JPH0790239B2 - 下水汚泥を無毒化する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術および解決するための課題】本発明は重金
属で汚染された都市下水汚泥を無毒化する新規方法に関
する。更に詳しく言えば、本発明は都市下水汚泥中に含
まれる重金属が、安全な土地施用のための合衆国環境保
護庁により確立された汚泥品質基準を満すかそれを越え
ることができるように汚泥を無毒化する新規方法に関す
る。

【０００２】１９８９年２月６日付の合衆国官報（フェ
ドラル レジスター）に関して、５７５４頁から始まる
５４巻第２３号に引用されている通り、合衆国環境保護
庁は、下水汚泥中に含まれる汚染物質について予期され
る悪影響から公衆の健康と環境を保護するために、厳し
い規制を施行するであろう。簡単に言えば、１９９１年
１０月の施行を目標としたこれら前例のない規制は、下
水汚泥の最終的な使用と処理に対する必要条件を確立す
るものである。Ｔｈｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ｓｅｗａｇｅ Ａｇｅｎ
ｃｉｅｓ（ＡＭＳＡ）は、これら規制を現存する公認の
処理作業（ＰＯＴＷ）における現在の汚泥使用及び汚泥
処理の慣行からの急進的な変更と考えている。ＡＭＳＡ
は多くの場合、ＰＯＴＷにおける現存の汚泥処理法がこ
れらの提案された規制に従わない筈であるとの見解をと
っている。

【０００３】下水汚泥は処理された都市下水から生ずる
残渣であり、典型的には９０％を越す水とコロイド状に
分散した固体粒子（そのあるものはこわれ易い）および
溶解物質を含む。汚泥の化学的、生物学的構成成分はＰ
ＯＴＷに入って来る廃水の組成およびその後の処理法に
よって左右されるが、典型的には、これら構成成分は重
金属、病気を起こす病原性生物、例えば細菌、ウイルス
および寄生虫、揮発性有機固体、栄養物、フミン酸塩お
よび（または）産業廃棄物である。

【０００４】下水汚泥中に含まれる金属はヒトの健康お
よび環境にとって重大な脅威をもたらす。合衆国におい
ては年間およそ７５０万トン（乾燥時）の汚泥がつくら
れ、この汚泥のおよそ２０％はその有機質および栄養物
としての価値から土地に施用され、約４０％は都市の埋
立てごみ処理で処分され、約５％は海洋投棄により処分
され、そして約２０％は焼却される。

【０００５】これらの使用法および処理法はすべて不十
分である。それはこれらの金属がこれらの方法を通じて
環境中に再循環するときの累積濃度が食物連鎖に、その
結果としてヒトの健康に有毒な影響を有しうるからであ
る。重金属の有害濃度がヒトの腎臓、肝臓その他の身体
の器官内に蓄積しうるので、機能障害を起こし致命的と
なりうる。

【０００６】過去に下水汚泥から他の方法で重金属を取
り除いたことがあった。下水汚泥からの一つの典型的な
重金属除去法は標準的な酸性化技術を用いて行なわれ
る。酸性化処理はより溶け易い重金属を汚泥から浸出す
る（また普通には「可溶化する」とも言う）のに効果的
であるが、下水汚泥中の主流をなす重金属のあるものは
酸溶解を受けにくい。

【０００７】Ｈａｙｅｓ等は、米国特許第４，３７０，
２３３号明細書中で有毒な重金属を不溶性の形で含有す
る嫌気的に消化された有機汚泥の化学的無毒化法を開示
している。この方法は汚泥の酸化還元電位（以後「ＯＲ
Ｐ」と称する）を＋３００ミリボルト（以後「ｍＶ」と
称する）以上に上昇させ、この条件を６から１２時間維
持するものである。この時間中に汚泥が酸化されて重金
属が化学的浸出を受け易くなる。その後直ちに硫酸また
は塩酸のような濃酸の添加により汚泥を１．０から３．
０のpH範囲に更に６から１２時間酸性にし、そしてこの
間汚泥のかきまぜを続け、また同時に指定の温度範囲に
保ちかつ通気によりＯＲＰを＋３００ｍＶ以上に保つ。
Ｈａｙｅｓ等はもし汚泥を酸処理に先立ち長時間高温度
および高ＯＲＰに維持できるならば、金属の沈殿形に向
かって重金属の化学種形成の移動が起こり、そしてこの
沈殿形は酸性にしたとき一層迅速に可溶化されるという
原理に依存している。

【０００８】下水汚泥のＨａｙｅｓ等による重金属無毒
化法に関して幾つかの欠点が明白と思われる。第一に、
滞留時間が長く、酸化および酸性化のための最小合計時
間は１２時間である。このような長い滞留時間は化学処
理を促進するために極端に大きいタンク容量が必要なこ
とを示唆している。第二に、酸化と酸性化が順次に行な
われるので、これがまたこの方法を有効ならしめるため
の時間を長くする原因ともなる。第三に、＋３００ミリ
ボルトよりはるかに高い酸化還元電位を達成できること
はこの特許明細書に何ら示唆されていない。第四に温度
保持が重要な特徴で、これが操作コストに加わる。最後
に、酸性化に先立ち長時間汚泥の温度およびＯＲＰを上
昇させることが望まれている。この場合もまた、この二
段階法は効果的に行なうのに比較的長時間を要し、高温
度とその維持に付随するコストが更につけ加わってく
る。

【０００９】本発明が開発したのはこれら上述の如き考
慮すべき事由および他の理由からである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】重金属を含む都市下水汚
泥の無毒化法が開示される。重金属を含む一定量の汚泥
を容器に導入し、触媒的酸化剤、例えば第二鉄塩、再生
用酸化剤および酸と混合してpH１．０から２．０および
ＯＲＰ少なくとも＋４００ミリボルトを有する固体／液
体反応スラリーをつくる。適当な保持時間の後、固体部
分に存在する重金属は可溶化して反応スラリーの液体部
分に入る。その後この反応スラリーを、なるべくは洗浄
能力を具えた通常の固体／液体分離装置中に放出し、こ
こで重金属を実質的に含まない固体部分から金属含有液
体部分を分離する。この固体部分はＥＰＡ規制により指
定されたpHまで中和して無毒化された肥料および（また
は）土壌調節剤として安全に土地へ施用できるようにす
る。

【００１１】本発明を特に適当な具体例および図面に関
する下記の記述で一層特定的に詳細に述べることにす
る。本発明を種々な点から理解が得られれば、当然本発
明の重要性と先行技術からの前進に対して深い認識が得
られる筈である。

【００１２】

【発明の目的】本発明の主要な目的は、下水汚泥中に含
まれる重金属が、土地への安全施用のための合衆国環境
保護庁により確立された汚泥品質基準を満足するかそれ
を越えることができるように下水汚泥を無毒化すること
にある。

【００１３】本発明のもう一つの目的は、迅速な酸化速
度が得られかつ高い酸化還元電位を生じさせることによ
って下水汚泥の化学的無毒化に対する二つの本質的工
程、即ち酸化と酸性化の両方に対する滞留時間を相当に
短縮させる方法を提供することにある。

【００１４】本発明の更にもう一つの目的は、現存する
廃水処理系に対し、現行の廃水処理の実施を中断するこ
となく改装できる簡単な追加方式、あるいは現行の汚泥
処理法または使用法の改良法を提供することにある。

【００１５】本発明の更に一つの目的は、汚泥の大腸菌
含有量を実質的に低下させながら生物学的酸素要求量お
よび化学的酸素要求量を実質的に減らすことにある。

【００１６】本発明の更にもう一つの目的は、環境で最
も抵抗性の大きい病原体形の一つと考えられる回虫（Ａ
ｓｃａｒｉｓ）の卵を含めて更に他の病原生物を破壊す
るために、必要に応じ高温度に達せしめこれを維持する
ことのできるように加熱装置へ容易に適合できる無毒化
法を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的、利点および可能性は図
面を引用した説明が進むにつれて一層明白となるであろ
う。

【００１８】

【図面の簡単な記述】図１は本発明を実施するための通
常装置のコンビネーションを説明する簡略化した機械的
流れ図である。

【００１９】図２は本発明を実施するための通常装置の
また別のコンビネーションを説明する簡略化した機械的
流れ図である。

【００２０】図３は本発明の概念的流れ図である。

【００２１】図４は最終ＯＲＰ＋７７０ｍＶまで酸化さ
れ塩酸でpH１．５まで酸性にされた嫌気的汚泥中の鉛、
カドミウムおよびクロムの可溶化速度を描いたグラフで
ある。

【００２２】

【好ましい態様についての記述】重金属で汚染された都
市下水汚泥は、土地へ安全に施用するための合衆国環境
保護庁により確立された汚泥品質基準まで新規方法によ
り無毒化される。一般に、この方法は重金属で汚染され
た下水汚泥を触媒的酸化剤、例えば第二鉄塩、再生用酸
化剤および酸と混合することにより固体部分および液体
部分を有する反応スラリーを形成せしめ、その後、なる
べくは洗浄能力を具えた通常の固体／液体分離装置の使
用によりこの反応スラリーを固体部分と液体部分とに分
けるという工程を含む。触媒的酸化剤および再生用酸化
剤の量は、反応スラリーのＯＲＰを少なくとも＋４００
ミリボルトまで上昇させるのに十分な量でなければなら
ない。酸の量は反応スラリーのpHをおよそ１．０から
２．０の範囲に下げるのに十分な量でなければならな
い。ＯＲＰとpHの値が指定レベルに到達したとき、本発
明方法は連続式で動作し、適当な制御機構がpHおよび多
分ＯＲＰもその指定レベルをモニターし維持する。反応
スラリーはパチューカ型タンク装置中を、およそ３０分
間という推奨滞留時間の間混合循環し続ける。その後反
応スラリーを通常の固体／液体分離装置により処理す
る。

【００２３】分離された液体部分は、今では金属を含有
していて、通常の金属除去手段により処理することによ
って液体中に含まれる金属を除去することができる。無
毒化された下水汚泥、即ち反応スラリーの固体部分は、
今では実質的に重金属を含有しない。この無毒化された
汚泥は、ＥＰＡ規制によって指定されたpH範囲まで石灰
のような塩基試薬で中和した後、これを肥料としてまた
（または）土壌調節剤として土地に施用するか、あるい
は埋立て処理場に捨てることができる。

【００２４】本発明の実施に適した装置のコンビネーシ
ョンを図１に示すが、これは制限としてではない。下に
述べる理由のため、装置のこのコンビネーション中の最
初の装置は、同心的に配置された通気管１４を具えた耐
酸容器１２を有するパチューカ型タンク系１０である。
この耐酸容器１２に一定量の汚染汚泥ＣＳ、一定量の酸
Ａ（１種類の酸あるいは２種以上の酸の混合物）、およ
び一定量の触媒的酸化剤、例えば第二鉄塩を入れる。ガ
ス状の再生用酸化剤ＲＯを容器１２の底部の通気管１４
を通して通気することによりこれら汚染汚泥ＣＳ、酸Ａ
および触媒的酸化剤ＣＯを容器１２の中で混合して反応
スラリーＲＳをつくる。

【００２５】汚染汚泥ＣＳはどんな固体乾燥重量百分率
においても容器中に入れることができる。しかし、固体
の乾燥重量百分率２％以上で容器１２へ汚染汚泥ＣＳを
入れるのがよい。汚染汚泥ＣＳの固体百分率が高い程、
適当な操作条件をつくり出すために要求される酸化剤お
よび酸の量が少なくて済み、従って操作コストが低くな
る。更にまた、容器１２に加えられた汚染汚泥ＣＳは嫌
気的に消化された汚泥、好気的に消化された汚泥、一次
汚泥、排出物活性化汚泥またはその組み合せでよく、室
温またはそれより上の温度で処理できる。嫌気的に消化
および好気的に消化された汚泥に対しては、汚染汚泥Ｃ
Ｓの温度は典型的には７５°Ｆから９５°Ｆの範囲にあ
り、固体含量は典型的には０．５％から２．０％にわた
る。

【００２６】汚染汚泥ＣＳを容器１２に送る前に、先ず
陽イオン性または陰イオン性凝集剤を加えて汚染汚泥Ｃ
Ｓを脱水するのがよいであろう。陽イオンによるフロキ
ュレーションは汚泥１トン当り５ポンドといった多量の
陽イオン性凝集剤を必要とするのに対し、陰イオンによ
るフロキュレーションは１．５ポンドの陰イオン性凝集
剤で済む。陽イオンフロキュレーションはより大きいフ
ロックを生ずるようであり、これは陰イオンフロキュレ
ーションと比較してより迅速に沈降する傾向がある。

【００２７】実験の実施中にこれらフロックは温和なか
きまぜと短い保持時間による浸出の間完全なままに留ま
る傾向があること、および汚染汚泥ＣＳが中性から塩基
性のpH範囲をもつ場合にフロックが一層良く生成する傾
向があることが観察された。もし汚染汚泥ＣＳを浸出に
先立ち凝集させなかったならば、その後凝集させること
は非常に困難なようであった。フロックが完全なままで
残ると、浸出後の固体／液体分離がより容易となりそれ
以上凝集剤は殆どあるいは全く必要としなかった。

【００２８】酸給源１６から容器１２中へ十分量の酸Ａ
が自動的に供給される。これは通常のpH調節器２０に相
互に接続された通常の速度可変型酸供給ポンプ１８によ
り反応スラリーＲＳのpHを約１．０から２．０の範囲内
とするように行なわれる。通常のpH要素２２が電線（点
線で示してある）によってpH調節器２０へ取り付けら
れ、反応スラリーＲＳの適当なpH情報をpH調節器２０に
伝達する。かわって速度可変型酸供給ポンプ１８は適量
の酸Ａを容器１２へポンプ送りすることにより反応スラ
リーＲＳの適切なpHを維持している。酸Ａは反応スラリ
ーのpHレベルを１．０から２．０の適当なpH範囲に下げ
かつこれを維持する限り１種類の酸でもあるいは２種以
上の酸の組み合せでもよい。

【００２９】３種類の異なる酸を用いて実験室での実験
を行なった。「酸」という用語は１種類の酸あるいは２
種以上の酸の組み合せのいずれをも意味しうる。しかし
全実験とも１種類の酸を用いて行なわれた。塩酸は硫酸
や硝酸より利点をもつようである。塩酸はあらゆる金属
を浸出するのに対し硫酸は鉛を含む下水汚泥から鉛を浸
出するのに不十分であった。更にまた、塩化物環境中で
の酸中和の間にセッコウ（硫酸カルシウム）の沈殿生成
が最小となる。硝酸も考えられるが、とりわけ硝酸が高
価であることと環境上相容れない廃水中への硝酸塩放出
を起こす傾向により選択の自由としてこれを捨てた。

【００３０】酸Ａに加えて、触媒的酸化剤ＣＯが触媒的
酸化剤給源２４から触媒的酸化剤供給ポンプ２６により
容器１２へ供給され、とりわけ後述する効果、反応スラ
リーＲＳのＯＲＰの上昇を起こさせる。第二鉄塩、例え
ば塩化第二鉄、廃希薄酸水あるいは硫酸第二鉄が触媒的
酸化剤ＣＯとして使用できるが、他の液体、可溶固体ま
たはガス状触媒的酸化剤もこれらに代って使用できる。
本発明の特に適当な具体例の目的に対して、塩化第二鉄
が触媒的酸化剤ＣＯとして選ばれた。

【００３１】塩化第二鉄（触媒的酸化剤ＣＯ）を容器１
２の中へ供給物を前に進める仕方でポンプ送りする。塩
化第二鉄の供給速度は、反応スラリーＲＳ中に０．５か
ら３．０グラム／リットルという特に適当な鉄濃度を保
つのに十分でなければならない。最初の流れ要素２８は
容器１２に流れ込む汚染汚泥ＣＳの量をモニターする。
この最初の流れ要素２８は流れ調節器３０に適当な情報
を与えて流れ調節弁３２を制御し、かわってこの弁３２
は容器１２に向かう塩化第二鉄の適量を調節する。第二
の流れ要素３４は適当な情報を流れ調節器３０に与えて
塩化第二鉄の指定量が容器１２に流れているかを確認す
る。容器１２に向かう塩化第二鉄の量はＯＲＰに対し鈍
感であるが、容器１２に入って来る汚染汚泥ＣＳの量に
左右される。

【００３２】液体の再生用酸化剤ＲＯ、例えば過酸化水
素、次亜塩素酸ナトリウムあるいは次亜塩素酸カルシウ
ムを本発明に使用できるが、後述する理由のためガス状
の再生用酸化剤ＲＯを特に適当な具体例には用いた。空
気、酸素、オゾン、二酸化硫黄、塩素、塩素含有化合物
などといったガス状の再生用酸化剤ＲＯを反応スラリー
中に通じることができるが、本発明の特に適当な具体例
に対するガス状再生用酸化剤ＲＯとして圧縮空気が選ば
れたのは空気は豊富にあり比較的低価格ですぐ入手でき
るからである。

【００３３】ガス状再生用酸化剤ＲＯ（圧縮空気）を空
気圧縮器３６から反応スラリーＲＳに供給する。空気圧
縮器３６の空気取入れ口（図示していない）に付けられ
た絞り弁３８を用いて容器１２に入る空気の量を計量す
る。再生用酸化剤ＲＯは容器１２の底の部分そして通気
管１４の下部へ入る。図示されていないが、空気が通気
管１４の下に入るところに散布装置を設置して再生用酸
化剤ＲＯ、即ち圧縮空気の大量の小泡を発生させるよう
にし、更にこれで酸化を促進できるようにする。

【００３４】制限するわけではないが、再生用酸化剤Ｒ
Ｏの容器１２へのこの導入点は反応スラリーＲＳの混合
および流れの発生という物理的な取り扱いのため、なら
びに化学的な目的のために有利であり、後者については
後で述べる。通常のパチューカ型タンク系の場合はどれ
もそうであるが、再生用酸化剤ＲＯ（圧縮空気）は容器
１２の底部から入り、望ましい特徴である反応スラリー
ＲＳの混合および循環を起こす。通気管１４内に含まれ
る反応スラリーＲＳ中を上向きに上昇する気泡が反応ス
ラリーＲＳをかき乱す、あるいは他の仕方でかきまぜる
ときに混合が起こる。

【００３５】モーター回転翼による混合が最初に利用さ
れそして反応スラリーＲＳを混合する申し分ない方法と
して残っているが、試験操作によると、このモーター回
転翼混合は反応スラリーＲＳのこわれ易い固体粒子の破
砕を起こすことが示された。破砕の結果固体／液体分離
問題、例えば固体が沈降しにくい、媒質を透視できな
い、非多孔性ケーキ物質の形成を起こす。反応スラリー
ＲＳ中にガス状再生用酸化剤ＲＯを通気することは経験
的に有効な混合法であることがわかった。この方法は下
水汚泥粒子を目立つ程破壊しないように十分温和であっ
た。従って、反応スラリーＲＳ中に通気される再生用酸
化剤ＲＯは機械的接触を伴なわない反応スラリーＲＳの
混合（低pH環境では極めて有益な特徴）、反応スラリー
ＲＳの酸化、触媒的酸化剤ＣＯの再生（更に詳しく後述
する利点）という利点を提供する。

【００３６】第二に、再生用酸化剤ＲＯにより形成され
る泡は通気管１４内の反応スラリーＲＳを上向きに移動
させる。これによって、上向きに移動した反応スラリー
ＲＳは通気管１４の頂部から外に向って流れ、そして前
記通気管１４の外側の容器１２の輪状の部分に戻り、こ
のようにして反応スラリーＲＳをパチューカ型タンク系
１０の周りに循環させることができる。この循環は通気
管１４内の泡立っている反応スラリーＲＳおよび通気管
１４の外側そして容器１２の輪状部分の反応スラリーＲ
Ｓの間の密度差によるものである。

【００３７】入って来る汚染汚泥ＣＳの流れおよび出て
行く反応スラリーＲＳの流れは、この連続した流れ配置
に対して推奨されたおよそ３０分という滞留時間を与え
る。いったん指定されたpHおよびＯＲＰ条件が推奨され
た滞留時間に対して実現したならば、出口弁４０を適当
に調節することにより反応スラリーＲＳを容器１２から
取り出す。容器１２内に一定のレベルを達成しかつこれ
を維持するため、更には指定の滞留時間を保持するため
に、通常のレベル調節技術をどれでも使用できる。適切
なpHおよびＯＲＰ条件、即ち１．０から２．０のおよそ
のpHと＋４００ミリボルト以上のＯＲＰの下で、最初の
汚染汚泥ＣＳ中に含まれた重金属の実質的にすべてが望
ましい酸化状態に達し、可溶化され易い金属を生ずる。
このような金属は汚泥の固体部分から容易に浸出され、
即ち可溶化され、反応スラリーＲＳの液体部分中に溶け
込む。

【００３８】本発明を実施するために図１に示した装置
のコンビネーションの第二の装置は通常の固体と液体を
分ける装置４２である。通常の固体および液体分離装置
は殆どどれでも満足できるが、この特に適当な具体例に
対しては真空ドラムフィルター型を選んだ。もし固体／
液体分離装置に洗浄能力をつけ加えると重金属の回収が
促進される。別法として真空フィルター方式の代りに、
向流デカンテーション装置およびそれに続くベルトプレ
スを用いることができる。これらの装置は産業界で普通
に使用されているので、これらの固体および液体分離方
式の操作についてはこれ以上記述しないことにする。

【００３９】固体／液体分離段階後の固体部分は６０％
から８５％の液体を含有していて今や無毒化された汚泥
と考えられる。６０％から８５％の金属含有液体を含む
固体部分を洗浄することにより、金属含有液体を金属不
含液体で置き換えることを試みれば、固体部分から更に
重金属が除去される筈である。洗浄中に実際に起こるこ
とは、金属含有液体が希釈され、それにより固体部分中
に残留する液体が実質的に金属を含まなくなることであ
る。この無毒化された汚泥は石灰のような塩基試薬を用
いてＥＰＡにより公布されたpH基準まで中和すると、肥
料としてまた（または）土壌調節剤として農耕地に施用
できるようになる。

【００４０】固体／液体分離段階から集められる金属含
有液体は通常の金属除去装置（図１のブロック線図で示
した通り）に向けられる。金属含有液を、例えば石灰の
ような塩基性試薬で中和することにより金属を固体とし
て沈殿させることができ、そして沈殿した金属を液体か
ら濾別後、残留液体は廃水として捨ててもよいし、ある
いは残留液体の一部を廃水処理工場の水の必要量を満た
すために再循環させてもよい。金属の除去技術は産業界
で普通に用いられるものなので、これについてはこれ以
上述べないことにする。

【００４１】図１はＯＲＰ調節あるいはモニタリングを
何ら示していないことがわかる。十分に消化された汚染
汚泥ＣＳを有する反応スラリーＲＳに再生用酸化剤とし
て圧縮空気だけを用いる場合、反応スラリーＲＳの混合
と循環を満足させる空気の要求量は酸化に十分であるよ
うである。しかし、より一層酸化が起こるにつれて、固
体部分中に存在する重金属は一層容易に可溶化される。
実験によると十分に消化された汚泥の処理に対して本発
明方法を実行した場合、ＯＲＰモニターリングまたはＯ
ＲＰ調節は不必要であり、圧縮空気それ自身が十分な再
生用酸化剤ＲＯとなることが示されている。これに対し
て、十分に消化されていない汚染汚泥ＣＳが容器１２へ
供給されつつあるときは、酸化を促進するために再生用
酸化剤ＲＯ（圧縮空気）を補給することが非常に望まし
い。

【００４２】図２は補助的再生用酸化剤ＳＲＯを用いて
本発明方法を実施するため、別の装置のコンビネーショ
ンを用いる方法を図示している。この別の装置のコンビ
ネーションは図１に示したものと実質的に同様である
が、第二の再生用酸化剤源４４に貯えられた第二の再生
用酸化剤ＳＲＯを便利に使えるように適合されている。
この第二の再生用酸化剤ＳＲＯは、液状、例えば次亜塩
素酸塩または過酸化水素でも、あるいはガス状、例えば
二酸化硫黄、塩素またはオゾンでもよい。反応スラリー
ＲＳと流体接触しているＯＲＰ要素４６はＯＲＰ情報を
ＯＲＰ調節器４８に伝達し、かわって後者はＯＲＰ制御
弁作動装置５２によってＯＲＰ弁５０の開閉を調節する
ことにより、容器１２に供給される第二の再生用酸化剤
ＳＲＯの量を調節する。

【００４３】この促進された酸化は重金属の可溶化の速
度と度合を増加させるだけでなく、汚泥の最終的な化学
的酸素要求量および生物学的酸素要求量を相当に減少さ
せる。

【００４４】図３は本発明の概念的フローチャートを表
わしている。汚染汚泥、触媒的酸化剤、再生用酸化剤お
よび酸を混合して固体部分と液体部分を有する反応スラ
リーをつくる。混合を行なう間酸化および酸性化も起こ
る。ある滞留時間の後、反応スラリーをなるべくは洗浄
し、その固体部分と液体部分とに分けるのがよい。これ
は分離された固体部分を無毒化された汚泥とする。この
ものは今や実質的に重金属を含まない。液体部分は通常
の金属回収装置に送り、そこで金属を液体から沈殿さ
せ、金属を欠く液体を中和して捨てるか、またはその一
部を水の必要量を満すために廃水処理工場に再循環させ
てもよい。

【００４５】嫌気的汚泥からの重金属の可溶化速度のグ
ラフを図４に示す。これらの結果は経験的に得た。ＯＲ
Ｐ＋７７０mVにおいてまた１．５のpH環境で、１０分間
でクロムの約７５％、鉛の約８２％そしてカドミウムの
約８５％が可溶化された。滞留時間が増すにつれ、抽出
される金属のパーセントが改善される。期待される通
り、ＯＲＰが増加し続けると重金属の可溶化速度も向上
し続けるであろう。

【００４６】本発明方法を実行した合衆国のある西部の
都市から得た汚泥試料の試験から得た定量的結果を下記
表に示す。

【表１】 実験データ 重金属濃度（ミリグラム／キログラム）金属 浮き泡試料¹ 残渣試料 カドミウム ３６ １ クロム １，２７０ １４９ 銅 ２，５００ ８１ 鉛 ４８６ ７ ニッケル ４３１ ２３ 亜鉛 ２，８２０ ５０ １． 本発明方法の実行前。 ２． 本発明方法の実行後。

【００４７】合衆国環境保護庁は、重金属で汚染された
下水汚泥を農耕地に施用するための、上にあげた金属に
対する生涯累積荷重量の基準を提唱した。下記の表はこ
れらの提唱された基準を表わし、かつこれら基準の下で
農耕地への施用が許されるこの特別な下水汚泥の量をメ
ートルトン数で表示してある。

【表２】 １ヘクタール当りに許される汚泥の 農耕地に対するＥＰＡ メートルトン数 荷重量金属 浮き泡試料 残渣試料 （キログラム／ヘクタール） カドミウム ５００ １６，０００ １６ クロム ４１７ ３，５５７ ５２６ 銅 １６ ５６８ ４６ 鉛 ２５７ １７，８５７ １２５ ニッケル １６１ ３，３９１ ７８ 亜鉛 ６０ ３，４００ １７０

【００４８】この特別な汚泥が農耕地への使用に対しこ
の特定の地区から永久に禁止される前に農耕地１ヘクタ
ールへこの汚泥をどの位施用できるかを決定するために
は、最悪の場合の金属汚染物質である銅を調査しなけれ
ばならない。本発明の実施前ではここに提出された規制
の下で農耕地１ヘクタールに対して施用することが許さ
れるこの特定の汚泥の量は僅か１６メートルトンに過ぎ
ない。しかし、本発明の実施後では、農耕地から永久に
禁止される前にこの汚泥５６８トン、即ちこの特定の汚
泥の３０倍を越える量を農耕地１ヘクタールに施用でき
るのである。

【００４９】本発明の利点は多数ある。汚染汚泥の酸化
速度は他の先行技術による汚泥無毒化方式よりはるかに
速い。塩化第二鉄における鉄の陽イオン状態が迅速な酸
化を起こさせる大きい原因をなしていることが理論づけ
される。触媒的酸化剤として用いた塩化第二鉄とガス状
再生用酸化剤として用いた空気とが本発明の特に適当な
具体例に対して選ばれた。溶液中の塩化第二鉄は鉄イオ
ンＦｅ³⁺を生じ、このものはプラス３の陽電荷をもつイ
オンである。汚泥の酸化中にＦｅ³⁺は還元されて第一鉄
イオンＦｅ²⁺となるが、このものは再生用酸化剤ＲＯに
より迅速に再酸化される。それ故に第二鉄イオンは消費
されず、その代り反応スラリーの酸化を促進する触媒効
果を生ずる。第二鉄イオンＦｅ³⁺は、大抵のガス状酸化
剤よりも迅速に硫化物／金属化合物を元素硫黄と金属イ
オンに酸化することが化学の分野でよく知られている。
空気または何か他のガス状酸化剤を同時に反応中のスラ
リーに適用することにより第一鉄イオンＦｅ²⁺はその場
で第二鉄イオンＦｅ³⁺に再生され、このものは再び強力
な酸化剤として利用できる。下記の化学反応式は硫黄／
金属化合物に対する１例として、何故触媒的酸化剤であ
る塩化第二鉄と再生用酸化剤とがそのように効果的に働
くのかを支持している： 浸出反応式：

【化１】ＭｅＳ ＋ ２ＦｅＣｌ₃ → ＭｅＣｌ₂
＋ Ｓ^O ＋ ２ＦｅＣｌ₂ 再生反応式：

【化２】２ＦｅＣｌ₂ ＋ ０．５Ｏ₂ ＋ ２ＨＣｌ
→ ２ＦｅＣｌ₃ ＋ Ｈ₂ Ｏ

【００５０】これら二つの式を加算することにより、式
の両側の塩化第二鉄および塩化第一鉄は相殺され理論上
触媒効果を生ずる。

【００５１】本発明により得られる酸化量は相当に大き
いので、本発明は現在の嫌気的あるいは好気的廃水処理
工場の処理能力を増加させることができる。生物学的酸
化は自然に起るので本来ゆっくりした過程であり、嫌気
的または好気的な消化を行なうには廃水処理工場は１０
日から３０日といった長い滞留時間を要する。今は酸化
量が増大したので、廃水処理工場は嫌気的あるいは好気
的消化のための滞留時間を短縮し、その不完全に酸化さ
れた汚泥を更に酸化するために本発明方法に移すことが
できるようになった。この特徴は、例えば旅行シーズン
中に下水処理に対する需要のピークが起こる行楽地域に
とって極めて役立ちうる。従って、行楽地の共同体は、
もし本発明が現行の廃水処理装置を更新したとすれば、
下水処理に対する季節的なピーク需要を処理するための
財源の膨張は消化工場だけで済むであろう。

【００５２】本発明のもう一つの利点は、酸、第二鉄塩
およびガス状酸化剤の厳格な量に対して鈍感なことであ
る。反応中のスラリーのpHがおよそ１．０から２．０で
ある限り、またそのＯＲＰが＋４００ミリボルトより大
である限り、本発明は正確に機能するであろう。最適条
件としては、反応中のスラリーの第二鉄イオン濃度は反
応スラリー１リットル当り０．５から３．０グラムであ
る。低濃度の第二鉄イオンは多分ガス状酸化剤からの酸
化の増大によって補償できるであろう。より高濃度の第
二鉄イオンは反応スラリーを低濃度の第二鉄イオンを用
いた反応スラリーより濾過を容易にする傾向がある。滞
留時間も変化しうる。３０分が推奨滞留時間であるが、
それはこの時間が回虫の卵を破壊するのに要求される時
間と適合するからであり（これについては後でもっと詳
しく述べる）また金属溶解のパーセントを高めるために
も妥当であると考えられるからである。しかし、上記の
通り、下水汚泥の固体部分中に存在する重金属の実質量
を抽出するためには１０分間という滞留時間で十分であ
ることが実験で分かった。

【００５３】第二鉄イオンの使用は多くの恩恵を生む。
第一に、第二鉄イオンは触媒的酸化剤であり、空気のよ
うなガス状酸化剤あるいは過酸化水素のような液体酸化
剤を用いることによりその場で再生できる。第二に、存
在する第二鉄塩により浸出速度が相当に高められる。第
三に、第二鉄塩は大抵の硫化物／金属化合物を迅速に酸
化し、そのため前記化合物は元素硫黄と金属イオンに酸
化される。最後に、溶液中の鉄の存在は、溶液からの他
の金属の沈殿生成を助長することが産業界で一般に知ら
れている。沈殿形成中に鉄は溶液中の他の金属を凝析さ
せ該金属を迅速に除去することも産業界でよく知られて
いる。それ故に、溶解金属の溶液からの回収において
は、鉄そのものの存在が有益なのである。

【００５４】本発明はその低pH環境のおかげで多くの病
原性生物を破壊することができ、その結果大腸菌数を相
当に減らすことができる。更にまた、本発明は一層耐酸
性の病原性生物、例えば最も環境に対して抵抗性の大き
い病原性生物の一つと考えられる回虫（Ａｓｃａｒｉｓ
種）の卵を破壊するのに容易に適合しうる。図１にも他
の場所にも示していないが、本発明を実施する装置のコ
ンビネーションに対して容易に加熱手段を適合させるこ
とができる。例えば、汚染汚泥が容器に入る前に外殻お
よび管熱交換器を用いるか、あるいは別法として容器内
に加熱コイルを設置することもできる。下水汚泥、この
場合には反応中のスラリー、を６０℃の温度に少なくと
も３０分間保つと、回虫（Ａｓｃａｒｉｓ）卵が不活性
になることで一般に意見の一致をみている。結果とし
て、加熱装置に適合させた本発明方法を用いると、無毒
化が起こるだけでなく無毒化汚泥の滅菌も可能となる。

【００５５】本発明の特に適当な具体例ならびにその先
行技術に勝る重要な利点と進歩をある程度特定的に記述
した。しかし記述の特定性は例としてのみ示したのであ
って本発明の範囲は特許請求の範囲に包含されることは
明らかである。

【００５６】

【図面の簡単な説明】

【図１】流れ図

【００５７】

【符号の説明】

１０ パチューカ型タンク系 １２ 容器 １４ 通気管 １６ 酸供給源 １８ 速度可変型酸送りポンプ ２０ pH調節器 ２４ 触媒的酸化剤供給源 ２６ 触媒的酸化剤送りポンプ ３６ 空気圧縮器 ４２ 固体液体分離装置

【００５８】

【図２】流れ図

【符号の説明】

１０ パチューカ型タンク系 １２ 容器 １４ 通気管 １６ 酸供給源 １８ 速度可変型酸送りポンプ ２０ pH調節器 ２４ 触媒的酸化剤供給源 ２６ 触媒的酸化剤送りポンプ ３６ 空気圧縮器 ４２ 固体液体分離装置 ４４ 第二再生用酸化剤給源 ４６ ＯＲＰ要素 ５２ ＯＲＰ調節弁作動装置

【００５９】

【図３】ブロックダイヤグラム

【図４】重金属の可溶化速度グラフ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （イ） 一定量の汚泥、一定量の少なく
   とも１リットル当り０．５グラム量の第二鉄塩よりなる
   少なくとも１種以上の触媒的酸化剤、一定量の少なくと
   も１種の再生用酸化剤、及び一定量の酸を、酸化剤の量
   が反応スラリーの酸化還元電位を４００ミリボルト以上
   とするに十分な量となるように、かつ酸の量が反応スラ
   リーのｐＨ＝１．０〜２．０の範囲とするに十分な量と
   なるように混合し、固体部分と液体部分を有する反応ス
   ラリーを調製する工程と、 （ロ） 前記反応スラリーを固体部分と液体部分とに分
   離する工程よりなる 重金属を含む下水汚泥の無毒化方
   法。
2. 【請求項２】 反応スラリーのｐＨ範囲を少なくとも１
   ０分間保つ、請求項第１項記載の方法。
3. 【請求項３】 反応スラリーの酸化還元電位を少なくと
   も１０分間保つ、請求項第１項記載の方法。
4. 【請求項４】 反応スラリーの前記ｐＨ範囲および反応
   スラリーの前記酸化還元電位を同時に維持する、請求項
   第２項および第３項記載の方法。
5. 【請求項５】 第二鉄塩が塩化第二鉄である、請求項第
   １項記載の方法。
6. 【請求項６】 再生用酸化剤がガスである、請求項第１
   項記載の方法。
7. 【請求項７】 ガス状再生用酸化剤が圧縮空気である、
   請求項第６項記載の方法。