(57)【要約】本発明のエアレーション法は、動物肉加工設備、青果加工設備、発酵プロセス及び特定の有機化学プロセスからのものを含む水性廃棄物流の生物学的酸素要求量を低下させる。塩化マグネシウムを、約０．０２〜約３．０％（ｗ／ｖ）、及びその間の全ての範囲と濃度、好ましくは約０．０２〜約０．５％（ｗ／ｖ）、の濃度で使用し、約１〜約８ｐｐｍの溶存酸素レベルを約７日までの間、通常１〜７日間、保持するのに十分な速度でエアレーションを行う。好ましくは、特に動物肉加工の廃棄物流の場合、生物学的要求量の（更なる）低下のためにエアレーションの前に溶解空気浮上工程を行い、そして好ましくは溶解空気浮上工程をマグネシウム塩を用いて行う。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性廃棄物流の生物学的酸素要求量を低下させるための方法であって、当該廃棄物流が約０．０２％〜約３．０％の塩化マグネシウム（重量百分率）又は同等モル量の二価マグネシウムカチオンを含有し、当該方法が当該廃棄物流を最長約７日間エアレーションする工程を含む、水性廃棄物流の生物学的酸素要求量低下方法。
【請求項２】
前記エアレーションの工程が１日〜７日である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
凝集した物質を前記エアレーションの工程の前に除去する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記廃棄物流が約０．０２〜約０．５％のＭｇＣｌ2（重量／体積比）又は同等量の二価マグネシウムカチオンを含有する、請求項１から３までのいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記エアレーションの工程が約１〜約８ｐｐｍ酸素の溶存酸素レベルを保持する、請求項１から４までのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記廃棄物流が、動物肉加工設備からのもの、植物性食品加工設備からのもの、発酵設備からのもの、又は有機化学物質設備からのものである、請求項１から５までのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記廃棄物流が動物肉加工設備からのものであり、前記エアレーションの工程の前に、塩化マグネシウムを用いた溶解空気浮上プロセスを使用して当該廃棄物流から凝集物質が除去されている、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記エアレーションの工程により気泡を作り、そして当該方法が前記廃棄物流から気泡を除去する工程を更に含む、請求項１から７までのいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記エアレーションの工程をベンチュリ装置を使って実施する、請求項１から８までのいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の分野は廃水処理であり、特に、例えば食品加工工場、とりわけ動物加工設備や、地方自治体の廃棄物処理設備からの廃水、あるいは発酵もしくは化学工場からの廃液などのような、廃棄物流の生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）を低下させるものである。具体的には、マグネシウムを富化した廃水を、所定時間、ＢＯＤが望ましくは５００ｐｐｍ未満、特に約５０ｐｐｍ未満まで低下するような条件下で、エアレーションする。
【背景技術】
【０００２】
食肉加工工場ではかなりの量の固形有機廃棄物が毎日発生し、その廃棄物は処理するのが困難で且つ費用がかかることがある。食肉加工の廃棄物は一般に、大量の水に混じって、血液、脂肪、筋、骨及び内臓を含んでいる。その廃液は、適切に処理して当該物質を除去しなければ、給水を潜在的に汚染しかねない。国家及び連邦政府の法規は、下水道、河川又は地方自治体の廃水処理工場へ排出される水の溶解固形分、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、及び全有機炭素成分（ＴＯＣ）が、一般国民と環境を保護するよう立案された標準規格を満たすことを要求している。
【０００３】
食品加工工場について最も普通に使用される廃棄物処理装置は、有機物質の極度に悪臭のする分解を伴う嫌気性のラグーンを使用するか、あるいは廃棄物流を溶解空気浮上（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  ａｉｒ  ｆｌｏｔａｔｉｏｎ）（ＤＡＦ）装置を通して送るのを必要とする。ＤＡＦ装置からの捕捉された有機固形分は、費用のかかる処理でもあり環境を破壊するものでもある埋立てで必ずしも処分しなければならないものではない。有毒化学物質のない特定の分離した有機固形分は、動物の飼料の配合で使用することができる。除去した固形分の利用を実現することは、販売可能な製品を提供する点でも、運送費と支払う埋立て費の節約の点でも、経済的な利益をもたらす。
【０００４】
塩化第二鉄は、経済的であり、広く入手可能であり、そして固形分からの液の分離を大いに増進するので、ＤＡＦ装置で使用される主要な凝集剤である。塩化第二鉄は、有機固形分を除去するのに有効ではあるが、分離した固形分の最も栄養性の有価物を破壊し、且つ固形分内の脂肪を変色させる。ほとんどの動物は、有意量の塩化第二鉄を含有する飼料を食すのを拒否する。その結果、塩化第二鉄が多い分離した固形分は一般に、埋立てに回される。更に、塩化第二鉄はＤＡＦ装置の金属の構成部品をひどく酸化する。
【０００５】
米国特許第６２３５３３９号明細書（Ｈａｒｍｏｎ及びＢａｒｌｏｗ、２００１年）に記載された塩化マグネシウム／塩化アルミニウム凝集剤は、有機物質と機器に対する塩化第二鉄の非常に酸化性且つ腐食性の影響なしに、有機固形分を捕捉する。塩化第二鉄の代わりに塩化マグネシウム／塩化アルミニウム凝集剤を使用するのは、回収した固形廃棄物を商業的な製品として使用するのを可能にし、処理した廃棄物のＢＯＤを有意に低下させはするものの、凝集後の流出廃棄物のＢＯＤを、とりわけ政府の規制により要求される最大の許容可能レベル未満に、更に低下させる経済上及び環境上の必要が残されている。
【０００６】
食肉加工工場、青果加工工場、有機化学物質の工場、発酵設備、及び地方自治体の廃棄物処理工場を含め、とは言えそれらには限定されない発生源からの、廃水のＢＯＤレベルを低下させることが、一般に必要とされている。本発明はこれらの必要性に対処するものである。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、廃棄物流（又は凝集後の廃棄物流）の生物学的酸素要求量を、マグネシウムを富化した廃液のエアレーションによって低下させるための方法を提供する。エアレーションの間に、マグネシウムが酸化触媒として働き、そしてＢＯＤレベルの低下を促進する。このようなプロセスは、エアレーション中又はその前の廃棄物流に塩化マグネシウムを直接加える場合に、あるいはＤＡＦ装置で塩化マグネシウム凝集剤を使用後に残っている廃液に対して、使用することができる。廃棄物流は、植物もしくは動物の、あるいは発酵の、廃棄物を含むことができる。特に関係するのは、凝集工程前に血液、細かい骨、脂肪等を含んでいる食用動物加工設備から得られる廃棄物流、青果加工の廃棄物流、発酵の廃棄物流、そして少なくとも一部の事例において、廃水を含んでいる有機化学工場からの流出物である。化学的酸素要求量（ＣＯＤ）も、この方法により低下させることができる。マグネシウムは、塩化マグネシウムを使用する場合、廃棄物流に約０．０２〜３．０％、及びその間の全ての濃度と濃度範囲、好ましくは０．０２〜約０．５％の最終濃度（ＭｇＣｌ2重量／体積比）、で混入される。同等濃度のマグネシウムカチオンが廃棄物中に混入されるという条件で、このほかのマグネシウム塩を使用してもよい。エアレーションは、溶存酸素レベルを約１〜約８ｐｐｍに保持するのに十分な速度で酸素を供給するために当該技術分野で知られている任意の方法で行われ、そしてエアレーションは、出発廃液のＢＯＤと、ＢＯＤの特性とに応じて、少なくとも約２４時間に及び、そして最長で７日まで及ぶ。
【０００８】
ＤＡＦ装置での処理に続いて有機固形分を除去後は、標準的手順は流出物を地方自治体の又はその他の廃棄物処理工場へ更なる処理のために排出することである。塩化マグネシウム凝集剤を使用する場合には、マグネシウムは主に、凝集した物質を除去後の最終流出物の液中にとどまる。この時点でのＢＯＤレベルは、処理工場の特性に応じて、８００ｐｐｍ以下であることができる。流出物を長期にわたりエアレーションすると、ＢＯＤレベルは低下する。比較のために、マグネシウムを富化した流出物で２４時間以上のエアレーションを行うと、塩化第二鉄で同じ時間のエアレーションよりも、ＢＯＤを低下させるのに有効である。マグネシウムでのエアレーションは、次亜塩素酸ナトリウムや過酸化水素などの酸化剤の必要をなくす。
【０００９】
本発明の方法は、ベンチュリ装置によるエアレーションを利用することができる。マグネシウムを富化した廃水又は廃液の、好ましくは凝集物質を除去しながらの凝集工程後の、そのようなエアレーションは、気泡を生成する結果となって、廃水又は廃液中のかなりの量のタンパク質やその他の有機物が気泡中へ移動する。このプロセスは、起泡分離及び泡沫分別と呼ばれている。このプロセスは、海洋水族館や養殖装置に関連して最もよく知られている。気泡は、空気、水及び塩を一緒に混合すると作られる。タンパク質及びその他の有機化合物は、気泡が水中を上昇するにつれそれらを被覆し、その結果比較的安定な気泡が得られる。気泡を除去することが、気泡内に捕らえられたタンパク質及びその他の有機物を除去することにもなる。小さな泡は大きな泡よりも良好な結果をもたらすことが知られている。タンパク質気泡のスキマーが当該技術分野で知られている。どのような特定の理論に束縛されるのも望むわけではないが、マグネシウム凝集後廃水又は廃液は、タンパク質とその他の有機物を含む安定な気泡を作るのに寄与するものと考えられる。凝集法での処理に適さない廃水又は廃液（バイオソリッド物質がほとんどあるいは少しもない）では、水性系を、とりわけＭｇＣｌ2を使用し、マグネシウムカチオンに富ませて、約１００〜約４００ｐｐｍのマグネシウム濃度にし、そしてここで説明するエアレーションプロセスにかけることができる。ベンチュリ装置が、発泡とＢＯＤの低減にとって有効なバブリングを生じさせるのに特に効率的なエアレーションの手段である。発泡／気泡除去装置の利点は、廃水中の有機物の除去とＢＯＤの低下に関して劇的に向上した効率のために、より短いエアレーション時間及び／又はより小さいタンクが可能であることである。このより短い時間とより小さい容量は、廃水処理の経済的な面を劇的に改善することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
典型的な態様において、廃棄物流のＢＯＤとＣＯＤは、長いエアレーションの前に二価のマグネシウムを添加することにより低減される。マグネシウムは、工業銘柄のＭｇＣｌ2溶液（３２％重量／体積比）として容易に加えることができる。廃棄物質の体積に対して、約０．０２〜３．０％のＭｇＣｌ2、及びその間の全ての濃度と範囲の（ｗ／ｖ）溶液（又は溶液の体積当たり約０．０２〜約０．５％のＭｇＣｌ2最終重量濃度）となるように、十分なＭｇＣｌ2を加える。そのほかの濃厚ＭｇＣｌ2溶液あるいはその他のマグネシウム塩を使用してもよい。マグネシウムの添加に続いて、１〜８ｐｐｍの範囲の溶存酸素レベルでのエアレーションを、当該技術分野で知られているように行う。大きな容量の場合のエアレーションは、パドルホイール、廃水中のバブリング空気、水の噴出、及びポンプにより行うことができる。（米国特許第３４９０７５２号、同第３６６４６４７号、同第３９８４３２３号、同第４０７２６１２号、同第６３４４１４４号各明細書。）エアレーションの時間は、処理しようとする廃液の初期のＢＯＤ及びＣＯＤレベルと所望の最終レベルに依存する。これは、必要以上の実験なしに決定することができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様では、凝集剤として塩化マグネシウムを使用し、米国特許第６２３５３３９号明細書に記載されたようなＤＡＦ装置とともに廃液のエアレーションを利用して、廃棄物の処理プロセスが塩化マグネシウム凝集剤の恩恵を被る一方、追加の化学薬剤を使用することなく廃棄物流のＢＯＤを低下させるのを可能にする。とは言っても。それにより本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、ここで説明される本発明の変更や更なる改変、また本発明の原理の更なる応用は、当業者が普通に思いつくものと考えられる。
【００１２】
好ましくは、凝集工程では、廃棄物流に溶解する可溶性のマグネシウム塩が利用される。このマグネシウム塩、好ましくは塩化マグネシウムは、有機物質の凝集を誘起するのに十分な量で加えられる。米国特許第６２３５３３９号明細書に記載されたように、１０００リットルの廃棄物流又は廃液当たり、１〜１０リットルの工業銘柄のＭｇＣｌ2溶液（約３２重量／体積％）である。有利には、１０００リットルの廃液当たり２〜４リットルの３２％ＭｇＣｌ2溶液が加えられる。特定の用途においては、少量のアルミニウム化合物も加えられる。塩化アルミニウム、ミョウバン、アルミニウムクロロハイドレート、硫酸化ＰＡＣ（アルミニウムクロライドアクリルアミド）、及び硫酸アルミニウムを含め、とは言えそれらに限定はされない、多くのアルミニウム塩を使用することができる。アルミニウム塩は、１０００リットルの廃棄物又は廃水当たり約０〜０．５リットルのアルミニウム溶液（５０重量／体積％）が加えられる。
【００１３】
凝集と固形分の除去は、米国特許第６２３５３３９号明細書に基本的に記載されたように行われる。この米国特許明細書は、凝集した物質の除去後に、残留している廃液は、処理された廃棄物流の種類に応じて、約８００ｐｐｍ以下のＢＯＤを有すると報告している。全溶存固形分は、一般に６０〜１００ｍｇ／１００ｍｌ未満である。この処理の結果として、リンとアルミニウムはバイオソリッドとともに事実上除去されて、廃液中には残らない。ところが、マグネシウムは、主に廃液中に残る。
【００１４】
凝集した物質を除去後の廃液のＢＯＤとＣＯＤを下げるために、米国特許第６２３５３３９号明細書は、酸化剤、例えば５．２５％次亜塩素酸ナトリウム溶液又は３．０％過酸化水素溶液など、を加えることを報告している。本発明では、マグネシウムを富化した廃液の、１日から７日までの、そして約１〜約８ｐｐｍの溶存酸素レベルを保持するのに十分な速度での、長いエアレーションが、液の流れを地方自治体の工場へ送るのに十分許容可能な範囲内までＢＯＤレベルを低下させる。凝集と固形分の除去は、エアレーションの前に実施することができ、あるいは凝集処理で除去できる物質を含有しない廃水流の場合には、約１００〜約４００ｐｐｍの二価のＭｇを含有する、マグネシウムを富化した廃液のエアレーションが、ＢＯＤを許容可能なレベルまで低下させることができる。マグネシウムを富化した廃水をエアレーションするのには、バブラー、噴水、滝、混合又はベンチュリ装置を含めた、とは言えそれらに限定はされない、当該技術分野で知られている任意の手段を使用することができる。
【００１５】
長いエアレーションとともにＤＡＦ装置でＦｅＣｌ3を使用すると凝集の直後にＢＯＤレベルが低くなるとは言うものの、マグネシウムに富む廃液の２４時間以上のエアレーションは、ＢＯＤレベルをＦｅＣｌ3が凝縮剤である同じ装置で達成できるよりも低いレベルに低下させる。豚肉加工工場からの廃液のこの例では、凝集後のマグネシウムに富む廃液のエアレーションで、ＢＯＤは２４時間でおよそ７５０ｐｐｍから４００ｐｐｍ未満に低下した。これと比較して、ＦｅＣｌ3を凝集剤として使用する同じ装置では、ＢＯＤは２４時間のエアレーション後に５５０ｐｐｍから５００ｐｐｍに低下した。マグネシウムを富化した廃液の更なるエアレーションで、ＢＯＤは１４４時間（６日）で約１００ｐｐｍに低下した。
【００１６】
もう一つの実験において、主要な泡沫分別装置の構成機器は次のとおりであった。１）タンパク質スキマー、すなわち気泡／水分離容器、モーター／ポンプの集成装置、ベンチュリ管ｗ／空気注入口、２つの５ガロン液体貯蔵コンテナ、及び上記の主要構成機器を再循環系へ接続するための配管、管類、ホース類、弁類、であった。
【００１７】
タンパク質スキマーは、底を円形のプラスチックベースプレートに固定しシールされて端部で立つ透明なプラスチックの円筒状の管からなる。この円筒の内部には、円形のプラスチックベースプレートにやはり固定しシールされ、外側の円筒の高さのおよそ半分の高さの、より細くてより短い別の透明なプラスチックの円筒状の管がある。タンパク質スキマーへの入口は、ベースのところで外側の円筒の底部を通り抜け、内側の円筒の中心から外れた位置で内側の円筒に接続する。これは、入ってくる水の流れが内側の円筒の内部で渦を巻く回転運動を発生させて混合作用を増加させ、泡と水溶液に含まれる有機物質との相互作用を最大にするのを可能にする。水／気泡混合物が渦を巻いて上昇し内側の円筒の上部に達した後に、水溶液は内側の円筒の小さい断面領域を出て、外側の円筒の大きい断面領域にはいる。これは、移動する水溶液の速度を効果的に低下させて、気泡が水から分離するのを可能にする。この分離を行いながら、気泡は、収集カップが位置する外側の円筒のもっと高い箇所に達するまで、外側の円筒内を上向きに移動し続ける。この収集カップは、気泡がタンパク質スキマーから流れ出し、外部の収集容器に集められるのを可能にする。気泡の少なくなった残りの水溶液は、外側の円筒と内側の円筒の間にできた空間を下向きに移動する。水溶液が外側の円筒の底部に達すると、この水は、外側の円筒の側面から出て上向きに向きを変える排出管に入る。この管は、外側の円筒の壁と平行に内側の円筒の一番高いレベルより上の箇所まで上向きに進んでいく。この箇所で、管は９０度向きを変えてから円筒に対し垂直になって、５ガロンの貯蔵コンテナへ移動していく。
【００１８】
この実験では、豚肉加工工場からの原廃水を凝集剤を使って処理して、５ガロンの水溶液が集まるまで固形分と水性成分とを互いに分離する。これは２つの５ガロンコンテナのうちの第一のものに入れる。これらのコンテナは、第一のコンテナからモーター／ポンプの集成装置へ排出する一方で第二のコンテナを閉じたままにしておくのを弁の操作により可能にする管とホースによって接続される。水溶液は第一の貯蔵コンテナから、加圧した溶液をベンチュリ管を通して押し進めるモーター／ポンプ集成装置へ進む。溶液がベンチュリ管を通過する際、水の流れに空気が投入される。これは、水溶液中に含有される有機物質を引きつけ始める大量の小さな泡を生じさせる。この水／気泡流は、ホースによりタンパク質スキマーへ移動して、発生した気泡はそこで除去され、水溶液は引き続き貯蔵コンテナへ戻る。貯蔵コンテナへ入るところでは、管と弁が、戻りの溶液を管理して第二の空のコンテナへ導くのを可能にする。第一のコンテナが空になったならば、弁を操作して、第一のコンテナからの排出を打ち切り、第二のコンテナからの溶液の抜き出しを開始し、そしてタンパク質スキマーからの戻りの溶液をこの時点で空の第一のコンテナへ導く。この時点で、一つのサイクルがサイクル当たりおよそ４分を要して完了する。
【００１９】
ＣＯＤの試験のために、試験を始める前と、その後の各サイクルの完了後に１回、試料を採取した。試験は、いったん開始したならば、最終サイクルが完了するまで中断しなかった。これにより装置の連続運転が可能にされた。要望される全ての試料を採取したら、Ｈａｃｈ  ＤＲ＼８９０比色計を利用し、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を測定するための反応器ダイジェスション（Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ）法（Ｈａｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ  ８０００）により、試料ごとにＣＯＤレベルを測定した。各試料について２つのＣＯＤダイジェスション試薬バイアルを処理し、結果を平均して記録したＣＯＤ測定値を求めた。
【００２０】
図２Ａ〜２Ｂにグラフの形で示した結果は、ＦｅＣｌ3を使用するのに対して凝集剤としてＰＦＣを利用する９つのサイクルに関して記録されたＢＯＤ（推定値）の減少の速度がかなり改善されていることを示している。この改善は、ＢＯＤそのものの減少においても初期のＢＯＤレベルの割合としてのＢＯＤの減少においてもかなりのものである。生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）のレベルは、測定したＣＯＤレベルの６０％であると推定される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】豚肉加工設備からのＭｇＣｌ2で処理した及びＦｅＣｌ3で処理した廃水（溶解空気浮上及び凝集物質除去後の）の連続のエアレーションについてしだいにＢＯＤが低下するのを示す図である。
【図１Ｂ】豚肉加工設備からのＭｇＣｌ2で処理した及びＦｅＣｌ3で処理した廃水（溶解空気浮上及び凝集物質除去後の）の連続のエアレーションについてしだいにＢＯＤが低下するのを示す図である。
【図２Ａ】ＭｇＣｌ2とＦｅＣｌ3を使用してベンチュリ装置により供給される連続のエアレーションによる泡沫分別の９サイクルにわたるＢＯＤの低下を説明するグラフである。
【図２Ｂ】ＭｇＣｌ2とＦｅＣｌ3を使用してベンチュリ装置により供給される連続のエアレーションによる泡沫分別の９サイクルにわたるＢＯＤの低下を説明するグラフである。
【図１Ａ】
2005523152.tif 000002
【図１Ｂ】
2005523152.tif 000003
【図２Ａ】
2005523152.tif 000004
【図２Ｂ】
2005523152.tif 000005
【国際調査報告】
2005523152.tif 000006
2005523152.tif 000007