルタープレスを使用する脱
水、 から成る。
【００４２】 パイロットプラントフィルタープレス（０．１ｍ2のフィルター面積を有する ＣＦＰ及びＭＦＰ）を使用して完全に連続式パイロットプラントユニット（生汚
泥７０ｋｇ／時間の処理量）で実験室で且つ長期間（２４時間／日で３週間）、
及び操作プレス（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｒｅｓｓ）（１２０ｍ2のフィル ター面積を有するＣＦＰ）又は可動性のパイロットプラント規模のプレス（１．
７６ｍ2のフィルター面積を有するＣＦＰ及びＭＦＰ）を使用してバッチ操作式 パイロットプラント規模の操作ユニット（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｕｎｉｔ）
（５０ｍ3容器）で毎日３週間にわたって２つのプラントからの種々の消化され ていない工業的下水汚泥を使用して本方法を研究及び試験した。
【００４３】 ２つのプラントでこれまで使用されたコンディショニング方法及び脱水方法と
比較して、相当改良された脱水結果、減少した乾燥物質負荷（ｄｒｙ ｍａｔｔ
ｅｒ ｌｏａｄ）及び中でも有意な臭いの減少が見いだされた。チャンバーフィ
ルタープレス（ＣＦＰ）及び膜フィルタープレス（ＭＦＰ）で達成された結果の
例： 生汚泥ＬＥＶのＣＦＰ脱水（強熱時の損失約５２％） ａ）慣用の石灰コンディショニング：ｙＨ2Ｏ＝２．４〜２．８ｋｇＨ2Ｏ／ｋ
ｇＳＤＭｏ ｂ）慣用のＰＥコンディショニング：ｙＨ2Ｏ＝２．２ｋｇＨ2Ｏ／ｋｇＳＤＭ
ｏ ｃ）本方法に従うコンディショニング：ｙＨ2Ｏ＝１．５〜１．６ｋｇＨ2Ｏ／
ｋｇＳＤＭｏ 生汚泥ＬＥＶのＭＦＰ脱水（強熱時の損失約５２％）： ａ）慣用の石灰コンディショニング：ｙＨ2Ｏ＝１．７ｋｇＨ2Ｏ／ｋｇＳＤＭ
ｏ ｂ）本方法に従うコンディショニング：ｙＨ2Ｏ＝１．１〜１．３ｋｇＨ2Ｏ／
ｋｇＳＤＭｏ 生汚泥ＤＯＲのＣＦＰ脱水（強熱時の損失約７０％） ａ）石灰コンディショニング（減少したチャンバ深さ）：ｙＨ2Ｏ＝２ｋｇＨ2 Ｏ／ｋｇＳＤＭｏ 生汚泥ＤＯＲのＭＦＰ脱水（強熱時の損失約７０％） ｂ）本方法に従うコンディショニング：ｙＨ2Ｏ＝１．２ｋｇＨ2Ｏ／ｋｇＳＤ
Ｍｏ 本方法の高い効率は、部分的には汚泥中に存在する炭酸塩の溶解、部分的には
バクテリア細胞の酸化溶解（ｏｘｉｄａｔｅｄ ｌｙｓｉｓ）及び、部分的には
そうしなければろ過を非常に困難にするスライム状ゲル構造物の溶解によるもの
であるが、しかしながら少なからず一般に知られている酸性酸化予備コンディシ
ョニングと追加の脱水支援としての規定された石灰後コンディショニングとの組
み合わせによる。
【００４４】 最後に、部分工程の各々を完全に行うという意味において、本方法の多段階装
置及び制御も重要である（ｃｒｉｔｉｃａｌ）。
【００４５】 脱水結果の最大の増加は膜フィルタープレスが使用されるとき達成される。
【００４６】 最適形態における完全なプロセスは、下記の工程： １．予備濃縮（ｐｒｅｔｈｉｃｋｎｉｎｇ） 処理された懸濁液容積を少なくするために、約５０ｇ／ｌ以上の乾燥物質含有
率となるように、濃縮装置、分離装置又はストレーナにおける慣用の先行技術に
属する濃縮を推奨することができる。この工程におけるポリマー凝集剤（ｐｏｌ
ｙｍｅｒ ｆｌｏｃｃｕｌｅｎｔｓ）の使用は最小に制限されるべきである。何
故ならば次の工程が結果として影響を受けるからである。
【００４７】 ２．酸性化によるｐＨ＝３〜４へのｐＨ減少 その後の石膏沈殿を回避するために、慣用の硫酸の代わりに酸性化のために塩
酸（ＨＣｌ）を使用する。酸消費量は生汚泥の炭酸塩及び水酸化物含有率に依存
する。典型的な工業的生汚泥では、ＳＤＭｏ１ｋｇ当たり１００％濃度のＨＣｌ
約１００ｇが必要である。より高い炭酸塩含有率では、ＳＤＭｏ１ｋｇ当たり１
００％濃度のＨＣｌ約１２０〜１０５ｇが必要である。工業用プラントでは、そ
の後のＣＯ2脱ガスを容易にするために、ＨＣｌは酸性化におけるｐＨ調節に必 要な容器の上流の配管に加えられるべきである。均一化及び十分な炭酸塩溶解に
必要な滞留時間は狭い滞留時間スペクトルの場合には約２０分である。ｐＨ制御
のためには、十分な慣性（ｉｎｅｒｔｉａ）を有する容器カスケード回路（ｖｅ
ｓｓｅｌ ｃａｓｃａｄｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）は、過酸化物添加の下流でも同じ
であることを証明した。ＨＣｌ添加のために、乾燥物質負荷の手段は必要ではな
い。この代わりにｐＨ制御で十分である。
【００４８】 ３．ガス抜き 後の石灰後コンディショニング中に炭酸カルシウムが再形成されないことを確
実にするために、酸性化中に放出されたＣＯ2をできる限り完全に懸濁液から除 去しなければならない。この目的で、脱ガスポート（ｄｅｇａｓｓｉｎｇ ｐｏ
ｒｔｓ）が設けられ又は別々の脱ガス装置（例えば、配管系における脱ガスサイ
クロン）が使用され、それにより実質的な脱ガスが行われる。
【００４９】 ４．ＦｅＣｌ2溶液の形態にある触媒の添加 Ｆｅ++の必要な量は、５：１のＨ2Ｏ2／Ｆｅ++モル比に対応する、ＦｅＣｌ2 （１００％純粋）０．７５ｋｇ／Ｈ2Ｏ（１００％濃度）１ｋｇの添加と大きさ のオーダーにおいて同等である。この添加は酸性化中に行われる。注入速度（ｄ
ｏｓａｇｅ ｒａｔｅ）は制御された過酸化水素の注入速度に比例させることが
できるので、別の手段又は制御装置は必要ない。
【００５０】 ５．過酸化水素添加 入ってくるＳＤＭｏ負荷を基準として約１．５％の過酸化水素が必要である。
２０分の滞留時間／容器を有する二容器カスケード（ｔｗｏ−ｖｅｓｓｅｌ ｃ
ａｓｃａｄｅ）で反応を行う場合に、出口で安定な酸化還元値（ｒｅｄｏｘ ｖ
ａｌｕｅ）が生じること及びこれを使用して添加される過酸化物の量を制御する
ことができることが見いだされた。供給原料中のＳＤＭｏ負荷の測定はここでは
必要ではない。汚泥供給原料濃度（ｓｌｕｄｇｅ ｆｅｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒ
ａｔｉｏｎ）（ＳＤＭｏｇ／ｌ）及び汚泥起源（ｓｌｕｄｇｅ ｏｒｉｇｉｎ）
（ＳＡＳ／ＰＳ比）が大きく変わる場合ですら、酸化還元電位に基づく制御によ
り、ＳＤＭｏ負荷に比例した過酸化物の添加が自動的に得られる。
【００５１】 １つのみの容器を使用するならば、反応を完了するまで進行させるために、容
器当たり２時間の長さのオーダーの滞留時間が必要である（２×２０分の代わり
に）。
【００５２】 ６．石灰添加 ９〜１１へのｐＨのその後の上昇において、ｙＣＡ＝Ｃａ（ＯＨ）2０．１〜 ０．１２ｋｇ／ＳＤＭｏ１ｋｇが必要であり、即ち、純粋な慣用の石灰コンディ
ショニング（ｙＣＡ≧Ｃａ（ＯＨ）2０．２５ｋｇ／ＳＤＭｏ１ｋｇ）の場合よ りも実質的に少ない。石灰をｐＨ制御下に加える。このｐＨ制御において、ｐＨ
が或る滞留時間の後まで確立されないということを考慮に入れなければならない
。パイロットプラントユニットでは、２段階石灰処理の第１段階において、１０
の制御ｐＨを使用した。
【００５３】 工業的溶液では、脱水の上流で必要な汚泥バッファー（ｓｌｕｄｇｅ ｂｕｆ
ｆｅｒ）は第２の撹拌式タンクに取って代わる。
【００５４】 ７．脱水 機械的脱水のために、本方法の試験においてチャンバーフィルタープレス及び
膜フィルタープレスの両方を使用した。説明した方法に従ってコンディショニン
グされた汚泥はポリマーにより慣用の方法で後凝集された(post-flocculated)汚
泥より圧力感受性が相当低い。これはポンプ及び配管中での剪断応力の直接の効
果（フロックサイズに関する低い感受性）にあてはまるのみならず、ろ過中の圧
力プログラム（より急な圧力勾配が可能）にもあてはまる。
【００５５】 膜プレスの使用は、フイルターケークにおけるより高い乾燥物質含有率又はよ
り低い水負荷ｙＨ2Ｏをもたらし、そしてより短くて且つ安価により正確に再現 可能なろ過時間をもたらす。
【００５６】 酸性酸化予備コンディショニングは下記の最適化された条件下に進行すること
が必須である： ａ）酸性化とＨ2Ｏ2による酸化反応の明白な分離、その場合に、二価の鉄を酸
性化と同じく早く加えることができる（好ましくはＦｅＣｌ2として）。このよ うな分離は同時に各場合に十分な滞留時間を与えることを含まなければならない
。
【００５７】 ｂ）酸化部分反応中３〜４のｐＨの維持、即ちＨＣｌによる酸性化により予め
＜４の値へのｐＨの適当な減少、ｐＨはＦｅＣｌ2の添加により更になお幾分か 減少する。
【００５８】 ｃ）例えば、Ｈ2Ｏ2０．０１５ｋｇ／ＳＤＭｏ１ｋｇ（生汚泥中の相対的に低
いＳＡＳ含有率において）からＨ2Ｏ2０．０８０ｋｇ／ＳＤＭｏ１ｋｇまで（生
汚泥中の高いＳＡＳの場合に）の汚泥依存性最適Ｈ2Ｏ2負荷の維持。このＨ2Ｏ2 負荷は生汚泥の場合の相対的な低いＳＡＳ含有率における２００〜３００ｍＶ又
はＳＡＳに富んだ生汚泥中の５００ｍＶまでの汚泥依存性最適酸化還元電位を維
持することにより確立される。
【００５９】 ｄ）例えば５：１の最適Ｈ2Ｏ2／Ｆｅ++モル比の選択。
【００６０】 驚くべきことに、生汚泥に対する良好な脱水結果は２０〜３０℃の温度で、即
ち、酸化反応の別の温度増加なしに達成された。以前の研究では必要と考えられ
ていた（［２］参照）著しく高い温度への酸化段階の温度増加は必要ではない。
【００６１】 更に、驚くべきことに、約７０％（高いＳＡＳ含有率）の強熱時の損失（ｌｏ
ｓｓｅｓ ｏｎ ｉｇｎｉｔｉｏｎ）を有する高有機下水汚泥の場合に、比較的
良好な、あるときは更に良好ですらある脱水結果が、約５０％（より低いＳＡＳ
含有率）強熱時の損失を有する下水汚泥の場合と同じように達成されることが見
いだされた。経験によれば、強熱時の損失、従って汚泥の有機物含有率が大きけ
れば大きい程、慣用のコンディショニングによる脱水結果は一般に相当より劣っ
ている。反対に、本発明の方法に従うコンディショニングの場合には、高い有機
汚泥ですら最適に脱水することができる。理由は、酸化コンディショニングによ
り本質的に微生物ＳＡＳフラクションのみが、その「スライム状コーティング」
が酸化により破壊されるということにおいて変化を受け、それ故、ＳＡＳ含有率
が高ければ高い程、酸化部分分解はより効果的であることが証明されうる（比較
的）ということである。
【００６２】 酸化部分分解（「スライムコーティングの破壊」）の正の部分的効果は最終的
に、即ち脱水中、もし十分な無機石灰後コンディショニングも行われるならば、
脱水の程度及び脱水速度に関してのみ完全に利用可能である。
【００６３】 予備コンディショニングをバッチ反応器で段階的に行うか又は多段階コンティ
プラント（Ｋｏｎｔｉ ｐｌａｎｔ）を通してスルーフロープロセス（ｔｈｒｏ
ｕｇｈｆｌｏｗ ｐｒｏｃｅｓｓ）として多段階自己制御方式で行うならば、文
献によれば室温ですら速い酸化反応は、それにもかかわらず顕著な時間要求を有
し、従って平均滞留時間が重要であるのみならず明らかに十分に狭い滞留時間分
布も重要であることは驚くべきことである。この経験は、第１容器における制御
装置の予め設定された値（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐｒｅｓｅｔ ｖａｌｕｅ）
に対する基準値として第２容器における汚泥特異的酸化還元電位の予めの設定（
ｐｒｅｓｅｔｔｉｎｇ）を伴う実際の酸化の（少なくとも）二段階実施をもたら
す。
【００６４】 同様な経験は、第１容器における制御装置の予め設定された値に対する基準値
として第２容器の汚泥特異的最終ｐＨの予めの設定を伴うＨＣｌを使用する上流
酸性化の（少なくとも）二段階装置について論じている。
【００６５】 本発明の方法は、特に高有機汚泥を脱水するのに、特に平均及び相対的に高い
微生物汚泥含有率を有する下水汚泥又は他の動物起源（例えばゼラチン含有汚泥
）の汚泥分を有する汚泥を脱水するのに適当である。
【００６６】 主な適用分野は好気性又は嫌気性処理段階による工業的及び都市の排水処理か
らの下水汚泥の広い区域にある。
【００６７】
【表１】
【００６８】 （実施例） 本発明を高い汚泥処理量の完全に連続的プラントの例を参照して更に詳細に説
明する。
【００６９】 図１及び図２において、酸性化において放出された炭酸塩ＣＯ2を導くための 容器の脱ガスポートは別に示されていない。対応して、図３では、パイプミキサ
ー系概略における脱ガスサイクロンの記述は省かれている。
【００７０】 図１に従うプロセス装置の個々の容器における平均滞留時間は各場合に約２時
間である。図１に従えば、予め濃縮された生汚泥（例えばＳＤＭｏ５０ｇ／生汚
泥１ｋｇのＰＳ及びＳＡＳから成る混合汚泥と呼ばれる）を撹拌式容器１に１０
０トン／時間（ＳＤＭｏ５トン／時間と同等）の速度で連続的に供給し、該容器
１においてＨＣｌによる酸性化を行う。この目的で、３０重量％ＨＣｌの工業用
銘柄の塩酸をＨＣｌタンク２から流入混合汚泥に連続的に加える。投薬速度（ｄ
ｏｓａｇｅ ｒａｔｅ）は、容器１においてｐＨ電極４で測定された４のｐＨが
維持されるようにｐＨ依存性制御装置３を使用して設定される。このために自動
制御下に加えられたＨＣｌ流は３０％濃度のＨＣｌ約１５００ｋｇ／時間である
。反応容器５において、Ｈ2Ｏ2貯蔵器１０からのＨ2Ｏ2により酸性化された下水
汚泥のＦｅ++触媒による部分酸化を行う。容器５に添加されたＨ2Ｏ2流は、測定
電極９によりそこで測定された例えば３５０ｍＶ（平均ＳＡＳ含有率の混合汚泥
の場合に）の酸化還元電位が反応容器５において維持されるように、制御装置８
ａによる自動制御下に確立される。関連したＦｅＣｌ2触媒溶液は、ＦｅＣｌ2貯
蔵器６からの配管７を経由して生汚泥流と共に、即ち撹拌式容器１の上流で酸性
化段階に既に加えられている。この目的で、比例制御装置８ａ／８ｂが設けられ
、これは加えられたＨ2Ｏ2流に比例してＦｅＣｌ2流を調節する。Ｈ2Ｏ2流は約 Ｈ2Ｏ2溶液（５０％濃度）約１５０ｋｇ／時間である。ＦｅＣｌ2流はＦｅＣｌ2 溶液（２０％濃度）約２８０ｋｇ／時間である。反応容器５における酸化は２０
〜３０℃の温度で大気圧（１バール）で行われる。
【００７１】 部分酸化された下水汚泥は配管１２を経由して反応容器５を去り、次いで石灰
後コンディショニングのために容器１３に供給される。ｐＨ依存性制御装置１５
を使用して消石灰貯蔵器１４から配管１２への石灰添加が行われ、その結果とし
てｐＨ電極１６で測定したｐＨ＞９（例えばｐＨ＝１０）が容器１３内で維持さ
れる。消石灰（水酸化カルシウム懸濁液）は例えばＣａ（ＯＨ）2２０重量％の 濃度を有する。消石灰の計量速度はＣａ（ＯＨ）2懸濁液３０００ｋｇ／時間で あり、これはＣａ（ＯＨ）2６００ｋｇ／時間に等しい。
【００７２】 コンディショニングされた下水汚泥と共に容器１３から排出されたＳＤＭｏ流
は、ガス抜き、酸化及び溶液プロセスにより、約４トン／時間に過ぎない。しか
しながら、汚泥乾燥物質の減少（ここでは２０％）は高度に汚泥依存性である。
【００７３】 約１０４トン／時間のコンディショニングされた汚泥は最終的に脱水のために
フィルタープレス（ここでは示されていない）に送られる。これらは、例えばチ
ャンバーフィルタープレス又は膜フィルタープレスであることができる。ＣＦＰ
脱水された下水汚泥フィルターケークは約４５重量％の乾燥物質含有率を有する
。ＭＦＰ脱水の場合には、約４８重量％の乾燥物質含有率が達成される。
【００７４】 完全に連続的な操作のために設計された図２に従うコンディショニングプラン
トは、図１に従うプラントとは対照的に酸性化及び酸化段階において各場合に２
つの直列に接続された容器を具備し、即ち、酸性化は２つの反応容器１ａ及び１
ｂで行われ、そして触媒下の部分酸化は２つの容器５ａ及び５ｂで行われる。Ｈ
Ｃｌは図１と同様に加えられる。この場合に、目標変数としての容器１ｂ内のｐ
Ｈ（ｐＨ電極４ｂ）は計量ポンプの中間変数（カスケード制御装置の方式におけ
る）としての容器１ａにおけるｐＨ（ｐＨ電極４ａ）を支配する。同じことが対
応して容器５ａ及び５ｂにおける部分酸化にも成り立ち、即ち、Ｈ2Ｏ2もここで
は図１と同様に添加される。この場合に、目標変数として容器５ｂにおける酸化
還元電位（測定電極９ｂ）は、計量ポンプの中間変数としての容器５ａにおける
酸化還元電位（測定電極９ａ）を支配する。関連したＦｅＣｌ2触媒溶液はやは り酸性化段階（容器１ａの上流）に供給され、それも自動制御下に加えられたＨ 2 Ｏ2流に比例して計量される（比例制御装置８ａ／８ｂ）。
【００７５】 図２に従うプロセス装置では容器４ａ及び４ｂ並びに５ａ及び５における必要
な平均滞留時間は各場合に約２０分に過ぎない。
【００７６】 石灰後コンディショニングは、図１の場合と同じように図２において約２時間
の平均滞留時間を有する１つのみの大きな容器１３において行われる。この段階
も、下流のフィルタープレスの前に貯蔵容器がないならば、より良好には、消石
灰添加の適当な制御を有する２つの直列に接続されたより小さい容器から成るべ
きである。
【００７７】 図３は、適宜に改変されたコンディショニングプラントを示す。しかしながら
、このプラントは一般に図１に従うプラントと同様な方式で構成される。生汚泥
は容器においてではなくて第１スタティックミキサーにおいて酸性化され、そし
て対応してＦｅＣｌ2混合物もスタティックミキサー２０において添加される。 次いで過酸化水素を加えそとて更なるスタティックミキサー２１において酸性化
された触媒含有下水汚泥と混合させ、そこで部分酸化が始まる。後反応容器２２
は与えられたＨ2Ｏ2供給に従って部分酸化が終わりになるように働く。次いで部
分酸化された下水汚泥を容器２３（図１と同様）において消石灰と混合し、次い
で脱水機に供給する。場合により個々の段階で制御装置なしに、即ち場合により
定められた計量速度で操作される、図３に従う改変された態様における簡単化さ
れたプロセス変数は、量及び組成（例えばＳＡＳ／ＰＳ比）において殆ど変わら
ない生汚泥に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 酸性化、酸化及び石灰後コンディショニングにおいて各場合に１つのみの混合
容器を有するプラントの略フローチャートである。
【図２】 酸性化及び酸化において各場合に２つの直列に接続された混合容器を有するプ
ラントの略フローチャートである。
【図３】 酸性化及び（出発）酸化のためのスタティックミキサーを使用しそして他に（
残りの）酸化及び石灰コンディショニングのための１つのみの混合容器を有する
可能なプラント改変の略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，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，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 フオステーン，ベルンハルト ドイツ・デー−51061ケルン・レオポルト −グメリン−シユトラーセ80 (72)発明者 レムケ，ヨアヒム ドイツ・デー−42107ブツペルタール・ガ ルテンシユトラーセ36 Ｆターム(参考） 4D050 BB09 BC06 4D059 AA03 BC02 BE16 BF12 BF14 DA05 DA24 DA32 DA44 EB05 EB06 EB11 EB20

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸性酸化予備コンディショニングと無機後コンディショニン
    グの組み合わせから成る下水汚泥を脱水する方法であって、その場合に予備コン
    ディショニングは下水汚泥の酸性化及びｐＨ≦５における化学量論的量より少な
    い量の過酸化水素及び鉄イオンの添加による触媒下の部分酸化を含み、次いで酸
    性化されそして部分的に酸化された下水汚泥をアルカリ土類と混合する無機後コ
    ンディショニングを行う前記脱水方法において、無機後コンディショニングの際
    に、石灰処理された下水汚泥のｐＨが少なくとも９から多くても１１までの範囲
    にあるように十分な水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）を供給して、その後該 コンディショニングされた下水汚泥を機械的に脱水することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 酸性化のために塩酸を使用し、そして酸性化された下水汚泥
    のｐＨが３〜４であるように添加を調節することを特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 部分酸化のために使用される触媒がＦｅＣｌ2溶液であり、 その場合に、添加される量が、使用される過酸化物の量Ｈ2Ｏ2（１００％濃度）
    １ｋｇ当たりＦｅＣｌ2（１００％純度）約０．７５ｋｇ以上であることを特徴 とする請求項１又は２の方法。
  4. 【請求項４】 部分酸化において、酸化している下水汚泥混合物中の酸化還
    元電位が２００ｍＶ〜５００ｍＶ、好ましくは３５０ｍＶ〜４５０ｍＶに維持さ
    されるように十分な過酸化水素を加えることを特徴とする請求項１〜３の方法。
  5. 【請求項５】 部分酸化中、３〜４のｐＨ及び１５℃〜４０℃、好ましくは
    ２０℃〜３０℃の温度を維持することを特徴とする請求項２〜４の方法。
  6. 【請求項６】 水酸化カルシウムの添加を、後コンディショニングされた下
    水汚泥中のｐＨが最小９から最大１１までであるように制御することを特徴とす
    る請求項１〜５の方法。
  7. 【請求項７】 酸性化を２つの順次の（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）容器（１ａ
    、１ｂ）で行い、第２容器（１ｂ）中のｐＨが３〜４の範囲に予め設定されてお
    り、その場合に第１容器（１ａ）にＨＣｌを加え、第１容器のｐＨは第２容器（
    １ｂ）中のｐＨが所定の予め設定された値に保たれるようにカスケード制御装置
    の方式でＨＣｌ添加のための直接制御変数として調節されることを特徴とする請
    求項１〜６の方法。
  8. 【請求項８】 酸化反応も２つの順次の容器（５ａ、５ｂ）で行い、そして
    第２容器（５ｂ）中の酸化還元電位を２００ｍＶ〜５００ｍＶの範囲に保ち、そ
    の場合にＨ2Ｏ2を第１容器（５ａ）に加え、その酸化還元電位を、第２容器（５
    ｂ）中の酸化還元電位が所定の予め設定された値に保たれるようにカスケード制
    御装置の方式でＨ2Ｏ2添加のための直接制御変数として調節することを特徴とす
    る請求項１〜７の方法。
  9. 【請求項９】 アルカリ土類、好ましくは消石灰による無機後コンディショ
    ニングも２つの順次の容器で行い、第２容器のｐＨを少なくも９から多くても１
    １の範囲に保ち、その場合に、石灰を第１容器に加え、第１容器のｐＨを、第２
    容器中のｐＨが所定の予め設定された値に保たれるようにカスケード制御装置の
    方式で石灰添加のための直接制御変数として調節することを特徴とする請求項１
    〜８の方法。
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