(57)【要約】都市汚泥処理プラントまたは紙−パルプ汚泥処理プラントを最も高いコスト効果で、しかもできるだけ効率的なシステムで提供するために、都市汚泥、紙−パルプ汚泥、動物廃液および植物廃液の一次および二次処理を順応できるようにし、それによって電気穿孔による上記処理を一次脱水処理、二次脱水処理、直接ＷＡＳ処理およびそれらと他の通常の脱水技術との組み合わせのいずれとしても使用できるようにするシステム。電気穿孔済み処理汚泥は、従来、ＰＥＦ−電気穿孔システムから出た、エアレーションタンクに戻される未放出バイオソリッドを放出する。本発明の電気穿孔法は、エアレーションタンクの細菌の「栄養物」として使用される細胞内溶解／有機物質の放出を引き起こす。【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙−パルプ汚泥、都市廃液汚泥または植物および動物廃液汚泥の分子細胞単位中に含まれる細胞内水分子を含んでいる上記の紙−パルプ汚泥、都市廃液汚泥、動物廃液汚泥を脱水する方法であって、
（ａ）上記廃液汚泥をポンプで脱水装置に送り込み；
（ｂ）上記廃液汚泥中に含まれる細胞内水分子を放出させるために、上記脱水装置中で上記廃液汚泥の個々の細胞単位の少なくとも大部分を破壊し；
ここで、該工程（ｂ）は細胞物質の大量崩壊を引き起こして、細胞内液体のみならず結合されている液体、およびエアレーションタンクの細菌の栄養物として使用することができる細胞内溶解／有機物質の放出を可能にし；そして
（ｃ）上記の放出された細胞内溶解／有機物質を、エアレーションタンクの細菌に栄養物を供給するためのそのエアレーションタンクに導く
工程を含む上記の方法。
【請求項２】
工程（ｂ）が汚泥を電気穿孔処理することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電気穿孔が１５〜１０，０００ＫＶの電圧を用いて行われる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
紙−パルプ汚泥、都市汚泥、植物廃液および動物廃液のような汚泥が、好気性消化を行うためのエアレーションタンク中で処理される上記汚泥の処理方法であって、
（ａ）上記汚泥を処理して細胞内溶解／有機物質を放出させる脱水プロセスに至らせ；
（ｂ）工程（ａ）で処理された汚泥を、好気性消化を行うためのエアレーションタンクに導き、それによって上記細胞内溶解有機物質を上記エアレーションタンクの細菌の栄養物として使用し、これにより上記好気性消化プロセスを同量の供給酸素に対して加速する
工程を含む上記の方法。
【請求項５】
工程（ａ）が汚泥を電気穿孔処理することを行うことを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
代替法として、汚泥を更なる脱水プロセスに直接導くことをさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
紙−パルプ汚泥、都市汚泥、植物廃液および動物廃液のような汚泥の処理方法であって、
（ａ）上記汚泥を処理して細胞内溶解／有機物質を放出する脱水プロセスに至らせ；
（ｂ）工程（ａ）で処理された汚泥を、好気性消化を行うためのエアレーションタンク、または異なる脱水プロセスの１つに導く
工程を含む上記の方法。
【請求項８】
代替法として、工程（ｂ）が汚泥をフィルタープレスより成る更なる脱水プロセスに導くことを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
工程（ｂ）が汚泥をエアレーションタンクに導くことを含み、そのエアレーションタンクで細胞内溶解有機物質がそのエアレーションタンクの細菌の栄養物として使用され、それによって好気性消化プロセスが同量の供給酸素に対して加速される、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
「予め脱水された都市廃水の汚泥を、高電圧を用いて脱水する方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ−Ｄｅｗａｔｅｒｅｄ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｗａｓｔｅ−Ｗａｔｅｒ Ｓｌｕｄｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｏｌｔａｇｅｓ）」と題される、２０００年２月２９日発行の米国特許第６，０３０，５８３号明細書には、都市廃液または紙工場からのパルプ廃液から出る廃液活性汚泥（ＷＡＳ）を脱水および処理するための、さらにまた動物および植物廃液を処理するためのシステムおよび方法が開示される。その特許において、ＷＡＳを分解する方法は、ＷＡＳを、細胞間および細胞内分子結合を破壊する１５〜１００ＫＶの範囲内の非アーク放電性・周期性高電圧を用いる電気穿孔に付し、かくして細胞間および細胞内の水を放出させるもので、それによってＷＡＳが不活性にされ、かつ嵩が大幅に減少される。
【０００２】
上記の米国特許においては、その中に開示される装置と方法はある特定の状況では一次都市汚泥処理が可能であるが、その意図された主たる目的は装置と方法を予め脱水された都市廃液汚泥に対する二次処理として使用することであった。「予め脱水された都市廃水の汚泥を、高電圧を用いて脱水する方法および装置」と題される、２０００年２月２９日発行の米国特許第６，０３０，５８３号明細書の方法および装置を、都市廃液汚泥の主たる一次処理に適合させることが、本発明の目的である。
【０００３】
先（段階Ｉ）のプロジェクトにおいて、都市廃液処理に由来する廃液活性汚泥（ＷＡＳ）中のバイオマスを崩壊させるための、パルス電場（ＰＥＦ）の実験室での実行可能性が証明された。脱水された汚泥の個体含有量には有意の増加はなかったが、廃棄を要するＭＡＳの量は著しく減少されると評価された。
【０００４】
段階Ｉの結果により促されて、ＷＡＳを生じさせる１つまたは２つの廃水処理プラントを試験するパイロットプラントが開発された。０．５〜１．０ｐｇｍのＷＡＳ供給原料を取り扱うことができるパルス電場（ＰＥＦ）システムを設計することが決定されたのである。これには、３０ｋＶの電圧を発生させることができる８ｋＷの電力供給装置、並びにピーク電流５０ａｍｐ、双極性（ｂｉ−ｐｏｌａｒ）パルス、方形波、パルス幅１０μｓおよび３０００パルス／秒（ｐｐｓ）を取り扱うことができるパルス発生器が必要になる。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の主たる目的は、都市廃液汚泥、紙−パルプ廃液汚泥、動物廃液および植物廃液を脱水し、その場合その汚泥の一次処理に電気穿孔を用いる方法および装置を提供することである。
【０００６】
都市汚泥処理プラントまたは紙−パルプ汚泥処理プラントを最も高いコスト効果で、しかもできるだけ効率的なシステムで提供するために、都市汚泥、紙−パルプ汚泥、動物廃液および植物廃液の一次および二次処理に関して順応できるようにし、それによって電気穿孔による上記処理を一次脱水処理、二次脱水処理、直接ＷＡＳ処理およびそれらと他の通常の脱水技術との組み合わせのいずれとしても使用できるようにするそのようなシステムを提供することも主たる目的である。
【０００７】
本発明は、添付図面を参照することによりさらに容易に理解されるであろう。
【０００８】
（発明の詳しい説明）
電気穿孔を用いるパルス電場（ＰＥＦ）効果の本来の着想は、予め脱水された汚泥を脱水することであった。しかし、紙プラントの汚泥についての追加のＰＥＦデータは、ＷＡＳの電気穿孔による大きなＰＥＦ効果はより高いエネルギーレベル（例えば、１００Ｊ／ｍＬ；または固形分６パーセントの供給原料について４００ｋＷｈ／トン（ＤＳ））において生じ、それによって細胞が崩壊されることを示した。その結果は、細胞を不活性化し、細胞を破壊し、そして一部細胞内溶解／有機物質を放出させ、そして、典型的には、凝集および脱水を悪化させるというものである。従って、この方法のより効果的な使用の仕方は、ＰＥＦ処理汚泥を再循環させて好気性バイオリアクターに戻し、汚泥を栄養物として利用することである；即ち、ＷＡＳの細胞単位を崩壊させることに対するＰＥＦ−電気穿孔の効果で細胞内溶解／有機物質が放出されていることが発見されたのである。この細胞内溶解／有機物質は、好気性バイオリアクターが活発になる正にそのタイプの理想的な「栄養物（ｆｏｏｄ）」なのである。かくして、この放出細胞内溶解／有機物質を好気性バイオリアクターへと戻すことは、そのバイオリアクターに対するＢＯＤ負荷を高め、かくしてＷＡＳの量を最大約５０パーセントまで低下させる。このシナリオのフローシートが図２に示される。かくして、今や、ＰＥＨ−電気穿孔システムを予め脱水された汚泥の二次システムとして用いるだけでなく、以下において説明されるように、それを一次システムとしても使用することが実際的である。
【０００９】
図１を参照して説明すると、本図には、「予め脱水された都市廃水の汚泥を、高電圧を用いて脱水する方法および装置」と題される、２０００年２月２９日発行の米国特許第６，０３０，５８３号明細書に開示される、予め脱水された汚泥の二次処理としてＰＥＦ−電気穿孔システムを使用するための模式線図が示されている。図１において、都市廃水は一次処理の好気性反応タンク１０へと送られ、そこから第二清澄器１２へと送られる。その第二清澄器からＷＡＳがそのＷＡＳを不活性化してそれをより容易に廃棄できるクラス“Ｂ”のバイオマスとするための、上記米国特許発明のＰＥＦ−電気穿孔システム１４に送られる。そのバイオマスは、次に、さらに加工し、廃棄するためのベルトプレス１６に送られる。
【００１０】
今度は図２を参照して説明すると、本図には一次処理の一部としてＰＥＦ−電気穿孔システムを使用するための本発明のフローチャートが示される。このシステムにおいて、ＰＥＦ−電気穿孔システム１４から出たバイオソリッドはエアレーションタンク１０に戻される。、そのＰＥＦプロセスが、前記で説明されたように、エアレーションタンクの細菌の「栄養物」として使用される細胞内溶解有機物質の放出を引き起こすからである。この「栄養物」はエアレーションタンク中で好気性消化によってさらに処理されるだけでなく、実際には、その好気性タンク自体における好気性消化プロセスを同量の供給酸素に対して加速させるのである。
【００１１】
図２のシステムに関する実施上の問題は、ＷＡＳの減少に対するＰＥＦの顕著な効果を見るためには、ＰＥＦ処理量がＷＡＳの廃棄速度と同じオーダーでなければならないということである。この理由から、１．８トン（ＤＳ）／日のＰＥＦシステムがパイロットプラントとして選ばれた。このようなシステムによれば、乾燥基準では０．９トン／日の、またはフィルタープレスケーキ（固形分１２パーセント）基準では７．５トン／日のＷＡＳの減少を達成することができる。濃化汚泥（固形分２パーセント）基準に関しては、これは４５トン／日の除去率になり、凝集および脱水することが必要である。これには、固形分２パーセントのＷＡＳ１５ｇｐｍのＰＥＦ処理が必要になる。
【００１２】
ＰＥＦ電力供給装置で駆動される上記パイロットプラントのコスト、およびパルサーのコストを低下させる１つの方法は、ＷＡＳを予め濃化する方法である。それ故、１５ｇｐｍのレンタル遠心機１８をパイロット試験に用いる。これはＰＥＦリアクターについて６パーセントの固形分含有量において５ｇｐｍの供給速度をもたらすと見積もられる。このような供給原料はモイノポンプ（Ｍｏｙｎｏ ｐｕｍｐ）で取り扱うことができる。遠心機およびＰＥＦ装置への供給原料の流れは、図２では流れ番号１０および１１としてそれぞれ表されている。しかし、実際の適用ではそのような遠心機は必要でないだろう。
【００１３】
ＰＥＦ電力供給装置およびパルサーの設計
図２のシステムについての電力供給装置およびパルス発生器（パルサー）の概念設計が図３に示される。この図は直列に並ぶ４つのチャンバー２０を示すが、パルス速度が上げられるならば２つのチャンバーを使用することもできる。２チャンバー設計の明細が表１に示される。この設計には、３０ｋＶを出す３５ｋＷ入力の電力供給装置２２（３２ｋＷの連続出力）が必要になる。パルス発生器２４は最大電流２００ａｍｐおよびパルス速度４，０００Ｈｚ（最大）である。
【００１４】
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【００１５】
実際の汚泥処理システムおよび関連器機類は図４に示される。詳細な明細リストは表２に与えられる。タンクＴ１は無処理の供給原材料を最大１００ガロンまで保持し、遠心機１８からバルブＶ１を通って送られる。ミキサーが、供給されている材料（ｉｎｆｅｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）をブレンドするために装備されている。底部排水管が試験運転の終わりに下水管への廃棄を可能にする。バルブＶ４が分析用試料を抜き取るために装備されている。材料はＴ１をバルブＶ２およびストレーナを通って出て変速前進キャビティーポンプ（ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｐｕｍｐ）に至る。このポンプは１分当たり０．５〜５．０ガロンを流すことができる。上記のタンク、ポンプミキサーおよびそれらに関連するバルブは、輸送のための１つの４２インチ平方スキッドに据え付けられている。ポンプＰ１を出た供給原料は、強化ホースに対する速連結継手を通過してリアクターに至る。
【００１６】
ＰＥＦ−電気穿孔リアクターサブシステムは、前記で図３を参照して説明された電力供給装置、パルス発生器および複数の処理チャンバー対を含む。これらは関連するバルブＶ５、６および７と共にスキッドに据え付けられることになろう。速連結継手およびホースは、処理済み材料を出口タンク用スキッド上のバルブまで運ぶ。バルブＶ１２および１３はその処理済み材料を再循環させてＴ１に戻すのを可能にする。バルブＶ８は、処理済み材料が容量１００ガロンのタンクＴ２に入るのを可能にする。Ｔ１に関して、ミキサー、試料口および底部排水管が装備されている。タンクＴ２、ポンプＰ２、ミキサーＭ２およびそれらに関連するバルブはもう１つのスキッドに据え付けられている。バルブＶ１０を通って出た処理済み材料は移送ポンプＰ２に至る。バルブＶ１８は、バルブＶ１４を通ってタンクＴ３に流れる流量を調節するグローブ式になっている。バルブＶ１３は、処理済み材料を、Ｐ２により補助してＴ２からＴ１に戻して処理時間を長くするのを可能にする。
【００１７】
ポンプＰ２は、処理済みの汚泥を、ＰＥＦ−電気穿孔システムを一次システムとして使用するときは好気性タンク１０であるバイオ処理プラントに、そして、ＰＥＦ−電気穿孔システムを二次処理として使用するときは、場合によっては、所望とされるならばフィルタープレス１６に戻すために用いられる。
【００１８】
安全論理が次のとおり組み込まれている。レベル制御装置Ｌ１がＶ１を閉じてＴ１への過充填と、それに続くこぼれを防ぐ。レベル制御装置Ｌ２が、液面レベルが低くなり過ぎたときにＰ１および電力供給装置を締める。レベル制御装置Ｌ３およびＴ２が、タンクＴ３が一杯になったときにＰ１および電力供給装置を締めてこぼれを防ぐようにする。
【００１９】
表２．汚泥処理システムの明細
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2004502541.tif 000004
【００２０】表２．汚泥処理システムの明細（続き）
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【００２１】
表２．汚泥処理システムの明細（続き）
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【００２２】
表２．汚泥処理システムの明細（続き）
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【００２３】
表２．汚泥処理システムの明細（続き）
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【００２４】
表２．汚泥処理システムの明細（続き）
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2004502541.tif 000014
【００２５】
以上本発明の特定の態様を示し、説明したが、本発明には、添付特許請求の範囲に記載される範囲と精神から逸脱しない限り、数多くの変更および修正をなし得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
二次脱水処理として使用される電気穿孔システムを示している模式線図である。
【図２】
本発明に従って一次脱水処理として関連使用される電気穿孔システムを示している模式線図である。
【図３】
都市、紙−パルプ、動物および植物の廃液汚泥を脱水する際に使用するための電気穿孔サブシステムを示している模式線図である。
【図４】
一次または二次脱水処理として使用するための電気穿孔サブシステムを組み込んでいる、本発明の装置全体を示している模式線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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