JP2005510354A - 都市及び産業排水汚泥を安定化及び処理する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、排水汚泥を安定化及び処理する方法に関する。本発明は、酸環境下（３．０≦ｐＨ≦５．０）において、無機酸及び２種類の酸化剤、即ち第二鉄塩及び過酸化水素で汚泥を処理することからなることを特徴とする。第二鉄塩は、乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのFeを含む濃度が得られるような量を使用し、過酸化水素は乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのH₂O₂を含む濃度が得られるような量を使用し、汚泥を安定化してその脱水能を改良するのに十分な時間、処理した汚泥を混合し、次いで有機ポリマーを添加することにより安定化汚泥を凝集させ、それから凝集した汚泥を脱水する。前記方法は、その機械的脱水中に乾燥固体含量を増大させつつ、汚泥の脱水能特性を有意に改良しうる。

Description

本発明は、都市及び産業排水汚泥を安定化及び処理する方法に関する。この方法は、その機械的脱水中に汚泥の乾燥固体含量を増大させつつ、汚泥の脱水能特性を有意に改良しうる。

都市及び産業排水を処理すると汚泥の生成が増大する。この多様な種類の汚泥は、明らかに人間の健康及び生態系への危険を最小にしながら除去しなければならない。このバイオマスを除去するための今日最もしばしば用いられている方法は、農薬散布、汚物埋蔵及び焼却である。これらの廃棄物の最終処分は、種々の技術的及び経済的な要件により限定される。
焼却及び埋蔵は、ときには必要であるが、その物理的及び化学的性質の利点を得ることなく汚泥を除去するだけである。更に、非常にうまく遂行できる方法で汚泥を脱水する際に遭遇する困難が、埋蔵又は焼却による汚泥の処理において重要な障害を構成する。汚物の埋蔵用地の欠乏（受諾価格の上昇）及び汚泥の焼却に本来必要な非常に高額な費用のために、ここ数年は農業又は森林の肥料として汚泥を使用することに関心が増大しつつある。
農業汚泥の価格を維持安定させることが政府の権威の好ましい選択肢であり、世界中で大いに実施されている。今日、世界で製造されている汚泥の３０〜４０％が用地の肥沃化に使用されている。都市及び産業排水処理プラントにおいて汚泥を安定化するための方法の実施を統合することは、排水処理から得られる汚泥の価格の維持安定可能性を増大させうるであろう。
更に、排水汚泥を処理するこの工程において遭遇する困難のために、汚泥を脱水する可能性も改良しうる安定化方法を使用することが望ましいであろう。したがって、その機械的脱水の前の汚泥の処理は、通常凝集剤（有機ポリマー）の添加により実施される。今でも、このようにして処理した生物学的汚泥の機械的脱水には困難が以前として残っているので、脱水した汚泥の最終的な乾燥度は小さく、したがって、著しい輸送及び処理費用を必要とする。

排水汚泥処理プラントにおける汚泥の安定化は、通常好気性又は嫌気性消化を含む生物学的方法により実施される。好気性消化は、主として中小規模の排水処理プラントにおいて使用される汚泥安定化技術である。好気性消化による安定化は、二次又は混合汚泥（一次及び二次）を処理するのに使用されうる。汚泥のエアレーションに伴う重要なエネルギー費用が、この技術の使用を限定する因子である。好気性消化中に、好気性細菌が可溶性の有機物質を二酸化炭素、水及び新規細菌細胞に代謝させる。可溶性有機物質が使い果たされると、細菌細胞は死に、それによりその他の有機体により栄養物として使用される細胞内栄養物を放出する。汚泥の無機物化量は、主として滞留時間、温度、並びに導入される汚泥の経年に依存する。バイオマスの適する安定化には、通常１４〜２０日間の滞留時間を必要とする。
嫌気性消化も、都市の排水汚泥の安定化に最も多く現在使用される方法の一である。何年も前から種々の汚泥の安定化に嫌気性消化が使用されている。実際に、メタン発酵は細胞の生物破壊に非常に有効である。有意な量の有機物質を除去しうる。汚泥の嫌気性消化には以下の３工程が含まれる。即ち、a)第一工程においては、汚泥の固体部分の複雑な有機物質を複雑な可溶性有機化合物に変換させる。b)この可溶化後に、嫌気性微生物により、複雑な有機分子をより単純な化合物である揮発性の脂肪酸に変換させる。c)連続反応の最後の工程は、揮発性脂肪酸のメタン、二酸化炭素及び硫化水素への完全な無機物化である。多くの都市プラントの操業中には、３工程のメタン発酵を閉じた消化タンク中で同時に実施する。汚泥の滞留時間は３０日程度である。
２つの汚泥処理技術、即ち好気性及び嫌気性消化は、大きな投資費用がかかる大きな寸法の消化タンクが設置されることを必要とする。更に、すでに操業されているプラント内にそのようなシステムを設置することは、入手しうる空間が少ないという見地から実現するのは困難かもしれない。これらの汚泥処理の適用は、その脱水される能力を改良せず、むしろ反対の効果を有するかもしれないということも考慮しなければならない。

投資額を減らす問題が優先する場合には、化学反応体を熱処理とともに、又は熱処理なしで単に添加することにより、汚泥の発酵能力が少なくとも一時的には減少する可能性がある。液体又は脱水された汚泥は石灰を添加することにより処理しうる。適する消毒能力を得るためには、少なくとも２時間、好ましくは２４時間汚泥のｐＨを１２にすべきである。石灰は低価格であり、そのアルカリ特性及び汚泥の物理的構造に及ぼす好都合な影響のために、その反応体が最もしばしば使用される。その技術は、汚泥中に存在する生物分解性有機物質の量を変えることはない。したがって、媒体の状態のその後の展開が可能にするならば、発酵過程が可能である。この技術の別の欠点は、汚泥全体が減少せず、それどころか、アルカリ試薬の添加後に増大することである。同様に言うまでもなく、石灰処理した汚泥の農業用地への適用は、例えば、アメリカ大陸の西部のほとんどがそうであるように、土壌がアルカリ性である場合は望ましくない。
地球表面の表面充填又は土壌上への適用に使用しうる不活性な生成物に汚泥を変換する汚泥の安定化アルカリ方法は化学結合の形成である。化学結合の形成中には、脱水した汚泥及び化学反応体を一緒にすることにより一連の化学反応が起こり、それにより化学的、生物学的及び物理的に安定な固体生成物を得ることが可能になる。最終生成物はほとんど無臭で、事実上もはや病原微生物を含まない。更に、汚泥中に最初に存在した金属は得られた固体生成物中に固定されている。２つの化学結合の形成方法が特許を受けており（米国特許第4,853,208号及び同第6,248,148号）、Chem-fix及びN-Viro Soilとして市場に出ている。Chem-fix法はポートランドセメント及び珪酸ナトリウムを使用し、汚泥を基剤とする合成土壌を得る。N-Viro Soil法は、化学的添加剤として石灰及びセメント・ダストを使用する。N-Viro Soil法はまた、フライアッシュ及び石灰ダストを使用しうる。これらの化学的安定化技術は別の解決法を約束すると思われるけれども、現在では経済上及び技術上の制約がこれらの技術の使用を限定する。更に、これらの処理を適用しても、汚泥の脱水能を改良できないことに注目すべきである。

汚泥を脱水する困難及び汚泥を消化する通常の方法を使用することに伴う問題に対処するために、汚泥を安定化及び予備処理するための化学的及び熱的処理を組み合わせた種々の方法がこの数年間に開発された。しかしながら、これらの方法はたいてい都市及び産業排水精製プラントで一般的に使用するにはあまりにも高価である。
湿式燃焼とも呼ばれる熱的安定化は、コロイド物質の物理的変換と同時に有機物質の拡張酸化を提供するために、超高圧下（２０Mpa未満及びそれ以上）において空気の存在下で汚泥を加熱する（Dollerer and Wilderer, Wat. Sci. Technol., 1993, 28(1) 243-248; Karlsson and Goransson, Wat. Sci. Technol., 1993, 27(5/6) 449-456）。この安定化技術はまた、汚泥の熱処理にも使用される。そのように処理された汚泥は容易に濾過でき、４０〜７０％の乾燥度のケークが得られる。生物学的廃棄物の処理のために、高温（３７４℃）高圧（２２Mpa）下で酸化する方法も提案された（Modell, Mater. Techno., 1993, 8(7/8), 131）。
別の提案された方法は、酸媒体（ｐＨ１〜２）中における熱処理（１５０〜１６０℃）による汚泥の有機物質の強加水分解である（Everett, Wat. Res., 1974, 8, 899-906）。この処理は、懸濁液中の物質を約９０％減少させ、実質的に非加水分解汚泥の濾過を増大させる。処理後、汚泥及び加水分解生成物を石灰の添加により中和すると、抽出された重金属を含む無機汚泥、土壌を改良するために使用しうる有機汚泥、及び有機物質を多く含む液体部分が得られ、後者は汚泥処理ラインの出発点に再循環される。

汚泥温度が上昇すると、特に汚泥が高い割合で有機及びコロイド物質を含む場合には、その物理的構造が不可逆的に変換する。加熱中に、コロイドゲルが除去され、粒子状物質の親水性が激しく低下する。汚泥の種類及び所望の濾過性に依存して、熱処理に使用する加熱温度は１５０及び２００℃の範囲で変化し、加熱時間は３０及び６０分間の範囲で変化する。この処理法は主として有機汚泥に適用でき、化学的処理と比べて比較的安定な性能を得ることができる。更に、この処理は、加熱後に汚泥の顕著かつ迅速な厚化が可能であり、１２０gMES/L以上の、場合によっては２００gMES/L以上のデカンデーションされた汚泥が得られる。汚泥の構造は、反応体を添加することなく常に濾過が可能であるように改良される。実際に、熱処理でフィルタープレスケークの高い乾燥度（＜５０％ST）が達成される。またこのようにして処理された汚泥を殺菌されるため、病原微生物がいないことも考慮しなければならない。バイオガス（メタン）の最適再生利用でありうるので、熱処理と組み合わせた汚泥の嫌気性消化は最も興味深い手段の一である。しかしながら、熱的予備処理を始める場合には、化学的処理と比較して高価な投資を必要とする。更に、この熱処理は、排水精製ステーションの先頭部に再循環させなければならない有機物質及びアンモニウム窒素を多く含む濾液の生成を引き起こす。臭いの生成から生ずる欠点を抑えるために、層及び閉じこめボールのカバーかけ、加熱反応器の排水管の制限及び主要なハウジング（加熱、厚化、脱水）における空気の防臭のような特別な予防策もまた取らなければならない。
Fujiyasuらは、乾燥汚泥の質量に対して０．５乃至３０％の過酸化水素を添加し、０．５乃至１０％の割合の３価以上の金属イオンを添加することを含む生物学的汚泥の化学的処理のための方法を提供した（カナダ国特許第1,074,925号）。この方法はまた、処理中の汚泥のｐＨを４乃至９の値に調整することも含む。しかしながら、この無機生成物を添加することにより実施される処理方法は、その後の機械的脱水の前の有機ポリマーの添加による汚泥の凝集工程を含まない。しかしながら、プレスバンドフィルターのような装置の個々における生物学的汚泥の脱水は、凝集塊の形成を必要とし、それには有機ポリマーの添加を必要とする。高濃度の過酸化水素及び３価のイオンの添加を含むFujiyasuらにより提案された処理の条件は、その後の有機ポリマーの使用が非常に困難であるような条件である。

発明の要約
したがって、本発明は先行技術の欠点及び制限のない排水汚泥を安定化及び処理する新規方法を提供することを目的とする。
本発明は特に、一方では脱水された汚泥中に存在する含水量を低下させるために汚泥の濾過能を改良し、それにより生成する汚泥の体積を低下させ、他方では微生物学的な見地から汚泥を安定化させること（病原微生物の破壊、臭いの除去）を目的とする。都市及び産業排水を処理するのに使用される排水精製ステーションの多くはすでに設立され操業されているという見地から、すでに操業されている一連の廃水処理において容易に統合される大きな変更がいらない方法を提供することも必要不可欠である。過酷な酸性、塩基性又は酸化条件のために腐蝕により汚泥の機械的脱水装置が時期尚早に摩耗するのを防ぐことがとりわけ重要である。
本発明はまた、汚泥の加熱及び迅速な腐蝕のための頻繁な装置の交換に必要とする安定化方法に伴う操業費用を低下させることを目的とする。本発明はまた、室温において有利に実施しうるので、加熱なしの方法であって、費用を低下させ、一部には処理中の加熱から生ずるある種の装置の腐蝕を減速する方法に関する。

したがって、汚泥を安定化及び処理する方法であって、
a)ｐＨが４．０乃至５．５の酸性化汚泥を得る条件下で汚泥を酸性とする工程、
b)酸性化汚泥を第二鉄塩の水溶液及び過酸化水素で処理する工程であって、第二鉄塩の水溶液が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのFeを含む濃度を提供し、かつ３．０以上５．０未満のｐＨに汚泥を酸性化する量で使用され、かつ過酸化水素が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのH₂O₂を含む濃度を提供する量で使用される工程、
c)汚泥を安定化してその脱水能を改良するのに十分な時間、処理した汚泥を混合する工程、
d)有機ポリマーを添加することにより安定化汚泥を凝集させる工程、
e)凝集した汚泥を脱水する工程、
を特徴とする方法を提供することが本発明の目的である。
本発明による方法の工程(a)及び(b)は、１つ又は２つの処理工程で実施し、バッチ式、半連続式又は連続式で容易に操業しうる。好ましくは、工程(a)及び(b)は、無機酸及び酸化剤を同時に添加し、ｐＨが３乃至５に保持されるように実施する。
したがって、別の面によれば、本発明は、排水汚泥を安定化及び処理する方法であって、
a)ｐＨを３．０以上５．０未満に保持するように汚泥を酸及び第二鉄塩の水溶液及び過酸化水素で処理する工程であって、第二鉄塩の溶液が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのFeを含む濃度が得られる量で使用され、かつ過酸化水素が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのH₂O₂を含む濃度が得られる量で使用される工程、
b)汚泥を安定化してその脱水能を改良するのに十分な時間、処理した汚泥を混合する工程、
c)有機ポリマーを添加することにより安定化汚泥を凝集させる工程、
d)凝集した汚泥を脱水する工程、
を特徴とする方法を提供することを目的とする。

発明の詳細な説明
本発明の方法は、中程度の酸媒体（３．０≦ｐＨ≦５）中で、無機酸及び２種類の酸化剤、即ち、第二鉄塩及び過酸化水素を用いて汚泥を処理する。水溶液の形の第二鉄塩は、乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのFe(/tbs)の濃度が得られ、汚泥のｐＨが３．０以上５．０未満に酸性化されるような量が使用される。過酸化水素もまた、５乃至４０kgのH₂O₂/tbsの濃度が得られるような量が使用される。無機酸及び酸化剤の添加は同時に、即ち単一工程で実施してもよいし、汚泥の初期酸性化、その後の酸化剤の添加の二工程で実施してもよい。
汚泥の酸性化は、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸又は廃酸を用いて実施しうる。好ましくは硫酸が使用される。方法を二工程で実施する場合には、酸化剤を添加する前の汚泥の初期酸性化は、通常４．０乃至５．５のｐＨで実施される。酸を添加して汚泥のｐＨを５．５以下に酸性化しない場合には、方法は明らかに効率が低い。
塩化第二鉄又は硫酸第二鉄のような第二鉄塩を使用すると、酸及び過酸化水素の消費を低下させうる。第二鉄塩は過酸化水素の効果を強め、燐を含む汚泥の栄養素の可溶化を低下させうる。これは燐酸第二鉄の沈殿による。第二鉄塩及び過酸化水素を組み合わせて使用すると、ラジカル（OH・）が形成され、これはほとんど全ての生物学的分子と反応しうる非常に酸性の殺菌性の種である。４０kgのFe/tbsより高濃度の第二鉄塩を使用すると、その後の有機ポリマーの添加による凝集工程で汚泥が不良な凝集を引き起こす。これに対し、汚泥の脱水能の改良、並びに脱水された汚泥内における栄養素、特に燐の保持の見地から方法の良好な効率を得るためには、５kgのFe/tbsより高濃度の第二鉄塩を添加することが必要とされる。
好ましくは、第二鉄塩の溶液をまず汚泥に添加し、次いで過酸化水素を添加する。

過酸化水素に関しては、５kgのH₂O₂/tbsより高濃度を添加することが必要であり、このことが汚泥において良好な消毒効果（例えば、糞便性大腸菌の除去）、並びに汚泥の脱水能の有意な改良を支持する。これに対し、４０kgのH₂O₂/tbsより高濃度を添加すると過剰な操業費用がかかり、汚泥中に存在する有機物質が過剰に加水分解されて、汚泥が脱水される際に濾液又は上澄みの溶液中の有機物質濃度が有意にかつ望ましくなく増大してしまう。
方法を二工程で実施する場合には、汚泥のｐＨを３．０以上５．０にするその後の酸性化は、汚泥のｐＨの低下を引き起こす第二鉄塩の溶液の添加中に実施される。汚泥を更に顕著に酸性（ｐＨ＜３）にすると、脱水装置に時期尚早の腐蝕を引き起こし、化学的生成物の価格をかなり上昇させてしまう。これに対し、汚泥の酸性化が足りない（ｐＨ≧５．０）と、病原体の指標（糞便性大腸菌）の駆除に関する効率が損失し、汚泥の脱水能に関して同様な利得を得るためにより高濃度の酸化剤（第二鉄塩及び過酸化水素）を使用することを必要とする。好ましくは、汚泥のｐＨは３．０以上４．５８の値に保持する。
あるいは、方法の成果を上げるために、処理された汚泥を２５乃至６５℃に加熱しうる。処理された汚泥中の最初の総固体含量は通常５乃至５０g/Lである。汚泥の脱水性を改良し、汚泥の良好な安定化を得るのに十分な時間化学的な処理を実施する。これらの目的を達成するのに必要な時間は通常１５乃至２４０分である。

その後、有機ポリマーを添加することにより処理された汚泥を凝集させる。中程度の酸性である、３．０以上５．０未満のｐＨを使用すると、ポリマーの添加により汚泥を凝集させ、その後プレスフィルター、プレスハンドフィルター、遠心分離機、回転プレス、スクリュープレス等により機械的に脱水する前にそれを中和する必要がない。実際に、装置の脱水要素は通常３．０より高いｐＨ値で操業するように設計されている。３．０以上５．０未満のｐＨに酸性化された汚泥の凝集はまた、未処理の汚泥、又は約７のｐＨに再中和された汚泥の通常の凝集（４乃至１０kg/tbs）よりずっと少ないポリマー（約０．５乃至３kg/tbs）しか必要としない。処理された汚泥の凝集に使用されるポリマーは、排水精製プラントにおける汚泥の凝集に通常使用される有機ポリマー群に属する。例としては、Ciba Specialites Chimiques Canadac inc.によりPERCOL及びZIETAGという商標名で、LPM Technologies Inc.よりLPMという商標名で市販されているカチオン又はアニオンポリマーが言及されうる。更に、わずかに酸性の汚泥の脱水は、汚泥の腐敗性を回復することなく長時間汚泥を貯蔵しうることを可能にする。
任意に、汚泥はまた汚泥の凝集工程の前にアルカリ剤を添加することにより完全に（ｐＨ＝７）、部分的に（ｐＨ＜７）中和しうる。汚泥の完全又は部分的な中和はまた、脱水の直後、又は脱水された汚泥をある期間貯蔵した後に実施しうる。汚泥を中和するのに使用するアルカリ剤は、石灰、水酸化ナトリウム、炭酸カルシウム、水酸化アンモニウム、水酸化マグネシウム、ドロマイト又は廃塩基である。

酸及び酸化処理した汚泥を未処理の汚泥と混合し、次いでポリマーを添加することにより混合汚泥を凝集させ、最後に通常の機械的脱水装置で混合汚泥を脱水することも可能である。このタイプの処理は、生物学的汚泥の酸及び酸化処理の場合に特に実施され（二次汚泥）、その後それを未処理の一次汚泥と混合する。しかしながら、一般的には、本発明の方法は、生活、都市又は産業排水の処理により得られる種々の種類の汚泥（一次、二次、混合、製紙業、精油所、農業食品工業、浄化槽、汚水処理用人工池、脱インキ等）の処理に使用しうる。
本発明による方法は、すでに配置されている汚泥の処理及び脱水のためのプラントに修正措置をもたらすことなく、操業中の排水プラントにある汚泥処理ラインに統合しうる。本方法は、機械的脱水中に汚泥の乾燥度を上昇させることにより汚泥の脱水能を有意に改良しうる。更に、この技術は、病原体の細菌指標（糞便性大腸菌の低下＜３対数単位又は９９．９％より大きい除去）を駆除するための通常の中温性の好気性又は嫌気性消化よりうまくいくので、汚泥の効率的な安定化が可能である。最後に、この技術の適用は、脱水された汚泥の肥沃化要素の含量に有意な影響を及ぼさず、汚泥における臭いの生成をかなり低下させうる。
以下の非限定実施例は本発明を説明する。

都市排水汚泥の処理
本発明による方法を、都市排水処理から得られる排水汚泥について試験した。試験は体積１Lの汚泥を用いて実施し、それを２Lの容量のガラス製反応器に入れ、攪拌及び加熱板を用いて攪拌した。試験に使用した汚泥の初期固体濃度は２５．４g/Lであった。
まず、濃硫酸（H₂SO₄ １０N）を添加することにより汚泥を酸性にした。それから、塩化第二鉄の溶液（Fe³⁺ １１．０％p/p）、次いで過酸化水素（H₂O₂ ３０％v/v）を添加した。化学反応体の添加中、及びこれらの添加後１時間汚泥を混合した。試験I以外の、その実験条件及び結果を以下の表１に示した全ての試験は室温（２５±２℃）で実施した。試験Iの場合には、化学反応体を添加する前に汚泥をまず６０±２℃に加熱した。ある種の試験（試験A、B及びC）では、消石灰の溶液（５０g/L）を添加することにより処理した汚泥を部分的に中和した。試験Aにおいては、汚泥をｐＨ６．５に中和し、試験B及びCにおいては処理した汚泥をｐＨ４．０に中和した。
処理した後、PERCOL E10という商標名で市販されているカチオン有機ポリマーを添加することにより汚泥を凝集させ、真空ポンプ、ブフナー漏斗及びWHATMAN（登録商標）濾紙９０番を含む脱水単位装置により減圧下で１０分間汚泥を濾過した。脱水された汚泥の乾燥度は、１０５℃において２４時間乾燥させた後に測定した。濾液を化学分析（化学的酸素要求（chemical demand in oxygen）（DCO）、アンモニア性窒素（N-NH₄）及び硝酸塩／亜硝酸塩（N-NO₃/NO₂））のために保持した。濾過していない汚泥の試料も、最確数（NPP）の技術により糞便性大腸菌（CF）を測定するために保存した。

表１は、試験中に使用した実験条件、並びにこれらの実験の主要な結果を示す。比較の欄に示したデータは、３回実施された、処理した汚泥の比較基準である対照試験（処理なし）の結果に対応する。試験A、B及びCについては、汚泥を石灰で中和する前にｐＨ値及び酸化還元（POR）値を測定した。化学反応体消費は、乾燥汚泥１トンあたり（tbs）の１００％の製品のkg数で表す。塩化第二鉄の場合には、示された消費は乾燥汚泥１トンあたりのFeのkg数で示す。表はまた、脱水後の汚泥乾燥データ（総固体の％）、並びに未処理の汚泥に対する汚泥の質量の低下（％低下）も示し、したがって、本方法の適用により汚泥の乾燥度が増大することも示す。
試験中に測定した最終ｐＨは２．９３乃至４．５８であるが、最終POR値は１４５乃至２５５mVである。試験中の、使用した酸の消費は４８乃至１１２kgのH₂SO₄/tbs（１．２２乃至２．８４gのH₂SO₄/L）である。塩化第二鉄の添加に関しては、７．９乃至１５．８kgのFe/tbs（０．２０乃至０．４０gのFe/L）の量である。一方、種々の試験中に１１．８乃至１９．７kgのH₂O₂/tbs（０．３０乃至０．５０gのH₂O₂/L）の添加が実施された。
未処理の汚泥を凝集させるためのポリマーの最適量は約５kg/tbsであった。処理した汚泥の凝集には、１乃至３kg/tbsのポリマーの添加を必要とした。
本方法を適用すると、病原体の指標（糞便性大腸菌）を効果的に除去しうる。したがって、未処理の汚泥においては１７，０００NPP/gｐＨの濃度が測定されたが、処理した汚泥について実施された測定では、糞便性大腸菌濃度が１３０NPP/gｐＨであった試験E以外では１０NPP/gｐＨ未満の濃度（＜９９．９４％低下）を示した。この最後の結果は、たぶん、試験Eを実施したときに使用したｐＨが比較的高いことにより説明される。
脱水濾液中のDCO、N-NH₄及びN-(NO₃/NO₂)測定は、本方法を適用すると汚泥中の有機物質の有意な可溶化も、汚泥の肥料価値の顕著な損失もないことを示す。
３回実施された未処理の汚泥を脱水する対照試験においては、１５．６％（p/p）の平均乾燥度値が測定された。本方法を適用すると、２０．９乃至２８．５％の値に乾燥度が増大し、乾燥度は５．３乃至１２．９ポイント上昇した。この、脱水された汚泥の乾燥度の増大は、製造された脱水汚泥の量を実質的に、即ち２８．０乃至４５．２％に低下させうる。

二次製紙工場汚泥の処理
本発明による方法を、製紙工場排水の二次処理から得られる排水汚泥について試験した。試験は体積１Lの汚泥を用いて実施し、それを２Lの容量のガラス製反応器に入れ、攪拌及び加熱板を用いて攪拌した。試験に使用した汚泥の総固体の初期濃度は１４．１g/Lであった。
第一工程において、濃硫酸（H₂SO₄ １０N）を添加することにより汚泥を酸性にした。次いで、塩化第二鉄の希釈溶液（Fe³⁺ １１．０％p/p）を添加し、これに過酸化水素（H₂O₂ ３０％v/v）を添加した。化学反応体の添加中、及びこれらの添加後１時間汚泥を混合した。試験は２５乃至８０℃の温度で実施した。脱水前には汚泥を中和しなかった。
処理後、ZIETAG 7654という商標名で市販されているカチオン有機ポリマーを添加することにより汚泥を凝集させ、真空ポンプ、ブフナー漏斗及びWHATMAN（登録商標）濾紙４番を含む脱水単位装置により減圧下で１０分間汚泥を濾過した。汚泥の乾燥度は、１０５℃において２４時間乾燥させた後に測定した。
以下の表２は、試験中に使用した実験条件、並びにこれらの実験の主要な結果を示す。比較の欄に示したデータは、３回実施された、処理した汚泥の比較基準である対照試験（処理なし）の結果に対応する。化学反応体消費は、乾燥汚泥１トンあたり（tbs）の１００％の製品のkg数で表す。塩化第二鉄の場合には、示された消費は乾燥汚泥１トンあたりのFeのkg数で示す。表はまた、脱水後の汚泥の乾燥データ（総固体の％）、並びに未処理の汚泥に対する汚泥の質量の％低下も示し、したがって、本方法の適用により汚泥の乾燥度が増大することも示す。

試験中に測定した最終ｐＨは２．９１乃至４．５７であるが、最終POR値は１７０乃至４４０mVである。これらの試験中の、使用した酸の消費は１．５乃至１１．７kgのH₂SO₄/tbs（０．０２乃至０．１７gのH₂SO₄/L）であった。塩化第二鉄の添加に関しては、７．１乃至１４．２kgのFe/tbs（０．１０乃至０．２０gのFe/L）の添加が用いられた。更に、種々の試験中に１０．６乃至３５．４kgのH₂O₂/tbs（０．１５乃至０．５０gのH₂O₂/L）の濃度が汚泥に添加された。未処理の汚泥を凝集させるためのポリマーの最適量は約４kg/tbsであった。処理した汚泥の凝集には、２乃至４kg/tbsの添加を必要とした。
３回実施された未処理の汚泥の脱水対照試験においては、わずか６．０％（p/p）の平均乾燥度の値が測定された。本方法を適用すると、１３．１乃至１２．６％の値に乾燥度が増大し、乾燥度は６．６乃至１６．６ポイント上昇した。この、脱水された汚泥の乾燥度の増大は、製造された汚泥の量を激しく、即ち５２．１乃至７３．３％に低下させうる。一方、汚泥の乾燥度に及ぼす処理時間の影響を研究することを目的とする試験を実施した（試験S、T、U、V）。３０乃至２４０分に変化させた処理時間は脱水汚泥の乾燥度に有意な影響を及ぼさない。都市排水汚泥からほとんど全ての微生物を除去するのに、室温において平均６０分の反応時間で十分であることが見いだされた（表１）。処理をより高温で（４０又は６０℃）で実施する場合にはこの反応時間は短縮しうる。一般的には、（過酸化水素のような）消毒剤の活性は温度とともに増大する。温度を上昇させると、化学的及び生物化学的反応速度は増大する。

製紙工場汚泥の連続処理
本発明による方法をまた、２つの製紙工場（１及び２）の排水の二次処理から得られた混合排水汚泥（一次及び二次汚泥の混合物）を用い、連続様式及びパイロットプラントの規模で試験した。体積１及び６０m³の汚泥を用い、攪拌されているバット型反応器で試験を実施した。試験に使用した汚泥の総固体の初期濃度は２５乃至３０g/Lであった。
連続的に汚泥が供給される単一反応器中に、投与ポンプを用い、硫酸及び２種類の酸化剤（塩化第二鉄及び過酸化水素）を同時に添加することにより汚泥を処理した。試験W（製紙工場１）では６０分の油圧保持時間（TRH）を使用し、試験X及びY（製紙工場２）では４５分のTRHを使用した。処理後、市販のカチオン有機ポリマーを添加することにより汚泥を凝集させ、工業用プレスバンドフィルターにより濾過した。
表３は、試験中に使用した実験条件、並びにこれらの実験の主要な結果を示す。比較の欄に示したデータは、処理した汚泥の比較基準である対照試験（処理なし）の結果に対応する。
試験中に測定した平均ｐＨは、それぞれ４．１９（試験W）、４．０４（試験X）及び４．０２（試験Y）である。試験中の、使用した酸の消費は１８乃至５７kgのH₂SO₄/tbsであった。塩化第二鉄の添加に関しては、１８．７乃至４４．１kgのFe/tbsの平均添加が試験された。一方、パイロット試験中には１７．６及び３２．１kgのH₂O₂の平均添加が実施された。
未処理の汚泥を凝集させるためのポリマーの最適投与量は約６又は７kg/tbsであった。処理した汚泥の凝集には、２．２乃至５．４kgのポリマー/tbsの添加を必要とした。
本方法を適用すると、病原体の指標（糞便性大腸菌）を効果的に除去しうる。したがって、未処理の汚泥においては２，３００NPP/gｐＨの濃度が測定された（試験W）が、処理した汚泥について実施された測定では、９NPP/gｐＨ未満の濃度（＞９９．６％低下）を示した。
汚泥の脱水濾液中のDCO、燐の総量（P_t）、懸濁液中の物質（MES）、N-NH₄及びKjeldahl窒素（N_NTK）の測定は、本方法を適用すると汚泥の有機物質の有意な可溶化も、汚泥の肥料価値の顕著な損失もないことを示す。
未処理の汚泥を脱水する対照試験中に、１８．８乃至２０．１％（p/p）の平均乾燥度値が測定された。本方法を適用すると、２５．０乃至２９．８％の値に乾燥度が増大し、乾燥度は６．２乃至９．７ポイント上昇した。この、脱水された汚泥の乾燥度の増大は、製造された脱水汚泥の量を有意に、即ち２４．８乃至３２．５％に低下させうる。

Claims (31)

1. 排水汚泥を安定化及び処理する方法であって、
   a)ｐＨが４．０乃至５．５の酸性化汚泥を得る条件下で汚泥を酸性とする工程、
   b)酸性化汚泥を第二鉄塩の水溶液及び過酸化水素で処理する工程であって、第二鉄塩の水溶液が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのFeを含む濃度を提供し、かつ３．０以上５．０未満のｐＨに汚泥を酸性化する量で使用され、過酸化水素が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのH₂O₂を含む濃度を提供する量で使用される工程、
   c)汚泥を安定化してその脱水能を改良するのに十分な時間、処理した汚泥を混合する工程、
   d)有機ポリマーの添加により安定化汚泥を凝集させる工程、
   e)凝集した汚泥を脱水する工程、
   を特徴とする方法。
2. 前記工程a)及びb)を同時に実施する請求項１記載の方法。
3. 前記工程a)を、硫酸、塩酸及び燐酸からなる群から選択された無機酸の添加により実施する請求項１記載の方法。
4. 前記無機酸が、硫酸である請求項３記載の方法。
5. 前記第二鉄塩の溶液を、３．０以上４．５８以下のｐＨに汚泥を酸性化するのに有効な量を使用する請求項１記載の方法。
6. 前記工程b)を、酸性化汚泥への第二鉄塩溶液の添加、及びその後の過酸化水素の添加により実施する請求項１記載の方法。
7. 前記第二鉄塩が、塩化第二鉄である請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第二鉄塩が、硫酸第二鉄である請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
9. 前記工程c)の前に、処理した汚泥を２５乃至６５℃の温度に加熱する請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 前記工程c)を１５乃至２４０分間実施する請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 前記工程d)の前に、アルカリ剤の添加により汚泥を完全に又は部分的に中和する請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記工程e)の直前に、又は脱水した汚泥の貯蔵後に、アルカリ剤の添加により汚泥を完全に又は部分的に中和する請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記アルカリ剤が、石灰、水酸化ナトリウム、炭酸カルシウム、水酸化アンモニウム、水酸化マグネシウム及びドロマイトからなる群から選択される請求項１１又は１２記載の方法。
14. 前記工程d)の前に、処理した汚泥を未処理の汚泥と混合する請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記汚泥の初期濃度が、５乃至５０g/Lである請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記汚泥が、一次汚泥、二次汚泥、混合汚泥、生活汚泥、都市汚泥、製紙工場汚泥、精油所汚泥、農業食品工業汚泥、浄化槽汚泥、汚水処理用人工池汚泥及び脱インキ汚泥からなる群から選択される請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 排水汚泥を安定化及び処理する方法であって、
    a)ｐＨを３．０以上５．０未満に保持するように汚泥を酸及び第二鉄塩の水溶液及び過酸化水素で処理する工程であって、第二鉄塩の溶液が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのFeを含む濃度が得られる量で使用され、かつ過酸化水素が乾燥汚泥１トンあたり５乃至４０kgのH₂O₂を含む濃度が得られる量で使用される工程、
    b)汚泥を安定化してその脱水能を改良するのに十分な時間、処理した汚泥を混合する工程、
    c)有機ポリマーを添加することにより安定化汚泥を凝集させる工程、
    d)凝集した汚泥を脱水する工程、
    を特徴とする方法。
18. 前記汚泥のｐＨ値を、３．０以上４．５８以下に保持する請求項１７記載の方法。
19. 前記酸が、硫酸、塩酸、硝酸及び燐酸からなる群から選択された無機酸である請求項１７又は１８記載の方法。
20. 前記無機酸が、硫酸である請求項１９記載の方法。
21. 前記第二鉄塩が、塩化第二鉄である請求項１７乃至２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記第二鉄塩が、硫酸第二鉄である請求項１７乃至２０のいずれかに記載の方法。
23. 前記工程b)の前に、処理した汚泥を２５乃至６５℃の温度に加熱する請求項１７乃至２２のいずれかに記載の方法。
24. 前記工程b)を１５乃至２４０分間実施する請求項１７乃至２３のいずれかに記載の方法。
25. 前記工程c)の前に、アルカリ剤の添加により汚泥を完全に又は部分的に中和する請求項１７乃至２４のいずれかに記載の方法。
26. 前記工程d)の直前に、又は脱水した汚泥の貯蔵後に、アルカリ剤の添加により汚泥を完全に又は部分的に中和する請求項１７乃至２５のいずれかに記載の方法。
27. 前記アルカリ剤が、石灰、水酸化ナトリウム、炭酸カルシウム、水酸化アンモニウム、水酸化マグネシウム及びドロマイトからなる群から選択される請求項２５又は２６記載の方法。
28. 前記工程c)の前に、処理した汚泥を未処理の汚泥と混合する請求項１７乃至２７のいずれかに記載の方法。
29. 前記汚泥の初期総固体濃度が、５乃至５０g/Lである請求項１７乃至２８のいずれかに記載の方法。
30. 前記汚泥が、一次汚泥、二次汚泥、混合汚泥、生活汚泥、都市汚泥、製紙工場汚泥、精油所汚泥、農業食品工業汚泥、浄化槽汚泥、汚水処理用人工池汚泥及び脱インキ汚泥からなる群から選択される請求項１７乃至２９のいずれかに記載の方法。
31. 連続様式で実施する請求項１７乃至３０のいずれかに記載の方法。