JP2008501508A - 汚泥処理プロセス - Google Patents

Abstract

病原体を死滅させるためのバイオソリッドの処理において二酸化塩素および亜硝酸または他の非帯電性化学種を利用する方法が提供される。本方法では、二酸化塩素を使用することで基質のＯＲＰや４．０未満のｐＨに至るまでの汚泥（バイオソリッド）の酸性化が調整され、かつ消毒の促進のために閉鎖系内で亜硝酸の添加を行うことで揮発が防止される。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００４年６月１日出願の米国仮特許出願第６０／５７５，３６０号明細書の優先権を主張するものである。この出願はその全体が参照により本明細書中に援用される。

本発明は、都市排水または農業排水処理に関し、より詳細には、二酸化塩素と、蠕虫卵（回虫）に浸透することが知られている非帯電性化学種との組み合わせを利用することによって病原体の低下および安定化が達成されるバイオソリッド（biosolids）処理の改善された方法に関する。

排水処理では、汚泥生成物が生成される。生成されるバイオソリッドが土壌改良として栄養価値を含有し、かつ土壌施用によって処分されるように、固形物中の病原体数を低減し、かつ病原体を他の場所に輸送可能な媒介体（鳥、ハエ、動物）のその誘引を低下させる必要がある。病原体の低減に関するこの問題は、極めて多くの記事における主題となっている。

「Ｓｌｕｄｇｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ」という表題の特許文献１では、液状廃棄物を処理する方法または汚泥成分を含みかつ汚泥の処理もしくは安定化を促進するプロセス流れについて記載している。汚泥は、酸素が豊富な環境下で４．０未満のｐＨにまで酸性化される。亜硝酸が揮発によってチャンバから失われることがないように、亜硝酸濃度が十分に高く維持されることで密閉チャンバ内の病原体が死滅する。特許文献１は、参照により本明細書中に援用される。

「Ｓｅｗａｇｅ Ｓｌｕｄｇｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｗｉｔｈ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ」という表題の特許文献２は、高圧容器内で下水汚泥を処理するための装置に関し、同高圧容器内では、酸素が豊富な気体を下水汚泥中に注入し、次いで汚泥と酸素が豊富な気体の混合物を、酸素が豊富な大気とのさらなる相互作用のために高圧容器上部に分散させることによって汚泥が酸化される。酸素が豊富な気体は、同気体の混合気体への送達、汚泥の混合、および集合体の分散によって下水汚泥中に注入される。この特許は、６０ｐｓｉの圧力での２００〜３００ｐｐｍ（パーツパーミリオン）の酸素および３０〜９０分間にわたる３．０％〜６．０％のオゾンを含有する純粋な酸素流れの存在下で、汚泥を２．５〜３．５のｐＨに酸性化することによって都市汚泥を安定化させるためのプロセスを教示している。同プロセスはウイルスおよび回虫卵に対して無効である。これらのデータは、細菌のみに対して充足されるＰＳＲＰおよびＰＦＲＰといった不活化基準（ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉａ）を示す。これにより、特許文献２はその全体が参照により本明細書中に援用される。
米国特許第５，２８１，３４１号明細書 米国特許第４，９３６，９８３号明細書

都市および農業廃棄物の消毒ならびに安定化に関する問題は全世界的なものである。本発明は、この物質の処理を自治体および農業活動の両方において実用化することを目的として既知の方法を凌駕する著しい性能および経済的利点をもたらす方法を教示する。

課題を解決するための方法

本発明は、液状廃棄物を処理する改善された方法または汚泥成分を含みかつ汚泥の消毒および安定化を促進するプロセス流れを提供する。

二酸化塩素は効力のある酸化剤および効力のある生物致死剤であることが知られている（参照）。バイオソリッドの消毒に対する試験では、二酸化塩素単独によって細菌およびウイルスの不活化が可能である一方、１０００ｐｐｍに相当する高濃度でも回虫卵を不活化できないことが発見された（参照）。

非帯電性化学種は、特定の条件下で回虫卵の殻に浸透可能であることが知られている（参照）。米国特許第４，９３６，９８３号明細書は、閉鎖系内では４００ｍｇ／Ｌを超える濃度の亜硝酸によってバイオソリッド中の回虫の不活化が可能であることを教示している。

混合物のｐＨおよび／またはＯＲＰを制御することにより、廃棄物流れ中の非イオン性または非帯電性の化学種を維持することが可能である。米国特許第４，９３６，９８３号明細書では、ＯＲＰ制御に対するオゾンの使用について教示され、亜硝酸が回虫の不活化に対する浸透剤として使用される。

意外なことに、二酸化塩素はこの目的にとってオゾンを上回る予想外の多数の利点を有することが見出されている。オゾンは二酸化塩素よりも強力な酸化剤である一方、二酸化塩素は、より特異的な酸化剤であり、細菌、ウイルス、および回虫卵の不活化を可能にするだけの十分に長い時間にわたって汚泥試料のＯＲＰを上昇させかつ維持することが可能である。

一実施形態では、本発明は、二酸化塩素の使用によって汚泥中のＯＲＰを制御することに関することから、非帯電性化学種により、ならびに消毒剤としての二酸化塩素自体の性能を通じて消毒性能を増強させる。二酸化塩素は、最終生成物の安定性を高めるというさらなる利点を有する。

本発明は、バイオソリッド、特に農業または都市のバイオソリッドに対する処理および／または消毒を行うための新たな方法を対象とする。一実施形態において、本方法ではバイオソリッドを消毒しかつ安定化するのに二酸化塩素および非帯電性化学種が使用される。安定化された汚泥とは、一般に、臭気を生成しかつ連続的分解を行う能力が低下した汚泥、ならびに揮発性固形物の低減または他の許容できる方法によって実証される、媒介体（病原体を機構学的もしくは生物学的に送達可能な任意の生きた生物）に対する誘引が低下した汚泥を示す。

本発明の一実施形態は、酸、例えば重硫酸ナトリウムを添加することで非帯電性化学種が優勢である、すなわち帯電化学種よりも優勢である特異点まで汚泥のｐＨを低下させることを目的とする。

好ましい実施形態では、密閉容器（タンクもしくはパイプ）内で酸の添加が行われることで、放出された気体が消毒を目的とする系内に残存する。汚泥が酸性化される場合、同容器は気体の揮発によって生じる圧力に耐えることが可能でなければならない。本発明の好ましい実施形態では、同容器は少なくとも１５ｐｓｉｇに至るまで耐えることが可能でなければならない。予備生成された二酸化塩素のいずれかを基質内に注入することによって二酸化塩素が添加される。病原体の破壊を可能にするのに、十分な接触時間が設けられる。

好ましい方法では、処分により適する範囲まで処理した後、消毒され安定化されたバイオソリッドのｐＨを調整してもよい。

好ましい実施形態では、処理流れのＯＲＰがリアルタイムで監視されることで、ＣｌＯ_２の適切な濃度を維持するのに必要な投入量が決定される。

好ましい方法では、生成される非帯電性化学種は亜硝酸であるが、アンモニア、硫化水素、または他の非帯電性化学種も使用可能である。

好ましい方法では、汚泥はｐＨが２．５〜３．５になるまで酸性化される。亜硝酸濃度は４００ｐｐｍよりも大きい必要があり、病原体は約２〜１２時間以内に死滅する。汚泥のＯＲＰは＋２００〜＋６００ｍＶに維持される。好ましい方法では、廃棄物流れの固形物濃度は７％未満の浮遊固形物である。さらに、亜硝酸濃度は１５００ｍｇ／Ｌを超え、病原体は４時間以内に死滅する。

本プロセスの開示された実施形態では、クラスＡの消毒／安定化されたバイオソリッドを４時間以内に生成することが可能である。このプロセスは、クラスＡのバイオソリッド生成物を生成する消毒／安定化され、濃縮されたバイオソリッドを生成する。同プロセスでは、亜硝酸／重硫酸ナトリウムを利用する低いｐＨ（例えば２〜３）が使用されることで消毒と安定化の両方が行われる。同プロセスの制御要素は、亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）の酸化ポテンシャル辺りを基準とする。酸性環境下では、この酸化反応は同プロセスを通して供給される残留したバイオソリッドに適用される。重硫酸ナトリウム溶液を液体バイオソリッド中に投入すると同時に亜硝酸塩を亜硝酸ナトリウム溶液の形態で投入することによって酸性条件が得られる。塩素化された混合酸化剤（亜塩素酸塩−次亜塩素酸塩／二酸化塩素）を利用することでＯＲＰが制御される。次いで、これらはバッチ式反応器容器内で約３０〜１２０分間にわたって共に混合され、そこで病原生物が不活化される。

１９９０年代前半、チュラン（Ｔｕｌａｎｅ）は主な実験室および実地での試験を行うことで、強力かつ実行可能な亜硝酸消毒プロセスを創出した。「Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｒｅｓｉｄｕａｌｓ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ」という表題のＰｒａｃｔｉｃｅ ＦＤ−９のＷＥＦ Ｍａｎｕａｌ。

Ｔｕｌａｎｅプロセスでは、未加工のまたは準安定化されたバイオソリッドの消毒が可能である。同プロセスは一般に濃縮されたバイオソリッドを用いてより経済的であるが、固形物が増大するにつれて亜硝酸の必要量が増大する。次いで、ＯＲＰが＋４００〜５００ｍｖであるように濃縮されたバイオソリッドがオゾン処理され、ｐＨは２．５〜３．０である必要がある。オゾン処理／酸性化ステップには約３０分を要する。亜硝酸が１２００ｍｇ／ｌを超える濃度になるまで亜硝酸塩が添加され、この濃度は２時間を超えて保持される。ウイルスおよび蠕虫卵の不活化を保証するのにこの暴露時間は必要である。消毒されると、バイオソリッドが３つの方法すなわち中温コンポスト化（Ｍｅｓｏｐｈｉｌｉｃ ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ）、アルカリ安定化、およびヘッドドライイング（Ｈｅａｄ ｄｒｙｉｎｇ）からのペレット化（固形物含有量＞９０％）のうちの一方法によって安定化される。

チュラン（Ｔｕｌａｎｅ）による最近の研究では、酸が熱力学的に安定である（すなわちＯＲＰが３００〜５００ｍｖの範囲内である）限り、時間（Ｈ）、浮遊固形物濃度および亜硝酸の初期投入量の関数である、回虫卵を不活化するのに必要な亜硝酸の濃度を決定するための２つの予測モデルが作成された。亜硝酸のｐＫａは３．３５であるが故に、ｐＨは亜硝酸が優勢になる２．５〜３．０の範囲内になければならない。チュラン（Ｔｕｌａｎｅ）による研究から以下の２つの公式が得られた。

残存する亜硝酸＝−２５０−６．７３５（Ｔ）＋６８．５４（％ＴＳＳ）＋０．６×初期濃度
（ＨＮＯ_３としてｍｇ／ｌで） （ＨＮＯ_３としてｍｇ／ｌで）
１．亜硝酸＝３７．１６（ＰＦＲＰに達するまでの時間（Ｈ））^{−０．５４６３}
２．残存
３．（ｍｇ／ｌ中）

これら２つの方程式から、寄生虫の不活化に対する所要時間が求められる。亜硝酸の水中での不安定性に起因して明らかにその一部が経時的に崩壊する。図１〜７はこれらの現象について説明する。

ＯＲＰの制御
酸−酸素−オゾンステップにおいて、オゾンを再循環ポンプ内の汚泥と混合することで、ＯＲＰが４５０〜５２０ｍｖの範囲に上昇しかつ安定化した。ノースカロライナ大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）、Ｃｈａｐｅｌ Ｈｉｌｌでの試験では、オゾン処理のみによって微生物密度を見事に低減することが可能であることが示される。２０〜３０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ３．０のオゾンによって少なくとも２時間かけて汚泥が導入された場合、糞便大腸菌が検出不能なレベルまで低下され、かつ灰白炎ウイルスは少なくとも９０％不活化された。しかし、このプロセスにてオゾンのみが使用される場合、ウエルシュ菌（Ｃ．ｐｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓ）の胞子（すなわち回虫卵）の不活化は有効ではなかった。本発明の別の実施形態では、同様にして亜塩素酸塩、二酸化塩素および次亜塩素酸によってＯＲＰが制御される。

亜硝酸処理
回虫卵は酸性化−オキシジェネレーション（ｏｘｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）−オゾン処理の安定化プロセスに対して著しい抵抗性を示したが、それに続く亜硝酸塩の汚泥への添加によって不活化された。亜硝酸塩の供給源として亜硝酸ナトリウムが使用された。

開放系
曲線適合プログラムの使用によって不活化／添加量の曲線が得られた。これらの指数関数曲線によると、投入量の増加が不活化の改善をもたらすように見られた。汚泥が含むＴＳＳ濃度を高めるのに、亜硝酸ナトリウム投入量を高める必要があった。異なる亜硝酸ナトリウム投入量に対し、各ＴＳＳ濃度における不活化率はわずかに変化したにすぎなかった（図１）。適合曲線における回帰係数（ｒ^２）は０．９１〜０．９９の範囲であり、これは作成された指数関数方程式が実験データにおける変動の９１〜９９％を説明することを示す。

同一のＴＳＳ濃度下で、亜硝酸ナトリウムの添加を増大させることで残存する亜硝酸濃度が増加した。最初の４時間内に、同濃度が急な低下を示した後、次の１８時間にわたって濃度が徐々に低下した。この結果は、亜硝酸塩は速やかに酸化されるかまたは迅速な混合段階の間の最初の数時間以内に揮発される可能性があることを示す。亜硝酸塩の初期濃度、残存する亜硝酸塩濃度、および時間に関する回帰分析によると、時間と残存する亜硝酸濃度の間に０．０５の有意レベルでの有意な相互作用がないことが示された。この結果は、バイオメディカルデータプロセッサ（ＢＭＤＰ）用コンピュータソフトウェアを用いる反復測定（２Ｖ）技術における分散の解析によって得られた。

次に、ＴＳＳと汚泥中に残存する亜硝酸の間の関係が検討された。実験室報告から得られたデータによると、２４時間後に亜硝酸ナトリウム投入量５００ｍｇ／Ｌが１５０〜２５０ｍｇ／Ｌに低下したことが示された。亜硝酸ナトリウムの初期投入量を１０００ｍｇ／Ｌまたは１５００ｍｇ／Ｌにすることで、２４時間後には残存する同亜硝酸ナトリウム濃度は３５０〜４５０ｍｇ／Ｌになった。これは、汚泥中の残存する亜硝酸ナトリウム濃度が２４時間後に約３５０〜４５０ｍｇ／Ｌに制限され、開放系では導入されたこれより高い任意の濃度が揮発されることを示唆している。

亜硝酸塩の初期添加濃度が５００ｍｇ／Ｌの時（図２）、ＴＳＳ濃度と残存する亜硝酸の間に統計学的に有意な関係が示された。１２時間の保持時間が経過した後、２．８％のＴＳＳを含む汚泥が有する残存する亜硝酸の濃度は約２００ｍｇ／Ｌであった。１２時間の保持時間が経過した後、５％のＴＳＳ汚泥と７％のＴＳＳ汚泥の両方が有する残存する亜硝酸濃度は約３００ｍｇ／Ｌであった。亜硝酸塩の添加を１０００ｍｇ／Ｌまたは１５００ｍｇ／Ｌにしても（図３および図４）、ＴＳＳと残存する亜硝酸の間に、ｐ＜０．０５の有意レベルでの有意な関係は全く認められなかった。実地試験では同様の結果が認められた。^２

閉鎖系
ＴＳＳの消毒に対する作用をＰＦＲＰ基準に対して考察するため、２つの異なるＴＳＳ濃度（３．０２％と５．５４％のＴＳＳ）を有する汚泥が試験された。３．０２％のＴＳＳを有する汚泥は、表１に示される如く、ある初期ＮＯ_２ ⁻投入量レベルで２時間以内にＰＦＲＰに達した。時間、ＴＳＳおよび初期投入量のすべてが、残存する亜硝酸濃度に対してｐ＜０．０５の有意レベルで有意な作用を示した。

異なるＴＳＳ濃度でＰＦＲＰ基準に達するのに必要な残存する亜硝酸のデータを用いることで、開放系と閉鎖系の両方を用いた実験から得られたデータを使用した方程式２の予測モデルが作成された（図５）。汚泥におけるＨＮＯ_２の投入量レベルを異なるＴＳＳ濃度と比較するために、各単位がｍｇ／Ｌからｍｇ／ｇに変換された。方程式２から算出された必要とされる残存量を方程式１の中に組み込むことで、いずれかの滞留時間またはＴＳＳ濃度でＰＦＲＰ基準に達するのに必要な初期ＮＯ_２ ⁻投入量が決定された。方程式２を用いると、残存するＨＮＯ_２量が少なくとも２５．４６ｍｇ／ｇである場合、２時間以内にＰＦＲＰに到達可能であると予測される（表２）。それは１３０７ｍｇ／Ｌ〜２５３２．５８ｍｇ／Ｌの初期投入量によって生じたことで、残存する亜硝酸量は３％〜７％のＴＳＳ濃度に対して７６４ｍｇ／Ｌ〜１７８２．７ｍｇ／Ｌになるであろう（表３）（図６）。

ＯＲＰデータ
実験室での試験では、不活化回虫卵におけるＯＲＰ−ｐＨ範囲は、ｐＨ範囲が２．７〜３．０でかつＯＲＰ範囲が０．４８０〜０．５９０ｍｖであった。実地試験では、ｐＨが３未満かつＯＲＰが４９０〜４５０ｍｖの範囲内である場合、それが認められ、ＯＲＰが＋５２０ｍｖよりも大きい場合、亜硝酸が熱力学的に不安定であることから病原体の不活化は生じなかった（図７）。

ＯＲＰおよびｐＨ
ＯＲＰおよびｐＨの制限は、窒素消毒の成否を決める最も重要な因子である。その条件が厳しい理由は、水性亜硝酸が液体系における極めて小さいＯＲＰ範囲内（図７）に限って存在するからである。Ｎ_２が酸化還元活性を示さない場合の窒素におけるＯＲＰ−ｐＨ勢力図は、以下の関数によって与えられる線から構成される（図２）。

付加される境界線は、ＨＮＯ_２ ⁻におけるｐＨ＝ｐＫ（式中、ｐＨ＝３．０）およびｐＨ＝ｐＫ＝９．３（ＮＨ_３−ＮＨ_４の場合）である。ｐＨ＜３．０ではＨＮＯ_２がＮ（ＩＩＩ）基における主要な種であり、ｐＨ＞３．０ではＮＯ_２ ⁻がＮ（ＩＩＩ）基における主要な種であろう。ｐＨ＜９．３ではＮＨ_４ ^＋がＮ（−ＩＩＩ）基における主要な種であり、ｐＨ＞９．３ではＮＨ_３がＮ（−ＩＩＩ）基における主要な種であろう。

このＯＲＰ−ｐＨ図は、Ｎ_２が酸化還元活性を示さない場合の窒素種に対応する。しかし実際の環境では、バイオソリッドのイオン強度および活性係数などの他の因子が検討される必要がある。

ＯＲＰ
ＯＲＰデータは、都市の下水道汚泥中の亜硝酸には安定性範囲があることを示す。上限および下限は定まっていないが、有効な不活化が生じる場合の範囲が観察されている。この観察の重要性は、亜硝酸塩量が不活化にとって有効なＯＲＰ範囲内で低下する場合の範囲までＯＲＰを上昇させるための酸による酸化ステップに対する必要性を示す。ｐＨおよびＯＲＰ（ＯＲＰ＝−０．０５９ｌｏｇ［ｅ−］）の観点からの窒素種の形成（図７）は、ｐＨおよびＯＲＰに関するこの潜在的現象について図示している。この図は、Ｎ_２が酸化還元活性を示さない場合の、２５℃／１ａｔｍでの水性窒素に対するＯＲＰ−ｐＨ図について説明する。しかし、活性の変更については考慮されるべきであり、必要に応じ、特定の場合での亜硝酸に対して安定性が低下したＯＲＰ−ｐＨ範囲が提示されることになる。実験室での試験では、年数を経た汚泥のＯＲＰは４８０〜５９０ｍｖの範囲内であった。実地試験では、２．６のｐＨ下でＯＲＰが＋５２０ｍｖよりも大きい場合には病原体の不活化が生じないことが認められた。実地試験においてＯＲＰの安定性範囲がこのように低下する理由は、バイオソリッド（１０モルを超える溶液）のイオン強度が高いことに関係している。

ヘンリーの法則：Ｐ_ｇ＝Ｈ×Ｘ_ｇ
Ｐ_ｇ＝１気圧下での気体分圧
Ｈ＝ヘンリー定数（温度上昇とともに増加）
Ｘ_ｇ＝溶存気体の平衡モル分率＝気体（すなわち亜硝酸）のモル
ａ．大気のモル＋気体のモル（すなわち
ｂ．亜硝酸）

この場合、亜硝酸の存在はｐＨおよびＯＲＰの厳密な条件に依存する。亜硝酸は少量の系内にのみ存在する。さらに半閉鎖的で静的な充填系では、亜硝酸は７０〜１８％揮発する。それは亜硝酸の非帯電性の気体形態は回虫卵と接触可能になる前に系から揮発することを意味する。たとえ亜硝酸の初期投入量が１５００ｍｇ／Ｌに相当する場合でも亜硝酸の分圧が小さすぎることから、残存する亜硝酸は５００ｍｇ／Ｌ未満である。これは閉鎖系内では溶存した亜硝酸気体が揮発しないことを意味する。

他方、亜硝酸気体の分圧は３０〜０％揮発した開放系の場合よりも明らかに高めである。亜硝酸気体の放出が低下することから、溶存した窒素気体が１５００ｍｇ／Ｌを超える濃度まで上昇する。これらの高濃度の溶解性の亜硝酸を得ることにより、ＰＦＲＰの消毒が２時間以内に実現できる。温度の上昇に伴いヘンリー定数が増加することから、高温化や、ｐＨおよびＯＲＰの制御を組み合わせることで、消毒における暴露時間が短縮される結果になることは許容範囲にある。

都市のバイオソリッドに対する酸消毒プロセスの開発
Ｓｙｎｏｘプロセスが開発され、それからＰＦＲＰの階級が得られた（表１０）。１９９０年代前半には、同プロセスに対して以下に示される運転条件が推奨された。

本プロセスのＳｙｎｏｘプロセスからの変更については、亜塩素酸塩および次亜塩素酸（または二酸化塩素）と代えて使用したゾーンである。３〜５ｇ／Ｌを必要としたオゾン酸化剤は非常に高価であった。塩素系の混合酸化剤の利用により、ＯＲＰは極めて反応性に富むオゾンの場合よりもはるかに少ない酸化剤および費用で制御される。

表５〜９は、開放系内および閉鎖系内でのＯＲＰレベルに対する塩素系の混合酸化剤を示す。

表５：開放系^＊内のＮａＨＳＯ_４対ＯＲＰ

^＊２００ｍＬの嫌気性汚泥、初期ｐＨ＝７．９１；同時に両方の溶液が添加された。

表６：開放系^＊内のＣｌＯ_２対ＯＲＰ

^＊２００ｍＬの嫌気性汚泥、初期ｐＨ＝２．７；同時に両方の溶液が添加された。

表７：開放系^＊内のＮａＯＣｌ対ＯＲＰ

^＊２００ｍＬの嫌気性汚泥、初期ｐＨ＝２．０、ＮａＯＣｌ、次いでＮａＣｌＯ_２を添加し；温度が２３℃から２６．３℃に上昇した。

表８：開放系^＊内のＮａＣｌＯ_２対ＯＲＰ

^＊２００ｍＬの嫌気性汚泥、初期ｐＨ＝２．０１、ＮａＣｌＯ_２、次いでＮａＯＣｌを添加し；温度が２３℃から２６．３℃に上昇した。

表９：閉鎖系下でのＯＲＰ対時間

^＊１５０ｍＬの嫌気性汚泥；ＮａＣｌＯ_２１．５ｍＬ＋ＮａＯＣｌ１．５ｍＬ
^＊＊１５０ｍＬの嫌気性汚泥；ＮａＣｌＯ_２１ｍＬ＋ＮａＯＣｌ１ｍＬ
^＊＊＊１５０ｍＬの好気性汚泥；ＮａＣｌＯ_２１．５ｍＬ＋ＮａＯＣｌ１ｍＬ

１９８０年代後半に、チュラン（Ｔｕｌａｎｅ）の研究者らは、オゾン、硫酸および亜硝酸を利用してバイオソリッドを消毒するＳｙｎｏｘプロセスを開発した。この研究により、亜硝酸が細菌、ウイルスおよび蠕虫を不活化させる主な消毒剤であることが注目された。同プロセスは有効なものとして認められ、１５００〜４００ｍｇ／Ｌの範囲内の亜硝酸投入量にそれぞれ依存して４〜２４時間以内にクラスＡのバイオソリッドを生成したことであろう。Ｓｙｎｏｘプロセスは、１９９０年代前半においてＥＰＡのＰＥＣによるＰＦＲＰプロセスとして認証された。

このプロセスに伴う問題は、ＯＲＰを３００〜６００ｍｖの範囲内に保持するのにオゾンを利用することに関していた。オゾンプロセスは非常に費用がかかることから、それは経済的に実現不可能になった。改良された中和物プロセスは、二酸化塩素を含む酸性条件下でＯＲＰを制御することが可能であり、これは都市汚泥の環境下でははるかに低価格でかつより信頼性が高い。

このプロセスでは、ｐＨ３の下で亜硝酸ナトリウムを使用することで、好気的または嫌気的に消化された都市汚泥が消毒された。汚泥中に重硫酸ナトリウム溶液を投入すると同時に混合酸化剤（次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウムおよび二酸化塩素）を投入することによってその酸性条件が得られ、ＯＲＰレベルが３００〜６００ｍｖの範囲に制御された。酸性化された汚泥に添加された亜塩素酸塩−次亜塩素酸塩によってインサイチューでの二酸化塩素の生成が可能になる。次いで、１５００ｍｇ／Ｌの亜硝酸塩が亜硝酸ナトリウム溶液の形態で同系に添加された。これらは閉鎖系内で共に混合された。このプロセスでは、病原体の急増に伴い、好気的または嫌気的に消化された都市のバイオソリッドが急増し、標識生物である好気性内生胞子およびソマティックバクテリオファージ（Ｓｏｍａｔｉｃ ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ）に対する監視が行われた。これらの試験の中で、ＱＡ／ＱＣの目的で１回の複製と１回の制御が行われた。暴露時間の後、処理された汚泥がポリエチレンボトル内に回収され、６Ｎ水酸化ナトリウムを使用して中和された。消毒効率が、制御下にあって処理後の回虫卵の生存度の百分率によって図示された。さらに、制御されたパラメータを試験することで、回虫卵を不活化するための亜硝酸処理の基盤が確立された。同パラメータには、ｐＨ、温度、ＯＲＰ、接触時間、固形物含有量および圧力が含まれる。

好気性または嫌気性の中等温度好性消化などの予備消化プロセスによってバイオソリッド処理の安定性を制御することが可能である。混合酸化剤によって細胞溶解が生じてはならないことから、亜硝酸処理における酸化ステップは生成されるバイオソリッドの安定性を高めうる。最終生成物の安定化を評価するのに呼吸計による分析が行われた。

究極の目標は、消毒および安定性に対するクラスＡ標準を満たすバイオソリッドを生成することである。次いで、生成されるバイオソリッドは、土地に適用されるかあるいは肥料または土壌改良のような他の用途を有する可能性がある。同プロセスが有効であることが判明する場合、それは肥料、農業用途からの廃棄物材料、灰色水および黒色水などの船上の廃棄物、ならびに医療廃棄物材料といった処理において有用であることが判明する可能性もある。

様々なＴＳＳおよび初期亜硝酸投入量での回虫卵の不活化に関する説明図を示す。 ５００ｍｇ／ｌの亜硝酸塩添加時の異なるＴＳＳに対して残存する亜硝酸の説明図である。 １０００ｍｇ／ｌの亜硝酸塩添加時の異なるＴＳＳに対して残存する亜硝酸を示す。 １５００ｍｇ／ｌの亜硝酸塩添加時の異なるＴＳＳに対して残存する亜硝酸を示す。 残存する亜硝酸の指数曲線適合に対するＰＦＲＰに達するのに必要な時間を示すデータを図示する。 ２時間以内にＰＦＲＰに達するための残存する亜硝酸に関する予測を示す。 病原体が不活化される領域を示すＯＲＰ対ｐＨプロットの説明図である。

Claims (19)

1. バイオソリッドを処理する方法であって、
   前記バイオソリッドのｐＨを調整するステップと、
   二酸化塩素を前記バイオソリッドに添加するステップと、
   回虫卵の殻に浸透可能な化学種の非帯電状態を維持するステップと
   を含む、方法。
2. 前記ｐＨが酸を使用して調整される請求項１に記載の方法。
3. 重硫酸ナトリウム、硫酸、クエン酸、リン酸、塩酸、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される酸を使用して前記ｐＨが調整される請求項２に記載の方法。
4. 前記化学種が亜硝酸である請求項１に記載の方法。
5. 約３００重量ｐｐｍ〜約３０００重量ｐｐｍの濃度に達するように前記バイオソリッドに亜硝酸を添加するステップを含む請求項４に記載の方法。
6. 亜硝酸塩ラジカルを解離生成する種を添加することによって亜硝酸が形成される請求項４に記載の方法。
7. ＋２００〜＋６００ｍＶの範囲内の酸化還元電位を維持するステップを含む請求項６に記載の方法。
8. 前記汚泥のｐＨを３．８未満に低下させる請求項４に記載の方法。
9. 塩基を使用して前記ｐＨを上昇させる請求項１に記載の方法。
10. 前記塩基が、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、およびこれらの組み合わせならびに混合物からなる群から選択される請求項８に記載の方法。
11. 前記非帯電性化学種がＮＨ_４である請求項８に記載の方法。
12. 二酸化塩素の添加によって前記バイオソリッドのＯＲＰを上昇させるステップを含む請求項１に記載の方法。
13. 予備生成された二酸化塩素の前記バイオソリッドへの添加、亜塩素酸ナトリウムの前記酸性化されたバイオソリッドへの添加、塩素酸ナトリウムの前記酸性化されたバイオソリッドへの添加、次亜塩素酸ナトリウムの前記酸性化されたバイオソリッドへの添加、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される方法によって二酸化塩素を生成するステップを含む請求項１１に記載の方法。
14. 前記バイオソリッドのＯＲＰを上昇させることによって前記亜硝酸を安定化させるステップを含む請求項３に記載の方法。
15. 前記バイオソリッドが閉鎖系内で維持されることを維持するステップと、前記非帯電性種の揮発を防止するステップとを含む請求項１に記載の方法。
16. 前記バイオソリッドが嫌気的または好気的に消化される請求項１に記載の方法。
17. 前記バイオソリッドを嫌気的に消化するステップと、前記バイオソリッドのｐＨを低下させるステップとを含む請求項１６に記載の方法。
18. 前記バイオソリッドが嫌気的に消化され、かつ前記非帯電性化学種がＨ_２Ｓである請求項１６に記載の方法。
19. 前記バイオソリッドにおける固形率が１〜８重量％の範囲の固形物含有量である請求項１に記載の方法。

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