JPH01189400A - 汚泥脱水剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業廃水、下水処理等で生じる汚泥の脱水剤に
関し、特に有機性の高い生活廃水を含有する下水又はし
尿処理で発生する汚泥の効率的脱水処理に好適な汚泥脱
水剤に関する。

〔従来の技術〕

従来より有機性産業排水、下水、し尿処理場等より生じ
る有機質汚泥の処理にはカチオン性高分子凝集剤を添加
してスクリューデカンタ−、フィルタープレス、ベルト
プレス等で脱水する処理方法が行なわれている。

脱水処理された汚泥（以下「脱水ケーキ」という）は埋
め立て等に用いられることもあるが主に焼却処分されて
いる。焼却において使用される燃料の大部分は汚泥中の
水分蒸発に使用されるが、−船釣に脱水ケーキ中の水分
が１％低下すると燃料を゛１０％程度節約可能とされて
いる。そのため焼却処分における燃料費用を節減するた
めに脱水ケーキの低含水率化が要望されている。

そのような有機性汚泥の脱水には一般にジメチルアミン
エチルメタクリレートの第４級アンモニウム塩や酸塩を
共重合成分として含むエステル型のカチオン基を持つ高
分子凝集剤が広く用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら特に有機性の高い汚泥、例えば多量の生活
廃水を含む下水処理場より生ずる汚泥やし尿処理場より
生ずる汚泥等においては、上記のような通常のカチオン
性高分子凝集剤を使用しても充分な脱水効果が得られな
いことが多く、そのような場合脱水ケーキの含水率が低
くならないのみならず凝集したフロックの強度が弱くな
り懸濁質（ＳＳ）回収率も低下するという問題点がある
。

またそのような汚泥の脱水に対してポリアクリルアミド
をマンニッヒ変性したカチオン性高分子凝集剤、マンニ
ッヒ変性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の併用
（特開昭５８−１３９７９７号）、通常のカチオン性高
分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の併用（％開昭５
８−２１５４５４号）などが提案されている。

しかしカチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集
剤とを併用する方法はＳＳ回収率、脱水ケーキの含水率
、ケーキの剥離性などにおいである程度の改善が見られ
るもののいずれの場合も各成分の混合比の選定や混合操
作が煩雑である。又、マンニッヒ変性ポリマーは保存安
定性が良好でなく数ケ月程度の保存によって不溶性部分
が生成するためこれによるトラブルの発生、脱水効果の
低下などが見られることが多い。

更に適用可能な汚泥のｐＨ値が限られており高ｐＨ汚泥
の処理には適していない。

以上述べたように現状では保存安定性、脱水性能を葦ね
備えた高分子凝集剤は見出されていない。

本発明者等は前記のような汚泥を効率的に脱水する方法
を鋭意研究した結果、特定の化学構造を持つカチオン性
単量体を（共）！合したカチオン性重合体と塩基性化合
物を組み合わせることによりその目的を達成できること
を見出し本発明を完成した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は下記の単量体単位を含む水溶性重合体、
塩基性化合物及び水からなり、該水溶性重合体の濃度が
０．２〜１．０重量％、ｐＨ値が８．５〜１２．５であ
る汚泥脱水剤にある。

（但し、Ｘは１／２　（５ｏ４−）、　ＣＩ−等の対ア
ニオンである。） 本発明で用いられる水溶性重合体の主原料は前記（１）
式で示されるジメチルアミノプロビルアクリルアミドの
酸塩である。

水溶性重合体中において（１）式で示される単量体成分
の重量組成比は２０〜１００％程度であればよく、３０
〜１００％程度であることが好ましく、５０〜１００％
程度であることがより好ましい。尚、前記単量体の割合
が少ないと汚泥の脱水性が充分に向上しないので好まし
くないＯ 共重合成分の種類や割合を適宜変えることにより種々の
カチオン強度のポリマーを得ることができ、対象の汚泥
に適した荷電を有する凝集剤を選定することができる。

上記単量体との共重合に使用しうる単量体としては、ジ
メチルアミンエチルメタクリレート、ジメチルアミノエ
チルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレー
ト、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミ
ノヒドロキシプロビルメタクリレート等の第４級アンモ
ニウム塩あるいは酸塩などの陽イオン性単量体、また、
アクリルアミド、メタクリルアミド等の非イオン性の水
溶性単量体などがある。またアクリロニトリル、メタク
リレートリル、メチルアクリレート、エチルアクリレー
ト等の単量体も生成する共重合体の水溶性を損なわない
範囲で共１合が可能である。

上記単量体等から製造されるビニル系カチオン性ポリマ
ーは通常酸性条件下で重合され、このポリマーをそのま
ま水に溶解した水溶液のｐＨは３〜６程度となる。又、
一般にビニル系カチオン性ポリマーは高ｐＨ域で側鎖の
加水分解速度が太きいため高ｐＨ域においては経時的に
カチオン度が低下する。従ってビニル系カチオン性ポリ
マーの水溶液は酸性から中性のｐＨ域に維持されるのが
一般的である。

本発明はこれらの常識に反し、前記単ｉ体単位を含む水
溶性重合体水溶液のｐＨ値を８．５〜１２．５の範囲に
保つことによって汚泥脱水性が著しく向上することを見
い出した結果なされたものである。

本発明の汚泥脱水剤が汚泥の脱水に優れた効果を示すの
は以下の理由によると考えられる。

即ち本発明の汚泥脱水剤においてはポリマー単位中のア
ミド結合部（−ＣＯＮＨ−）　　は高ｐＨ域においても
加水分解を受は鄭く保存安定性が良好なこと、汚泥脱水
剤の粘度がアルカリ性域においてｐＨの上昇と共に急激
に低下するためポリマーと汚泥との混合特性が向上する
こと、更にエステル系ポリマーを比較すると高ｐＨ域に
おいても高いカチオン度が維持されることが考えられる
。

これに対し例えばジメチルアミンエチルメタクリレート
の硫酸塩を共重合成分としてもつカチオン性ポリマーで
はポリマーの水溶液を高ｐＨにした段階でエステル結合
部の加水分解が急速に進行してカチオン凝集剤としての
性能が低下し凝集性を示さなくなる。

第１表は本発明で用いられるポリマー（ジメチルアミノ
プロピルアクリルアミドのホモポリマー）と、比較ポリ
マー（ジメチルアミノエチルメタクリレートのホモポリ
マー）のカチオン強度のｐＨ依存性を示すものであるが
、比較ポリマーにおいてはｐＨ８を越えるとｐ）ｌと共
にカチオン度が急激に低下する。それに対し本発明のポ
リマーではｐＨ９以上でもかなりのカチオン性を保持し
ており、ｐＨ９〜１０の高ｐＨの汚泥に対してもカチオ
ン性ポリマーとして脱水効果を発揮することが期待でき
るものである。

また、ジメチルアミンエチルメタクリレートの第４級ア
ンモニウム塩型のポリマーでは加水分解に対する安定性
は酸塩型ポリマーに比べて良好であるが、アルカリ性域
で水溶液の粘度が低下しないため前記のような効果は期
待できない。

本発明に使用される塩基性化合物としては無機あるいは
有機の各種の塩基性化合物が使用可能であるが、炭酸ナ
トリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウムなどが一般的である。塩基性化合物の混合法は最
も一般的には（共）１に合体粉末と塩基性化合物を配合
する方法であるが、（共）１に合体粉末を水に溶解する
際に塩基性化合物を同時に溶解する方法それぞれの水溶
液どうしを混合する方法なども可能である。

本発明の汚泥脱水剤は、重合体の種類、共１合組成比、
水溶液中の濃度等に応じてｐＨ８，５〜１２．５の範囲
の中から最適範囲に設定することが好ましい。又ｐＨ値
は９．０〜１１．０の範囲にあることがより好ましい。

本発明に使用される（共）重合体の製造法としては、水
溶液重合法、逆相懸濁重合法、逆相乳化重合法などが適
用されるが、そのうちでも水溶液重合法が最も容易で有
利な製造法である。

単量体の合計量の重合開始時の水溶液中の濃度はおよそ
２０〜８５重量％程度であることが好ましい。該濃度が
２０重量％以下では生産性が低いため好ましくなく、一
方８５ｋＪ％以上になると単量体の水に対する溶解度以
上になり、水に完全溶解しなくなることや重合熱による
系の温度上昇か大きくなりすぎるなどで好ましくない。

単量体混合物の水溶液に窒素等の不活性ガスを通じるこ
とにより脱酸素した後、重合開始剤を添加して重合を行
わせる。

本発明における（共）Ｎ合の際の単量体水溶液のｐＨは
２〜６の範囲が望ましい。前記（１）で示される単量体
は加水分解に対する安定性が良好であるので、ｐＨ６以
上あるいはアルカリ性条件下の（共）重合においてもカ
チオン性ポリマーを得ることができるが、ポリマーの分
子量の増加、乾燥温度の上昇などにより溶解性が不良に
なることがあるので上記のｐＨ範囲が望ましい。

重合開始剤としてはアゾ系、レドックス系等の公知のラ
ジカル開始剤を使用することができる。重合温度として
は開始温度をｌＯ〜４０℃程度とし実質的断熱系で重合
する方法、またシート重合法等により糸外から温度コン
トロールをしながら重合する方法などが採用できる。

以上の重合方法により含水ゲル状あるいは固体状の（共
）！合体が製造され、それを乾燥、粉砕することにより
粉末状の（共）Ｔｈ合体を得ることができる。それを前
記のような種々の方法により塩基性化合物と混合するこ
とにより本発明の汚泥脱水剤を得ることができる。

本発明の汚泥脱水剤は通常の高分子凝集剤と同様に処理
対象の汚泥あるいは廃水中のＳＳ分に対して０．２〜Ｚ
ｉｉＬ量％程度添加することによってフロックを生成さ
せ引続き脱水処理を行うことができる。脱水装置として
は公知の各種汚泥用脱水機、例えばスクリューデカンタ
−、スクリュープレス、ベルトプレス、その他を用いる
ことができる。

〔実施例〕

以下に実施例等を用いて本発明をさらに具体的に説明す
る。

なお、各種の測定は以下の方法に準拠して行った。

水溶液粘度（１％ηＢ） ポリマーを脱イオン水に溶解し、１％濃度の水溶液をつ
くり、Ｂ型粘度計を用いＩ’ｈｌ又は嵐２０−ターで測
定した。

カチオン度 コニカルビーカーに脱イオン水９０１をとり試料ポリマ
ーの５００　ｐｐｍ溶液１０１を加え、塩酸水溶液でｐ
Ｈな４．０とし、約１分間攪拌する。

次に、トルイジンブルー指示薬を２−３滴加え、Ｎ／４
００ポリビニル硫酸カリウム（ＰｖＳＫ）試薬で滴定す
る。

滴定速度は’１ｍ１１分とし、検水が青から赤紫色に変
色し１０秒以上保持する時点を終点とする。

カチオン度は下記の計算式により求められる。

カチオン度（ｍｅｑ／ｐ　）　＝ ヌッチェテスト ビーカーに汚泥３０ＯＮをとり、所定量の高分子凝集剤
を添加し、ジャーテスターにて１５０ｒｐｔｎ　Ｘ　６
０秒攪拌を行った後、ポリエステル濾布土に注ぎ濾液量
を測定しその後１　ｋｇ／ａｎ”　Ｘ　１分間の加重を
加え、ケーキ含水率を求めた。

製造例１ 容１１３Ｌのビーカーに脱イオン水１０９２．Ｐ、アク
リルアミド（ＡＡ）１８０Ｐを入れ、攪拌、冷却下に９
５％硫酸１８０Ｐを添加、ついでジメチルアミノプロピ
ルアクリルアミド（ＤＭＡＦＡＡ）５４８Ｆを添加し、
ＡＡ／ＤＭＡＰＡＡ硫酸塩＝２０／８０（重量比）の単
量体水溶液を調製した。

その単量体水溶液のｐＨを３６５に、液温を２０℃に調
整した後に、３Ｌのデュワゼンに移し、３０分間窒素通
気を行った後に、重合開始剤として２，２′−アゾビス
（２−アミジノプロパン）ジハイドロクロライドの１０
％水溶液を８／、過硫酸アンモニウムの１０％水溶液を
０．２／、およびホルムアルデヒドスルホキシレートナ
トリウムの１０％水溶液０．６１を加え攪拌した。

約１５分後に１合が開始し、４時間後に内部温度が９５
℃に達しゲル状の重合体を得た。

これをミートチョッパーで約５１１大の粒状に解砕し、
６０℃で１６時間熱風乾燥した後粉砕し、含水率９％の
粉末状重合体Ａを得た。この粉末は完全に水に溶解し、
その１％純水溶液の粘度は２２０００ＰＳ、カチオン度
は３．２　ｍｅｑ／Ｐであった。

製造例２ 製造例１と同様な方法で脱イオン水１３９７Ｐ１ＡＡ３
００Ｊ’％ＤＭＡＰＡＡ　２２８／及び９５％硫酸７５
Ｐを使用し、ＡＡ／ＤＭＡＰＡＡ硫酸塩＝５０１５０（
重量比）の単量体水溶液を調製した。その単量体水溶液
をｐＨ３，５，液温を２０℃に調整し、窒素通気を行っ
た後、開始剤として２，２′−アゾビス（２−アミジノ
プロパン）ジハイドロクロライドの１０％水溶液を６ｙ
、過ａｒＲアンモニウムの１０％水溶液を０，２１１ホ
ルムアルデヒドスルホキシレートナトリウムの１０％水
溶液０．６７’を使用して重合した。

約１０分後に重合が開始し、３時間後に内部温度が９５
℃に達しゲル状の１合体を得、乾燥後粉砕して粉末状１
合体Ｂを得た。この粉末は完全に水に溶解し、その１％
純水溶液の粘度は３５００ｃｐｓ、カチオン度は２．２
ｍｅｑ／／　であった。

実施例１ 種々の重合体についてカチオン度、水溶液粘度のｐＨ依
存性を測定した。

重合体Ａ及びＢは前記製造例１及び２で製造したもので
あり、本発明品に対応するものである。重合体Ｃ−Ｇは
比較例品である。

第２表にはｐＨ４とｐＨ１０におけるカチオン度及び１
％水溶液粘度を示した。

又、第３表には１％水溶液のｐＨ１０に１０時間放置し
た後のカチオン度（ｐＨ４で測定）を示し、アルカリ性
域でのカチオン基の安定性を比較した。

第１図は各ポリマーの溶解状態におけるカチオン基の解
離挙動を示す。アンモニア水又は酢酸を使用して各ポリ
マー溶液のｐＨ調整を行ない、コロイド滴定を実施し、
滴定終点のｐＨ値とカチオン度との関係を求めた。

第２図は各ポリマーの１％水溶液粘度のｐＨ依存性を示
す。各ポリマーの１％水溶液のｐＨ値が３．６〜３６８
であったのでＮａＯＨにてｐＨ調整を実施した。

重合体ＣとＤは、第１図に示すようにアルカリ性域で高
いカチオン度を示すものの、重合体Ｃはアルカリ性域で
の溶解特性が劣り（第３表）、重合体りはアルカリ性域
での水溶液粘度が高い（第２図）。

又、重合体ＥとＧは、第３図に示すようにアルカリ性域
で殆どカチオン性を有しない。重合体Ｆも同様の傾向を
示す。

これに対し本発明が対象とする重合体Ａ及びＢは、高ｐ
Ｈ域（アルカリ性域）での溶解特性が優れかつカチオン
度の低下が少ない。又ｐＨの上昇とともに溶液粘度が低
下するため汚泥との混合特性の向上が期待される。

第　　１　　表 （但し、数字はｐＨ７，０のカチオン度を１００とした
カチオン度の相対値。） 第３表　水溶液の変化 実施例Φ 第主表に示した各重合体をそれぞれ０．２％水溶液とし
、苛性ソーダにより種々のｐＨに調整し、ｐＨ調整から
１時間経過した後に汚泥に対する重合体添加量を各２０
０　ｐｐｍとして下水混合生汚泥（ＴＳ；１，７１％、
ＶＴＳ；７８，５％、ｐＨ６，３）に対するヌッチェテ
ストに供した。

第４表の結果から明らかなように本発明品が極めて良好
な結果を示している。

第　　４　　表 実施例ｉ 第中表に示した各重合体粉末に炭酸ナトリウム粉末を３
０％混合したものでそれぞれ０．３％水溶液を調製した
。

その水溶液を汚泥に対する重合体添加量を各２５０　ｐ
ｐｍとして下水混合生活−泥（Ｔ８；１，８２％、ＶＴ
８；７８．３％、ｐＨ５，３）に対するヌッチェテスト
に供した。

第５表から明らかなように本発明品が極めて良好な結果
を示している。

第５表 〔発明の効果〕 実施例の結果から明らかなように本発明の汚泥の脱水方
法は以下に掲げる優れた効果を有する。

即ち、従来法に比較して、脱水ケーキの含水率が４〜５
％程度低くなり、脱水処理ケーキの取扱いが容易となり
、汚泥焼却時には燃料費を著しく節約できる。又、従来
法では良好な脱水が行なわれなかりたｐＨの高い汚泥に
対しても効率的な脱水が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は重合体のｐＨとカチオン度との関係を、又、第
２図はｐＨと水溶液粘度との関係を示す図である。 うし　Ｊ　図 Ｈ 青２図 ３　４　５　６　７　８　９　１０　　Ｉｆ　　／２Ｈ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下記の単量体単位を含む水溶性重合体、塩基性化合物及
   び水からなり、該水溶性重合体の濃度が０．２〜１．０
   重量％、ｐＨ値が８．５〜１２．５である汚泥脱水剤。 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、Ｘは１／２（ＳＯ＿４−−）、Ｃｌ−等の対ア
   ニオンである。）