JP2005536339A

JP2005536339A - 汚水処理、バイオソリッドの分離、脱臭、および再利用のためのプロセス

Info

Publication number: JP2005536339A
Application number: JP2004531285A
Authority: JP
Inventors: ダニエルマックスウェルドリュー; アルフレッドノーマンダックスバリー; ダリルケイ．ジョゼー
Original assignee: ノーブテクノロジーインベストメンツエルティーディー
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-12-02
Also published as: CA2496671A1; US20080209968A1; KR20050057095A; NZ538981A; AU2003257233A1; WO2004020345A1; EP1542930A1

Abstract

本発明は、処理物質が（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残留物、および（ii）その重量の5倍量の水と混合すると反応pHが10.5より低くなるように、カルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥からなる群より選択される、（a）固体の沈降速度、（b）固体のかさ密度、および（c）固体の濾過性、の少なくとも一つを増強するために十分な量の処理物質を汚水に添加することを含む、浮遊固体を含む汚水を処理するプロセスに関する。さらに、本発明は、汚水における溶存リン含有種の濃度を低下させる、一つまたは複数の硫黄含有物質の存在による臭いを有する材料の臭いを減少させる、および臭いを発生させる傾向を減少させるプロセス、ならびに堆肥化プロセスに関する。

Description

発明の技術分野
本発明は、水、特に汚水における溶解性のリン種濃度を減少させるため、浮遊および溶解した固体の沈降能を改善するため、臭いを有する材料の臭いを減少させるため、または時間と共にそのような材料が臭いを発生する傾向を減少させるための汚水処理プロセス、ならびに堆肥化可能な材料を微生物源と混合する堆肥化プロセスに関する。

発明の背景
汚水中に浮遊する生物起源の固体を分離するプロセスは広く実践されている。しかし、水から固体を効率よく分離すること、および分離された固体の処分は難題である。

固体を汚水から分離すること、特に下水汚泥の分離は、典型的に固体が非常に細かく分割されて、現在の最高の技術を用いても得ることができるのは、重量の10〜12％の範囲の固体含有量を有する汚泥であるという性質のために、技術的に難しい。そのようなプロセスは典型的に、固体の凝固を補助するために水に高分子電解質を加える必要がある。しかし高分子電解質を用いることは費用が高い。

さらに、このようにして分離された汚泥の処分またはさらなる処理は、困難を伴う。典型的な汚水処理プロセスにおいて、多くの任意のプロセスによって汚水液から分離される可能性がある不溶性物質は、典型的に埋め立てまたは農業目的のために、単独で、または堆肥化プロセスもしくは他の肥料物質における補助物質として環境中に排出される。分離後、汚泥は典型的に容認しがたい臭いを発生し、これは環境またはその提案される最終用途にとって不利であると見なされる。

さらに、溶解したリンは窒素と共に有機物の増殖の促進物質であることから、水環境にとって有害である。水生増殖体が、流入する窒素、リン、および他の栄養を捕獲すれば、新しい増殖体が沈降して、死滅して、その栄養を上部の水に排出する。これらおよびさらなる流入栄養物は、増殖-再増殖サイクルの繰り返しを促進して、それによって受容体を沈泥で塞ぎ、その後の生態系に障害を与える結果となる。リンによるこの富栄養化プロセスは、増殖の栄養が限定されており、最も影響を及ぼす栄養がリンである浅い淡水体にとって特に不都合である。

したがって、当局は、表面水へ流出するリンの合計の排出に対して厳密な制限を提案している。流出するリンの合計の典型的な限度は受容体および地域の当局によって異なるが、0.1〜1 mg/Lの範囲である。流出するリンの合計は、溶解性のリンの濃度と排水に浮遊する固体に存在するリンの量との総和である（質量単位／容積として表記）。後者は、排水における排水浮遊固体の量の質量単位／容積と、排水に浮遊した固体の乾燥質量におけるリンの分画との積である。このように、例えば、典型的な排出条件では、乾燥重量に基づいてリン2.5％を含む20 mg/L排水総浮遊固体が存在してもよい。その場合、排水浮遊固体に存在するリンの量は0.5 mg/Lである。

さらに、典型的な汚水プロセスにおいて、排水は処理プロセスの際に臭いを発生させ、臭いは地域の規制に違反して大気環境に放出される可能性がある。臭いは典型的に有機および無機揮発性硫黄化合物が生物によって生成されることによって産生され、排水がその場で保存されるかまたは洗浄目的のために地面に流されることで典型的により明白となる。同様に、乾燥および保存中の汚泥は悪臭を放つ傾向があることから、貯水池における脱水処置および乾燥は、費用が高く、環境的にも不満足である。

あるいは、汚泥はそれを植物廃棄物または他の類似の分解材料に加えることによって堆肥化のための微生物源として用いてもよい。しかし、堆肥化プロセスは典型的に、不愉快な臭いを発生し、多くの場合、利用可能な全ての汚泥を利用するためには、有意な量の植物廃棄物を購入する必要がある。さらに、既存の堆肥化プロセスは、得られた堆肥化材料を滅菌できるほど十分な高温とならず、そのために様々な状況で販売または使用するためには不適切となる可能性がある。

したがって、リンおよび臭いが減少した、好ましくは臭いを有しない、および時間と共に臭いを発生しない汚泥および処理水を産生する水処理プロセスが必要である。

現在、溶解性のリンは、典型的に溶解性のリンを一つまたは複数の金属イオン、典型的にアルミニウム、鉄、および／またはカルシウムと反応させることによって生成された不溶性金属リン酸塩の沈殿によって除去される。溶解性のリン濃度を減少させるこの先行技術のプロセスは、Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal、Water Environment Federation、Virginia、USA；Municipal Subcommittee of the Technical Practice Committee；1998に記述されている。

鉄イオンを用いる場合、プロセスに関係する反応は以下の通りである：
Fe³⁺＋H₂PO₄ ^- → FePO₄＋2H⁺および
Fe³⁺＋3H₂O → Fe(OH)₃＋3H⁺

類似の反応が、リンを沈殿させるように反応する他の金属イオンにも当てはまる。

このように金属水酸化物の形成は、金属リン酸塩の沈殿プロセスに競合反応を加え、第一の反応によって示される化学量論的に過剰な料の金属イオンの添加を必要とする。競合反応はまた、排水に残っている残留溶解性リンに対する下限を意味する。この理論的に到達可能な最低濃度C_Presは、以下のように計算される：
C_Pres＝[H₃PO₄]＋[H₂PO₄ ^-]＋[HPO₄ ^2-]＋[PO₄ ^3-]＋[FeH₂PO₄ ²⁺]＋[FeHPO₄ ⁺]

理論的値はpHの関数であり、pH 6.8では0.04 mg/Lであると示されうる。

Fe³⁺によってリンを除去するための全反応は、以下のように示されうる：
1.6 Fe³⁺＋H₂PO₄ ^-＋3.8 OH^- → Fe_1.6(H₂PO₄)(OH)_3.8
このように、化学量論的なFe³⁺/Pモル比を定め、このモル比では主な溶解性のリン種が、ほとんどの汚水について当てはまるH₂PO₄ ^-であるようなpHの場合、理論的最小残留リン酸塩が約1.6として達成されるであろう。

しかし、第二鉄イオンを添加することによって処理排水から溶解性のリン酸塩を除去するために本発明を最善に行っても、通常優に4を超える、典型的に約10であるモル比（Fe³⁺/P_removed）で0.06 mg/Lの最小残留溶解性リンを得ることができるに過ぎない。したがって、本発明の実践は、最小の残留溶解性リン酸塩濃度を得るために実際に起こるpHの変化を代償するために、少なくとも3倍、通常6倍の理論的な化学量論的な量の金属イオンを必要とする。

したがって、添加された金属イオンをより経済的に利用する水中の溶解性リン濃度を減少させるプロセスが必要である。非常に望ましいプロセスは、化学量論的な量またはそれに近い量の金属イオンを用いることができて、pHに対する感受性がより低いプロセスであろう。

既存の水処理プロセスは、他にも多くの短所を示し、これを下記に示す。

放出された排水は典型的に、浮遊する固体の濃度に関する規制を受けており、総浮遊固体に関して課せられた限界は典型的に20 mg/Lである。これらの規制に従うために、費用のかかる分離技法が行われる。これらの技法の複雑さおよび費用は、浮遊する固体の量および物理的特性によって大きく影響を受ける。典型的に、凝集および高分子電解質による凝固によって増強される溶解空気浮上（dissolved air flotation）またはベルト濾過のような技法が用いられる。これらの凝固および凝集化学物質の費用はかなりである。浮遊固体のかさ密度、濾過性、および汚泥容積を改変することができる技法は、これらの費用を有意に減少させることができ、このように経済的に都合がよい。さらに、排水における浮遊固体濃度が減少すれば、流出するリンの合計濃度も顕著に減少するであろう。

さらに、特定の金属イオンは、排水受容体の生態系に対して毒性であり、規制を受ける。下水処理システムにおいて、オペレーターは典型的に許容試験によって流入金属イオン濃度を調節する。しかし、毒性金属に関する限界は極めて低いことから（ほとんどの毒性金属の限界は10 mg/Lよりかなり低い）、特に偶発的な混入を制御するためには経済的な除去プロセスを必要とする。さらに、関連当局は、毒物特性浸出法（Toxicity Characteristic Leaching Procedure；TCLP；USEPA Method 1311）によって特徴が示されるように、環境に放出される汚泥または固体廃棄物における金属イオンを固定することを必要としている。毒性金属を含む無処理汚泥は、TCLP試験に合格しない可能性がある。したがって、TCLP技法に合格する汚泥を産生する水処理プロセスが必要である。

本発明の目的は、上記の必要性の一つまたは複数を少なくとも部分的に満たすことである。

したがって、浮遊固体を含む汚水を処理するため、溶解性のリン濃度を減少させるため、下水汚泥および他の悪臭材料の脱臭のため、そのような材料が時間とと共に不愉快な臭いを発生する傾向を減少させるため、および堆肥化プロセスを改善するための、改善されたプロセスが必要である。

意外にも、本発明者らは、これらの要求を、一般的に「赤泥」として知られるボーキサイト精錬残渣に由来する材料を用いることによって少なくとも部分的に満たすことができることを発見した。

発明の概要
本発明の第一の態様に従って、処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンに少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、（a）固体の沈降速度、（b）固体のかさ密度、および（c）固体の濾過性の少なくとも一つまたは複数を増強するために十分な量の処理物質を汚水に添加する段階を含む、浮遊固体を含む汚水を処理するためのプロセスを提供する。

本発明の第二の態様に従って、以下の段階を含む、溶存リン含有種を含む水における溶存リン含有種の濃度を減少させるプロセスが提供される：
（a）一定量の処理物質を該水に分散させる段階；
（b）少なくとも一つの金属のリン含有化合物を、少なくとも部分的に沈殿させるために十分な量の、少なくとも一つの金属イオンを該水に添加する段階；および
（c）処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、該水に存在する固体をそこから除去して処理水を産生する段階。

典型的に、カルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥は、その重量の5倍量の水と混合すると、反応pH 8〜10.5を有する。

第三の態様において、本発明は、処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、材料の臭いを減少させるために有効な量の処理物質を該材料に加える段階を含む、一つまたは複数の硫黄含有物質の存在による臭いを有する材料の臭いを減少させるプロセスを提供する。

第四の態様において、本発明は、処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、材料における臭いの発生を阻害するために有効な量の処理物質を該材料に加えることを含む、一つまたは複数の硫黄含有物質による臭いを材料が発生させる傾向を減少させるプロセスを提供する。

第五の態様において、本発明は、堆肥化可能な材料と微生物を含む材料との混合物が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される処理物質をさらに含む、堆肥化可能な材料と微生物を含む材料のある量とを混合して、微生物が堆肥化可能な材料を堆肥に変換させる、堆肥化プロセスを提供する。

発明の詳細な説明
本発明のプロセスにおいて、処理物質は、「赤泥」として知られるボーキサイト精錬残渣、またはその重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満、典型的にpH 8.0〜10.5の範囲を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンに少なくとも部分的に反応している「赤泥」のいずれかである。赤泥をカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンの溶液と反応させるプロセスは、その全文が参照として本明細書に組み入れられる、国際公開公報第PCT/AU01/01383号に記述されている、またはそれらは赤泥の反応pHを10.5未満、典型的に8.0〜10.5の範囲に低下させるために十分な量の海水と赤泥とを反応させることを含んでもよい。例えば、無処理の赤泥のpHが約13.5であって、かつアルカリ度が約20,000 mg/Lである場合、世界の平均海水の約5倍量を添加するとpHは9.0〜9.5に低下し、アルカリ度は約300 mg/Lに低下することが判明した。

要約すると、国際公開公報第PCT/AU01/01383号に教示されるように、赤泥をカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと反応させるプロセスは、ベース量（base amount）および処理量のカルシウムイオンならびにベース量および処理量のマグネシウムイオンを含む水溶性処理溶液と赤泥とを、赤泥1に対して蒸留水または脱イオン水を重量で5倍量と混合した場合に、赤泥の反応pHを10.5未満にするために十分な期間、混合することを含んでもよい。カルシウムおよびマグネシウムイオンのベース量はそれぞれ、処理溶液および赤泥の全量1リットルあたり8 ミリモルおよび12ミリモルであり；カルシウムイオンの処理量は、炭酸カルシウム相当のアルカリ度として表記される赤泥の総アルカリ度の1モルあたり少なくとも25 ミリモルであり、マグネシウムイオンの処理量は、炭酸カルシウム相当のアルカリ度として表記される赤泥の総アルカリ度の1モルあたり少なくとも400ミリモルである。適したカルシウムまたはマグネシウムイオン源には、カルシウムおよびマグネシウムの塩化物、硫酸塩、または硝酸塩のような、カルシウムまたはマグネシウムの任意の溶解性または部分的に溶解性の塩が含まれる。

処理物質が調製されるさらなる方法は以下の段階を含む：
（a）赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一つを減少させるために、赤泥をアルカリ土類金属の水溶性塩、典型的にカルシウムもしくはマグネシウム、または両者の混合物に接触させる段階；および
（b）赤泥のpHを10.5未満に減少させるために赤泥を酸に接触させる段階。

任意で、このプロセスは、段階（a）の後、かつ段階（b）の前に赤泥から液相を分離する段階をさらに含んでもよい。

このプロセスの段階（a）において、赤泥のpHは通常、約8.5〜10、あるいは約8.5〜9.5、あるいは約9〜10、あるいは約9.5〜10、好ましくは約9〜9.5に低下される。

このプロセスの段階（a）において、炭酸カルシウムのアルカリ度として表記される赤泥の総アルカリ度は、約200 mg/L〜1000 mg/L、あるいは約200 mg/L〜900 mg/L、あるいは約200 mg/L〜800 mg/L、あるいは約200 mg/L〜700 mg/L、あるいは約200 mg/L〜600 mg/L、あるいは約200 mg/L〜500 mg/L、あるいは約200 mg/L〜400 mg/L、あるいは約200 mg/L〜300 mg/L、あるいは約300 mg/L〜1000 mg/L、あるいは約400 mg/L〜1000 mg/L、あるいは約500 mg/L〜1000 mg/L、あるいは約600 mg/L〜1000 mg/L、あるいは約700 mg/L〜1000 mg/L、あるいは約800 mg/L〜1000 mg/L、あるいは約900 mg/L〜1000 mg/L、あるいは好ましくは300 mg/L未満に低下させてもよい。

このプロセスの段階（b）において、pHは典型的に約9.5未満、好ましくは約9.0未満に低下され、炭酸カルシウム相当のアルカリ度として表記される総アルカリ度は、好ましくは200 mg/L未満に低下される。

本発明の第二の態様のプロセスにおいて、リンは、プロセスの化学物質効率を増強する、および得られた金属リン酸塩沈殿物の濾過性を改善する処理物質の存在下で、通常の金属イオン化学プロセスによって沈殿される。リン含有化合物の沈殿物を形成することができる一つまたは複数の金属イオンと共に処理物質を用いることによって、本発明者らは、溶存リン濃度をほぼ理論的限界まで減少させるために水に加える必要がある金属イオンの量は、先に記述したように、現在知られているかなりより多くの金属イオンを必要とする方法とは対照的に、化学量論的な量またはそれに近いことを発見した。添加した金属イオンの量でこの利益を得るために必要な処理物質の量は、意外にも水における溶存リンの初回濃度とは本質的に無関係であることが判明した。このように、用いた処理物質の量は、本発明のプロセスにとって重要ではない。例えば、処理物質の量は、処理される水の約1 g/Lまたはそれ以上となりうるが、通常約0.5 g/L以下、さらにより通常約0.3 g/L以下、さらにより通常約0.25、0.2、0.15、または0.1 g/Lまで、さらにより通常約50 mg/Lまでとなりうる。典型的に、添加する処理物質の量は、約50 mg/Lであるが、リンの除去に及ぼす有益な効果は10 mg/Lもの少量の添加で認められうる。

第二の態様のプロセスの段階（b）において、金属イオンは典型的に鉄、アルミニウム、およびカルシウムの少なくとも一つであり、さらにより典型的に第二鉄もしくは第一鉄、または両者の混合物であってもよい鉄である。添加される量は典型的に、存在する溶存リンの量と反応するために必要な化学量論的な量のせいぜい1.5倍であるが、望ましければ過剰量を添加することができる。ふさわしくは金属イオンは、塩化物、硫酸塩等のような金属の溶解性の塩として添加される。

第二の態様のプロセスの段階（c）は、処理水から固体を除去するために任意の適した技法を含んでもよく、ふさわしくは上清の水が清澄になるまで、沈殿したリン含有化合物および存在する任意の他の固体の沈降によって典型的に進行するであろう。所望であれば、一つまたは複数の凝集剤を加えてもよい。

任意で、第二の態様のプロセスは、段階（b）の前に水のpHを調節するさらなる段階を含んでもよい。典型的に、水のpHは、必要であれば約6.5〜7.5の範囲に調節される。

処理物質は実質的に水に不溶性であり、水全体に容易に分散されることから、その存在は水に存在する可能性があるバイオソリッドを以下のように改変すると考えられる：
・濾過性を改善する−このことで濾過助剤、凝集剤、および高度に技術的な濾過装置の必要性が最小限になり、処理プロセスの経済性が改善され、かつリン含有バイオソリッドがより完全に除去されることによって残留リン濃度が減少する；
・特定の金属イオンとリンとの反応効率を増加させることによって、およびその反応のpH効果を減少させることによって、沈殿した不溶性の無機リン化合物の除去を改善する；
・有機および無機固体を安定化させることによって、バイオソリッドからのリンの時間依存的な放出を消失させる；
・排水および分離したバイオソリッドにおける臭いを除去する；
・分離したバイオソリッドおよび排水における処理後の臭い生成を排除する。

理論に拘束されたくはないが、本発明者らは、これらの特性が、処理物質の分散粒子の液体-固体界面での処理物質との相互作用によって固体に付与され、おそらく処理物質の無機質化および粒度分布に関連すると推測する。

本発明者らはさらに、汚水の処理に適用される処理物質について認められた特性の以下の機械論的解釈を推測する。
1．処理物質は汚水に適用され、分散し、有限期間浮遊したままで存在する。
2．H₂S、メチルメルカプタン、ならびに他のチオールおよび硫化物のような臭い分子が処理物質-汚水界面で相互作用して、溶液から有効に除去される。
3．他の無機イオン（金属イオン、リン酸イオン、およびヒドロキシルイオン等）が処理物質粒子に移動して、処理物質の無機質構造に隣接して多かれ少なかれ規則正しく残っている。
4．溶液中にコロイド状に浮遊するバイオソリッドは、処理物質粒子および集塊に誘引される（おそらく粒子の電荷の誘引による）。
5．第二鉄イオン（または他の金属イオン）が加えられ、その周辺で綿状の水酸化第二鉄およびリン酸第二鉄が集塊を形成する核として作用する処理物質粒子において、またはその近位でリン酸およびヒドロキシルイオンと反応する。
6．浮遊固体の粒子径の増加（集塊）は、浮遊物質、水酸化第二鉄、リン酸第二鉄、処理物質を急速に沈降させて、濾過性を改善させる。

第二の態様のプロセスは、特に浅く流れが遅い淡水の受容体に汚水が放出される場合には、全ての溶解性のリン含有汚水を含む、任意の溶解性のリン含有水の処理に適用可能である。少なくとも第二の態様のプロセスは自治都市の下水処理に特に適用可能である。プロセスによって処理される可能性がある水の例には、生下水、一次、二次、生物学的窒素除去からの排水、または他の下水沈殿物もしくは清澄化プラントからの汚水、および無機もしくは有機溶解性リンを含む工業もしくは農業プロセスからの汚水が含まれる。

本発明のプロセスは、全ての形の溶解性のリン濃度を減少させる。

本発明の少なくとも第一および第二の態様のプロセスは、物理化学的または生物学的であるか否かによらず、汚水処理プロセスにおける任意の段階で行ってもよい。これは無処理の初期下水（fresh sewage）（流入水）に用いてもよく、または汚水処理プラントにおける任意の段階で用いてもよい。しかし、一次沈降および清澄化が終了した後に、好ましくは二次処理および清澄化が終了した後に,
より経済的に行われる。プロセスは、好気性または嫌気性条件のいずれにおいて行ってもよい。

本発明の少なくとも第一または第二の態様のプロセスは、処理すべき水がさらに承認された排出濃度を超える一つまたは複数の金属を含む場合、処理後の溶液中に残っている金属濃度を典型的に、通常適用可能な排出限界より低いレベルまで実質的に減少させる。これは、金属が受容体の生態系に対して毒性である、またはヒトに対して毒性である場合に特に都合がよい。このようにして水から実質的に除去される可能性がある金属にはヒ素、カドミウム、クロム、銅、鉛、水銀、ニッケル、および亜鉛が含まれる。本明細書に記述するプロセスにおいて、少なくとも本発明の第二の態様に従って、処理すべき水に存在する金属は、段階（c）において処理水から分離された固相において除去され、固体が典型的に毒物特性浸出法に従うように固相において実質的に固定される。

本発明のプロセスにおいて、処理物質を用いることによって、鉄イオンのような金属イオンの有意に少ない量（先行技術のプロセスと比較して）によって水を処理することができる他に、金属イオンを水に加えた場合に固体の分離が促進され、このように、典型的に先行技術のプロセスにおいて要求される濾過助剤、凝集剤等の実質的に減少した量を用いて水を処理することができる。分離された固体における処理物質の存在は、先行技術のプロセスと比較してそのかさ密度および粒子性の特性を改善し、その水分含有量を減少させ、このように排水残留浮遊固体含有量を減少させる。典型的に、本発明のプロセスによって産生された処理水の浮遊固体含有量は、実質的に20 mg/L未満である。

さらに、第二の態様のプロセスの段階（c）において除去された固体を、一次または二次沈降プロセスからのアンダーフローと組み合わせると、それらは同様に、通常の固体分離において用いられる高分子電解質凝集剤の効率が有意に改善するように、複合無機および有機汚泥の物理特性を増強する。

さらに、意外にも、本発明の第一または第二の態様のプロセスによって産生された処理水も、処理水から分離された汚泥（固体）も、汚泥が埋め立てとして廃棄される場合のように、または汚泥もしくは処理水を土壌の補助剤として、堆肥化プロセスの補助剤として、または洗浄のような農業的応用のために用いられる場合のように、いずれも時間と共に臭いを発生しないことが判明した。特に、処理排水は、望ましければ長期間さらに臭いを発生せずに保存される可能性がある。処理物質および沈殿した無機リン化合物を含む分離された固体は、さらに、保存または使用の際に臭いを発生する傾向を有する生物学的廃棄物に添加した場合に、その傾向を阻害する傾向を有する。

したがって、本発明の一つの特定の形において、本発明の第二の態様に従うプロセスの段階（c）において除去された固体が、脱水の前に汚水処理プラントからバイオソリッドアンダーフローと組み合わせられる、清澄化、沈降、および分離によって水溶性の汚水から分離されたバイオソリッド汚泥から臭いを除去する、およびその再発生を予防するプロセスが提供される。このプロセスは、汚水処理プロセスからのバイオソリッドに特に適用することができる。

要約すると、本発明のプロセスを適用した結果、以下の利益が得られる可能性がある：
・リンを最大限に除去するために必要な金属イオン化学物質の量が、金属対リンの通常経験されるモル比の値を約10から2未満、典型的に1.4〜2に減少する、
・理論的に到達可能な最低残留リン濃度のpH範囲が顕著に拡大する、
・固体分離にとって必要な高分子電解質の量が実質的に、典型的に約50％減少する、
・排水浮遊固体が20 mg/L未満に減少する、
・流出するリンの合計（有機および無機リン）が0.5 mg/L未満に減少する、
・排水における臭いの発生が阻害される、
・汚泥における臭いの発生が阻害される、
・汚泥の濾過性が改善される、
・バイオソリッドからのリンの時間依存的な放出が消失する、
・排水における毒性金属濃度が減少する、および
・分離した固体および浮遊固体における毒性金属が固定される。

本発明のプロセスに特に有利な特性を与える処理物質は、好ましくは、商標Bauxsolとして、Sanctuary Cove、Queensland、AutraliaのVirotec International Pty. Ltd.から得ることができる材料である。

本発明のプロセスにおいて、固体は、汚泥もしくは工業廃水のような汚水から分離された汚泥であってもよく、または任意の他の起源からの固体であってもよい。典型的に、固体は、水中の浮遊液または分散液として含まれる本質的に生物学的起源の不溶性または特に溶解性の材料である。通常固体は、生物学的に活性な微生物を含むであろう。

本発明のプロセスは、通常の汚泥処理プロセスであるか、または液体廃棄物の流れからの固体廃棄物の分離を伴ってもよい任意の他のプロセスの一部であるかにかかわらず、任意の水または汚泥処理プロセスの一部であってもよい。

本発明のプロセスにおいて添加される処理物質の量は、処理物質を用いない類似のプロセスによって得られる汚泥の同じ傾向と比較して、存在する固体の沈降速度、かさ密度、および／または濾過性の増加を得るために十分であろう。

同様に、少なくとも第三および四の態様のプロセスにおいて、臭いを有する、または臭いを発生する傾向を有する材料に加えられる処理物質の量は、臭いを少なくとも改善するため、および／または材料が臭いを発生する傾向をを少なくとも減少させるために十分な量である。本発明のこれらの態様において、材料は典型的に、下水汚泥または堆肥であるが必ずしもこれらである必要はない。これらのプロセスを応用することができる他の材料には、動物の排泄物、浚渫土、ゴミ等が含まれる。

第三および第四の態様のプロセスにおいて、一つまたは複数の硫黄含有物質の存在による臭いは通常、微生物の活性の結果である。すなわち、臭いは通常、微生物によって産生される。

本発明のプロセスにおいて、および最も特に、本発明の第二の態様のプロセスにおいて、用いる処理物質の量は典型的に、排水中に存在する固体重量の少なくとも5％であろう。処理物質を添加する利益は最小有効量より多い任意の量によって示されると認識され、汚水中に存在する固体重量の100％、150％、200％、250％、300％またはそれ以上までであってもよい。最小有効量は、存在する固体量および／または様々な溶存種の存在、および／または汚水に添加される他の添加物に依存する可能性がある。任意の所定の応用に関して添加される処理物質の最小有効量は、本明細書の教示を考慮して日常的な実験によって容易に決定されるであろう。一例として、汚水が清澄化の前の下水である場合、添加される処理物質の量は通常、約10〜100 mg/Lまたは汚水に存在する固体重量の約10％〜50％、さらにより通常約50 mg/Lまたは汚水に存在する固体重量の25％であろう。

同様に、第三および第四の態様のプロセスに特に関連して、用いられる処理物質の量は典型的に、脱臭される材料の重量で少なくとも5％であろう。この場合も、最小有効量より多い量を添加する特別の利益はないが、添加される処理物質の量は、材料の重量の100％までまたはそれ以上であってもよい。しかし、より通常、添加される処理物質の量は、材料の重量の約10％〜50％の範囲、さらにより通常、脱臭される材料の重量の約25％であろう。

赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣は、本発明のプロセスにおいて処理物質として直接用いてもよく、より通常、処理物質はその重量の5倍量の水と混合した場合に反応pHが10.5未満、典型的に8.0〜10.5のあいだとなるようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥である。

一つの好ましい形において、本発明の少なくとも第一または第二の態様のプロセスは、高分子電解質を加える前に処理物質が添加される、高分子電解質が固体を少なくとも部分的に凝集するために加えられ、次に固体が濾過によって汚水から分離される、汚水から固体を分離するプロセスに関する。

この形のプロセスにおいて用いられる高分子電解質は、汚水から固体を分離するために有用である当技術分野で公知の任意の高分子電解質となりうる。典型的な高分子電解質の例は、ポリアクリルアミド、加水分解されたポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸コポリマー、ポリビニルアミン、ポリエチレンアミン、ポリビニルピリジン、ポリビニルピペリジン、ポリビニルピロリドン、およびその四級誘導体等のような様々なポリアミンである。

意外にも、本発明のプロセスに処理物質を含めることによって、処理物質を含まない同じプロセスと比較して様々な利益が得られる。利益には以下が含まれる：
・一次清澄化の前に処理物質を汚水に添加する場合、一次清澄化において分離された固体のかさ密度および濾過性は改善する；
・一次清澄化の際または後に処理物質を汚水に添加する場合、汚水から沈殿した固体のかさ密度、微粒子の性質、および濾過性は、固体を脱水するために必要な濾過助剤および高分子電解質凝集剤の量を減少させるように改善される；ならびに
・環境に受け入れられる廃棄またはさらなる処理を容易にするために、プロセスによって産生された汚泥を臭いの存在または臭いの発生に関して安定化させる。

例えば、典型的に既存のプロセスにおいて、固体は固体含有量が0.5〜1.0％である汚泥の形で汚水清澄化プロセスから産生される。先行技術のプロセスにおいて高分子電解質の存在下で汚泥を脱水した後、ベルト濾過、溶解空気浮上またはその他の手段によって、固体含有量は典型的に10〜12％に増加する。清澄化の補助としてまたは清澄化の後に、存在する固体の重量に基づいて、重量で25％の処理物質を汚泥に加えると、固体含有量が14〜17％であるケークを提供し、これは典型的に脱水効率の改善により、通常の高分子電解質の用量の40〜55％を必要とするに過ぎない。

第一または第二の態様のプロセスにおいて、濾過助剤および／または一つまたは複数の他の通常の水処理添加剤を任意で用いてもよい。典型的な濾過助剤は珪藻土である。処理物質は、添加剤の特性に応じて、他の添加剤と同時、前、または後に添加してもよい。処理物質は、汚水処理プロセスにおける任意の段階で添加してもよい。これは、汚水処理プラント内で未処理の生下水（流入水）または如何なる段階で添加してもよい。しかし、これは一次沈降および清澄化が終了した後に添加することが好ましく、より好ましくは、二次沈降および清澄化が終了した後に廃棄バイオソリッド液に添加される。

汚水が溶存リン含有化合物を含む第二の態様のプロセスのもう一つの好ましい形において、少なくとも一つの金属のリン含有化合物を少なくとも部分的に沈殿させるために十分な量の少なくとも一つの金属イオンを汚水に添加して、処理物質を少なくとも一つの金属イオンを添加する前に水中に分散させる。この形のプロセスにおいて、沈殿したリン含有化合物と共に固体を分離して、処理水から共に分離してもよい。

第二の態様のプロセスのこの形において、金属イオンは、典型的に鉄、アルミニウム、およびカルシウムの少なくとも一つであり、なおより典型的に第二鉄、第一鉄、または両者の混合物であってもよい鉄である。添加される量は典型的に、存在する溶存リンの量に反応するために必要な化学量論的な量の1.5倍に過ぎないが、所望であれば過剰量を加えることができる。ふさわしくは塩素、硫酸塩等のような金属の可溶性の塩として金属イオンを添加する。任意で、処理物質の添加と一つまたは複数の金属イオンの添加とのあいだの水のpHは、ふさわしくは約6.5〜7.5の範囲のpHへと調節してもよい。

第二の態様のプロセスのこの形は、通常、いくつかの固体が沈降および清澄化段階によって既に除去されている汚水について行われる。第二の態様のプロセスのこの形において、汚水に添加される処理物質の量は通常、処理される汚水の約1 g/Lまたはそれ以上であるが、より通常約0.5 g/L以下であり、さらにより通常、約0.3 g/L以下、さらにより通常約0.25、0.2、0.15、または0.1 g/Lまでであり、さらにより通常約50 mg/Lまでであろう。典型的に、添加される処理物質の量は約50 mg/Lであろう。

本発明のプロセスの一つの形において、および特に第三および第四のプロセスにおいて、臭いを有する、または臭いを発生する傾向を有する材料は、下水処理プロセスから分離される汚泥であってもよい。プロセスのこの形において、処理物質を汚泥に加えることは、それが関連する汚水の大部分から除去された後に汚泥に処理物質を添加することによって達成してもよい。あるいは、およびより好ましくは、水から汚泥を分離する前に、処理物質を汚水に加えてもよい。第一または第二の態様のプロセスの場合と同様に、任意で、存在する固体を凝集および／または凝固させるためおよび／または存在する溶存種（リン化合物のような）を沈殿させるための他の通常の添加剤を汚水に加えてもよい。そのような通常用いられる添加剤には、上記のような高分子電解質、濾過助剤、鉄および／またはアルミニウムイオンのような金属イオンが含まれる。

第三および第四の態様のプロセスは、第三および第四の態様のプロセスによって処理された材料の臭いが減少している、および時間と共に、またはさらなる処理のあいだに、それらに処理物質を加えない材料と同じ程度の不愉快な臭いを発生しないという点において、処理物質を用いない先行技術のプロセスに対する有意な長所を提供する。典型的に、第四の態様のプロセスによって処理された材料の臭いは、処理した材料を数日または数週間保存する際に認識可能に変化しない。

同様に、第五の態様の堆肥化プロセスにおいて、堆肥化材料の臭いは典型的に、堆肥化プロセスの際に実質的に減少し、堆肥化プロセスおよび堆肥のその後の保存における臭いの発生は実質的に減少し、典型的に実質的に消失する。

上記のような本発明のプロセスの長所の他に、本発明のプロセスによって得られた汚泥および他の固体または処理材料は、金属イオンの保持能が増加している。このように、汚泥が時間と共に浸出する傾向を有する毒性金属を含む場合、処理物質をそれに添加すれば、金属が浸出する傾向を、典型的に汚泥が毒物特性浸出法（TCLP；USEPA法1311）に従う点まで減少させるであろう。このように、処理物質を用いないで得られた毒性金属を含む無処理汚泥を環境に放出することはできないが、本発明のプロセスによって得られたTCLP試験に合格した汚泥は、その毒性金属含有量に基づいて環境に放出される可能性がある。

第五の態様のプロセスにおいて、微生物を含む材料と共に、または材料とは別に堆肥化可能な材料に、処理物質を添加してもよい。好ましくは、微生物および処理物質を含む材料を同時に添加する。より好ましくは微生物および処理物質を含む材料を、第二の態様のプロセスによって下水から分離された汚泥の形で共に添加してもよい。さらにより好ましくは、汚泥および処理物質の混合物は、一つまたは複数の金属の不溶性のリン含有化合物を沈殿させるために、処理物質を添加後に一つまたは複数の金属イオンがオーバーフローに添加される第二の態様のプロセスの一つの形を用いて、清澄化段階のオーバーフローから分離されている固体と、下水処理における清澄化段階からのアンダーフローとを組み合わせることによって産生される。第五の態様のプロセスのこの形において、堆肥化可能材料に添加される汚泥および処理物質の混合物に存在するリンは、堆肥化プロセスにとって有益となり得て、および／または第五の態様のプロセスによって産生された堆肥を土壌補助剤または肥料として用いる場合に有益となりうる。第五の態様のプロセスのこの形において、オーバーフローに添加される処理物質の量は典型的に、アンダーフローおよびオーバーフローに存在する全固体の重量の約25％に等しいであろう。

本発明の第五の態様のプロセスにおいて用いられる処理物質の量は、典型的に堆肥化可能な材料の重量の約2％〜20％の範囲であろう。より多い量を用いてもよいが、特にそうする利益はない。通常処理物質の量は、堆肥化可能な材料の重量で約5〜10％の範囲であり、より通常、重量で約7％である。本発明のプロセスの好ましい形において、処理物質はバイオソリッドと共に、処理物質の重量約1に対してバイオソリッドの重量約3の比率で添加される。

第五の態様のプロセスにおいて、微生物を含む材料は、上記のように、第二の態様のプロセスによって得られた下水汚泥であってもよく、または任意の他の都合のよい微生物源であってもよい。そのような起源の例には、肥料、浚渫土、腐敗したゴミ、ミミズの糞、腐葉土、ならびに腐植土および活性壌土のような動物バイオソリッドが含まれる。

本発明のプロセスの有意な利益である臭いの減少とは別に、第五の態様のプロセスは、処理物質が存在しない先行技術の堆肥化プロセスに対して他の長所を提供する。

例えば、バイオマスの堆肥化速度は、第四の態様のプロセスにおいて加速され、それによって堆肥化する塊の温度は上昇し、堆肥化する塊の病原体含有量は実質的に減少する。このことは、商業的堆肥形成施設において処理能力が増加することによって商業的利益が得られること、そしてそのより低い病原体含有量のために産生された堆肥の販売性が改善することを表す。一つの公知の堆肥化操作において、脱水された汚泥（「バイオケーク」）と移入された植物廃棄物とを、フロントエンドローダーを用いて1：4の比で混合される。次に、ウィンドローにおいて11〜14週間堆肥化させ、堆肥化する塊を定期的にひっくり返して空気を含ませ、最終産物は様々な農業および園芸目的のために用いられる。第五の態様のプロセスにおいて、堆肥化プロセスの終了までに要する期間は典型的に、7〜8に到達するpH、および50℃未満に低下する堆肥内部温度によって判断すると、6〜8週間に短縮される。

しかし、第五の態様のプロセスはそのようなプロセスへの応用に限定されず、全ての堆肥化プロセスにおいて都合よく用いてもよい。このように、第五の態様のプロセスは、関係する材料取り扱い技術にかかわらず、加速された堆肥化速度を生じるために、当技術分野で公知である全ての堆肥化プロセスに適用可能である。

さらに、第五の態様のプロセスにおいて、適した堆肥産物を得るために微生物を含む材料に添加する必要がある堆肥化可能な材料の量は、実質的に減少する。堆肥化可能な材料を購入しなければならない状況において、これは、実質的な利益を提供する。微生物を含む材料が下水汚泥である第五の態様のプロセスにおいて、汚泥対堆肥化材料の量の比は、典型的に重量で約1：2.5であるが、処理物質の非存在下では、比は、典型的に重量で約1：4である。

さらに、第五の態様のプロセスによって得られた堆肥は、先行技術のプロセスの堆肥と比較して典型的に改善された構造、および改善された水分保持能を有する。

本発明のプロセスにおいて用いられる処理物質は、好ましくは、商標Bauxsolとして、Sanctuary Cove、Queensland、AustraliaのVirotec International Pty. Ltd.から入手することができる材料である。

実施例
本発明を説明するために以下の実施例を含めるが、それらは本発明の範囲を如何なるようにも制限するために含まれると解釈してはならない。実施例のそれぞれにおいて、用いた処理物質はBauxsol（商標）添加剤であった。

実施例1 バイオソリッド濾過試験
本試験およびその後の試験において、添加したBauxsol（商標）の量は、汚泥または汚水源における総バイオソリッド乾燥重量の25％となるように計算した。

A．以下が得られたバイオソリッド汚泥の処理に対する研究室規模の実験：
・バイオケークの固体％が3〜5％のあいだで顕著に増加；
・必要な高分子電解質が60％減少；
・処理したリカー水およびバイオケークの双方から臭いが劇的に減少。

B．市営下水処理プラントからの生下水およびバイオソリッド汚泥に関する予備的なプラント試験
Pとして5 mg/Lのリン、および20 mg/L浮遊バイオソリッドを含む二次処理下水汚水1000 Lに、Bauxsol 50 gを添加した後、塩化第二鉄50 gを添加した。処理水は0.1 mg/L未満のPおよび2 mg/Lの浮遊固体を含んだ。リン酸塩に富む沈降物をデカントによって回収してスラリーを収集した（容積3 L）。この沈降スラリーを同じ処理プラントから廃棄バイオソリッドリカー30 Lに添加し、固体含有量は0.6％であった。混合物に、高分子電解質180 mLを添加して（通常の添加率の44％）、ベルトフィルター上で濾過して、固体含有量が17％の処理されたバイオケークを産生した。このように、添加したBauxsolの比率は、廃棄リカーおよびリン沈殿段階からの複合バイオソリッドの25％であった。

実施例2：リンイオンを含む水に対する実験室規模の実験
リン6.09 mg/Lを含む二水素リン酸カリウム水溶液からなる模倣したリン含有汚水を調製した。

技法
リン含有水の試料200 mlに、不溶性のリン酸第二鉄化合物としてリンの完全な沈殿にとっての化学量論的必要量の0.84、0.94、1.12、1.40、および1.87倍に対応する量の塩化第二鉄を添加して、10分後、得られた溶液のpHを炭酸ナトリウムによって6.5〜7.5に調節した。溶液を0.47ミクロンのフィルターによって濾過して、濾液をpHおよびリンに関して分析した（アスコルビン酸法4500-P E、Standard Methods For the Examination of Waters and Waste Waters、第19版、1995年、APHA AWWA WEF. 4-113,5）。0.05 mg P/リットル未満である分析結果をイオンクロマトグラフィーによって確認した。この技法の検出レベルは0.01 mg P/リットルであり、再現性は、複数回の測定により、95％信頼性で±0.02であると決定された。

上記の実験は、塩化第二鉄を添加する10分前に10、20、および50 mg/L Bauxsol（商標）を添加することによって同時に繰り返した。

測定されたリン濃度を、沈殿が起こることが測定されるpHでの理論的最小濃度と比較した。

結果を表1.1〜1.5に示す。

（表1.1）2時間後に測定されたリン（mg/L）

（表1.2）リン測定後のpH

表1.1から、Bauxsol（商標）の存在下では、塩化第二鉄反応技法は一貫して、汚水からリンを、通常の塩化第二鉄プロセスに関する最小理論的レベルより有意に低いレベルまで、および塩化第二鉄の比較的大量を添加することを除いて、塩化第二鉄のみを用いる場合に得られるより低いレベルまで除去する。

さらに、塩化第二鉄反応はpH 6.8〜7.2の範囲外のpHによって負の影響を受けると報告されているが、Bauxsol（商標）の存在によって、反応をその範囲外に進行させることができる。したがって、このpH現象は汚水のpHにおける予測できない変化に起因する処理不全のリスクをかなり低下させる。

リン種のイオンとの塩化第二鉄の反応において、最小残留リン濃度は沈殿が起こるpHに関連する。このように、有効性の比較は一定のpHで行わなければならない。

したがって、表1.4は、同じpHでの理論的値に対して測定した残留リン濃度を比較する。この比較において、1より大きい値は、不完全な沈殿が起こったことを示している。しかし、表1.4は、10 mg/Lおよびそれより上のBauxsol（商標）レベルでは、Fe/Pモル比1.1〜1.4で完全なリンの沈殿が得られるが、Bauxsol（商標）の非存在下では、完全な沈殿は実質的に1.4より大きいFe/Pモル比を必要とすることを明らかに示している。

（表1.3）沈殿するpHでの理論的最小残留リン

（表1.4）理論的最小リンに対する測定されたリンの比

表1.5において計算された値は、反応を全てpH 6.8〜7.0で終了した場合に予想されるリン濃度を表す。値は、Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal、Water Environment Federation、Virginia、USA；Municipal Subcommittee of the Technical Practice Committee；1988年の図3.2のグラフのデータに分析データを補間することによって得られ、値0.04 mg/ｌ未満の値に関しては、方法の再現性によって有意性が限定される。しかし、方法は、検出下限0.01 mg/Lを示し、表1.1、1.4および1.5は、Bauxsol（商標）の存在によって、第二鉄反応について可能な理論的最小値より低い残留リン濃度が得られる可能性があるという仮の結論を支持する。

（表1.5）リン測定後のpHに関して補正したリン濃度

実施例3：リンを含む生下水流入水の実験室規模の処理
技法
リン含有生下水試料1000 mlに、不溶性のリン酸第二鉄化合物としてリンを完全に沈殿させるために必要な、化学量論的必要量に近似する量の塩化第二鉄を加えた。溶液を沈降させて、上清の液体をpHおよびリンに関して分析した。この分析技法の検出レベルは0.03 mg P/リットルであった。

これらの実験において、沈殿したリン酸第二鉄およびバイオソリッドの汚泥容積を推定した。上記の実験は、塩化第二鉄を加える10分前に87 mg/l Bauxsol（商標）を加えることによって同じ実験を同時に行った。

結果を表2に示す。

（表2）

この実験において、Bauxsol（商標）を、87 mg/Lの割合で加えたが、その後、50 mg/Lより上にBauxsol（商標）を増加させても、プロセスに影響を及ぼさないことが発見された。これらの実験は、生下水において、リンイオンを除去するための通常の鉄イオン沈殿プロセスにBauxsol（商標）を添加すると、汚水からのリンを検出レベル未満のレベルまで、そして通常の塩化第二鉄プロセスに関する最小理論的レベルより低く減少させることを示している。さらに、Bauxsol（商標）の存在下での水酸化第二鉄、リン酸第二鉄、およびバイオソリッドの汚泥容積は、塩化第二鉄単独によって産生される容積の約40％であることが示される。

実施例4：生下水からの臭いを有するバイオソリッドの実験室規模の処理
技法
Pine Rivers STPからのバイオソリッドを、Bauxsol（商標）単独または最終排水の処理から採取したBauxsol（商標）／リン酸第二鉄沈降物のいずれかによって処理した。

混合物における固体の比は乾燥重量に基づいて1：3であった（すなわちバイオソリッドに対して25％Bauxsol添加剤）。

臭いの種の特徴付け
無処理バイオソリッド10 gを頭隙を有するバイアルに入れて密封した。処理したバイオソリッド10 gをもう一つのバイアルに密封した。二つのバイアルの頭隙の空気組成を、GCMSおよびGC-炎光光度検出器（S-化合物に対して特異的）を用いて分析した。

無処理バイオソリッドバイアルにおいて、同定された種は以下の通りであった：
硫化水素＞2000 ppm
メチルメルカプタン 100 ppm
チオール＆硫化物微量
ジメチルスルフィド 1 ppm

処理されたバイオソリッドバイアルにおいて、同定された種は以下の通りであった：
ジメチルスルフィド 1 ppm

いずれのバイアルも何週間ものあいだ定期的に分析して、無処理バイオソリッドバイアルは臭いのある種を産生し続けたが、処理したバイオソリッドバイアルは、実質的に無臭である低レベルのジメチルスルフィド種のみを含んだ。無処理バイオソリッドは、硫化水素、メルカプタン、およびチオールの臭いと一致した特徴的な臭いを放出したが、処理したバイオソリッドはほぼ無臭であることが客観的に観察された。

この実験は、汚水からの臭い物質の除去、および処理したバイオソリッドおよび汚水処理排水のエージングに伴う臭いの発生の阻害におけるBauxsol（商標）の効果を示している。

実施例5：リンおよび浮遊固体を含む汚水の予備プラント処理
技法
13 mg/Lリンを含むpH 7.65の生下水1000リットルを以下の順序で処理した：
1．100 mg/L Bauxsol（商標）を添加する。
2．10分後、100 mg/L塩化第二鉄（FeCl₃・6H₂O）、30 mg/L硫酸第一鉄（FeSO₄・7H₂O）、および5 mg/L硫酸第二鉄（Fe₂(SO₄)₃・9H₂O）（これはP沈殿のための化学量論的必要量の約1.2倍である）を添加する。
3．2時間沈降させる。
4．回収する。

このプロセスによって残留リン濃度＜0.07 mg/Lが得られ、浮遊した固体はほぼ瞬間的に凝集して、急速に沈降することが認められた。

このプロセスは、商業的操作に一貫するように工業銘柄（Technical grade）の化学物質によって行い、技法によって最小の化学量論的金属イオン必要量またはその近傍で最小理論的残留リンに近い値が得られること、および浮遊固体の物理特性が有益に改変されることを示している。

実施例6：リンおよび浮遊固体を含む部分的処理汚水の予備プラント処理
技法
5.55 mg/Lリンを含むBNR処理後二次清澄化からの処理水オーバーフロー1000リットルを以下の順序で処理した：
1．50 mg/L Bauxsol（商標）を添加する。
2．10分後、50 mg/Lの塩化第二鉄90％（P沈殿に要する化学量論的必要量の1.5倍）を加える。
3．2時間沈降させる。
4．回収する。

プロセスによって、残留リン濃度＜0.07 mg/Lが得られた。

このプロセスは、商業的操作に一貫するように工業銘柄の化学物質によって行い、技法によって、最小の化学量論的金属イオン必要量またはその近傍で最小理論的残留リンに近い値が得られることを示している。

実施例7：リンイオンを含む水に関する汚泥容積の実験室規模の測定
技法
メスシリンダーにおいてリン酸塩溶液200 mLに、不溶性のリン酸第二鉄化合物としてリンが完全に沈殿するために必要なほぼ化学量論的な量の塩化第二鉄溶液を加えた。沈殿したリン酸第二鉄および水酸化物の汚泥容積を、沈殿剤を加えた10、30、および60分後に測定した。上記の実験は、塩化第二鉄を加える10分前に50 mg/L のBauxsol（商標）を加えることによって同時に同じ実験を行った。

結果を表3に示す。

（表３）

対象領域において（化学量論的イオンの1.0〜1.5倍の添加）Bauxsol（商標）の存在が、初回汚泥容積を40〜50％減少させ、同様に初回の沈降速度の増加を増加させることが認められうる。

実施例8：バイオソリッドの臭いおよび保存試験
処理および無処理バイオケークをいずれも開放型容器および閉鎖容器において数週間保存して、その臭いを定期的に比較した。「処理したバイオケーク」とは、乾燥固体に基づいてBauxsol（商標）添加剤を重量で25％混合されているバイオケークを意味する。定性的な臭いのレベルは、観察者3人によって主観的に測定した。

・密封容器において保存した処理および無処理バイオケークの場合、無処理バイオケークの臭いは、強く不愉快であることが判明したが、処理したバイオソリッドからの臭いは「検出可能であるが、不快ではない」と評価された。二つの試料の臭いと構造の肉眼的な差も同様に記入した。
・開放型容器において保存したバイオケークは、臭いに最も大きい差を示した。無処理バイオケークは、非常に強い、不愉快な「腐敗した下水」の臭いを発したが、処理したバイオケークの臭いは、「湿った土」のようであると記述され、観察者からの異議はなかった。3週間後であっても、処理したバイオソリッドから深いな臭いはなかった。
・処理したバイオケークは、農業における廃棄および再利用に関するNew South Wales EPAガイドラインを満たすることが示された。

実施例9：大規模かさ密度および濾過性試験
1000 Lのプラスチック容器2個を用いて、ベルトプレスの前にバイオソリッドの乾燥重量の25％に相当する割合で、バイオソリッドの流れにBauxsol（商標）を分散させた。濾過の前の高分子電解質の添加速度は、1.0〜13.7 mL/Lの範囲で多様であり（このプラントの典型的な速度は13.7 mL/Lである）、処理したバイオソリッドはベルトプレスにおいて脱水され、堆肥化試験のために回収して除去した（実施例4を参照されたい）。重力ベルトのベルト速度および張力は、最適な使用のために調節した。

高分子電解質5.0 mL/Lでは、脱水は、5 mL/Lではなくて13.7 mL/Lの高分子電解質によって行ったBauxsol（商標）の非存在下で得られたものと同一であるように思われた。6.0 mL/L高分子電解質では、バイオケークの最大固体含有量（14.2％）が得られた。7.25 mL/L（無処理操作用量の53％）では、バイオケークの構造は、主観的に最適であると判断された。

得られたバイオケークは、異なる構造を有したが（Bauxsol（商標）の非存在下で産生されたバイオケークよりスポンジ状である）、不愉快な臭いを発しなかった。試験は、処理されるバイオソリッド液の全量415キロリットルについて全日継続した。バイオケークの％固体は、無処理バイオケーク固体の10.5％と比較して14％であると計算された。

もう一つの類似の試験において、処理したバイオケークは、トラックにおいて約50度の角度で「立ち上がって」おり、このことは都合のよいより高い充填密度を示している。この第二の試験において、全体で494キロリットルのバイオソリッド液を、得られた14.2％の割合の固体によって処理した。

実施例10：堆肥化試験
試験を行った施設において、バイオケークは通常、トラックによって市の処理プラントから移送され、そこでフロントエンドローダーを用いて移入された植物廃棄物と重量で1：4の比率で混合される。次に、ウィンドローにおいて、堆肥化を助けるために定期的にひっくり返しながら、11〜14週間堆肥化させ、最終的な産物を市の公園用地において用いる。

試験に関して、実施例9からのバイオケークを二つの山に積み上げて植物廃棄物と1：1および1：3の比率で混合した。積み重ねた山を定期的にひっくり返してローダーのオペレータが観察を記録した。

1：1および1：3の山はいずれも良好に立ち上がって、たわんだり倒れたりしなかった。6日後、1：1の山は効率よく堆肥を形成していないという合意に達し、より多くの植物廃棄物を加えて1：2.25の混合物にした。その後24時間以内に十分な高温に達した。重機によるプラント装置によって移動させるあいだ、蒸気の大きい雲が二つの山から放出された。温度は、堆肥化プロセスのあいだ、標準的な熱電対プローブを利用して測定し、65℃を超える平均温度で75℃を超えることが示された。雨が降ってもいずれの積み上げた山からの浸出も認めず、プロセスを通して検出された臭いは最小であった。

10日後、1：2.25（最初は1：1）の山は、遅くなっているように思われたことから、乾燥おがくずを加えて、バイオケーク対植物廃棄物の比率を1：2.5に増加させたところ、これによって温度は49℃に上昇し、山は堆肥化を続けた。

2週間後、双方の山は不快な臭いを発することなく60℃を超えた。二つの山の色は暗いチョコレートブラウンであった。

7週間後、処理したバイオソリッド／植物廃棄物混合物のpHは7〜8であり、内部温度の平均値は50℃またはそれ未満であり、堆肥化プロセスは完全で、産物は使用できるように思われた。

試験は、Bauxsol（商標）の存在下では以下のことを示した：
・堆肥化速度は顕著に増加して、産生期間は11〜14週間から7週間に短縮された。
・堆肥化する塊の温度は24時間以内に75℃を超えて、平均で65℃であった（この温度は病原体を破壊するために必要な通常の殺菌温度を超えている）。
・満足のゆく産物を生成するために必要なバイオケーク対炭素質廃棄物（植物廃棄物）の比は、1：4〜1：2.25であった。

実施例11：堆肥の臭いおよび保存試験
バイオソリッド液500 リットルを、固体の乾燥重量の25％の量のBauxsol（商標）添加剤および高分子電解質の通常の量の半分と共にプラスチック容器に入れた。溶液を攪拌して30分間放置した。

処理したバイオソリッドをベルトプレスに載せて脱水した。得られたバイオケークを回収して、密封可能な蓋付きの200リットルの黒いプラスチックドラム2個に、地域の公共チップからの植物廃棄物と共に1：1および1：3の比率で入れた。

標準化および対照比較のために、無処理バイオソリッド（すなわちBauxsol（商標）を添加していない）を用いて同一の実験を行った。

ドラムは全て陽の当たる場所に置いて、水をかけて、転がして、1ヶ月間毎日臭いを主観的に調べた。

処理したバイオケークを含むドラムは、無処理バイオソリッドと比較して一貫して低い臭いを示し、無処理材料より小さい容積に堆肥化された。3ヶ月後、堆肥化試験において処理したバイオソリッドのいずれも如何なる不快な臭いまたは漏出も示さなかった。

実施例12：堆肥の水保持
Bauxsol（商標）処理および無処理バイオソリッドから産生された堆肥および市販の鉢植え用混合物の水保持能を以下に従って決定した：

各材料1000 gをはかり取り、250 mmの四角い乾燥用トレーに薄く広げて、一定重量に達するまで105℃のオーブンで乾燥させた。結果を表4に示す。

（表４）

鉢植え用混合物材料は、肉眼的に目の粗い砂材料を含み、非常にもろく、容易に分離し、このため乾燥条件で水を急速に失った。無処理バイオソリッドからの堆肥は、目の細かい密に充填された材料のように見える処理したバイオソリッドからの堆肥と比較して目が粗かった。

Bauxsol（商標）処理バイオソリッドから産生された堆肥は、無処理堆肥より3倍長く、および市販の園芸ポット用混合土より12倍長く重度の乾燥条件で水分を保持した。

Claims

処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、（a）固体の沈降速度、（b）固体のかさ密度、および（c）固体の濾過性の少なくとも一つを増強するために十分な量の処理物質を汚水に添加する段階を含む、浮遊固体を含む汚水を処理するためのプロセス。
以下の段階を含む、溶存リン含有種を含む水における、溶存リン含有種の濃度を減少させるプロセス：
（a）ある量の処理物質を該水に分散させる段階；
（b）少なくとも一つの金属のリン含有化合物を、少なくとも部分的に沈殿させるために十分な量の、少なくとも一つの金属イオンを該水に添加する段階；および
（c）処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、該水に存在する固体をそこから除去して処理水を産生する段階。
段階（b）において金属イオンが鉄、アルミニウム、およびカルシウム、またはその混合物からなる群より選択される、請求項2記載のプロセス。
段階（b）において金属イオンが鉄である、請求項2記載のプロセス。
鉄において、金属イオンが第二鉄もしくは第一鉄、または両者の混合物である、請求項3記載のプロセス。
除去段階（c）が、沈殿したリン含有化合物および存在する任意の他の固体の沈降によって、ふさわしくは上清の水が清澄になるまで進行する、請求項2記載のプロセス。
一つまたは複数の凝集剤が添加される、請求項6記載のプロセス。
プロセスが、段階（b）の前に水のpHを調節するさらなる段階を含む、請求項2〜7のいずれか一項記載のプロセス。
調節されたpHが約6.5〜7.5の範囲である、請求項8記載のプロセス。
プロセスが、任意の溶解性のリン含有水に適用される、請求項2〜9のいずれか一項記載のプロセス。
水が、淡水の受容体に排出される、請求項1〜10のいずれか一項記載のプロセス。
プロセスがさらに、汚水に高分子電解質を添加することを含む、請求項1〜11のいずれか一項記載のプロセス。
高分子電解質が、ポリアクリルアミド、加水分解されたポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、およびポリアクリル酸コポリマーからなる群より選択される、請求項12記載のプロセス。
高分子電解質がポリアミンである、請求項12記載のプロセス。
ポリアミンが、ポリビニルアミン、ポリエチレンアミン、ポリビニルピリジン、ポリビニルピペリジン、ポリビニルピロリドン、およびその四級（quaternized）誘導体からなる群より選択される、請求項14記載のプロセス。
プロセスがさらに濾過助剤を用いることを含む、請求項1〜15のいずれか一項記載のプロセス。
濾過助剤が珪藻土である、請求項16記載のプロセス。
処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、材料の臭いを減少させるために有効な量の処理物質を該材料に添加する段階を含む、一つまたは複数の硫黄含有物質の存在による臭いを有する材料の臭いを減少させるプロセス。
処理物質が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される、材料における臭いの発生を阻害するために有効な量の処理物質を該材料に添加することを含む、一つまたは複数の硫黄含有物質による臭いを材料が発生させる傾向を減少させるプロセス。
材料が下水、汚泥、または堆肥からなる群より選択される、請求項18または19記載のプロセス。
臭いが微生物によって産生される、請求項19記載のプロセス。
処理物質の量が材料の重量の少なくとも5％である、請求項18〜21のいずれか一項に記載のプロセス。
処理物質の量が材料の重量の10〜50％のあいだである、請求項22記載のプロセス。
処理物質の量が材料の重量の約25％である、請求項22記載のプロセス。
堆肥化可能な材料と微生物を含む材料との混合物が、（i）赤泥として知られるボーキサイト精錬残渣、および（ii）その重量の5倍量の水と混合した場合に反応pH 10.5未満を有するようにカルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥、からなる群より選択される処理物質をさらに含む、堆肥化可能な材料と微生物を含む材料のある量とを混合して、微生物が堆肥化可能な材料を堆肥に変換させる、堆肥化プロセス。
処理物質の量が堆肥化可能な材料の重量の2〜20％である、請求項25記載のプロセス。
処理物質の量が堆肥化可能な材料の重量の約7％である、請求項25記載のプロセス。
微生物を含む材料および処理物質が同時に添加される、請求項25記載のプロセス。
微生物を含む材料および処理物質が、請求項1〜17のいずれか一項記載のプロセスによって下水から分離された汚泥の形で同時に添加される、請求項25記載のプロセス。
微生物を含む材料および処理物質が、請求項18〜24のいずれか一項に記載のプロセスによって処理された材料の形で同時に添加される、請求項25記載のプロセス。
処理物質の量が総固体重量の約25％である、請求項29または30記載のプロセス。
微生物を含む材料が、肥料、浚渫土、腐敗したゴミ、ミミズの糞、腐葉土、腐植土および活性壌土からなる群より選択される、請求項25記載のプロセス。
カルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥が、その重量の5倍量の水と混合した場合に、反応pH 8.0〜10.5を有する、請求項1〜32のいずれか一項記載のプロセス。
カルシウムおよび／またはマグネシウムイオンと少なくとも部分的に反応している赤泥が、その重量の5倍量の水と混合した場合に、反応pH 8.0〜10.5を有する、請求項2記載のプロセス。
処理物質がBauxsol（商標）である、請求項1〜34のいずれか一項記載のプロセス。