JP2008515632A - 生物学的に汚染されたスラッジの脱臭および汚染除去方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、１０％までの固形物を含む、生物学的に汚染されたスラッジまたはスラリー（主として都市廃水スラッジまたは液状糞尿）を、好気的安定化を用いて、脱臭および無害化するための、環境に優しい方法に関する。その方法に含まれるのは、スラッジまたはスラリーに５ｍｍ以下の粒径を有する吸着性炭素質鉱物質原料を添加する工程、およびそのようにして得られた混合物を湿式摩砕により処理して安定な懸濁液を形成させる工程であって、それにより、その混合物中の固形分内容物が摩砕されて２００μｍ未満の粒径を有する粒子となり、微生物が溶解される。

Description

本発明は、固形分含量が１０％以下の生物学的に汚染されたスラッジを、好気的安定化（ａｅｒｏｂｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）を用いて、脱臭および無害化するためのプロセスに関する。

（ヒトおよび動物由来の）廃水を環境に優しく精製することにおける最大の問題は、浄水プロセスの際に発生するスラッジの取扱いおよび廃棄処理である。スラッジはほとんどの場合必ず悪臭を放つし、また各種の病原体で汚染されているので、その取扱いが困難である。特に農業分野では、非毒性で重金属を含まないスラッジについての関心が高いので、その最終的な廃棄処理もまた困難である。

最も一般的に受け入れられている見方では、主としてヒト由来の都市廃水のスラッジおよび牧畜農場の液状糞尿（liquid manure：液状肥料）の最終的な廃棄処理には、土壌が最も適した場所である。適切に設計された廃棄処理であれば、土壌が確実に、その浄化メカニズムによって、各種の物質を自然の中に再統合する［ゲザ・オロス（Ｇｅｚａ Ｏｌｌｏｓ）「オペレーション・オブ・スーイッジ・トリートメント・プランツ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔｓ）」（センニビティスチート・テレペック・イエゼメルテテーゼ（Ｓｚｅｎｎｙｖｉｚｔｉｓｚｔｉｔｏ ｔｅｌｅｐｅｋ ｕｅｚｅｍｅｌｔｅｔｅｓｅ）ＩＩ、４３１〜４３５、アカデミアイ・キアド（Ａｋａｄｅｍｉａｉ Ｋｉａｄｏ）、ブダペスト（Ｂｕｄａｐｅｓｔ）（１９９５）］。

ハンガリーにおけるこれに関連する法的規制（政府省令第５０/２００１号、廃水およびスラッジの取扱いおよび利用の規則）では、ある種のパラメーターが許容限度以内であれば、主として生物学的、化学的、および加熱処理にかけた下水スラッジを、６ヶ月経過後に限って、農地に使用することを許可している（詳細については、前記省令の３条、４条および付属文書を参照されたい）。都市廃水処理から発生する大部分の下水スラッジは、それらの条件を満たしていない。実用化されているスラッジ処理の内では、コンポストとみなされる消化スラッジだけがそれらの品質基準に適合していて、ある程度農業用途に受け入れられる。嫌気的技術をベースとするそのような廃水処理プラントの建設コストは、好気的技術を用いた一般的な廃水処理プラントのコストよりも遙かに高く、さらに、そのようなプラントの建設は、ある程度の規模までしか可能ではない。その上、それらを連続的に運転しようとしても、天候条件の影響を強く受ける。

廃水、特に都市下水を処理するための、文献に公表された別の公知の方法もある。

ハンガリー国特許第１８９０６９号明細書には、下水を生物学的に処理して発生するスラッジを処理するためのプロセスが記載されている。そのプロセスにおいては、予備沈降タンクからのスラッジ、またはこのスラッジと濃縮された活性化スラッジとの混合物を嫌気的条件下で処理し、次いでその嫌気的に分解させたスラッジを濃縮および脱水する。このプロセスの欠点は、予備沈降工程を必要とし、また、多くの場合数日間エアレーションを実施しなければならず、そのため、このプロセスは非効率的とみなさざるを得ないという点にある。

都市下水スラッジを用いるまた別なプロセスが、ハンガリー国特許第２０９１１２号明細書に記載されている。そのプロセスにおいては、２０〜４５重量％の水を含む１００重量部の部分脱水都市下水スラッジを、１０〜３０重量部の、７０〜９５％の流紋岩凝灰岩（ｒｈｙｏｌｉｔｅ ｔｕｆｆ）と、３０〜５０重量％の摩砕ボーキサイトと、場合によっては５〜２０重量％のゼオライトと、さらには０．１〜０．３重量部の、摩砕物質の表面に均一に分散されたバクテリウム・メガンテリウム（ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｇａｎｔｈｅｒｉｕｍ）を含む培地とを含む混合物と混合し；その均質化させた混合物を角柱（ｐｒｉｓｍ）の中に詰めて、連続的に給水しながら６０〜９０日間エージングさせる。そうして得られたスラッジは農業において使用することができるが、角柱を形成させるのに広い場所が必要であり、また、エージング期間が長い（９０日）のも不利である。

下水スラッジおよび／またはその他の有機廃棄物含有物質（たとえば、液状糞尿）を環境的に好ましく利用したり、廃棄処理したりするためのプロセスが、ハンガリー国特許第１９２２３０号明細書に提供されている。その開示されたプロセスにおいては、下水スラッジの固形分含量を１５％以下に調節し、その下水スラッジをホモジナイズさせ、最後に補助薬剤たとえば苛性泥（ｃａｕｓｔｉｃ ｍｕｄ）および／または肥料と混合し、暫時貯蔵しておいてから、土壌中深さ２０〜４０ｃｍに注入する。このプロセスでは、最低限の投資しか必要なく、また低コストで実施することができるが、適切な土壌被覆を達成するためのその土壌への注入方法や、さらには嵩高で液状の希釈したスラッジをしばらくの間貯蔵しておく必要があることなどに関連した問題の点から、その使用は有利とはいえない。

本発明の目的は、現行技術プロセスの不利を克服し、スラッジおよびスラリーを処理するための環境に優しく単純なプロセスを立案することであり、それによって、大量の前記の物質を迅速かつ効率的に安定化させて、得られた生成物が法的規制の要求に適合すると共に、健全な環境への期待を満たし、それにより、土壌の中への再循環やエネルギー目的の利用に適したものとすることが可能となることであった。

本発明の背後にある主たる発明のアイデアは、汚染されたスラッジを、炭素質鉱物質原料および／またはクレー鉱物質と共に、ラジカル機械的（ｒａｄｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）湿式摩砕にかけた場合に、湿式摩砕工程によって、極めて強力な機械化学的衝突を起こさせることにより、生物学的に汚染されたスラッジを安定な懸濁液に転換させることが可能となる、という認識にある。本願発明者らが考えるところでは、処理すべきスラッジまたはスラリーと、適切な量の炭素質鉱物質原料および／またはクレー鉱物質とを含む混合物をラジカル湿式摩砕する際に、おそらくはラジカル機械的応力の発生および圧力変化（いくつかの場合にはキャビテーション）のために、その炭素がレオロジー的に消化され、その腐植物質、およびそのデッド・マテリアル（ｄｅａｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）のアルミニウムハイドロシリケート形成部分が解膠されて、その汚染されたスラッジまたはスラリーと一緒になって、高度にチキソトロピックな懸濁液を形成するのであろう。このプロセスの結果として、有機−無機複合物質が形成され、それが、土壌物質の中のものと類似の、有機−鉱物ハイドロシリケート結合を有することとなる。このようにして、摩砕された炭素質物質の上に吸着された汚染スラッジは脱臭される。衝撃剪断のラジカル効果のために、鉱物質の比表面積が数千倍にも増大し、微生物およびおそらくはその他の生物が溶解させられ、それらの細胞壁が破壊される。炭素質鉱物質原料の中に存在する研磨性の石英粒子、たとえば亜炭によって、微生物の溶解がさらに促進され、そのために、病原性微生物の個体数が一桁（ｏｎｅ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）以上減少する。このことは、好気的分解のために、その安定化された懸濁液中の病原体が、乾燥の間に徐々に死滅する、ということを意味している。

本発明のプロセスでは、高濃度で安定な懸濁液が得られるだけでなく、それが受容可能な土臭さ（ｅａｒｔｈｙ ｓｍｅｌｌ）を有していて、そのため、下水スラッジまたは液状糞尿の典型的な悪臭を免れるようになることが観察された。その安定化された懸濁液は極めて迅速に乾燥することもまた観察された。細菌学的試験から、そのような生物学的に汚染されたスラリーの中に通常必ず存在している病原体および細菌が、時間の経過とともに顕著に減少することも判った。

所望の効果、すなわち生物学的に汚染されたスラッジの脱臭および無害化が、単一のプロセスによって達成することが可能であるが、それによれば、１０％以下の固形分含量を有する生物学的に汚染されたスラッジまたはスラリーに対して、５ｍｍ以下の粒径を有する吸着性炭素質鉱物質摩砕物質を加え、そのようにして得られた混合物を、その混合物の固形分内容物が摩砕されて、２００μｍ未満の粒径、好ましくは５０μｍ未満の粒径となるように、湿式摩砕することにより安定な懸濁液に転化させ、それによって、微生物を溶解させる。

その吸着性炭素質鉱物質原料は好ましくは、亜炭または新しい（ｙｏｕｎｇ）褐炭である。

吸着性炭素質鉱物質原料は、スラッジまたはスラリーに対して５〜３５重量パーセントの比率で添加するのが好ましい。

吸着性炭素質鉱物質原料に加えて、１種または複数のクレー鉱物質を加えることも可能であり、その量は、スラッジまたはスラリーの量に対して５〜１５重量パーセントとするのが好ましい。

そのようなクレー鉱物質としては、たとえばゼオライトまたはベントナイトが挙げられる。

そのプロセスは、適切な湿式摩砕装置、たとえばいわゆる「カビトロン（Ｋａｖｉｔｒｏｎ）」装置（これは、鉱山で使用される一般的な泥水ポンプを改修したものである）を用いて、連続プロセスとしてあるいはバッチプロセスとして実施することができる。機械工学の専門家には知られた、高剪断力を達成するための（たとえば、プロボーキングキャビテーションなどの）いくつかの方法が存在するが、理論的にそれらの方法のいずれも使用可能であり、たとえば回転数（ＲＰＭ）を高くすれば、剪断応力を上げることができる。処理時間は、たとえばその装置における粉砕効率、回転数、剪断応力など、多くの因子に依存する。使用する鉱物質およびそれらの粒径を知れば、それらのパラメーターを最適化することは可能である。

鉱物質を添加することにより得られた生成物の脱水は、自然乾燥（ｎａｔｕｒａｌ ｄｒｙｉｎｇ）、強制乾燥（ｅｘｓｉｃｃａｔｉｏｎ）のいずれでも実施できるが、その理由は、安定化された懸濁液はバルク状態でも（すなわち、薄層化しなくても）極めて迅速に乾燥する傾向があり、また、得られるバルク物質は、数ヶ月後には実質的に無菌状態になっている可能性があるからである。空気乾燥物は、粉砕して袋詰めすることができる、すなわち、取扱いが容易である。

有機物含量が高く（４０〜４５％）、その取扱いが容易であるので、得られる最終生成物は、すべての耕作物を対照として、特に砂地における土壌改良剤または土壌調節剤として使用することができる。しかしながら、それは各種異なった性質の土壌や、たとえば、斜面の芝植え（ｔｕｒｆｉｎｇ）や播種（ｓｔｏｃｋｉｎｇ）など各種の目的に使用することもできる。各種の分析、栽培実験、およびパイロットスケールの実験などから、植物の成長促進効果や、土壌肥沃度の継続的な増大などが証明された。

これらすべてにも増して、この最終生成物のカロリー値が無煙炭のそれ（５０００ｋｃａｌ）にも匹敵するので、エネルギー目的または発熱目的のいずれにおいても使用することが可能である。

先に述べたように、本発明のプロセスにはいくつかの利点がある。最も重要な利点は、このプロセスは、ほとんどすべての種類の、都市廃水スラッジまたは動物由来の液状糞尿に適用することが可能であり、さらに、他の液状有機廃棄物からのスラリー（たとえば、屠殺場の廃水スラッジ）を安定化および処理することにも、同様に使用することができる。

本発明のその他の利点は、ここで提供される機械化学的プロセスでは、いかなる化学物質を添加する必要もなく、いかなる毒性物質を発生させることもなく、さらには、使用される鉱物質の一つである亜炭は、ハンガリー農業・地方開発省（ｔｈｅ Ｈｕｎｇａｒｉａｎ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｒｕｒａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）の省令第８／２００１号に規定されている、土壌調節有機物質の一つである。このプロセスは、予備沈降によって生成するスラッジを処理するための、廃水処理の極めて最初の工程に適用することができるので、大量の化学物質を使用することが不要となり、これは、環境的、経済的いずれの観点からも、極めて有利である。

本発明のプロセスのさらなる利点を以下に挙げる：
・亜炭または褐炭と共に湿式摩砕している間に、汚染されたスラッジの中に存在している有機種（主として細菌）のほとんどが、極めて強力な機械化学的衝撃および剪断のために破壊される；
・スラッジまたはスラリーの不快臭が実質的に変化して、新鮮な土壌の臭いとなる；
・自然乾燥させることが可能であるが、これは悪臭を放つスラッジでは環境的に望ましくない影響が出るために不可能であり、提案されることもなかったものである。

以上をまとめれば、現行技術のプロセスでは数段の連続工程で達成されていたことを、本発明のプロセスでは単一の工程で環境に優しい方法で実施できる。以下において、本発明のプロセスを二つの具体例を用いて例証するが、それらは説明のためだけのものであって、本発明の保護される範囲を限定するものではない。

生の廃水スラッジと好気的廃水処理からの過剰スラッジ（固形分含量：３．６％）との混合物を、２０％の亜炭粉末と混合してから、湿式摩砕装置［タイプ：カビトロン（Ｋａｖｉｔｒｏｎ）３/２］の中、１７５０ｒｐｍで３０分間循環させて、衝撃剪断効果を与えて摩砕する。得られる生成物は、暗色、高濃度、土壌臭の、安定な懸濁液である。

養豚場の廃液溜めからの液状糞尿を、２８％の亜炭粉末および５％のゼオライトと混合し、湿式摩砕装置［タイプ：カビトロン（Ｋａｖｉｔｒｏｎ）３/２］の中、１４５０ｒｐｍで２０分間処理することにより、衝撃剪断を与える。ブダペスト（Ｂｕｄａｐｅｓｔ）の国立動物保健研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｈｅａｌｔｈ）の分析によると、高濃度、暗色、脱臭安定化された懸濁液の中には、サルモネラおよび大腸菌の汚染は、４８時間で一桁低下し、乾燥させた状態で物質を６ヶ月おくと、細菌およびその他の病原体生物は、その乾燥物体の中には実質的に検出できなかった。

Claims (7)

1. １０％以下の固形分含量を有する生物学的に汚染されたスラッジまたはスラリーを、好気的安定化によって脱臭および無害化するためのプロセスであって、５ｍｍ以下の粒径の吸着性炭素質鉱物質の摩砕物質を前記スラッジまたはスラリーに添加し、そのようにして得られた混合物を湿式摩砕により安定な懸濁液に転化させて、前記混合物の固形分内容物を摩砕して、２００μｍ未満の粒径とし、それによって微生物を溶解させる、プロセス。
2. 前記吸着性炭素質鉱物質原料が、亜炭または新しい褐炭である、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記吸着性炭素質鉱物質原料が、スラッジまたはスラリーの量に対して、５〜３５重量パーセントの比率で添加される、請求項１または２に記載のプロセス。
4. 前記吸着性炭素質鉱物質原料に加えて、クレー鉱物質が使用される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセス。
5. 前記クレー鉱物質が、スラッジまたはスラリーの量に対して、５〜１５重量パーセントの量で使用される、請求項４に記載のプロセス。
6. 前記クレー鉱物質がゼオライトまたはベントナイトである、請求項４または５に記載のプロセス。
7. 前記混合物の固形分内容物を摩砕して、５０μｍ未満の粒径とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロセス。