JP2004511346A - 下水または下水汚泥の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

下水または下水汚泥を処理する改善された方法および装置。下水または同様な有機汚泥を処理して、殺菌されかつ乾燥された生成物を作る方法において、実質的に生成物の所望の乾燥固形物含有率まで、汚泥を乾燥させる工程と、次に汚泥を殺菌しおよび／または安定化して、後で曝気による乾燥を行なうことなく生成物を作るため、アルカリ添加剤を乾燥汚泥に添加する工程とを有することを特徴とする方法を開示する。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、下水汚泥、または廃水処理プラント等の産業現場から出る同様な有機汚泥の処理方法および処理装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
欧州特許ＥＰ ０ ２８３ １５３ Ｂ１には、直接大地に適用できる農地用肥料を作るための廃水汚泥処理方法が開示されている。この方法は、汚泥と特定微粉度のアルカリ材料とを混合して、該混合物のｐＨを、少なくとも１日間少なくとも１２に上昇させて殺菌を行ない、次に混合物を乾燥させる工程を有している。乾燥は、ａ）固形物レベルが最小６５％の嵩密度に到達しかつこれを維持するまで、曝気しかつ少なくとも７日間１２より大きいｐＨを維持するか、ｂ）固形物レベルが最小５０％の嵩密度に到達しかつこれを維持するように、曝気しかつ少なくとも５０℃の温度に加熱することにより行なわれる。上記ｂ）では、温度は、非病原性生物を全滅させてしまうほど高くすべきではない。ｐＨの上昇および乾燥は、悪臭、好ましくないウイルス、バクテリア、寄生生物および汚泥に誘引される病原媒介生物（例えば、ハエ）を低減させ、かつ有益な非病原性微生物を消滅させないで病原体の有効再成長を防止するため行なわれる。少なくとも幾分かの温度上昇は、アルカリとの発熱反応によるものである。生成物は、所望の固形物含有率（ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ）の達成後に、約１０日間空気中で硬化させることができる。乾燥および硬化は、地干し（ｗｉｎｄｒｏｗｉｎｇ）法、反転法または他の強制換気法により行なわれ、硬化時間または曝気時間は、曝気手順および気温および湿度等の他のファクタに基いて決定され、かつ何らかの特別な場合には要求最終点に到達したか否かを経験的に判断して決定する必要がある。これには、固形物含有率の測定のためのサンプルを採取して、下記項目について試験することが含まれる。
【０００３】
・動物ウイルス−１００ｍｌ当り１未満のプラーク形成単位
・サルモネラバクテリア−１００ｍｌ当り３未満のコロニー形成単位
・寄生生物−１００ｍｌ当り１未満の生存可能卵
・病原性微生物の有効再成長−あってはならない
また、閉じた室内での悪臭の許容できるレベルまでの低下、およびこの低下があらゆる気候条件下で無期限に維持されること、およびハエは生成物に誘引されないか否かを評価する。同時に、少なくとも幾分かの有益な非病原性微生物の存在が確立されなくてはならない。
【０００４】
上記方法ｂ）を使用する場合には、少なくとも５０℃の温度（但し、非病原性微生物を全滅させてしまうほど高温であってはならない）に維持するための最短推奨時間は少なくとも１２時間であり、次に、最低５０％の固形物含有率が達成されるまで、地干し列を間欠回転させることにより、熱処理されたアルカリ安定化脱水汚泥ケーキが空気乾燥される（一方、ｐＨは少なくとも３日間は１２以上に維持される）。
【０００５】
前掲のＥＰ ０ ２８３ １５３に言及しているＧＢ ２ ２７６ ８７６ Ａには、遊離石灰を含むアルカリ材料を使用し、得られる混合物を貯蔵しおよび／または乾燥しおよび／または堆肥化し、混合物に充分な石灰を添加して少なくとも１０のｐＨを達成することにより、少なくとも１５重量％の固形物含有率を含む下水汚泥を処理する技術が開示されている。１２を超えるような高いｐＨ値でも除外されないが、病原体の優れた低減は、発生するアンモニアが少ない１２以下のｐＨレベルで達成されることが示唆されている。アンモニアが少ないことは、処理される汚泥およびその周囲の不快感を改善しかつ処理される材料が多量の窒素を保有し、肥料としての窒素値を高めることを意味する。
【０００６】
上記英国特許ＧＢ ２ ２７６ ８７６ の方法は、汚泥を例えばベルトプレスで脱水し、脱水した汚泥を、混合機への重量計量ホッパ（該ホッパには適当量のアルカリ材料が供給される）を用いて測定する工程を有し、混合された材料はスキップに供給されて地干し領域へと供給され、ここで、混合材料は、通常７日までの間、周期的に回転される。しかしながら、導入された酸化カルシウムの量は、ｐＨを１２より高い値に高めるのに充分なものであり、実際に、少なくとも１２時間１２より高い値に確実に維持するのに充分であることも示唆しており、この場合には、混合物を少なくとも２時間貯蔵して大地に直接適用できる。
【０００７】
これらの両明細書に開示された方法は、労働集約的であり、主観的判断（例えば、閉じた室内での悪臭の評価）、または結果が得られるまでに数日または数週間を要する生物学的試験結果に大きく依存していることは明白である。
【０００８】
効果的な処理のためには、アルカリと脱水された汚泥とを混合させる必要がある（脱水された汚泥であるとはいえ、所望の発熱化学反応を引起す程度の水の存在に過ぎなければ、実質的な量の水を含んでいてもよい）。最終生成物は、上記明細書での開示から明らかなように、発熱段階での適当量より少量の含水量であることが要求される。この場合、この方法の重要なことは生成物が最終的に乾燥されることであり、この理由は、生成物を地干しにより処理するためである。地干し、特に地干し列の回転による曝気は、労働集約的かつ床スペーサ集約的であるだけでなく、緩慢な乾燥方法であり、作業者を過度のレベルのアンモニアおよび揮発性有機化合物に曝してしまう。
【０００９】
上記ＥＰ ０ ２８３ １５３およびＧＢ ２ ２７６ ８７６に開示されているような従来技術の方法には、他の問題および欠点がある。例えば、比較的多量（一般に、３０〜５０湿汚泥重量％または１５０〜３００乾汚泥重量％）のアルカリ材料が必要とされ、このような多量のアルカリ材料は、処理により作られる最終生成物の大きい割合を構成することである。これは、３つの大きい態様でコストを増大させてしまう。第一は、多量のアルカリ材料を設けることによるコストである。第二は、熱パルスおよび地干し列形成および回転による大きい体積の混合生成物の取扱い時の材料によるコストである。第三は、現場から最終生成物を除去することによる輸送コストである。他の重要な問題は、アルカリ材料が最終生成物の大きい割合を占めるため、最終生成物中の窒素およびリン等の栄養素の相対割合が低下するだけでなく、生成物の高ｐＨのため固定されてしまうことである。これにより、農業用肥料としての最終生成物の価値が低下される。また、多量のアルカリ材料が添加されるため、１２より高いｐＨが長期間に亘って維持され、生成物は管理機関により特殊廃棄物として類別されることもある。特殊廃棄物は、特殊な埋立処分を必要とする。
【００１０】
地干し生成物の温度を均一に制御し、管理しかつ測定することは不可能ではないにせよ、困難である。また、ＥＰ ０ ２８３ １５３の方法を用いた場合には、製造中および完成品の両方において生成物の悪臭、より詳しくはアンモニアについてのかなりの問題が実際に生じる。
【００１１】
下水汚泥の処理に関する米国の規則では、生成物の殺菌（ＥＰＡ法規５０３規則）だけでなく、安定化も必要であることに留意すべきである。後者は、媒介生物誘引低減条件（Ｖｅｃｔｏｒ Ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）と呼ばれ、法規５０３．３３（ｂ）に規定されている。疑義を回避するため、本願で使用する用語「安定剤（ｓｔａｂｉｌｉｓｅｒｓ）」および「安定化（ｓｔａｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ）」は、米国ＥＰＡ法規５０３．３３（ｂ）に規定された媒介生物誘引低減条件を満たす方法をいうものとする。
【００１２】
（発明の開示）
本発明は、上記問題および欠点を解消しかつ下水汚泥の処理における新規な方法論を提供する。本発明は、従来技術に比べて、より効率的で、労働集約性およびスペース集約性が低く、かつ制御し易く（生物工学的試験、不正確な手作業によるサンプリングおよび乾燥固形物含有率、温度およびｐＨ等の測定手順に基くものではないことによる）、かつ連続処理およびオンラインモニタリングおよび管理の両方が行える下水汚泥処理方法および装置を提供する。これにより、処理された汚泥の病原菌破壊およびその後の長期間安定性を確実にする重大な処理工程の達成が確保される。より詳しくは、所与の汚泥量の処理後に作られる最終生成物のトン数が大幅に低減され、製造コスト、取扱いコストおよび輸送コストを低減できる。これは、主として、汚泥の量および殺菌を行うのに必要なアルカリ材料の量が大幅に低減されることによる。アルカリ材料の使用量の低減によりもたらされる他の長所はコストを節約できることである。また、ＥＰ ０ ２８３ １５３およびＧＢ ２ ２７６ ８７６に開示の方法とは異なり、本発明は、地干しのような曝気方法の使用を含んでいない。さらに、本発明の装置に必要とされる床スペース（すなわち「フットプリント」）も大幅に低減される。さらに、本発明により発生される臭気は最小でありかつ容易に対処できる。また、本発明の方法により作られる最終生成物は高品質であり、利用できる栄養素を多く保有しかつ実質的に臭気は存在しない。さらに、アルカリ材料の使用が大幅に低減されるため、プロセス温度制御および処理後のｐＨ低下を一層効率的に達成できる。
【００１３】
本発明の第一態様によれば、下水または同様な有機汚泥を処理して、殺菌されかつ乾燥された生成物を作る方法において、実質的に生成物の所望の乾燥固形物含有率まで、汚泥を乾燥させる工程と、次に汚泥を殺菌しおよび／または安定化して、後で曝気による乾燥を行なうことなく生成物を作るため、アルカリ添加剤を乾燥汚泥に添加する工程とを有することを特徴とする方法が提供される。
【００１４】
殺菌前に乾燥させるか、乾燥の結果として殺菌を行なうアプローチから生じる多くの長所がある（本発明は、ＥＰ ０ ２８３ １５３およびＧＢ ２ ２７６ ８７６に開示されているような殺菌後の乾燥とは異なっている）。乾燥後は、汚泥の重量および体積が、原料のアウトプット量と比較して大幅に低減される。混合物の殺菌（および／または安定化）に必要なアルカリ添加剤の全量は極く僅かでよい。このため、コストが大幅に低減されるという長所が得られ、かつ所与の量の湿潤汚泥出発材料に関連する生成物のトン数を低減できる。使用されるアルカリ添加剤の量は少量であるが、長期間に亘る優れた温度殺菌プロファイルおよび安定化プロファイルが得られる。また、優れた高い乾燥固形物含有率をもつ最終生成物を容易に作ることができる。生成物の乾燥固形物含有率が高いほど、最終生成物のより優れた長期間安定性が得られる。地干しまたは他の曝気技術等の時間集約的およびスペース集約的でコストが嵩む乾燥工程は不要である。本発明の方法は生の汚泥原料の処理に使用でき、これは、高価な汚泥蒸解段階を不要にする長所を有する。しかしながら、本発明の方法は、蒸解された汚泥原料の処理にも使用できる。
【００１５】
２５重量％以下、好ましくは２０％以下、最も好ましくは１５％以下の汚泥乾燥固形物の混合比で、アルカリ添加剤を乾燥汚泥に添加することができる。これは、最終的に形成される生成物の非常に低い比率を示すが、驚くべきことに、汚泥を殺菌しおよび／または安定化させかつ高品質の生成物を作るのに充分なものである。
【００１６】
好ましくは、アルカリ添加剤は石灰を含み、該石灰は粉末化または微粒化するのが有利である。この態様で処理される石灰に関連する表面積が大きいほど、殺菌および安定化工程を改善できることが判明している。汚泥の乾燥は薄膜乾燥機で行なわれ、該乾燥機は、水平ワンパス間接加熱形薄膜乾燥機で形成できる。このような乾燥機は、Ｂｕｓｓ−ＳＭＳ ＧｍｂＨ社（Ｐｒａｔｔｅｌｎ、スイス国）により製造されている。これらの乾燥機はプラウフローベース、すなわち先入れ先出し（ＦＩＦＯ）で作動し、乾燥機内での汚泥滞留時間が正確に確立されるという長所を有している。また、乾燥工程中に汚泥を完全に殺菌することができる。
【００１７】
汚泥は、５０％より大きい、好ましくは５２〜６５％の範囲内の乾燥固形物含有率に乾燥させることができる。乾燥をこの範囲に制限することの利点は、繊維含有率の高い汚泥（このような汚泥は、後になって乾燥汚泥中で着火または爆発する危険を有する）が作られないことにある。
【００１８】
本発明の方法には、汚泥をさらに乾燥させる前に汚泥を脱水して、脱水汚泥ケーキを作る工程をさらに設けることができる。
【００１９】
汚泥の乾燥工程は、汚泥の部分的殺菌または完全殺菌を行なうことができる。これは、必要とされるアルカリ添加剤の量を最小に維持することを助ける。また、汚泥の乾燥は高ｐＨでは行なわれないので、この乾燥工程に付随する臭気にはアンモニアは含まれない。それどころか、揮発性有機化合物、硫化水素および種々のメルカプタン等の揮発性種またはガスが作られ、これらは、生物学的フィルタ、スクラバーまたは再生熱酸化器により容易に除去できる。この効果は、汚泥処理に付随する悪臭を大幅に低減できることである（アンモニアおよびある揮発性有機化合物は、このような悪臭に関する主な原因となる）。間接設計の乾燥機を使用する場合には、非凝縮性ガス流のみをスクラビングすればよく、かくして、ガスの体積従ってスクラバーのサイズを最小にできる。
【００２０】
生成物は連続的に排出できる。混合物の殺菌および／または安定化は先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ホッパ内で行なうことができ、混合物の再循環を行なうか否かは問わない。
【００２１】
刈取られた草および葉等の生の廃棄物は、汚泥を、実質的に所望の乾燥固形物含有率に乾燥させる前に汚泥に添加することができる。
【００２２】
ガスは殺菌中に除去され、かつ汚泥の乾燥に使用される乾燥機に導入することができる。１つの長所は、殺菌工程から生じる粒子、アンモニアおよび揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）が乾燥機で除去されることである。粒子は、再生熱酸化器（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄｉｓｅｒ：ＲＴＯ）等の廃棄物処理段階に導入されると問題を引起すが、廃棄物の流れが乾燥機からＲＴＯに導入されるならば（幾分かは殺菌ユニットから導入されている）、これらの問題は回避される。他の長所はＲＴＯのサイズを最小にできることであり、これは、殺菌段階でのガスが、乾燥機の効率的作動に必要な漏洩空気と置換されることによる。
【００２３】
汚泥の乾燥に付随する余剰の熱は回収され、かつ本発明の方法または該方法を遂行する装置に付随する目的に使用できる。回収熱は、製造空間の加熱および／またはアンモニアスクラビング工程の加熱に使用できる。これにより、実に効率的なエネルギ使用が達成される。
【００２４】
本発明の方法は連続的に行なわれるが、バッチ態様または半連続的作業も可能である。
【００２５】
本発明の第二態様によれば、本発明の第一態様による下水汚泥または同様な有機汚泥を処理する装置において、
実質的に生成物の所望の乾燥固形物含有率まで、汚泥を乾燥させる手段と、
乾燥汚泥にアルカリ添加剤を添加する手段と、
混合物を殺菌しおよび／または安定化を開始して、後で曝気による乾燥を行なうことなく生成物を作るため、混合物および添加されたアルカリ添加剤を保持する手段とを有することを特徴とする装置が提供される。
【００２６】
乾燥汚泥および添加されたアルカリ添加剤を保持する手段は、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ホッパで構成できる。
【００２７】
本発明の装置には、汚泥をさらに乾燥させる前に汚泥を脱水する手段をさらに設けることができ、該手段はベルトプレス装置で構成でき、該装置は多段ベルトプレスで構成できる。
【００２８】
汚泥を乾燥させる手段は薄膜乾燥機で構成でき、該乾燥機は、水平ワンパス間接加熱形薄膜乾燥機で構成できる。
【００２９】
本発明の装置にはさらに、石灰を収容する少なくとも１つの貯蔵手段を設けることができ、石灰はアルカリ添加剤またはその一部として使用される。石灰は粉末化または微粒化することができる。
【００３０】
本発明の装置にはさらに、混合物を保持する手段からガスを除去しかつ該ガスを汚泥乾燥手段に導入する導管手段を設けることができる。これにより、伝統的に必要とされる漏洩吸気手段を乾燥機に置換できる。
【００３１】
本発明の装置にはさらに、汚泥の乾燥に付随する余剰熱を回収しかつ該回収余剰熱を目的箇所に導いて、回収余剰熱を方法または装置に関連する目的のために使用できる熱回収手段を設けることができる。本発明の装置にはさらに、回収余剰熱を用いて加熱されるアンモニアスクラバーシステムを設けることができる。
【００３２】
乾燥手段は、汚泥の完全な殺菌を行なうこともできる。
【００３３】
本発明の第三態様によれば、本発明の第一態様の方法により製造される乾燥汚泥が提供される。このような生成物は、高い乾燥固形物含有率（５０％以上）および高い栄養素を有している。生成物は、人工表土として、および農業用肥料として使用することもできる。
【００３４】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明による方法および装置について、添付図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は、本発明による方法の一実施形態を示すものである。この方法では、参照番号１０で示す位置から液体下水が導入され、かつベルトプレスシステム１２を用いて脱水されて、汚泥ケーキが作られる。一般に、汚泥ケーキの乾燥固形物含有率は約２７％である。脱水後、汚泥ケーキは、搬送システム（図示せず）により乾燥機１４に搬送される。搬送システムは、ベルトコンベアおよび排出プラウ並びに連続モニタリングを行なうための赤外線水分センサおよび重量計量システム等の既知の手段で構成できる。任意であるが、最初の部分は、刈草等の生の廃棄物を導入できるブレンダに入れることができる。
【００３６】
乾燥機１４は、所望の乾燥固形物含有率（これは、実質的に、生成物の所望の乾燥固形物含有率である）の乾燥汚泥を作るのに充分な長さの時間をかけて、適当な脱水温度で汚泥を乾燥させる。
【００３７】
多くの理由から、このようにして生の廃棄物を廃棄することは有利である．生の廃棄物は、一般に８０％という非常に高い含水量を有しており、従って非常に嵩張るものである。米国および他の国では、生の廃棄物は埋立廃棄することができないが、いわゆる「構内廃棄物（ｙａｒｄ ｗａｓｔｅ）」として自治体が収集サービスを行なっている。生の廃棄物は、特に堆肥化装置も必要になるため、収集コスト以外の廃棄コストが高くなる。このような装置は作動コストが嵩む上、悪臭に関する苦情を受ける危険がある。本発明は、生の廃棄物を廃棄するためのより便利な方法を提供する。また、生の廃棄物の乾燥部分（元の重量の約２０％）は、有機物およびＮ、Ｐ等の栄養素に富んでいるので、最終生成物にとって利益を提供する。
【００３８】
乾燥汚泥は、コンベアベルト等の手段により、乾燥機１４から混合機１６へと搬送され、ここで、サイロ１８からのアルカリ添加剤が添加され、汚泥と混合される。混合物は殺菌機２０へと搬送される。殺菌機２０は、先入れ先出しホッパで構成できる。このプロセスが終了すると、富栄養素の最終生成物２２が、ベルトコンベア装置を用いて排出される。
【００３９】
アルカリ添加剤がＣａＯであるときに優れた結果が得られたが、本発明はこれに限定するものではなく、１つ以上の成分を含む他のアルカリ添加剤を使用することもできる。
【００４０】
汚泥の乾燥により、汚泥／アルカリ添加剤混合物が既に非常に乾燥されていることは非常に有利である。なぜならば、付随するあらゆる欠点をもつさらなる乾燥工程（例えば地干し）が不要になるからである。アルカリ添加剤が乾燥汚泥に添加されるとき、汚泥は乾燥工程後の依然としてかなり熱い状態（約４０〜６０℃またはこれ以上）にあることは重要であると考えられる。乾燥工程は殺菌に必要な多量の熱を伝達し、これによって比較的少量のアルカリ添加剤を用いて殺菌が行なえると考えられる。これとは異なり、ＥＰ ０ ２８３ １５３およびＧＢ ２ ２７６ ８７６の従来技術の方法による比較的多量のアルカリ添加剤は、周囲温度から殺菌熱パルスを発生させる必要性のため、一部が必要になると思われる。これらの従来技術では、これは、アルカリ添加剤と水との発熱反応により達成され、これにより、高価なアルカリ添加剤がさらに必要になる。
【００４１】
また、汚泥の乾燥自体によって、汚泥部分が部分的または全体的に殺菌されることも有利である。部分殺菌の結果は、殺菌（安定化）を行なうのに、比較的少量のＣａＯで済むということである。乾燥工程による全体殺菌の結果は、殺菌を行なうのにアルカリ添加剤のみで済むということである。これは、乾燥汚泥のｐＨを、２時間以上の間、１２以上に上昇させ、次に、米国ＥＰＣ規則５０３．３３（ｂ）（６）に定められているように、さらに２２時間の間、ｐＨを１１．５以上に維持することにより達成される。
【００４２】
ＣａＯを添加すると、水との発熱反応によりさらに乾燥させることができるが、これは、さらに乾燥させる上で必要でないことに留意すべきである。一般に、必要なＣａＯの量は、乾燥汚泥（または汚泥／生の廃棄物の混合物）の２５乾重量％以下、好ましくは２０乾重量％、最も好ましくは１５乾重量％である。他の利益は、殺菌工程を比較的短くでき、１日より短いことである。殺菌工程は、５時間、４時間以下にでき、さらには約２〜３時間以下にすることができる。混合物が殺菌温度に１２時間以上保持されることを確保するため、一般に、混合物は、殺菌のため約１５時間保持される。しかしながら、本発明は、より短い殺菌時間および温度が可能であることを認識している。殺菌／乾燥工程中に、１２以上のｐＨおよび約７０℃までの温度が得られる。１２より低いｐＨおよび／または約７０℃より低い温度でも充分な殺菌を達成できると考えられる。従って、本発明はこの点に関する制限はない。本発明の他の利益は、最終生成物中の比較的少量のＣａＯおよび最終生成物の乾燥により、所与の汚泥インプットに対して作られる最終生成物の量を低減できることである。さらに別の利益は、余剰のＣａＯが使用されないので、生成物のｐＨは、ＣａＯが消費されるにつれて急速に低下することである。
【００４３】
一般に、アルカリ添加剤の添加後は、断熱された反応容器内の乾燥汚泥の温度は上昇し、かつ５時間までの間、最低でも６５℃の温度に均一に維持され、この時間中は、ｐＨは１２以上に維持される。次の２４時間中、生成物のｐＨは１１．５より高くなる。これにより、ＥＰＡ規則５０３．３３（ｂ）（６）の条件を満たすことができ、生成物の安定化が達成される。一般に、安定化工程は殺菌機では完全に行われないことに留意すべきである。むしろ、安定化工程は、生成物が殺菌機から排出された後に続けられる。
【００４４】
本発明は、ＣａＯが粉末であるか微粒であるときに特に良く機能することが判明している。これは、殺菌工程に付随する反応で、より大きい表面積を利用できることによると考えられる。
【００４５】
また、本発明は、プラグフローベースすなわちＦＩＦＯ（先入れ先出し）で作動する水平ワンパス薄膜乾燥機を使用して汚泥を乾燥させるときに特に良く機能することが判明している。このような乾燥機は、例えば、Ｂｕｓｓ−ＳＭＳ ＧｍｂＨ社（Ｈｏｈｅｎｒａｉｎｓｔｒａｓｓｅ １０， Ｐｒａｔｔｅｌｎ、スイス国）により製造されている。Ｂｕｓｓ−ＳＭＳ社の乾燥機（形式Ｄ−０１００）は、少なくとも５０〜６０％の乾燥固形物含有率の範囲の乾燥率に汚泥を連続乾燥させるのに非常に適している。また、乾燥汚泥は、かなり熱い（約６０℃）間にアルカリ添加剤混合段階に導入されるため、殺菌および／または安定化温度を達成するのは比較的容易である。Ｂｕｓｓ−ＳＭＳ社の乾燥機（形式Ｄ−０１００）のような水平薄膜乾燥機は、可変速駆動装置を備えた供給ポンプ、円錐状供給ホッパおよび攪拌器、凝縮器および凝縮液受容器、液体リングポンプ（非凝縮性蒸気を排出させるためのもの）および加熱手段を設けることにより、システムに組込むことができる。乾燥機のブレードは、汚泥を（水平薄膜乾燥機の場合にはほぼ水平な方向に）乾燥機を通して押出すと同時に、確実に汚泥を乾燥機壁上に薄く反復して拡散させる。壁は、例えばサーマルオイルヒータまたは蒸気ボイラ等で構成できる加熱手段により間接的に加熱される。しかしながら、薄膜乾燥機に代えて、他の形態の乾燥機も有効に使用できる。
【００４６】
しかしながら、薄膜乾燥機の長所は、汚泥を、１００℃の最低汚泥温度で、かつ約４分間の最短滞留時間で均一乾燥できることである。このような条件は、汚泥の完全殺菌を行なうのに充分過ぎるものである。この場合には、添加されたアルカリは、単に、乾燥されかつ殺菌された汚泥を安定化させるのに使用される。乾燥温度をモニタリングするのに、乾燥機内にセラミック表面を設けることもできる。
【００４７】
多くの混合トライアルでは、汚泥の乾燥率とＣａＯ混合比との種々の組合せを使用した。５０〜５９％の範囲の固形物含有率の汚泥乾燥率を使用した。５〜１４％のＣａＯを添加した。最終生成物の乾燥率は、絶えず、混合前の汚泥の乾燥率より極く僅か大きかった。例えば、１４．１％のＣａＯで処理された５１％の乾燥固形物含有率をもつ汚泥から、５６．４％の乾燥率固形物含有率の生成物が得られ、一方、５．３％のＣａＯが添加された５９％の乾燥固形物含有率をもつ汚泥から６５．１％の乾燥固形物含有率の生成物が得られた。
【００４８】
これらのトライアルでの生成物は、すべてが優れた品質または非常に優れた品質を有し、これは、多くの基準すなわち、粒状度、粘着性、匂いおよび成形性を用いて評価された。図２には、経過時間に対する乾燥汚泥／ＣａＯ混合物の温度プロファイルが示されている。この場合には、５７％の乾燥固形物含有率の乾燥汚泥が、８．７％の粉末ＣａＯと混合された。これらの条件での２つの別のトライアルの結果が示されている。高温が維持される少なくとも１７時間は、優れた熱パルスプロファイルが得られた。また、汚泥とＣａＯとが混合された後は、１２．２のｐＨが測定された。低温および／または低いｐＨでも満足できる結果が得られるが、高温と高ｐＨとの組合せは優れた殺菌および安定化をもたらす。
【００４９】
全工程は、連続的にまたはほぼ連続的に行なうことができる。脱水された汚泥ケーキの一定またはほぼ一定の流れを確保するには、個々のまたは複数のベルトプレス装置を使用できる。同様に、複数の乾燥機および混合機を使用して、連続スループットを確保することができる。殺菌（および／または安定化）段階は、先入れ先出しホッパまたはこれと同様の装置を用いて連続的に遂行できる。殺菌（および／または安定化）段階は比較的短いので、殺菌（および／または安定化）はホッパを通るワンパス中に行なうことができる。換言すれば、材料をホッパを通して再循環させる必要はないが、少量のアンモニアおよび揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を完成生成物から除去するのに再循環を用いることができる。
【００５０】
殺菌（および／または安定化）段階中に放出されるアンモニアは、アンモニアスクラバーを用いて除去できる。しかしながら、第一部分の完全殺菌の一部は第一部分の乾燥中に達成されるので、放出されるアンモニアの量は低減される。また、乾燥汚泥は、一般に、悪臭発生可能性を低下させる利益をもたらす。汚泥のこの「予備殺菌」は高いｐＨでは行なわれないので、アンモニアはこの工程中には実質的に放出されない。揮発性有機化合物、硫化水素および多くのメルカプタン等の悪臭性化合物が作られても、これらは、生物学的フィルタ、スクラバーまたは再生熱酸化器を用いて容易に処理できる。このため、本発明は、悪臭に付随する問題を大幅に低減できる長所を有している。
【００５１】
図３〜図５には、連続的に作動できかつ広域都市当局の要求を充分に満たすことができる緊急バックアップ機能を備えた本発明による装置が示されている。
【００５２】
図３には予備汚泥脱水段階が示されており、この段階では、汚泥が、ベルトプレス３０により脱水されかつコンベア３２、３４、３６、３８、４０、４１、４２、４３を介して搬送される。含水量は、赤外線スキャナ４８、インライン重量計量ベルトシステム５０およびオンラインによりモニタリングされ、このようにして得られた連続データは全工程の制御に使用される。この図面には限定されていないが、一般に脱水汚泥は約２７％の乾燥固形物含有率を有する。
【００５３】
図４には、脱水段階後に汚泥をさらに乾燥させる段階を示す。コンベアベルト５２、５４が、脱水汚泥ケーキを貯蔵びん５６に搬送する。次に、スクリューフィーダ５８およびフィードポンプ６０が、脱水汚泥ケーキを乾燥機６２に搬送する。乾燥後、コンベア６４、６６、６８は、乾燥汚泥を混合ゾーン（図５に示す）に搬送する。赤外線水分センサ６４および重量計量ベルトシステム６６は、含水量を連続的にモニタリングできる。貯蔵びん５８に設けられた超音波レベルセンサ６８は、自動プロセス制御システムの一部として、各貯蔵びん５８に供給すべき脱水汚泥ケーキの量を矯正できる。
【００５４】
図５には、乾燥汚泥とアルカリ添加剤との混合段階が示されている。サイロ７０は石灰を貯蔵し、他のサイロ７２は、粉末化された燃焼灰（ＰＦＡ）等の不活性付加アルカリ材料を貯蔵する。ＰＦＡの目的は、石灰により与えられる反応性を付与することなくｐＨを所望値に高めることにある。スクリューコンベア７４は石灰を供給し、任意であるが、所望量のＰＦＡを連続プラウシェア混合機等の混合機７６に供給する。コンベア６８（図４）により搬送された乾燥汚泥は、コンベア７８および１００トン容量の貯蔵ユニット８０へと搬送される。次に、重量計量ベルトコンベア８２が、乾燥汚泥を１つ以上の排出プラウ８４に搬送し、ここから汚泥は、混合機７６に配給されてアルカリ添加剤と混合される。赤外線水分センサ８６および重量計量ベルトシステム８８が前述の目的のために設けられている。
【００５５】
混合後、アルカリ添加剤および乾燥汚泥を含む混合物は、コンベア９０により、図６に示された殺菌セクションへと搬送される。図６に示すように、他のコンベア９２、９４、９６が、混合物を、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ホッパである殺菌ユニット９８に搬送する。混合物はＦＩＦＯホッパに沿って搬送され、かつ入口端とは反対側の端部から、排出スクリューフィーダ１００を用いて排出される。その後、混合物はコンベア１０２、１０４、１０６を用いてＦＩＦＯホッパ９８に再循環されるか、コンベア１０８上に排出される。再循環は全ての乾燥工程で必要とされるわけではないが、揮発性種を除去すべく行なわれる。次に、生成物は、コンベア１０８および貯蔵所用ベルトコンベア１１０を用いて、装置から取出される。赤外線水分センサ１１２および重量計量ベルトシステム１１４は、最終生成物の含水量および重量のモニタリングを行なうことができる。
【００５６】
図７には、余剰エネルギまたは廃棄エネルギを、種々の有効サポートプロセス、特に排出ガス処理に使用する方法が示されている。薄膜乾燥機１２２の加熱にサーマルオイルヒータ１２０が使用される。ユニット１２０内のオイルは、オイルサプライ１２４またはガスサプライ１２６を燃焼することにより加熱される。このプロセスからの余剰熱は、サーマルオイル熱交換器または水熱交換器１２８の加熱に使用される。次に、熱交換器１２８は、アンモニアスクラバーシステム（その全体を参照番号１３０で示す）を通るガスを加熱するのに使用される。これにより回収されない熱は、最終的にヒータスタック１３２から損失される。
【００５７】
同様な態様で、再生熱酸化ユニット１３６（後で詳述する）からの熱は、水熱交換器１３６を用いて回収される（さもなくば、この熱はスタックを介して大気中に損失される）。熱交換器１３６からの熱水は、アンモニアスクラバーシステム１３０で使用できる。
【００５８】
熱交換器により供給される熱水は、アンモニアスクラバーシステムに供給する代わりに、プロセス洗浄、空間加熱および一般的な熱水サービス装置等の他の目的に使用することもでき、これにより伝統的な水加熱手段の拡大を無くすか減らすことができる。
【００５９】
薄膜乾燥機１２２での汚泥の乾燥中、汚泥は、１００℃以上の高温に、約３〜５分間維持される。水の蒸発に加えて蒸気が作られ、該蒸気には、元の排出汚泥中に捕捉された或る量の種々のガスおよび揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を付加できる。これらの揮発物は乾燥機１２２内に極く僅かの負圧を維持しつつ、乾燥機１２２から吸引する必要があり、これは、以下に詳述する方法により乾燥機１２２内に漏洩空気を導入することにより達成される。
【００６０】
蒸気は、蒸気凝縮器１４０内に蒸気を排出するファン（図示せず）により乾燥機１２２から吸引される。２つの廃棄流、すなわち凝縮性廃棄流および非凝縮性廃棄流が作られる。主として高度のＢＯＤおよびＣＯＤ汚染水からなる凝縮性廃棄流は、ポンプ１４２、１４４により、現場の下水処理プロセスの１次沈殿タンク内に戻される。或いは、凝縮性廃棄流は、システム入口のヘッドにポンプで圧送することもできる。いずれの場合でも、凝縮性廃棄流は、下水処理プロセスを通るマスフローにより希釈され、これにより、最終排出水として最終的に排出される前に処理される。最終排出水は、凝縮性廃棄流を冷却するための、熱交換器１４８を通る冷却水として、ポンピングステーション１４６により圧送される。
【００６１】
非凝縮性廃棄流は、大気中に排出すべきではない種々のガス状物質および有機化合物を含み、再生熱酸化ユニット１３４を通して除去される。ファン１５０は、非凝縮性廃棄流を酸化ユニット１３４内に送り込む。
【００６２】
各殺菌ユニット１５２には、殺菌中に発生されたガスを除去するファン１５４が設けられている。このようなガスとして、水蒸気、アンモニア、ＶＯＣがある。ファン１５４は、さもなくば酸化ユニットで問題を引起す虞れがあるアルカリ粉末または乾燥汚泥粒子等の微粒子を除去できる。
【００６３】
コンベア１５６および汚泥バッファびん１５８は、後乾燥汚泥処理プロセスの一部を形成する。コンベア１５６およびバッファびん１５８は、僅かな負圧が作用する包囲体を維持することにより、発生する水蒸気凝縮物およびＶＯＣを除去すべく換気される。このような換気の他の長所は、必要な場合に、乾燥汚泥を貯蔵しかつアルカリ添加剤と混合する前に、乾燥汚泥のある程度の冷却を達成できることである。
【００６４】
このシステムの他の特徴は、殺菌ユニット１５２、コンベア１５６およびバッファびん１５８から出る排出ガスを乾燥機１２２に供給して、該乾燥機１２２が必要とする漏洩空気を供給できることである。乾燥機１２２内の環境は水分で飽和されているので、乾燥機１２２内に供給されるあらゆる粒子およびガスは汚泥乾燥工程でブレンドされ、これにより、凝縮器１４０を通る乾燥機排出流および凝縮性および非凝縮性廃棄流は、全部がブレンドされた蒸気排出物を最終的に処理する。これにより、再生熱酸化ユニット１３４は粒子を処理する必要がなくなる。また、単一の非凝縮性廃棄流のみが処理を必要とするので、酸化ユニット１３４を取扱う必要があるガススループットは最小にされる。
【００６５】
全工程は自動化されかつコンピュータにより制御される。コンピュータは、脱水汚泥の発生速度およびスループット、作動する乾燥機の数およびスループット、各乾燥機内での汚泥温度プロファイル、乾燥汚泥およびアルカリ添加剤の添加速度を制御でき、さらに、種々のセンサにより得られる含水量、びんレベルおよび重量等のプロセス情報に基いてプロセスをオンライン調節することができる。このオンライン制御を行なうための他の情報を得るため、例えば温度センサを用いることができる。かくして、必要とするどのような制御報告データであってもこれを満たすため、全ての重要なプロセス制御データを表示し、記録しかつ記憶することができる。
【００６６】
図３〜図６に示したシステムは、異常に高い流量および／または部品故障にも対処できるように、余剰能力を有するように設計される。例えば、平均スループットでは７つのベルトプレスのみが使用されるが、この数は、ピーク作動の場合には１０に増大させることができる。同様に、平均装填時には３つの乾燥機および２つの殺菌ユニットのみが、スタンバイ時に各２つに使用される。このような計画は本発明の制限的拘束ではなく、当業者ならば、システムの他の多くの変更が可能であることは容易に理解できるであろうし、このような変更は、実際に、必要な処理の正確な本質によっては好ましいものである。図３〜図６に関連して説明した装置は、１日当り１５５乾燥ショートトン（米トン）（ＵＳ ｓｈｏｒｔ ｄｒｙ ｔｏｎｓ）より大きい平均汚泥スループットを一度に取扱うことができ、５０％大きいピーク流量まで取扱うことができかつあらゆるスループットで緊急装置担保（ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｃｏｖｅｒ）が行なえる充分な予備容量を有している。本発明の装置は、１日２４時間、１年３６５日連続稼動が可能である。
【００６７】
本発明に付随するコストは安価であること、および本発明は有効で一定したシール可能な生成物（すなわち、高品質の乾燥汚泥製品）を提供できることから、本発明の装置は４〜５年以内の稼動で投下資本を還元できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による方法を示す概略流れ図である。
【図２】
乾燥した汚泥／石灰混合物の経過時間と温度との関係を示すグラフである。
【図３】
予備汚泥脱水段階を示す図面である。
【図４】
汚泥をさらに乾燥させる段階を示す図面である。
【図５】
汚泥と石灰とを混合する段階を示す図面である。
【図６】
汚泥／石灰混合物の殺菌および安定化段階を示す図面である。
【図７】
熱回収／廃棄物処理装置を示す概略図である。

Claims (28)

1. 下水または同様な有機汚泥を処理して、殺菌されかつ乾燥された生成物を作る方法において、
   実質的に生成物の所望の乾燥固形物含有率まで汚泥を乾燥させる工程と、
   次に汚泥を殺菌しおよび／または安定化して、後で曝気による乾燥を行なうことなく生成物を作るため、アルカリ添加剤を乾燥汚泥に添加する工程とを有することを特徴とする方法。
2. 前記アルカリ添加剤は、２５重量％より小さい、好ましくは２０％より小さい、最も好ましくは１５％より小さい汚泥乾燥固形物の混合比で乾燥汚泥に添加されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記アルカリ添加剤は石灰を含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記石灰は粉末化または微粒化されていることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記汚泥の乾燥は薄膜乾燥機により行なわれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記乾燥は、水平ワンパス間接加熱形薄膜乾燥機により行なわれることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記汚泥は、５０％より大きい、好ましくは５２〜６５％の範囲内の乾燥固形物含有率に乾燥されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記汚泥をさらに乾燥させる前に汚泥を脱水して、脱水汚泥ケーキを作る工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記汚泥の乾燥は、汚泥の部分殺菌を行なうことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
10. 前記汚泥の乾燥は、汚泥の完全殺菌を行なうことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
11. 前記生成物は連続的に排出されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
12. 混合物の殺菌は先入れ先出しホッパ内で行なわれることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. ガスが殺菌中に除去され、かつ汚泥の乾燥に使用される乾燥機に導入されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の方法。
14. 前記汚泥の乾燥に付随する余剰の熱が回収され、かつ前記方法または該方法を遂行する装置に付随する目的に使用されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の方法。
15. 回収熱はアンモニアスクラビング工程の加熱に使用されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項記載の連続方法。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項記載の方法により下水汚泥または同様な有機汚泥を処理する装置において、
    実質的に生成物の所望の乾燥固形物含有率まで、汚泥を乾燥させる手段と、
    乾燥汚泥にアルカリ添加剤を添加する手段と、
    混合物を殺菌しおよび／または安定化を開始して、後で曝気による乾燥を行なうことなく生成物を作るため、混合物および添加されたアルカリ添加剤を保持する手段とを有することを特徴とする装置。
18. 前記乾燥汚泥および添加されたアルカリ添加剤を保持する手段は先入れ先出しホッパを有することを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. 前記汚泥をさらに乾燥させる前に汚泥を脱水する手段をさらに有することを特徴とする請求項１７または１８記載の装置。
20. 前記汚泥を乾燥させる手段は薄膜乾燥機を有することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項記載の装置。
21. 前記乾燥機は水平ワンパス間接加熱形薄膜乾燥機であることを特徴とする請求項２０記載の装置。
22. 石灰を収容する少なくとも１つの貯蔵手段をさらに有し、石灰はアルカリ添加剤またはその一部として使用されることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１項記載の装置。
23. 前記石灰は粉末化または微粒化されていることを特徴とする請求項２２記載の装置。
24. 混合物を保持する手段からガスを除去しかつ該ガスを汚泥乾燥手段に導入する導管手段をさらに有することを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか１項記載の装置。
25. 前記汚泥の乾燥に付随する余剰熱を回収しかつ該回収余剰熱を目的箇所に導いて、回収余剰熱を本発明の方法または装置に関連する目的のために使用できる熱回収手段をさらに有することを特徴とする請求項１７〜２４のいずれか１項記載の装置。
26. 回収余剰熱を用いて加熱されるアンモニアスクラバーシステムをさらに有することを特徴とする請求項２５記載の装置。
27. 前記乾燥手段は、汚泥の完全な殺菌を行なうこともできることを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか１項記載の装置。
28. 請求項１〜１６のいずれか１項記載の方法により製造されていることを特徴とする乾燥汚泥。

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