(57)【要約】豚、鶏、七面鳥、牛からの排泄廃棄物等の動物性廃棄物は肥料、他の種類の土壌用ビルダー、さらには飼料添加栄養素等の有用な形態に転換される。経済的な転換を可能とし、多くの例においては、硫化物およびアンモニア等の不要なガスの生成及び放出を軽減する装置、システム及び方法が提供されている。一実施形態では、土壌に適合した好気性バクテリアよりも高い割合で、嫌気性及び通性嫌気性バクテリアを死滅させている。低温殺菌の使用で、他の技術に一般に伴うオフガスが減少し、ゼオライト等のガス捕捉添加物の使用で、土壌への窒素の緩やかな放出及び湿気の緩やかな放出等の向上した土壌構成特性が得られる。これらの方法により構成要素の簡便な調整が可能となり、廃棄物から特定の土壌に適した特別仕様肥料への転換が可能となる。他の実施形態では、養殖漁業等の畜産に使用される供給原料のための栄養素品質と同様に、他の土壌構成特性が提供されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
含湿汚泥から揮発性ガスを除去するプロセスであって、
ａ）前記汚泥１ガロンあたり少なくとも０．０５ｇｍの濃度になるまでゼオライトを添加することと、
ｂ）超音波エネルギーを用いて処理を行い、前記揮発性ガスを前記汚泥から放出させて前記ゼオライトと結合させることと、
ｃ）凝集により前記ゼオライトを除去することとを含むプロセス。
【請求項２】
前記ゼオライトが斜プチロル沸石である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記斜プチロル沸石が少なくとも０．５％の酸化カルシウムを含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
乾燥汚泥物１グラムあたり２ワット時間未満の超音波エネルギーが付与される請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
乾燥汚泥物１グラムあたり０．１ワット時間未満の超音波エネルギーが付与される請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記揮発性ガスがアンモニア、窒素化合物、硫黄化合物、および硫化水素からなる群より選択される請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記動物性廃棄物が、人由来腐敗性廃棄物、人由来下水廃棄物、豚由来廃棄液、鶏由来廃棄液、牛由来廃棄液、家鴨由来廃棄液、および七面鳥由来廃棄液からなる群より選択される請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
汚泥廃棄物ストリーム中の嫌気性バクテリアを不活性化するプロセスであって、
ａ）前記廃棄物ストリームにゼオライトを添加することと、
ｂ）前記ストリームに酸化剤を添加することと、
ｃ）酸化された前記廃棄物ストリームを超音波エネルギーで処理することと、
ｄ）前記廃棄物ストリームから固形分を除去することとを含むプロセス。
【請求項９】
前記ゼオライトが斜プチロル沸石である請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記斜プチロル沸石が少なくとも０．５％の酸化カルシウムを含む請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
乾燥汚泥物１グラムあたり２ワット時間未満の超音波エネルギーが付与される請求項８に記載のプロセス。
【請求項１２】
固形分が凝集によって除去される請求項８に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記動物性廃棄物は、人由来腐敗性廃棄物、豚由来廃棄液、鶏由来廃棄液、牛由来廃棄液、家鴨由来廃棄液、および七面鳥由来廃棄液からなる群より選択される請求項８に記載のプロセス。
【請求項１４】
水分を含む汚泥をより有用な形態に経済的に濃縮する低エネルギープロセスであって、    ａ）前記汚泥にゼオライトを添加することと、
ｂ）ゼオライトを添加した前記汚泥を、前記汚泥中の固形分１グラムあたり０．００１〜８．０ワット時間の超音波エネルギーで超音波処理することと、
ｃ）前記超音波処理された汚泥に凝集剤を添加することと、
ｄ）（ａ）凝集剤で処理した前記汚泥のジオテキスタイルへの投入、（ｂ）前記汚泥のサイクロン乾燥器への投入、および（ｃ）溶解空気浮揚による前記汚泥の処理のうち少なくとも１つにより脱水を行うこととを含むプロセス。
【請求項１５】
前記ゼオライトが斜プチロル沸石である請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記ゼオライトが前記汚泥中の固形物に対して０．１〜２．５重量／重量％の割合で添加される請求項１４に記載のプロセス［１４注：固形分１２７ｇｍに添加される０．８９ｇｍ／ガロンのゼオライト＝ゼオライト対固形分比０．００７（添加されるゼオライトは０．７％）］。
【請求項１７】
前記ゼオライトが前記汚泥中の固形物に対して少なくとも０．５重量／重量％の割合で添加される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記ゼオライトが前記汚泥中の固形物に対して少なくとも０．７５重量／重量％の割合で添加される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記超音波エネルギーが０．１ワット時間／グラム未満で付与される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２０】
少なくともｂ）およびｃ）の工程が汚泥フローストリーム中で実行される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記凝集剤が最終濃度が百万分率１０〜１０００ｐｐｍとなるように添加される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記凝集剤が最終濃度が少なくとも乾燥重量あたり百万分率５００ｐｐｍとなるように添加される請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記凝集剤が最終濃度が少なくとも乾燥重量あたり百万分率５００ｐｐｍとなるように添加される請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記ジオテキスタイルの名目篩目サイズが１０〜１０００ミクロンである請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記ジオテキスタイルの名目篩目サイズが１０〜１０００ミクロンである請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記ジオテキスタイルの名目篩目サイズが２５〜１５０ミクロンである請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記汚泥が常に摂氏４０度未満を維持する請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記汚泥が常に摂氏３０度未満を維持する請求項１４に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記汚泥がゼオライト添加前に固形分５％未満を含み、前記ジオテキスタイルにおける重力作用により少なくとも固形分８％に濃縮される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記汚泥がゼオライト添加前に固形分５％未満を含み、ジオテキスタイルにおける重力作用により少なくとも固形分１６％に濃縮される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項３１】
超音波処理の前に酸化剤添加工程をさらに含む請求項１４に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記酸化剤がオゾンである請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記ジオテキスタイル中の前記処理された汚泥を真空にさらして水分をさらに除去する請求項１４に記載の低エネルギープロセス。
【請求項３４】
前記ジオテキスタイル中の前記処理された汚泥が、トラックおよび／または鉄道で空気乾燥および粉砕を通じて肥料とされる場に運搬される請求項１４に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記動物性廃棄物は、人由来腐敗性廃棄物、豚由来廃棄液、鶏由来廃棄液、牛由来廃棄液、家鴨由来廃棄液、および七面鳥由来廃棄液からなる群より選択され、ｄ）凝集によって前記廃棄物ストリームから固形分を除去する請求項１４に記載のプロセス。
【請求項３６】
嫌気性バクテリアを選択的に不活性化し、小さい固形粒子を生成する汚泥フローストリーム処理システムであって、
ａ）水分を含む汚泥の投入口および酸化剤の投入口を含むフローストリーム、
ｂ）ポンプ、
ｂ）酸化器、
ｃ）１キロワットよりも大きい出力の超音波生成器、および
ｄ）排出口を含み、
前記汚泥が０．１〜１０％の固形物を含み、処理装置へフローストリームとして、少なくとも１ガロン／分の流量で流入するシステム。
【請求項３７】
前記酸化器がオゾン生成器である請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記超音波生成器が２．５キロワットよりも大きいエネルギーを生成する請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
超音波処理に先立ってゼオライトをフローストリームに添加するための投入口をさらに含む請求項３６に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記ゼオライトが斜プチロル沸石である請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記斜プチロル沸石が少なくとも０．５％の酸化カルシウムを含む請求項３６に記載のプロセス。
【請求項４２】
乾燥汚泥物１グラムあたり２ワット時間未満の超音波エネルギーが付与される請求項３６に記載のプロセス。
【請求項４３】
乾燥汚泥物１グラムあたり０．１ワット時間未満の超音波エネルギーが付与される請求項３６に記載のプロセス。
【請求項４４】
排泄廃棄物を脱水するシステムであって、超音波処理器と、凝集剤と、および脱水装置とを含み、前記超音波処理器は排泄廃棄物と接触させられて、作動中により小さくより均一な粒子を前記排泄廃棄物中に生成し、前記凝集剤は音波処理された排泄廃棄物に添加され、その後凝集剤および廃棄物の組み合わせをさらに前記脱水装置で処理して水分を除去するシステム。
【請求項４５】
前記脱水装置が、浄化物質をバッグに通過させるジオテキスタイル、およびサイクロン乾燥器からなる群より選択される請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
汚泥ストリームまたはバッチサンプルの排泄物バクテリアを死滅させるシステムであって、活性酸素源、および少なくとも３キロワットの高出力超音波処理器を含み、前記活性酸素が汚泥ストリームまたはバッチサンプルに添加され、次に前記超音波処理器がサンプルを活性化して、サンプル中の排泄物バクテリアを少なくとも死滅または弱化させるシステム。
【請求項４７】
前記活性酸素がオゾンである請求項４５に記載のシステム。
【請求項４８】
汚泥ストリームまたはバッチサンプルの排泄物バクテリアを死滅させる方法であって、活性酸素源を汚泥ストリームまたはバッチサンプルへ添加すること、および得られた混合物を少なくとも３キロワットの高出力超音波処理器で超音波処理して排泄物バクテリアをより均質に分散させることを含む方法。
【請求項４９】
前記活性酸素がオゾンである請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記汚泥を低温で乾燥させる工程をさらに含む請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記温度が摂氏４０度を超過しない請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
汚泥ストリームまたはバッチサンプルの排泄物バクテリアを死滅させる方法であって、バクテリアを超音波処理器で超音波処理してより均質に分散させること、およびバクテリアを低温で乾燥させることを含む方法。
【請求項５３】
前記汚泥が４０度よりも低温に維持されている請求項５１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、汚泥の浄化に関し、より具体的には、動物性廃棄物等の汚泥を肥料等の付加価値物質へ転換することに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、自治体の下水廃棄物処理施設では、従来の機械的および生物学的プロセスを利用して、水質汚染問題を固形廃棄物処分問題（汚泥）に転換する全体効果があるプロセスにおいて、廃水を再生処理している。典型的な現代の処理施設においては、大きい物質および粗粒子を分離する。そして、廃水を１次沈降槽に入れ、懸濁固形分の５０％〜７０％およびＢＯＤの２５％〜４０％をそこで除去する。次に、この汚泥および底面スクリーン残渣を嫌気性消化処理する。そして、廃水を曝気槽に流し入れ、そこで微生物、主にバクテリアの有酸素成長により、コロイド状有機物および溶解有機物をガス（主として二酸化炭素）および細胞集団に転換する。この細胞集団は２次沈降工程で除去されて嫌気性消化処理に送られる。最終的な生物学的工程では、アンモニアを硝酸塩に、さらには窒素ガスに転換することによって、廃液中の窒素含有量を徐々に減少させる。また、このプロセスでは生物性汚泥が生成される。これらの混合汚泥は、固形分含有量が増加するように濃縮され嫌気性消化処理に送られる。消化処理の主たる目的は、汚泥の有機物含有量、量、および臭気発生の可能性を減少させること、ならびに病原性微生物の濃度を下げることにある（メカルフとエディー（１９７９年）、Ｕ．Ｓ．ＥＰＡ（１９７９年）、アロラ（１９８０年）、連邦官報（１９８９年））。嫌気性消化処理による脱水汚泥は、下水処理施設における最大の固形排出物であり、主たる処分問題を引き起こしている。
【０００３】
従来の自治体の下水処理から生じる、微生物を含む汚泥固形分の処分は、生成される汚泥の量が非常に大きいために高いコストがかかっていた。汚泥には多くの揮発性固形画分（ＶＳ）が含まれ、多量の水分（７０〜８５％、乾燥前）が保持されている。廃棄物量が大きいために、運搬および処分にかかるコストが甚大となっている。近年、利用可能な埋立地が減少しているため、従来の埋立による、微生物を含む汚泥の処分コストが著しく上昇している。微生物を含む汚泥は汚染の可能性が高いために、これらの埋立が全面禁止となっている地域もある。
【０００４】
下水由来の微生物を含む汚泥を処分するためのコストが上昇していることを鑑みて、処分を必要とする廃棄物の容量を減らすために汚泥の水分含有量をさらに減少させうる技術等の、埋立による処分の代替手段のために多くの努力がなされてきた。燃焼プロセスによる危険物質の排出の可能性、およびその結果として生成される灰からの重金属汚染の可能性が社会的に懸念されていることから、自治体の下水汚泥処分の選択肢としての燃焼処分が受け入れられなくなってきている（サメラら「公益ボイラでの下水汚泥の燃焼に対する環境的観点」、環境報告書、５：１１０、１９８６年）。生物活動によってメタンが生成され、また残留揮発性固形分により地下水を汚染する有機物が生じるために、下水汚泥の土壌施用にも問題がある。
【０００５】
所定量の汚泥を処分するコストはしばしば高く、さらに高騰化してきている。さらに、既存の処理施設への負荷が増加することにより処分コストが急速に高騰化している。廃水処理品質に関する環境的要求の高まりにより、処分対象の微生物の生物量を増加させる、より複雑化したプロセスが行われるようになった。ロートン，Ｐ．Ｊ．「廃液排出に関する厳格な要求を満たすための水質汚染制御施設の改良」、水と汚染制御、１１７：１４（１９７９年）を参照のこと。廃水ストリームの有機物負荷が増加することにより、有機物の除去効率をしばしば引き下げる処理プロセスに対してより重点が置かれるようになった。マングスガードら「廃水処理施設の流量および負荷の変化」、水質汚染制御連合機関誌、５２：２１３１（１９８０年）を参照のこと。
【０００６】
このように効率が低下することで汚泥の脱水性が劣化し、廃棄物の水分含有量および体積が実質的に増加することとなる。ラザフォードら「汚泥脱水の現況」、自治体処理施設の汚泥管理に関する全国会議要旨集、フロリダ州オーランド（１９８６年）を参照のこと。最終的に、脱水効率の低下により、脱水を促進するために有機重合体を多く使用することが必要となる。ノヴァックら「汚泥脱水における混合強度およびポリマー性能」、環境工学機関誌、１１４：１（１９８８年）、バンダックら「汚泥調整におけるポリマー性能」、第１８回中央大西洋工業廃棄物会議要旨集、ペンシルベニア州ランカスター（１９８６年）、ドイルら「有機高分子電解質を用いた汚泥調整」、自治体処理施設の汚泥管理に関する全国会議要旨集、フロリダ州オーランド（１９８６年）を参照のこと。重合体の使用が増えることによって、処分コストおよび廃棄物ストリームの有機物負荷の両方が増加する。最終的な結果としては、増加する負荷および浄化要求に既存の施設で対処せざるを得ない場合、汚泥処分の量とコストとは不釣合いに増加しうる。
【０００７】
最近の研究は、脱水改良により廃棄物の体積を減少させることを目的としたものであることが多い。ノックら「平均細胞耐久時間および粒径分布による活性汚泥真空脱水特性への影響」、水質汚染制御連合機関誌、５８：１１１８（１９８６年）、バラクローら「重力ベルトフィルタプレス動作の脱水性能に影響する機械的および化学的パラメータの起動最適化」、第１８回中央大西洋工業廃棄物会議要旨集、バージニア州ブラックスバーグ（１９８６年）、カトシリスら「濾過および脱水に関連した生物性汚泥の結合水含有量」、水質研究、２１：１３１９（１９８７年）、ハリスら「現代の固体／液体分離施設の設計と応用」、南アフリカ機械工学、３７：４８１（１９８７年）、コッブら「スマーフィット新聞用紙におけるベルトプレス性能の最適化」、パルプ製紙業界技術協会要旨集−１９８７年環境会議、オレゴン州ポートランドを参照のこと。しかしながら、これらの脱水法で汚泥の揮発性画分（「ＶＳ」）が減少しないのであれば、汚泥の汚染可能性は変化しない。
【０００８】
嫌気性消化処理された汚泥には、約４０％〜７５％のＶＳが含まれている。消化処理されていない汚泥のＶＳ含有量はさらに高くなる。ドーニングら「使用済み水の処理−今日と明日」、使用済み水処理に関する生態学的観点、２巻、Ｃ．Ｒ．カーズ、Ｈ．Ａ．ホークス編（１９８３年）、ラマルホ、廃水処理プロセス入門、第２版、Ｎ．Ｙ．：学術出版（１９８３年）を参照のこと。汚泥体積をさらに減少させる余地があることは明白である。
【０００９】
一般に、牛、羊、鶏等からの他の動物性廃棄物も同様に処理されている。より最近になって、これらの汚泥はしばしば肥料に転換されている。しかしながら、このような転換は容易ではない。例えば、豚の糞尿はアンモニア、硫化水素、メタン、硝酸塩、トリハロメタン、黴胞子、およびその他の汚染物質を含むか、またはこれらの物質に変化する。動物および植物組織からの動物性臭気および腐敗ガスが豚舎の中および周辺に存在していることがしばしばある。腐敗によって、アンモニア、アミノ酸、芳香族脂肪酸、代謝物質、メルカプタン、および硫化水素等の強い臭気ガスや化合物が生成される。廃棄物物管理システムでは、これら臭気物質を消去しなくてはならず、さらに重要なこととして、大腸菌を当然含む糞便性大腸菌群等の有害な生菌を除去しなくてはならない。
【００１０】
例えば、米国特許第６，０３９，８６７号に記載されているように、超音波処理等の種々の技術が有害菌を破壊するために使用される。この特許では、「音波パケット」反復マルチパスでの７００〜１０００ワットの超音波処理の使用について記載されている。超音波処理の副次的効果としては熱が挙げられる。例えば、米国特許第４，３４０，４８８号に記載されている超音波処理では、汚泥は摂氏７０度まで熱せられ、これは細菌を死滅させるために非常に望ましい特徴であったと記載されている。米国特許第４，９４４，８８６号、４，４７７，３５７号、および５，３８０，４４５号においても他の超音波処理を見ることができる。超音波処理の目的は、汚泥を音波エネルギーで加熱している間に、できるだけ多くの細菌を死滅させることである。例えば、米国特許第５，３８０，４４５号では、摂氏５５度が滅菌に「最も効果的な」温度であることが強調されている。
【００１１】
また、超音波処理では溶解ガスが生み出される。溶解ガスを除去すると認識されているゆえに、超音波処理自体からのガスの制御を利用するためにこの属性を他の手順と組み合わせて活用することは一般的に行われていなかった。正当に評価されていないか、または無視されている他の点としては、これら特許で記載されている超音波処理による滅菌は非特異的であることが挙げられる。残念ながら、この点においては、従属栄養有機体がしばしば望まれており、これらは毒素の除去および不要な有機体との拮抗によって汚泥の解毒を促進することができる。最終的に、肥料などの付加価値製品への汚泥再生利用の拡大化を妨げる主たる問題として、湿気を多く含む物質を乾燥および造粒ステーションに運搬する必要性が挙げられる。さらに、細菌を死滅させるスキームはそのほとんどが非常に高いエネルギーを必要とし、滅菌、および造粒のための汚泥の乾燥にしばしば熱を利用する。エネルギーコストを抑え、脱水性を向上させ、および／または不要な細菌を好適に除去することが可能な方法またはシステムであれば、汚泥再生利用のさらなる効率化および普及のためのコスト構造を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的に、前記特許文献に記載されている汚泥処理は、基礎研究には適しているものの、多くの場合、大規模経済を生み出すことのできない研究方法およびツールの規模拡大について示している。ラグーンを利用するための方法およびツール等のより適した技術、および細菌の大規模な転換は、汚泥を遠隔地で、一般的には肥料として利用可能な形態に転換するための極めて大規模な時間的、場所的、および費用的な資源をしばしば必要とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態は、含湿汚泥から揮発性ガスを除去するプロセスであって、汚泥１ガロンあたり少なくとも０．０５ｇｍの濃度になるまでゼオライトを添加することと、超音波エネルギーを用いて処理を行い、揮発性ガスを汚泥から放出させてゼオライトと結合させることと、凝集によりゼオライトを除去することとを含むプロセスである。他の実施形態においては、ゼオライトは１〜２０グラム／ガロン添加される。さらに他の実施形態においては、ゼオライトは１０〜２５０グラム／ガロン添加される。さらに他の実施形態においては、ゼオライトは０．２〜２．５グラム／ガロン添加される。
【００１４】
他の実施形態は、汚泥廃棄物ストリーム中の嫌気性バクテリアを不活性化するプロセスであって、廃棄物ストリームにゼオライトを添加することと、ストリームに酸化剤を添加することと、酸化された廃棄物ストリームを強度の超音波エネルギーで処理することと、廃棄物ストリームから固形分を凝集によって除去することとを含むプロセスである。酸化剤は強度の超音波エネルギー処理前または後で添加してもよく、ゼオライトは強度の超音波処理前または後で添加してもよい。１つの有利なプロセスにおいては、まず十分な超音波エネルギーを付与して少なくとも１０％、２５％、５０％、６５％、７５５、８５％、９０％、９５％、またはそれ以上のバクテリアを溶解し、次に酸化剤を添加して少なくとも１５秒、３０秒、１分、２分、５分、１０分、またはそれ以上培養し、その後固形分を除去する。
【００１５】
さらに本発明の他の実施形態は、水分を含む汚泥をより有用な形態に経済的に濃縮する低エネルギープロセスであって、汚泥にゼオライトを添加することと、汚泥−ゼオライト混合物を、汚泥中の固形分１グラムあたり０．００１〜８．０ワット時間の超音波エネルギーで超音波処理することと、超音波処理された汚泥に凝集剤を添加することと、凝集剤で処理した汚泥のジオテキスタイルへの投入により脱水を行うこととを含むプロセスである。
【００１６】
さらに他の実施形態は、嫌気性バクテリアを選択的に不活性化し、小さい固形粒子を生成する汚泥フローストリーム処理システムであって、水分を含む汚泥の投入口および酸化剤の投入口を含むフローストリーム、ポンプ、酸化器、１キロワットよりも大きい出力の超音波生成器、および排出口を含み、汚泥が０．１〜１０％の固形物を含み、処理装置へフローストリームとして、少なくとも１ガロン／分の流量で流入するシステムである。
【００１７】
さらに他の実施形態は、排泄廃棄物を脱水するシステムであって、超音波処理器と、凝集剤と、およびジオテキスタイルとを含み、超音波処理器は排泄廃棄物と接触させられて、作動中により小さくより均一な粒子を排泄廃棄物中に生成し、凝集剤は音波処理された排泄廃棄物に添加され、その後凝集剤および廃棄物の組み合わせをさらにジオテキスタイルに加えて、浄化物質をバッグに通過させるシステムである。
【００１８】
さらに他の実施形態は、汚泥ストリームまたはバッチサンプルの排泄物バクテリアを死滅させるシステムであって、活性酸素源、および少なくとも３キロワットの高出力超音波処理器を含み、活性酸素が汚泥ストリームまたはバッチサンプルに添加され、次に超音波処理器がサンプルを活性化して、サンプル中の排泄物バクテリアを少なくとも死滅または弱化させるシステムである。
【００１９】
さらに他の実施形態は、汚泥ストリームまたはバッチサンプルの排泄物バクテリアを死滅させる方法であって、活性酸素源を汚泥ストリームまたはバッチサンプルへ添加すること、および得られた混合物を少なくとも３キロワットの高出力超音波処理器で超音波処理して排泄物バクテリアをより均質に分散させることを含む方法である。
【００２０】
さらに他の実施形態は、汚泥ストリームまたはバッチサンプルの排泄物バクテリアを死滅させる方法であって、バクテリアを超音波処理器で超音波処理してより均質に分散させること、およびバクテリアを低温で乾燥させることを含む方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
比較的低いエネルギー消費でありながら、臭気を減少させ、嫌気性バクテリア等の不要な細菌を減少させ、含湿汚泥をより運搬可能な形態により効率よく転換する装置、システム、方法、および他の新規技術により、公知の従来技術における課題は軽減される。実施形態は、排泄物等の細菌を含む汚泥、より特定的には、鶏、七面鳥、牛、羊、人等の排泄物を重量対体積比で典型的には０．５〜１０％含む含湿懸濁物等の高濃度廃棄物質の処理に特に有用である。ここに挙げられる様々な実施形態は、新規技術を有用なシステム、方法、および／または装置において組み合わせている。しかしながら、当業者には、明細書を読むことによって理解されるさらなる実施形態において、各新規技術は独立して使用可能であることが容易に理解されるであろう。
【００２２】
汚泥の浄化プロセスを大規模かつ低コストに実行するという目的に伴い、汚泥スラリーを処理して分解するために、非常に経済的な方法で「強度の」超音波エネルギーを使用するフローシステムが見い出された。ここでの「汚泥スラリー」とは、水中乾燥固形分の重量対体積比が０．１％〜２０％、好ましくは０．５％〜１０％、さらに好ましくは１．５％〜６％である汚泥を意味する。フローストリーム処理に関する１つの実験において、高出力（５００ワット、１キロワット、３キロワット、５キロワット、またはそれを超えるエネルギー）の約２０，０００ヘルツで動作する超音波処理器は汚泥ストリームに対して良好な性能を有し、豚の排泄物汚泥ストリームを、３、６、１０、２０、３０、５０ガロン／分、またはそれ以上処理可能であることが分かった。０．２〜２０ガロン／分、より好ましくは０．５〜５ガロン／分の汚泥ストリーム等の小規模な転換に適した他の実施形態においては、超音波処理器（単一ユニットまたは複合装置で構成される）によって１００ワット〜６００ワット、２５０ワット〜７５０ワット、３００ワット〜１キロワット、５００ワット〜２キロワット、または７５０ワット〜３キロワット等の３キロワット未満の低出力において良好な結果が得られる。この文脈における「キロワット」という用語は、超音波処理器からの超音波処理された物質に付与された実際のエネルギー( 熱と振動の両方を含む) を意味し、多くの場合、圧電変換器または磁歪変換器等の変換器への入力合計を表す。
【００２３】
上記研究を行ったフローシステムを使用して、ゼオライト、明礬、ディアタメティウス含有土、ＺＭＳ−５ゼオライト、斜プチロル沸石、粉砕貝殻、非プロトン化ゼオライトを生成するために塩基で洗浄したゼオライト、およびイオン交換物質等の結合剤の存在下で、酸化硫黄、硫化水素、アンモニア、および（１つまたは複数の）窒素化合物等の１つ以上の臭気物質を放出させるために音波エネルギーが利用可能であることが分かった。本発明の本実施形態によると、バッチシステムだけでなくフローストリームシステムでもこれら望ましくない物質のゼオライト等の受容体への転送を促進するために超音波エネルギーが使用されている。関連技術には、オゾン、過酸化水素、他の過酸化物、フェントン反応による（１つまたは複数の）酸化生成物等の活性酸素種を用いた処理で、超音波処理に先立って、途中で、または後で酸化剤を添加することにより嫌気性バクテリア等の不要な細菌を好適に死滅させることができるというものである。本実施形態のいかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、超音波処理は酸化剤と細菌との接触を増加させることによって、酸化反応速度を向上させると考えられる。
【００２４】
汚泥処理のためのエネルギー入力を大幅に削減できる他の実施形態において、後続の脱水工程でより規模の大きい脱水を行うために、汚泥粒子をより均質な形態および期待されるサイズよりも大きいサイズの粒子に凝集した粒子に転換するために、適度の超音波エネルギー（例えば、処理される固形分１グラムあたり０．００５〜５、好ましくは０．０１〜１、より好ましくは０．０１〜０．１ワット時間）が使用できることが分かった。驚くべきことには、特に他の改良との組み合わせにより、より少量のエネルギーで脱水工程の改良に大きい効果が与えられる。
【００２５】
脱水工程では、しばしば重力沈降を用いて傾瀉液または溶離液を作成する。リチャード  Ｇ．シーツ  Ｓｒ．によるＰＣＴ出願公開番号第ＰＣＴ／ＵＳ００／０９８０９号「浄化水による閉鎖された環境における物質の再生処理」（以下、「シーツ技術」とする）に記載されているように、ジオテキスタイルを用いて脱水を実行して浸出物を形成することが有利である。さらに、ジオテキスタイルに加えて、またはその代わりとして他の脱水技術を使用してもよい。例えば、（ｉ）「ベルトフィルター」型プレス（バイオソリッド廃
棄物質がその間を通り、前記バイオソリッド廃棄物質から若干の水分を搾り出すために共働する複列ローラおよびメッシュベルトのシステムを含む）、（ii）専用のインライン形
遠心分離装置（前記バイオソリッド廃棄物質から若干の水分を搾り出すために遠心力を使用するもの）、（iii）溶解空気浮揚システム、または（iv）水力または機械により駆動するプレートおよびフレームフィルタプレス（前記バイオソリッド廃棄物質の別個のバッチを脱水するために機械的圧力を使用するもの）等の一般に自治体の廃水処理施設で使用されている脱水技術を、独立してまたは他の方法と組み合わせて使用してもよい。オーストラリアの水質国際組織の脱水システムである、国際資源再生機構のThe cyclonic Tempest Drying System（商標名）が特に望ましい。適用可能な場合には、例えば、空気乾燥、定常流動衝突乾燥、赤外線乾燥、マイクロウエーブ乾燥、およびドライシリンダ乾燥等の当業者には公知の具体的な全ての脱水技術の適用が意図される。米国特許第６，４７０，５９７号、６，４４７，６４２号、６，３９３，７１９号、６，３０８，４３６号、６，２２１，２６１号、６，１０６，６３２号、６，０３０，５３８号、５，８９３，９７９号、５，８９１，３４２号、５，７２０，８８７号、５，６９５，６５０号、５，５８７，０８５号、５，４７２，６２０号、および５，４４９，４６４号に記載されている技術および装置は当業者に公知のいくつかの技術を示している。紙面の都合により、それらの詳細についてはさらなる説明を行わないが、これらに言及することによって特に本出願に組み込まれるものとする。これらの技術の多くは、単独でもまたは組み合わせの使用においても、必要とする高分子量は少なく、高分子を全く必要としない技術もある。すなわち、ジオテキスタイルの代わりに（またはその使用を増加するために）、ここで使用されている技術および物質を適用可能であり、重合体、および／または凝集剤、および／または凝固剤添加の必要性を部分的または全体的に取り除くことさえ可能である。使用者がある特定状況におけるコストに基づいて１つまたはそれ以上から選択することが望ましい。
【００２６】
これら新規技術の組み合わせにより動物排泄廃棄物等の廃棄物を処理するための比較的低コストながらも大容量のシステムが提供されることが分かった。さらには、汚泥を分解するために使用される任意の低エネルギーレベルにおける超音波処理は脱水処理を向上させることが分かった。したがって、望ましい実施形態には、汚泥を分解する第１の強度超音波処理工程および水分除去に先立って粒子の凝集を促進する（より低いエネルギーレベルを使用してもよい）第２の工程という、少なくとも２つの超音波処理工程が利用される。第２の工程は第１の工程なしに単独で実行されてもよく、第１の強度超音波処理工程と比較して廃棄物ストリーム中の固形分１グラムあたり７５％、５０％、３０％、２５％、１０％、５％未満、さらには１％未満の音波エネルギーを付与することが好ましい。他の実施形態において、第２の工程では、第１の工程よりも少なくとも５０％、１００％、２００％、またはそれよりも超音波処理の周波数が低い（より長い波長を有する）。例えば、第２の工程が１９，０００Ｈｚで実行される場合、第１の工程は４０，０００〜１００，０００Ｈｚ、１００，０００〜２００，０００Ｈｚ、またはそれよりも高い周波数で実行されてもよい。
【００２７】
他の実施形態においては、全ての工程が低温で実行される浄化プロセスが提供されている。ここでいう「低温」という用語は、細菌を死滅させるための、少なくとも部分的な温度上昇を伴うプロセスと比較して、より低温を使用することを特徴とする浄化プロセスである。一実施形態では、全てのプロセス工程が、摂氏５０度、４５度、４０度、３７度、３３度、さらには３０度未満で実行されている。ここでいう「度」という用語は、通常の温度計または大型の温度計を用いて測定するようなバルク特性測定を意味し、気泡内または超音波処理エネルギーを付与する表面の隣接部の局所温度は意味しない。一実施形態では、１〜２０％の、より望ましくは２〜８％の固形分を含有する浄化された物質を生成するために低温プロセスが利用され、乾燥はより高温で行われている。
【００２８】
他の実施形態では、不要な有機体よりも土壌有機体の生存を優先的に助長する化学成分または電磁エネルギーが適用される。化学成分は、分子（２分子）酸素、超酸化物、オゾン、または一重項酸素等のガスであることが好ましい。他のガスとしては、塩素分子または臭素分子、および活性塩素または活性臭素の他の形態が含まれる。付与される電磁エネルギーは、３５０〜４００ナノメータ、および／または３５０ナノメータ未満等の紫外線であってもよい。
【００２９】
望ましい実施形態においては、紫外線光は固体装置から付加される。現在、紫外線発光ダイオードが公知である。価格の低下と出力の向上に伴い、これらの装置は実施形態に対してさらに望ましいものとなるであろう。一実施形態として、多数個のＬＥＤを１列に配列したものが現在利用可能であるが、将来的にはコスト改善によって、この技術が商業的にさらに望ましいものとなるであろう。例えば、光を入力するために透過パイプ、透過フローセル、および透過窓等のＵＶ透過物質を用いるプロセスストリームに加えて、ＵＶ光を生成する１つ以上のＬＥＤを使用してもよい。ＵＶ暴露はパイプからの廃棄物除去後、および乾燥工程等の後続工程中または前に行ってもよい。さらに、ＵＶ光照射は廃棄物ストリームの処理に先立って行われてもよい。このような化学的処理または光による処理は、通性嫌気性細菌等の不要な有機体よりも土壌有機体の生存を助長する低温プロセスと組み合わせられることが好ましい。
【００３０】
これらおよび他の新規技術、ならびにそれらから導き出される望ましい実施形態を以下に示す。
【００３１】
フローストリームの高エネルギー超音波処理
少なくとも０．２５、０．５、１、２、３、４、５、６、７、１０、１５、２０，２５、３０、４０、５０キロワットまたはそれ以上のエネルギーの高出力超音波処理器を単独で用いて、単一のフローストリームを経済的に処理可能であることが分かった。出力周波数は１５キロヘルツよりも高いことが望ましく、最適値である２０キロヘルツが一実施形態で有用であった。ここに示されていない他の実施形態においては、２５〜３０、３０〜４０、５０〜１００、１００〜２００、２００〜１０００キロヘルツまたはそれ以上というさらに高い周波数が、音波エネルギーを、特に段階的に小径化していく粒子に伝達するために有用である。汚泥は固形分を好ましくは０．１〜１２、より好ましくは１〜５重量％含む。音波エネルギーで処理されるフローストリームは、典型的には０．５〜５００ガロン／分であるが、より典型的には５〜１００ガロン／分であり、さらには１０〜７５ガロン／分であることがある。特に１０キロワットより上の、より高い音波エネルギー出力を生成するためには、２つ以上の音波生成器（例えば、別々のホーンを駆動するもの）を使用することが望ましい。このような場合、駆動回路は調整可能な位相差で同期して、１つ以上の音波変換器の周期タイミングを設定し、音波の消去を減少させることが望ましい。適切なオフセットは、例えばエネルギー出力を測定し、別個の変換器でフローストリームに直接付与される音波エネルギーを検出し、処理されている汚泥の温度上昇を測定し、圧電装置等の１つ以上の検出器でフローストリーム中のエネルギーを直接測定することによって、決定することができる。当業者には理解されるように、モニタリングおよび調整は手動でまたは自動化された回路で実行できる。例えば、位相差は、最大出力、最大検出エネルギー、処理される物質の温度最大上昇、および／または処理される物質の組成最大変化（例えば、密度や固形分含有量）に対して調整されてもよい。
【００３２】
例えば、第１の５００ワット音波変換器は、第２の５００ワット音波振動よりも上流で汚泥ストリームに接触してもよい。両方の変換器が同一の周波数を有する音波エネルギーを発し、変換器間の距離が音波エネルギー波長の半分（または、それぞれ何らかの倍数）である場合、最大の効果のために変換器の位相を互いにずらして駆動してもよい。この場合、１８０度の位相差を用いて有害な干渉を防ぎ、より効果的な音波エネルギーをストリームに伝達してもよい。一実施形態においては、２つ以上の連係制御された変換器を同一の周波数で動作させて、周波数を最良効果（有害な周波干渉が最小となるもの）が得られるように調整する。この方法では、周波数を上げることでより短波長の音波エネルギーが得られ、周波数を下げることでより長波長の音波エネルギーが得られる。最適動作のために２つの音波変換器が離れすぎている場合、共通の周波数を下げることで、音波振動がより長い周期性を有して、より効率的に距離に合致するようになる。近すぎる場合、音波周波数を上げることで補償を行うことができる。もちろん、２つ以上の音波変換器は、互いに異なった周波数および／または位相角で動作してもよい。多数個の音波生成器を調節するために周波数と位相差とを組み合わせることは、当業者には理解できるであろう。この方法はブランソン製品のように小型の超音波処理器と共に使用されることが特に望ましく、プロセスの必要に応じて流量やパイプサイズを小さく設定するモジュール式システムに対して非常に有用である。
【００３３】
望ましい一実施形態においては、少なくとも１つの装置に対する位相角、出力、および周波数の少なくとも１つがフィードバックシステムによって自動的に制御される。フィードバックシステムは、廃棄物ストリームに付与される音波エネルギーの状態をモニタリングする少なくとも１つのセンサおよび、フィードバック信号に応答するためにマイクロプロセッサまたはコンピュータを含んだ回路を備えることが好ましい。例えば、フィードバックシステムは、超音波処理地点から離れた（少なくとも３インチ、６インチ、１フィート、２フィート、３フィートまたはそれ以上）場所に位置する圧電センサを含んでもよい。圧電センサは、音波エネルギーの大きさ、新たな周波数を作り出す調波間の混合、変更された位相角等を検出し、測定信号を消す。簡潔な実施形態では駆動周波数での音波エネルギーの大きさが検出され、１つ以上の音波変換器が圧電検出器からの測定された音波信号が最大になるように調節される。フィードバックシステムは、反射率、透過率、非一様な屈折、粒径、粘度、流体密度、または他のパラメータを測定して、調節のために信号をフィードバックする光学系装置であってもよい。
【００３４】
実施に際し、マイクロコンピュータは変換器の駆動装置の周波数、位相角、または絶対値を制御し、パラメータを上昇または下降させてから、測定された信号への上昇または下降の効果を判断してもよい。効果があまり望ましくないものであれば、コントローラは反対の操作を実行すればよい。効果が望ましいものであれば、コントローラは工程を再度行いそのパラメータを上昇させることができる。効果が認められる限りは、微調整はより小規模の変化をも含む。これは手動で実行可能であることはもちろんであり、それ自体がシステムに関する情報を示す。例えば、最適周波数の変化は、物質の粘度が変化したこと、音波測定子が劣化してその特性が変化したこと、またはシステムの音響特性に影響するその他の何らかが起こったことを示している。一実施形態では、閾値を越えた変化があると、システムオペレータにアラートが送られる。このアラートは、例えば、ビープ音もしくはブザー等の音声、ＬＣＤパネルディスプレーもしくは発光ダイオード等による視覚表示、および／または自動化された電話メッセージであってもよい。しかしながら、１つの超音波処理器を使用した制御の改良が進んでいるため、流量がより大きい場合にはヘイルシャー（ニュージャージー州）、エッジテクノロジーズ社（アイオワ州エームズ）の１２，０００ワットＵＩＰ１２０００産業用プロセッサ等のより高出力の超音波処理器が使用されている実施形態もある。より大きい規模で低コストの処理システムのための本発明の実施形態においては、アイオワ州エームズにあるエトレマ社によって商品化された「テルフェノール−Ｄ」等のスマートメタルの高出力装置が使用されている。このようなスマートメタルを土台としたシステムの自動化された制御によって、処理中の汚泥特性の突然の変化に対応することができるので、テルフェネオル−Ｄに基づいた超音波処理器は、汚泥システムに特に有用である。汚泥システムを流れるストリームフローでは特に、３、５、７、１０、２０、２５、３０、４５、５０、６０、７５、また、さらには１００キロワットを超えるようなツールの変位、出力、および周波数といった１つ以上のパラメータを自動、および／または手動で組み合わせて制御することは有益であり、ここで述べられた実施形態においてのみならず、単位重量または体積あたりのエネルギーがより高い用途においても商業的使用は可能となり、音波エネルギーを熱として放散させることにより、より優れた殺菌効果とより急速な乾燥が可能となるであろう。
【００３５】
汚泥処理においても、圧電変換器が使用できる。特に望ましい装置の１つは、前後のマスを有する変換器と、共鳴マスを支配する中央マスのいずれかの側にある圧電駆動装置とを含む。例えば、ミオドラッグ・プロキック  ＭＰインターコンサルティング、Marais 36, CH-2400 Le Locle, Switzerlandによる「超音波ハンマー式変換器」（http://mpi.powerultrasonics.com/hammer-transducer.html）を参照のこと。そのキャッシュバージョンはグーグルからでも閲覧可能である（http://216.239.53.104/search?q=cache:bQE4ja-OEycJ:mpi.powerultrasonics.com/hammer-transducer.html+ultrasonic+hammer&hl=en&ie=UTF-8）。この変換器は、サンドイッチ式変換器の微小信号特性と組み合わせられた力学変換器に類似しており、「パイプ内容物等の高質量負荷を駆動」するために特に有用である。
【００３６】
この「ハンマー式」変換器は、マスの原動力の中心、または慣性の中心を振動させる。１）パイプ内容物に対して比較的簡単に音波結合ができる、２）負荷（パイプ内容物）の変化に対して変換器が比較的免疫を有する、３）圧電物質を、より低いコストでより効率よく使用できる、という望ましい特徴のために、このハンマー式装置は特に適用が意図されている。望ましい実施形態においては、廃棄物ストリーム中のあるポイントに音波エネルギーを付与するために、２重式圧電変換器ハンマーが備えられている。典型的には、このポイントはパイプ中の、少なくとも２つの対向する側面を平面とするために、丸味をつけずに四角にした部位である。すなわち、廃棄物ストリームの、０．２５〜２４インチ長、より好ましくは１〜１０インチ長であるポイントには、少なくとも２つの振動する互いに対向した平面壁がある。この部位は、周囲のパイプとは異なった材質で構成されてもよく、楕円形や円形の部位で支持された２つの平面壁でもよく機能するが長方形または正方形の断面を有していてもよい。平面壁は音波振動を伝達する。互いに対向する平面はこれらが対向している面で圧電変換器と接触していてもよく、変換器はハンマーのような押し引き運動を行うため、一列となって動作する。
【００３７】
一実施形態では、圧電ハンマーとの接触点におけるプロセスストリームの内壁は剛性の金属ではなく、音波エネルギーをよく伝達し、破損することなく動くことができる可撓性の他の物質を含む。他の実施形態では、変換器と接触している壁は金属であり、上記パイプ部位に物質を通す周囲のパイプに付加された圧力は、（１つまたは複数の）圧電装置に接触している金属と周囲のパイプとの間に可撓性を有する物質を使用することによって軽減される。当業者には、この文脈における使用可能なプラスティック、他の高分子および金属が容易に理解されるであろう。この物質は、振動エネルギーをよく伝導しながら、音波エネルギーを周囲のパイプに伝達しない接続部または連結装置により機械的に（例えば、配管接続等で）フローストリームに接続された金属であることが最も望ましい。接続部には可撓性を有する高分子を含んでもよい。
【００３８】
音波伝達器の所望の駆動周波数、および／または出力は、固形分含有量の変化により必要に応じて調整できる。（１つまたは複数の）音波装置の調整は手動、または自動回路で決定してもよい。所望の結果を得るために使用される設定は、システムオペレータが固形分含有量を推論するために使用できる貴重な情報である。例えば、音波出力を増やす必要がある場合、または得られたデータが汚泥ストリーム中の固形分含有量の増加を示唆している場合、オペレーター（または自動回路）は、超音波処理器の上流にＥＣＡ水または他の水等の水分を添加することで対処する。または、操作中に固形分含有量が減少していることが推論される場合、添加される水分を減少させる。固形分含有量の増加を補正するために、水分を調整する代わりに、例えば、温度を上昇させるか、または流量を減少させることもできる。固形分含有量の減少を補正するために、例えば、温度を低下させるか、または流量を増加させることもできる。したがって、本発明の実施形態では、これらの各パラメータ、ならびにこれらの処理を実行するためのソフトウエアのアルゴリズムおよび記憶されているコンピュータプログラムを測定および調整するためのシステムの適用が意図されている。
【００３９】
一実施形態においては、汚泥流量の増加または減少が検出または推論された場合、超音波処理器の周波数を上げ、反対の条件で周波数を下げる。流量は、当業者には公知の、種々の装置および方法のいずれかで計測することができる。従来の流量測定の代わりに、またはそれに加えて、汚泥の流動性および粘着性の度合いをモニタリングするために圧電装置を使用してもよく、この装置から得られる情報を超音波処理の周波数を調整するためにを使用してもよい。一実施形態においては、圧電装置等の装置は、状況に応じて異なった高調波で駆動される。他の実施形態においては、磁歪装置等の装置の周波数はより連続的な方法で調整される。一実施形態においては、物質の大きい塊が検出された後、音波による粉砕を促進するために、周波数を少なくとも１０％、２５％、５０％、またはそれ以上低下させる。他の実施形態においては、より均質な物質を検出して音波周波数を上げる。望ましい実施形態においては、少なくとも、１９，０００ヘルツの周波数を大きい塊を粉砕するために使用し、３５，０００ヘルツより高い周波数、より好ましくは７０，０００ヘルツより高い周波数を小さい塊や微生物の懸濁物を処理するために使用される。
【００４０】
他の実施形態においては、汚泥流量が増加すると超音波処理のエネルギーをゆっくりと増加させ、汚泥流量の減少が検出または推論されるとエネルギーを減少させる。当業者には理解されるように、１つ以上の変換器に付与される力は簡便に変更される。特に望ましい実施形態においては、物質の減少または欠落が検出されたことに反応して、音波エネルギーを少なくとも７５％、９０％減少させるか、あるいはさらに停止させる。例えば、エアーロック、大気泡、または予期しない物質（汚泥の音響特性に影響するプラスティック片等）はこれらが望ましく検出される場合、一時的にまたは他の条件が満たされるまで超音波処理器を停止させる（または出力を下げる）信号を生成するために検出されなくてはならない。このような障害物は音波エネルギー伝達、リアルタイムでの粘度測定、または音波装置の使用による温度上昇もしくは変換器の負荷インピーダンスの変化（例えば、増加）等の他の測定をモニタリングすることによって検出されることが好ましい。他の実施形態においては、音波エネルギー伝達、汚泥温度の上昇、汚泥粘度の低下、または他のパラメータによって計測される、汚泥ストリームに吸収されている、またはされる力の大きさの程度によって装置の出力を制御している。多くの実施形態において、フローストリーム中の固形分１グラムあたり、０．００１〜１０ワット時間の音波エネルギーが付与されてもよいことが分かった。固形分１グラムあたり、好ましくは０．００３〜５、０．０１〜３、より好ましくは０．０３〜０．５ワット時間が使用される。大規模な浄化に有用な低コストの実施形態においては、汚泥ストリームは摂氏３０度未満の温度を維持することが有利である。例えば、フローストリームは、超音波処理前では摂氏５〜２５度、好ましくは１０〜１８度であり、超音波処理後では摂氏１０〜３５度、好ましくは１８〜２５度である。細菌の不活性化を必要とするいくつかの実施形態においては、最適温度は、超音波処理前では摂氏０〜１０度であり超音波処理後では０〜２５度、または超音波処理前では摂氏１０〜２５度であり超音波処理後では２５〜３５度である。多くの実施形態において、フローストリームからの粒子が音波エネルギーにさらされる典型的時間は、１０秒未満、好ましくは５秒未満、より好ましくは３秒未満または１秒未満である。超音波処理は、これら望ましいパラメータに従ってフローストリームに対し行われるが、同一または同等のパラメータを使用してここに記載された方法および物質をバッチ式処理に関連づけることもできる。
【００４１】
ある実験では、ヘイルシャーのカスケードソノトロードを用いて均一な音響場が生成された。ホーン長さが３６インチで３キロワット（２０．０キロヘルツ）のエネルギー出力が得られ、流量６〜１０ガロン／分の３．６％の固形分を含む豚の排泄物の汚泥ストリームに向けられた。本発明の本実施形態におけるいかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、音響場の強度が高い場合、ガスの放出を促進するキャビテーション気泡が生成され、ガスが害のより少ない生成物に変換され、（添加されている場合は）添加した酸化剤により固形粒子の透過度を向上することにより嫌気性細菌の殺菌が促進され、粘土と珪酸塩（存在している場合）の物理的特性が実際に変更されてその構造への水分の化学結合を促進し、後に肥料として使用される場合等の後の乾燥条件への耐性が向上し、硝酸塩および燐酸塩を化学的に結合して、処理済みの汚泥が肥料として使用される時にこれらの貴重な植物栄養素が溶出が防止されると考えられる。
【００４２】
本発明の本実施形態におけるいかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、この段階、特に活性酸素添加後における超音波処理は、嫌気性細菌と酸素との接触を大幅に促進することによって、嫌気性バクテリアを好適に死滅させると考えられる。よって、いくつかの実施形態では音波エネルギーが全ての有機体を死滅させてはいないが、音波エネルギーは望ましくない細菌に対する酸素の固有の殺菌能力を相乗的に向上させる。他の実施形態においては、大幅に高い音波エネルギーが使用され、それによって全ての種類の細菌を効率的に死滅させている。
【００４３】
他の実施形態においては、この超音波工程はオゾン等の酸化剤の添加に先立って行われ、超音波処理によって生じる分散を高めることによって酸化剤との反応を大幅に促進するものである。実際、酸化処理前の超音波処理により、殺菌効果が高まる。この場合、超音波処理は細菌を弱化してその感度を上げる一方で、固形分をより小さい粒子に分散することにより、拡散が制限されているプロセスを補助する。
【００４４】
ゼオライト等の結合剤の添加および混合
アンモニア（鶏廃棄物および畜牛廃棄物に共通した問題）、または硫化水素等の硫黄化合物（豚廃棄物に共通した問題）等の臭気を除去するために、超音波に先立ってまたは後に、ゼオライト等の結合剤を添加してもよいことが分かった。本発明の本実施形態においては、粘土、珪酸塩、ゼオライト、粉砕貝殻、明礬、ディアタメティウス含有土、ゼオライト４Ａおよび５Ａ等の分子篩ゼオライト等のゼオライト、モルデン沸石、カルシウム、マグネシウム、カリウム、またはナトリウムでイオン交換したゼオライト、菱沸石、および／またはエリオナイトを使用してもよい。これらおよび他の篩は当業者には公知であり、例えば、Ｄ．Ｍ．ルースベンにより『吸着原理と吸着プロセス』（ジョン・ワイリー  アンド  サンズ、ニューヨーク、１９８４年）に記載されている。
【００４５】
望ましい実施形態においては、天然のまたは合成の斜プチロル沸石が使用される。他の実施形態においては、ＺＭＳ−５ゼオライトが使用される。さらに他の実施形態においては、非プロトン化ゼオライトを生成するために、使用に先立って塩基でゼオライトを洗浄する。このようなゼオライトに使用可能である陽イオンの選択幅は非常に広く、特にＩ、
II、IIＡ族、およびIIIＢ族も選択できる。ゼオライトはこれに基づいて選んでもよく、改良のために加工してもよい。いくつかの実施形態において、性能を高めるためにこれらの陽イオンを交換してもよい。さらに、気体分子を除去する必要がある他の実施形態においては、疎水性ゼオライト（粉末化したものが好ましい）が使用される。斜プチロル沸石、ＬＳＸゼオライト、および他の関連したゼオライトについての記載がある米国特許第５，５８７，００３号、５，５３１，８０８号、および６，２９０，７５１号を参照のこと。
【００４６】
他の実施形態では、ロバート  Ｓ．ボウマン教授（例えば、環境科学技術  ３６（２００２年）、環境科学技術  ３３：４３２６−４３３０（１９９９年）およびフェーズIIＢ
トピカルレポート  Ｕ．Ｓ．エネルギー省、国家エネルギー技術研究所、ペンシルバニア州ピッツバーグ、３３ｐ「汚染した地下水を自然位で処理するための透過性バリアとして表面を加工したゼオライト」（２００２年））に記載されているような表面を加工したゼオライトを利用する。ゼオライト表面に安定した有機膜を形成するために、第４級アミン等の大きいカチオン界面活性剤と接触させて、ゼオライトを加工することが最も有利である。界面活性剤は、正に帯電した単一の先頭グループと、炭素数８〜２４の疎水性の末端部を有することが望ましい。第４級アミンは、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムアミン、または炭素数が８、１０、１２、１４、１８、２０、または２２のように異なっているこの種の別の化合物であることが有利である。摂氏２５度よりも低い低温プロセスには、炭素数８、１０、１２、１４、または１６のような短鎖をより有利に使用することができる。高温には、炭素数１６、１８、２０、またはそれ以上の長鎖をより有利に使用することができる。結合剤は、スラリー、粉末、合成粒子等のいずれの形態で添加してもよい。結合剤は超音波処理される汚泥スラリーにバッチ形式で添加可能であり、又、汚泥がフローストリームである場合、超音波工程前、途中、または工程後にストリームに添加されることが有利である。排泄物汚泥からの臭気発生物質と結合させるために斜プチロル沸石を使用する場合、懸濁状態にすることが可能でかつ汚泥中の固形分が約３％の汚泥に、汚泥中のゼオライトが０．７〜０．９重量％（汚泥１ガロンあたり１９．５〜２７グラムのゼオライト）となるような量で添加することが可能な微粉末を使用することが望ましい。所望の結合容量の量に応じて、０．５、１、２、３、４、５、１０、１５、２５、３５、５０、６５、７５、１００、２００、３００、４００、さらには５００グラム／ガロン以上等のより多量またはより少量で使用してもよい。音波エネルギーは、フローストリーム中または他の場所へ容易に分配できるより小さい粒子に大きい粒子を分解可能であるため、超音波処理は特に計量投入において有用である。
【００４７】
一実施形態においては、結合剤や重合体等の固体物質はポンプストリーム摂動ミキサを通じて添加される。フローストリーム中に保持されている受皿は理想的なミキサとなることが分かった。受皿は少なくとも部分的にフローに対して垂直であり、表面積の少なくとも５０％がフローに対して３０％以内の垂直度であること、好ましくは表面積の少なくとも５０％が１５％以内の垂直度であること、より好ましくは表面積の少なくとも７５％が１５％以内の垂直度であることが好ましい。一実施形態においては、皿は、パイプの壁面に１つ以上の取付具で所定位置に支持された、単一の規定された面である。この皿は丸味をつけた角を有することが好ましく、例えば単一円形状または楕円形状であってもよい。クローバー形がよく機能することがわかった。受皿は、フローストリーム断面積の２％〜３０％の表面積を有することが好ましく、皿表面積が断面積の５％〜２０％であることがより好ましい。
【００４８】
固体物質は受皿ミキサの直径５倍以内の距離で添加されることが好ましく、受皿の直径２倍以内の距離で添加されることがより好ましい。受皿は添加地点の上流または下流に位置してもよいが、乱流混合を行いつつ、摂動ミキサと固形分との接触を最小限にするために上流に位置することが好ましい。物質のミキサへの堆積を軽減するために、強力な超音波工程の下流で受皿摂動ミキサを使用することが最も望ましい。他の実施形態においては、音波変換器に音響的にミキサが取り付けられ、振動してミキサに付いたくずを除去する。音波変換器はミキサに物理的に接続されていてもよく、距離を空けて設置されていてもよい。他の実施形態においては、受皿は受動的ではなく、超音波処理器に音響的に連結されてフローストリームに能動的に超音波エネルギーを付与する。望ましい実施形態においては、この音響エネルギーの周波数を、添加された固形分の混合を促進するように調節し、他の実施形態においては周波数は脱水のための凝集を促進するように調節する。
【００４９】
処理された汚泥は、典型的には０．５％〜１２％の固形分を含み、より典型的には１％〜５％の固形分を含む。ここでの「固形分」という用語は、塩類を除去して残渣物を乾燥させた後に残っている塊を指す。必要となる結合剤（使用されている場合）の量は、汚泥の量および種類によって変化する。アンモニアと化合した排泄物汚泥から肥料を生成する場合、斜プチロル沸石等のゼオライトを添加してアンモニアと結合させ、後に肥料として使用する際に放出することが望ましい。プロセスストリーム内で窒素を可逆的に結合した後に、窒素を肥料生成物から放出する望ましい特性のため、ゼオライトや他の結合剤を汚泥に対して高い割合で使用することが望ましい。
【００５０】
超音波処理および結合剤の使用による臭気ガスの除去
一実施形態においては、結合剤は廃棄物質の存在下で超音波処理される。本発明の本実施形態におけるいかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、排泄廃棄物等の汚泥の超音波処理により、アンモニアおよび硫化水素等の臭気物質が粒子から脱着して、および／または溶液から出て、ゼオライト等の添加された結合剤と強固に結合可能となると考えられる。超音波処理は、粒子および固体物質内外の分散を促進し、ここに記載された３０ガロン／分のフローストリームを超音波処理する条件下では、汚泥を小さい粒子により均一に分散することが分かった。超音波処理中、汚泥スラリーから放出される気体分子とゼオライトは結合する。
【００５１】
臭気分子を強固に結合させることにより、分子は搬送中、乾燥中、および肥料等の最終的な付加価値生成物の構成要素として固体物質の中に留まる。アンモニア等の望ましい分子は肥料から緩やかに放出され、長期間に渡り効果的に放出される構成要素として植物栄養素を提供する。この点において、他の重要な任意の実施形態として、汚泥（例えば、排泄物）の初期処理から肥料の形成および使用までを通じて低温プロセスを使用するものがある。大多数ではなくとも、この分野における多数の代替的な処理は少なくとも１つの高温工程を用いる。対照的に、本発明の望ましい実施形態は固形分の濃度をより高くするため、乾燥の必要性が下がり、８０度、７０度、６０度、５０度、４０度、さらには３０度よりも低温で有利に実行することができる。これら低温は、アンモニア（および他の化合物）を担体中に保持するために特に有用であり、そうでなければ高温工程でオフガスが生じやすくなる。
【００５２】
結合剤は望ましくは有毒ガスと結合し重金属を捕捉し、（１つまたは複数の）マクロおよびミクロ栄養素、珪酸塩、および粘土を含んでいてもよい。例えば、肥料としての最終物質の質を向上するために希少金属が添加されてもよい。超音波処理中に、高い機械的超音波力（存在する場合）は水分の粘土および他の珪酸塩類との結合を促進し、後に使用される生成物の耐乾燥性を向上させる。また、超音波処理は亜硝酸塩および燐酸塩の結合を促進する。
【００５３】
超音波処理と任意に組み合わせられる酸化剤
超音波処理の前または後に酸化剤を添加することで、嫌気性バクテリアの滅菌効果が大幅に向上し、特に「低温プロセス」で使用されている場合には実際にこの分類の細菌を好適に死滅させることが分かった。過酸化水素、他の過酸化物、活性ハロゲン種、活性酸素剤が当業者には公知であり同様に使用してもよいが、酸化剤はオゾンであることが最も望ましい。他の実施形態においては、シーツ技術に記載されている電気化学的に活性な（「ＥＣＡ」）水を加えてもよい。ＥＣＡ水は、処理される汚泥の脱水工程中等のように後においても加えることができる。ＥＣＡ水および／またはここに記載されている他の酸化剤を含む水等の水は、上記した超音波処理工程の動作パラメータに影響を及ぼす粘度や流体密度等のより適切な流体ハンドリング特性を汚泥に与えるために、乾燥糞尿または粘土が非常に高い糞尿等の汚泥（例えば、酪農廃棄物、未洗浄の鶏廃棄物、馬廃棄物等）に有利に加えられてもよい。
【００５４】
オゾンは、例えば米国特許第６，４８２，３７０号、６，４６８，４００号、６，４６１，４８７号、６，４６０，２１１号、６，４５８，２５７号、６，３９９，０２２号、６，３６１，６９８号、および６，３２８，８６２号に記載されているような数多くの技術で調製することができる。酸化剤と細菌変性システムの組み合わせは有益に適用されてもよい。例えば、鉄と過酸化水素とのフェントン反応が、例えば米国特許第６，０８３，３９８号に記載されている紫外線光と共に適用されてもよい。特に、例えば米国特許第６，２４１，７７９号、６，０８３，３９８号、６，０１３，７７４号、５，９６５，０３３号、５，７７０，０１０号および５，３６２，４１２号に記載されているように、洗濯用洗剤業界向けに数多くの安価かつ安定した酸化剤が開発されており、（１つまたは複数の）添加される酸化剤として、個別にまたは組み合わせで有用に使用することができる。
【００５５】
酸化剤は幅広い濃度で使用してもよい。酸化剤は、例えば液体に気体として溶解後にフローストリームに直接添加してから溶解（バブリング等によって）させてもよく、酸化剤の固形物として添加されてもよい。実験例では、２インチのフローストリームパイプ中の豚廃棄物（固形分３．６％）を、３キロワットの超音波処理器で６〜１０ガロン／分処理している。１．５グラム／時間のオゾンを超音波処理器の上流で添加したところ、驚くべきことに嫌気性バクテリアを好適に死滅させることができた。この処理によって、糞便性大腸菌が１８００ＭＰＮ（最確数）から約７５０に減少し、さらに含湿バイオソリッド段階では大腸菌数が約５００に減少し、乾燥バイオソリッド段階ではゼロになった。対照的に、超音波処理からの大腸菌は１００ミリリットルあたり２４２，０００ＭＰＮ超から１００ミリリットルあたり３，０００ＭＰＮに減少した( 図４を参照のこと) 。他の実験においては、これよりも非常に高い殺菌効果が見られた。糞便性大腸菌も１８０９ＭＰＮ／グラムから６９９ＭＰＮ／グラムにまで減少した（図３）。他の実施形態においては、嫌気性バクテリア、ウイルス、およびその他の細菌を死滅させるために、酸化剤は使用せず、さらなる超音波処理、熱乾燥、さらには紫外線または電離放射線等の放射線暴露といった方法に頼っている。
【００５６】
望ましい実施形態においては、オゾンまたは他の酸化物を超音波処理後に添加する。超音波処理によって分散された物質はタンク等のチャンバ内での滞留時間を経て長時間、酸化剤にさらされることが好ましい。例えば、少なくとも１ｇｍ、２ｇｍ、４ｇｍ、８ｇｍ、１６ｇｍ、３２ｇｍ、７５ｇｍ、または少なくとも２００ｇｍ／時間のオゾンを、５０ガロン／分の５％固形分廃棄物ストリームに添加してもよい。廃棄固形物に対する活性酸素のこのような割合により、廃棄物ストリーム中のバクテリアまたは他の有機体を死滅させることができる。他の研究では、オゾン発生器を配管接続により取付け、約５０ガロン／分のフローストリームに、オゾンが１６ｇｍ／時間までの速度で注入された。酸化剤は危険な微生物を死滅させるとともに最終的な水生成物の清澄度と臭気とを向上させる。オゾン等の酸化剤は本発明の実施形態において特別な役割を果たし、多くの好気性細菌および嫌気性細菌を含む、望ましい土壌バクテリアと望ましくない土壌バクテリアを区別するのに役立つ。オゾンはいずれの工程でも添加してよいが、少なくともバクテリア塊を分解する第１超音波処理工程の後で添加されることが最も望ましい。オゾンはバクテリアを死滅させる程度に添加されなくてはならず、２つ以上の工程において添加してもよい。オゾンは、形成されたオゾンを、超音波処理の後であるがゼオライト添加前、ゼオライト添加中、ゼオライト添加の後であるが凝集剤添加前、および凝集剤添加の後といった廃棄物ストリームの初期の地点において配分する排出口を備えた単一ユニットにより生成されることが好ましい。同一のオゾン生成器からの第２のオゾンストリームにより、浄化手順における他の段階において、例えば傾瀉水への添加により、オゾンを添加してもよい。
【００５７】
脱水効果を高めるための凝集剤の使用
本発明の実施形態の予期しない結果としては、より小さく均質な汚泥粒子を作り出す超音波処理により、凝集処理においてはより高い沈下速度を有するより大きい粒子が生成されたということである。この特徴によっていくつかの非常に大きい利点が得られる。その１つとして、エネルギーコストを最小、または全くかけずにより大きい脱水効果が得られることが挙げられる。名目多孔度が４０ミクロン（乾燥時）〜１００ミクロン（含湿時）であるライナーを有するジオテキスタイルバッグを使用して、より完全かつ急速な沈降が測定された。例えば、ＴＣミラフィー（ジョージア州アトランタ）が適切な多孔度ＡＯＳが３０、４０、またはそれ以上であるＨＰ５７０の製品を販売しておりこれも望ましい。実際、最終濃度が１５０ｐｐｍであるポリアクリルアミドポリマーの添加に先立つ、添加されたゼオライトを用いた処理および超音波処理の後での固形分３％の豚廃棄物は、重力のみにより、２４時間、１２時間、６時間、さらには３時間未満のより短い時間で、固形分１８〜１９％にまで濃縮される。もちろん、ほとんど（例えば、８０％）の脱水作用は約１時間以内に起こる。したがって、本発明の実施形態では、凝集の質を向上することによって、高い固形分濃度への脱水を非常に急速に行うことが可能となる。
【００５８】
シーツ技術に記載されているようにジオテキスタイルで裏張りされたバリヤまたはコンテナに真空処理を施すことにより、より高い固形分濃度が実現可能となる。他の利点としては、水分が少ないため、乾燥処理に低温が使用できることである。低温により、アンモニア等のガスの結合剤中の保持を補助することができ、肥料品質を高めることとなる。さらに他の重要な利点は、除去される余剰水分の保存および運搬の必要性がなくなるために運搬および保存コストを大幅に減少させることができる点である。大規模浄化においては、運搬コストが主たる費用となることがある。例えば７％〜１８％、さらには１５％〜１８の固形分の小型化でコストに大きい利点がもたらされることは明白である。
【００５９】
本発明の多くの実施形態ではシーツ技術に記載されているジオテキスタイルが使用されているが、本発明の実施形態の利点は相分離技術によっても同様に活用することが可能である。例えば、凝集剤を添加して、米国特許第５，５８９，０８１号、６，００４，４６１号、および５，７０７，５３５号において発明者ロン・ハリスによって記載されている、種々のジオテキスタイルのいずれかを使用しうる「ターボ」相分離機によって固形分が分離されるようにしてもよい。これらのような分離機は、スペクトラム・エンヴァイロメンタル社によって製造されている。これらの装置で使用されている、固形分を選別するための典型的なジオテキスタイル布は、繊維クロスが１５０ミクロンであり濾過スクリーンサイズが３０×４０メッシュ（５９０〜４２０ミクロン）であるものが典型的に用いられる。
【００６０】
数多くの凝集剤が当業者には公知であり、本発明の実施形態で使用可能である。非イオン凝集剤だけではなく、イオン（陽イオン系、陰イオン系両方とも）凝集剤も適切に機能することが分かった。凝集剤およびその使用の例として、米国特許第６，４６１，５１１号、６，４５４，９４９号、６，４４７，６８７号、６，４３２，３２１号、６，４１３，４３３号、および６，４０８，２２７号を参照のこと。カチオン凝集剤が特に望ましい。例えば、米国特許第３，４０９，５４６号には、カチオン性のＮ−（アミノメチル）−ポリアクリルアミドポリマーを他のカチオンポリマーと組み合わせて下水汚泥を処理するために使用することについての記載がある。さらに米国特許第３，４１４，５１４号には、アクリルアミドと４級化したカチオン性メタクリレートエステルとの共重合体を汚泥を脱水するために使用することについての記載がある。米国特許第３，８９７，３３３号には、汚泥を脱水するために使用される他の等級のカチオンポリマーが記載されている。また、ポリエチレンイミン、カチオン性アクリレートのホモポリマー、メタクリレート、およびポリビニルピリジン類等の他のカチオンポリマーの使用が公知である。米国特許第４，１９１，６４５号には、汚泥処理に有用であるカチオンポリマーの他の例が記載されている。この特許においては、アクリルアミド等の非イオン性単量体、および第４級トリメチルアンモニウムエチルメタクリレートメチル硫酸塩（ＴＭＡＥＭ．ＭＳＱ）または第４級ジメチルアミノエチルアクリレートメチル硫酸塩（ＤＭＡＥＡ．ＭＳＱ）等のカチオン単量体から調製されたカチオン共重合体が、汚泥の脱水に有用であるとして開示されている。例えば、他の重合体には、キサンタンガム（ＸＣまたはその分散可能形態であるＸＣＤ等）、セルロースＨＰ−００７、様々の長さに任意に加水分解したアルギン、およびＰＨＰＡ（部分的に加水分解したポリアクリルアミド）延長ポリマーが含まれる。
【００６１】
特に有利な凝集剤として、オンデオ・ナルコ社（イリノイ州ネーピアビル）によって販売されている脱水され乾燥された汚泥塊が後に肥料として使用される際に付加的な利点がある、高分子量のポリアクリルアミドポリマーの凝集剤が挙げられる。Ａｌ２（ＳＯ４）３またはＦｅＣｌ３等の無機重合体も使用可能であるが、排泄廃棄物ストリームには、電荷密度が低いポリアクリルアミド等のカチオンポリマーが最も有用である。凝集剤等の重合体は、望ましくは最終濃度が約（例えば、厳密に）１〜１００，０００ｐｐｍ（ミリグラム／リットル）、より望ましくは１０〜１０，０００ｐｐｍ、１〜２０ｐｐｍ、２〜１０ｐｐｍ、５〜１００ｐｐｍ、１０〜１０００ｐｐｍ、または２５〜５００ｐｐｍとなるように添加される。サイクロン乾燥等の機械的水分除去工程が用いられる場合、凝集剤の量を減じてもよい。
【００６２】
一実施形態においては、この分野で通常よりも高濃度の凝集剤を使用する。例えば、ナルコ７１９０ポリアクリルアミドポリマーを百万分率９５ｐｐｍの割合で超音波処理後の豚排泄廃棄物（３％固形分）に添加した。すなわち、４．１７ガロンの廃液に対して、低電荷の高分子量重合体であるナルコ７１９０（１％溶液１５０ミリリットル）が添加されたということになる。汚泥を脱水するためには通常よりも１．５、２、４、６、１０、１５、２０、２５、３０、さらには５０倍よりも高濃度の凝集剤が添加されることが好ましい。実際、汚泥固形分に対する所定の凝集剤の使用を小幅の範囲内に通常制限する極めて高濃度の凝集剤は、驚くべきことには機能が累進的に向上することが分かった。しかしながら、他の実施形態においてはセスコからのＰＦ６０１ＣＨＨＧ等の分子量が非常に高い凝集剤が低濃度で使用される。
【００６３】
他のポリカチオンポリマーも有用である。例えば、少なくとも長さが１００ナノメーター、２００ナノメーター、５００ナノメーター、１マイクロメーター、２、５、さらには１０ミクロンである少なくとも１％、２％、５％、１０％、２５％、５０％、さらにはそれ以上のカチオンポリマーまたは他の物質を含む植物由来物質が凝集剤として使用できる。これらのような天然重合体は入手後に部分的に精製してもよいし、または他の生物重合体から簡単な化学反応によって転換してもよい。
【００６４】
海草から調製されるアルギンは、特に、後に相分離を誘導するように添加可能であるカルシウム等の１つ以上の２価または３価の陽イオンとの組み合わせにおいて非常に有用である。最終生成物は非常に不純でありうるので、汚泥、特に排泄廃棄物中に凝集剤としてこれらの原料を使用することが望ましい。アルギンが海草から部分的に精製されて、１００％プロトン化されたものとの比較で対イオンとしてナトリウムを少なくとも１０％、２０％、３０％、５０％、７５％、９０％またはそれ以上解放する（除去する）ことが最も望ましい。アルギンはバッチ形式、フローストリーム、または他の方法で添加されてもよく、分散後にカルシウムが添加される。他の実施形態においては、カルシウムが最初に添加される。さらに他の実施形態においては、イオン化カルシウムがすでに存在し、添加されたアルギンで滴定される。さらに他の実施形態においては、マグネシウム、亜鉛、銅、または鉄等の他の２価または３価の陽イオンが添加される。他の実施形態においては、多価カチオンの混合物が添加される。紙面の都合で、引用した米国特許に記載されている凝集剤とその通常使用濃度についてはここで述べないが、読者には情報が提供されている各特許の該当部分を参照されたい。
【００６５】
凝集剤を添加すると、汚泥塊は更にさらに急速に沈下する。凝集剤はフローストリーム（使用されている場合）またはバッチ懸濁液に添加されてから混合されることが好ましい。混合直後または混合中に、脱水のため物質が沈殿槽に移されることが望ましい。非常に望ましい実施形態においては、沈殿槽は、水分が重力で乖離する多孔度のジオテキスタイルを有する。実験に使用したジオテキスタイルは名目多孔度が４０〜１００ミクロンであったが、多孔度がより高いライナーも使用可能である。一実施形態においては、多孔度が１００〜２００ミクロンのライナーが使用され、他の実施形態においては、多孔度が２５０ミクロンのライナーが使用される。より高い多孔度に対しては、高分子量重合体、特にポリアクリルアミド、またはカチオン電荷で合成されるか、化学反応でポリカチオンに転換される天然バイオ物質等のカチオンポリマーが推奨される。したがって、３０メッシュ、４０メッシュ、５０メッシュ、１００メッシュ、またはそれ以上のメッシュサイズを使用してもよい。これによって、脱水された汚泥の固形含有量が高くなるだけではなく、ライナー材料のコストが低くなり沈下速度が早くなる。
【００６６】
水分分離および水分浄化
一実施例においては、処理された廃棄物ストリームは、廃水が固形分から分離される相分離工程で処理される。この文脈における「相分離」という用語は、水分離工程前の廃棄物ストリームに比べて、少なくとも５０％、２倍、３倍、またはそれ以上の水分を含む水画分が除去されることを意味する。この目的のために構成されたシステムでは、沈降する重金属の除去、および／または上辺に近い水分の除去もしくは傾瀉を可能にする大きいコンテナに廃棄物ストリームを流入させる傾瀉工程に先立って、高分子量重合体が添加され混合される。
【００６７】
他のシステムにおいては、水画分の相分離を促進するために超音波処理が用いられる。例えば、超音波処理器によって生成される平坦な超音波場が廃棄物ストリーム中に形成されてもよく、音響エネルギーがチャンネルフローで循環している水分懸濁固形分と相互作用をなして、音響放射により粒子径に基づいて固形分を２つ以上の小片に分離する。この音波分離は、ここに挙げられているような高分子量重合体を添加した後で特に有用である。一実施形態においては、音波分離器の上流で添加される自然発生するポリアニオン材等の増粘剤として繊維が使用される。例えば、アルギンを使用してもよい。他の実施形態においては、重合体画分がさらに脱水される濃縮−傾瀉工程が音波分離処理に後続する。大きいポリイオンが添加される場合、多価の対イオンが後続の工程で添加される。添加に際して、対イオンで重合体をイオン吸着力により絞ることで、重合体画分は脱水される。一例として、アルギンを添加し、超音波場による任意の相分離を実行し、カルシウムを重合体含有画分に添加して、除去可能な上澄みを生成する。紙科学技術協会の研究者らによって報告されている、廃棄物ストリームから木材パルプ廃棄物を分離させるために設計された装置および方法が特に有用であり、同技術のいくつかの工程を例示している。例えば米国特許第５，９７９，６６４号を参照のこと。これに言及することにより、その内容、特に汚泥固形分から液体を分離させるその方法と物質は全て本出願に組み込まれるものである。
【００６８】
これらの水分浄化工程は単独でまたは組み合わせで用いられてもよく、廃棄物処理手順において後方の工程で実行されることが好ましい。重合体が添加された後に、水分傾瀉工程が行われることが最も望ましい。除去された水分は、砂濾過器、生物性濾過器、または当業者には公知の他の濾過器を通ることにより、さらにポリッシュされてもよい。
【００６９】
望ましい実施形態においては、大型の砂濾過器が使用されて、有機物質を除去する濾過器中の微生物床により固体／溶解窒素等の有機物質を除去する。プロセスフローに添加されたゼオライト等の鉱物から微粉を除去するためにも砂濾過器は利用可能である。砂濾過器は元の状態に戻すために逆洗されてもよい。一実施形態においては、砂濾過器を少なくとも６インチ、１フィート、２フィート、３フィート、またはそれ以上の床と共に使用する。他の実施形態においては、砂濾過器の適用前、途中、または適用後に、オゾンまたは他の酸化剤が添加される。
【００７０】
他の処理パラメータ
アンモニア揮発の最小化
一実施形態においては、アンモニアのオフガスを軽減する目的でｐＨを低く保つために、好ましくはシステムへのポンプ輸送前の廃棄物に、酸等の低ｐＨ物質を添加する。他の特に望ましい実施形態においては、任意の最終乾燥工程に先立つ全ての工程は、摂氏６０度、５０度、４０度、３５度、３０度、さらには２５度未満で行われる。特に、低温（常温）とアンモニア結合剤をプロセスで併用することは、アンモニアのオフガスを防ぐ上で特に望ましい。他の実施形態においては、Ｎ−（ｎ−ブチル）チオリン酸トリアミドまたはシクロヘキシルリン酸トリアミド等の１つ以上のウレアーゼ阻害剤が物質に予め添加されて、尿素のアンモニアへの変換を阻害する。阻害剤は動物飼育施設の床面、洗浄用の水、飼料や飲み水に添加してもよく、計測装置によって連続的にまたは定期的に加えられることが望ましい。他の実施形態においては、ウレアーゼ阻害剤蛋白質の遺伝子導入および発現により遺伝子導入豚等の遺伝子導入動物が生み出される。他の実施形態においては、尿素をより小さい形態等の別の形態に変換するバクテリアが、動物用飼料、飲料、洗浄用液体、床面、または直接その排泄物に添加される。
【００７１】
阻害剤を発現させるバクテリアが特に望ましい。動物用施設、特に阻害剤が尿と混合される場所に阻害剤が長期に渡って存在することが最も望ましい。さらに他の実施形態においては、重過燐酸石灰、過燐酸塩、塩化カルシウム、および石膏の１つ以上を添加して、アンモニアの生成を阻害する。明礬、硫酸鉄、および燐酸もアンモニア揮発を減少させることが可能である。明礬の添加は、燐酸添加および硫酸鉄添加との組み合わせにおいて特に有用である。これらアンモニア揮発に関する方策はそれぞれ、ここに記載された全ての装置および方法のいずれとも組み合わせて使用することができる。
【００７２】
システムパラメータの組み合わせ
低温プロセスおよびゼオライト（または他のアンモニアガス吸収剤）の使用を組み合わせることによって、アンモニアの排出量が特に低くなる。一実施形態において、低温または常温における超音波処理によって、温度を大きく上昇させることなく分散性および殺菌性が良好となる。したがって、アンモニアガスを吸収する鉱物の使用と組み合わせての強度の超音波処理は特に有用であり、驚く程良好な結果をもたらす。強度の超音波処理、鉱物結合剤の使用、および低温をさらに組み合わせることが特に推奨される。オゾン等の酸化剤の添加も推奨される。帯電した高分子量重合体（陽イオン系、陰イオン系、両性イオン系のどれであっても）等の吸収剤の添加による相分離が特に望ましい。コストを低減し、かつ最終生成物に土壌構成特性を付与するために、重合体は天然物であることが好ましく、浄化されていなくてもよい場合もある。例えば、カルシウム等の２価または３価の陽イオンの適用により制御可能に硬化できる、ポンプ輸送が可能な物質を提供するために、海草を塩基で簡単に処理して調製されたアルギン酸塩を増粘剤として使用してもよい。硬化剤はいずれのタイミングにおいても添加してよい。少なくとも硬化剤の一部が脱水工程、またはロータリー式ドラムもしくはサイクロン乾燥機等での造粒工程で添加されることが最も望ましい。例えば、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、または他の形態が、粉状でまたは濃度の高い溶液もしくは懸濁液を形成した後で添加されてもよい。
【００７３】
他の実施形態においては、廃棄物ストリームを含むイオン重合体（および／またはゼオライトまたは他の個体マトリクス）の脱水は電気化学的に行われる。例えば、アルギン含有懸濁液が電極を流れ、十分なサイズと面積を有する陽極に電荷を除去してアルギンを析出させることが可能である。固形含有量を増加させるために、析出されたアルギンに傾瀉、擦り取り、または除去および／もしくは液体画分除去の処理を施すことが可能である。
【００７４】
ここに記載された方法の初期においては、分散性を良好なものとするために強度の超音波処理が好ましい。しかしながら、超音波処理は他の工程でも追加的に使用されうる。例えば、処理されている物質からのガスの除去を促進するガス除去工程に先立って、または途中で超音波処理を用いてもよい。一実施形態においては、超音波処理を通じて相分離が起こる。処理プロセス中の相分離超音波処理工程をどのように構成し使用するかは、当業者には公知である。４０キロヘルツ未満の低周波音波力が塊となった物質を分散させるために使用され、続いて２０キロヘルツより上の高周波音波力が細菌を死滅させるために使用される２段階超音波処理が望ましい。高周波が５０〜１００キロヘルツ、７５〜１５０キロヘルツ、１００〜２００キロヘルツ、２００〜５００キロヘルツ、５００キロヘルツ〜２メガヘルツ、またはそれ以上であることが最も好ましい。
【００７５】
一般的に、高周波はバクテリアまたはさらに小さいもの等の小粒子を粉砕するために使用され、低周波は塊を粉砕するために使用される。特に望ましい実施形態においては、テルフェノール−Ｄ等の磁歪材料を用いた（一般的に）低効率の超音波処理は、塊を分散するために（しばしば低い）出力で行われる。また、微生物を粉砕するために、高効率の圧電材料が高周波で用いられる。この方策により、２つの種類の超音波処理器の異なった利点を活用することができる。一般的に知られている磁歪装置は非常に丈夫であるが、周波数が低く（典型的には３５キロヘルツ未満）、エネルギー効率も低い（典型的には、約４０％）。圧電装置は負荷の変化に対してより感度が高いが、大幅に高い周波数で動作し、エネルギー効率が大幅に高い。本実施形態においては、低周波で強力な超音波処理によって塊を含むスラリーをより均質な分散物に転換し、後続の高周波かつ高効率超音波処理によって細菌を粉砕する。一実施形態においては、高周波ピエゾを（典型的には周波数倍率を選択することによって）調節し、殺菌効果が高くなる周波数を装置に選択する。典型的には、１００キロヘルツまたはそれ以上の周波数がこの点において望ましい。フィードバック制御システムを使用して、濁度、伝導率、および逆圧等の測定されたパラメータに応じて、音波力、および／または音波駆動装置の選択を調節してもよい。
【００７６】
他の実施形態においては、音波エネルギーを使用して、添加される成分を、フローストリームへの添加前、途中、または添加後に、より小さい断片に転換する。例えば、同一のバッチ内であっても、異なる大きさのゼオライト鉱物を用いることができる。ゼオライトを特に添加前において乾燥した状態で超音波処理することによって、反応しやすく分散しやすいより小さいサイズにすることができる。上記プロセスで得られる水分を浄化するために用いられる砂濾過器または他の濾過器を元の状態に戻すために、音波エネルギーを使用してもよい。
【００７７】
さらなる処理工程との組み合わせ
関連した実施形態においては、当該汚泥浄化分野で公知である種々の処理工程を本発明の実施形態と組み合わせて使用することができる。例えば、ここ数年研究されてきた電気凝集を工程として付け加えてもよい。この工程は特に、超音波処理工程および凝集工程の間において適用が意図される。他の実施形態においては、超音波処理の前または後にプロバイオティックバクテリア等の生物を含む他の物質を添加することにより、硫化水素、および／または他の臭気ガスを最小限にすることができる。当業者には理解されるように、米国特許第６，４１０，３０５号に記載されている、クロマニウム、ロドスピリルム、クロロビウム、クロロフレクサス、およびチオバシラス等のプロバイオティックバクテリアの純粋または混合の培養基を、汚泥が最も高温であるときに、処理の前または超音波処理の後で汚泥に加えてもよい。本発明の一実施形態の予期しない特徴の１つとしては、本発明のいくつかの実施形態において、糞便性大腸菌およびプロバイオティックバクテリア等の好気性または通性好気性有機体は、超音波条件の多くで生存可能であり、活動を継続し、超音波処理後の硫化物( または、他のガス) の濃度を引き下げたということである。実際、１つ以上のバクテリア、酵素、ユッカシジゲラ、塩化第１鉄、および酸素やハロゲンガス等のその他の酸化剤を、廃棄物施設またはフローストリーム中の有機廃棄物質汚泥に処理前に加えてもよく、処理における添加物に好適に加えられる。もちろん、他の酸化剤、さらなる超音波処理、紫外線暴露、およびイオン放射等を処理手順全般の１つ以上の工程として加えてもよい。
【００７８】
プロセス全般
豚の糞尿を肥料へ変換するための望ましい実施形態においては、糞尿は飼育場で収集され、収集された廃水は超音波処理システムに輸送される。処理システムは飼育場の敷地にあってもよく、中心地にあってもよい。したがって、フローストリームは飼育場から超音波処理システムへと直接に接続されてもよく、または別の地域の施設で荷下ろししてもよい。超音波処理システムでは、ゼオライト等の結合剤を添加して、任意の酸化剤を添加してもよく、次に上記したように物質を超音波処理する（他の実施形態においては、結合剤および／または酸化剤は超音波処理中または後で添加される）。超音波処理後、凝集剤を添加して物質を脱水する。最も望ましい実施形態においては、シーツ技術に記載されているようにＩＳＯコンテナ等の輸送コンテナ内で脱水を行う。脱水に続いて（または、いくつかの実施形態においては脱水中に）、濃縮された固形分を造粒工場に運搬してもよく、そこでは後に肥料として使用するために物質をさらに乾燥して造粒する。
【００７９】
図１は、ラグーン中の汚泥を処理するための、一実施形態に係る廃液中の固形分を肥料に転換する代表的なプロセスフローを示す。これによると、糞尿穴すなわちラグーン３２０からの汚泥を、フローティングポンプ３２２から吸い込みによって取り出し、廃水供給ポンプ３２４に入れる。この物質は流量計３２６を通過する。位置３２８において、サンプルを抽出、またはフローストリームの特性を検出する。一例として、位置３２８には、音波振動を発して圧電的に１つ以上の振動特性を検出して固形含有物を測定する圧電測深装置を備え付けてもよい。温度( 例えば、熱電対探知器かサーミスタ) 、塩( 伝導率として測定されたイオン強度) 、および／または、不透明度( 光透過性) も検出されるようにしてもよい。ゼオライト等の結合剤は貯水装置３３０からフローストリームに添加される。
【００８０】
サンプル位置３２８等の前方位置からの固形分検出に反応して、超音波処理器の出力、位相差、周波数、変位、および／もしくは絶対値、水分の添加、ならびに／または汚泥ストリームの流量を自動的に調整するコントロールパネル３３４の制御下で超音波処理器３３２により超音波処理が行われる。超音波処理および凝集剤（図示せず）の任意添加後、任意のサンプリングを位置３３６で行ってもよく、フィルターバッグを備えたロールオフボックス（図の３３８）に廃棄物ストリームを送ってもよい。ロールオフボックス３３８で行われる脱水工程中に水分を除去して位置３４０でサンプリングし、浄化物質は吸水／搬送ポンプ３４２によって砂吸収性濾過器３４４を通って位置３４６でサンプリングされ洗浄水排出穴すなわちラグーン３４８に搬送される。当業者には理解されるように、このスキームの種々の置換はもちろん可能である。例えば、砂吸収性濾過器の設計は腐敗物取扱分野および他の圧力傾斜式システムで砂濾過器として適用されているものと同一であることが好ましい。特に望ましい実施形態においては、ロールオフボックス３３８を、渦式乾燥器等の他の乾燥機構で代用してもよく、他の脱水装置を用いて最適化を行うために必要に応じて凝集剤は任意に減じられ、さらには全く使用されない。
【００８１】
図２は、動物性廃棄液を肥料とするまでのプロセスフローの概略を示す。本例においては、典型的には１〜６％の固形分を有する初期廃液５０５を廃棄物ストリームに注入する。ここでは示されていないが、濃度もしくは固形分含有量（例えば、音波探測が使用される）、および／または温度、イオン強度、および濁度の（１つまたは複数の）測定のモニタリング制御のもとで水分が添加される。ゼオライト等の結合剤は位置５１０で添加され、任意の酸化剤または他の処理剤を位置５１５で加える。（各添加工程でしばしば使用されるミキサは表記されていないが、図中に含まれている。）ストリームは超音波処理チャンバ５２０、任意の電気凝集工程５２５、凝集剤添加位置５３０に入り、ジオテキスタイルで裏張りされたコンテナ５３５へと進む。コンテナ５３５からの浄化物質は砂ゼオライト濾過器５４０を通過し、再生／再利用水５５０として利用可能となる。一方、コンテナ５３５で濃縮された固形分は、トラックおよび／または鉄道で、空気乾燥造粒ステーション５５５に運搬される。ステーション５５５では、他のマクロ／マイクロ栄養素５６０を任意に添加する。栄養素の添加を制御したことによって得られる「特別仕様肥料」とされる乾燥およびペレット化された肥料は、植物５６５を育成する際に使用するために運搬または分配される。
【００８２】
ここで述べられているプロセス全般によって、熱を利用しなくとも水質ＥＰＡ規則のもとで規制されている不要な細菌を予期せぬ程度にまで死滅させることができる。このことにより、高エネルギー入力が必要でなくなるために、作業の経済性が高まる。図３の表から分かるように、当初は含湿固形分１００ミリリットルあたり２４２，０００ＭＰＮ以上存在した大腸菌は、超音波処理後１００ミリリットルあたり３，０００ＭＰＮという少量にまで死滅した（図３参照）。処理によって、糞便性大腸菌の生菌は、１００ミリリットルあたり７，０００ＭＰＮ（図３）から１００ミリリットルあたり３，０００ＭＰＮまで減少するが、最終生成物では実質的には検出不可能であった。対照的に、従属栄養バクテリアは超音波処理後も生存し、かつ／または、超音波処理前は１００ミリリットルあたり２９０万、超音波処理後は１００ミリリットルあたり３６０万（図３）、含湿固形分１グラムあたり９９５万ＣＦＵ（図４）、および乾燥状態から再懸濁後に３３５万ＣＦＵ／グラム（図４）測定されており、明らかに繁殖していた。図５は、重金属、鉱物、バクテリア、総固形分等の種々の物質パラメータに対する再現測定結果を示す。完成した生成物ではバクテリアは大幅に減少しており重金属含有量も低いことが分かった。表中のこれらのデータおよび他のデータは、上記の処理（酸化剤とゼオライトとの添加を任意に含む、廃棄物ストリームの超音波処理）では、望ましい従属栄養細菌を犠牲にして望ましくない有機体を除去することを示している。
【００８３】
本発明の本実施形態におけるいかなる特定の理論によっても拘束されることを望まないが、超音波処理工程ではバクテリアを望ましく死滅させ、さらには他の細菌を弱化させており、それ以外の場合においては、汚泥環境を変更して動物腸管で生息できるように適合した有機体を犠牲にして従属栄養有機体を維持していると考えられる。すなわち、処理全般において、従属栄養有機体等の土壌有機体の生存に適しているが多くの排泄物有機体の生存には適さない（１つまたは複数の）条件が確立される。本発明の一実施形態は、土壌有機体に有利なように排泄物有機体を選択的に死滅させる低温方法を提供する。乾燥に使用される低温と組み合わせての、酸素存在下、および場合によっては添加された酸化剤の存在下における低温（摂氏５０、４０、３５、より好ましくは３０度未満）の超音波処理はこの望ましい結果を提供し、特に適用が意図されていると考えられる。腸球菌、大腸菌、全大腸菌、糞便性大腸菌、および動物腸管中に生息するその他の菌は酸化剤存在下での超音波処理に対してより感度が高いため減少し、明らかに弱化する。
【００８４】
表１は、一実施形態の実施により実現されたアンモニアおよび硫化水素の臭気の大幅な減少を示す。この表の最初の２行は未処理のサンプルの結果を示している。次の４行は処理されたが含湿状態に放置されたサンプルを示す。最後の４つのサンプルは乾燥されたものである。図面に示すような重金属汚染等の他の分類においても改善が得られた。
【００８５】
【表１】
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特に望ましい実施形態においては、約５％の固形分を含む豚廃棄物ストリームをフローストリームに約５０ガロン／分の割合でポンプ輸送し、上記したようにゼオライト物質を添加した。次いで、廃棄物固形分を微細分散物に分散する３キロワット磁歪超音波処理器を用い、ステーションにおいてこの混合物を超音波処理した。次に、オゾンを約１６ｍｇ／時間添加することによってこのストリームを酸化した。３０〜４０ガロン／分のプロセスストリームにおいて良好な溶解およびオゾン接触を行うために、１９０ガロン容器が用いられた。オゾン処理後、セスコ社（ワシントン州ベリンガム）の乾燥粉末アクリルアミドポリマーである低カチオン性高分子量のＰＤＦ６０１を添加した。次に、より濃度の高い画分が沈殿するような大きいチャンバに物質を移送した。水分を多く含む画分を傾瀉した。固体物質を除去して固形分約１０％の濃度に調整した。除去された固形分を乾燥器に移送した。国際資源再生機構によって商品化されたサイクロン乾燥器が望ましく、ここでも使用された。米国特許第６，５０６，３１１号「含湿物質の処理方法および装置」（２００３年１月１４日発行）を参照のこと。これに言及することにより、特にその方法および物質は本出願に組み込まれるものである。傾瀉した水分画分を、少なくとも深さ約３フィートの砂濾過器を通過させて排出する。
【００８６】
最後の実施形態におけるアイオワ州の豚廃棄物を対象にした試験において、表２に示す結果が１０ガロン／分の再循環プロセスおよび空気乾燥によって得られた。表３の結果は３０〜５０ガロン／分の再循環プロセスおよびサイクロン乾燥によって得られた。これらの表は、乾燥固形分中の全窒素、有機窒素、カルシウム、炭素等の栄養素の百分率値を示している。これらから分かるように、糞便性大腸菌バクテリアは非常に低いレベルにまで減少した。
【００８７】
【表２】
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【００８８】
【表３】
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他の実施形態においては、傾瀉工程後にオゾンの添加も行う。大きい利点を有するさらなる他の実施形態においては、傾瀉した水分を排出前に処理するために使用される砂濾過器を逆洗するためにオゾンが使用される。オゾン処理によって水分から毒素が除去されることが分かった。
【００８９】
二酸化炭素の吸い込みに非常に望ましい実施形態においては、炭酸ガスを含湿廃棄物ストリームに添加してプロセス中に吸収させる。二酸化炭素は電源装置または他の産業用電源から廃棄ガスとして得られることが望ましい。例えば、化石燃料を燃焼する発電所、化石燃料を燃焼する焼却炉、ボイラー、または他の燃焼発生源近辺で浄化プロセスを行うことが可能であり、二酸化炭素を大量に含む化石燃料燃焼による排出物は、直接または先に濾過器を通過させてから、気泡としてまたは他の形態で導入される。一実施形態においては、気泡化されたオゾンを導入する大きい容器へ二酸化炭素を大量に含むガスを気泡として入れる。一実施形態においては、炭酸ガスには酸素ガスが含まれており、処理された廃棄物ストリームは少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６５％、７５％、８５％、９０％、９５％、またはそれ以上結合ガスで飽和される。
【００９０】
二酸化炭素の放出の減少に有用な一実施形態においては、化石燃料動力のエンジンまたは他の施設からの排気ガスストリームが廃棄物ストリームに添加され、そこで溶解したカルシウムと反応させられる。排気ガスストリームには熱エネルギーが含まれ、熱を廃棄物ストリームに伝えることが望ましい。この場合、溶解した二酸化炭素およびカルシウムは、炭化カルシウム析出物への転換に適した濃度および温度であることが有利である。当業者は、例えば、析出物を傾瀉等によって除去する場所の温度を必要に応じて上昇させることによってこれらの条件を最適化することができる。化石燃料バーナからの高温の二酸化炭素を多量に含む排気ガスを、超音波処理後、いずれかの酸化剤の添加後、凝集剤添加後（使用されている場合）であって、乾燥工程の前に、このプロセスの最後で添加することが有利である。したがって、一実施形態においては二酸化炭素を多量に含む高温排気ガスが、炭化カルシウム析出物を生じさせるのに十分な程度高い二酸化炭素濃度および十分な熱を有する状態で添加される。
【００９１】
特に望ましい他の実施形態においては、傾瀉された水分を音響分離技術によってさらに分離して、細胞および鉱物微粉等の小さい粒子を除去する。粒子をフローストリームから音響的に分離させるために使用される技術および材料は、例えば米国特許第５，９９６，８０８号、５，９７９，６６４号、５，８０３，２７０号、５，５２３，０５８号、５，４７２，６２０号、５，３９５，５９２号、ＲＥ３３，５２４号、４，６７５，５１２号、および４，５５０，６０６号に記載されている。紙面の制限によりこれらの詳細を本明細書に加えることはできないが、特に粒子および繊維の分離方法の詳細に関するここに引用した各特許の記載は、引用することによって本出願に組み込まれるものとする。特に、重合体を物質の懸濁流体に添加し、音波エネルギーが付与される際の粒子の分離を促進する、米国特許第５，４７２，６２０号に詳細に記載されている音波分離を使用することが望ましい。本実施形態においては、少なくとも１つの重合体を含む水性流体を廃棄物ストリームの容器または延長部分に注入して、流体内にキャビテーションを誘発するのに十分な強度レベルの音響エネルギーを流体に加える。固形物はストリームの容器または延長部分の少なくとも１つの地点で塊化し、塊化した固形分は流体から分離される。
【００９２】
特別仕様土壌、沼地用ビルダー
一実施例の大規模な使用により、土壌水分保持性を向上し、土壌の窒素放出を長期化し、および／または１つ以上のより望ましい栄養素を添加することで、土壌品質の大幅な向上が可能である。その他のポリアクリルアミド結合水等の水分の廃棄物ストリームからの凝集および／または分離のために使用される重合体、ならびにプロセスから生成される肥料中のそれらの存在は、以上の理由により望ましい。添加された鉱物、特にゼオライトは水分および窒素を緩やかに放出する。添加される重合体および鉱物の量および種類は、土壌の特定の種類に望ましいように調整される。したがって、適用が意図されている実施形態には、ここに記載されているようなプロセスを調整方法、プロセスによる最終生成物のマーケティングおよび用途が含まれる。多くの場合においては、固形分含有量が５〜１０％、７〜１２％、１０〜１５％、２０〜３０％、またはそれ以上である固形生成物が肥料または土壌用ビルダーとして販売されている。
【００９３】
一実施例においては、購入者または購入予定者は、製品を使用する対象作物に対する鉱物の必要性に基づいて特定の種類の肥料または土壌用ビルダーを求めている。以下のうち1 つ以上の栄養素の濃度は、プロセスストリームへのいずれかの箇所において添加すること、または場合によっては選択的に除去しないこと等によって、製品内で調整される：アンモニア、尿素、硝酸塩、燐、カリウム、銅、モリブデン、セレニウム、および亜鉛。セレニウム等の栄養素は、要素を家畜またはその糞便に添加することにより添加または形態を変化させて、要素の代謝を可能としてもよい。例えば、高有機セレニウム値を有する肥料は、無機セレニウムを家畜の水および／または固形飼料（または、それらの糞便中のバクテリア）に添加することによって生成することが可能である。例えば、豚( そして、それらの腸に生息しているバクテリア) は、( 尿中の) トリメチルセレニウムや( 糞便中の) セレノメチオニンなどの還元型セレニウムを合成する傾向がある。土壌から容易には浸出しないこのような添加有機セレニウムを含む特別仕様肥料を生成可能である。他の要素も同様に添加可能である。
【００９４】
フィリピン、ベトナム、タイ、カンボジア、アフリカ、インドネシア、中国、台湾、インド、ビルマ、およびその他の地域の利用者に理解されるように、本発明の実施形態は優れた養殖漁業池を提供する。例えば、Ａ．ダワンとＳ．カウアーがＩＣＬＡＲＭ季刊誌（２５巻１号、２００２年１月〜３月、１１〜１４頁）に記載しているように、豚廃棄物によっていくつかの魚種の養殖漁業を大きく改良することが可能である。一実施形態においては、酸化剤および重合体の添加を任意に伴う、滅菌のための超音波処理等のプロセスの１つ以上の特徴は、それら地域の養殖場に豚廃棄物を戻す前のプロセス工程として使用されてもよい。カトラ・カトラおよびラベオ・ロヒタ等の鯉が生息している池に超音波処理された廃棄物を加えることがもっとも望ましい。少なくとも超音波処理を含む合理化したプロセスが本実施形態には好ましい。超音波処理後に、アクリルアミドまたはアルギン( カルシウムまたは他の多価陽イオンが含まれる) 等の重合体を任意に添加して、混合物を傾瀉して水分の一部を除去してもよい。一実施形態においては、含湿豚廃棄物は少なくともバクテリアの一部を破壊して、残留バクテリアを分散する超音波処理セルを通してポンプ輸送される。酸化剤を任意で添加して培養する。次にアルギン酸塩等の増粘剤を添加して、イオン状カルシウムおよび／または他の多価イオンを添加し、田畑に散布または魚が生息する池に添加する前に濃縮を促進する。増粘剤は物質の緩やかな分解を補助し、そうしない場合に物質が有していた放出特性よりもより長期に渡って持続する放出特性を実現する。
【００９５】
この合理化された低コストプロセスにより、現在の状態と比較して衛生が顕著に改善される。最も簡単なプロセスにおいては、豚廃棄物は少なくとも短いパイプを通って鯉が生息する池に流入し、このパイプ（またはパイプ部位）には高出力超音波処理機が含まれる。超音波処理された廃棄物は次に池に流入し、そこでこの栄養素が動物プランクトンおよび植物プランクトンの成長を助けることにより、魚の成長を助ける。他の実施形態においては、鶏排泄廃棄物を超音波処理して蠅幼虫と他の有機体を除去する。好ましい音波出力および周波数は上記の通りである。他の実施形態においては、魚、または植物もしくは動物プランクトン等の池の他の生命体に望ましい栄養素が、超音波処理前、途中、または処理後に添加される。超音波処理の利点としては、溶解しにくい多くの物質が超音波処理によって容易に懸濁し、これによって、物質は混合されると池全体に分散することが挙げられる。
【００９６】
それぞれの土壌、池、農場、さらには農圃にすら異なった組み合わせの状態および要件がある。農業者はここに記載された1 つ以上の構成要素を含む備えつけの装置を使用してもよく、または移動可能な廃棄物プロセスシステムを使用してもよい。第三者により移動可能な廃棄物プロセスシステムを構築、維持、および運営して、システムを予約により使用可能とすることが好ましい。同じ第三者がフローストリームに１つ以上の栄養素を添加することにより、特別仕様生成物を調節することが可能である。農業者が田畑に散布する固形生産物を使用する際、１つ以上の微量栄養素を例えば別個のホッパーによりプロセスに添加し、この方法で土壌中に計量添加することが可能である。しかしながら、農業者が微量栄養素を家畜またはその糞便に（水溶液または洗浄液の噴霧等により）添加し、土壌により長期間残存しうる形態に栄養を転換することが最も望ましい。豚廃棄物中のバクテリアは多くの異なった微量栄養素を代謝することが可能であり、農場自体において多くの変換をなすことが可能である。
【００９７】
例えば、豚廃棄物を扱うために豚廃棄物浄化装置を注文する場合、農業者は肥料の価値を高めるためにフロープロセスに添加できる１つ以上の栄養素を指定してもよい。亜鉛またはセルニウムが不足している土壌もあり、このような微量栄養素はここに記載されたフロープロセスを通じてのみならず、廃棄物処理前の廃棄物（または動物）に添加して細菌または動物自体に栄養素を望ましい形態に変換する機会を与えてもよい。微量栄養素は廃水中にも入り込み、水分の価値を高めることが可能である。
【００９８】
類似の特別仕様土壌用ビルダーは、水分保持性、鉱物保持性、または窒素保持性が向上した固形生成物（または廃水生成物）を調製するために、現地で決定するか、または特別注文することにより定めることが可能である。ゼオライトまたはアルギン酸塩等のコストが非常に低い天然生成物がプロセスに望ましく添加されてもよい。多くの場合、ここに挙げられているように、それら生成物は効率の向上またはアンモニア放出の軽減により、土壌のみならずプロセスにも利点をもたらす。
【００９９】
特別仕様殺虫剤、殺菌剤
他の実施形態においては、鉱物または微生物がプロセスストリームまたは処理前の廃棄物に添加されて、固形物の殺生物剤としての価値を高める。例えば、高レベルの亜鉛、鉄、および／またはモリブデンは、植物に適用された場合にはピアス病を抑制すると考えられている。Ｕ．Ｃ．デイヴィスのブルース・カートパトリックの著作にも記載されているように、このような鉱物の適用に対して感度が高いバクテリア性感染によりピアス病が発症する。プロセス中にこれらのうち１つ以上の高レベルの栄養素を添加することで、物質は土壌に栄養素を補給するだけではなく、ピアス病バクテリアの抑制も行うことが可能となる。他の実施形態においては、超音波処理で微生物を死滅させた後、１つ以上の望ましいバクテリアまたは菌類が添加され、放出された栄養素を最終的には成長に利用する。これら有機物には、デイヴィス・カルフォルニアのアグロクエストにより発見されたものも含まれる。本発明の実施形態においては、米国特許第６，５８６，２３１号、６，５２４，５７７号、６，２９１，４２６号、６，２４５，５５１号、６，２１０，６６５号、６，０７７，５０６号、６，０６０，０５１号、６，０２７，７２３号、６，０１５，５５３号、６，００１，６３７号、５，９１９，４４７号、５，９０６，８１８号、５，８６９，０４２号、５，７３３，５４４号、５，６９１，１９１号、および５，６４５，８３１号のいずれかに特定される１つ以上の微生物菌株がフロープロセスの前または途中で加えられる。特にこれら引用された特許で提供されている有益な微生物の特定および記載は、これに言及することにより、本出願に組み込まれるものである。
【０１００】
ここで明確に参照されている各特許および他の出版物は、これに言及することにより、本出願に組み込まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
排泄物等の細菌を含む汚泥を肥料等の付加価値物質へ転換することに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】一実施形態によるラグーンに対する豚廃液処理プロセスを示す。
【図２】一実施形態によるプロセスフローを示す。
【図３】一実施形態による代表的な試験結果を示す。
【図４】一実施形態により得られた試験結果を示す。
【図５】種々の物質パラメータに対する再現測定結果を示す。
【符号の説明】
【０１０３】
３２０  ラグーン
３２２  フローティングポンプ
３２４  廃水供給ポンプ
３２６  流量計
３３０  貯水装置
３３２  超音波処理器
３３８  ロールオフボックス
３４２  吸水／搬送ポンプ
３４４  砂吸収性濾過器
３４８  ラグーン
５０５  初期廃液
５２０  超音波処理チャンバ
５２５  電気凝集工程
５３０  凝集剤添加位置
５４０  砂ゼオライト濾過器
５５０  再生／再利用水
５５５  空気乾燥造粒ステーション
５６０  マクロ／マイクロ栄養素
【図１】
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【図２】
2006510487.tif 000006
【図３】
2006510487.tif 000007
【図４】
2006510487.tif 000008
【図５】
2006510487.tif 000009
【国際調査報告】
2006510487.tif 000010
2006510487.tif 000011