下水スラッジ処理

下水処理プラントに蓄積する残留物は、スラッジ（またはバイオソリッド）と呼ばれます。下水スラッジは、廃水処理プロセスの副産物として生成される固体、半固体、またはスラリーの残留材料です。この残留物は、一般に一次および二次スラッジとして分類されます。一次スラッジは、化学的沈殿、沈降、およびその他の主要なプロセスから生成されますが、二次スラッジは生物学的治療に起因する活性化廃棄物バイオマスです。一部の下水プラントは、家庭用の現場での廃水処理システムからセプタージュまたは浄化槽の固体も受けています。多くの場合、さらに多くの場合、さらに治療と廃棄のためにスラッジを組み合わせています。

下水スラッジの処理と廃棄は、すべての廃水処理プラントの設計と操作における主要な要因です。最終処分の前にスラッジを治療するという2つの基本的な目標は、その量を減らし、有機材料を安定させることです。安定したスラッジには攻撃的な臭気がなく、迷惑や健康の危険を引き起こすことなく処理できます。スラッジ量が小さいと、ポンプと貯蔵のコストが削減されます。

治療方法

下水スラッジの治療には、肥厚、消化、および脱水プロセスの組み合わせが含まれる場合があります。

肥厚

肥厚は通常、スラッジ治療の最初のステップです。なぜなら、薄いスラッジを扱うのは実用的ではないため、水に吊るされた固形物のスラリーです。肥厚は通常、重力肥厚者と呼ばれるタンクで達成されます。増粘剤は、スラッジの総体積を元の体積の半分未満に減らすことができます。重力肥厚の代替品は、空気浮選に溶解します。この方法では、気泡は固体を表面に運び、そこで濃厚なスラッジの層が形成されます。

消化

スラッジ消化は、有機固体が安定した物質に分解される生物学的プロセスです。消化により、固体の総質量が減少し、病原体が破壊され、スラッジの脱水や乾燥が容易になります。消化されたスラッジは攻撃的ではなく、豊かな鉢植えの土壌の外観と特徴を持っています。

ほとんどの大きな下水処理プラントは、有機物が嫌気的に（酸素のない）細菌によって代謝される2段階の消化システムを使用しています。最初の段階では、約5％の乾燥固形分（DS）含有量に濃厚なスラッジが加熱され、数日間閉じたタンクで混合されます。酸性形成細菌は、タンパク質や脂質などの大きな分子を加水分解し、それらをより小さな水溶性分子に分解し、それらの小さな分子をさまざまな脂肪酸に発酵させます。スラッジは2番目のタンクに流れ込み、溶解した物質は他の細菌によって二酸化炭素とメタンの混合物に変換されます。メタンは可燃性であり、最初の消化タンクを加熱し、植物の電力を生成するための燃料として使用されます。

嫌気性消化は、温度、酸性度、およびその他の要因に非常に敏感です。慎重な監視と制御が必要です。場合によっては、細菌の作用を補うために、最初の消化段階の開始時に、スラッジに追加の加水分解酵素が接種されます。この酵素治療は、スラッジのより多くの不要な病原体を破壊する可能性があり、消化の第2段階でより多くのバイオガスの生成をもたらす可能性があることがわかっています。

従来の2段階の嫌気性消化プロセスのもう1つの強化は、熱加水分解、または熱による大きな分子の分解です。これは、消化前の別のステップで行われます。典型的なケースでは、プロセスは、約15％のDS含有量に脱水されたスラッジから始まります。スラッジはパルパーで蒸気と混合され、この熱い均質化された混合物は反応器に供給され、そこで約30分間約165°C（約330°F）で圧力下に保持されます。その時点で、加水分解反応が完了すると、蒸気の一部が出て（パルパーに供給される）、まだある程度の圧力下にあるスラッジが突然[フラッシュタンクに放出されます。圧力は、固形物の大部分の細胞壁を破裂させます。加水分解されたスラッジは冷却され、水でわずかに希釈され、嫌気性消化の第2段階に直接送られます。

スラッジ消化は、酸素の存在下で、有酸素的には発生する可能性があります。スラッジは、約20日間開いたタンクで激しく通気されます。このプロセスではメタンガスは形成されません。好気性システムは嫌気性システムよりも動作が容易ですが、通常、曝気に必要な力のために動作するのに費用がかかります。好気性消化は、多くの場合、小さな拡張曝気または接触安定化システムと組み合わされます。

好気性および従来の嫌気性消化は、有機スラッジ固体の約半分を液体とガスに変換します。熱加水分解とそれに続く嫌気性消化により、固体の約60〜70％が液体とガスに変換される可能性があります。固形物の量は、従来の消化よりも小さくなっているだけでなく、バ​​イオガスの産生が大きくなると、一部の廃水処理植物がエネルギーが自給自足になる可能性があります。

脱水

消化された下水スラッジは、通常、廃棄前に脱水されます。脱水スラッジには、依然としてかなりの量の水が含まれていますが、その水分含有量であっても、スラッジはもはや液体として動作せず、固体材料として処理することができます。スラッジ乾燥ベッドは、脱水の最も簡単な方法を提供します。消化されたスラッジスラリーは、砂の開いたベッドに広がり、乾燥するまで残ることができます。乾燥は、砂の蒸発と重力排水の組み合わせによって行われます。砂の下に建てられた配管ネットワークは、植物の頭に戻された水を集めます。約6週間の乾燥の後、スラッジケーキは呼ばれているように、約40％の固体含有量を持っている可能性があります。その後、ピッチフォークまたはフロントエンドローダーで砂から取り除くことができます。湿気や寒い気候での乾燥時間を短縮するために、砂のベッドの上にガラスのエンクロージャーを作ることができます。ベッドの乾燥にはかなりの土地面積が必要であるため、この脱水方法は、人口密度の高い都市ではなく、農村部や郊外の町で一般的に使用されています。

スラッジ乾燥ベッドの代替品には、ロータリードラムバキュームフィルター、遠心分離機、ベルトフィルタープレスが含まれます。これらの機械システムは、スラッジ乾燥ベッドよりも少ないスペースを必要とし、より多くの運用制御を提供します。ただし、通常、スラッジコンディショニングと呼ばれるステップが先行する必要があります。スラッジコンディショニングでは、化学物質が液体スラッジに加えられて固体を凝固させ、排水性を向上させる必要があります。

廃棄

処理された下水スラッジの最終目的地は通常、土地です。脱水スラッジは、衛生埋立地に地下に埋めることができます。また、土壌コンディショナーと肥料としての価値を利用するために、農地に広がることもあります。スラッジには有毒な工業化学物質が含まれている可能性があるため、作物が人間の消費のために栽培されている土地には広がりません。

都市部のように、土地処理に適したサイトが利用できない場合、スラッジが焼却される可能性があります。焼却は水分を完全に蒸発させ、有機固体を不活性灰に変換します。灰は廃棄する必要がありますが、ボリュームの減少により、廃棄物がより経済的になります。大気汚染防止は、下水汚泥が焼却される場合、非常に重要な考慮事項です。スクラバーやフィルターなどの適切な空気洗浄装置を使用する必要があります。

かつて多くの沿岸コミュニティの経済的廃棄方法であった海にスラッジを捨てることは、もはや実行可能な選択肢とは見なされません。現在、中国や他の多くの沿岸国で禁止されています。